Xây Dựng Hệ Thống Bài Tập Cơ Sở Của Nhiệt Động Lực Học Nhằm Phát Triển Năng Lực Tìm Tòi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TRẦN THỊ KIỀU GIANG XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÌM TÒI, KHÁM PHÁ CHO HỌC SINH C

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN THỊ KIỀU GIANG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”

NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÌM TÒI, KHÁM PHÁ

CHO HỌC SINH CHUYÊN LÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÝ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN THỊ KIỀU GIANG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”

NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÌM TÒI, KHÁM PHÁ

CHO HỌC SINH CHUYÊN LÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 8140111

Cán bộ hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Huy Sinh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Huy Sinh, người

đã giao đề tài luận văn và trực tiếp hướng dẫn tôi Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã luôn luôn nhận được sự hướng dẫn tận tình và lĩnh hội được những kiến thức sâu rộng từ thầy

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, cán bộ công nhân viên đã tham gia công tác và giảng dạy tại khoa Vật lí, khoa Sư phạm trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo những điều kiện tốt nhất giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường

Và cũng xin cảm ơn sự quan tâm, động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất từ gia đình, bạn bè và thầy cô cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài của mình

Hà Nội, tháng 10 năm 2019

Tác giả

Trần Thị Kiều Giang

DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG VÀ SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ phân loại bài tập vật lí……….16

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ cấu trúc chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” ……… 25

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ phân chia chủ đề bài tập chủ đề bài tập chương “Cơ sở của

Nhiệt động lực học” ……….41

Bảng 2.1 Bảng tóm tắt việc áp dụng nguyên lý I cho các quá trình nhiệt động

của khí lí tưởng ……….36

Bảng 3.5a Phân bố điểm kiểm tra HS trước khi TNSP ……… ………… 77

Bảng 3.5b Phân bố điểm kiểm tra HS sau khi TNSP …….……… 78

Bảng 3.5c Bảng phân phối tần số, tần suất, tần số luỹ tích trước TNSP … 79

Bảng 3.5d Bảng phân phối tần số, tần suất, tần số luỹ tích sau TNSP … 80

Bảng 3.5e Bảng kết quả xử lý các tham số ……… 82

Hình 3.5a Biểu đồ phân bố điểm của HS trước khi TNSP …… ………….77

Hình 3.5b Biểu đồ tần suất điểm của HS sau khi TNSP ……… 78

Hình 3.5c Đồ thị phân bố đường tích luỹ điểm kiểm tra của HS trước TNSP

……….……….81

Hình 3.5d Đồ thị phân bố đường tích luỹ điểm kiểm tra của HS trước TNSP ……….……….81

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ……… i

DANH MỤC VIẾT TẮT ……….ii

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ ……… iii

MỤC LỤC ……… iv

MỞ ĐẦU ……… ……… 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu 3

5 Vấn đề nghiên cứu 3

6 Giả thuyết khoa học 3

7 Giới hạn về phạm vi nghiên cứu 3

8 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4

9 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 4

10 Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5

1.1 Vài nét về trường THPT chuyên ở Việt Nam 5

1.1.1 Hoàn cảnh ra đời của các trường THPT chuyên 5

1.1.2 Mục đích thành lập các trường chuyên 5

1.1.3 Một số kết quả đạt được của các trường chuyên ở Việt Nam cho đến nay 6

1.1.4 Một số đặc điểm của học sinh THPT chuyên lí 7

1.2 Cơ sở lí luận về dạy học theo quan điểm hiện đại 8

1.2.1 Khái niệm về hoạt động dạy học 8

1.2.2 Bản chất của hoạt động dạy 8

1.2.3 Bản chất của hoạt động học 8

1.2.5 Bản chất của quá trình dạy học 9

1.3 Khái niệm về năng lực 10

1.3.1 Khái niệm chung về năng lực 10

1.3.2 Phân loại năng lực 11

1.3.3 Năng lực tìm tòi, khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí 12

1.4 Cơ sở lý luận về dạy học và học bài tập vật lí ở trường THPT 15

1.4.1 Khái niệm về bài tập vật lí 15

1.4.2 Vai trò của bài tập vật lí 15

1.4.3 Phân loại bài tập vật lí 15

1.4.4 Phương pháp giải bài tập vật lí 17

1.4.5 Lựa chọn và sử dụng bài tập vật lí cho học sinh THPT chuyên 18

1.5 Tìm hiểu thực trạng về các hoạt động dạy và học bài tập vật lí ở các lớp Chuyên lí, trường THPT Chu Văn An, Hà Nội 18

1.5.1 Đối tượng và phương pháp điều tra 19

1.5.2 Đặc điểm của trường THPT Chu Văn An, Hà Nội 19

1.5.3 Nội dung các phiếu điều tra 21

1.5.4 Kết quả điều tra thực trạng về việc dạy và học bài tập vật lí ở các lớp Chuyên lí trường THPT Chu Văn An, Hà Nội 21

Tiểu kết chương 1 23

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÌM TÒI, KHÁM PHÁ CHO HỌC SINH CHUYÊN LÍ 24

2.1 Phân tích vai trò và cấu trúc chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” 24

2.1.1 Vai trò của chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” 24

2.1.2 Cấu trúc chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” 25

2.2 Nội dung kiến thức chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” 26

2.2.1 Các khái niệm 26

2.2.3 Nguyên lý II Nhiệt động lực học 37

2.2.4 Mở rộng và nâng cao cho học sinh Chuyên lí – Định lý Các-nô và hệ quả 40

2.3 Xây dựng hệ thống bài tập “Cơ sở của Nhiệt động lực học” nhằm phát triển năng lực tìm tòi, khám phá cho học sinh Chuyên lí 41

2.3.1 Chủ đề 1: áp dụng nguyên lý I để tính các đại lượng ∆U, A, Q trong các quá trình nhiệt động 42

2.3.2 Chủ đề 2: động cơ nhiệt và máy lạnh 51

2.3.3 Chủ đề 3: bài tập về nhiệt dung của các quá trình cân bằng nhiệt 54

2.3.4 Bài tập tổng hợp 61

Tiểu kết chương 2 71

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 72

3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 72

3.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 72

3.3 Đối tượng và thời gian thực nghiệm sư phạm 73

3.4 Quy trình thực nghiệm sư phạm 73

3.5 Kết quả và xử lí kết quả 74

3.5.1 Xây dựng tiêu chí đánh giá năng lực tìm tòi, khám phá 74

3.5.2 Xây dựng phiếu đánh giá và đề kiểm tra 75

3.5.3 Quy trình xử lí số liệu thống kê 75

3.5.4 Kết quả thực nghiệm sư phạm 76

3.6 Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm 83

Tiểu kết chương 3 84

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 85

1 Kết luận 85

2 Khuyến nghị 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Phát triển năng lực, bồi dưỡng phẩm chất cho học sinh (HS) là nhiệm vụ hàng đầu của quá trình dạy và học ở trường phổ thông nói chung và phổ thông chuyên nói riêng Mặc dù còn nhiều bất cập nhưng chúng ta không thể phủ nhận được những đóng góp to lớn của các trường chuyên, hệ chuyên đối với ngành giáo dục nước ta Hệ thống các trường trung học phổ thông (THPT) chuyên được ra đời từ năm 1965 đã và đang giữ vai trò quan trọng trong việc cung ứng những học sinh có năng lực, có phẩm chất cho các trường Đại học, từ đó đào tạo ra các nhà khoa học, nhà quản lí, các doanh nhân giỏi cũng như nguồn nhân lực chất lượng cao phục vụ cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế

Vật lí là môn khoa học cơ bản bao gồm cả lí thuyết và thực nghiệm Dạy

và học vật lí có vai trò rất quan trọng trong việc phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo đồng thời phát triển nhận thức cho học sinh Ngoài việc giảng dạy lí thuyết và thực hành, bài tập vật lí cũng là một công cụ giúp học sinh biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn Dạy và học bài tập vật lí có thể giúp học sinh phát triển tư duy độc lập, khả năng phân tích, tổng hợp, năng lực giải quyết vấn

đề, đồng thời rèn luyện kĩ năng cho học sinh

Việc đào tạo những học sinh tương đối toàn diện như trên là mục tiêu của các lớp chuyên Lí trong trường THPT Muốn đạt mục tiêu đó cần phải xây dựng được hệ thống bài tập vật lí, đồng thời thiết kế được phương án hướng dẫn giải bài tập phù hợp là một nhu cầu cấp thiết, góp phần quan trọng phát triển năng lực vật

lí nói chung và năng lực tìm tòi, khám phá nói riêng cho học sinh

Tuy nhiên, ở các lớp Chuyên Lí hiện nay vẫn chưa có nội dung chương trình, kế hoạch dạy học môn chuyên, chưa có bộ sách giáo khoa và sách bài tập chính thống dùng cho các lớp chuyên Lí Các giáo viên (GV) chuyên cùng tổ

soạn nội dung chương trình và hệ thống bài tập trên cơ sở tự nghiên cứu, tự sưu tầm tài liệu nên thiếu tính hệ thống và tính liên thông trong hệ thống chương trình Bên cạnh đó, áp lực về thành tích học sinh giỏi quốc gia, học sinh giỏi tỉnh (thành phố) làm cho việc dạy và học nói chung, dạy và học bài tập vật lí nói riêng của giáo viên và học sinh ở các lớp chuyên nghiêng về cách dạy và học luyện thi chứ chưa chú trọng đến phát triển năng lực và phẩm chất cho học sinh

“Cơ sở của Nhiệt động lực học” là một nội dung quan trọng trong chương trình THPT nói chung và THPT Chuyên nói riêng Chương này bao gồm nguyên lý thứ I và nguyên lý thứ II nhiệt động lực học Các nguyên lý này đóng vai trò cực kì quan trọng trong việc chế tạo các máy nhiệt, trực tiếp phục vụ đời sống hàng ngày Mặc dù vậy, hệ thống bài tập của chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” trong các sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham khảo hoặc rất đơn giản, hoặc chỉ dừng lại ở mức độ nhận thức biết và hiểu hoặc nặng về tính toán Một số phương pháp hướng dẫn giải bài tập chưa tạo điều kiện tốt cho việc phát triển năng lực vật lí cho học sinh THPT chuyên

Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng hệ thống bài tập “Cơ sở của Nhiệt động lực học” nhằm phát triển năng lực tìm tòi, khám phá cho học sinh Chuyên Lí” góp phần phát triển năng lực cho học

sinh ở các lớp THPT chuyên

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng hệ thống bài tập “Cơ sở của Nhiệt động lực học” nhằm phát triển năng lực tìm tòi, khám phá cho học sinh Chuyên Lí

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

+ Nghiên cứu đặc điểm của học sinh chuyên

+ Nghiên cứu cơ sở lý luận về năng lực Vật lí, năng lực tìm tòi, khám phá

+ Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy và học; dạy và học bài tập vật lí

+ Nghiên cứu thực trạng về việc dạy và học bài tập vật lí, việc dạy và học chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” ở lớp 10 THPT Chuyên Lí

+ Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải cho chương “Cơ sở của Nhiêt động lực học”

+ Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của đề tài

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

4.1 Khách thể nghiên cứu:

Quá trình dạy và học bài tập vật lí ở trường THPT chuyên

4.2 Đối tượng nghiên cứu:

+ Hệ thống bài tập chương “Cơ sở Nhiệt động lực học” để giảng dạy ở lớp

10 THPT chuyên lí

+ Năng lực tìm tòi, khám phá của học sinh lớp 10 Chuyên Lí trường THPT Chu Văn An, Hà Nội khi học chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học”

5 Vấn đề nghiên cứu

Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau:

- Nghiên cứu chi tiết về lý thuyết và các dạng bài tập chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” để giảng dạy cho học sinh lớp 10 THPT chuyên lí

- Nghiên cứu các biểu hiện của năng lực đã được bồi dưỡng cho học sinh thông qua việc xây dựng hệ thống bài tập chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” nhằm phát triển năng lực tìm tòi khám phá cho học sinh lớp 10 THPT chuyên lí

6 Giả thuyết khoa học

Xây dựng hệ thống bài tập “Cơ sở của Nhiệt động lực học” phù hợp với kiến thức và trình độ của học sinh Chuyên Lí có thể phát triển năng lực tìm tòi, khám phá cho học sinh Chuyên Lí

7 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

- Các kiến thức của chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” – vật lí 10

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa lý luận của đề tài: Đề tài góp phần làm rõ thêm cơ sở lí luận về việc phát triển năng lực tìm tòi khám phá cho học sinh Chuyên Lí

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Đề tài nghiên cứu thành công sẽ là minh

chứng cho sự phát triển năng lực tìm tòi, khám phá đối với học sinh Chuyên Lí trường THPT Chu Văn An, thành phố Hà Nội

9 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý luận:

+ Tìm hiểu những điều cơ bản lý luận về năng lực vật lí – năng lực tìm tòi, khám phá và một số đặc điểm của học sinh chuyên

+ Nghiên cứu cơ sở lý luận chung về bài tập vật lí phục vụ cho việc xây dựng hệ thống bài tập chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học”- vật lí 10 THPT chuyên

- Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu thực tiễn nội dung dạy và học chương

“Cơ sở của Nhiệt động lực học” của học sinh Chuyên Lí trường THPT Chu Văn An, Thành phố Hà Nội

- Thực nghiệm sư phạm và sử dụng phương pháp thống kê toán học để phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm, từ đó rút ra kết luận về tính khả thi của đề tài

10 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, phụ lục và tài liệu tham khảo, luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2: Xây dựng hệ thống bài tập “Cơ sở của Nhiệt động lực học”

nhằm phát triển năng lực tìm tòi, khám phá cho học sinh Chuyên Lí

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Vài nét về trường THPT chuyên ở Việt Nam

1.1.1 Hoàn cảnh ra đời của các trường THPT chuyên

Tháng 9 năm 1965, Thủ tướng Chính phủ Phạm Văn Đồng đã kí quyết định thành lập khối chuyên đầu tiên, đó là khối chuyên Toán đặt tại khoa Toán trường Đại học Tổng hợp Hà Nội Một năm sau, lớp chuyên Toán thuộc Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội ra đời Sau đó khối chuyên lý, chuyên tin và một số khối chuyên khác cũng lần lượt được mở ra tại các trường đại học lớn về khoa học cơ bản, đồng thời ở một số trường THPT cũng bắt đầu thành lập các lớp chuyên Toán

Từ năm 1986, hệ thống THPT chuyên bắt đầu được thiết lập rộng rãi tại các tỉnh thành Đến nay, tất cả các tỉnh thành trong cả nước đều có ít nhất một trường THPT chuyên

Hệ thống trường THPT chuyên ở nước ta hiện nay gồm 2 hệ:

+ Các trường chuyên trực thuộc đại học (trước đây là các trường chuyên cấp quốc gia), tiến hành tuyển sinh trong cả nước

+ Các trường chuyên trực thuộc các Sở Giáo dục và Đào tạo (trường chuyên của tỉnh/Thành phố), chỉ tuyển sinh trong nội hạt của tỉnh/thành phố đó

1.1.2 Mục đích thành lập các trường chuyên

Mục đích ban đầu khi thành lập hệ thống trường chuyên mà Đảng và Nhà nước cũng như các nhà khoa học khởi xướng (Lê Văn Thiêm, Hoàng Tuỵ, Tạ Quang Bửu, Nguỵ Như Kon Tum…) mong đợi là phát hiện và phát triển các tài năng đặc biệt xuất sắc trong các lĩnh vực khoa học cơ bản nhằm tạo nguồn đào tạo đội ngũ những cán bộ khoa học kĩ thuật xuất sắc để xây dựng và bảo vệ

tổ quốc

Cùng với sự phát triển của xã hội, mục tiêu của các trường THPT chuyên

đất nước Theo quy chế tổ chức và hoạt động của các trường THPT chuyên năm

2012, mục tiêu của các trường chuyên trong giai đoạn hiện nay là “phát hiện

các học sinh có tư chất thông minh, đạt kết quả xuất sắc trong học tập và phát triển năng khiếu của các em về một số môn học trên cơ sở đảm bảo giáo dục phổ thông toàn diện; giáo dục các em thành người có lòng yêu nước, tinh thần vượt khó, tự hào, tự tôn dân tộc; có khả năng tự học, nghiên cứu khoa học và sáng tạo; có sức khoẻ tốt để tiếp tục đào tạo thành nhân tài đáp ứng yêu cầu phát triển đất nước.” [6]

1.1.3 Một số kết quả đạt được của các trường chuyên cho đến nay ở Việt Nam

Ngay từ những khoá đầu tiên, hệ thống các lớp chuyên đã đạt được mục đích mà Đảng và Nhà nước đề ra, đó là tạo nguồn đào tạo ra đội ngũ những nhà khoa học tài năng, những cán bộ lãnh đạo chủ chốt Tính đến nay, đã có rất nhiều tiến sĩ khoa học như GS.TSKH Trần Văn Nhung – Thứ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo, GS.TSKH Đào Trọng Thi – Uỷ viên Trung ương Đảng, Giám đốc Đại Học Quốc Gia Hà Nội, GS.TSKH Ngô Bảo Châu….đều từng là học sinh của các trường chuyên, khối chuyên

Trải qua hơn 50 năm, hệ thống trường chuyên đã trở thành cái nôi đào tạo học sinh giỏi các bộ môn văn hoá Các trường THPT chuyên luôn dẫn đầu khối THPT của tỉnh nhà

Trong kì thi Olympic quốc tế các môn Toán, Lí, Hoá, Tin, thành viên của đội tuyển hầu hết là các học sinh đến từ các trường chuyên, khối chuyên Ví dụ như tính từ năm 1986 đến nay, trong số các học sinh tham dự kì thi Olympic Vật lí Quốc Tế chỉ có 01 học sinh không phải là học sinh chuyên Số huy chương vàng (HCV) đã đạt được ở Môn Toán: 60 HCV; Môn Lí: 31; Môn Hoá:

22 HCV đều là của các học sinh chuyên

Trong kì thi Học sinh giỏi cấp quốc gia các môn văn hoá, các lớp chuyên thuộc trường chuyên của tỉnh là nòng cốt của các đội tuyển của tỉnh Một số

môn khoa học tự nhiên như Toán, Lí, Hoá gần như các năm đều có 100% thành viên đội tuyển học sinh giỏi cấp quốc gia là học sinh của trường THPT Chuyên

Trong kì thi THPT quốc gia (trước đây là kì thi tốt nghiệp và thi Đại học), các trường Chuyên luôn giữ được vị trí đứng đầu trong top 200 trường THPT có điểm thi Đại học cao nhất Việt Nam Hầu hết các thủ khoa đều là học sinh của các trường THPT chuyên

1.1.4 Một số đặc điểm của học sinh THPT chuyên lí

Trước khi vào được các lớp chuyên lí, học sinh phải trải qua kì thi tuyển Những học sinh giỏi, có năng khiếu về môn Vật lí mới đỗ được vào các lớp chuyên lí Chính vì thế, học sinh chuyên lí có các đặc điểm sau:

- Kiến thức Vật lí vững vàng, sâu sắc và có tính hệ thống, nắm vững bản chất của các hiện tượng Vật lí

- Khả năng nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng và năng lực tư duy Vật lí tốt (biết phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá …)

- Khả năng quan sát, nhận xét các hiện tượng tự nhiên, có khả năng vận dụng linh hoạt, mềm dẻo, sáng tạo những kiến thức cơ bản vào các tình huống khác nhau kể cả những tình huống mới Có thể nhìn nhận một vấn đề dưới nhiều góc độ

- Biết tìm con đường hay nhất, ngắn nhất để trình bày các vấn đề và có khả năng diễn đạt những ý tưởng của mình một cách chính xác, ngắn gọn, có logic

- Năng lực thực hành và kĩ năng tiến hành thí nghiệm vật lí tốt Biết nhận xét hiện tượng và phân tích kết quả thí nghiệm để rút ra kiến thức mới Có năng lực về phương pháp nghiên cứu khoa học và biết cách dùng thực nghiệm để kiểm chứng lại lí thuyết

- Có lòng say mê đặc biệt với môn Vật lí, có năng lực sáng tạo, có sức khỏe tốt, có tính kiên trì bền bỉ để có thể học tập, nghiên cứu trong một thời gian dài Có khả năng tự học, tự hoàn thiện kiến thức và biết tổng hợp các yếu

- Có kiến thức văn hoá nền tảng vững chắc bổ trợ như Toán, Hoá học, Sinh học, Ngoại ngữ, Tin học, Ngữ văn và một số kiến thức văn hoá nền ở các môn Địa lí, Lịch sử, vv…

1.2 Cơ sở lý luận về dạy học theo quan điểm hiện đại

1.2.1 Khái niệm về hoạt động dạy học

Theo quan điểm hiện đại, hoạt động dạy học là một bộ phận của quá trình

sư phạm tổng thể, bao gồm hoạt động dạy của giáo viên và hoạt động học của học sinh nhằm thực hiện mục đích giáo dục là hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất của học sinh Dạy học là một hoạt động tương tác có tính đặc thù, trong đó hoạt động dạy và hoạt động học phải được thực hiện đồng thời với cùng một nội dung và hướng tới cùng một mục đích, nếu hai hoạt động này bị tách rời thì hoạt động dạy học sẽ bị phá vỡ Học tập không có giáo viên sẽ trở thành tự học, giảng dạy không có học sinh sẽ trở thành độc thoại

1.2.2 Bản chất của hoạt động dạy

Trong dạy học, giáo viên đóng vai trò là chủ thể của hoạt động giảng dạy, xây dựng và thực thi kế hoạch giảng dạy bộ môn, tổ chức cho học sinh hoạt động và học tập với mọi hình thức, chỉ dẫn giúp đỡ học sinh học tập rèn luyện đồng thời kiểm tra và giáo dục học sinh trong mọi phương diện

Vậy bản chất của hoạt động dạy chính là hoạt động lãnh đạo, tổ chức, điều khiển của giáo viên để đạt được mục đích giáo dục

1.2.3 Bản chất của hoạt động học

Bản chất của hoạt động học chính là hoạt động nhận thức tích cực và phức tạp của học sinh trong quá trình lĩnh hội tri thức, kĩ năng, kĩ xảo của loài người để tạo ra sự phát triển tâm lí, ý thức, nhân cách ở chính chủ thể đó Học sinh là chủ thể của hoạt động học, chủ thể có ý thức, chủ động, tích cực và sáng tạo trong nhận thức và rèn luyện nhân cách

Hoạt động học hướng vào biến đổi, phát triển bản thân của chính chủ thể hoạt động là học sinh, làm biến đổi năng lực, phẩm chất người học, không làm thay đổi tri thức loài người

1.2.4 Mối quan hệ giữa hoạt động dạy và hoạt động học

Hoạt động dạy và hoạt động học là hai mặt của hoạt động dạy học, luôn gắn bó không thể tách rời, tác động qua lại bổ sung cho nhau, thống nhất biện chứng với nhau, quyết định lẫn nhau, thâm nhập vào nhau tạo thành một hoạt động chung nhằm phát triển năng lực và phẩm chất của học sinh

1.2.5 Bản chất của quá trình dạy học

Quá trình dạy học là một quá trình nhận thức độc đáo của học sinh Quá trình dạy học không phải là quá trình tìm ra cái mới cho nhân loại mà chủ yếu

là sự tái tạo những tri thức của loài người đã tạo ra, trong đó quá trình nhận thức của học sinh không diễn ra theo con đường mò mẫm, thử và sai như quá trình nhận thức nói chung của loài người, mà diễn ra theo con đường đã được khám phá, được nhà xây dựng chương trình, nội dung dạy học Vì vậy, trong một thời gian nhất định, học sinh có thể lĩnh hội khối lượng tri thức rất lớn một cách thuận lợi

Quá trình dạy học là một chỉnh thể toàn vẹn thống nhất được tạo nên bởi các thành tố như: mục tiêu, nội dung, phương pháp, phương tiện, giáo viên, học sinh và môi trường giáo dục Các thành tố này có mối quan hệ mật thiết, chặt chẽ với nhau theo nhiều tầng bậc ở nhiều cấp độ khác nhau

Bản chất của quá trình dạy học được thể hiện thông qua mối quan hệ tương tác giữa giáo viên và học sinh Dạy học là toàn bộ những hoạt động chung của thầy và trò trong đó thầy giữ vai trò chủ đạo còn trò giữ vai trò chủ động, độc lập, tích cực, sáng tạo lĩnh hội tri thức nhằm thực hiện tốt nhiệm vụ dạy học [13]

1.3 Khái niệm về năng lực

1.3.1 Khái niệm chung về năng lực

Tuỳ theo bối cảnh và mục đích sử dụng mà năng lực thường được biểu đạt theo các cách khác nhau Trong mỗi cách hiểu đều có những thuật ngữ tương ứng

Trong các tài liệu nước ngoài, năng lực được qui vào phạm trù khả năng (ability, possibility, capacity)

- Theo tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Thế giới (OECD), năng lực

là khả năng đáp ứng một cách hiệu quả những yêu cầu phức hợp trong một bối cảnh cụ thể

- Theo chương trình giáo dục trung học ở Quebec, Canada năm 2004, năng lực được xem là một khả năng hành động hiệu quả bằng sự cố gắng dựa trên nhiều nguồn lực

Trong các tài liệu nghiên cứu ở Việt Nam, năng lực cũng được hiểu theo các phạm trù khác nhau

- Theo từ điển Tiếng Việt: “Năng lực là khả năng, điều kiện chủ quan

hoặc tự nhiên sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó, phẩm chất tâm lí và sinh lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một loại hoạt động nào đó với chất lượng cao” [1]

- Theo dự thảo chương trình Giáo dục phổ thông tổng thể của Bộ Giáo dục

và Đào tạo, “Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ

tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí thực hiện thành công một loại hoạt động xác định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể" [5] Nội dung nghiên cứu của luận

văn được dựa trên cơ sở khái niệm năng lực của tài liệu này

Như vậy, cho dù cách biểu đạt có khác nhau, nhưng cách hiểu về khái niệm

năng lực đều chứa đựng nội dung chủ yếu đó là: năng lực là tổng hợp các đặc

điểm, thuộc tính tâm sinh lí và trình độ chuyên môn của cá nhân phù hợp với yêu cầu đặc trưng của một hoạt động nào đó nhằm đảm bảo cho hoạt động đó đạt hiệu quả cao Năng lực được coi là sự kết hợp của các khả năng, phẩm chất, thái

độ của một cá nhân để thực hiện một nhiệm vụ có hiệu quả

1.3.2 Phân loại năng lực

Phân loại năng lực là một vấn đề khá phức tạp, tuỳ theo cách tiếp cận mà người ta chia năng lực thành các dạng khác nhau Tuy nhiên, phổ biến nhất thì năng lực được chia thành hai nhóm chính là năng lực chung và năng lực chuyên biệt

Năng lực chung (năng lực cốt lõi): là năng lực cần thiết để cho con người

sống và làm việc bình thường trong xã hội Năng lực này hình thành và phát triển do nhiều môn học, liên quan đến nhiều môn học, ví dụ như năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo…

Năng lực chuyên biệt (năng lực chuyên môn): là năng lực đặc trưng trong

lĩnh vực nhất định của xã hội, được hình thành và hát triển do một lĩnh vực hay một môn học nào đó như năng lực âm nhạc, hội họa, kinh doanh, tổ chức

Năng lực chung và năng lực chuyên biệt có mối liên hệ qua lại với nhau Năng lực chung là cơ sở của năng lực chuyên biệt, nếu năng lực chung càng phát triển thì càng dễ dàng đạt được năng lực chuyên môn Ngược lại năng lực chuyên môn phát triển thì trong những điều kiện nhất định lại có ảnh hưởng tích cực đối với năng lực chung Trên thực tế muốn có kết quả tốt trong một lĩnh vực nào đó thì năng lực chung phải phát triển ở một trình độ cần thiết và

có năng lực chuyên môn tương ứng với công việc của mình Những năng lực này không phải là bẩm sinh, mà nó có được do sự phát triển giáo dục, bồi dưỡng

1.3.3 Năng lực tìm tòi, khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí

ra những dấu hiệu chung và riêng của một số sự vật, hiện tượng đơn giản, gần gũi trong thế giới tự nhiên; có thể sử dụng được các chứng cứ khoa học để kiểm tra các dự đoán, lí giải các chứng cứ từ đó rút ra kết luận

1.3.3.2 Các biểu hiện của năng lưc tìm tòi, khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí

Một HS có năng lực tìm tòi khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật

lí thường có các biểu hiện sau:

1 Đề xuất và đặt câu hỏi cho vấn đề: HS biết đề xuất vấn đề tri thức và dùng ngôn ngữ của mình để diễn đạt vấn đề đã đề xuất, có thể phân tích đơn giản và đặt ra các câu hỏi liên quan đến vấn đề đề xuất

2 Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết: HS đưa ra phán đoán và đề xuất giả thuyết khoa học cho vấn đề cần nghiên cứu

3 Lập kế hoạch thực hiện: HS có thể thiết kế được ý tưởng nghiên cứu, lựa chọn phương pháp thích hợp (quan sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn, tra cứu tài liệu …) và lập kế hoạch thực hiện từ mục tiêu và điều kiện nghiên cứu

4 Thực hiện kế hoạch: Bằng cách lựa chọn các thông tin có liên quan từ nhiều nguồn qua quan sát sự kiện, so sánh, đo đếm, làm thí nghiệm, HS tiến hành phân tích dữ liệu và thu thập chứng cứ nhằm chứng minh hay

5 Viết, trình bày báo cáo và thảo luận: HS sử dụng ngôn ngữ, hình vẽ, biểu bảng để biểu đạt quá trình và kết quả nghiên cứu, viết được báo cáo nghiên cứu đơn giản; có tinh thần hợp tác với bạn, biết trao đổi, lắng nghe, tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá của người khác

6 Đề xuất ý kiến và quyết định: Sau khi trình bày báo cáo và thảo luận, HS đưa ra quyết định xứ lí vấn đề, từ đó đề xuất phương pháp, biện pháp, kế hoạch mới giải quyết vấn đề thực tiễn

1.3.3.3 Phát triển năng lưc tìm tòi khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí

Để thực hiện mục tiêu phát triển năng lực tìm tòi khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí, giáo viên phải tạo điều kiện để HS đưa ra câu hỏi, đặt vấn đề cần tìm hiểu; tạo cơ hội cho HS tham gia quá trình hình thành kiến thức mới, đề xuất và kiểm tra dự đoán, giả thuyết, thu thập bằng chứng, phân tích,

xử lí để rút ra kết luận, đánh giá kết quả thu được Như vậy GV cần đổi mới phương pháp, kĩ thuật dạy học và phương pháp kiểm tra đánh giá HS

a Đổi mới và chú trọng các phương pháp dạy học đặc thù của bộ môn Đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS, trên cơ sở kết hợp hoạt động cá nhân và hợp tác, quan hệ tương tác giữa thầy với trò, trò với trò trong môi trường học tập an toàn và thân thiện

GV cần sử dụng một số phương pháp dạy học tích cực để HS có thể chủ động tìm ra các bằng chứng để kiểm tra dự đoán, giả thuyết qua việc tiến hành thí nghiệm và tìm kiếm, thu thập thông tin qua sách, internet, điều tra… Phát triển năng lực tìm tòi, khám phá gắn với việc tạo cơ hội cho HS hình thành và phát triển kĩ năng lập kế hoạch, hợp tác trong hoạt động nhóm và kĩ năng giao tiếp qua các hoạt động trình bày , báo cáo hoặc thảo luận vấn đề

Một số phương pháp dạy học tích cực có thể áp dụng được như:

- Dạy học theo nhóm (dạy học hợp tác): GV là người tổ chức cho HS học

định Mỗi nhóm có một nhóm trưởng, các thành viên chia sẻ kinh nghiệm và hợp tác để thực hiện nhiệm vụ được giao

- Dạy học theo góc: GV tổ chức cho HS học tập theo nhóm nhỏ, các nhóm được giao thực hiện cùng một nội dung và mục tiêu học tập nhưng theo các cách khác nhau và sử dụng các phương tiện hay đồ dùng học tập khác nhau

- Phương pháp dạy học giải quyết vấn đề: tạo điều kiện cho HS thói quen tìm hiểu vấn đề theo cách tư duy khoa học, phát triển năng lực tìm tòi khám phá, năng lực sáng tạo của HS Sau khi nghiên cứu và tìm hiểu vấn đề, HS tự nhận thức được kiến thức mới, từ đó tăng cường khả năng sáng tạo, tìm tòi khám phá trong các hoạt động mang tính tương tự

Ngoài ra còn một số phương pháp dạy học tích cực khác như dạy học dự

án, phương pháp trải nghiệm sáng tạo, phương pháp trò chơi, Đối với môn Vật lí thì GV cần chú trọng đến phương pháp thí nghiệm

b Đổi mới kĩ thuật dạy học

Kĩ thuật dạy học là cách thức hành động của GV và HS để xử lí các tình huống khác nhau nhằm đạt được mục đích của hoạt động dạy học

Các kĩ thuật dạy học tích cực có thể áp dụng được như: kĩ thuật khăn trải bàn, kĩ thuật đặt câu hỏi, kĩ thuật bể cá, kĩ thuật tia chớp, kĩ thuật mảnh ghép,

…

c Đổi mới kiểm tra đánh giá

Việc đổi mới kiểm tra đánh giá được thể hiện cụ thể:

- GV xác định mục tiêu kiểm tra đánh giá theo chuẩn kiến thức, kĩ năng của mỗi chủ đề Việc kiểm tra đánh giá được đổi mới từ việc chỉ kiểm tra kiến thức sang kiểm tra đánh giá năng lực HS

- Với mỗi môn học, có thể kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh qua việc kết hợp giữa kiểm tra miệng, kiểm tra viết và bài thực hành Trong các bài kiểm tra viết, có thể kết hợp cả hình thức trắc nghiệm khách quan và trắc

1.4 Cơ sở lí luận về dạy và học bài tập vật lí ở trường THPT

1.4.1 Khái niệm về bài tập vật lí

Có thể hiểu bài tập vật lí là một vấn đề, một hệ thống các thông tin được đặt ra trong quá trình dạy và học đòi hỏi HS phải có lời giải đáp Để giải quyết được vấn đề đó, HS phải có những kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo, những suy luận logic, phép toán và thí nghiệm trên cơ sở các kiến thức vật lí

1.4.2 Vai trò của bài tập vật lí

- Bài tập vật lí có vai trò quan trọng trong quá trình dạy học, là phương tiện trong quá trình dạy học, giúp HS rèn luyện, phát triển các phẩm chất và năng lực, đồng thời cũng là phương tiện giúp giáo viên đánh giá được quá trình học tập của học sinh

- Bài tập vật lí góp phần giúp HS phát triển các năng lực chung như: tự chủ và tự học; giải quyết vấn đề; tổng hợp và so sánh, sáng tạo Đồng thời bài tập vật lí cũng giúp phát triển những năng lực chuyên biệt trong nhận thức kiến thức vật lí, tìm tòi khám phá thế giới tự nhiên và năng lực tính toán Ngoài ra bài tập vật lí còn góp phần giúp HS rèn luyện các phẩm chất chăm chỉ, trung thực và trách nhiệm

- Bài tập vật lí gắn với thực tiễn giúp HS phát triển năng lực vận dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế

- Bài tập vật lí có thể là điểm khởi đầu dẫn đến kiến thức mới, cũng có thể dùng để kiểm tra đánh giá HS

1.4.3 Phân loại bài tập vật lí

Căn cứ vào từng trường hợp cụ thể và mục đích mà giáo viên yêu cầu,

có thể phân loại bài tập vật lí theo nhiều cách khác nhau Sơ đồ mô tả phân loại các dạng bài tập vật lí được trình bày theo sơ đồ 1.1

+ Bài tập sáng tạo + Bài tập nghiên cứu

* Bản chất: căn

cứ vào độ khó của bài tập

+ Bài tập định tính

+ Bài tập định lượng

+ Bài tập đồ thị + Bài tập thí nghiệm

* Bản chất: căn

cứ vào điều kiện của bài tập

+ Bài tập đóng + Bài tập mở

* Bản chất: căn

cứ vào đáp án của bài tập

Phân loại bài tập vật lí

Theo nội dung phát triển tư duy Theo yêu cầu hỏi trong bài tập Theo dạng câu

Theo hình thức cho điều kiện và phương thức giải

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ phân loại bài tập vật lí

1.4.4 Phương pháp giải bài tập vật lí

1.4.4.1 Tư duy trong giải bài tập vật lí

Giải bài tập vật lí là một quá trình tư duy, tìm hiểu điều kiện của đầu bài, xem xét hiện tượng và dựa trên kiến thức vật lí để đưa ra mối liên hệ có thể có giữa những cái đã cho và cái phải tìm

Tư duy trong giải bài tập Vật lí gồm hai phần cơ bản sau:

+ Vận dụng kiến thức Vật lí vào bài tập cụ thể để xác lập các mối liên hệ giữa các điều kiện đã cho

+ Luận giải, tính toán từ các mối liên hệ đã xác lập được trong bài tập đã cho Như vậy để giải được bài tập vật lí, HS phải hiểu và biết vận dụng những kiến thức đã học vào điều kiện cụ thể của bài tập

1.4.4.2 Các bước giải bài tập vật lí

Bài tập vật lí rất đa dạng, với mỗi dạng bài tập sẽ có các bước giải bài tập khác nhau Do vậy không có một phương pháp cụ thể nào áp dụng để làm được tất cả các dạng bài tập Có thể đưa ra các bước chung để giải bài tập vật

lí như sau:

Bước 1: Tìm hiểu và tóm tắt đề bài

- Đoc kĩ đề bài, xác định các điều kiện đã cho, làm rõ các thuật ngữ, các cụm từ quan trọng, đọc các số liệu trên đồ thị nếu là bài tập đồ thị

- Tóm tắt đề bài bằng các kí hiệu, hình vẽ hoặc sơ đồ

- Đổi các đơn vị đã cho về đơn vị chuẩn (nếu cần)

- Tìm hiểu hiện tượng vật lí của đầu bài

Bước 2: Phân tích các dữ kiện đề bài để tìm mối quan hệ giữa các đại lượng đã cho và các đại lượng cần tìm trong bài tập

Bước 3: Thiết lập các phương trình mô tả mối quan hệ giữa các đại lượng

- Tìm các định luật, nguyên lý, công thức,… xác lập biểu thức liên hệ giữa các đại lượng đã cho và các đại lượng cần tìm

Bước 4: Giải các phương trình đã thiết lập được và biện luận

- Kiểm tra, thử lại kết quả, loại bỏ những kết quả không phù hợp với dữ kiện của bài toán, kể cả đơn vị và ứng dụng thực tiễn

- Trong những điều kiện cho phép, HS có thể giải bài tập theo cách khác

và so sánh kết quả hoặc phương pháp giải

1.4.5 Lựa chọn và sử dụng bài tập vật lí cho học sinh THPT chuyên

1.4.5.1 Yêu cầu khi lựa chọn bài tập vật lí

- Cần lựa chọn các bài tập vật lí gắn với kiến thức cơ bản, phù hợp trình

độ, kích thích hứng thú của HS Tuy nhiên các bài tập phải đảm bảo sự hệ thống hoá, góp phần củng cố, khắc sâu hoặc mở rộng kiến thức, giúp phát triển năng lực và phẩm chất cho HS

- Các bài tập phải được lựa chọn theo trình tự từ dễ đến khó theo các mức nhận thức biết, hiểu, vận dụng, phân tích, đánh giá, sáng tạo

- Sự lựa chọn bài tập phải đa dạng về thể loại như bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập đồ thị, bài tập thí nghiệm và nên gắn với thực tiễn

1.4.5.2 Yêu cầu đối với GV khi dạy học bài tập vật lí

- GV phải xây dựng tiến trình dạy học nhằm phát triển năng lực, phẩm chất cho HS bằng cách tạo điều kiện để HS đưa ra câu hỏi, đặt vấn đề cần tìm hiểu, thảo luận đưa ra phương án giải quyết vấn đề, tránh trường hợp giải mẫu

để HS bắt chước, làm tương tự rồi trở thành “thợ giải bài tập”

- Trong tiến trình dạy học một đề tài cụ thể, việc giải hệ thống bài tập do

GV đã lựa chọn thường bắt đầu từ các bài tập định tính hay những bài tập tập dượt Sau đó HS sẽ giải các bài tập tính toán, bài tập đồ thị, bài tập phương án thực hành có nội dung phức tạp hơn

1.5 Tìm hiểu thực trạng về các hoạt động dạy và học bài tập vật lí ở các lớp Chuyên Lí, trường THPT Chu Văn An, Hà Nội

Để có cơ sở thực tiễn cho đề tài, chúng tôi tiến hành tìm hiểu thực trạng

về các hoạt động dạy và học bài tập vật lí ở các lớp Chuyên Lí, trường THPT

1.5.1 Đối tượng và phương pháp điều tra

- Đối tượng điều tra: là giáo viên dạy môn Vật lí ở các lớp Chuyên Lí và học sinh các lớp Chuyên Lí trường THPT Chu Văn An, Hà Nội

- Phương pháp điều tra:

+ Chúng tôi tìm hiểu kế hoạch dạy học, giới hạn nội dung kiến thức môn Vật Lí ở các lớp Chuyên lí thông qua GV vật lí trực tiếp giảng dạy các lớp Chuyên Lí và tổ trưởng tổ bộ môn

+ Chúng tôi dự giờ, quan sát, phỏng vấn và sử dụng các phiếu điều tra dành riêng cho giáo viên giảng dạy môn Vật lí và học sinh các lớp Chuyên Lí của trường THPT Chu Văn An, Hà Nội về việc dạy và học bài tập vật lí, việc lựa chọn và sử dụng bài tập, những thuận lợi và khó khăn của GV trong công tác giảng dạy ở lớp Chuyên Lí

1.5.2 Đặc điểm của trường THPT Chu Văn An, Hà Nội

Trường THPT Chu Văn An, Hà Nội là một trong ba trường THPT trọng điểm Quốc Gia Trường có 03 hệ đào tạo: hệ chuyên, hệ chất lượng cao và hệ quốc tế

- Hệ chuyên gồm 10 lớp chuyên ở mỗi khối, mỗi môn chuyên có 01 lớp chuyên (chuyên: Toán, Lí, Hoá, Sinh, Tin, Anh, Pháp, Văn, Sử, Địa) HS các lớp chuyên sẽ học chương trình cơ bản các môn học trừ môn chuyên, có bổ sung các tiết tự chọn cho các môn thuộc môn thi Đại Học

- Hệ đào tạo chất lượng cao gồm các lớp A và lớp D HS học chương trình cơ bản cho tất cả các môn, có bổ sung tiết tự chọn cho môn Toán, Lí, Anh cho lớp A; Toán, Văn, Anh cho lớp D

- Hệ quốc tế, đào tạo song bằng tú tài A–lever (đào tạo song song cả chương trình của Bộ Giáo Dục & Đào Tạo và cả chương trình Camberige)

* Về phía đội ngũ GV:

Trường THPT Chu Văn An, Hà Nội có 13 giáo viên Vật Lí, trong đó có

có trình độ cử nhân Tuy nhiên, số GV tham gia giảng dạy ở các lớp Chuyên lý chỉ có 03 GV, mỗi GV phụ trách một lớp Các GV dạy lớp Chuyên Lí phải tự xây dựng kế hoạch, khung chương trình, số tiết học, nội dung học tập cho lớp của mình và được Ban Giám Hiệu, tổ trưởng chuyên môn duyệt vào đầu năm học Mỗi lớp Chuyên Lí có 4 hoặc 5 tiết học chính và có từ 3 đến 6 tiết học chuyên đề dành cho môn Vật Lí (tuỳ theo kế hoạch mà GV chuyên xây dựng)

* Về phía HS:

Mỗi lớp Chuyên Lí có khoảng 35 HS, trước khi được vào lớp học, các

HS phải trải qua kì thi tuyển sinh của Sở Giáo Dục và Đào Tạo Hà Nội gồm 04 môn thi: Toán, Văn, Anh, Lí, trong đó điểm môn Lí nhân hệ số 2 Vì thế HS lớp Chuyên Lí đều là những học sinh giỏi, có lòng say mê và có năng khiếu về môn Vật lí, có khả năng nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng và năng lực tư duy Vật lí tốt

* Về cơ sở vật chất:

Trường THPT Chu Văn An, Hà Nội đã được công nhận là trường chuẩn quốc gia Cơ sở vật chất của trường luôn được Thành phố quan tâm, được tu sửa hàng năm

Trường có đủ số lượng phòng học để đảm bảo cho mỗi lớp có 01 phòng học riêng Các phòng học đều được trang bị đầy đủ trang thiết bị phục vụ cho việc dạy và học như bàn ghế, máy chiếu, hệ thống âm thanh,…

Trường có 02 phòng thí nghiệm bộ môn vật lý dành cho khối chuyên và khối chất lượng cao, 02 phòng thí nghiệm dành riêng cho khối song bằng Các

đồ dùng thí nghiệm được trang bị theo quy định của Bộ Giáo Dục, tuy nhiên chất lượng của các bộ thí nghiệm không cao nên kết quả thí nghiệm thường thiếu chính xác

Trường có 01 thư viện với hệ thống phòng đọc rộng rãi, thoáng mát, đầy

đủ ánh sáng Tuy nhiên, tài liệu tham khảo dành cho HS chuyên lý còn rất ít,

1.5.3 Nội dung các phiếu điều tra

Xem phụ lục 1 và phụ lục 2

1.5.4 Kết quả điều tra thực trạng về việc dạy và học bài tập vật lí ở các lớp Chuyên Lí trường THPT Chu Văn An, Hà Nội

a) Thực trạng việc dạy bài tập vật lí ở các lớp Chuyên Lí

Trong các tiết dạy bài tập và dạy chuyên đề, thông thường các GV đều dạy theo tiến trình: trước tiên củng cố kiến thức, khắc sâu lí thuyết, sau đó HS làm bài tập tương ứng với nội dung kiến thức và mức độ khó của các đề thi theo các cấp độ thi học sinh giỏi cụm, Thành phố vòng 1, Thành phố vòng 2, Duyên Hải (kì thi học sinh giỏi của các trường Chuyên vùng đồng bằng Duyên Hải Bắc Bộ mở rộng), Quốc Gia Áp lực về thành tích học sinh giỏi làm cho cách dạy của GV nghiêng về “dạy luyện thi” Các thầy cô giáo sẽ giải bài tập mẫu

để HS bắt chước giải các bài tập tương tự Thông thường, các thầy cô chỉ tập trung vào việc giải bài tập theo ý mình mà ít quan tâm đến cách tiếp nhận và suy nghĩ của HS như thế nào về việc giải các bài tập đó Các thầy cô thường nghĩ rằng HS giải được càng nhiều bài tập càng tốt vì sẽ nhớ được nhiều kiến thức và cách giải chứ không chú trọng tới việc HS phân tích và giải các bài tập tổng quát như thế nào để hình thành được năng lực giải quyết vấn đề

Các bài tập do GV tự biên soạn được chọn lọc từ các sách bài tập vật lí

và các tài liệu tham khảo, nhưng việc lựa chọn các bài tập thường chưa có tính

hệ thống, tính tổng quát, tính đa dạng Những bài tập định tính, bài tập thực nghiệm thường ít được GV lựa chọn so với các bài tập tính toán thông thường Tất cả các lí do trên đã làm cho sự phát triển năng lực của HS Chuyên Lí

bị hạn chế

b) Thực trạng việc học bài tập vật lí ở các lớp Chuyên Lí

Qua khảo sát, chúng tôi nhận thấy phần lớn các em HS khi giải bài tập vật lí chỉ nhằm mục đích tìm ra đáp số của bài toán, đôi khi còn chưa hiểu rõ

tập gắn với thực tiễn, do đó thường gặp khó khăn khi lý giải các vấn đề liên quan đến thực tiễn Việc mở rộng kết quả bài tập và ý nghĩa của nó cũng ít được

HS quan tâm Ngoài ra, khi giải bài tập, HS thường tham khảo các bài mẫu sau

đó làm bài tập theo cách tương tự chứ không tự suy nghĩ, tìm tòi, đặt các câu hỏi để tự giải quyết vấn đề HS có thể làm rất nhiều bài tập trong mỗi một dạng

để có được sự nhuần nhuyễn trong dạng bài tập đó Những điều này đã làm giảm sự phát triển tư duy, tính sáng tạo, năng lực tìm tòi khám phá của HS Chuyên Lí

c) Thực trạng việc dạy và học bài tập chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học”

ở các lớp Chuyên Lí

Qua khảo sát điều tra GV và HS các lớp 11 và 12 Chuyên Lí của trường THPT Chu Văn An, ý kiến của GV và HS đều cho rằng chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” là một trong những nội dung khó của chương trình vật lí

Hệ thống bài tập của chương này rất ít tài liệu tham khảo Các bài tập trong sách giáo khoa vật lí cơ bản và nâng cao, sách tài liệu chuyên vật lí quá đơn giản, chỉ dừng lại ở các bài tập định tính với mức độ nhận biết và thông hiểu Bài tập ở trong chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi và các sách Đại học thì lại quá khó, nặng về tính toán, không phù hợp với việc dạy trong các tiết bài tập ở lớp Chuyên Lí Chính vì vậy GV và HS các lớp Chuyên Lí rất khó khăn trong việc dạy và học bài tập chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học”

Tiểu kết chương 1

Trong chương này, chúng tôi đã trình bày một số vấn đề cơ sở lí luận về hoạt động dạy và học nói chung, dạy và học bài tập vật lí nói riêng; cơ sở lí luận về năng lực nói chung và năng lực tìm tòi khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí nói riêng Chúng tôi đã đi sâu vào tìm hiểu về lịch sử của trường Chuyên ở Việt Nam về hoàn cảnh ra đời, mục đích thành lập, một số thành tích

đã đạt được, đặc biệt là đã tìm hiểu một số đặc điểm của HS các lớp Chuyên

Lí

Đồng thời, chúng tôi đã nghiên cứu thực trạng của hoạt động dạy và học bài tập vật lí, dạy và học chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” ở các lớp Chuyên Lí, trường THPT Chu Văn An, Hà Nội

Từ cơ sở lí luận và cơ sở thực tiễn này chúng tôi vận dụng để soạn thảo

hệ thống và phương pháp giải bài tập chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” nhằm phát triển năng lực tìm tòi khám phá cho học sinh Chuyên Lí

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÌM TÒI, KHÁM PHÁ

CHO HỌC SINH CHUYÊN LÍ 2.1 Phân tích vai trò và cấu trúc chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học”

2.1.1 Vai trò của chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học”

Nội dung “Cơ sở của Nhiệt động lực học” cung cấp cho HS những kiến thức phổ thông cơ bản bao gồm những khái niệm về các sự vật, hiện tượng và quá trình vật lí thường gặp trong đời sống thuộc lĩnh vực nhiệt động lực học Đặc biệt là các ứng dụng quan trọng của nguyên lý thứ nhất và nguyên lý thứ hai Nhiệt động lực học vào đời sống, điển hình là trong công nghệ chế tạo các động cơ nhiệt và máy lạnh Các khái niệm, nguyên lí được trình bày phù hợp với năng lực tính toán và sự suy luận logic của HS

Các kiến thức cơ bản được phân bố trong từng bài, từng mục cụ thể nhưng giữa chúng có mối quan hệ với nhau trong một thể thống nhất về nội dung

Khi nghiên cứu kiến thức chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học”, HS bước đầu tìm hiểu bản chất và quy luật của quá trình biến đổi trạng thái của vật,

từ đó hiểu được bản chất và cơ chế của các hiện tượng nhiệt động Bên cạnh

đó, HS sẽ phát triển được năng lực và phẩm chất, có tư duy logic, có niềm tin

và đam mê với môn Vật lí, hình thành những quan niệm đúng đắn về thế giới

tự nhiên, hiểu được sự tồn tại của thế giới vật chất và quy luật của sự vận động

Kiến thức chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” gắn liền với thực tế cuộc sống, với các quá trình lao động, đồng thời là cơ sở và nguyên tắc để chế tạo một số máy móc, thiết bị kĩ thuật Đây cũng chính là cơ sở để giáo dục kĩ thuật tổng hợp và định hướng nghề nghiệp cho HS Từ bản chất của quá trình biến đổi trạng thái nhiệt động, HS có thể hiểu và giải thích được các hiện tượng thay đổi thời tiết, hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường, … Thông qua việc

tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của các máy nhiệt, HS có ý thức tiết kiệm nhiên liệu và có trách nhiệm bảo vệ môi trường sống

Như vậy, chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” là chương rất cần thiết cho HS HS không chỉ học được những kiến thức, mà còn có thể áp dụng vào giải thích các hiện tượng tựu nhiên và hiểu được nhiều ứng dụng trong đời sống, từ đó giúp phát triển năng lực thực hành, năng lực sáng tạo, năng lực tìm tòi khám phá thế giới tự nhiên cũng như phát triển các phẩm chất cho HS

2.1.2 Cấu trúc chương “Cơ sở Nhiệt động lực học”

Căn cứ vào các nội dung và sự phân bố kiến thức trong sách giáo khoa Vật lí 10 nâng cao, cùng các kiến thức mở rộng và nâng cao trong sách Tài liệu chuyên Vật lí 10 cũng như các tài liệu tham khảo, chúng tôi đưa ra cấu trúc của chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học” như Sơ đồ 2.1

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ cấu trúc chương “cơ sở của Nhiệt động lực học”

Cơ sở của Nhiệt động lực học

+ Nội năng

+ Nhiệt lượng

+ Máy nhiệt

+ Nguyên lý I + Nguyên lý II

+ Động cơ nhiệt + Máy lạnh

2.2 Nội dung kiến thức chương “Cơ sở của Nhiệt động lực học”

2.2.1 Các khái niệm

a) Nhiệt động học: Nhiệt động học được xây dựng từ bốn định đề lớn mà

người ta quen gọi là những nguyên lý cơ bản của nhiệt động lực học, đó là: nguyên lý số không, nguyên lý thứ nhất, nguyên lý thứ hai và nguyên lý thứ ba Các nguyên lý này có thể áp dụng cho nhiều hệ vật lý, chỉ cần biết sự trao đổi năng lượng với môi trường và không phụ thuộc vào chi tiết tương tác trong hệ

ấy Albert Einstein đã từng phát biểu: “Nhiệt động học là lí thuyết vật lí duy

nhất tổng quát, trong khả năng ứng dụng và trong các cơ sở lí thuyết của nó

mà tôi tin rằng sẽ không bao giờ bị lật đổ.” [11]

b) Hệ nhiệt động: Hệ nhiệt động là một phần của thế giới vật chất hoặc

một không gian chứa đầy vật chất Hệ bao giờ cũng gắn liền với môi trường

của nó

Có thể phân chia hệ nhiệt động thành các hệ như hệ mở, hệ kín, hệ cô

lập Hệ mở là hệ có trao đổi khối lượng và năng lượng với môi trường xung quanh nó Hệ kín là hệ không trao đổi khối lượng với môi trường xung quanh nhưng có thể trao đổi năng lượng dưới các dạng khác nhau Hệ cô lập là hệ

không trao đổi khối lượng và năng lượng dưới bất kể dạng nào với môi trường xung quanh, nó hoàn toàn cô lập với các hệ khác

c) Nội năng: Nội năng là tổng tất cả các dạng năng lượng (trừ cơ năng

của toàn bộ hệ) có trong một hệ nhiệt động cô lập

Trong nhiệt động lực học, đại lượng quan trọng cần quan tâm là độ biến thiên nội năng ∆U khi hệ nhiệt động biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác Trong các quá trình chuyển trạng thái chỉ có động năng của các phân tử

và thế năng tương tác giữa chúng thay đổi Do đó, để đơn giản, theo quan điểm

vĩ mô, ta định nghĩa nội năng là dạng năng lượng bên trong của hệ, bao gồm

tổng động năng của chuyển động nhiệt của các phân tử và thế năng tương tác

Nội năng là một hàm của trạng thái Ứng với một trạng thái, hệ nhiệt động có một giá trị nội năng xác định, nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ T và thể tích V của hệ

Hàm nội năng có thể viết:

d) Công và nhiệt lượng:

Công: Công là một dạng năng lượng trao đổi giữa hệ và môi trường

(hoặc giữa các hệ với nhau) Công được kí hiệu là A

Xét một hệ nhiệt động chứa khí lí tưởng, biến đổi trạng thái theo một quá trình cân bằng vô cùng nhỏ có áp suất p và sự biến thiên thể tích dV thì hệ sinh công:

(2.2)

Công A’ mà hệ sinh ra trong quá trình cân bằng, biến đổi từ trạng thái (i)

có thể tích V1 đến trạng thái (f) có thể tích V2 được tính:

(2.3)

Ý nghĩa toán học của biểu thức này chính là

diện tích dưới đường cong biến đổi trạng thái của hệ

từ i đến f trên giản đồ pV như hình 2.1

A’ > 0 (A < 0) khi hệ nhiệt động sinh công

Nhiệt lượng: Nhiệt lượng (hay nhiệt) là năng lượng trao đổi giữa hệ và

môi trường gây nên dòng nhiệt khi có sự chênh lệch nhiệt độ

Khi hệ không trao đổi công với bên ngoài mà tăng nhiệt độ δT, ta nói hệ nhận một nhiệt lượng δ Q

Thương số phụ thuộc vào bản thân hệ và điều kiện của quá trình, gọi

là nhiệt dung của hệ Nếu hệ là một đơn vị khối lượng của chất thì thương số trên gọi là nhiệt dung riêng, ký hiệu là c Nếu hệ là một mol chất thì thương số trên gọi là nhiệt dung mol của chất, ký hiệu là C

Đối với chất khí, nhiệt dung mol phụ thuộc một cách rõ rệt vào quá trình biến đổi khi nhận nhiệt

Sự khác nhau giữa công và nhiệt lượng là ở chỗ: nhiệt lượng biểu hiện

sự vận động hỗn loạn của các phân tử có trong một hệ còn công biểu thị sự tương tác của hệ và môi trường, sản phẩm của ngoại lực tác dụng một cách có trật tự vào hệ

Công và nhiệt chỉ tồn tại trong quá trình thay đổi trạng thái của hệ Công

và nhiệt có thể chuyển hóa cho nhau và đều là hàm của quá trình nhiệt động

Sự biến thiên nội năng trong quá trình biến đổi trạng thái của một hệ nhiệt động sẽ chuyển hóa thành công và nhiệt Vì vậy có hai cách làm thay đổi nội năng là thực hiện công và truyền nhiệt

Công và nhiệt không thể định vị ở một nơi nhất định trong hệ, chúng có thể chuyển từ nơi này sang nơi khác, từ vật này sang vật khác và tuân theo sự chuyển hóa giữa các dạng năng lượng

e) Quá trình thuận nghịch và bất thuận nghịch

Quá trình thuận nghịch là quá trình biến đổi

của hệ từ trạng thái i sang trạng thái f và ngược lại

từ trạng thái f về trạng thái i mà hệ đó qua tất cả

các trạng thái trung gian như trong quá trình thuận

Đường biểu diễn quá trình thuận và nghịch trùng

nhau (Hình 2.2a)

Như vậy đối với quá trình thuận nghịch, sau

khi tiến hành quá trình thuận và quá trình nghịch

để đưa hệ về trạng thái ban đầu thì môi trường xung quanh không xảy ra một biến đổi nào cả

Qúa trình bất thuận nghịch là quá trình khi tiến

hành theo chiều nghịch từ trạng thái f về trạng thái i,

hệ không qua đầy đủ các trạng thái trung gian như

trong quá trình thuận từ i đến f Vì vậy trong quá trình

bất thuận nghịch, khi trở về trạng thái ban đầu thì môi

trường xung quanh bị biến đổi Đường biểu diễn quá

trình thuận và nghịch không trùng nhau (Hình 2.2b)

Quá trình thuận nghịch là quá trình lý tưởng, không có trong thực tế Trong thực tế chỉ xảy ra quá trình bất thuận nghịch Chiều biến đổi của các quá trình tự nhiên đều tiến tới trạng thái cân bằng Khi hệ đã ở trạng thái cân bằng thì không thể tự phát xảy ra quá trình đưa hệ tới trạng thái không cân bằng Tuy nhiên, quá trình thuận nghịch lợi nhất về phương diện công và nhiệt Vì vậy trong việc chế tạo máy nhiệt, nếu máy hoạt động theo các quá trình càng gần với quá trình thuận nghịch thì hiệu suất của máy càng cao

f) Máy nhiệt

Máy nhiệt là một hệ hoạt động tuần hoàn biến công thành nhiệt hoặc

ngược lại, biến nhiệt thành công

1 Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng

2 Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công gọi là tác nhân sinh công

3 Nguồn lạnh để thu nhiệt do tác nhân tỏa ra

Máy nhiệt được chia ra làm hai loại: động cơ nhiệt và máy lạnh

Cách phát biểu khác: “Nhiệt lượng truyền cho hệ trong một quá trình dùng

để sinh công và thay đổi nội năng của hệ”

Các phương trình (2.7) là biểu thức toán học của Nguyên Lý I

Các đại lượng ∆U, A, Q có thể dương, âm hoặc bằng 0

∆U > 0: nội năng của hệ tăng

∆U < 0: nội năng của hệ giảm

* Hệ quả của Nguyên lý I

Từ biểu thức của Nguyên lý I có thể rút ra các hệ quả sau:

a Nếu hệ thực sự nhận công và nhiệt A > 0, Q > 0 thì nội năng của hệ tăng ∆U >

0 Nếu hệ thực sự sinh công và toả nhiệt A < 0, Q < 0 thì nội năng của hệ giảm

b Đối với hệ cô lập khi không có trao đổi nhiệt và công với bên ngoài, A = Q = 0

thì ∆U = 0 hay U = const Vậy, nội năng của hệ cô lập được bảo toàn

Nếu hệ cô lập gồm hai vật chỉ trao đổi nhiệt với nhau và giả sử Q1 là nhiệt lượng của vật thứ nhất truyền cho vật thứ hai, Q2 là nhiệt lượng mà vật thứ hai nhận được thì:

Q1 + Q2 = Q = 0 hay Q1 = - Q2

Vậy, trong một hệ cô lập gồm hai vật chỉ trao đổi nhiệt thì nhiệt lượng mà

vật này toả ra bằng nhiệt lượng mà vật kia thu vào

c Đối với hệ biến đổi theo chu trình mà sau mỗi chu trình, hệ trở về trạng thái ban đầu, ta có ∆U = 0 hay U = const

Vậy, nội năng của hệ biến đổi theo chu trình kín được bảo toàn

d Khi hệ biến đổi theo chu trình

Từ biểu thức của Nguyên lý I suy ra A + Q = 0 hay

Do đó, trong một chu trình, công mà hệ nhận được có giá trị bằng nhiệt do

hệ toả ra bên ngoài hay công do hệ sinh ra có giá trị bằng nhiệt mà hệ nhận được

từ bên ngoài Từ hệ quả này, ta có thể phát biểu Nguyên lý I theo cách khác: Không

thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại một (động cơ vĩnh cửu loại một là loại động cơ có thể sinh công mà không cần tiêu thụ năng lượng hoặc chỉ tiêu thụ một phần năng lượng ít hơn công sinh ra)

* Mở rộng việc tính toán một số đại lượng cho các quá trình nhiệt động cần nghiên cứu trong lớp Chuyên Lý (Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học cho khí lý tưởng)

Nguyên lý I có nhiều ứng dụng khác nhau Tuy nhiên, trong chương trình vật lý phổ thông chỉ xét việc ứng dụng nguyên lý I để nghiên cứu các quá trình cơ bản của khí lý tưởng

a Quá trình đẳng tích

Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái của một hệ nhiệt động khi thể tích không đổi

Trong hệ toạ độ p-V, quá trình này

được biểu diễn bằng một đoạn thẳng song

song với trục Op Đoạn 1-2 trên Hình 2.4 ứng

với quá trình đẳng tích

Trong quá trình đẳng tích nên

công mà khối khí nhận vào là:

(2.8) Nhiệt mà khối khí nhận vào:

Độ biến thiên nội năng:

(2.10)

Với m: khối lượng khí

µ: khối lượng mol của khí

n: số mol khí

Vậy: Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ để làm

tăng nội năng của hệ