Soạn thảo và sử dụng các bài tập chương “dòng điện xoay chiều” vật lí 12 có sử dụng dao động kí điện tử nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

Giả thuyết khoa học Nếu dựa trên cơ sở lí luận của hoạt động dạy và giải BTVL cùng với việc phân tích được cấu trúc của NLTN và các biểu hiện hành vi của nó thì có thể biên soạn và tổ

SOẠN THẢO VÀ SỬ DỤNG CÁC BÀI TẬP CHƯƠNG

“DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” - VẬT LÍ 12

CÓ SỬ DỤNG DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ NHẰM BỒI DƯỠNG

NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH

Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số : 60 14 01 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS ĐỖ HƯƠNG TRÀ

HÀ NỘI, NĂM 2017

2

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đề tài nghiên cứu này không chỉ có công sức của riêng tôi mà tôi nhận được rất nhiều sự động viên giúp đỡ từ thầy cô, bạn bè và người thân

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm, các quý thầy cô trong khoa Vật lí, trường Đại học sư phạm Hà Nội đã trang bị cho tôi những kiến thức quý báu và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Đặc biệt tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS ĐỖ

HƯƠNG TRÀ, người cô đã tận tình hướng dẫn và đóng góp những ý kiến quý

báu trong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiệu, sự hỗ trợ tích cực của thầy cô trong tổ Vật lí cùng các học sinh trường THPT Đoàn kết – Nam định, nơi tôi công tác và tiến hành thực nghiệm sư phạm

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè, đồng

nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận văn này Đối với tôi, thực sự đã được giàu thêm kiến thức để tiếp tục trên con đường sự nghiệp trồng người

Hà nội, tháng 6 năm 2017

Học viên

LÊ THỊ QUÝ

3

DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

BTVL : Bài tập Vật lí NLTN : Năng lực thực nghiệm PATN : Phương án thí nghiệm THPT : Trung học phổ thông

4

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU ……… 1

1 Lí do chọn đề tài …….……… 2

2 Mục đích nghiên cứu ……… ……… 2

3 Giả thuyết khoa học ……… 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ……… 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu ……… 2

6 Phương pháp nghiên cứu ……… 3

7 Đóng góp của luận văn ……… 3

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY BÀI TẬP VẬT LÍ CÓ SỬ DỤNG DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM 1.1 Bài tập Vật lí……… 4

1.1.1 Khái niệm……… 4

1.1.2.Vai trò và tác dụng của bài tập Vật lí……… 4

1.1.3 Phân loại bài tập Vật lí ……… 5

1.1.4.Tư duy trong giải bài tập Vật lí ……… 8

1.1.5 Phương pháp giải bài tập Vật lí……… 9

1.1.6 Hướng dẫn giải bài tập Vật lí……… 10

1.2 Năng lực thực nghiệm ……… 14

1.2.1 Khái niệm năng lực ……… 14

1.2.2 Năng lực thực nghiệm ……… 14

1.2.3 Ý nghĩa của việc bồi dưỡng NLTN ở trường THPT ………16

1.3 Dao động kí điện tử……… 16

1.3.1 Hình ảnh của dao động kí điện tử……… 16

1.3.2 Khái niệm……… 16

5

1.3.3 Công dụng và phân loại……… 16

1.3.4 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động chung của dao động kí điện tử…… 17

1.3.5 Ứng dụng trong dạy học Vật lí……… 19

1.4 Cơ sở thực tiễn của việc dạy giải bài tập có sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông ………21

1.4.1 Mục đích nghiên cứu………21

1.4.2 Nội dung nghiên cứu ……… 21

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu……… 21

1.4.4 Kết quả nghiên cứu ……… 21

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1……… 22

CHƯƠNG 2: SOẠN THẢO VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ CHƯƠNG "DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU" – VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM 2.1 Phân tích kiến thức chương “Dòng điện xoay chiều” 23

2.1.1 Tóm tắt kiến thức 23

2.1.2 Đại cương về dòng điện xoay chiều 23

2.1.3 Phân loại bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” 26

2.2 Mục tiêu dạy học bồi dưỡng năng lực thực nghiệm 29

2.3 Soạn thảo một số bài tập khai thác kết quả trên màn hình DĐKĐT… 31

2.4 Cách thức sử dụng bài tập 55

2.5 Dạy học về bài tập 56

2.5.1 Mục tiêu dạy học 59

2.5.2 Dạy học bài tập 59

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 76

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM……….77

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm……….77

3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm……… 77

3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm………77

3.4 Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm sư phạm…………77

3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm……….78

3.6 Tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm………80

3.7 Công cụ đánh giá………80

6

3.7.1 Các tiêu chí đánh giá ……… 81

3.7.2 Cách tính điểm……… 84

3.8 Tiến hành thực nghiệm sư phạm ………84

3.8.1 Phương pháp thực nghiệm sư phạm ……….84

3.8.2 Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm……….85

3.9 Tính khả thi của các bài tập dòng điện xoay chiều khai thác kết quả trên màn hình dao động kí điện tử………97

3.9.1 Tính khả thi………97

3.9.2 Biểu hiện của tính tích cực học tập của học sinh……… 98

3.9.3 Hiệu quả phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh……… 98

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3………99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO………100

tế - tri thức Trong nền kinh tế - tri thức: kiến thức và kĩ năng, năng lực của con người

là nhân tố quyết định sự phát triển của xã hội Nhiệm vụ quan trọng đặt ra cho nền giáo dục là ngoài việc trang bị cho HS những kiến thức cần thiết, các môn học cần phát triển cho HS các năng lực để khi tham gia sản xuất hoặc nghiên cứu khoa học, HS

có thể thích ứng được với các yêu cầu của xã hội Quan điểm của Đảng về vấn đề này thể hiện ở mục tiêu giáo dục [3], [8], [9] nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội của đất nước hiện tại và tương lai Nghị quyết Hội nghị Trung ương VIII

khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo (2013) đã chỉ rõ: “Chuyển

mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học”, “Tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh”

Chương trình Vật lí lớp 12 đóng vai trò quan trọng trong nội dung chương trình Vật lí ở THPT, giúp củng cố đào sâu những kiến thức trọng tâm môn Vật lí cho HS, việc nắm vững nội dung kiến thức ở lớp 12 sẽ giúp HS có nền tảng học tốt các kiến thức ở bậc đại học Chương ‘‘Dòng điện xoay chiều’’ là một trong những chủ đề quan trọng đối với kiến thức Vật lí THPT Trong chương này, việc nghiên cứu các đại lượng biến đổi theo thời gian là một vấn đề quan trọng Máy hiện sóng điện tử hay còn gọi là dao động kí điện tử (DĐKĐT-electronic oscilloscope) là thiết bị điện tử cho phép quan sát được các dao động điện hoặc các dao động được hiển thị dưới dạng sóng, từ đó đo lường được các tham số của nó như biên độ, tần số, góc lệch pha giữa hai tín hiệu Khi khai thác các tín hiệu trên màn hình DĐKĐT, HS có thể xác định được: giá trị điện áp tức thời và thời gian tương ứng của tín hiệu; tần số dao động của tín hiệu; góc lệch pha giữa hai tín hiệu; dạng sóng tại mỗi điểm khác nhau trên mạch điện tử; thành phần của tín hiệu gồm thành phần một chiều và xoay chiều như thế nào Ngoài

ra HS còn có thể đo các thông số cường độ của tín hiệu như: đo điện áp từ đó xác định được cường độ dòng điện; đo tần số, chu kì, khoảng thời gian của tín hiệu; đo độ lệch pha của các tín hiệu,…Tuy nhiên, thực trạng dạy học hiện nay ở trường phổ thông, DĐKĐT ít được sử dụng và khai thác Với việc khai thác các kết quả trên màn hình DĐKĐT có thể bồi dưỡng năng lực (NLTN) cho HS như: dự đoán các hiện tượng, đề

8

xuất phương án tiến hành thí nghiệm, thực hiện thí nghiệm, thu thập và phân tích các

dữ liệu thực nghiệm để rút ra kết luận Do vậy, việc soạn thảo được các bài tập sử dụng DĐKĐT chương ‘‘Dòng điện xoay chiều’’(DĐXC) nhằm bồi dưỡng NLTN là hết sức cần thiết góp phần nâng cao chất lượng học môn Vật lí cho HS THPT

Từ các lí do trên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: SOẠN THẢO VÀ SỬ

DỤNG CÁC BÀI TẬP CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” - VẬT LÍ 12 CÓ

SỬ DỤNG DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH

2 Mục đích nghiên cứu

Soạn thảo và sử dụng các bài tập chương "Dòng điện xoay chiều"- Vật lí 12 có sử

dụng dao động kí điện tử nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

Hoạt động dạy và học khi giải BTVL về dao động kí điện tử thuộc chương "Dòng điện xoay chiều"- Vật lí 12 Năng lực thực nghiệm của học sinh

- Phạm vi nghiên cứu:

Học sinh lớp 12 trường THPT Đoàn Kết, tỉnh Nam Định Nội dung kiến thức chương “Dòng điện xoay chiều”

4 Giả thuyết khoa học

Nếu dựa trên cơ sở lí luận của hoạt động dạy và giải BTVL cùng với việc phân tích được cấu trúc của NLTN và các biểu hiện hành vi của nó thì có thể biên soạn và tổ chức dạy học một số bài tập khai thác kết quả trên màn hình DĐKĐT thuộc chương

“Dòng điện xoay chiều”- Vật lí lớp 12 đáp ứng yêu cầu phát triển NLTN của HS

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học bài tập vật lí

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về phát triển năng lực thực nghiệm

- Tìm hiểu chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương DĐXC, Vật lí lớp 12

- Phân tích đặc điểm nội dung kiến thức chương DĐXC

- Xác định các dạng bài tập có sử dụng DĐKĐT thuộc chương DĐXC trong SGK

- Xác định cấu trúc của NLTN và các biểu hiện hành vi của học sinh trong hoạt

động giải các bài tập khai thác kết quả trên màn hình DĐKĐT

- Soạn thảo các bài tập khai thác kết quả trên màn hình DĐKĐT chương DĐXC - Vật lí lớp 12 THPT

- Thiết kế hoạt động dạy học với các bài tập đã soạn thảo

9

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm định giả thuyết khoa học và đánh giá tính khả thi, hiệu quả của các kết luận được rút ra từ luận văn

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: phương pháp thực nghiệm trong khoa học

Vật lí, nghiên cứu các tài liệu lý luận, hệ thống hoá các khái niệm, các lý thuyết có liên quan đến vấn đề phát triển NLTN cho HS để xây dựng cơ sở lý luận của đề tài Nghiên cứu các tư liệu liên quan đến mục tiêu nội dung yêu cầu khi giảng dạy chương DĐXC

- Phương pháp điều tra: tìm hiểu việc dạy và học nhằm sơ bộ đánh giá thực tế

chương “Dòng điện xoay chiều” Trao đổi với GV và HS, dự giờ

- Phương pháp thực nghiệm:

+ Thực nghiệm Vật lí: khảo sát thực nghiệm các bài tập khai thác kết quả trên màn

hình DĐKĐT chương DĐXC

+ Thực nghiệm sư phạm: nhằm kiểm định giả thuyết khoa học và tính khả thi của

đề tài, phân tích mức độ đạt được mục tiêu của quá trình dạy học

- Phương pháp xử lí số liệu: sử dụng phương pháp thống kê toán học xử lí các kết

quả thu được và rút ra kết luận

7 Dự kiến kết quả và đóng góp mới của luận văn

- Về lý luận:

+ Hệ thống hoá những cơ sở lí luận về phát triển NL đối với nhiệm vụ phát triển năng lực trong môn Vật lí, qua đó làm cơ sở cho việc phát triển NLTN chương DĐXC + Đề xuất một số biện pháp phát triển NL, NLTN cho HS trong trường THPT + Đề xuất quy trình dạy, phương án đánh giá và thiết kế bộ công cụ đánh giá bài tập khai thác kết quả trên màn hình DĐKĐT chương DĐXC

10

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC BÀI TẬP

VẬT LÍ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH

1.1 Bài tập Vật lí

1.1.1 Khái niệm

Trong thực tế dạy học, người ta hay gọi một vấn đề, hay một câu hỏi cần được giải đáp dùng lập luận logic, suy luận toán học hay thực nghiệm vấn đề Vật lí trên cơ sở sử dụng các định luật và phương pháp của Vật lí học là bài tập Vật lí (BTVL)

BTVL, hay đơn giản gọi là các bài toán Vật lí, là một phần không thể thiếu của quá trình dạy học Vật lí vì nó cho phép hình thành và làm phong phú các khái niệm, phát triển tư duy và vận dụng kiến thức Vật lí vào thực tiễn, góp phần vào việc giáo dục kĩ năng tổng hợp, hướng nghiệp

1.1.2.Vai trò và tác dụng của bài tập Vật lí

Mục tiêu của dạy học Vật lí ở trường phổ thông là phải đảm bảo trang bị đầy đủ cho HS kiến thức cơ bản, cần thiết để HS có thể vận dụng những kiến thức đó giải quyết các nhiệm vụ học tập, các vấn đề trong cuộc sống Để đạt được những nhiệm vụ trên đòi hỏi HS phải được rèn luyện một cách thường xuyên, kết hợp bằng nhiều

phương pháp vận dụng linh hoạt BTVL là một trong những vấn đề được vận dụng có hiệu quả trong dạy học Vật lí, nó có tầm quan trọng đặc biệt góp phần vào việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học Vật lí ở phổ thông

BTVL đóng vai trò quan trọng trong dạy học Vật lí, việc giải các BTVL được xem như là mục đích, phương pháp dạy học Vì vậy BTVL ngày càng được tăng cường và

đa dạng để phục vụ cho mục đích dạy học và giáo dục HS

Tùy thuộc vào các tình huống cụ thể, BTVL được sử dụng với các mục đích khác nhau như:

- BTVL là một phương tiện để học sinh ôn tập, củng cố kiến thức đã học một cách

sinh động và có hiệu quả

Khi giải bài tập HS phải sử dụng các công thức, định luật, hiện tượng Vật lí, có khi phải vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học trong một chương, một mảng kiến thức

do đó sẽ giúp HS hiểu rõ và ghi nhớ vững chắc các kiến thức đã học

- BTVL có thể được sử dụng như là phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang

bị kiến thức cho HS nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức sâu sắc và vững chắc nhất

- BTVL là một phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng của HS

11

Giải BTVL là phương pháp đơn giản để kiểm tra, hệ thống hóa lại kiến thức, kĩ năng, thói quen thực hành cho phép mở rộng, làm sâu sắc các kiến thức đã học Mặt khác, khi giải bài tập đôi khi còn phải sử dụng các kiến thức liên môn như Sinh học, Hóa học, Toán học, đánh giá khả năng vận dụng linh hoạt và hiểu biết của HS

- BTVL là một phương tiện để học sinh rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức đã

học với đời sống hàng ngày

Giải các BTVL là giải các bài toán có liên hệ chặt chẽ với thực tế, các kiến thức đã học được vận dụng để giải quyết các vấn đề đặt ra trong cuộc sống

- BTVL là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong rèn luyện tư duy và

bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho HS

Hoạt động giải BTVL là một hình thức làm việc tự lực của HS Trong quá trình giải BTVL HS phải biết phân tích các điều kiện trong đề bài, xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính toán, đôi khi phải tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo, xác định sự phụ thuộc của các hàm số vào các đại lượng, kiểm tra các kết luận của mình Khi tiến hành giải BTVL tức là HS tiến hành tư duy logic, tư duy sáng tạo, cần cù,

kiên nhẫn tỉ mỉ làm việc được rèn luyện đó là các phẩm chất của các nhà khoa học

1.1.3 Phân loại các bài tập Vật lí

Các bài tập Vật lí được phân loại theo nội dung, mục đích dạy học:

- Phân loại theo nội dung

- Phân loại theo phương thức điều kiện và phương pháp giải

- Phân loại theo luyện tập các kĩ năng và phát triển tư duy

1.1.3.1 Phân loại theo nội dung

Nội dung trong BTVL có thể phân chia thành bài tập có nội dung cụ thể và trừu tượng, lịch sử

- Bài tập có nội dung cụ thể: là các dữ kiện đầy đủ và có kí hiệu cùng diễn đạt

bằng lời

- Bài tập có nội dung trừu tượng: là các dữ kiện đều cho dưới dạng các kí hiệu, lời

giải dưới dạng các công thức chứa đựng ẩn số và dữ kiện đã cho

- Bài tập có nội dung lịch sử: là chứa đựng các kiến thức có đặc điểm lịch sử, dữ

liệu về các thí nghiệm Vật lí, về các phát minh sáng chế hay lịch sử hình thành, các câu chuyện có tính chất lịch sử

Ngoài ra, để gây hứng thú và tò mò cho HS người ta thường sử dụng các BTVL vui với các điều kiện bài tập thường chứa đựng các yếu tố nghịch lí

1.1.3.2 Phân loại theo phương thức điều kiện và phương pháp giải

12

- Bài tập phân dạng: bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập thí nghiệm, bài

tập đồ thị, bài tập trắc nghiệm khách quan

- Bài tập định tính: có 2 loại bài tập định tính là: Giải thích hiện tượng và dự đoán

hiện tượng

+ Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng và lí giải xem vì sao hiện tượng lại xảy ra như thế Trong các bài tập này, bắt buộc phải thiết lập mối quan

hệ giữa hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hay với một số định luật Vật

lí Thực hiện phép suy luận logic luận ba đoạn trong đó tiền đề thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật Vật lí tổng quát, tiền đề thứ hai là những điều kiện cụ thể, kết luận về hiện tượng được nêu ra

+ Dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đề bài, xác định những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng gì xảy ra và xảy ra như thế nào Ta thực hiện suy luận lôgic, thiết lập luận ba đoạn, trong đó ta mới biết tiền đề thứ hai (phán đoán khẳng định riêng), cần phải tìm tiền đề thứ nhất (phán đoán khẳng định chung) và kết luận (phán đoán khẳng định riêng) Trong trường hợp hiện tượng xảy ra phức tạp, ta phải xây dựng một chuỗi luận ba đoạn liên tiếp ứng với các giai đoạn diễn biến của hiện tượng

- Bài tập định lượng: đó là các bài tập khi giải phải sử dụng các phương pháp Toán

học (dựa trên các định luật và quy tắc, thuyết Vật lí) Dạng bài tập này có ưu điểm lớn

là làm sâu sắc các kiến thức của HS, rèn luyện cho học sinh vận dụng phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí đặc biệt phương pháp suy luận Toán học Tùy theo

phương pháp Toán học được vận dụng, bài tập tính toán được quy về các bài tập số học, đại số, hình học

có liên quan đến đại lượng cần tìm

+ Suy luận toán học, đưa đến công thức chỉ đại lượng phải tìm với các đại lượng

đã cho

SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP

Hai phương pháp trên đều có giá trị như nhau, chúng bổ sung cho nhau Phương pháp phân tích nếu tìm được công thức đúng thì nhanh chóng hướng tới kết quả bài toán Tuy nhiên, HS không tập chung chú ý nhiều vào các giai đoạn trung gian điều đó nói chung là không có lợi, đặc biệt đối với HS yếu vì nắm bản chất Vật lí kém sâu sắc hơn Phương pháp tổng hợp cho phép đi sâu vào các giai đoạn trung gian, HS chú ý hơn tới bản chất Vật lí và mối liên hệ giữa các đại lượng và hiện tượng

- Bài tập thí nghiệm: là loại bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời

giải bằng lí thuyết hoặc tìm những số liệu cần thiết cho bài tập Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng về mặt giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí luận và thực tiễn: trong các bài tập thí nghiệm thì thí nghiệm chỉ cho các số liệu

Định luật 2(công thức 2) y=f(a,p)

Định luật 4(công thức 4) x=f(y,z)=f(a,b,c) Định luật 3(công thức 3) z=f(c)

14

để giải bài tập, chứ không cho biết tại sao hiện tượng lại xảy ra như thế cho nên phần vận dụng các định luật Vật lí để lí giải các hiện tượng mới là nội dung chính của bài tập thí nghiệm

- Bài tập đồ thị: là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải phải

tìm trong đồ thị đã cho trước hoặc ngược lại Bài tập đòi hỏi HS phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng đã nêu trong bài tập Bài tập đồ thị có tác dụng rèn luyện kĩ năng đọc, vẽ đồ thị, mối quan hệ hàm số của các đại lượng mô tả trong đồ thị

- Bài tập trắc nghiệm khách quan: thường được dùng để kiểm tra kiến thức trong

phạm vi rộng, số lượng người được kiểm tra nhiều, kết quả thu được khách quan không phụ thuộc vào người chấm Bài tập dạng này yêu cầu HS phải nhớ, hiểu, vận dụng đồng thời rất nhiều các kiến thức liên quan

Khi lựa chọn các nội dung bài tập nên đi từ đơn giản đến phức tạp, tăng cường cá nhân hóa hoạt động của HS tương ứng với năng lực và kiến thức của họ

1.1.3.3 Phân loại theo luyện tập các kĩ năng và phát triển tư duy trong quá trình dạy học

- Bài tập luyện tập: là loại bài tập dùng để rèn luyện cho HS áp dụng được những

kiến thức xác định để giải từng bài tập theo mẫu xác định Ở đó không đòi hỏi HS phải

tư duy sáng tạo mà chủ yếu cho học sinh luyện tập, nắm vững cách giải đối với một loại bài tập đã được chỉ dẫn

- Bài tập sáng tạo: loại bài tập để phát triển tư duy sáng tạo của HS Có thể chia

1.1.4 Tư duy trong giải bài tập Vật lí

Qúa trình giải một BTVL thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của một bài toán, xem xét hiện tượng Vật lí được đề cập và dựa trên kiến thức Vật lí toán đã nghĩ tới những mối liên hệ có thể có của cái đã cho với cái cần tìm sao cho có thể thấy được cái phải tìm có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho Từ đó đi tới chỉ rõ được mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm chỉ với những cái đã biết, tức là tìm được lời giải đáp (Phạm hữu Tòng,1996, NXBGD)

Như vậy tư duy trong giải BTVL có 2 phần cơ bản, quan trọng như sau:

Tóm lại, để tìm được lời giải của một BTVL là phải trả lời được các câu hỏi:

- Để giải bài tập này cần xác lập được những mối liên hệ cơ bản nào?

- Sự xác lập các mối liên hệ cơ bản cụ thể này dựa trên sự vận dụng những kiến thức gì, vào điều kiện cụ thể nào của bài tập?

Trả lời được những câu hỏi đó giúp GV định hướng trong phương pháp dạy học về bài tập một cách đúng đắn, hiệu quả

1.1.5 Phương pháp giải các bài tập Vật lí

Đối với HS phổ thông, vấn đề giải và sửa bài tập gặp không ít khó khăn vì HS thường không có kiến thức lí thuyết vững chắc và kĩ năng vận dụng kiến thức Vật lí còn hạn chế Do đó HS thường giải bài tập một cách mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được

Nguyên nhân của vấn đề trên là:

- HS chưa có phương pháp khoa học để giải BTVL

- HS chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phân tích các hiện tượng Vật lí để đi đến bản chất Vật lí

Do đó cần rèn luyện cho HS biết cách giải bài tập một cách khoa học, chính xác là một việc làm cần thiết Nó không những giúp HS có các kiến thức Vật lí chắc chắn mà còn rèn luyện kĩ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học có kế hoạch

Nói chung, tiến trình giải một BTVL trải qua các bước: tìm hiểu đề bài; xác lập các mối liên hệ cơ bản của các dữ kiện xuất phát và của các cái phải tìm; rút ra kết quả cần tìm, kiểm tra xác nhận kết quả

Các hoạt động chính trong từng bước giải BTVL:

 Bước thứ nhất: tìm hiểu đề bài

 Đọc ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và các cái phải tìm

 Mô tả lại tình huống được nêu trong đề bài, vẽ hình minh họa

 Nếu đề bài yêu cầu thì phải dùng đồ thị làm thí nghiệm để thu được các dữ liệu cần thiết

 Bước thứ hai: xác lập các mối liên hệ cơ bản của các dữ liệu xuất phát và của các cái phải tìm

 Bước thứ ba: rút ra kết quả cần tìm

Từ các mối liên hệ cần thiết đã xác lập được, tiếp tục luận giải, tính toán để rút ra kết quả cần tìm

 Bước thứ tư: kiểm tra xác nhận kết quả

Để có thể xác nhận kết quả cần tìm, cần kiểm tra lại việc giải, theo một hoặc một

số cách sau đây:

 Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi, xem xét hết các trường hợp chưa

 Kiểm tra lại xem tính toán có đúng không

 Kiểm tra thứ nguyên xem có phù hợp không

 Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế xem có phù hợp không

 Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không

 Giải bài toán bằng cách khác xem có cùng kết quả không

Trong thực tế giải các BTVL ta thấy không nhất thiết phải có sự tách bạch một cách cứng nhắc giữa bước thứ hai với thứ ba trình bày ở trên

1.1.6 Hướng dẫn học sinh giải bài tập Vật lí

Muốn hướng dẫn HS giải một bài toán cụ thể nào đó thì dĩ nhiên là GV phải giải được bài toán đó, nhưng như vậy vẫn chưa đủ Muốn cho việc hướng dẫn giải bài toán được định hướng một cách đúng đắn GV phải phân tích được phương pháp giải bài toán cụ thể, bằng cách vận dụng những hiểu biết về tư duy giải toán Vật lí để xem xét việc giải bài toán cụ thể này Mặt khác phải xuất phát từ mục đích sư phạm cụ thể của việc cho HS giải bài toán để xác định kiểu hướng dẫn phù hợp Cơ sở khoa học để suy nghĩ xác định phương pháp hướng dẫn học sinh giải một BTVL cụ thể nào đó là những hiểu biết khoa học về tư duy giải BTVL được vận dụng vào việc phân tích phương pháp giải bài toán cụ thể này và những hiểu biết về đặc điểm của các kiểu hướng dẫn giải bài toán, tương ứng với các mục đích sư phạm khác nhau

17

SƠ ĐỒ PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP

Các kiểu hướng dẫn giải bài toán tùy theo mục đích sư phạm

 Hướng dẫn theo mẫu (hướng dẫn angôrit)

Hướng dẫn angôrit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho HS những hành động cụ thể

cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt được kết quả mong muốn Những hành động này được coi là những hành động sơ cấp phải được HS hiểu một cách đơn giá và HS đã nắm vững Kiểu hướng dẫn này không đòi hỏi HS phải tự mình tìm tòi xác định các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra mà chỉ đòi hỏi

HS chấp hành các hành động đã được GV chỉ ra, cứ theo đó HS sẽ đạt được kết quả, sẽ giải được bài tập đã cho

- Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi GV phải phân tích một cách khoa học việc giải bài toán để xác định được một trình tự chính xác chặt chẽ các hành động cần thực hiện để giải được bài toán và phải đảm bảo cho các hành động đó là sơ cấp đối với HS

- Kiểu hướng dẫn này thường được áp dụng khi cần dạy cho HS phương pháp giải một bài toán điển hình nào đó, nhằm luyện tập cho HS kĩ năng giải một loại bài toán xác định nào đó

- Hướng dẫn angôrit có ưu điểm là đảm bảo cho HS giải được bài toán đã được giao một cách chắc chắn, nó giúp cho việc rèn luyện kĩ năng giải bài toán của HS có hiệu quả Nhược điểm của hướng dẫn angôrit là HS chỉ quen chấp hành những hành động đã được chỉ dẫn theo một mẫu có sẵn, do đó ít có tác dụng rèn luyện cho HS khả năng tìm tòi, sáng tạo, sự phát triển tư duy sáng tạo của HS bị hạn chế

- Hướng dẫn angôrit có thể theo những cách khác nhau Có thể chỉ dẫn cho HS dưới dạng có sẵn Qua việc giải một vài bài toán mẫu GV phân tích phương pháp giải

và chỉ dẫn cho HS giải bài toán đó rồi cho HS tập áp dụng để giải bài toán tiếp theo Đối với những lớp có HS khá, thì để tăng cường rèn luyện tư duy cho HS trong quá trình giải bài toán, người ta có thể lôi cuốn học sinh tham gia vào quá trình xây dựng angôrit chung để giải các bài toán đã cho Thông qua việc phân tích những bài toán đầu tiên có thể yêu cầu HS tự vạch ra angôrit giải bài toán này rồi áp dụng vào việc

Tư duy giải bài

toán Vật lí

Xác định kiểu hướng dẫn

Phân tích phương pháp giải bài toán cụ thể

Mục đích sư phạm

Phương pháp hướng dẫn giải bài toán cụ thể

18

giải các bài toán tiếp theo Trong trường hợp lớp HS yếu, có thể là HS chưa áp dụng được ngay angôrit đã được đưa ra cho HS thì GV cần đưa ra những bài luyện tập riêng nhằm đảm bảo cho HS thực hiện được những chỉ dẫn riêng lẻ trong angôrit giải này để tạo điều kiện cho HS có thể áp dụng được angôrit đã cho

 Hướng dẫn tìm tòi (hướng dẫn Ơrixtic)

Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho HS suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải quyết, không phải là GV chỉ dẫn cho HS chỉ việc chấp hành các hành động theo một mẫu đã có để đi tới kết quả mà là GV gợi mở để HS tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả

- Kiểu hướng dẫn tìm tòi được áp dụng khi cần giúp đỡ HS vượt qua khó khăn để giải được bài toán, đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu phát triển tư duy HS, muốn tạo điều kiện để HS tự lực tìm tòi cách giải quyết

- Ưu điểm của kiểu hướng dẫn tìm tòi là tránh được tình trạng GV làm thay HS trong việc giải bài toán Nhưng vì kiểu hướng dẫn này đòi hỏi HS phải tự lực tìm tòi các cách giải quyết chứ không phải là HS chỉ việc chấp hành các hành động theo mẫu

đã chỉ ra, nên không phải bao giờ cũng có thể đảm bảo cho HS giải được bài toán một cách chắc chắn Khó khăn của kiểu hướng dẫn này chính là ở chỗ sự hướng dẫn của

GV phải sao cho không được đưa HS đến chỗ chỉ còn việc thừa hành các hành động theo mẫu, nhưng đồng thời sự hướng dẫn đó lại không thể là một sự hướng dẫn viển vông, quá chung chung không giúp ích được cho sự định hướng tư duy của HS Nó phải có tác dụng hướng tư duy của HS vào phạm vi cần có thể tìm tòi và phát hiện cách giải quyết

 Định hướng khái quát chương trình hóa

Nét đặc trưng của kiểu hướng dẫn này là GV định hướng hoạt động tư duy của HS theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự

tự lực tìm tòi giải quyết của HS Nếu HS không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của GV là sự phát triển định hướng khái quát, cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi

ý thêm cho HS, để thu hẹp hơn phạm vi phải tìm tòi, giải quyết cho vừa với sức HS Nếu HS vẫn không đủ khả năng tự lực tìm tòi giải quyết thì hướng dẫn của GV chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho HS hoàn thành được yêu cầu của một bước, sau đó tiếp tục yêu cầu HS tự lực, tìm tòi giải quyết bước tiếp theo Nếu cần thì

GV lại giúp đỡ thêm Cứ như vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra

19

- Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài toán của HS, nhằm giúp cho HS tự giải được bài toán đã cho, đồng thời dạy cho HS cách suy nghĩ trong quá trình giải bài toán

- Thí dụ khi cần hướng dẫn chung cho HS giải bài toán cụ thể nào đó theo các bước chung của việc giải một BTVL, GV hướng dẫn cho HS tự lực thực hiện bước một Nếu HS đáp ứng được thì tiếp tục thực hiện bước hai Nếu HS không hoàn thành được bước một thì GV giúp đỡ cho HS làm được bước này Rồi lại để cho HS tự lực giải quyết bước hai Nếu HS hoàn thành được bước hai thì tiếp tục tự lực giải quyết bước ba Nếu HS không đáp ứng được thì GV lại giúp đỡ thêm cho HS hoàn thành được bước hai

SƠ ĐỒ TIẾN TRÌNH HƯỚNG DẪN + + + + +

- - - - -

Hình kí hiệu sự hướng dẫn đòi hỏi HS tự lực tìm tòi giải quyết

Hình kí hiệu sự hướng dẫn giúp đỡ của GV để HS thực hiện được các yêu cầu đã đặt ra

Dấu + ứng với trường hợp HS đáp ứng được yêu cầu tự lực

Dấu - ứng với trường hợp HS không đáp ứng được yêu cầu tự lực của bước trước (1), (2), (3), (4), (5) là yêu cầu phải giải quyết trong tiến trình giải bài toán

(1) đề bài cho gì? Hỏi gì?

(2) tình huống đã cho liên quan đến kiến thức gì? Do đó, có thể xác lập được các mối liên hệ cụ thể gì đối với cái đã cho và cái phải tìm để qua đó hy vọng có thể tìm mối liên hệ giữa cái phải tìm với cái đã cho?

(3) cái phải tìm có liên hệ thế nào với cái đã cho?

(4) rút ra kết quả cần tìm

(5) kiểm tra, xác nhận kết quả

Kiểu hướng dẫn này có ưu điểm là kết hợp được việc thực hiện các yêu cầu: rèn luyện tư duy của HS trong quá trình giải bài toán và đảm bảo cho HS giải được bài toán đã cho Tuy nhiên, sự hướng dẫn như vậy đòi hỏi phải theo sát tiến trình hoạt động giải bài toán của HS, không thể chỉ dựa vào sự hướng dẫn có thể soạn sẵn mà phải kết hợp được việc định hướng với việc kiểm tra kết quả hoạt động của HS để điều chỉnh sự giúp đỡ thích ứng với trình độ của HS

20

1.2 Năng lực thực nghiệm

1.2.1.Khái niệm về năng lực

Khái niệm năng lực (competency) có nguồn gốc tiếng Latinh “competenia” Ngày nay khái niệm năng lực được hiểu theo nhiều nghĩa:

- Năng lực là một thuộc tính tâm lí phức hợp, là điểm hội tụ của nhiều yếu tố như

tri thức, kĩ năng, kĩ xảo, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm đạo đức

- Năng lực gồm những kĩ năng và kĩ xảo học được hoặc sẵn có của cá thể nhằm

giải quyết các tình huống xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ, xã hội và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề một cách có trách nhiệm, hiệu quả trong những tình huống linh hoạt (Weinert, 2001)

- Năng lực là sự biết sử dụng các kiến thức và các kĩ năng trong một tình huống có

ý nghĩa (Rogiers, 1996)

- Năng lực là một tập hợp các kiến thức, kĩ năng và thái độ phù hợp với một hoạt

động thực tiễn (Barnert, 1992)

- Năng lực là khả năng đáp ứng thích hợp và đầy đủ các yêu cầu của một lĩnh vực

hoạt động (Từ điển Webster’s New 20th Century, 1965)

Như vậy, năng lực là một tổng thể của nhiều yếu tố có liên hệ tác động qua lại và

hai đặc điểm phân biệt cơ bản của năng lực là: tính vận dụng và tính có thể chuyển đổi

và phát triển Có thể đưa ra định nghĩa năng lực như sau:

Năng lực gồm những kĩ năng nhận thức và kĩ xảo của cá nhân có thể là học được hoặc sẵn có, nhằm giải quyết các vấn đề xác định, cũng như sự sẵn sàng cho mọi hành động có hiệu quả và có trách nhiệm trong các tình huống linh hoạt khác nhau Năng lực sẽ phản ánh khả năng của một cá nhân có thể giải quyết được các dạng khác nhau của các vấn đề trong những tình huống cụ thể hoặc có thể vượt qua cả những tình huống cụ thể đó

1.2.2.Năng lực thực nghiệm

1.2.2.1 Khái niệm

Năng lực thực nghiệm, với tư cách là một năng lực nhận thức khoa học, được hiểu

là năng lực nghĩ ra (thiết kế) PATN khả thi cho phép đề xuất hoặc kiểm tra những giả thuyết hay phỏng đoán khoa học và thực hành được thí nghiệm thành công để rút ra kết luận cần thiết (không phải đơn thuần là năng lực thao tác thí nghiệm, hiểu theo nghĩa năng lực thực hiện các thao tác bằng tay, quan sát, đo đạc) Như vậy NLTN bao gồm năng lực thành phần sau:

 Đưa ra các dự đoán giả thuyết và xác định vấn đề cần nghiên cứu;

21

 Thiết kế các phương án thí nghiệm;

 Tiến hành phương án thí nghiệm đã thiết kế;

 Xử lí, phân tích và trình bày kết quả;

 Chế tạo ứng dụng của thí nghiệm vào trong khoa học và đời sống

NLTN là một trong những năng lực đặc thù được hình thành thông qua học bộ môn Vật lí Khi giải các bài tập thực nghiệm học sinh luôn phải vận dụng tổng hợp các kiến thức lí thuyết kết hợp các kĩ năng, hoạt động trí óc và thực hành, các vốn hiểu biết

về Vật lí, kĩ thuật, thực tế đời sống Vì vậy có thể từ các bài tập thí nghiệm bồi dưỡng năng lực học sinh

1.2.2.2 Những biểu hiện của năng lực thực nghiệm

 Biểu hiện thứ nhất: đưa ra các dự đoán giả thuyết và xác định vấn đề cần nghiên cứu Tức là đưa ra được các dự đoán giả thuyết có căn cứ , giả thuyết này phải có được

câu trả lời hợp lí, có căn cứ

 Biểu hiện thứ hai: thiết kế các PATN bao gồm:

- Xác định mục đích thí nghiệm cần tiến hành;

- Xác định các biến số, chỉ số cần quan sát hoặc đo đạc;

- Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm;

- Xây dựng sơ đồ thí nghiệm;

- Xác định cách thức quan sát, thu thập số liệu và trình bày số liệu;

- Phân tích số liệu và rút ra kết luận

 Biểu hiện thứ ba: thực hiện PATN đã thiết kế:

- Biết sử dụng các dụng cụ thí nghiệm;

- Chuẩn bị, lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ đã chuẩn bị;

- Tiến hành thí nghiệm

 Biểu hiện thứ tư: xử lí, phân tích và trình bày kết quả:

- Quan sát, thu thập thông tin, số liệu;

- Trình bày thông tin (hiện tượng Vật lí), số liệu (dưới dạng bảng số liệu) và xử lí (tính giá trị trung bình, sai số, vẽ đồ thị);

- Đánh giá kết quả (nguyên nhân sai số, cách khắc phục cho các lần đo sau)

 Biểu hiện thứ năm: chế tạo ứng dụng vào khoa học kỹ thuật và đời sống

- Xác định được cơ sở lí thuyết cần thiết (để làm gì, dùng ở đâu, ứng dụng);

- Tìm hiểu cụ thể về linh kiện cấu thành sản phẩm (tìm kiếm thông tin);

- Lên sơ đồ thiết kế mẫu về sản phẩm;

22

- Vẽ chi tiết chế tạo các bộ phận trên sản phẩm;

- Lắp ráp và vận hành thử sản phẩm;

- Biết hợp tác, vận động các cá nhân và tổ chức hỗ trợ về mọi mặt (kĩ thuật, tài

chính, nhân lực ) để đạt được mục tiêu về sản phẩm

1.2.3 Ý nghĩa của việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm ở trường phổ thông

Thực tiễn của việc dạy học ở các trường phổ thông hiện nay chủ yếu tập trung vào việc dạy kiến thức nhằm đáp ứng nhu cầu thi cử, ngoài hoạt động của HS còn tham gia các hoạt động ngoại khóa, hoạt động hướng nghiệp và các hoạt động của các tổ chức đoàn thể khác, nhằm phát triển kỹ năng sống cho HS

Với những yêu cầu mới về giáo dục việc bồi dưỡng NLTN cho HS có ý nghĩa rất quan trọng vì khi có năng lực tức là HS có kiến thức kĩ năng, điều này giúp cho HS có được sự tự tin trong hành động của mình khi tham gia vào các nhiệm vụ cụ thể, có hiệu quả và có trách nhiệm trong các tình huống, có định hướng đúng khi thực hiện hành động, dựa trên cơ sở hiểu biết về kiến thức khoa học, về kĩ năng thực hiện và năng lực sở trường của bản thân

Bồi dưỡng NLTN sẽ giúp HS điều chỉnh động cơ, hứng thú học tập, phát triển năng lực, thiên hướng, để HS có ý thức và tâm thế sẵn sàng tham gia vào mọi nhiệm

vụ được giao

1.3 Dao động kí điện tử

1.3.1 Hình ảnh một số máy dao động kí điện tử

1.3.2 Khái niệm

Máy hiện sóng điện tử hay còn gọi là DĐKĐT (electronic oscilloscope) là thiết

bị điện tử dùng để quan sát các dao động điện hoặc các dao động được hiển thị dưới dạng sóng Nó chủ yếu được sử dụng để vẽ dạng của tín hiệu điện thay đổi theo thời gian

1.3.3 Công dụng và phân loại

1.3.3.1.Công dụng:

Bằng cách sử dụng DĐKĐT ta xác định được:

23

 Giá trị điện áp và thời gian tương ứng của tín hiệu;

 Tần số dao động của tín hiệu;

 Góc lệch pha giữa hai tín hiệu;

 Dạng sóng tại mỗi điểm khác nhau trên mạch điện tử;

 Thành phần của tín hiệu gồm thành phần một chiều và xoay chiều như thế nào;

 Trong tín hiệu có bao nhiêu thành phần nhiễu và nhiễu đó có thay đổi theo thời gian không

Đo các thông số cường độ của tín hiệu:

 Đo điện áp, đo dòng điện, đo công suất;

 Đo tần số, chu kì, khoảng thời gian của tín hiệu;

 Đo độ di pha của tín hiệu;

 Vẽ tự động và đo được đặc tính phổ của tín hiệu;

 Vẽ đặc tuyến Vôn – ampe của linh kiện;

 Vẽ tự động, đo đặc tuyến biên độ - tần số

+ Máy hiện sóng một tia;

+ Máy hiện sóng hai tia;

+ Máy hiện sóng nhiều tia

 Theo độ lưu ảnh:

+ Máy hiện sóng lưu ảnh (tlưu > 0,1”);

+ Máy hiện sóng không lưu ảnh(tlưu < 0,1”)

Hiện nay cùng với sự phát triển của kĩ thuật số người ta còn tạo được các loại máy hiện sóng sử dụng tín hiệu dạng số để lưu giữ vào bộ nhớ gọi là máy hiện sóng

24

Hình ảnh ống tia điện tử là một ống thủy tinh

Cấu tạo gồm ống tia điện tử là một ống thủy tinh chứa chân không bên trong có các điện cực sắp xếp theo một quy luật nhất định gồm ba phần cơ bản: súng điện tử,

bộ phận làm lệch, màn huỳnh quang

1.3.4.2 Nguyên lí chung của ống phóng tia điện tử

Phần thứ nhất: súng điện tử có tác dụng tạo ra chùm tia điện tử nhỏ, bắn tới màn huỳnh quang và làm phát sáng ở màn huỳnh quang Súng điện tử gồm: sợi đốt S, katốt K, lưới điều chế L, các anốt 1 (A1), anốt 2 (A2)

Khi katốt K bị nung nóng bởi sợi đốt S nó sẽ phát xạ điện tử trên bề mặt của nó xuất hiện một lớp mây điện tử Dưới tác dụng của điện thế dương so với katốt trên

25

các anốt 1 (A1) khoảng 300V đến 500V và anốt 2 (A2) khoảng từ 1,5V đến 2kV các điện tử bị hút về phía màn ảnh M

Khi đi qua điện trường giữa lưới L và Anốt 1 (L - A1) và điện trường giữa anốt

1 (A1) và anốt 2 (A1 – A2) các điện tử này được hội tụ thành một tia mảnh Các điện trường nói trên đóng vai trò như một thấu kính hội tụ tia điện tử trong đó vai trò của điện trường (A1 – A2) là quan trọng hơn cả Vì vậy người ta dùng để thay đổi độ hội

tụ

1.3.5 Sử dụng DĐKĐT trong dạy học Vật lí

DĐKĐT được ứng dụng trong việc đo lường các đại lượng Vật lí như:

 Quan sát tín hiệu cần đo

Để quan sát được tín hiệu chỉ cần thiết lập máy ở chế độ đồng bộ trong và điều chỉnh tần số quét và trigo để dạng sóng đứng yên trên màn hình Khi này có thể xác định được sự biến thiên của tín hiệu theo thời gian như thế nào Các máy hiện sóng hiện đại có thể cho phép cùng một lúc 2,4 hoặc 8 tín hiệu dạng bất kì cùng một lúc

và tần số quan sát có thể lên tới 400mhz

 Đo điện áp

Việc tính giá trị điện áp của tín hiệu được thực hiện bằng cách đếm số ô trên màn hình và nhân với giá trị volts/div[quote]

 Đo tần số và khoảng thời gian

Khoảng thời gian giữa hai điểm của tín hiệu cũng được tính bằng cách đếm số ô theo chiều ngang giữa hai điểm và nhân với giá trị của time/div Việc xác định tần

số của tín hiệu được xác định bằng cách tín chu kỳ theo cách như trên Sau đó nghịch đảo chu kì ta tính được tần số

Ví dụ: ở hình trên time/div là 1ms, chu kì của tín hiệu là 16 ô, như vậy chu kì là

16ms, suy ra f= 1/16ms= 62,5hz

 Tính độ lệch pha của hai tín hiệu trên hai kênh khác nhau

27

Tính giá trị này thông qua chế độ time/div của DĐKĐT

Độ lệch pha giữa hai tín hiệu được tính bởi công thức Δφ= 2πt/ T

1.4 Cơ sở thực tiễn của việc sử dụng dao động kí điện tử trong quá trình dạy bài tập Vật lí ở trường phổ thông

1.4.1 Mục đích nghiên cứu

Việc nghiên cứu thực tiễn giúp đánh giá thực trạng sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí theo hướng tích cực, cũng như thực trạng dạy bài tập có sử dụng kết quả trên màn hình DĐKĐT bồi dưỡng NLTN cho HS

1.4.2 Nội dung nghiên cứu

Các nội dung nghiên cứu thực tiễn bao gồm:

- Hoạt động dạy giải bài tập chương DĐXC;

- Nhận thức của GV về dạy học bài tập có sử dụng thiết bị thí nghiệm;

- Thực trạng học Vật lí của HS ở trường phổ thông hiện nay;

- Thực trạng dạy học bài tập theo hướng bồi dưỡng NLTN cho HS

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu

- Trao đổi trực tiếp với một số GV, tham khảo giáo án;

- Trao đổi trực tiếp với một số HS, xem vở bài tập, bài kiểm tra của HS;

- Thăm quan phòng thí nghiệm Vật lí của nhà trường;

- Phương pháp khảo sát bằng phiếu điều tra (xem phụ lục số 1 và 2) Khảo sát được thực hiện trên đối tượng là HS trường THPT Đoàn Kết, tỉnh Nam Định và một

số GV dạy Vật lí trong tỉnh với số lượng như sau:

 Giáo viên: 50 phiếu

 Học sinh: 150 phiếu

12ª1: 25 phiếu; 12ª2: 25 phiếu; 12ª3: 25 phiếu;

12ª4: 25 phiếu; 12ª5: 25 phiếu; 12ª6 :25 phiếu

1.4.4 Kết quả nghiên cứu

* Về việc sử dụng DĐKĐT trong các BTVL

Khi được hỏi về việc sử dụng DĐKĐT trong quá trình hướng dẫn giải bài tập

có liên quan thì hầu hết GV là không sử dụng, HS giải theo lí thuyết và tưởng

28

tượng Vậy có thể thấy được việc sử dụng DĐKĐT để làm bằng chứng cho các luận giải đúng đắn khắc sâu chưa được áp dụng trong giảng dạy Vật lí hiện nay

* Về việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm theo định hướng bồi dưỡng NLTN

Khi trao đổi với hầu hết các GV kể cả với các GV đã dạy ở khối chuyên nhiều năm, đều trả lời là chưa thực sự quan tâm đến Nhiều GV cho biết với những thí nghiệm thực hành yêu cầu của SGK chúng tôi còn chưa đảm bảo được đầy đủ Có thể thấy được việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm trong quá trình dạy học để bồi dưỡng NLTN cho HS chưa thực sự được quan tâm trong quá trình dạy học

Biểu đồ điều tra GV

* Qua điều tra thấy được đa số HS gặp khó khăn trong giải bài tập chương

DĐXC vì có nhiều kiến thức và công thức HS mới chỉ nghe nói đến năng lực, NLTN thông qua một số giờ học trao đổi nhưng hiểu về NLTN thì chưa Môn Vật lí

là môn học khó vì mang tính trừu tượng cao

Biểu đồ điều tra HS

- Tìm hiểu về DĐKĐT và những ứng dụng của nó trong dạy học Vật lí

- Khảo sát bằng phiếu điều tra với GV và HS về tình hình dạy và học bài tập phát triển NLTN cho HS

2.1.1 Tóm tắt kiến thức

Chương DĐXC gồm 2 khối kiến thức cơ bản: Khối kiến thức về khái niệm

DĐXC, các loại mạch điện xoay chiều và công suất của mạch xoay chiều; khối kiến thức về các ứng dụng của DĐXC trong đời sống và kĩ thuật

Dưới đây là bảng tóm tắt các kiến thức cơ bản của chương DĐXC

2.1.2 Đại cương về dòng điện xoay chiều

2.1.2.1.Khái niệm về dòng điện xoay chiều

- Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay côsin

Phương trình: i = I0cos(ωt + φ), với i là cường độ tức thời, I0 là cường độ cực đại, ω là tần số góc (ω>0), φ là pha ban đầu của dao động

- cấu tạo

- nguyên lí hoạt động

- nguyên tắc cấu tạo máy phát điện xoay chiều một pha

- nguyên tắc cấu tạo máy phát điện xoay chiều ba pha

- DĐXC chiều ba pha

- khái niệm

- công thức

- cách làm giảm hao phí điện năng khi truyền tải điện năng đi xa

Dòng điện xoay chiều

Khái niệm dòng điện xoay chiều

Máy phát điện xoay chiều

Biến áp và sự truyền tải điện năng

Công suất mạch điện xoay chiều

Các loại mạch điện xoay chiều

Động cơ không đồng bộ ba pha

30

2

- Giá trị hiệu dụng: I  I0

2.1.2.2 Các loại mạch điện xoay chiều

Các loại mạch điện xoay chiều bao gồm có mạch điện chứa điện trở thuần R, cuộn cảm L, tụ điện C, mạch điện RLC mắc nối tiếp Trong đó mạch điện chứa điện trở thuần đã được đề cập từ khi học lớp 9 và lên đến lớp 11 học sinh lại được nghiên cứu lần nữa nhưng ở mức độ sâu sắc hơn khi nghiên cứu về dòng điện không đổi Mạch điện chứa điện trở thuần là mạch điện được nghiên cứu đầu tiên vì nó gần gũi với học sinh và khi rút ra biểu thức định luật ôm thì giống như được học ở các lớp dưới nên học sinh cảm thấy quen thuộc, tiếp nhận dễ dàng hơn

a) Mạch điện xoay chiều chỉ chứa điện trở thuần (R)

- Biểu thức điện áp tức thời: uR = UR 2cos ωt

- Biểu thức cường độ tức thời: i = I 2cos ωt

- Biểu thức định luật Ôm: I U

R

0

U I R



* Kết luận: uR luôn cùng pha với i (φ =φ u - φ i = 0)

b) Mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện (C)

- Biểu thức điện áp tức thời: uC = UC 2cos (ωt- π/2)

- Biểu thức cường độ tức thời: i = I 2cos ωt

- Biểu thức định luật Ôm:

C

U I Z

0

C

U I Z

* Kết luận: uC luôn trễ pha so với i góc π/2 (φ =φ u - φ i = - π/2 )

c) Mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm thuần (L)

- Biểu thức điện áp tức thời: uL = UL 2cos (ωt + π/2)

- Biểu thức cường độ tức thời: i = I 2cos ωt

- Biểu thức định luật Ôm:

L

U I Z

0

L

U I Z

 với ZL = L là cảm kháng có tác dụng cản trở dòng xoay chiều, không cản trở dòng một chiều (cho dòng một chiều đi qua)

* Kết luận: uL luôn sớm pha so với i góc π/2 (φ =φ u - φ i = π/2 )

d) Mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp

31

- Biểu thức điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch: u= U 2cos ωt

- Hệ thức giữa các điện áp tức thời trong mạch: u=uR + u L + u C

- Biểu diễn các điện áp tức thời bằng vectơ quay thì ta có biểu thức điện áp hiệu dụng:

- Biểu thức định luật Ôm:

Z

U I Z

U

I  0 ,  0

) (Z L Z C R

- Biểu thức điện áp hiệu dụng cho đoạn mạch 2 2 2

)( L C

2.1.2.3 Công suất dòng điện xoay chiều

- Biểu thức công suất tức thời: p= u.i = 2UIcosωt.cos(ωt + φ)

2.1.2.4 Truyền tải điện năng Máy biến áp

a) Máy biến áp: là thiết bị dùng để biến đổi điện áp dòng xoay chiều mà hầu như

32

không là tổn hao năng lượng

b) Truyền tải điện năng: trong quá trình truyền tải điện năng phải sử dụng những

thiết bị biến đổi điện áp Máy biến áp

2.1.2.5 Sản xuất và truyền tải điện năng

a) Máy phát điện xoay chiều một pha:

Máy phát điện xoay chiều một pha được cấu tạo bởi hai bộ phận chính Gồm phần cảm tạo ra từ thông biến thiên bằng các nam châm quay và phần ứng gồm các cuộn dây giống nhau cố định trên một vòng tròn

b) Máy phát điện xoay chiều ba pha:

DĐXC ba pha là hệ thống gồm ba DĐXC, được tạo ra bởi ba suất điện động xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau từng đôi một góc 2

3



2.1.2.6 Động cơ không đồng bộ ba pha

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và từ trường quay và có đặc điểm tốc độ

quay của động cơ luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường

2.1.3 Phân loại bài tập chương DĐXC

2.1.3.1 Phân loại bài tập

* Dạng 1: Viết biểu thức điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời

Phương pháp: từ biểu thức i= I0cos(ωt+φi)(A); u=U0cos(ωt+φu)

+ Máy đo chỉ các giá trị hiệu dụng

+ Sử dụng giản đồ Fre-nen để suy ra 2 2 2

)( L C

+ Tìm C để PMax, tìm PMax: 2

1

2 Bài toán 2: Khảo sát điện áp theo L, theo C

+ Dựa vào dữ kiện của bài toán cho biết hộp đen chứa phần tử nào

+ Dựa vào đặc điểm của từng đoạn mạch;

- Đoạn mạch có điện áp nhanh pha hơn dòng điện thì mạch đó có thể có: L; Lvà C ( ZZ > ZC ); L và R hoặc R,L,C nối tiếp( ZZ > ZC )

- Đoạn mạch có điện áp trễ pha hơn dòng điện thì mạch đó có thể có: C ; L và

C ( ZZ < ZC ); C và R hoặc R,L,C nối tiếp ( ZZ < ZC )

- Đoạn mạch mà điện áp cùng pha với dòng điện thì có thể có: R hoặc RLC ( ZL = ZC )

- Tần số do máy phát điện phát ra: f n p

- Từ thông qua phần ứng:  N B S cos t  N.0cos t

- Suất điện động tức thời qua phần ứng:

- Nếu k < 1  U1 < U2  máy tăng áp

* Dạng 9: Bài toán truyền tải điện năng

+ Độ giảm thế trên đường dây là: ∆U = U’A – UB = U – UB = I.R

+ Hiệu suất tải điện: B A

2.1.3.2 Phân tích phương pháp giải một số dạng bài tập

- Bài tập về các đặc trưng của DĐXC như tìm chu kì, độ lệch pha, giá trị cực

đại của điện áp và bài tập cộng hưởng dòng điện, bài toán cực trị phương pháp chủ

yếu là dùng giản đồ Fresnel để tính toán mà nhiều khi chưa thấy được bản chất Vật

lí thật sự của DĐXC hình sin Việc giải bài tập chủ yếu là dùng giản đồ Fresnel đã

làm lu mờ bản chất Vật lí, ví dụ như không thấy được chu kì chính là khoảng thời

gian giữa hai cực đại hoặc cực tiểu dao động, không quan sát được sự thay đổi của

điện áp theo thời gian hay quan sát sự lệch pha của các mạch điện xoay chiều,

những ích lợi đó là bồi dưỡng một số thành tố của NLTN cho học sinh

2.2 Mục tiêu dạy học bồi dưỡng NLTN

Việc soạn thảo và sử dụng bài tập chương DĐXC khai thác các kết quả trên

màn hình DĐKĐT nhằm bồi dưỡng NLTN cho học sinh được tiến hành theo quy trình, từ làm quen và khai thác các kết quả trên màn hình DĐKĐT có hiển thị một dao động theo thời gian, sau đó là hai dao động để yêu cầu học sinh:

 Đọc được các giá trị biên độ của điện áp và chu kì dao động từ các giá trị trên các núm xoay của dao động kí

 Xác định được các giá trị hiệu dụng của điện áp, tần số dao động

 Từ sơ đồ thí nghiệm có sẵn, xác định được các đường biểu diễn các dao động trên các cổng đo của DĐKĐT

 Xác định được độ lệch pha của hai dao động

 Xác định được các điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện

 Từ các dao động trên màn hình DĐKĐT, nêu được cách mắc DĐKĐT vào mạch điện để quan sát được các dao động đã cho

 Đề xuất được PATN theo mục tiêu của bài tập (xác định các biến số, chỉ số cần quan sát hoặc đo đạc, lựa chọn dụng cụ thí nghiệm, xây dựng sơ đồ thí nghiệm)

 Tiến hành được thí nghiệm theo phương án đã đề xuất

 Trình bày được số liệu (quan sát, thu thập thông tin, số liệu; trình bày thông tin, số liệu và xử lí)

Qua các yêu cầu trên, mục tiêu bồi dưỡng NLTN cần được thể hiện qua các hành vi sau:

Thí nghiệm tiến hành

vẽ được điện áp của dụng cụ điện trên màn hình DĐKĐT

Thí nghiệm tiến hành đo điện áp hai đầu dụng cụ điện và vẽ được điện áp hình sin trên màn hình

Vẽ được sơ đồ mạch điện có kết nối với DĐKĐT theo mục tiêu thí nghiệm đề ra

Vẽ được sơ đồ mạch điện và lắp mạch điện có kết nối với DĐKĐT

áp Quan sát được các núm để chỉ ra được thời gian quét

và giá trị theo phương thẳng đứng của biên độ

Từ các kết quả tính được trên màn hình DĐKĐT suy ra được tần số, tần số góc, sự thay đổi tần số dẫn đến

sự thay đổi của điện áp cực đại, giá trị điện áp hiệu dụng, độ lệch pha của cường độ dòng điện so với điện áp hai đầu đoạn mạch

Tìm được giá trị cường độ cực đại

và cường độ hiệu dụng, giá trị của R,L,C, giá trị của tần số cộng hưởng, công suất của mạch điện, biểu thức điện áp

và cường độ dòng điện

kì T

Điện áp hai đầu điện trở luôn cùng pha với cường độ dòng điện chạy trong mạch, trễ pha π/2 so với điện áp hai đầu cuộn cảm thuần Điện áp của hai đầu tụ luôn trễ pha so với điện áp hai đầu điện trở góc π/2, ngược pha so với điện áp hai đầu cuộn cảm thuần

Khi mạch xảy ra cộng hưởng thì điện áp hai đầu điện trở thuần trùng khít với điện áp hai đầu đoạn mạch

37

Ngoài việc HS đạt được các mức độ của NLTN trên đây còn thúc đẩy sự gắn kết giữa HS - HS, GV- HS, đồng thời năng lực hoạt động nhóm được phát triển, hướng tới mục tiêu là chia sẻ những phát hiện của cá nhân với cá nhân mà không đòi hỏi một lượng lớn thời gian trên lớp HS được mở rộng hiểu biết, trí tò mò, tư duy khoa học, có thái độ tự học tập độc lập, sáng tạo, yêu khoa học

2.3 Soạn thảo một số bài tập sử dụng và khai thác kết quả trên màn hình DĐKĐT

Bài tập 1:

Tín hiệu của một điện áp xoay chiều hình sin trên màn hình dao động kí điện tử như hình dưới đây Thời gian quét có giá trị là 0,5ms.div-1(0,5ms/1 ô) và giá trị theo phương thẳng đứng là 2V.div-1

1 Hãy xác định chu kì và giá trị cực đại của điện áp xoay chiều dưới đây

- Khoảng cách từ trục nằm ngang đến đỉnh là giá trị cực đại

- Cách đọc các giá trị chu kì và biên độ: mỗi ô được tính theo giá trị của thời gian

là ms.div-1, điện áp là V.div-1

- Cách tính tần số f = 1/T, giá trị điện áp hiệu dụng U=U0/ 2

Mục tiêu dạy học: bồi dưỡng NL đọc đồ thị và xác định các đại lượng vật lí qua

đồ thị, thể hiện ở các hành vi sau:

- Nhận biết được hình ảnh tín hiệu điện áp xoay chiều.(NLTT 1_3 kí hiệu của năng lực thành tố 1 mức 3)

38

- Xác định được chu kì dao động dựa trên các giá trị về thời gian quét của

DĐKĐT (NLTT 3_1)

- Tính được tần số dao động từ mối quan hệ giữa chu kì và tần số (NLTT 3_2)

- Xác định được giá trị cực đại của điện áp dựa trên các giá trị đã biết về điện áp trên một ô (NLTT 3_1)

- Tính được giá trị điện áp hiệu dụng từ mối quan hệ U =U0/ 2 (NLTT 3_2)

Đáp án mong muốn học sinh đạt được:

Từ đồ thị đầu bài ta đo đạc được như sau

- Thời gian quét có giá trị 0,5ms/1 ô có nghĩa là một ô tương ứng với 0,5ms

- Giá trị theo phương thẳng đứng là 2V tương ứng với một ô

1.Chu kì tính là: T= 0,5 5= 2,5 (ms), điện áp cực đại là: U0 = 2 3= 6(V)

39

Kiến thức cần sử dụng trong bài là:

- Chu kì là khoảng thời gian ngắn nhất vật thực hiện 1 dao động toàn phần hay khoảng cách giữa hai đỉnh gần nhau nhất của dao động

- Khoảng cách từ trục nằm ngang đến đỉnh là giá trị cực đại của điện áp

- Cách đọc giá trị một ô của chu kì và biên độ: quan sát núm thời gian quét

Time/div thì núm chỉ vào số nào là thời gian của một ô, quan sát núm điện áp quét

Volts/div thì núm chỉ vào số nào là giá trị điện áp của một ô

- Tần số f = 1/T, điện áp hiệu dụng U=U0/ 2

Mục tiêu dạy học: bồi dưỡng NL quan sát các núm, đọc đồ thị và xác định các đại

lượng vật lí qua đồ thị, thể hiện ở các hành vi sau:

- Nhận biết được hình ảnh tín hiệu điện áp xoay chiều (NLTT 1_3)

- Nhận biết được núm chỉ giá trị của thời gian quét của từng ô từ đó xác định được chu kì dao động (NLTT 3_1)

- Tính được tần số dao động từ mối quan hệ giữa chu kì và tần số (f = 1/T) (NLTT 3_2)

- Nhận biết được núm chỉ giá trị của điện áp của từng ô từ đó xác định được giá trị cực đại của điện áp (NLTT 3_1)

- Tính được giá trị điện áp hiệu dụng từ mối quan hệ U =U0/ 2 (NLTT 3_2)

Đáp án mong muốn học sinh đạt được

Quan sát đồ thị ta thu được

-Núm thời gian quét chỉ 1 ô là 0,2ms

40

Bài tập 3:

Người ta đưa một tín hiệu xoay chiều hình sin có giá trị hiệu dụng U=4,24V và tần

số f=500Hz vào cổng Y1 của dao động kí Hãy vẽ đúng đường biểu diễn tín hiệu nhận được trên dao động kí điện tử

Kiến thức cần sử dụng trong bài là:

- Chu kì là khoảng thời gian ngắn nhất vật thực hiện 1 dao động toàn phần hay khoảng cách giữa hai đỉnh gần nhau nhất của dao động

- Khoảng cách từ trục nằm ngang đến đỉnh là giá trị cực đại của điện áp

- Tính chu kì T = 1/f, điện áp hiệu dụng U0 =U 2

- Cách đọc các giá trị một ô của chu kì và biên độ: quan sát núm thời gian quét

Time/div thì núm chỉ vào số nào là thời gian quét của một ô, quan sát núm điện áp quét Volts/div thì núm chỉ vào số nào là giá trị điện áp của một ô

- Cách tính số ô của chu kì bằng cách lấy chu kì chia cho thời gian quét, cách tính

số ô của điện áp cực đại lấy điện áp cực đại chia cho giá trị điện áp một ô

Mục tiêu dạy học: bồi dưỡng NL quan sát các núm, xử lí và vẽ đồ thị, thể hiện ở

các hành vi sau:

- Tính được chu kì dao động từ mối quan hệ giữa chu kì và tần số (T=1/f) (NLTT

3_1)

- Nhận biết được núm chỉ giá trị của thời gian quét của từng ô từ đó xác định được

số ô của một chu kì dao động (NLTT 3_1)

- Tính được giá trị điện áp cực đại từ mối quan hệ U0 =U 2 (NLTT 3_1)

- Nhận biết được núm chỉ giá trị của điện áp của từng ô từ đó xác định được số ô của điện áp (NLTT 3_1)

- Vẽ được đồ thị điện áp xoay chiều hình sin với số ô của chu kì và biên độ điện áp

ở trên (NLTT 1_3)

Đáp án mong muốn học sinh đạt được

Ta cần phải tìm chu kì và giá trị cực đại của điện áp