Sử dụng sơ đồ suy luận ngược hướng dẫn giải bài tập vật lý THPT, nhằm nâng cao hiệu quả học tập bộ môn của học sinh

Lý do chọn đề tài Trong việc nâng cao chất lượng giáo dục nói chung và chất lượng bộ môn Vật lí nói riêng, việc cải tiến phương pháp dạy học là một nhân tố quan trọng bên cạnh việc bồi d

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT LANG CHÁNH

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI:

SỬ DỤNG SƠ ĐỒ SUY LUẬN NGƯỢC HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ THPT, NHẰM NÂNG CAO

HIỆU QUẢ HỌC TẬP BỘ MÔN CỦA HỌC SINH

Người thực hiện: Phạm Văn Tiến Chức vụ: Tổ phó CM

SKKN thuộc lĩnh mực: Vật lý

MỤC LỤC

1 Mở đầu

2.1.2 Phương pháp chung để giải một bài tập vật lý 4 2.1.3 Hình thức tổ chức tiết dạy giải bài tập vật lý 4 2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng phương pháp

2.3 Giải pháp tiến hành để giải quyết vấn đề 6 2.3.1 Xây dựng sơ đồ suy luận ngược để giải bài tập vật lý 6 2.3.2 Các bước tiến hành để nghiên cứu hiệu quả của đề tài 7

2.4 Kết quả áp dụng đề tài vào thực tế dạy học 10

1 Mở đầu 1.1 Lý do chọn đề tài

Trong việc nâng cao chất lượng giáo dục nói chung và chất lượng bộ môn Vật lí nói riêng, việc cải tiến phương pháp dạy học là một nhân tố quan trọng bên cạnh việc bồi dưỡng kiến thức chuyên môn để phát huy tính tích cực, phát triển ý thức năng lực tư duy, bồi dưỡng phương pháp tự học của học sinh

Bài tập vật lí phổ thông thường là những vấn đề không quá phức tạp, có thể giải được bằng những suy luận logic, bằng tính toán hoặc thực nghiệm dựa trên cơ sở những quy tắc vật lí, phương pháp vật lí đã biết Nhưng bài tập Vật lí lại là một khâu quan trọng trong quá trình dạy và học, có vai trò tác động tới tư duy, nhận thức, tình cảm khoa học môn vật lí của học sinh

Việc giải bài tập vật lí giúp củng cố đào sâu, mở rộng kiến thức, xây dựng củng cố kỹ năng kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, là biện pháp quý báu

để phát triển năng lực tư duy của học sinh Vì thế trong việc giải bài tập vật lí mục đích không phải chỉ tìm ra đáp số, tuy điều này cũng quan trọng và cần thiết, mục đích chính của việc giải bài tập là ở chỗ người làm bài tập hiểu được sâu sắc hơn các khái niệm, định luật vật lí, vận dụng chúng vào những vấn đề thực tế trong cuộc sống, trong lao động

Qua thực tế giảng dạy Vật lí ở trường THPT, tôi nhận thấy học sinh còn gặp rất nhiều khó khăn, lúng túng khi giải các bài tập vật lí, điều này ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng dạy và học

Xuất phát từ những lí do trên, năm học 2009- 2010 tôi quyết định chọn đề tài: "Sử dụng phương pháp suy ngược để hướng dẫn giải bài tập vật lý" tại trường THPT Lang Chánh làm đề tài nghiên cứu và kết quả nghiên cứu được áp dụng đã cho nhiều tín hiệu tốt, tuy nhiên đề tài vẫn chưa được áp dụng rộng rãi Trong các năm lại đây việc điều chỉnh mức độ câu hỏi ở các đề thi đã làm cho

đề tài này ngày càng ảnh hưởng nhiều hơn tới các dạng bài tập trong các đề thi

Do vậy, trong năm học 2016 - 2017 tôi quyết định nâng cấp đề tài trên thành đề

tài: “Sử dụng sơ đồ suy luận ngược hướng dẫn giải bài tập vật lý THPT,

nhằm nâng cao hiệu quả học tập bộ môn của học sinh” làm đề tài nghiên cứu

của mình, với hy vọng kết quả nhiên cứu sẽ làm cơ sở, phương pháp để học sinh

áp dụng tốt hơn trong quá trình học tập, qua đó nâng cao chất lượng học tập bộ môn

1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Đề tài hướng tới việc tìm ra một phương pháp, cách thức, nhằm giúp học sinh nắm chắc, hiểu sâu kiến thức, có tư duy suy luận logic, có kỹ năng sử dụng kiến thức toán học để giải bài tập vật lý, đặc biệt là các dạng bài tập có các bước

suy luận theo một chuổi đang rất phổ biến trong chương trình học cấp THPT hiện nay, từ đó góp phần nâng cao chất lượng dạy học bộ môn vật lí ở các trường THPT nói chung

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu việc giải một số dạng bài tập vật lý lớp 12, ưu và nhược điểm của các cách tiếp cận khác nhau, từ đó tổng kết nên sơ đồ tổng quát về phương pháp suy luận ngược, nhằm áp dụng để dẫn dắt quá trình tiếp cận, giải bài tập vật lý đạt hiệu quả cao nhất

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứ đề tài này bản thân tôi đã áp dụng một số phương pháp sau đây:

- Phương pháp xây dựng cơ sở lý thuyết

- Phương pháp khảo sát thực tế

- Phương pháp thống kê xử lý số liệu

1.5 Những điểm mới của SKKN

Phát triển trên nền SKKN của bản thân đã được xếp loại trước đó, tôi chú trọng vào khắc phục hai hạn chế của đề tài trước, cụ thể là:

- Thay vì chỉ dừng lại ở việc nêu các quy tắc thực hiện giải toán, thì đề tài này đã nêu rõ các bước cụ thể nhất phải thực hiện để giải một bài toán vật lý, đồng thời sơ đồ hóa phương pháp thành sơ đồ tư duy, nhằm giúp học sinh tiếp cận nhanh, chính xác và đặc biệt là khả năng hơn khắc sâu về quy tắc chung

- Thay vì chỉ dừng lại ở phạm vi chương 1, vật lý lớp 10, thì đề tài này hướng dẫn áp dụng cho nhiều chương trong chương trình vật lý THPT và có thể

áp dụng rộng hơn nữa cho tất cả các chương, các phần

2 Nội dung

2.1 Cơ sở lý luận

Việc dạy học vật lí trong trường phổ thông hiện nay chưa phát huy được hết vai trò của bài tập vật lí trong thực hiện các nhiệm vụ dạy học Dạy học sinh giải bài tập vật lí là một công việc khó khăn và ở đó bộc lộ rõ nhất trình độ của người giáo viên trong việc hướng dẫn hoạt động nhận thức, tư duy của học sinh

2.1.1 Vai trò của bài tập vật lý

Bài tập vật lý có vai trò quan trọng không kém so với khái niệm vật lý, định luật vật lý, hiện tượng vật lý, thí nghiệm vật lý Khả năng học sinh giải được các bài tập vật lý là một khâu quan trọng trong quá trình dạy học một bài học Bài tập vật lý có vai trò sau:

- Bài tập Vật lí giúp cho học sinh ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức

Bài tập vật lí là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động Khi giải bài tập vật lí học sinh phải nhớ lại các kiến thức đã học, có khi phải sử dụng tổng hợp các kiến thức của nhiều chương nhiều phần của chương trình

- Bài tập có thể là điểm khởi đầu để dẫn đến kiến thức mới

Nhiều khi bài tập được sử dụng khéo léo có thể dẫn học sinh đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới để giải thích hiện tượng mới do bài tập phát hiện ra

- Giải bài tập vật lý rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, vận dụng lý thuyết vào

thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát.

- Giải bài tập là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học

sinh

Trong khi làm bài tập do phải tự mình phân tích các điều kiện của đầu bài,

tự xây dựng những lập luận nên từ duy của học sinh được phát triển năng lực làm việc tự lực nâng cao, tính kiên trì được phát triển

- Giải bài tập góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

Có nhiều bài tập vật lý không chỉ dừng lại trong phạm vi vận dụng những kiến thức đã học mà còn giúp bồi dưỡng cho học sinh tư duy sáng tạo Đặc biệt

là những bài tập giải thích hiện tượng, bài tập thí nghiệm

- Giải bài tập vật lý là một phương tiện để kiểm tra mức độ nắm vững

kiến thức của học sinh

Tùy theo cách ra bài tập ta có thể phân loại được các mức độ nắm vững kiến thức của học sinh giúp việc đánh giá chất lượng học sinh được chính xác

2.1.2 Phương pháp chung để giải một bài tập vật lý

Bước 1: Tìm hiểu đầu bài

Đọc kỹ đầu bài, vừa đọc vừa tóm tắt các dữ kiện bài cho, những cái cần phải tính Trong bước này, chú ý phân tích kỹ để hiểu rõ những thuật ngữ đặc biệt của bài

Bước 2: Phân tích hiện tượng vật lý

Trong bước này phải vẽ hình, điền các thông số trên hình vẽ, phân tích xem quá trình vật lý xảy ra như thế nào, liên quan đến hiện tượng, định luật nào

đã học

Bước 3: Lập các phương trình liên quan và giải

Dựa vào các hiện tượng, định luật mà bài toán liên quan ta thiết lập các phương trình tương ứng

Bước 4: Biện luận

Xét xem các nghiệm toán học tìm được có phù hợp với ý nghĩa vật lý không, loại bỏ những nghiệm không phù hợp với vật lý

2.1.3 Hình thức tổ chức tiết dạy giải bài tập vật lý

Hình thức 1: Gọi học sinh lên bảng trình bày lời giải

Đây là hoạt động thường được giáo viên áp dụng nhiều nhất trong các giờ bài tập Ở hoạt động này giáo viên sẽ nêu bài tập, gọi học sinh lên bảng tóm tắt

và trình bày lời giải, gọi học sinh khác nhận xét lời giải, giáo viên tổng kết bài giải và kết luận

Hình thức 2: Hướng dẫn cả lớp giải chung một bài tập

Đây là một hoạt động cũng khả phổ biến trong các giờ bài tập Ở hoạt động này giáo viên hướng dẫn học sinh cả lớp cùng giải chung một bài tập thông qua hệ thống câu hỏi Hoạt động này thường được tiến hành khi có những bài tập phức tạp, phải giải qua nhiều bước, ở trong lớp chỉ có một số ít học sinh giải được

Hình thức 3: Giao phiếu học tập và chia nhóm để học sinh giải bài tập tại lớp

Ở hoạt động này, GV chuẩn bị các bài tập trong phiếu học tập, chia lớp thành các nhóm để làm bài tập

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng phương pháp dạy học bằng sơ đồ suy luận ngược

Trước khi thực hiện đề tài qua giảng dạy ở trường THPT Lang Chánh, qua tìm hiểu và trao đổi với đồng nghiệp, qua kết quả của các tiết bài tập, qua điểm số các bài kiểm tra cho thấy rằng đa số học sinh còn ngại học bộ môn vật

lí Bởi vì chương trình vật lí có nhiều công thức, nhiều định luật, đơn vị, bài tập vật lí đòi hỏi nhiều sự tư duy, khi làm các bài tập vật lí các em thường lúng túng trong việc định hướng giải, có thể nói hầu như các em chưa biết cách giải cũng như trình bày lời giải Từ những biểu hiện cụ thể đó có thể đúc kết lại rằng học sinh gặp phải một số khó khăn sau đây khi giải bài tập vật lý:

- Học sinh không hiểu được ý đồ của bài toán, tóm tắt bài toán không được Do đó không nhận thấy bài toán đã cho những giả thiết nào, cần đi xác định đại lượng nào

- Kĩ năng vận dụng kiến thức toán học cho việc giải bài tập còn hạn chế đối với một bộ phận không nhỏ học sinh

- Học sinh không nhớ các kiến thức vật lý đã học

- Học sinh không định hướng được hướng giải quyết vấn đề, có thể rơi vào trường hợp bế tắc hoặc lòng vòng

- Giáo viên chưa hướng dẫn cho học sinh cách tự đặt câu hỏi suy luận một cách logic để học sinh tìm ra công việc giải bài tập bắt đầu từ đâu

2.3.Giải pháp tiến hành để giải quyết vấn đề

2.3.1 Xây dựng sơ đồ suy luận ngược để gải bài tập vật lý

Từ những khó khăn của học sinh trong quá trình giải bài tập, cần thiết người dạy phải hướng dẫn cho học sinh phương pháp suy luận để tìm hướng giải

quyết vấn đề Một trong các cách đó là hướng dẫn cho học sinh xây dựng Sơ đồ

suy luận ngược để giải một bài tập vật lý.

Một cách tổng quát, sơ đồ suy luận ngược (SĐSLN) là mô hình hóa các bước cụ thể, các phép toán cụ thể để giải bài tập Xây dựng SĐSLN là quá trình xác định hệ thống các biểu thức cần thực hiện, từ đại lượng là ẩn số cần xác định đến biểu thức cuối cùng không chứa ẩn và thực hiện giải toán theo trình tự ngược lại với quá trình xác định các biểu thức, cùng với hệ thống câu hỏi gợi mở

để xác định các nhiệm vụ cụ thể trong quá trình giải bài tập Hệ thống câu hỏi dẫn dắt, gợi mở trong quá trình xây dựng SĐSLN có vai trò rất quan trọng Giáo viên phải tập cho học sinh có thói quen đặt câu hỏi định hướng Các nhiệm vụ

cụ thể, các công thức, định luật để xác định các đại lượng trung gian được thể hiện thành SĐSLN theo quy ước kí hiệu chung

- Các bước thực hiện phương pháp:

+ Bước 1: Viết biểu thức số 1 xác định đại lượng cần tìm Trong

biểu thức này xuất hiện đại lượng mới là ẩn trung gian

+ Bước 2: Viết biểu thức số 2 thích hợp để xác định ấn trung gian + Bước 3: Thay số nếu đủ dữ liệu; nếu tiếp tục xuất hiện ẩn trung gian

mới, thì thực hiện bước tiếp theo tương tự quy trình bước 2 Trình bày bài toán theo trình tự đánh số ngược lại (từ lớn đến nhỏ)

- Mô hình hóa sơ đồ suy luận ngược:

a = f(x)

<1>

x = g(y) <2>

y = p(z) <3>

z = q(t) <4>

Thay số nếu đủ dữ kiện

2.3.2 Các bước tiến hành để nghiên cứu hiệu quả của đề tài

Để kiểm tra tính khả thi của đề tài nghiên cứu, tác giả đã dùng phương pháp thực nghiệm tác động lên đối tượng là lớp 12A2 gồm có 36 HS và 12A3 gồm có 35 HS của trường THPT Lang Chánh Phương pháp tiến hành:

+ Bước 1: Kiểm tra chất lượng 2 lớp trước khi tiến hành tác động bằng

cách cho HS 2 lớp cùng làm một bài kiểm tra 45 phút

+ Bước 2: Tác động lên đối tượng bằng cách hướng dẫn cho HS lớp 12A2

giải bài tập vật lí bằng phương pháp dùng sơ đồ suy luận ngược và gữi nguyên hình thức cũ đối với HS hớp 12A3

+ Bước 3: Kiểm tra tính hiệu quả của đề tài sau khi đã tác động lên đối

tượng bằng cách cho HS 2 lớp làm một bài kiểm tra 45 phút

+ Bước 4: Thống kê số liệu và rút ra nhận xét về tính khả thi của đề tài.

2.3.3 Một số ví dụ về sơ đồ suy luận ngược

Ví dụ 1: Một vật chuyển động thẳng nhanh dần đều với vận tốc ban đầu v0 = 2 (m/s) Sau thời gian t = 10 (s) thì đạt vận tốc v = 12 (m/s) Tìm quãng đường vật

đi được trong thời gian đó

- Ta có sơ đồ:

- Giải:

+ Gia tốc của vật là (2): 1 (m/s )

10

2

0   





t

v v a

+ Quãng đường vật đi được trong thời gian trên là (1):

(m) 70 1 2

2 12

2

2 2 2 0 2











a

v v s

Ví dụ 2: Một vật m = 2 kg được kéo bằng lực F = 4 (N) theo phương ngang, trên

sàn nhà phẳng Vật chuyển động nhanh dần đều từ nghỉ, sau khi đi được quãng

Thay số vì đã

đủ dữ kiện

<1> <2>

đường s = 8 (m), thì đạt vận tốc v = 4 (m/s) Lấy g = 10 (m/s2) Xác định hệ số

ma sát giữa vật và mặt sàn

- Ta có sơ đồ:

- Giải:

+ Gia tốc của vật là (3): 1 (m/s )

8 2

0 4

2

2 2

2 0 2











s

v v a

+ Độ lớn lực ma sát giữa vật và sàn là (2):

2(N) 2.1

-4



F m a

F ms

+ Hệ số ma sát giữa vật và mặt sàn là:

1 , 0 10 2

2







mg

F ms



Ví dụ 3: Vật m = 1 kg chuyển động thẳng đều với vận tốc v0 = 2 (m/s), thì chịu tác dụng của ngoại lực phát động sinh công tổng cộng cho vật là A = 16 (J) Xác định vận tốc của vật đạt được khi nhận công đó

- Ta có sơ đồ:

- Giải:

+ Động năng ban đầu của vật là (3): 2 ( )

2

1

0

+ Áp dụng liên hệ giữa biến thiên động năng và công ngoại lực ta có (2):

) ( 18 16 2

+ Vận tốc vật đạt được cuối quá trình là (1):

Thay số vì đã

đủ dữ kiện

<2>

Thay số vì đã

đủ dữ kiện

<2>

) / ( 6 1

18 2

2

s m m

W







Ví dụ 4: Một vật m = 100 (g) đồng thời tham gia 2 dao động điều hòa cùng

3 -.t s(2.

3

6 t s(2.

4

định cơ năng của vật

- Ta có sơ đồ:

- Giải:

+ Biên độ dao động của vật là (2): 2 3 2 4 2 5 ( )

2 2

A

+ Cơ năng của vật là (1):

) ( 125 , 0 05 , 0 1 , 0 2

1

2

mJ A

m

Ví dụ 5: Mạch chọn sóng gồm cuộn cảm L và tụ điện điện dung C0, thu được sóng có bước sóng 2m, để thu được sóng có bước sóng 6m thì phải ghép thêm vào mạch tụ điện có điên dung C bằng bao nhiêu lần C0 và ghép như thế nào?

- Vì bước sóng tăng nên điện dung phải tăng Vậy phải ghép C song song với C0

- Ta có sơ đồ:

- Giải:

+ Điện dung của bộ tụ là (2): 202 0

2

2

9

4

9









+ Điện dung của tụ ghép thêm là (1): C = Cb - C0 = 8 C0

+ Vậy phải ghép song song với C0 một tụ C = 8C0.

Thay số vì đã

đủ dữ kiện

C = Cb - C0

<1>

<2>

Thay số vì đã

đủ dữ kiện

<1> <2>

Ví dụ 6: Hạt nhân 238U

92 phân rã phóng xạ thành hạt nhân 234Th

90 và hạt α Sau t = 2T bán rã người ta thu được 6.72 lít He (đktc) Xác định khối lượng 238U

92 ban đầu

- Ta có sơ đồ:

- Giải:

+ Vì tỉ lệ số hạt He tạo ra và số hạt U mất đi là 1:1, nên số mol U mất đi

4 ,

V n



+ Số mol U ban đầu là (2): ) 0,4( )

2

1 1 (

3 , 0 ) 2

1 1

n

T t













+ Khối lượng U ban đầu là (1): m0 = n0 A = 0,4.238 = 95,2 (g)

2.4 Kết quả áp dụng đề tài vào thực tế dạy học

Sau khi hướng dẫn HS xây dựng SĐLG trong quá trình giải bài tập vật lý, kết quả cho thấy đa số HS giảm bớt tâm lý e ngại khi học bộ môn vật lý, không khí lớp học bớt căng thẳng hơn Chất lượng của HS thông qua điểm số bài kiểm

tra có cao hơn so với trước

Kết quả thông qua điểm số bài kiểm tra

Trước khi tác động

Sau khi tác động lên HS 12A2

Điể

m

<3>

<1>

đã

đủ dữ kiện