Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh qua dạy học bài tập thí nghiệm quang hình lớp 11

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT LƯƠNG ĐẮC BẰNG ---˜˜˜˜˜---SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH QUA DẠY HỌC BÀI TẬP THÍ NGHIỆM QUANG HÌNH LỚP 1

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT LƯƠNG ĐẮC BẰNG

-˜˜˜˜˜ -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM

CHO HỌC SINH QUA DẠY HỌC BÀI TẬP THÍ NGHIỆM

QUANG HÌNH LỚP 11 THPT

Người thực hiện: Chu Đình Đức Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THPT Lương Đắc Bằng SKKN thuộc môn: Vật Lý

THANH HÓA NĂM 2017

MỤC LỤC

Bảng viết tắt………… …… ……….………… i

1 MỞ ĐẦU ……….1

1.1 Lí do chọn tài……… ……… ………….1

1.2 Mục đích nghiên cứu…… ……… ………1

1.3 Đối tượng và phạm vi cứu……… ……… 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu……… ……….2

2 Nội dung……….……….………2

2.1 Cơ sở lý luận ………2

2.1.1.Năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập Vật Lý………… 2

2.1.2 Bài tập thí nghiệm trong dạy học Vật lý……….…… 4

2.2.Thực trạng dạy học phần quang hình ở các trường THPT ……… 7

2.2.1 Về giảng dạy của giáo viên……… ……….8

2.2.2 Về học tập của học sinh……… ……… 8

2.3 Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua hệ thống bài tập thí nghiệm vật lý……….……… ……….8

2.3.1 Bồi dưỡng năng lực thiết kế phương án thí nghiệm…….……… … 8

2.3.2 Bồi dưỡng năng lực thực hành thí nghiệm……… 8

2.4 Hệ thống bài tập thí nghiệm quang hình…….……… 9

2.5 Kết quả đạt được từ thực tế giảng dạy……….……… 15

3.KẾT LUẬN……… …………16

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….……….…….17

Danh mục các đề tài SKKN………18

2

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Nghị quyết số 29 NQ/TW của hội nghị 9 khóa 11, về đổi mới căn bản

toàn diện giáo dục, chỉ rõ: giáo dục Việt Nam sau năm 2015 chuyển từ nền giáo dục theo tiếp cận nội dung (chủ yếu trang bị kiến thức) sang nền giáo dục theo tiếp cận năng lực (hướng tới phát triển cho người học các năng lực để đáp ứng yêu cầu thực tiễn)

Giáo dục định hướng năng lực nhằm đảm bảo chất lượng đầu ra của việc dạy học, thực hiện mục tiêu phát triển toàn diện các phẩm chất nhân cách, chú trọng năng lực vận dụng tri thức trong những tình huống thực tiễn nhằm chuẩn bị cho con người năng lực giải quyết các tình huống của cuộc sống và nghề nghiệp Chương trình này nhấn mạnh vai trò của người học với tư cách chủ thể của quá trình nhận thức

Trong dạy học Vật lý, bài tập là một phương tiện, phương pháp dạy học tích cực, có tác dụng to lớn trong việc thực hiện nhiệm vụ: giáo dưỡng; phát triển năng lực tư duy; giáo dục nhân cách đạo đức; giáo dục kĩ thuật tổng hợp

Bài tập thí nghiệm Vật lý là dạng bài tập mà khi giải phải sử dụng thí nghiệm Vật lý Vì vậy BTTN vừa phát huy chức năng của BT, vừa phát huy chức năng của thí nghiệm Do đó BTTN có khả năng to lớn trong việc bồi dưỡng năng lực thí nghiệm cho HS

Quang hình là một phần quan trọng trong chương trình vật lý THPT, đây cũng là một phần có nhiều thuận lợi cho dạy học bài tập thí nghiệm, vì các thiết bị thí nghiệm đơn giản, dễ tìm, thuận lợi cho việc đo đạc, thu thập và xử lý số liệu

Với những lý do trên tôi chọn đề tài: “ Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học

sinh qua dạy học bài tập thí nghiệm quang hình lớp 11 THPT”

1.2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm quang hình Vật lý 11 trong quá trình dạy học để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài

- Năng lực thực nghiệm

- Bài tập thí nghiệm

- Quá trình dạy học vật lý

Phạm vi nghiên cứu

Bài tập thí nghiệm thuộc phần quang hình lớp 11 THPT

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu các tài liệu lý luận về phương pháp thực nghiệm khoa học;

- Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách bài tập và các tài liệu liên quan;

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Thực nghiệm Vật lý

- Thực nghiệm sư phạm

- Điều tra, quan sát

2 NỘI DUNG

2.1 Cơ sở lý luận

2.1.1 Năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập vật lý

Khái niệm về năng lực thực nghiệm

Năng lực là một tập hợp hoặc tổng hợp những thuộc tính của cá nhân con người, đáp ứng những nhu cầu lao động, đảm bảo cho hoạt động và đạt được kết quả cao; năng lực là sự kết nối tri thức, hiểu biết, khả năng, mong muốn ; năng lực

mô tả việc giải quyết những đòi hỏi về nội dung trong các tình huống

Theo từ điển tâm lý học “Năng lực là tập hợp các tính chất hay phẩm chất tâm lý của cá nhân, đóng vai trò là điều kiện bên trong tạo thuận lợi cho việc thực hiện tốt một dạng hoạt động nhất định”

Năng lực gắn liền với kiến thức, kĩ năng, thái độ trong một lĩnh vực hoạt động tương ứng, năng lực có nhiều mức độ khác nhau

Năng lực thực nghiệm là tổ hợp kĩ năng, kiến thức và thái độ của chủ thể, cho phép chủ thể xử lý được tình huống gặp phải bằng phương pháp thực nghiệm

Biểu hiện của năng lực thực nghiệm

- Đặt được những câu hỏi về hiện tượng tự nhiên: Hiện tượng diễn ra như thế

4

+ Kiến thức vật lí liên quan đến quá trình cần khảo sát

+ Kiến thức về thiết bị, về an toàn + Kiến thức về xử lí số liệu, kiến thức về sai số

+ Kiến thức về biểu diễn số liệu dưới dạng bảng biểu, đồ thị

+ Thái độ kiên nhẫn + Thái độ trung thực + Thái độ tỉ mỉ + Thái độ hợp tác + Thái độ tích cực

Năng lực thực nghiệm

Kĩ năng + thiết kế phương án thí nghiệm + chế tạo dụng cụ

+ lựa chọn dụng cụ + lắp ráp dụng cụ thí nghiệm + thay đổi các đại lượng + sử dụng dụng cụ đo: hiệu chỉnh dụng

cụ đo, đọc số liệu + sửa chưa các sai hỏng thông thường + quan sát diễn biến hiện tượng + ghi lại kết quả

+ biểu diễn kết quả bằng bảng biểu, đồ thị

+ tính toán sai số + biện luận, trình bày kết quả + tự đánh giá cải tiến phép đo

nào? Điều kiện diễn ra hiện tượng là gì? Những đại lượng nào mô tả được hiện tượng? đo lường đại lượng đó như thế nào? Các đại lượng trong hiện tượng tự nhiên có mối quan hệ với nhau như thế nào?

- Đưa ra được các phương án tìm ra câu trả lời cho các câu hỏi đã đặt ra:

+ Nêu được dự đoán (giả thuyết)

+ Xây dựng phương án thí nghiệm

+ Mô hình hóa phương án thí nghiệm

+ Dự đoán kết quả thí nghiệm

- Óc tò mò quan sát, sự khéo léo, niềm say mê thực hành thí nghiệm

- Thực hiện được các phương án tìm câu trả lời bằng thực nghiệm:

+ Có kĩ năng sử dụng các thiết bị đo

+ Có kĩ năng lựa chọn lắp ráp dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ TN + Có kĩ năng quan sát đo đạc, thu thập sắp xếp dữ liệu quan sát

- Khái quát hóa rút ra kết luận từ kết quả thu được;

- Đánh giá độ tin cậy của kết quả thu được

+ Kĩ năng xác định sai số phép đo

+ Đối chiếu kết quả với giả thuyết đã xây dựng

Cấu trúc của năng lực thực nghiệm

Sơ đồ 1.1: Cấu trúc năng lực thực nghiệm

2.1.2 Bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lý

Khái niệm bài tập thí nghiệm Vật lý (BTTN)

Bài tập thí nghiệm là những bài tập mà việc giải nó đòi hỏi phải làm thí nghiệm để xác định một đại lượng Vật lý nào đó, hoặc nghiên cứu sự phụ thuộc giữa các thông số Vật lý hoặc kiểm tra tính chân thực của lời giải lý thuyết Bài tập thí nghiệm vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực nghiệm, nó có tác dụng lớn trong việc bồi dưỡng cho học sinh PPTN của nhận thức Vật

lý Có thể thấy rõ qua việc so sánh các giai đoạn của PPTN với các bước tiến hành khi giải một bài tập thí nghiệm như sau[8]:

Các yếu tố của PPTN Các bước trong quá trình giải BTTNVL

1 Đặt vấn đề trên cơ sở các sự

kiện và quan sát Phân tích vấn đề

2 Hình thành giả thuyết

3 Nghiên cứu lý thuyết (suy ra hệ

quả logic từ giả thuyết) Lập

phương án thí nghiệm kiểm tra

4 Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến

hành thí nghiệm, xử lý kết quả

5 Rút ra kết luận về vấn đề

nghiên cứu

1.Đọc đề bài, hiểu rõ câu hỏi của bài toán phân tích bản chất Vật lý của bài toán

2 Xây dựng phương án giải (phương án thí nghiệm, lập luận, tính toán)

3 Thực hiện giải: Tính toán, lập luận, trình bày lời giải, (nếu có thể giải bằng lý thuyết) Hoặc lập phương án thí nghiệm, quan sát thu thập số liệu

4 Tiến hành thí nghiệm, quan sát hiện tượng, ghi nhận số liệu và xử lý kết quả

5 Đánh giá kết quả và trả lời câu hỏi của bài toán

Như vậy các hành động nhận thức diễn ra khi thực hiện giải một bài tập thí nghiệm có tính chất tương tự với những hành động diễn ra khi nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm Đây chính là cơ sở tâm lý và lý luận dạy học của dạy học PPTN bằng biện pháp sử dụng các BTTN; việc HS tiến hành giải BTTN sẽ làm cho tư duy phân tích, tổng hợp, phán đoán, trừu tượng hóa, khái quát hóa và cả trực giác khoa học được bồi dưỡng và rèn luyện Việc giải các BTTN, đó là những nghiên cứu nhỏ - tạo điều kiện tốt để phát triển tư duy và khả năng nhận thức cho học sinh

6

Phân loại bài tập thí nghiệm Vật lý[8]: Căn cứ vào mức độ khó khăn khi tiến

hành giải bài tập và phương thức giải, chúng tôi chia BTTN thành hai loại:

* Các bài tập thí nghiệm định tính: Những bài tập này không có các phép đo đạc,

tính toán định lượng Công cụ để giải là những suy luận logic trên cơ sở các định luật, khái niệm Vật lý và những quan sát định tính

a Bài tập thí nghiệm, quan sát và giải thích hiện tượng - Đó là những bài tập yêu cầu HS:

- Làm thí nghiệm theo chỉ dẫn

- Quan sát theo mục tiêu đã chỉ sẵn

- Mô tả hiện tượng bằng kiến thức đã có

Câu hỏi của loại bài tập này thường là: (Cái gì xảy ra nếu ? và tại sao lại xảy ra như vậy?)

Với câu hỏi thứ nhất HS phải làm thí nghiệm để qua sát, mô tả Đó là quá trình tích lũy sự kiện

Với câu hỏi thứ hai, HS buộc phải liên hệ sự kiện quan sát xảy ra trong thí nghiệm với những định nghĩa, khái niệm, hiện tượng Vật lý đã học Các hành động

tư duy và thực hành nêu ra ở trên rõ ràng là có tác dụng tốt để bồi dưỡng cho HS các thao tác tư duy: phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, các kĩ năng kĩ xảo thực hành khi tiến hành thí nghiệm, kĩ năng quan sát có mục đích, khả năng lập luận, diễn đạt bằng ngôn ngữ nói, viết

b Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm: Đây là loại bài tập phổ biến nhất trong các BTTN ở trường THPT bởi thí nghiệm được tiến hành trong tư duy; Vì vậy nó hoàn toàn khả thi trong điều kiện thiếu thốn trang thiết bị như hiện nay ở các trường phổ thông Việt Nam; Các bài tập này là bước đệm để HS giải các bài tập định lượng

Nội dung của loại bài tập này là HS căn cứ vào yêu cầu của bài toán, vận dụng các định luật một cách hợp lý, thiết kế phương án thí nghiệm để:

- Đo đạc một đại lượng Vật lý nào đó

- Xác định sự phụ thuộc giữa các thông số Vật lý Chúng có tác dụng bồi dưỡng năng lực thiết kế, hình thành trực giác khoa học, phát triển tư duy sáng tạo cho HS Câu hỏi của loại bài tập này thường là:

- Làm thế nào để đo đạc được với các thiết bị ?

- Hãy tìm cách xác định các đại lượng với các thiết bị ?

- Nêu phương án đo với các dụng cụ ?

- Nêu các phương án đo ?

* Bài tập thí nghiệm định lượng

Những bài tập này yêu cầu HS:

- Đo đạc đại lượng Vật lý với các thiết bị nào đó

- Tìm quy luật về mối liên hệ phụ thuộc giữa các đại lượng Vật lý (với các

thiết bị nhất định)

Có thể chia làm 3 mức độ (căn cứ vào tính chất khó khăn, phức tạp của bài toán) Mức độ 1 Cho thiết bị Hướng dẫn cách làm thí nghiệm

Yêu cầu HS làm thí nghiệm tìm quy luật, đo đạc đại lượng

Những bài toán thí nghiệm thực hành của HS ở phòng thí nghiệm được biên soạn ở SGK là những ví dụ về BTTN ở mức độ 1

Mức độ 2 Cho thiết bị

Yêu cầu HS thiết kế phương án thí nghiệm, làm thí nghiệm tìm qui luật hoặc đo đạc

Mức độ 3 Yêu cầu HS

- Tự lựa chọn thiết bị

- Thiết kế phương án thí nghiệm

- Làm thí nghiệm đo đạc hoặc tìm quy luật

Có thể tóm tắt sự phân loại BTTNVL trong trường phổ thông bằng sơ đồ sau:

Sơ đồ 1.3: Phân loại hệ thống bài tập thí nghiệm Vật lý[8]

8

Bài tập thí nghiệm

Làm TN,

quan sát, mô

tả, giải tích

Thiết kế PATN

Đo lường đại lượng VL

Thiết kế, minh họa quy luật VL

1 Điều gì xãy ra

nếu…?

2 Tại sao lại xãy

ra như vậy?

1 Làm thế nào để đo…

với các thiết bị?

2 Nêu phương án đo…

với các thiết bị…

Ba mức độ

MĐ1: Cho các thiết bị hướng dẫn cách làm thí nghiệm, yêu cầu đo đạc, tìm quy luật

MĐ2: Cho thiết bị Yêu cầu: Lập PATN, làm thí nghiệm

đo đạc tìm quy luật

MĐ3: Lựa chọn thiết bị, lập PATN, làm thí nghiệm

2.2 Thực trạng dạy học phần Quang hình tại các trường THPT

2.2.1 Về giảng dạy của giáo viên

- Tuy nhiều GV đã có cải tiến trong phương pháp dạy học, để nhằm mục đính tạo ra không khí hoạt động tích cực cho sinh trong giờ học, nhưng các phương pháp

mà giáo viên sử dụng vẫn còn nặng về diễn giải, giải thích hơn là kích thích tự tìm tòi Do vậy kết quả đạt được không như mong muốn Học sinh mặc dù hăng hái tham gia nhưng chưa thực sự được kích thích tự tìm tòi để phát triển tư duy

- Giáo viên chưa tìm cách tạo cho học sinh làm việc ở nhà như trên lớp học hay tổ chức các nhóm cùng nghiên cứu chủ đề nào đó mà giáo viên ra cho các em về nhà

- Những năm gần đây GV đã đựơc đi học chuyên đề, và đã đựơc tiếp thu về phương pháp giảng dạy mới nhưng không nhiều giáo viên áp dụng triệt để

2.2.2 Về học tập của học sinh

- Đối với học sinh thì với mỗi bài mới rất ít học sinh tìm hiểu trước kiến thức HS luôn thụ động trong cách tiếp thu bài mới

- Các em ít có dịp được thao tác các thí nghiệm để nâng cao kĩ năng thực hành

- Nhiều HS chưa biết cách đi sâu tìm hiểu bản chất Vật lí của các các hiện tượng Đặc biệt là liên hệ các quá trình trạng thái với tiễn còn hạn chế

2.3 Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua hệ thống bài tập

thí nghiệm Vật lý.

2.3.1Bồi dưỡng năng lực thiết kế phương án thí nghiệm

Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm là bài tập yêu cầu HS xây dựng phương án

thí nghiệm nghĩa là: nêu được cách xác định một đại lượng Vật lý, hoặc xác định một quy luật Vật lý nào đó Huy động kiến thức có liên quan, suy luận logic và suy luận toán học bằng các thao tác tư duy: phân tích, tổng hợp, khái quát hóa, trừu tượng hóa

Để xây dựng cơ sở lý thuyết của phép đo HS phải hình dung được cần phải có dụng cụ đo nào? Bố trí dụng cụ, tiến hành thí nghiệm như thế nào?, để do đạc xử lý

số liệu…nghĩa là HS phải làm thí nghiệm tư duy (tiền thí nghiệm) Đây là một kĩ năng rất quan trọng trong năng lực thực nghiệm Trước năm 2012 kỳ thi HSG Quốc Gia của Việt Nam, các bài tập thi ở vòng thực nghiệm là các bài tập nêu phương án thí nghiệm Bài tập nêu phương án thí nghiệm rất khả thi trong dạy học vì giải bài tập nêu phương án thí nghiệm không cần thiết bị, do đó có thể thực hiện ngay trong phòng học, phòng thi chứ không nhất thiết ở phàng thí nghiệm hay ở nhà

2.3.2.Bồi dưỡng năng lực thực hiện thí nghiệm

Năng lực thực hiện thí nghiệm biểu hiện qua các kĩ năng sau:

- Kĩ năng sử dụng dụng cụ đo lường

- Kĩ năng bố trí thí nghiệm theo phương án hoặc theo sơ đồ

- Kĩ năng quan sát, đo đạc;

- Kĩ năng thu thập số liệu

- Kĩ năng tính sai số của phép đo

10

Bài tập thí nghiệm đo lường đại lượng Vật lý hoặc xác định bằng thí nghiệm qui luật Vật lý ngoài việc bồi dưỡng năng lực xây dựng PATN Còn có khả năng rèn luyện tất cả các kĩ năng trên

Ngoài ra có thể xây dựng BTTN dành riêng cho việc rèn luyện những kĩ

thành tố của năng lực thực nghiệm:

- Bài tập thí nghiệm bồi dưỡng kĩ năng quan sát, mô tả, giải thích hiện tượng

- Bài tập yêu cầu làm theo hướng dẫn, quan sát mô tả, giải thích

- Bài tập rèn luyện kĩ năng xử lý số liệu thí nghiệm

- Bài tập rèn luyện kĩ năng đánh giá đánh giá độ chính xác của phép đo

Từ những cơ sở trên đây chúng tôi nhận thấy:

- Dạy học tất cả các môn học trong nhà trường đều phải hướng tới phát triển người học Vật lý ở trường THPT chủ yếu là Vật lý thực nghiệm Vì thế, ngoài việc hướng tới hình thành các năng lực cho HS, môn Vật lý còn phải hình thành cho HS năng lực thực nghiệm như là một năng lực chuyên biệt

- Phần quang hình được dạy ở lớp 11 THPT, sau khi HS đã học xong chương trình Cơ, Nhiệt, Điện, Điện – Từ Quang hình là một phần quan trọng hình thành cho học sinh những kến thức tổng quan về các hiện tượng khúc xạ ánh sáng, đường

đi của các tia sáng qua các dụng cụ quang học, các hiện tượng khoa học diễn ra trong tự nhiên do khúc xạ và phản xạ ánh sáng gây ra Đây là phần dễ dạy và dễ học bởi hiện tượng truyền ánh sáng gần gũi với cuộc sống thường nhật, là sự nối tiếp các kiến thức phần quang ở THCS; thí nghiệm ở phần này dễ thành công ; đây

là điều kiện thuận lợi để thực hiện dạy học BTTN nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS

Với những lý do trên tôi nhận thấy có thể: “ Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh qua dạy học bài tập thí nghiệm quang hình lớp 11 THPT”

2.4 Hệ thống bài tập thí nghiệm quang hình

Dạng 1 : Bài tập thí nghiệm quan sát và giải thích hiện tượng (bồi dưỡng kĩ năng làm thí nghiệm).

Bài 1: Đổ gần đầy nước vào một cốc nhựa trong suốt hình trụ có đường kính

khoảng 8cm đến 10cm Cát một tấm bìa có chiều cao khoảng 2/3 chiều cao của cốc nước, rồi đặt sát thành cốc nước Đặt một ngọn nến nhỏ đang cháy ở gần thành đối diện với cốc nước Toàn bộ hệ thống được đặt trên mặt bàn nằm ngang (Hình 2.1) Đặt mắt trên bàn và nhìn cốc nước phía trên tấm bìa từ dưới lên Hãy mô tả hiện tượng quan sát được và giải thích hiện tượng?