Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Dao động cơ Vật lí 12 nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi và phát huy năng khiếu của học sinh trun[220012]

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ PHÁT HUY NĂNG KHIẾU HỌC SINH THPT CHUYÊN 1.1.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

(BỘ MÔN VẬT LÍ)

Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: TS: TÔN QUANG CƯỜNG

GS TS: NGUYỄN QUANG BÁU

HÀ NỘI – 2012

MỤC LỤC

1 Lý do chọn đề tài……… 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

3 Giả thuyết khoa học 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Đóng góp của đề tài 4

8 Bố cục của luận văn 4

.Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ PHÁT HUY NĂNG KHIẾU HỌC SINH THPT CHUYÊN 1.1 Tổng quan về học sinh giỏi Vật lí……… 5

1.1.1 Khái niệm về học sinh giỏi, năng khiếu Vật lí………… 5

1.1.2 Các hình thức tổ chức dạy học cho học sinh giỏi, năng khiếu 7 1.2 Vai trò và tác dụng của hệ thống bài tập Vật lí đối với HSG, năng khiếu……… 8

1.2.1 Ý nghĩa, mục đích của bài tập Vật lí trong bồi dưỡng HSG… 8 1.2.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí ……… 9

1.3 Phân loại bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí ……… 11

1.5 Thực tiễn công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, năng khiếu Vật lí … 15

1.5.1 Ưu điểm và hạn chế trong việc sử dụng hệ thống bài tập Vật

lí cho HSG tại Trường THPT Chuyên (Thái Bình) ……… 17

1.5.2 Một số vấn đề về đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh ………… 19

Kết luận chương 1……… 20

Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ PHÁT HUY NĂNG KHIẾU CỦA HỌC SINH THPT CHUYÊN 2.1 Các bước giải bài tập Vật lí……… 21

2.2 Cách hướng dẫn giải bài tập, mục tiêu, kĩ năng,kĩ xảo và phân loại bài tập Vật lí……… 21

2.2.1.Cách hướng dẫn giải bài tập……… 21

2.2.2 Mục tiêu, kĩ năng Vật lí chương “Dao động cơ”……… 23

2.3 Một số điểm lưu ý khi làm bài tập Vật lí và sơ đồ phân loại bài tập chương “Dao động Cơ”……… 23

2.3.1 Một số lưu ý……… 23

2.3.2 Sơ đồ phân loại bài tập chương “Dao động cơ"………… 23

2.4 Hệ thống bài tập cho HSG……… 25

2.4.1 Bài tập định lượng……… 25

2.4.2 Bài tập định tính:……… 58

2.4.3 Bài tập tự giải……… 62

Kết luận chương 2……… …… ……… 78

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích và phương pháp thực nghiệm sư phạm………… 79

3.1.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm……… 79

3.1.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm……… 79

3.2 Tiến trình thực nghiệm và phân tích, đánh giá kết quả……… 80

3.2.1 Tiến trình thực nghiệm sư phạm……… 80

3.2.2 Phân tích các kết quả về mặt định tính 80

3.2.3 Phân tích các kết quả về mặt định lượng 81

3.3 Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm 89

Kết luận chương 3……… 90

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 1 KẾT LUẬN……… 92

2 KHUYẾN NGHỊ……… 93

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

PHỤ LỤC ……… 96

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, công tác bồi dưỡng học sinh giỏi được xác định là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu, mang tính thách thức cao trong việc nâng cao chất lượng dạy học Mục tiêu của công tác bồi dưỡng HSG là phát hiện những học sinh có tư chất thông minh, đạt kết quả xuất sắc trong học tập

và phát triển năng khiếu của các em về một số môn học trên cơ sở đảm bảo giáo dục phổ thông toàn diện, giáo dục các em thành người có lòng yêu nước, tinh thần vượt khó, tự hào, tự tôn dân tộc, có khả năng tự học, nghiên cứu khoa học và sáng tạo để tiếp tục đào tạo thành nhân tài đáp ứng yêu cầu phát triển đất nước

Tuy nhiên, thực tế cho thấy công tác phát hiện và bồi dưỡng học sinh có năng khiếu môn Vật lí còn gặp nhiều khó khăn và chưa đạt được kết quả như mong muốn Do kinh nghiệm của giáo viên trong việc phát hiện học sinh có năng khiếu về môn Vật lí còn thiếu, do bản thân GV vẫn còn lúng túng trong việc xác định phẩm chất, năng lực cần có của HSG Vật lí và các biện pháp nhằm phát triển các phẩm chất, năng lực đó

Trong quá trình dạy học Vật lí, hệ thống bài tập đóng vai trò là nội dung,

là phương tiện để chuyển tải kiến thức, rèn luyện tư duy và kỹ năng thực hành

bộ môn một cách hiệu quả nhất Đồng thời là một trong những phương tiện cơ bản nhất để giảng dạy và học tập môn Vật lý ở nhà trường

Hướng dẫn giải bài tập Vật lí có thể giúp cho HS củng cố kiến thức và vận dụng kiến thức để giải quyết tình huống linh hoạt từ đó kích thích niềm say

mê và phát huy năng lực tự chủ, tích cực của học sinh giỏi Mặt khác, giải bài

nghiên cứu và khám phá sáng tạo, phát triển tư duy và các năng lực chuyên biệt cho học sinh

Sử dụng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí là một trong các biện pháp quan trọng để nâng cao chất lượng HSG Vật lí Đối với học sinh thì giải bài tập là một cách học tập tích cực, là phương tiện chuyển tải kiến thức, rèn luyện tư duy và kỹ năng thực hành bộ môn hiệu quả nhất

Tuy vậy, hiện nay hệ thống bài tập dùng để bồi dưỡng HSG Vật lí và bài tập chương “Dao động cơ” lớp 12 nói riêng còn hạn chế ở một số mặt như: nội dung chưa phong phú, chưa bám sát vào các năng lực mục tiêu, qui trình, phương pháp tích hợp hệ thống bài tập trong quá trình bồi dưỡng HSG Đặc biệt, vấn đề sử dụng hệ thống bài tập theo quan điểm dạy học phân hóa đối với ngay chính đối tượng HSG và học sinh năng khiếu đã và đang đặt ra nhiều thách thức cần phải giải quyết

Từ những thực tế trên chúng tôi mạnh dạn lựa chọn đề tài “Xây dựng hệ

thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Dao động cơ” Vật lí lớp 12 nhằm bồi dưỡng HSG và phát huy năng khiếu của học sinh THPT Chuyên” với mong muốn góp phần nghiên cứu nâng cao chất lượng và

hiệu quả trong bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Xây dựng hệ thống và hướng dẫn giải bài tập chương “Dao động cơ” Vật

lí 12 để bồi dưỡng HSG và phát huy năng khiếu của học sinh THPT chuyên nhằm đạt thành tích cao trong các kì thi HSG, thi tuyển sinh đại học và cao đẳng

3 Giả thuyết khoa học

Việc xây dựng hệ thống bài tập và qui trình hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Dao động cơ” Vật lí 12 một cách khoa học sẽ góp phần nâng cao chất lượng, hiệu quả công tác bồi dưỡng HSG Vật lí và phát huy năng khiếu cho học sinh THPT Chuyên

4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Tính khoa học và hiệu quả của hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Dao động cơ” Vật lí 12 và công tác bồi dưỡng HSG

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Hệ thống và phương pháp giải bài tập vật lý chương “Dao động cơ” thuộc chương trình Vật lý 12 nâng cao được sử dụng trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi và phát huy năng khiếu cho học sinh THPT

Học sinh lớp chất lượng cao ở trường THPT Nguyễn Trãi - Thái Bình Học sinh lớp chuyên Vật lí trường THPT Chuyên - Thái Bình

5 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài

Đề tài luận văn tốt nghiệp được thực hiện nhằm giải quyết những nhiệm

vụ sau:

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí 12 chương “Dao động cơ”; lựa chọn hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Dao động cơ” Vật lí 12

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về việc bồi dưỡng HSG, phát huy năng khiếu của học sinh, biện pháp xây dựng hệ thống và các phương pháp giải bài tập, hướng dẫn giải bài tập Vật lí 12 chương “Dao động cơ”

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá, kiểm định tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập Vật lí 12 chương

“Dao động cơ”

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận

Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò của việc xây dựng hệ thống và hướng dẫn giải bài tập Vật lí chương “Dao động cơ” Vật lí 12

Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông, nội dung sách giáo khoa Vật

lí 12 nâng cao, sách tham khảo bồi dưỡng HSG, đề thi HSG qua các năm và các tài liệu liên quan khác để xác định mức độ, nội dung và yêu cầu về kiến

thức, kĩ năng giải bài tập phục vụ công tác bồi dưỡng HSG Vật lí

6.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Điều tra, khảo sát thực tiễn công tác bồi dưỡng học sinh giỏi và phát huy năng khiếu của học sinh THPT Chuyên - Thái Bình và trường THPT Nguyễn Trãi - Thái Bình

Tập hợp, nghiên cứu nội dung sách giáo khoa Vật lí lớp 12 nâng cao, các

đề thi HSG, đề thi vào đại học và cao đẳng, các tài liệu tham khảo khác để tuyển chọn và xây dựng hệ thống bài tập tự luận

6.3 Phương pháp thống kê toán học

Thống kê, so sánh kết quả, phân tích số liệu để đánh giá tính hiệu quả của hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí, đưa ra một số khuyến nghị, kết luận liên quan đến công tác bồi dưỡng HSG Vật lí

7 Đóng góp của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần:

- Làm sáng tỏ cơ sở lí luận của hệ thống bài tập trong việc vận dụng cho đối tượng học sinh giỏi và học sinh năng khiếu, bổ sung nguồn tài liệu dùng trong việc bồi dưỡng HSG và phát huy năng khiếu của học sinh

- Đề xuất được biện pháp sử dụng bài tập chương “Dao động cơ” Vật lí 12 trong việc bồi dưỡng HSG và phát huy năng khiếu học sinh

- Góp phần khẳng định tính ưu việt của sử dụng hệ thống bài tập trong dạy học Vật lí cho HSG và học sinh năng khiếu, góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn Vật lí hiện nay

8 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo, phụ lục, luận văn được trình bày gồm 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc “Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập Vật lý 12 nhằm bồi dưỡng HSG và phát huy năng khiếu học sinh THPT Chuyên

Chương 2 Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Dao động cơ” Vật lý 12 nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi và phát huy năng khiếu học sinh trung học phổ thông Chuyên

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG HSG VÀ PHÁT

HUY NĂNG KHIẾU HỌC SINH THPT CHUYÊN

1.1 Tổng quan về vấn đề dạy học cho học sinh giỏi và năng khiếu Vật lí

1.1.1 Khái niệm về học sinh giỏi, năng khiếu

Hiện nay, “học sinh giỏi” vẫn là một khái niệm “động” được quan niệm

và đánh giá một cách tương đối đa chiều (phụ thuộc vào cách tiếp cận, bối cảnh

và mục tiêu đào tạo cụ thể) Trong thực tế, ranh giới giữa các khái niệm gần

như “học sinh giỏi” (excellent), “học sinh năng khiếu” (gifted) và “học sinh tài năng” (talented) tương đối khó phân định, phụ thuộc vào quan điểm của bối

cảnh giáo dục và đào tạo (từ góc nhìn thành tích, kết quả học tập, phẩm chất, năng lực trí tuệ hoặc tiềm năng đã và đang bộc lộ ở mức cao!) Tuy nhiên, có thể nhận thấy một số điểm chung sau:

- Là những học sinh có năng lực trí tuệ ở mức cao, có nhu cầu, động cơ học tập mạnh mẽ, ham muốn hiểu biết và khám phá;

- Là những học sinh có sự phát triển 3 miền vận động của não (tri nhận, tâm-vận động và xúc cảm) ở mức độ cao (B.J.Bloom, 1985;

Mô hình phân biệt năng khiếu và tài năng của Gagné: DMGT - Differentiated Model of Giftedness and Talent, 2002)

- Là những học sinh được ưu tiên đào tạo theo những chương trình chuyên biệt, chuyên sâu được thiết kế theo định hướng năng lực thực hiện ở mức cao;

(http://en.wikipedia.org/wiki/Intellectual_giftedness) Học sinh giỏi là học sinh chứng minh được trí tuệ ở trình độ cao và có khả năng sáng tạo, thể hiện một động cơ học tập mãnh liệt và đạt xuất sắc trong

lĩnh vực lý thuyết, khoa học, cần một sự giáo dục đặc biệt và sự phục vụ đặc

biệt để đạt được trình độ tương ứng với năng lực

Nhiều chuyên gia giáo dục cũng đồng quan điểm cho rằng học sinh giỏi là những đứa trẻ có năng lực trong các lĩnh vực trí tuệ, sáng tạo, nghệ thuật và năng lực lãnh đạo hoặc lĩnh vực lí thuyết

Theo từ điển Tâm lý học (Vũ Dũng chủ biên, 2000): năng khiếu là cái bẩm sinh, có sẵn, không thể tạo mới được, mà cần tìm kiếm, phát hiện qua những biểu hiện trong các hoạt động đa dạng

Năng khiếu được coi như hạt giống cây, nếu gieo vào mảnh đất thích hợp,

nó sẽ nảy mầm thành cây rồi ra hoa kết quả Nếu gieo vào mảnh đất không thích hợp, nó sẽ thui đi hoặc trở thành cây non còi cọc Gia đình và nhà trường

có trách nhiệm quan trọng trong việc hướng nghiệp cho các người trẻ tuổi Đất nước có thiên tài hay không, có nhân tài nhiều hay ít, là tuỳ thuộc trách nhiệm của người lớn đối với thế hệ tương lai

Năng khiếu cũng là đức tính bẩm sinh cần thiết để có thể phát huy được trong từng ngành khoa học Trí tuệ nào thích thú về tư duy trừu tượng và suy diễn lôgíc, có thể trở thành nhà toán học tốt Trí tuệ tìm hiểu thiên nhiên, quan tâm tới tính trật tự trong thiên nhiên và có bàn tay khéo léo, có thể trở nên nhà

khoa học tự nhiên tốt (Phạm Kim Chung, 2010)

Nhiều nước trên thế giới đã coi vấn đề phát hiện, đào tạo và bồi dưỡng học sinh giỏi, năng khiếu là một nhiệm vụ chiến lược quan trọng trong giáo dục phổ thong, thiết kế và phát triển các chương trình chuyên biệt, coi đó là một dạng của giáo dục đặc biệt hoặc chương trình đặc biệt (các viện nghiên cứu và đào tạo học sinh giỏi, tài năng của Hoa Kì, Anh, Đức, New Zealand, Ấn Độ, Trung Quốc v.v.)

Đối với các HSG và năng khiếu cần có một chương trình dạy học riêng để phát triển được năng khiếu Vật lí Năng khiếu của HS có phát triển hay không

là tùy thuộc rất lớn vào cách thức và phương pháp giáo dục HS

Năng khiếu Vật lí của HS sẽ phát triển nhanh dần cùng với sự nhận thức kiến thức và khả năng tiếp nhận kiến thức có hiệu quả trong thời gian ngắn hơn

những người bình thường Năng khiếu có được một phần do bẩm sinh và phần còn lại do giáo dục giúp phát triển, từ đó HS có thể tiếp cận, tìm tòi, khám phá

1.1.2 Các hình thức tổ chức dạy học cho học sinh giỏi, năng khiếu

Tổng quan một số tài liệu về hình thức đào tạo, bồi dưỡng học sinh giỏi và năng khiếu ở các nước cho thấy quá trình này diễn ra khá phong phú, đa dạng, được thực hiện bằng nhiều hình thức khác nhau

- Hình thức lớp chuyên biệt: HSG được rèn luyện trong một lớp hoặc một

trường học riêng, thường gọi là lớp chuyên, lớp năng khiếu Những lớp hoặc trường chuyên (độc lập) này có nhiệm vụ hàng đầu là đáp ứng các đòi hỏi cho những học sinh giỏi về lí thuyết Hình thức này đòi hỏi ở nhà trường rất nhiều

điều kiện (không dựa vào được các gia đình phụ huynh) từ việc bảo vệ HS,

giúp đỡ và đào tạo phát triển chuyên môn cho giáo viên

- Hình thức Mông-te-xơ-ri (Montessori method): Học sinh trong lớp được

chia thành các nhóm năng lực, nhà trường mang lại cho học sinh những cơ hội vượt lên so với các bạn cùng nhóm tuổi Phương pháp này đòi hỏi phải xây dựng được các mức độ khá tự do, nó hết sức có lợi cho những học sinh giỏi trong hình thức học tập với tốc độ cao

- Hình thức dạy học tăng cường: Những HS xuất sắc được xếp vào một

lớp có trình độ cao với nhiều tài liệu tương ứng với khả năng của mỗi học sinh Một số trường Đại học, Cao đẳng đề nghị hoàn thành chương trình nhanh hơn

để HS có thể học bậc học trên sớm hơn Nhưng hướng tiếp cận giới thiệu HSG với những tài liệu lí thuyết tương ứng với khả năng của chúng cũng dễ làm cho học sinh xa rời xã hội

- Hình thức dạy học tách rời một phần thời gian: Các học sinh có năng lực

cao được học theo 2 chương trình song song: nâng cao và cơ bản

- Hình thức dạy học mở rộng nâng cao: Căn cứ vào tốc độ và năng lực của

người học, chương trình được thiết kế theo tiếp cận “giàu tri thức” Theo đó HSG vẫn dành thời gian học theo lớp bình thường, nhưng sau đó được nhận tài liệu mở rộng để thử sức, tự học tăng cường ở nhà

- Hình thức dạy học bán phần: Quá trình dạy học được tạm phân bổ thành

các phần thời gian học trên lớp, ở nhà, theo nhóm, học có cố vấn v.v

- Hình thức trường mùa hè, trại năng khiếu: các chương trình được thiết

kế gia tăng nội dung chuyên biệt bao gồm nhiều chương trình học bổ trợ, nâng cao, chuyên sâu được tổ chức vào mùa hè hoặc các đợt tập trung ngắn hạn Tuy nhiên, các hình thức tổ chức dạy học “đặc biệt” và đa dạng trên đều nhắm đến mục tiêu chung sau:

- Phát triển suy nghĩ ở trình độ cao phù hợp với khả năng trí tuệ của HS;

- Phát triển các kĩ năng, phương pháp, thái độ tự học, nâng cao ý thức và khát vọng của học sinh;

- Khuyến khích sự phát triển về lương tâm, ý thức, trách nhiệm trong đóng góp xã hội và năng lực lãnh đạo;

- Hướng đến sự đáp ứng nhu cầu, động cơ và năng lực học tập mang tính

cá nhân hóa cao độ

1.2 Vai trò và tác dụng của hệ thống bài tập Vật lí đối với HSG, năng khiếu

1.2.1 Ý nghĩa, mục đích của bài tập Vật lí trong bồi dưỡng HSG

Bài tập Vật lí có tác dụng như là một phương tiện để kiểm tra kiến thức và

kĩ năng vận dụng kiến thức của HS Bài tập Vật lí có tác dụng như những phương tiện giúp người học ôn tập, củng cố, rèn luyện tư duy và năng lực nghiên cứu khoa học, giúp người học có mối liên hệ giữa kiến thức với thực tế, giúp HS lĩnh hội kiến thức mới sâu sắc và sáng tạo

Hướng dẫn giải bài tập Vật lí là một khâu không thể thiếu trong quá trình dạy học Vật lí, nó giúp HS hình thành tư duy logic về các khái niệm, các đại lượng, các định luật Vật lí đồng thời tạo thói quen, kĩ năng, kĩ xảo trong vận dụng kiến thức Vật lí Phát triển tư duy về thế giới khách quan, sự định hướng nghề nghiệp và giáo dục kĩ thuật tổng hợp

Việc giải các bài tập Vật lí giúp rèn luyện tư duy, định hướng cho học sinh một cách tích cực và có thể được sử dụng như:

- Phương tiện nghiên cứu tài liệu mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách vững chắc, rèn luyện cho HS khả năng vận dụng kiến thức, liên hệ lý thuyết với thực tế Rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp NCKH cho học sinh

- Phương tiện ôn tập, củng cố kiến thức một cách sinh động và hiệu quả, rèn luyện những đức tính tự lập, cẩn thận, kiên trì, tinh thần vượt khó

- Phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh

Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí được sử dụng rộng rãi

sẽ mang lại hiệu quả rất lớn Hệ thống bài tập Vật lí được sắp xếp theo logic kiến thức, theo mức độ khó khăn, theo yêu cầu riêng

Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí giúp học sinh tìm hiểu, nâng cao kiến thức một cách có sự định hướng, nâng cao tư duy sáng tạo của HSG Vật lí và HS THPT Chuyên

1.2.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí

Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải giúp người học hệ thống hóa kiến thức, phát triển kĩ năng, tư duy Vật lí một cách mạnh mẽ Dưới góc độ hoạt động nhận thức và phát triển tư duy của học sinh giỏi Vật lí thì hệ thống bài tập

có vai trò như một kim chỉ nam cho các hoạt động phát triển sáng tạo của học sinh

Trong quá trình học tập của học sinh thì HS chưa có khả năng sắp xếp kiến thức và mức độ phát triển theo yêu cầu của bài tập nên hệ thống bài tập đã giúp các em có nhận thức chung về bài tập Vật lí, có tư duy sáng tạo ở mức độ cao

1.2.2.1 Tính hệ thống

Cơ sở lí thuyết của hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập là sự sắp xếp hệ thống bài tập theo một trật tự logic kiến thức và phát triển tư duy của học sinh Các bài tập được phát triển từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, tạo thành một hệ thống bài tập có thể phát triển thành nhiều bài khác

Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí được sắp xếp các bài

phát triển tư duy của con người Mỗi bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí là một hình thức và cách thức mới trong hệ thống

1.2.2.2 Tính logic

Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải theo một trật tự kiến thức và mức độ nhận thức của học sinh Các bài tập và hướng dẫn giải trong hệ thống có sự gắn kết kiến thức với nhau

1.2.2.3 Tính trực quan

Nhận biết một cách dễ dàng các hiện tượng, ngôn ngữ trong hệ thống bài tập và các bài tập có sự liên hệ với thực tiễn, dễ nhận biết

1.2.2.4 Tính quy luật riêng

Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí được sắp xếp theo quy luật riêng, theo quy luật phát triển kiến thức và tư duy

1.2.2.5 Phân cấp mức độ

Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí cần được sắp xếp theo theo các mức nhằm đáp ứng tối đa năng lực, nhu cầu và động cơ học tập của mỗi cá nhân HS

Mức 1

Mức độ đơn giản, yêu cầu HS nắm được kiến thức cơ bản nhất Học sinh vận dụng các kiến thức đã chứng minh để tìm ra theo yêu cầu bài tập Giáo viên hướng dẫn một phần của bài tập

Mức 2

Học sinh vận dụng giải các bài tập và giải thích hiện tượng đơn giản GV hướng dẫn học sinh giải bài tập và giải thích hiện tượng sơ qua để học sinh suy nghĩ và tìm hiểu tiếp

Mức 3

Cần có sự tư duy của học sinh để có thể giải được bài tập cùng với sự gợi ý của giáo viên GV hướng dẫn học sinh dưới dạng gợi ý, đặt ra các câu hỏi gợi mở định hướng suy nghĩ của học sinh

Mức 4

Các bài tập khó yêu cầu học sinh phải có kiến thức nâng cao, sâu sắc và biến đổi để giải được các bài tập trong hệ thống bài tập Giáo viên luôn quan sát và theo dõi hoạt động của học sinh và gợi ý theo định hướng của bài để tránh sự hiểu nhầm của học sinh và tránh tâm lí ngại với những bài khó

Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp Mỗi bài tập

là một mắt xích trong hệ thống bài tập nhằm củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức Vật lí Hệ thống bài tập cần có nhiều thể loại: giả tạo, mô phỏng, thực

tế, luyện tập, sáng tạo, suy luận v.v Nội dung bài tập phải có kiến thức Vật lí

cơ bản, phù hợp với lứa tuổi học sinh và mang tính chất khoa học, tính sư phạm

Các bài tập Vật lí phải có sử dụng các ngôn ngữ chính xác và có thể giải quyết được yêu cầu đặt ra Phải được sắp xếp một cách trật tự khoa học theo yêu cầu của từng phần kiến thức hay theo phương pháp giải

Các bài tập phải phù hợp với điều kiện và khả năng thực hiện Mỗi bài tập phải có củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức Vật lí Các bài tập Vật lí phải có sự phân chia, phân loại theo mức độ nhận thức, theo cách giải khác nhau

Giáo viên phải dự kiến chi tiết kế hoạch sử dụng hệ thống bài tập Vật lí như nêu vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố, hệ thống hóa, kiểm tra và đánh giá khả năng tiếp thu kiến thức, kỹ năng của học sinh Giáo viên phải nêu

số lượng bài tập Vật lí cần giải ở lớp, ở nhà hoặc làm thêm…

Bài tập Vật lí dùng để củng cố, bổ sung kiến thức và hoàn thiện lý thuyết,

để xây dựng kiến thức mới, để kiểm tra hay đánh giá chất lượng học tập, để tạo vấn đề cần giải quyết trước khi nghiên cứu một phần kiến thức nào đó

Dùng hướng dẫn giải bài tập Vật lí tạo mối liên hệ giữa kiến thức với thực tế, giúp học sinh nâng cao kiến thức và hiểu biết sâu sắc Khi sử dụng bài tập Vật lí theo đối tượng nhận thức, theo điều kiện khách quan

1.3 Phân loại bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí

Tiêu chí của một hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí là

riêng, giáo viên phải tự giải được các bài tập đó và dự đoán được những khó khăn, sai sót của học sinh thường gặp phải

Hệ thống bài tập phải đảm bảo các tiêu chí sau:

- Thông qua việc giải hệ thống bài tập, những kiến thức cơ bản, đã được xác định của đề bài phải được củng cố, ôn tập, hệ thống hoá và khắc sâu

- Các bài tập giúp nhận thức được mối quan hệ lôgic giữa các đại lượng Vật lí Những mối quan hệ này phản ánh những mối quan hệ có thực giữa các đối tượng Vật lí và các quá trình Vật lí hoặc những tính chất của chúng Đó là một trong những tiêu chuẩn để giáo viên căn cứ vào đó lựa chọn hệ thống bài tập Mỗi bài tập phải có một điều mới mẻ nhất định, một khó khăn vừa sức

- Hệ thống bài tập phải đa dạng về thể loại và về nội dung phải không được trùng lặp, phải phù hợp với trình độ của học sinh Số lượng bài tập được lựa chọn phải phù hợp với sự phân bố thời gian Ở cấp THPT, các bài tập Vật lí được sắp xếp hệ thống và đa dạng về thể loại, nó là một trong các phương tiện quan trọng để rèn luyện kỹ năng, kĩ xảo và năng lực hoạt động sáng tạo trong học tập Vật lí

Thực tế có rất nhiều sách tham khảo phân loại bài tập theo các hướng và cách sắp xếp bài tập khác nhau nhưng dựa theo sách giáo khoa và sách bài tập tác giả đưa ra một cách phân loại bài tập như sau:

Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí giúp học sinh hiểu rõ

và sâu sắc kiến thức Vật lí, giúp nâng cao tư duy của HSG và học sinh năng khiếu, có sự liên hệ chặt chẽ giữa các bài tập Thiết kế hệ thống không tốn kém nhiều về kinh tế khi thực hiện, nâng cao tư duy khoa học cho HS về kiến thức Vật lí, rèn luyện kĩ năng giải bài tập khó và nhanh Hệ thống giúp các em có được một kho kiến thức, kho tài liệu quý cho việc học tập

Tuy nhiên, quá trình giải bài tập theo hệ thống này đòi hỏi thực hiện trong thời gian dài, chỉ thực hiện được đối với học sinh giỏi và học sinh năng khiếu HS và GV phải có tầm kiến thức chắc chắn mới có thể sử dụng hệ thống

bài tập và hướng dẫn giải bài tập có hiệu quả cao

1.4 Sử dụng bài tập Vật lí nhằm phát hiện và bồi dƣỡng HSG

Bồi dưỡng HSG là công viê ̣c không thể thiếu và diễn ra hàng năm ở các trường THPT Để làm được điều này , mỗi GV đều có mô ̣t cách làm khác nhau tùy thuộc vào điều kiện và năng lực của HS , nhưng trong đó không thể thiếu được sự đóng góp của hệ thống tài liệu, bài tập nhằm bồi dưỡng HSG, đặc biệt đối với những môn khoa học tự nhiên như Vật lí

Để học giỏi môn Vật lí, HS cần có những phẩm chất và năng lực như:

Bài tập

định

tính

Bài tập định lượng

Bài tập

đồ thị

Bài tập thí nghiệm

Phân loại bài tập căn cứ theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy

Bài tập

cơ bản

Bài tập tổng hợp

- Có trình độ tư duy Vật lí phát triển (năng lực phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát, suy luận lôgíc,…);

- Có kỹ năng thực hành và vận dụng linh hoạt sáng tạo kiến thức lí thuyết đã có để giải quyết các vấn đề trong Vật lí cũng như trong thực tiễn

Vì vậy, phát triển năng lực nhận thức và rèn luyện các kỹ năng là những yêu cầu cơ bản, quan trọng nhất của quá trình bồi dưỡng HSG

Trong dạy học Vật lí, bài tập là một phương tiện và phương pháp rất có lợi thế để hình thành các kỹ năng và phát triển năng lực tư duy cho học sinh Người giáo viên phải dự tính được kế hoạch cho toàn bộ công việc về bài tập, với từng đề tài, từng tiết học cụ thể Để có thể vận dụng hệ thống bài tập một cách hiệu quả, giáo viên cần đáp ứng các yêu cầu sau:

- Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nêu vấn đề để sử dụng trong tiết nghiên cứu tài liệu mới nhằm kích thích hứng thú học tập và phát triển tư duy học sinh

- Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lí thuyết cụ thể đã học, cung cấp cho người học những hiểu biết về thực tế và kĩ thuật có liên quan với kiến thức lí thuyết

- Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức, kĩ năng về từng kiến thức cụ thể và từng phần của chương trình Sắp xếp các bài tập thành hệ thống, định kế hoạch và phương pháp sử dụng Khi dạy giải bài tập Vật lí cần dạy cho HS biết vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề đặt ra, rèn kĩ năng giải các bài tập cơ bản thuộc các phần khác nhau trong chương

- Khi lựa chọn bài tập, cần xác định cho được mục tiêu dạy học của bài tập đó Kết quả dự kiến cần đạt được mô tả dưới hình thức những hành vi quan sát được

Mục tiêu dạy học của bài tập thường có hình thức như sau:

- Nêu lại được định nghĩa, định luật, giải thích được, mô tả được hiện

tượng, so sánh được mức độ khác nhau hay giống nhau của các sự kiện hoặc hiện tượng nào đó

- Thực hiện, hoàn thành được công việc nào đó với những tiêu chí cụ

thể như lập kế hoạch, tổ chức, phát hiện, tra cứu, xử lí số liệu, đánh giá, phê phán, biện luận…

- Đánh giá được tầm quan trọng, ý nghĩa, giá trị, mức độ, … của quá

trình hay sự kiện, hiện tượng Biết thực hiện (hay tiến hành, hoàn thành, …)

hành động hay hành vi nào đó ở trình độ nhất định và mức độ chính xác đến đâu…

- Biết thể hiện ý thức (hay thái độ, xúc cảm, tình cảm, nhu cầu, lí trí,…)

trước sự kiện theo định hướng…

1.5 Thực tiễn công tác bồi dƣỡng học sinh giỏi, năng khiếu Vật lí

Để có thể đào tạo HS năng khiếu thành những người có năng lực nổi trội, thành tài năng đòi hỏi áp dụng những phương pháp dạy học phù hợp với từng năng khiếu Tuy nhiên, dù bằng hình thức nào cũng cần chú trọng đến việc hình thành nhân cách toàn diện Với những kinh nghiệm đã thực hiện có kết quả trong quá trình đào tạo các HS năng khiếu ở lớp chất lượng cao trường THPT Nguyễn Trãi (Thái Bình) đã đạt nhiều thành tích cao, nhiều HS đạt kết quả cao trong các kỳ thi Vừa qua đội tuyển HSG Vật lí của trường đã xếp thứ

2 toàn tỉnh trong khi các năm trước chưa có năm nào đạt được một phần nhờ việc sử dụng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí chương “Dao động cơ” Tỉnh Thái Bình có phong trào học tập rất mạnh với vị trí tốp 10 tỉnh trong toàn quốc điều đòi hỏi công tác bồi dưỡng học sinh giỏi là rất quan trọng Thực tiễn công tác bồi dưỡng HSG, năng khiếu môn Vật lí của tỉnh Thái Bình trong những năm qua thường được tổ chức theo mô hình sau:

Thứ nhất: Xây dựng lớp, lập kế hoạch bồi dưỡng, giảng dạy học sinh giỏi

Năm lớp 10: Ban đầu các em HS được tổng kết các kiến thức ở trung học

cơ sở, học một số kiến thức lớp 10, làm quen với một số chuyên đề bồi dưỡng HSG Khi mặt bằng kiến thức đều các em sẽ tham gia kỳ thi HSG lần thứ nhất

và chọn ra 45 HS có điểm cao nhất, thành lập lớp luyện HSG

Quá trình này được triển khai cho đến thời điểm kết thúc học kỳ I Như vậy, lớp HSG được học đồng thời các kiến thức cơ bản và các kiến thức nâng cao, chuyên sâu cần thiết cho học sinh giỏi Hệ thống kiến thức được xây dựng dưới dạng các chuyên đề nâng cao

Trong học kỳ II, song song với chương trình của lớp 10 (cơ bản) đủ để học các chuyên đề bồi dưỡng và giải các dạng bài tập khó, việc thi khảo sát để tuyển chọn HSG từ các lớp khác được tiến hành Như vậy, quá trình sàng lọc

và bổ sung HSG theo năng lực đáp ứng yêu cầu của đào tạo, bồi dưỡng HSG bắt đầu được thực hiện ở mức cao hơn

Năm lớp 11: Trong năm học này chương trình nâng cao tiếp tục được

triển khai song song với việc tiến hành khảo sát cuối học kì I để định hướng cho học sinh Kết quả thi khảo sát cuối học kì II cho phép đánh giá và giữ lại

15 - 20 học sinh thể hiện năng lực, năng khiếu đối với môn Vật lí một cách rõ nét nhất

Năm lớp 12: Sau khi thành lập đội tuyển, các HSG (trong đội tuyển) sẽ

được học tập trung mỗi ngày một buổi Các chuyên đề bồi dưỡng được thiết kế theo các mục tiêu nhận thức và năng lực ở mức cao (phát hiện và giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo, tính toán chính xác, tốc độ nhanh v.v.), và được triển khai đến trước kì thi HSG toàn tỉnh Dựa trên kết quả của kì kiểm tra lần cuối, thành viên của đội tuyển đi thi HSG Vật lí sẽ được lựa chọn

Thứ hai: Hướng dẫn tự học

Giao làm bài tập về nhà, bổ sung tài liệu, sách tham khảo, hệ thống bài tập nâng cao là một hình thức dạy học được triển khai thường xuyên trong suốt thời gian đào tạo, bồi dưỡng HSG Vật lí Quá trình này giúp các HSG tiếp tục củng cố kiến thức, nâng cao tư duy, nâng cao khả năng tự lực giải quyết các tình huống, các dạng bài tập mới Đây là hình thức dạy học đóng vai trò quan trọng, chiếm tới 2/3 tổng thời gian đào tạo, có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hiệu quả của việc bồi dưỡng học sinh giỏi của tỉnh Thái Bình

Thứ ba: Hướng dẫn tổng kết

Tất cả các học sinh đều phải viết các bài tổng kết đối với các kiến thức đã học dưới sự hướng dẫn của giáo viên bồi dưỡng HSG Nhờ công việc này mỗi học sinh được rèn luyện các khả năng phân tích và tổng hợp Nhiều học sinh có thể xây dựng được các bài tập toán khó để bước đầu luyện tập khả năng sáng tạo

Thứ tư: Thi khảo sát học sinh giỏi từng học kỳ

Mỗi học kỳ khối chuyên tổ chức một cuộc thi giải các bài tập khó được sưu tầm từ các tài liệu Những học sinh có cách giải đúng, hay sẽ được khen thưởng Để đạt kết quả cao trong các kỳ thi này các em phải tự đọc, tự giải từ

đó các em được rèn luyện với mục tiêu nhận thức và kĩ năng ở mức cao nhất Kết quả và thông tin thu được qua mỗi kì khảo sát sẽ giúp đội ngũ giáo viên bồi dưỡng HSG điều chỉnh, bổ sung, cập nhật kịp thời hệ thống bài tập nâng cao cho HSG

Thứ năm: Thi tự chấm

Hình thức thi tự chấm sẽ giúp giáo viên nắm được kết quả mà giảm bớt công việc chấm bài nhưng nó lại là hình thức dạy học rất tốt cho các em học sinh đặc biệt là HSG Giúp các em tự tìm ra vấn đề mà mình còn chưa đúng để

từ đó có sự định hướng, sửa đổi Giúp các em có khả năng tự đánh giá bản thân

để có biện pháp khắc phục và phát huy Trong quá trình tổ chức thi giáo viên phải chuẩn bị đề, đáp án chính xác, độ khó, mức độ yêu cầu phải phù hợp với đối tượng học sinh và đủ số lượng với thời gian kiểm tra Giao cho học sinh khác chấm phải thật sự công minh trước sự kiểm soát của giáo viên Các kỳ thi này các em học sinh tham gia nhiệt tình hơn vì mình vừa là trò vừa là thầy

Thứ sáu: Thi chất lượng

Thi kiểm tra chất lượng do giáo viên tổ chức và trực tiếp chấm, nhận xét Giáo viên ra đề với mức độ khó tùy theo yêu cầu phân loại HS Đề thi có độ khó cao hơn, tổ chức nhiều lần trong năm học chung cho toàn trường nhằm trang bị kiến thức, phương pháp giải các dạng bài tập Đây là biện pháp giúp nâng cao kiến thức, giúp giáo viên đánh giá chất lượng giảng dạy và giúp các

em HS nhận biết thực lực Từ kết quả bài thi giúp GV lựa chọn được số lượng cho đội tuyển

1.5.1 Ưu điểm và hạn chế trong việc sử dụng hệ thống bài tập Vật lí cho HSG tại Trường THPT Chuyên (Thái Bình)

Bài tập Vật lí giúp HSG tăng cường sự sáng tạo trong mỗi bài học Vật lí

từ đó củng cố kiến thức và phát huy năng khiếu Vật lí đồng thời nâng cao kiến thức cho giáo viên

Các thầy cô giảng dạy môn Vật lí tại Thái Bình đã có sử dụng hệ thống các bài tập hay và khó, sử dụng các biện pháp bồi dưỡng HSG mới Học sinh khi tham gia giải bài tập Vật lí hăng say và có niềm yêu thích môn học, niềm khao khát được khám phá các hiện tượng Vật lí mới Ở đó khả năng tiếp thu kiến thức tự nhiên được khơi dậy làm cho kiến thức trở thành dụng cụ không thể thiếu trong cuộc sống cũng như trong học tập

Giáo viên khi giảng dạy những bài tập cho HSG đã sao nhãng đi một phần

đó là nhân cách sống của học sinh Các phương pháp áp dụng cho HSG lại không thể áp dụng được cho các em học sinh phổ thông Điều này yêu cầu nhà trường cần có sự phân loại học sinh theo lớp theo năng lực nhận thức để các thầy cô có thể giảng dạy tốt hơn

Học sinh chỉ chú trọng vào những vấn đề khó mà quên mất rằng để có thể nhớ lâu và nhanh cần có sự hệ thống hóa kiến thức dưới dạng tạo ra một hệ thống các bài tập và hướng dẫn giải được sắp xếp có khoa học tạo cho tư duy phát triển bậc cao

Dạy bài tập hiện nay các thầy cô mới chú trọng tới độ khó của bài tập mà còn chưa quan tâm nhiều đến biện pháp hướng dẫn cho học sinh biện pháp để giải bài tập Các thầy cô khi dạy bài tập Vật lí mới tập trung vào số lượng nhiều

mà chưa chú trọng tới các bài tập tổng quát mà từ đó học sinh có thể tự vận động để giải Các thầy cô mới tập trung vào việc giải bài tập của mình mà ít quan tâm tới việc học sinh suy nghĩ, tiếp nhận, giải chúng như thế nào

Các lí do trên đã làm cho sự phát triển năng khiếu của học sinh bị hạn chế

Học sinh giải các bài tập mà không chú ý tới biện pháp giải mà chỉ áp dụng các công thức một cách vô cảm Học sinh tập trung giải cho thật nhiều bài tập mà không phân loại bài tập nên nhớ máy móc nhiều dẫn đến khả năng huy động kiến thức không nhanh và không nhiều Khi giải bài tập học sinh vẫn chưa phát triển được bài tập mà mới chỉ dừng lại việc đáp ứng yêu cầu của bài toán đặt ra nên đôi khi yêu cầu khác đi một chút là các em gặp sự lúng túng trong việc điều khiển kiến thức

Giáo viên cố gắng song song với việc bồi dưỡng HSG bổ sung cho học sinh nhân cách sống, cần có sự chuyển đổi phương pháp truyền đạt với các đối tượng học sinh khác có nhận thức kém hơn để phát huy năng khiếu của HS Thường xuyên tổ chức những buổi học ngoại khóa giúp học sinh hoàn thiện nhân cách

Học sinh khi giải bài tập phải chú ý đến phương pháp giải và phải sắp xếp các bài tập thành hệ thống có logic phù hợp với khả năng tiếp nhận kiến thức của riêng mình Học sinh phải biết phát triển kiến thức từ những kiến thức hiện

có, điều khiển kiến thức trong quá trình học một cách liên tục, khoa học và biết xây dựng kiến thức mới trên nền kiến thức cũ

1.5.2 Một số vấn đề về đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh

Đề thi học sinh giỏi ở Thái Bình có hình thức đề thi là thi đề trắc nghiệm

có 50 câu trong 90 phút, trong 50 câu có ít nhất là 20 câu bài tập về dao động

cơ Các bài tập có trong đề thì yêu cầu học sinh phải có sự hiểu biết cao mới có thể đạt kết quả cao trong quá trình thi Đề thi học sinh giỏi quốc gia thì có hình thức là tự luận và cũng có từ hai đến ba bài tập về dao động cơ trong tổng số 10 bài trong đề thi

Vừa qua tác giả có thực hiện đề tài trong việc bồi dưỡng HSG tại trường THPT Nguyễn trãi và đã thu được kết quả cao đó là đội tuyển đã đạt giải nhì trong toàn tỉnh trong khi các năm trước chỉ đạt vị trí thứ tư và thư năm Điều này cho thấy hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập chương “Dao động cơ”

đã góp phần nâng cao chất lượng HSG và phát huy năng khiếu Vật lí của HSG

Qua đó cho thấy phần dao động cơ là phần rất quan trọng trong thi HSG

và nó rất quan trọng đối với việc bồi dưỡng HSG và học sinh năng khiếu Vật lí

Kết luận Chương 1

Trong Chương 1 chúng tôi đã hệ thống lại cơ sở lí luận về HS năng khiếu

và HSG Vật lí cùng một số lý luận về biện pháp bồi dưỡng HSG và phát huy năng khiếu Vật lí của học sinh giỏi và HS chuyên Vật lí Cụ thể:

- Nêu lên được khái niệm năng khiếu, năng khiếu Vật lí của HS nói riêng và sự phát triển năng khiếu Vật lí của HSG

- Sử dụng một số biện pháp bồi dưỡng học sinh năng khiếu Vật lí, một số quan niệm về HSG, HSG Vật lí, các hình thức bồi dưỡng HSG Vật lí, mục tiêu đào tạo

- Nắm được vai trò và tác dụng của bài tập trong bồi dưỡng HSG Vật lí, mục đích của việc sử dụng bài tập trong dạy học

- Phân loại bài tập Vật lí và đưa ra một số phương pháp và các bước giải bài tập Vật lí, các cách hướng dẫn giải bài tập Vật lí

- Hiểu các tiêu chí để chọn và sử dụng hệ thống bài tập, điều tra thực trạng của việc dạy HSG Vật lí 12 hiện nay từ đó có biện pháp khắc phục và xử lí tình trạng hiện đang xảy ra

- Nắm được vai trò và chức năng của hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Ưu điểm, nhược điểm của việc sử dụng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí trong dạy học bồi dưỡng HSG

- Nêu được thực tiễn công tác bồi dưỡng HSG

Tất cả các vấn đề đã được nêu trong chương được sử dụng để xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí 12 chương “Dao động cơ” nhằm bồi dưỡng HSG và phát huy năng khiếu Vật lí của học sinh THPT Chuyên

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” VẬT LÝ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ PHÁT HUY NĂNG KHIẾU CỦA HỌC

SINH THPT CHUYÊN

2.1 Các bước giải bài tập Vật lí

Trong quá trình hướng dẫn giải bài tập Vật lí và qua tổng kết của nhiều giáo viên cùng bộ môn đã rút ra được các bước giải tổng quát khi giải bài tập Vật lí như sau:

Bước 1: Tìm hiểu đề bài

Phân biệt ẩn số, dữ kiện, tóm tắt, vẽ hình biểu diễn

Bước 2: Phân tích hiện tượng

Những dữ kiện đã cho liên quan đến những khái niệm, hiện tượng, quy tắc, định luật nào trong Vật lí Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng

và các định luật chi phối nó

Bước 3: Xây dựng lập luận

Sử dụng phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp

Phương pháp phân tích thì xuất phát từ ẩn số của bài tập, tìm ra mối quan

hệ giữa ẩn đó với một đại lượng khác của một định luật, diễn đạt bằng công thức, tiếp tục phát triển lập luận hoặc biến đổi tìm được công thức chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số và dữ kiện

Phương pháp tổng hợp có trình tự làm ngược lại: điểm xuất phát từ các

dữ kiện của đầu bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi để đi đến công thức có chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho Xây dựng luận 3 đoạn để tạo mối quan hệ giữa Vật lí với hiện tượng

Bước 4: Biện luận

Dự đoán hiện tượng, phân tích kết quả

2.2 Cách hướng dẫn giải bài tập, mục tiêu, kĩ năng, kĩ xảo và phân loại bài tập Vật lí

2.2.1.Cách hướng dẫn giải bài tập

Thông qua kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy tác giả đưa ra một số cách hướng dẫn mà nó có thể mang lại hiệu quả cao như sau:

Cách thứ nhất : Làm bài tập theo mẫu

Học sinh tham gia giải bài tập theo một mẫu tương tự đã đưa ra trước Học sinh giải bài tập theo trình tự hành động cụ thể đã định trước Giáo viên hướng dẫn học sinh giải bài tập thông qua các bước giải tổng quát

VD: Viết phương trình chuyển động của vật

Bước 1: Tìm biên độ A

Bước 2: Tìm tần số

Bước 3: Tìm pha ban đầu

Cách thứ hai là hướng dẫn tìm tòi

Giáo viên gợi ý cho học sinh dưới dạng đặt câu hỏi nêu vấn đề mâu thuẫn, định hướng suy nghĩ, tạo sự tò mò, khuyến khích tinh thần khám phá kiến thức

để người học phát hiện và tìm ra biện pháp giải quyết

VD: giải thích hiện tượng dao động điều hòa của con lắc lò xo nằm ngang Giáo viên đặt câu hỏi: Vật chuyển động về vị trí cân bằng nhờ lực gì?

Vật qua vị trí cân bằng nhờ tính chất nào?

Vật chuyển động tới khi nào dừng lại?

Vật chuyển động có lặp lại như thế nào?

Cách thứ ba là hướng dẫn khái quát và tổng kết vấn đề

Giáo viên nêu vấn đề đã biết và vấn đề cần giải quyết để định hướng làm đơn đặt hàng cho suy nghĩ của HS Ưu điểm của biện pháp này là giúp định hướng tư duy HS và đòi hỏi HS phải hoạt động tìm tòi kiến thức tự lực, sáng tạo

Cách thứ tư là hướng dẫn theo cây tư duy

Giáo viên là người xây dựng quá trình tư duy của mình cũng như của con người nói chung khi nghiên cứu bài tập Để từ đó HS có sự phát triển tư duy sáng tạo và vận dụng kiến thức một cách hợp lí cho mỗi bài tập, hiện tượng Vật

lí

VD: Giáo viên xây dựng sơ đồ suy nghĩ để đưa ra kết quả: Để tìm chu kì dao động con lắc đơn T cần tìm chiều dài dây dẫn và gia tốc rơi tự do

2.2.2 Mục tiêu, kĩ năng Vật lí chương “Dao động cơ”

2.2.2.1 Mục tiêu dạy học chương “Dao động cơ”

Khái niệm dao động, dao động tuần hoàn, dao động điều hòa, dao động

tự do, dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cưỡng bức Khái niệm các đại đại lượng Vật lý Hiện tượng cộng hưởng, mối liên hệ chuyển động tròn đều và dao động điều hòa Các công thức dao động điều hòa, tổng hợp dao động Vận dụng linh hoạt các công thức, kiến thức Vật lí về dao động cơ để giải bài tập

2.2.2.2 Những kĩ năng học sinh cần đạt được

Hiểu bản chất của các hiện tượng trong dao động cơ học Vận dụng lý thuyết để giải thích các hiện tượng cơ học, vận dụng các công thức linh hoạt để giải các bài tập Vật lí chương “Dao động cơ”

2.3 Một số điểm lưu ý khi làm bài tập Vật lí và sơ đồ phân loại bài tập chương “Dao động Cơ”

Cần phân biệt các loại đơn vị khác nhau VD: Một số sai lầm phổ biến

hiện nay là : không phân biệt kW (công suất) và kWh (công)

Tập thói quen kiểm tra giá trị của các đại lượng sao cho có nghĩa và phù

hợp trong thực tế Tâm lí sợ số lẻ(Hoảng hốt nếu kết quả cho số lẻ)

Cách ghi kết quả: kết quả thường giữ rất nhiều số thập phân, tính toán chính xác, trình bày sạch sẽ, khoa học, thông tin ngắn gọn

2.3.2 Sơ đồ phân loại bài tập chương “Dao động cơ"

Sau quá trình nghiên cứu và tìm hiểu kết hợp với thực nghiệm sư phạm tác giả phân loại bài tập và hướng dẫn giải bài tập chương “ Dao động cơ” vật

lí 12 như sau:

- Bài tập định tính là bài tập mà trong đó người giải phải sử dụng các công thức Vật lí để giải các bài tập và tìm ra các số liệu cụ thể khoa học và theo yêu cầu của bài tập

- Bài tập định tính là bài tập mà tròn đó người giải phải sử dụng các tính chất Vật lí, các định luật Vật lí, các công thức Vật lí, các học thuyết Vật lí để giải thích các hiện tượng Vật lí hoặc chứng minh các kiến thức Vật lí bằng lập luận

- Bài tập tự giải là bài tập giao cho học sinh làm tại lớp hoặc về nhà mà không

có sự hướng dẫn của giáo viên Các em học sinh phải tự lực làm bài và được giáo viên kiểm tra kết quả và quá trình giải từ đó giáo viên có thể rút kinh nghiệm cho học sinh và cũng cho cả bản thân

- Dựa trên kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy đội tuyển HSG và dựa trên

xu hướng phát triển tư duy của học sinh tác giả đưa ra hệ thống bài tập định

Khảo sát dao động nhỏ của con lắc đơn khi có thêm một lực không đổi tác dụng

Vận tốc dài, lực căng dây, năng lượng của con lắc đơn trong quá trình dao động Chứng minh một cơ hệ dao động điều hòa

lượng theo các dạng bài tập để HS có thể tư duy dọc theo trật tự kiến thức để

HS có thể ghi nhận và phát huy khả năng sáng tạo cao hơn

2.4 Hệ thống bài tập cho học sinh giỏi

2.4.1 Bài tập định lượng

Dạng 1 Con lắc lò xo

Bài 1: Cho hai cơ hệ liên hết như hình vẽ Thanh cứng OA có độ dài l,

khối lượng không đáng kể, dao động được quanh điểm treo O Ở vị trí cân bằng hai lò xo có độ cứng k1, k2 không bị biến dạng Vật có khối lượng m Kéo lệch

m ra khỏi VTCB một đoạn nhỏ rồi buông nhẹ Chứng minh m dao động điều hòa Tìm chu kì dao động của mỗi vật trong hệ

l

x mgl E

mgl E

mgl E

t t t t

2 2 2 2

2 1

) ( 2 1 2 1 2 sin 2

1 1

x k x k

Cơ năng toàn phần là

const x

k x k l

mgx mv

2 2 1

2 2

2

1 2

1 2

Lấy đạo hàm hai vế của biểu thức (1) ta có

0 ' '

' '  k1xxk2xx

''

0 ' '

' ''

'

2 1

2 1

k m

k l

g x

xx k xx k l

mgxx x

g  1 2



 thì x''  2x 0

phương trình vi phân có nghiệm xAcos( t  )

Vậy vật dao động điều hòa với chu kì

m

k k l g

T

2 1

k x k l

mgx mv

E

x k x k mgh

2 2

2 2 2 1 2

2

1 2

1 2 2

2

1 2

1 2

Lấy đạo hàm hai vế ta có

0 ' '

' '  k1xxk2xx

''

0 ' '

' ''

'

2 1

2 1

k m

k l

g x

xx k xx k l

mgxx x

k

k1 2  thì 0

''  2x

Vậy vật dao động điều hòa với chu kì

l

g m

k k

2 

với điều kiện

l

g m

k

k1 2 

Bài 2: Hai quả cầu có khối lượng m1=2 kg và m2=1 kg có thể trượt không ma sát dọc theo một thanh ngang Nối hai quả cầu với nhau bằng một lò xo có độ cứng k=24N/m, có khối lượng không đáng kể Kéo hai quẩ cầu lại gần nhau để

lò xo bị nén lại một đoạn nhỏ Đồng thời buông tay để hai quả cầu cùng bắt đầu chuyển động không vận tốc ban đầu

1 Chứng minh hệ dao động điều hòa

2 Tính chu kì dao động của mỗi quả cầu

Hướng dẫn giải

1 Chứng minh hệ dao động điều hòa

Lấy một điểm O trên thanh ngang làm gốc tọa độ Chiều dương như hình vẽ Gọi l0 là chiều dài tự nhiên của lò xo, x là độ biến dạng của lò xo trong quá trình biến dạng của lò xo trong quá trình hai quả cầu dao động Giả sử ở thời điểm t nào đó, lò xo đang bị nén một đoạn x Khi đó chiều dài lò xo là l0-x và quả cầu m1 có tọa độ x1, m2 có tọa độ x2

Ta có x2-x1=l0-x lấy đạo hàm hai vế theo thời gian

ta có x2’’-x1’’=-x’’ (1)

Đồng thời ở thời điểm trên, hai lực đàn hồi tác dụng lên hai vật m1, m2 hướng

ra xa nhau, bằng nhau và ngược dấu

x m

k x

x m a m

kx F

1 1

1 1 1 1

k x

x m a m

kx F

2 2

2 2 2 2

''

''

2 1

1 2

k m

k x

x x m

k x m

k 



Ta có x''  2x 0

phương trình vi phân có nghiệm x Acos( t  )

Chứng tỏ vật dao động điều hòa

2 Tính chu kì dao động

Tần số dao động của mỗi quả cầu bằng tần số biến thiên của x

Vì vậy, chu kì dao động của hai quả cầu cùng là

s k

m m

m m

) (

2 2

2 1

Bài 3: Cho một hệ cơ học liên kết như hình vẽ Các quả cầu hoàn toàn giống

nhau, cùng có khối lượng m và các lò xo cũng hoàn toàn giống nhau, cùng có

độ cứng k Hệ được đặt trên một mặt phẳng nằm ngang Bỏ qua mọi ma sát và khối lượng của các lò xo Khi hệ đứng yên cân bằng thì các lò xo không biến dạng và ba quả cầu nằm trên 3 đỉnh của tam giác đều ABC Đồng thời đẩy ba quả cầu về phía trọng tâm O của tam giác ABC một khoảng bằng nhau rồi buông tay

1 Sau khi buông tay hệ chuyển động thế nào ? chứng minh rằng chuyển động của mỗi quả cầu là một dao động điều hòa

2 Xác định biểu thức tính chu kì dao động của mỗi quả cầu

Hướng dẫn giải

1 Chứng minh dao động điều hòa

Khi buông tay các quả cầu dao động Mỗi quả cầu dao động dọc theo phương của đường cao (đi qua tâm) của tam giác đều ABC Ở một thời điểm bất kì, ba quả cầu sẽ nằm trên ba đỉnh tương ứng của một tam giác đều

Vì dao động của ba quả cầu là như nhau nên chỉ cần xét dao động của một quả cầu, chẳng hạn quả cầu ở đỉnh C Chọn trục tọa độ Cx có chiều dương như hình

vẽ, gốc tọa độ là VTCB C Ở thời điểm nào đó quả cầu ở vị trí M có li độ x(giả

sử x>0) thì mỗi lò xo giãn được đoạn

x x

''

3 2

3 3 2

3 3

k x kx mx

kx x

k kx F

) cos(   

3 2

1 Tính chu kì dao động của hệ nói trên khi được kích thích

2 Phải cắt lò xo trên thành bao nhiêu phần bằng nhau để khi treo quả cầu vào mỗi phần, chu kì dao động là 0,5s

3 Với quả cầu trên, nếu muốn tạo một hệ có chu kì gấp 2 lần chu kì ở câu 1 thì

phải dùng bao nhiêu lò xo nguyên thủy (lò xo lúc chưa cắt) và ghép thế nào?

Giả sử chia lò xo có độ cứng k thành n phần giống nhau

Gọi k1 là độ cứng của mỗi phần lò xo

Khi kéo lò xo có độ cứng k bởi một lực F theo phương của trục lò xo làm lò xo

k giãn đoạn l thì mỗi lò xo thành phần giãn đoạn l/n ta có

nk k n

l k l k

F    1  1 Khi treo quả cầu vào một lò xo thành phần, chu kì là

5 , 0

5 , 0 2

5 , 0 2

1 1

s k

m T





Mà T=1s suy ra n=4

Vậy phải cắt lò xo thành 4 phần để khi treo quả cầu vào một phần thì T1= 0,5 s

3 dùng bao nhiêu lò xo, ghép thế nào?

Để hệ có chu kì T2 bằng 2 chu kì T (T2=2T=2s) thì độ cứng của hệ là k’

4 ' 4 ' 1

2 2 2 '

2 2

k k k k

k

m T

k

m T

Để có k’=k/4 thì cần 4 lò xo nguyên thủy ghép nối tiếp

Bài 5: Một vật khối lượng m=2 kg có thể trượt không ma sát dọc theo thanh

ngang AB Vật được nối qua hai lò xo L1 và L2 vào hai điểm cố định A, B Bỏ qua khối lượng của hai lò xo và mọi ma sát Giả sử rằng khi vật ở VTCB thì hai

lò xo đều không biến dạng Đưa m ra khỏi VTCB 10cm rồi thả cho vật dao động không vận tốc đầu thì chu kì dao động đo được là T= s

3

2 

1 Lập phương trình dao động của m

2 Bây giờ hai lò xo và vật m nói trên được mắc như h2, lúc này chu kì dao

động đo được là T’=

2

3T Hãy tìm độ cứng k1, k2 của mỗi lò xo

3 Xét trường hợp vật m được nối vào hai lò xo như h1 và vẫn kéo ra khỏi VTCB 10cm rồi thả cho dao động không vận tốc ban đầu Giả sử khi đi qua VTCB thì điểm nối giữa vật m với hai lò xo đều bị tuột ra Hãy tìm chu kì dao động và chiều dài quỹ đạo

Hướng dẫn giải

1 Lập phương trình dao động

h2

L 1 L2 m h1

L 1 m L2

B A

Trong quá trình dao động, khi vật ở li độ x hợp lực tác dụng lên vật là:

F = - k1x - k2x= - (k1+k2)x Đặt k=(k1+k2) ta được F = - kx

Mặt khác ta có

F = ma = mx’’= - kx Suy ra

0 ''

0 ''

x m

k x



Với   2  3

T m

2 2 1 1

2 1

2 1 '

' ' ' '

k k

k k k

k

F k

F k F

4

2

3 ) (

2 ' 2 '

2 1 2 1

2 1

2 1

k k k k

T k

k

k k m k

m T

3 Tìm chu kì dao động và chiều dài quỹ đạo

Khi mắc lò xo như h1, cơ năng của hệ là E=kA2

/2 Giả sử vật đi qua VTCB theo chiều từ A đến B thì các điểm nối bị tuột ra Lúc này vật tách khỏi lò xo L1, đi về phia B chậm dần rồi dừng lại để đổi chiều chuyển động; khi đó L2 bị nén lại đoạn A2, cơ năng E được chuyển thành thế năng đàn hồi của L2

Khi đổi chiều chuyển động, vật đi từ B về vị trí cân bằng Tại đây vật tách khỏi

L2 và tiếp tục đi về A nén L1 một đoạn A1 thì dừng lại, đổi chiều chuyển động, lặp lại quá trình vừa mô tả Như vậy chuyển động của vật là một dao động tuần hoàn (nhưng không điều hòa) với

k

m k

m T

2 2 2 1 1 2

2 2 2 2 1 1 2

18 2

1 2

1 2

1

A A

k A k kA

A k A k kA E