Đề tài chế tạo và sử dụng dụng cụ thí nghiệm mới nhằm phát triển tính tích cực, sáng tạo

2.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Chế tạo các thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm đáp ứng các yêu cầu về mặt SP và về mặt KHKT và soạn thảo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề có

Đề tài: Chế tạo và sử dụng dụng cụ thí

nghiệm mới nhằm phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học các kiến thức về các định luật Ohm theo chương trình

và sách giáo khoa vật lý lớp 11 nâng cao

tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học…”

Trong những năm gần đây, thực hiện sự chỉ đạo của Đảng và Nhà nước, ngành giáo dục và đào tạo đã không ngừng đổi mới, cải cách nội dung chương trình, sách giáo khoa, đưa ra những phương pháp giáo dục và dạy học theo lý luận hiện đại nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo và nâng cao năng lực tích cực, tự chủ tìm tòi xây dựng và chiếm lĩnh tri thức cho HS, bước đầu đã đạt được những thành tựu đáng kể ở bậc THCS Tuy nhiên, đối với bậc THPT, thực tế dạy và học Vật lý vẫn chưa được như mong muốn Tình trạng phổ biến của việc dạy vẫn là GV không tổ chức các hoạt động nhận thức, vẫn dạy theo cách thuyết trình, thông báo, hầu như không làm thí nghiệm Nếu có sử dụng thì cũng không dạy theo các giai đoạn của PPTN Việc dạy đó làm cho HS chỉ biết tiếp thu một cách thụ động, bắt chước Thực tế dạy học chưa đáp ứng được yêu cầu đổi mới dạy học Vật lý ở trường THPT

Trong hệ thống kiến thức vật lý ở trường THPT thì nội dung các kiến thức

về các định luật Ohm nằm trong chương II: “Dòng điện không đổi” (Vật lý lớp 11 nâng cao) Qua điều tra cho thấy thực tế dạy học các kiến thức về các định luật Ohm cũng chưa thoát khỏi tình trạng trên Tình trạng dạy chay, thông báo do GV chưa nhận thức đầy đủ về vị trí, vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý Do

đó, HS mất hứng thú học tập, không phát huy được khả năng sáng tạo và tính tích cực chủ động, chiếm lĩnh kiến thức

Trong các trường phổ thông hiện nay đã được trang bị các thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm Tuy nhiên các thiết bị này chưa đáp ứng được một

số yêu cầu về mặt SP và về mặt KHKT

Từ thực tế trên, để HS có thể phát triển được tư duy sáng tạo và tự chủ tiếp thu kiến thức một cách sâu sắc, vững chắc khi học phần kiến thức này thì đòi hỏi phải nghiên cứu chế tạo các thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm, sau đó soạn thảo và TNSP tiến trình dạy học các kiến thức này ở trường THPT trong đó có sử dụng các thiết bị thí nghiệm đã chế tạo hợp lý

Từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài: “Chế tạo và sử dụng dụng cụ thí nghiệm mới nhằm phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học các kiến thức về các định luật Ohm theo chương trình và sách giáo khoa vật

lý lớp 11 nâng cao” làm đề tài nghiên cứu

2.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:

Chế tạo các thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm đáp ứng các yêu cầu về mặt SP và về mặt KHKT và soạn thảo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề có sử dụng các thí nghiệm đó nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS khi học các kiến thức này

3 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI:

Chế tạo được các thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm đáp ứng các yêu cầu về mặt SP và về mặt KHKT thì sẽ soạn thảo được những tiến trình dạy học giả quyết vấn đề hợp lí

4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:

- Các thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm

- Hoạt động dạy của GV và hoạt động học của HS trong dạy học các kiến thức về các định luật Ohm

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:

- Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm ở trường phổ thông để định hướng chung trong việc chế tạo các thiết bị thí nghiệm

- Nghiên cứu nội dung các kiến thức cơ bản về các định luật Ohm nhằm xác định được nội dung các kiến thức cơ bản mà HS cần nắm vững và các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học các kiến thức đó

- Nghiên cứu chế tạo các thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm

- Soạn thảo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề các kiến thức về các định luật Ohm có sử dụng các thiết bị thí nghiệm đã chế tạo nhằm phát triển tính tích cực, sáng tạo của HS

- Tiến hành TNSP tiến trình dạy học các kiến thức đã soạn thảo để đánh giá

tính khả thi, tính hiệu quả của các thiết bị thí nghiệm đã chế tạo Dựa vào đánh giá

đó sẽ hoàn thiện hơn tiến trình dạy học và cải tiến các thí nghiệm đã chế tạo

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:

Để thực hiện các nhiệm vụ trên, đề tài đã sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau :

- Nghiên cứu tài liệu : Nghiên cứu sách, báo về lý luận dạy học Vật lí hiện đại và lí luận về chế tạo và sử dụng các thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lí hiện đại; nghiên cứu các kiến thức cơ bản và các thí nghiệm về các định luật Ohm; nghiên cứu các thông tin về các thiết bị liên quan đến các định luật Ohm; nghiên cứu các sách về khai thác và sử dụng những phương tiện dạy học hiện đại trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

- Điều tra khảo sát thực tế: Trực tiếp nghiên cứu các thiết bị hiện có ở các trường THPT Dự giờ, tham khảo giáo án, trao đổi với GV, HS để điều tra phương pháp dạy học

- Nghiên cứu chế tạo trong phòng thí nghiệm: Thiết kế, chế tạo và thử

nghiệm rồi hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm

- TNSP ở trường THPT tiến trình dạy học đã soạn thảo

7 ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI:

Đã chế tạo được một bộ dụng cụ thí nghiệm dùng để nghiên cứu các định luật Ohm Bộ dụng cụ này có thể tiến hành 4 thí nghiệm:

Thí nghiệm 1: Kiểm nghiệm I tỷ lệ thuận với E khi tổng trở (R + r) của toàn mạch

không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch)

Thí nghiệm 2: Kiểm nghiệm I tỷ lệ nghịch với tổng trở (R + r) khi E không đổi

(định luật Ohm đối với toàn mạch)

Thí nghiệm 3: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện Thí nghiệm 4: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện

Soạn thảo được tiến trình dạy học giải quyết vấn đề các kiến thức về các định luật Ohm trong đó có sử dụng hợp lý những thí nghiệm trên

8 CẤU TRÚC CỦA KHÓA LUẬN:

Khóa luận gồm trang, ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận văn gồm 3 chương:

- Chương 1: Cơ sở lý luận của đề tài

- Chương 2: Chế tạo các thiết bị thí nghiệm và soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức về các định luật Ohm theo chương trình và sách giáo khoa Vật lý lớp

11 nâng cao

- Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương I

Cơ sở lý luận của đề tài

1.1 CÁC LUẬN ĐIỂM PHƯƠNG PHÁP LUẬN DẠY HỌC THEO MỤC TIÊU ĐỔI MỚI NHẰM PHÁT TRIỂN HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC TÍCH CỰC, TỰ CHỦ SÁNG TẠO VÀ TƯ DUY KHOA HỌC CỦA HỌC SINH

Mục tiêu dạy học các môn khoa học ở nhà trường, ngoài việc giúp cho HS

có được một số kiến thức cụ thể nào đó còn một việc quan trọng hơn là rèn cho HS tiềm lực để khi ra trường họ tiếp tục tự học, có khả năng nghiên cứu, tìm tòi giải quyết vấn đề, đáp ứng những đòi hỏi đa dạng của hoạt động thực tiễn không ngừng phát triển

Quán triệt các quan điểm cơ bản trên đây, cùng với việc quán triệt quan điểm hoạt động về bản chất dạy và học trên quan điểm hiện đại của phương pháp luận khoa học, Giáo sư – Tiến sỹ Phạm Hữu Tòng đã đưa ra sáu luận điểm cơ bản

về vấn đề hoạt động dạy học làm nền tảng cho việc nghiên cứu: “Chiến lược dạy học phát triển hoạt động tự chủ chiếm lĩnh tri thức bồi dưỡng tư duy khoa học và năng lực giải quyết vấn đề” Sáu luận điểm được coi như sáu nguyên tắc chỉ đạo hoạt động dạy, có nội dung như sau:

1.1.1 Vai trò quan trọng của sự dạy là thực hiện được việc tổ chức, kiểm tra, định hướng hữu hiệu hoạt động học

Nói chung, sự học là sự thích ứng của người học với những tình huống thích đáng, làm nẩy sinh và phát triển ở người học những dạng thức hoạt động xác định, phát triển ở người học những năng lực thể chất, tinh thần và nhân cách cá nhân Nói riêng, sự học có chất lượng một tri thức khoa học mới nào đó phải là sự thích ứng của người học với những tình huống học tập thích đáng Chính quá trình thích ứng này làm hoạt động của người học xây dựng nên tri thức mới với tính cách là phương tiện tối ưu giải quyết tình huống mới Đồng thời đó là quá trình góp phần làm phát triển các năng lực nhận thức, thực tiễn và nhân cách của người học

Bởi vậy, một vai trò quan trọng của GV trong dạy học môn khoa học là tổ chức được những tình huống học tập và thực hiện được sự kiểm tra, định hướng hoạt động hữu hiệu, cho phép gợi ra ở HS hoạt động học tập tự chủ, tích cực, dẫn

tới sự chiếm lĩnh được tri thức khoa học, theo cách tiếp cận hiện thực tương tự như các nhà khoa học khác

1.1.2 Sự cần thiết tổ chức tình huống vấn đề trong dạy học

Tri thức khoa học xây dựng khi nhà khoa học có động cơ giải quyết một vấn

đề, tìm lời giải đáp cho một câu hỏi đặt ra mà việc tìm lời giải đáp cho câu hỏi đó chính là phải tìm tòi một cái mới, chứ không chỉ đơn thuần là việc tái hiện, lặp lại các kiến thức và cách thức hoạt động quen thuộc sẵn có

Bởi vậy trong dạy học môn khoa học, GV cần tổ chức được những tình huống vấn đề Đó là việc tổ chức những tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà HS tự thấy mình có khả năng tham gia giải quyết và do đó sẽ suy nghĩ đưa ra giải pháp riêng của mình, tự tìm tòi cách giải quyết thích hợp Chính trong điều kiện đó, với sự giúp đỡ định hướng của GV, HS sẽ xây dựng được cho mình những tri thức khoa học sâu sắc, vững chắc và vận dụng được, đồng thời qua quá trình đó năng lực trí tuệ của HS sẽ phát triển

1.1.3 Sự cần thiết thiết lập được sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học đối với tri thức cần dạy

Tiến trình giải quyết vấn đề, xây dựng tri thức Vật lý đó là tiến trình “Từ đề xuất vấn đề nghiên cứu đến suy đoán giải pháp, khảo sát lý thuyết/thực nghiệm, rồi xem xét đánh giá khả năng chấp nhận được của các kết quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích/tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm” (chứ không phải chỉ là theo con đường kinh nghiệm cảm tính, trực quan ghi nhận quy nạp chủ nghĩa) Việc vận dụng tri thức mới vào thực tiễn đồng thời cũng là việc tiếp tục kiểm tra để bổ sung phát triển tri thức khoa học

Bởi vậy trong dạy học, hoạt động nhận thức khoa học của HS cần được định hướng phù hợp với tiến trình xây dựng tri thức như thế Việc này đòi hỏi sự phân tích sâu sắc cấu trúc nội dung tri thức cần dạy và xác lập được sơ đồ: “Từ tình huống xuất phát thế nào, nảy sinh ván đề gì? Tìm tòi giải quyết vấn đề và đi tới kết quả thế nào” Một cách phù hợp với trình độ HS và xét trong suốt quá trình xây dựng, kiểm tra, vận dụng tri thức mới Theo đó xác định điều kiện cần thiết và những câu hỏi định hướng hữu hiệu cho hành động tìm tòi giải quyết vấn đề một cách phù hợp với phương pháp nhận thức khoa học

1.1.4 Sự cần thiết sử dụng những quan niệm vốn có của HS trong việc tổ chức tình huống và định hướng hành động giải quyết vấn đề của HS trong quá trình xây dựng kiến thức mới

Tri thức mới được xây dựng dựa trên các tri thức đã có và đồng thời còn phải đối chọi lại với các quan niệm đã có nhưng lại là trở lực đối với sự hình thành tri thức mới Tri thức mới, với ý nghĩa đúng đắn của nó, chỉ có thể được xác lập, hòa nhập vào vốn hiểu biết riêng của HS khi mà nó được xây dựng trên cơ sở tri thức đã có của HS, đồng thời làm biến đổi và khắc phục được các quan niệm cũ, cách hiểu cũ sai lạc, trái ngược với nó

Bởi vậy trong dạy học cần nghiên cứu các quan niệm hoặc cách hiểu sai lầm vốn có của HS có liên quan với các tri thức cần xây dựng Chúng là chỗ dựa, đồng thời là trở lực tất yếu cần khắc phục đối với quá tình xây dựng tri thức mới của HS Cần sử dụng những quan niệm vốn có đó của HS vào việc xây dựng tình huống vấn đề và định hướng hoạt động giải quyết vấn đề một cách hữu hiệu Sao cho tạo được điều kiện cho những quan niệm đó được HS vận dụng, được thử thách trong quá trình kiểm tra hợp thức hóa, khiến cho HS tự nhận thấy chỗ sai lầm (không hợp thức) thấy cần thay đổi quan niệm, khắc phục sai lầm để xây dựng tri thức mới phù hợp

1.1.5 Sự cần thiết phát huy tác dụng của sự trao đổi và tranh luận của HS trong quá trình chiếm lĩnh tri thức

Sự xây dựng tri thức khoa học là 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 Trong nghiên cứu khoa học, kết quả nghiên cứu của nhà khoa học

có sự đóng góp của cộng đồng các nhà khoa học Kết quả nghiên cứu của mỗi cá nhân nhà khoa học có sự hỗ trợ của người khác Kết quả đó được trình bày, thông báo và trải qua tranh luận, phản bác, bảo vệ trong cộng đồng các nhà khoa học Nhờ đó kết quả nghiên cứu được chỉnh lý, bổ sung hoàn thiện và được cộng đồng khoa học chấp nhận Khi đó mới có được những tri thức khoa học có đầy đủ giá trị

Sự học tập, xây dựng tri thức của HS sẽ được tạo thuận lợi và có hiệu quả hơn nhờ sự trao đổi và tranh luận với những người ngang hàng Trong điều kiện

đó sẽ phát huy được ảnh hưởng của sự môi giới, hỗ trợ của những người trong cộng đồng đối với mỗi cá nhân qua vùng phát triển gần nhất của cá nhân

1.1.6 Sự cần thiết tổ chức tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình nghiên cứu xây dựng, bảo vệ tri thức khoa học

Để phát huy tổng hợp các nhân tố tác động: Vai trò của HS trong sự tự chủ hành động xây dựng kiến thức, vai trò của GV trong sự tổ chức tình huống học tập

và định hướng hành động tìm tòi xây dựng tri thức của HS, vai trò của tương tác xã hội (của tập thể HS) đối với quá trình nhận thức của mỗi cá nhân HS và đồng thời cho HS tập quen với quá trình xây dựng và bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học, thì cần tổ chức tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học

Tóm lại, việc thiết kế hoạt động dạy học phải được thực hiện một cách khoa học theo quy trình gồm các bước sau:

- Thiết lập sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học đối với tri thức cần dạy: Từ sự hiểu biết sâu sắc về kiến thức cần dạy, GV thiết lập sơ đồ biểu đạt

logic của tiến trình nhận thức khoa học, đáp ứng được đòi hỏi phương pháp luận của tiến trình khoa học xây dựng tri thức, đồng thời lại phù hợp với trình độ nhận thức của HS Đó là cơ sở quan trọng, là tiền đề cần thiết để có thể tổ chức và định hướng khái quát hành động tự chủ tìm tòi giải quyết vấn đề của HS trong quá trình dạy học

- Tổ chức tình huống học tập (tình huống có vấn đề): Thể hiện ở chỗ GV soạn

thảo được những nhiệm vụ tiềm ẩn vấn đề tương ứng với tri thức cần dạy để giao cho HS, sao cho nhiệm vụ đó được HS hăng hái đảm nhận theo suy nghĩ, giải pháp của mình Tất yếu HS sẽ gặp khó khăn, ý thức được vấn đề và khó khăn là vừa sức nên HS có thể tự chủ, tích cực suy nghĩ tìm tòi để vượt qua khó khăn, giải quyết

vấn đề, tạo động cơ thúc đẩy hoạt động nhận thức tích cực của HS

- Xác định việc định hướng khát quát chương trình hóa hành động nhận thức

tự chủ tích cực của HS và việc tổ chức hợp lý hoạt động của cá nhân và tập thể HS: Trên cơ sở tình huống học tập đã phác thảo, GV dự kiến khả năng đáp ứng có

thể có và những khó khăn lúng túng có thể xảy ra ở HS để dự liệu tiến trình định hướng hành động của HS, bằng cách chuẩn bị những câu hỏi đề xuất vấn đề bổ

sung, những gợi ý, những ý kiến yêu cầu HS xem xét, thảo luận và chuẩn bị việc

GV sẽ khái quát hóa tổng kết, chính xác hóa, bổ sung, thể chế hóa kiến thức ở những chỗ cần thiết GV hình dung việc định hướng khát quát chương trình hóa hành động, nhận thức tự chủ của HS xuất phát từ tình huống có vấn đề đã dự thảo

và phỏng theo sơ đồ logic của tiến trình xây dựng tri thức đã thiết lập Đồng thời hình dung việc tổ chức hợp lý hoạt động của cá nhân và của tập thể HS phỏng theo tiến trình hợp tác nghiên cứu xây dựng và bảo vệ tri thức mới trong cộng đồng khoa học, để có thể khai thác, phát huy được đầy đủ các nhân tố tác động có lợi

cho sự phát triển hoạt động nhận thức khoa học của HS

1.2 VẤN ĐỀ THIẾT LẬP SƠ ĐỒ TIẾN TRÌNH NHẬN THỨC KHOA HỌC ĐỐI VỚI TRI THỨC CẦN DẠY

1.2.1 Tiến trình nhận thức khoa học xây dựng một kiến thức vật lý cụ thể

Tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề khi xây dựng, vận dụng một tri thức vật lý cụ thể nào đó được biểu đạt bằng sơ đồ sau:

“Đề xuất vấn đề - suy đoán giải pháp khảo sát lý thuyết/hoặc thực nghiệm - kiểm tra, vận dụng kết quả”

 Đề xuất vấn đề:

Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng hy vọng có thể tìm tòi, xây dựng được Diễn đạt nhu cầu đó bằng một câu hỏi

Ví dụ: Định luật Ohm đối với toàn mạch

Học sinh đã học định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng và định luật Joule – Lenz Học sinh đã sơ bộ biết được mối liên hệ giữa suất điện động E, điện trở trong

r của nguồn điện với cường độ dòng điện I chạy trong mạch kín: I tăng khi E tăng,

I giảm khi r tăng và ngược lại Từ đó tình huống làm nảy sinh vấn đề là xác định mối quan hệ định lượng giữa cường độ dòng điện I chạy trong mạch kín, suất điện động E, điện trở trong r của nguồn điện với điện trở thuần R ở mạch ngoài

 Suy đoán giải pháp:

Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát cho phép đi tìm lời giải: Chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được để đi tới cái cần tìm, hoặc

phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm

Ví dụ: Định luật Ohm đối với toàn mạch

Học sinh đã học hai định luật là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng và định luật Joule – Lenz, trong đó biểu thị mối liên hệ giữa một số đại lượng điện:

+ Năng lượng nguồn điện phụ thuộc vào E và I

+ Nhiệt năng tỏa ra trên điện trở thuần phụ thuộc vào R và I

+ Năng lượng do nguồn cung cấp chính bằng năng lượng(nhiệt năng) tiêu thụ trên toàn mạch

Từ đó hy vọng có thể sử dụng suy luận logic để tìm ra mối liên hệ giữa bốn đại lượng mà đầu bài yêu cầu: I, E, r và R

 Khảo sát lý thuyết hoặc thực nghiệm:

Vận hành mô hình rút ra kết luận logic cái cần tìm hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lượm dữ liệu cần thiết và xem xét, rút ra kết luận về cái cần tìm

Ví dụ: Định luật Ohm đối với toàn mạch

A = EIt

Q = RI2trI2t

Mà A = Q Vậy EIt = RI2trI2t từ đó suy ra

r R

E I





 Kiểm tra, vận dụng kết quả:

Xem xét khả năng chấp nhận được của các kết quả tìm được trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích hoặc tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm Xem xét sự khác biệt giữa các kết luận có được nhờ sự suy luận lý thuyết với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được, khi có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung sửa đổi với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khi chưa có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm nhằm tiếp tục tìm tòi xây dựng cái cần tìm

1.2.2 Sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học xây dựng một kiến thức vật lý cụ thể

Để có cơ sở khoa học cho việc xác định mục tiêu, thiết kế hoạt động dạy học cho một tri thức cụ thể nào đó phù hợp với trình độ của HS thì người GV phải phân tích cấu trúc nội dung và tiến trình khoa học giải quyết vấn đề, xây dựng tri thức, giải đáp được các câu hỏi: Kiến thức cần xây dựng là điều gì? Được diễn đạt như thế nào? Nó là câu trả lời rút ra được từ việc giải bài toán cụ thể nào? Xuất phát từ câu hỏi nào? Chứng tỏ tính hợp thức khoa học của câu trả lời như thế nào?

Dạng khái quát của sơ đồ mô phỏng tiến trình nhận thức khoa học, xây dựng một kiến thức mới như hình sau (Hình 2) Nếu mô phỏng được tiến trình nhận thức khoa học như vậy đối với một kiến thức mới cần dạy thì sẽ có cơ sở khoa học cho việc suy nghĩ cách tổ chức, định hướng hoạt động học đề xuất, giải quyết vấn đề của HS trong quá trình dạy học kiến thức đó

Hình 2: Dạng khát quát của sơ đồ mô phỏng tiến trình nhận thức khoa học, xây

dựng một kiến thức mới

1.3 TỔ CHỨC TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1.3.1 Khái niệm vấn đề, tình huống có vấn đề và các kiểu tình huống có vấn đề:

a Khái niệm vấn đề :

Khái niệm “Vấn đề” dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà người học không thể giải quyết được chỉ bằng kinh nghiệm sẵn có, theo khuôn mẫu sẵn, nghĩa là không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần để giải quyết mà phải

Điều kiện (tình huống)

xuất phát

Giải pháp

Kết luận

Giải pháp Kiểm tra - ứng dụng

Sự kiện thu được

từ thí nghiệm, quan sát

Sự kiện được giải thích/tiên đoán

Kết luận Vấn đề - Bài toán

tìm tòi sáng tạo để giải quyết và khi giải quyết được thì người học đã thu nhận

được kiến thức, kỹ năng mới

Ví dụ: Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện

Học sinh đã học định luật Ohm đối với đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần và định luật Om đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài chỉ chứa điện trở thuần

Từ đây nảy sinh vấn đề là: “Cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch chứa nguồn điện phụ thuộc vào hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch và suất điện động, điện trở trong của nguồn điện bằng công thức toán học nào?”

b Khái niệm tình huống có vấn đề :

“Tình huống vấn đề” là tình huống mà khi HS tham gia thì gặp khó khăn,

HS ý thức được vấn đề, mong muốn giải quyết vấn đề đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hy vọng có thể giải quyết được, do đó bắt tay vào việc giải quyết vấn

đề đó Nghĩa là tình huống này kích thích hoạt động nhận thức tích cực của HS :

Đề xuất vấn đề và giải quyết vấn đề đã đề xuất

Tình huống có vấn đề có những đặc trưng có bản sau :

- Chứa đựng vấn đề mà việc đi tìm lời giải đáp chính là đi tìm kiến thức, kỹ năng mới

- Tạo sự chú ý ban đầu, kích thích hứng thú khởi động tiến trình nhận thức của HS HS cảm thấy có khả năng giải quyết vấn đề

- Vấn đề cần giải quyết được phát biểu rõ ràng, GV giao nhiệm vụ cho HS

và HS hào hứng tự giác nhận nhiệm vụ giải quyết vấn đề được giao

Ví dụ: Vấn đề được nêu ở ví dụ trên được đưa vào hoạt động dạy học và thu được sự chú ý, mong muốn giải quyết vấn đề của học sinh, và học sinh bắt tay vào giải quyết vấn đề đó, thì đó chính là tình huống có vấn đề

1.3.2 Các kiểu tình huống có vấn đề :

- Tình thế lựa chọn

Ví dụ: Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện

Để tìm ra mối liên hệ giữa cường độ dòng điện I chạy trong đoạn mạch với hiệu điện thế U ở hai đầu đoạn mạch và suất điện động E, điện trở trong r của nguồn điện, học sinh có thể lựa chọn một trong hai phương án: hoặc là đi từ một mệnh đề lý thuyết tổng quát (cụ thể là định luật Ohm đối với đoạn mạch

chỉ chứa điện trở thuần và định luật Om đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài chỉ chứa điện trở thuần), sau đó dùng thí nghiệm kiểm chứng lại, hoặc là sử dụng thí nghiệm để xây dựng mối liên hệ đó (thí nghiệm khảo sát)

1.3.3 Điều kiện cần của việc tạo tình huống có vấn đề :

- GV có dụng ý tìm cách cho HS tự giải quyết một vấn đề, tương ứng với việc xây dựng một tri thức khoa học cần dạy Do đó GV cần nhận định về câu hỏi đặt ra, các khó khăn HS phải vượt qua khi giải đáp câu hỏi đó

- Giáo viên phải xác định rõ kết quả giải quyết mong muốn đối với vấn đề đặt ra là

HS chiếm lĩnh được tri thức cụ thể gì

- GV soạn thảo được một nhiệm vụ tiềm ẩn vấn đề để giao cho HS, sao cho HS sẵn sàng đảm nhận nhiệm vụ đó Đòi hỏi GV phải chuẩn bị cho HS những điều kiện cần thiết khiến HS thấy tự mình có khả năng tham gia giải quyết nhiệm vụ đặt ra

và được lôi cuốn vào hoạt động tích cực giải quyết nhiệm vụ đó

- Trên cơ sở vấn đề cần giải quyết, kết quả mong đợi, những quan niệm, khó khăn trở lực của HS trong điều kiện cụ thể, GV đoán trước những đáp ứng có thể có của

HS và dự định tiến trình định hướng, giúp đỡ HS một cách hợp lý, phù hợp với tiến trình khoa học giải quyết vấn đề

1.3.4 Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề

Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề được thực hiện theo các pha sau :

1.4 VẤN ĐỀ ĐỊNH HƯỚNG KHÁI QUÁT CHƯƠNG TRÌNH HÓA HÀNH ĐỘNG NHẬN THỨC TỰ CHỦ, TÍCH CỰC CỦA HỌC SINH

1.4.1 Các kiểu định hướng hành động học của giáo viên :

+ Định hướng tái tạo

Ví dụ 1: GV hướng dẫn HS làm việc với các công thức sau:

r r

E E I

(2) Phát biểu vấn đề - bài toán

(3) Giải quyết vấn đề, suy đoán giải pháp, khảo sát lý thuyết, thực nghiệm

(4) Kiểm tra tình huống có thể chấp nhận được của kết luận, xem xét sự phù hợp giữa lý thuyết và thí nghiệm

(5) Phát biểu kết quả giải quyết vấn

đề, thông báo, thảo luận, bảo vệ kết quả

(6) Vận dụng kiến thức mới để giải quyết nhiệm vụ đặt ra tiếp theo

I  

Ví dụ 2: GV hướng dẫn HS tiến hành làm thí nghiệm, đo I, đo U, vẽ đồ thị U – I thực nghiệm và so sánh với đồ thị lý thuyết nhằm kiểm chứng lại tính đúng đắn của công thức trên

+ Định hướng tìm tòi

Ví dụ : GV gợi ý HS cần sử dụng các kiến thức đã học về định luật Ohm đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài có máy thu điện và định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện để tìm ra mối liên hệ giữa bốn đại lượng I, U, E, r

+ Định hướng khái quát chương trình hóa

Ví dụ: Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện

1 GV gợi ý HS đã học những kiến thức gì có liên quan đến các đại lượng điện đã được nêu ra ở câu hỏi của bài toán, các kiến thức đó giúp gì được cho HS trong tình huống này?

2 GV gợi ý HS dùng định luật Om đối với toàn mạch trong trường hợp mạch ngoài có điện trở thuần mắc nối tiếp với máy thu điện và định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện

3 GV gợi ý rõ hơn:

Hai định luật đó có các công thức biểu thị mối liên hệ giữa một số đại lượng điện

mà ta cần:

r r

E E I

4 GV hướng dẫn HS làm việc với các công thức đó để rút ra mối liên hệ cần tìm

1.4.2 Vai trò quan trọng của kiểu định hướng khái quát chương trình hóa

- Kiểu định hướng tái tạo : Đảm bảo được hiệu quả hình thành kiến thức, rèn

luyện kỹ năng cho HS và tạo cơ sở cần thiết cho HS có thể thích ứng được với sự định hướng tìm tòi trong dạy học

- Kiểu định hướng tìm tòi : Nhằm rèn luyện cho HS năng lực tư duy sáng tạo,

năng lực giải quyết vấn đề

- Kiểu định hướng khái quát chương trình hóa : Là sự vận dụng phối hợp hai

kiểu định hướng trên nhằm khai thác, phát huy được ưu điểm của hai kiểu định hướng đó, tạo cơ hội cho HS phát huy hành động tìm tòi sáng tạo của mình, đồng thời vẫn đảm bảo cho HS đạt tới được tri thức cần dạy

1.4.3 Hệ thống các câu hỏi đề xuất vấn đề định hướng tư duy trong các tình huống có vấn đề theo tiến trình khoa học xây dựng một kiến thức mới

- Câu hỏi kích thích HS có nhu cầu kiến thức để giải quyết vấn đề

- Câu hỏi định hướng nội dung kiến thức cần xác lập

- Câu hỏi yêu cầu diễn đạt chính xác, cô đọng kiến thức xác lập được

- Câu hỏi yêu cầu vận dụng kiểm tra kiến thức đã xác lập

1.5 CÁC CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH ĐỊNH LUẬT VẬT LÝ:

Trong hệ thống kiến thức khoa học nói chung và hệ thống kiến thức ở trường phổ thông nói riêng thì các định luật vật lý là một phần chiếm vị trí quan trọng Nắm vững những yếu tố đặc điểm, tính chất đặc biệt là các giai đoạn hình thành định luật vật lý dựa trên đặc điểm của hoạt động nhận thức trong khi tìm chân lý sẽ giúp

GV có cơ sở thiết kế các tiến trình dạy học, các định luật vật lý một cách phù hợp

nhằm đạt được hiệu quả cao nhất

Định luật vật lý được hình thành trong dạy học thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hóa thực nghiệm, gồm các giai đoạn sau :

- Giai đoạn 1: Sơ bộ cho HS thấy có mối quan hệ nào đó thông qua quan sát trực tiếp thực tiễn

- Giai đoạn 2: Tiến hành thí nghiệm để rút ra mối quan hệ định lượng giữa các

sự vật, hiện tượng ở trên

- Giai đoạn 3: Phát biểu mối quan hệ đó thành một định luật

- Giai đoạn 4: Vận dụng định luật vừa tìm được vào giải quyết các vấn đề còn chưa giải quyết được

Con đường tìm tòi định luật vật lý trong dạy học xuất phát từ những mệnh đề lý thuyết tổng quát gồm các giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Nêu lên một hiện tượng thực tế mà ta chưa giải thích được hoặc chưa giải thể dự đoán được diễn biến của nó, chưa biết được mối quan hệ giữa một số đại lượng nào đó

- Giai đoạn 2: Nêu lên một mệnh đề lý thuyết mà ta dự đoán rằng có liên hệ đến hiện tượng ta đang xét Mệnh đề này phải có giá trị chân thật

- Giai đoạn 3: Thực hiện một phép suy luận diễn dịch để từ mệnh đề lý thuyết rút ra một hệ quả logic nêu lên mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng như một định luật vật lý

- Giai đoạn 4: Làm thí nghiệm để kiểm tra dự đoán có phù hợp với thực tế không Nếu phù hợp thì hệ quả dự đoán trở thành một định luật

1.6 SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ:

1.6.1 Các loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học Vật lý:

Thí nghiệm được dùng trong dạy học Vật lý ở trường THPT có hai loại: Thí nghiệm biểu diễn (thí nghiệm do GV tiến hành là chính, tuy nhiên có thể có sự hỗ trợ của HS) và thí nghiệm thực tập (thí nghiệm do HS tự tiến hành dưới sự hướng dẫn của GV)

- Thí nghiệm biểu diễn được GV tiến hành trên lớp trong các giờ học nghiên cứu kiến thức mới và có thể ở các giờ học củng cố kiến thức của HS Thí nghiệm biểu diễn có các loại sau: thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, thí nghiệm củng cố

- Thí nghiệm thực tập của HS do HS tự tiến hành trên lớp (trong phòng thí nghiệm), ngoài lớp, ngoài nhà trường hoặc ở nhà với các mức độ tự lực khác nhau

Ví dụ: Dạy học bài “Định luật Ohm đối với toàn mạch” có thể sử dụng thí nghiệm thực tập khi kiểm chứng lại công thức của định luật vừa được xây dựng bằng con đường lý thuyết GV có thể cung cấp dụng cụ cho cả 6 nhóm tiến hành

1.6.2 Vai trò của thí nghiệm đối với việc phát triển toàn diện nhân cách của HS:

- Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng về kiến thức và rèn

luyện kỹ năng, kỹ xảo về Vật lý của HS

Vì thí nghiệm xuất hiện trong các quá trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình Vật lý xây dựng các định luật, các thuyết Vật lý…nên nó là phương tiện góp phần nâng cao chất lượng kiến thức của HS theo các dấu hiệu: Tính chính xác, tính khái quát, tính hệ thống, tính bền vững và tính vận dụng được của kiến thức Mặt khác, trong các thí nghiệm do tự mình tiến hành, HS được rèn luyện các kỹ năng,

kỹ xảo thí nghiệm như : Sử dụng, bố trí các dụng cụ thí nghiệm, xử lý các kết quả thí nghiệm… Đồng thời thông qua tiến hành thí nghiệm có thể tăng dần mức độ yêu cầu về mặt kỹ năng kỹ xảo đối với HS

- Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập Vật lý, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của HS

Quá trình làm việc tự lực với thí nghiệm của HS sẽ khêu gợi sự hứng thú nhận thức, lòng ham muốn nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết được nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển động lực quá trình học tập, rèn luyện năng lực sáng tạo cho HS Trong chu trình sáng tạo Vật lý, sự sáng tạo thể hiện nhiều nhất ở hai khâu: Đưa ra dự đoán (xây dựng GT) và đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra Để có thể đề ra được một phương án thí nghiệm kiểm tra, HS không những phải huy động những kiến thức Vật lý đã có mà còn cả những kinh nghiệm trong đời sống hàng ngày hay từ những môn khác nữa Chính từ những giai đoạn này, thông qua yêu cầu của thí nghiệm mà rèn luyện khả năng sáng tạo của HS

- Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng phẩm chất đạo đức cuả HS

Các thí nghiệm do các nhóm HS phối hợp tiến hành, muốn đạt hiệu quả cao thì đòi hỏi phải có sự phân công phối hợp những công việc tự lực của mỗi cá nhân trong tập thể Chính trong quá trình làm thí nghiệm, cùng nhau cố gắng giải quyết những nhiệm vụ đặt ra đồng thời diễn ra một quá trình bôì dưỡng phẩm chất đạo đức, xây dựng các chuẩn mực hành động tập thể ở mỗi HS

1.7 THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC TỪNG ĐƠN VỊ KIẾN THỨC CỤ THỂ:

Thiết kế phương án dạy học từng đơn vị kiến thức cụ thể bao gồm các việc sau:

- Lập sơ đồ cấu trúc nội dung và tiến trình xây dựng kiến thúc cần dạy

- Xác định mục tiêu dạy học cụ thể và soạn đề kiểm tra kết quả học tập

- Xác định phương tiện dạy học cần thiết

- Xác định nội dung tóm tắt trình bày bảng hoặc để chiếu lên màn hình

- Xác định tiến trình hoạt động dạy học cụ thể

1.7.1 Lập sơ đồ cấu trúc nội dung và tiến trình xây dựng từng đơn vị kiến thức cụ thể

Việc thiết kế tiến trình khoa học xây dựng kiến thức thể hiện bằng sơ đồ phải giải đáp được câu hỏi : Kiến thức cần xây dựng là gì, được diễn đạt như thế nào?

Nó là câu trả lời rút được từ việc giải bài toán cụ thể nào? Xuất phát từ câu hỏi nào? Chứng tỏ tính hợp thức khoa học của câu trả lời đó như thế nào?

Ví dụ: Định luật Ohm đối với toàn mạch

1 Kiến thức cần xây dựng: Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín tỷ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỷ lệ nghịch với tổng trở của toàn mạch

2 Nó là câu trả lời được rút ra từ việc giải bài toán cụ thể sau:

Xét một mạch điện kín gồm một nguồn điện (có suất điện động E và điện trở trong r) và một điện trở thuần R Câu hỏi đặt ra là: “Cường độ dòng điện chạy trong mạch kín liên hệ với suất điện động, điện trở trong của nguồn điện và các thông số khác của mạch như thế nào?”

1.7.2 Diễn đạt mục tiêu dạy học cụ thể

Để xác định được mục tiêu dạy học cụ thể đòi hỏi giáo viên phải nghiên cứu chương trình để hiểu sâu sắc kiến thức cần dạy, mô hình hóa được tiến trình khoa học xây dựng kiến thức Sơ đồ này là cơ sở định hướng khái quát cho giáo viên suy nghĩ thiết kế mục tiêu dạy học

1.7.3 Thiết kế tiến trình hoạt động học từng đơn vị kiến thức cụ thể

Thiết kế tiến trình hoạt động học dạy học phải thể hiện rõ được ý định của giáo viên trong việc tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động học của học sinh trong

quá trình dạy học, theo các yêu cầu cụ thể sau :

a Thể hiện rõ hoạt động dạy học diễn ra là hoạt động gì, như thế nào?

- GV đòi hỏi HS ghi nhận, tái tạo, chấp hành theo cái đã được chỉ rõ, hay đòi hỏi HS phải tham gia tìm tòi, phát hiện, giải quyết vấn đề đặt ra (làm thế nào

để tìm ra mối quan hệ mà ta cần?)

Ví dụ: Làm thế nào để tìm ra mối liên hệ toán học giữa cường độ dòng điện I chạy trong mạch với suất điện động E, điện trở trong r của nguồn điện và điện trở thuần R?

- Trình tự của các hoạt động đó của GV và HS như thế nào?

b Thể hiện rõ ý định của GV thực hiện các khâu cơ bản theo logic của quá trình dạy học :

- Đảm bảo điều kiện xuất phát cần thiết

- Đề xuất vấn đề/ bài toán ( xác định mục tiêu hoạt động )

- Đề xuất phương hướng giải quyết vấn đề ( đề xuất giải pháp cho bài toán cần giải quyết )

- Giải quyết bài toán ( nhiệm vụ )

- Củng cố kết quả học tập, định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo

c Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể phải phù hợp với logic của tiến trình khoa học xây dựng kiến thức đã được biểu đạt trong sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức cần dạy

d Tiến trình hoạt động dạy học phải có tác dụng phát huy đến mức cao nhất

có thể được hoạt động tích cực, tự chủ, sáng tạo của HS

mà nội dung được thể hiện ở chương II của khóa luận

CHƯƠNG II CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CÁC KIẾN THỨC VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT OHM THEO CHƯƠNG TRÌNH VÀ SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 11 NÂNG CAO

Để thiết kế chế tạo được các thiết bị thí nghiệm và soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức về các định luật Ohm thì trước hết cần phải nghiên cứu những nội dung kiến thức về các định luật Ohm mà HS cần lĩnh hội, từ đó xác định các thí nghiệm cần tiến hành với từng nội dung kiến thức đó Sau đó, tiến hành điều tra tình hình dạy và học các kiến thức về các định luật Ohm ở một số trường THPT để phát hiện các nhược điểm các thiết bị thí nghiệm và các mặt hạn chế của GV, HS Trên cơ sở đó sẽ thiết kế chế tạo các bộ thiết bị thí nghiệm và soạn thảo tiến trình dạy học cụ thể

2.1 NỘI DUNG CÁC KIẾN THỨC VÀ CÁC THÍ NGHIỆM CẦN TIẾN HÀNH TRONG DẠY HỌC VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT OHM THEO CHƯƠNG TRÌNH VÀ SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 11 NÂNG CAO:

Các kiến thức về các định luật Ohm theo chương trình và sách giáo khoa vật

lý lớp 11 nâng cao nằm trong chương II: Dòng điện không đổi Theo phân phối chương trình, các kiến thức về các định luật Ohm được hình thành ở hai bài học

trong hai tiết

2.1.1 Nội dung các kiến thức về các định luật Ohm:

Kiến thức 1: Định luật Ohm đối với toàn mạch

Cường độ dòng điện trong mạch kín tỷ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện

và tỷ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch

r R

E I



 (1)

Trong đó:

I là cường độ dòng điện chạy trong mạch kín

E là suất điện động của nguồn điện

I

R

E, r

(R+r) là điện trở toàn phần của mạch

Kiến thức 2: Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện

U = -I( R + r ) + E (2)

Trong đó:

U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch

I là cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch

R là điện trở mắc nối tiếp với nguồn điện

r là điện trở trong của nguồn điện

E là suất điện động của nguồn điện

Kiến thức 3: Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện

U = I( R + r ) + E (3)

Trong đó:

U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch

I là cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch

R là điện trở mắc nối tiếp với máy thu điện

r là điện trở trong của máy thu điện

E là suất phản điện của máy thu điện

2.1.2 Các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học các kiến thức về các định luật Ohm:

Từ nội dung các kiến thức HS cần lĩnh hội như ở mục 2.1.1 đã nêu, khi dạy các kiến thức về các định luật Ohm ở lớp 11, vì xuất phát từ mệnh đề lý thuyết tổng quát hơn, sử dụng suy luận logic để tìm ra công thức cần xây dựng, nên cần tiến hành các thí nghiệm mới để kiểm nghiệm lại các công thức đó như sau:

- Thí nghiệm 1: Kiểm nghiệm I tỷ lệ thuận với E khi tổng trở (R + r) của

toàn mạch không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch)

- Thí nghiệm 2: Kiểm nghiệm I tỷ lệ nghịch với tổng trở (R + r) khi E không

đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch)

- Thí nghiệm 3: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện

- Thí nghiệm 4: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện

R

E ,r

I

B A

R

I E,r

2.2 ĐIỀU TRA THỰC TẾ DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT OHM Ở LỚP 11:

2.2.1 Mục đích điều tra

- Tìm hiểu tình trạng thiết bị thí nghiệm về các định luật Ohm ở trường THPT

- Tìm hiểu phương pháp dạy của GV và phương pháp học của HS, những khó khăn của GV và HS, những mặt hạn chế của HS sau khi học phần nội dung các kiến thức này

Trên cơ sở đó, đề xuất những nguyên nhân của những khó khăn, để làm cơ

sở cho việc thiết kế chế tạo một bộ thiết bị thí nghiệm mới và soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức trên có sử dụng thí nghiệm nhằm khắc phục được các mặt hạn chế đó

2.2.2 Phương pháp điều tra

Để thực hiện mục đích trên chúng tôi đã tiến hành

- Tìm hiểu các dụng cụ thí nghiệm có liên quan đến đề tài ở xưởng sản xuất học liệu (Đại học Sư phạm Hà Nội) và trường THPT Yên Hòa – Cầu Giấy – Hà Nội

- Điều tra GV: Trao đổi trực tiếp với GV, dự giờ dạy của GV

- Điều tra HS: Trao đổi trực tiếp với một số HS khối 11 trường THPT Yên Hòa và THPT Xuân Đỉnh (Hà Nội)

2.2.3 Kết quả điều tra

a) Các mặt hạn chế của thiết bị thí nghiệm, nguyên nhân của những hạn chế

và phương án khắc phục:

Ở trường THPT hiện nay có hai bộ thí nghiệm: Một bộ do trung tâm học liệu (Đại học Sư phạm Hà Nội) sản xuất, và một bộ do Viện Vật lý kỹ thuật (Đại học Bách khoa) sản xuất

Hình 1: Bộ thí nghiệm do trung tâm học liệu sản xuất

Hình 2: Bộ thí nghiệm do Viện vật lý kỹ thuật sản xuất

Về mặt SP, hai bộ thí nghiệm này không cho phép tiến hành cả bốn thí nghiệm khi dạy học các kiến thức về các định luật Ohm, cụ thể như sau:

1 Không cho phép kiểm nghiệm trực tiếp định luật Ohm đối với toàn mạch

Cụ thể là: Sau khi xây dựng công thức (1) (định luật Ohm đối với toàn

mạch), họ kiểm nghiệm công thức này bằng phương án là biến đổi nó về công thức (2) (định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện) để kiểm nghiệm (tiến hành đo U, I ở hai đầu đoạn mạch chứa nguồn điện, từ đó vẽ đồ thị U – I thực nghiệm xem đồ thị đó có đúng là một đường thẳng có hệ số góc âm hay không) Vậy, thực chất là kiểm nghiệm công thức (2)

2 Không đủ dụng cụ để tiến hành kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện

Về mặt khoa học- kỹ thuật thì hai bộ thí nghiệm này đều chưa đáp ứng tốt ở một số điểm như sau:

1 Điện trở thay đổi 10 Ω một nên không thể chọn giá trị của I, U như mong muốn (bộ thí nghiệm ở xưởng học liệu đã khắc phục được nhược điểm này bằng cách sử dụng một biến trở con chạy có giá trị thay đổi được từ 0 đến 100 Ω)

2 Các điện trở 10 Ω được sử dụng trong bộ thí nghiệm do Viện vật lý kỹ thuật sản xuất không phải là điện trở nhiệt, ở những giá trị điện trở thấp, cường độ dòng điện lớn nên giá trị điện trở bị thay đổi trong quá trình làm thí nghiệm, dẫn đến số liệu bị nhảy, kết quả đo không chính xác

3 Cả hai bộ thí nghiệm đều sử dụng pin đại (điện trở nhỏ cỡ 0.2 →0.5 Ω) làm nguồn điện nên với các pin khác nhau thì điện trở trong khác nhau nhiều, gây sai lệch giữa các lần tiến hành thí nghiệm

Nguyên nhân mặt hạn chế này có thể do các nhà thiết kế trước đây đã không thiết kế được phương án thí nghiệm khả thi dùng để kiểm nghiệm trực tiếp định luật Ohm đối với toàn mạch và định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện Một nguyên nhân khác là do họ chưa tính toán kỹ càng các giá trị điện trở ứng với các giá trị cường độ dòng điện khác nhau khi thay đổi nguồn điện đưa vào mạch, dẫn đến việc chọn điện trở thường (không phải điện trở nhiệt), và sử dụng nguồn điện có suất điện động rất nhỏ, do đó kết quả thí nghiệm bị sai lệch)

Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy là nếu sử dụng biến trở nhiệt và điện trở nhiệt, đồng thời chọn nguồn điện có điện trở trong lớn hơn ( cỡ 1.0 → 2.0 Ω) thì kết quả đo được tương đối chính xác

b) Về nội dung, phương pháp dạy học của GV

- GV ít quan tâm đến thí nghiệm được sử dụng trong phần này, là do tâm lý ngại chuẩn bị thí nghiệm (mất thời gian), và do kỹ năng tổ chức HS làm thí nghiệm nhóm kém, nên GV chủ yếu là dạy chay, giảng giải là phổ biến

- Hoàn toàn có thể dạy theo phương pháp dạy học giải quyết vấn đề để đưa

ra các kiến thức này, nhưng GV chỉ hầu hết là thông báo, do đó không phát triển được tính tích cực, sáng tạo của HS

- Khi đưa ra được công thức rồi, GV không hướng dẫn HS tiến hành thí nghiệm để kiểm nghiệm lại công thức đó

- Do chương trình và sách giáo khoa có khá nhiều kiến thức, nên hầu hết GV khi dạy đã cắt bớt phần thí nghiệm, mà chỉ thông báo công thức, rồi cho HS làm ngay bài tập để vận dụng và củng cố công thức

- Trong dạy học các kiến thức này, GV chỉ đặt những câu hỏi hầu hết về mặt toán học đơn thuần, định hướng tái tạo, không có những câu hỏi giải quyết vấn đề

c) Tình trạng HS

- Vì kiến thức phần này tuy không dài nhưng hầu hết là GV dạy chay, do đó trong quá trình học đa số HS không có cơ hội để phát huy khả năng sáng tạo, tích cực, chủ động Thay vào đó là HS tiếp thu thụ động, ít hứng thú, chỉ ngồi nghe giảng chờ thầy, cô đọc để chép (tích cực nhất cũng chỉ là học sinh biến đổi các công thức đã có để xây dựng được mối liên hệ giữa các đại lượng mà đầu bài yêu cầu), hiếm khi HS đặt câu hỏi với GV về vấn đề đã học Do đó, kiến thức của các

em lĩnh hội được không chắc chắn

Thông qua kết quả tìm hiểu tình hình dạy học cụ thể ở trường phổ thông và kinh nghiệm dạy học của GV, chúng tôi thấy HS thường có những mặt hạn chế khi học các kiến thức về các định luật Ohm như sau:

- Không phát triển được tính tích cực, sáng tạo của học sinh, không rèn được

cho học sinh những kỹ năng thí nghiệm

- Học sinh không được làm thí nghiệm kiểm chứng lại nên có thể chưa tin chắc chắn vào công thức (của “Định luật Ohm đối với toàn mạch” và “Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện”) vừa xây dựng (vì học sinh không tin tưởng hoàn toàn vào khả năng suy luận logic của mình)

- Trong sách giáo khoa, kiến thức “Định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện” được xây dựng bằng con đường quan sát trực tiếp và khái quát hóa thực nghiệm Học sinh làm thí nghiệm, thu được bảng số liệu, trên cơ sở đó vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện I chạy trong đoạn mạch vào hiệu điện thế U ở hai đầu đoạn mạch Từ việc nhận xét đồ thị, học sinh rút ra công thức cần xây dựng Cách làm này tác động trực tiếp đến các giác quan của học sinh, dễ làm học sinh tin vào kết quả thu được Tuy nhiên, nếu xảy ra trường hợp

vẽ đồ thị không thành một đường thẳng (trong thí nghiệm thực tế thì sai số là không tránh khỏi) thì học sinh sẽ không biết xử lý như thế nào Nếu lúc đó giáo viên cứ gò ép kết quả thì học sinh sẽ khó lòng chấp nhận

- HS thường nhầm lẫn định luật Ohm đối với toàn mạch với định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện (thay vì kiểm nghiệm trực tiếp định luật Ohm đối với toàn mạch, GV lại hướng dẫn HS biến đổi công thức của định luật này thành công thức giống với định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện để kiểm nghiệm)

d) Các biện pháp khắc phục những mặt hạn chế khi dạy học các kiến thức về các định luật Ohm:

Trên cơ sở tìm hiểu nguyên nhân dẫn tới những khó khăn của GV và HS khi dạy và học các kiến thức về các định luật Ohm, chúng tôi tìm cách khắc phục ở các mặt sau:

 Thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm thỏa mãn về mặt SP và mặt khoa học – kỹ thuật để có thể tiến hành 4 thí nghiệm:

- Thí nghiệm 1: Kiểm nghiệm I tỷ lệ thuận với E khi tổng trở (R + r) của

toàn mạch không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch)

- Thí nghiệm 2: Kiểm nghiệm I tỷ lệ nghịch với tổng trở (R + r) khi E không

đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch)

- Thí nghiệm 3: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa nguồn điện

- Thí nghiệm 4: Kiểm nghiệm định luật Ohm đối với đoạn mạch chứa máy thu điện

 Thay đổi việc dạy học thuyết trình và không có thí nghiệm bằng dạy học giải quyết vấn đề có sử dụng các thí nghiệm trên các kiến thức về các định luật Ohm

2.3 CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT OHM:

Để giúp cho GV có thể soạn thảo được tiến tình dạy học các kiến thức về các định luật Ohm trong đó có sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lý, tạo điều kiện cho HS có thể phát triển năng lực sáng tạo, tự lực xây dựng kiến thức và hiểu chính xác, hiểu sâu kiến thức, khắc phục những sai lầm như đã phân tích ở trên, chúng tôi nhận thấy cần phải chế tạo các thiết bị thí nghiệm để có thể xây dựng các thí nghiệm như đã trình bày ở phần 2.1.2 đồng thời khắc phục được các mặt hạn chế của thiết bị thí nghiệm như đã trình bày ở mục a) phần 2.2.3

2.3.1 Chế tạo các thiết bị thí nghiệm

Ảnh chụp bộ dụng cụ thí nghiệm được chế tạo mới

33

2.3.2 Các thí nghiệm được tiến hành với bộ thí nghiệm này để nghiên cứu các định luật Ohm:

a) Thí nghiệm 1: Kiểm nghiệm I tỷ lệ thuận với E khi tổng trở (R + r) của

toàn mạch không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch)

- Phương án thí nghiệm:

Sử dụng một bộ nguồn (gồm 5 nguồn điện mắc liên tiếp với nhau), thay đổi suất điện động của bộ nguồn (trong khi vẫn giữ nguyên tổng trở của toàn mạch) bằng cách lần lượt đảo cực của 1 và của 2 nguồn điện trong bộ nguồn.Tiến hành thí nghiệm 3 lần, đo các giá trị E và các giá trị I tương ứng, so sánh các giá trị I đo được với các giá trị I tính toán được theo lý thuyết, từ đó rút ra kết luận

- Bố trí thí nghiệm

Lần 1

A

Lần 1

Lần 2

37

Lần 3

-Nhận xét: Kết quả thí nghiệm tương đối chính xác

b) Thí nghiệm 2: Kiểm nghiệm I tỷ lệ nghịch với tổng trở (R + r) của toàn

mạch khi E không đổi (định luật Ohm đối với toàn mạch)

- Phương án thí nghiệm:

Để thay đổi tổng trở của toàn mạch mà vẫn giữ nguyên suất điện động của nguồn điện, mắc song song các nguồn điện với nhau và song song các điện trở thuần với nhau, đo giá trị cường độ dòng điện I tương ứng, so sánh với giá trị I tính được theo lý thuyết, từ đó rút ra kết luận Tiến hành thí nghiệm 3 lần:

+ Lần 1: Khi chưa thay đổi tổng trở

+ Lần 2: Khi giảm tổng trở đi 2 lần

+ Lần 3: Khi giảm tổng trở đi 3 lần

- Bố trí thí nghiệm:

E, r