Đề tài: Vận dụng phương pháp mô hình hóa vào dạy học phần điện học trong chương trình Vật lý trung học phổ thông

Đề tài Vận dụng phương pháp mô hình hóa vào dạy học phần điện học trong chương trình Vật lý trung học phổ thông giới thiệu đến các bạn về mô hình và phương pháp mô hình hóa nói chung, phương pháp mô hình hóa trong vật lý và dạy học vật lý, cấu trúc, nội dung phần điện học trong chương trình vật lý trung học phổ thông và nhận diện một số dạng mô hình được sử dụng trong phần điện học. Mời các bạn cùng tham khảo.

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Phương pháp mô hình hóa là một trong những phương pháp nhận thức khoahọc đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng từ lâu, trong rất nhiềulĩnh vực như toán học, tin học, giáo dục, quản lí giáo dục,… Trong vật lý và dạyhọc vật lý cũng vậy Phương pháp mô hình hóa trong vật lý nói chung và dạy học

vật lý nói riêng có được đề cập trong một số giáo trình, bài giảng như: “Các kiểu tổ chức dạy học hiện đại trong dạy học vật lý ở trường phổ thông” của tác giả Đỗ Hương Trà, “Lí luận dạy học Vật lí 1” của tác giả Phạm Hữu Tòng, "Bài giảng Phương pháp dạy học vật lý ở trường THPT" của tác giả Phạm Kim Chung, … Tuy

nhiên trong những tài liệu đó các bài viết về phương pháp mô hình hóa chủ yếu vẫn

mang tính rất khái quát và không có nhiều thông tin Trong cuốn “Các kiểu tổ chức dạy học hiện đại trong dạy học vật lý ở trường phổ thông” của tác giả Đỗ Hương

Trà, phương pháp mô hình hóa trong vật lý và dạy học vật lý có được đề cập sâuhơn so với những tài liệu còn lại nhưng cũng không có nội dung nào nói về việcviệc vận dụng phương pháp mô hình hóa trong từng phần kiến thức thuộc chươngtrình vật lý ở trường phổ thông

Ngoài ra, hầu như chưa có một công trình nghiên cứu khoa học nào của sinhviên nghiên cứu vận dụng phương pháp mô hình hóa vào trong dạy học bằng việcvạch rõ các mô hình được sử dụng, mức độ áp dụng của phương pháp mô hìnhtrong một bài dạy, một tiết dạy cùng những chú ý của phương pháp mô hình trongquá trình giảng dạy tiết học đó

2 Tính cấp thiết của đề tài

Vật lý là một môn học có tính ứng dụng cao trong đời sống và trong kĩ thuậtnên môn học này thường đem lại nhiều hứng thú cho HS đặc biệt cho HS thích tìmtòi sáng tạo Tuy nhiên vật lý mang nhiều lý thuyết mới phức tạp Để học tốt mônhọc này người HS cần nắm chắc những kiến thức cũ và điều này không phải HSnào cũng thực hiện được Để giúp HS có thể dễ dàng tiếp cận với kiến thức mới và

củng cố lại những kiến thức cũ thì người GV cần có phương pháp dạy học phù hợp.Một thực trạng đang diễn ra hiện nay là nhiều GV vật lý phổ thông đang đứngtrước những vấn đề về tổ chức dạy học đáp ứng các yêu cầu của mục tiêu giáo dụclàm chỗ dựa cho các đổi mới một cách thực tế việc dạy và học vật lý Người GVngày nay càng có nhiều cơ hội tiếp cận một cách tự nhiên và dễ dàng qua nhiều conđường trực tiếp và gián tiếp với nhiều mô hình, nhiều phương pháp dạy học khácnhau đã và đang được áp dụng phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới Với mongmuốn giúp cho người GV vật lý có thể truyền đạt kiến thức tốt nhất cho HS thìphương pháp dạy học bằng mô hình là một trong những sự lựa chọn có thể đem lạihiệu quả cao Mô hình vật lí sẽ giúp cho HS có cái nhìn trực quan, bản chất về đốitượng đang xét đồng thời cụ thể hóa đối tượng vật lý Ngoài ra, mô hình có tínhsinh động sẽ giúp tăng sức hấp dẫn cho tiết dạy, bài dạy Các mô hình, dù là ở cấp

độ trừu tượng cao hay thấp cũng đều có giá trị to lớn trong nhận thức và tư duy.Phương pháp mô hình là một trong những phương pháp nhận thức khoa học đãđược vận dụng vào trong dạy học Phương pháp mô hình ngày càng trở nên quantrọng không chỉ trong vật lý mà còn trong các ngành xã hội và khoa học khác Phầnđiện học là một trong những phần được cho là khó khăn đối với HS Mô hình giúpcho GV có những bài dạy phần điện học hiệu quả hơn so với cách dạy truyềnthống, giúp HS có hứng thú học tập hơn

Vì vậy, với mong muốn vận dụng được nhiều phương pháp dạy học khác nhauvào giảng dạy vật lý nhằm mục đích nâng cao chất lượng dạy và học, chúng tôi

chọn đề tài “Vận dụng phương pháp mô hình hóa vào dạy học phần Điện học

trong chương trình Vật lý THPT” để nghiên cứu Nhóm thực hiện đề tài hi vọng

đây sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho nhiều sinh viên ngành sư phạm Vật lí

3 Mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài

3.1 Mục tiêu của đề tài

+ Nhận diện được các mô hình có thể sử dụng trong dạy học phần Điện học.+ Nêu rõ được các giai đoạn, các mức độ của việc áp dụng phương pháp mô

hình hóa trong quá trình dạy học môn Vật lý.

+ Thiết kế được một số giáo án Vật lý phần điện học trong chương trình Vật

lý THPT chương trình chuẩn có áp dụng các giai đoạn của phương pháp mô hìnhhóa trong quá trình dạy học

+ Kiểm nghiệm và đánh giá được tính khả thi của việc vận dụng phương pháp

mô hình hóa vào quá trình dạy học phần Điện học trong chương trình Vật lý THPT

3.2 Nhiệm vụ của đề tài

+ Tìm hiểu về phương pháp mô hình hóa

+ Tìm hiểu chương trình vật lí THPT phần Điện học

+ Thiết kế một số giáo án phần điện học chương trình chuẩn có sử dụngphương pháp mô hình

+ Kiểm nghiệm và đánh giá tính khả thi của đề tài thông qua:

 Nhờ giáo viên THPT giảng dạy theo các giáo án đã thiết kế, đánh giá ban đầu kết quả học tập ở HS

 Trao đổi với các thầy cô chuyên môn, xin ý kiến đóng góp

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Việc vận dụng phương pháp mô hình hóa trong dạy học

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Phần điện học trong chương trình Vật lý THPT

5 Nội dung nghiên cứu

- Nội dung 1: Tìm hiểu về mô hình và phương pháp mô hình hóa nói chung

- Nội dung 2: Tìm hiểu về phương pháp mô hình hóa trong vật lý và dạy học vật lý

- Nội dung 3: Tìm hiểu về cấu trúc, nội dung phần điện học trongchương trìnhvật lý THPT và nhận diện một số dạng mô hình được sử dụng trong phần điện học

- Nội dung 4: Thiết kế một số giáo án có sử dụng phương pháp mô hìnhtrong phần Điện học chương trình chuẩn

- Nội dung 5: Kiểm nghiệm, đánh giá.

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí luận: Trên cơ sở những tài liệu sưu tầm được,

chúng tôi phân tích và tổng hợp thành những nội dung cơ sở lý luận của đề tài

- Phương pháp chuyên gia: Soạn phiếu hỏi ý kiến các thầy cô giáo thuộc bộmôn vật lí trường Đại học Hùng Vương và các thầy cô ở trường THPT Vũ ThêLang về những nội dung của đề tài quan tâm

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm:

+ Lựa chọn lớp thực nghiệm và lớp đối chứng là hai lớp 11 và hai lớp 12trường THPT Vũ Thê Lang;

+ Nhờ một số giáo viên ở trường THPT Vũ Thê Lang giảng dạy các giáo án

mà nhóm tác giả đã thiết kế;

+ Đánh giá ban đầu hiệu quả của việc vận dụng phương pháp mô hình thôngqua bài kiểm tra trên lớp đối chứng và thực nghiệm

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Mô hình

1.1.1 Khái niệm mô hình

Khái niệm mô hình được sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thông dụnghàngngày với những ý nghĩa rất khác nhau Trong các môn khoa học tự nhiên HSthường gặp mô hình tế bào, mô hình động cơ đốt trong, tức là vật chất có cấu tạokhông gian giống như vật chất mà ta cần nghiên cứu Mô hình nguyên tử, mô hìnhphân tử lại mô tả những vật thể mà ta chỉ biết được những tính chất của chúng chứkhông quan sát trực tiếp được

Trong vật lí, mô hình được định nghĩa như sau: “Mô hình là một hệ thốngđược hình dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất Hệ thống đó phảnánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu (đối tượng gốc) hoặc tái tạo

nó, vì vậy nghiên cứu mô hình sẽ cho ta những thông tin về đối tượng gốc” [7,

tr.63].

Theo định nghĩa này, cần đặc biệt chú ý đến sự khác biệt giữa mô hình với đối

tượng vật chất Một mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng vật chất.

Cùng một đối tượng vật chất nhưng có thể có thể có nhiều mô hình khác nhau

Theo Halbwachs: “ Những dấu hiệu bao gồm trong các hình vẽ, các giản đồ, các kí hiệu toán học hay đơn giản hơn, những mệnh đề được thành lập bởi các từ, những hệ thống sẽ được dùng để biểu diễn cảnh huống Với một hệ thống các dấu hiệu như trên, chúng ta gọi là một mô hình”.

Khái niệm “mô hình”, theo định nghĩa chung nhất của nó thì là một cái gì đó(một vật thể, một phương trình ) nó cho phép thay thế cái nguyên gốc này bởi sựtrung gian giúp cho dễ hiểu hơn đối với nhận thức Quan hệ giữa mô hình với thực

tế có thể hoặc là sự tương tự về hình thức bề ngoài, hoặc là sự tương tự cái cấu trúc

bị che khuất, hoặc là sự tương tự chức năng, hiệu quả

1.1.2 Tính chất và phân loại của mô hình

a Tính chất của mô hình

Vì mô hình chỉ phản ánh một số thuộc tính bản chất của đối tượng vật chấtnên một đối tượng có thể có nhiều mô hình đại diện cho nó Sau khi tham khảochúng tôi thấy, mô hình có những tính chất sau:

* Tính tương tự vật gốc:

Một hệ thống chỉ có thể được coi là mô hình của vật gốc khi có thể chuyểnđược những kết quả nghiên cứu trên mô hình sang vật gốc Nghĩa là nó có sự tương tựgiữa mô hình và vật gốc Sự tương tự đó có thể là đồng cấu hoặc đẳng cấu

Sự tương tự có thể về cấu trúc, khi đó sự tương tự chủ yếu ở mối quan hệgiữa các phần tử của hai hệ thống Cũng có thể là sự tương tự về chức năng, nghĩa

là các phần tử tương ứng của hai hệ thống có chức năng giống nhau nhưng cấu trúc

có thể khác nhau Sự tương tự cũng có thể giống nhau hay không giống nhau hoàntoàn ở kết quả các quá trình trong hai hệ thống Các phần tử thuộc hai hệ thống nàykhông có điểm nào giống nhau nhưng kết quả thu được trong quá trình biến đổitoán học lại phù hợp với kết quả thu được bằng thực nghiệm

Trong dạy học vật lí, tính chất tương tự với vật gốc của mô hình có ý nghĩaquan trọng Sử dụng tính chất này khi xây dựng mô hình, HS được rèn luyện mộtloạt các thao tác tư duy, được phát triển niềm tin vào mối liên hệ có tính khái quát,

có tính quy luật của các sự vật, hiên tượng tự nhiên đa dạng, phong phú Sử dụngtính chất này còn nâng cao hiệu quả giờ học, thể hiện trước hết ở tính sâu sắc, tính

hệ thống của các kiến thức vì nó tạo điều kiện cho HS liên hệ cái chưa biết với cái

đã biết, phát hiện các mối quan hệ giữa các hệ thống khác nhau ở các phần khácnhau của vật lí cũng như những dấu hiệu giống và khác nhau của chúng

* Tính đơn giản:

Thực tế khách quan vô cùng đa dạng và phong phú Mỗi mô hình chỉ phảnánh một thuộc tính nào đó của thực tế Trong khi xây dựng mô hình ta phải thựchiện các thao tác trừu tượng hóa, khái quát hóa những thao tác ấy bao giờ cũng dẫnđến một sự đơn giản hóa vì ta đã tước bỏ những chi tiết thứ yếu, chỉ còn lại nhữngthuộc tính và những mối liên hệ bản chất Như vậy, tính đơn giản của mô hình là

một tất yếu khách quan, nó mang lại hiệu quả lớn lao trong việc sử dụng mô hình.Nhờ tính đơn giản này của mô hình mà nhà nghiên cứu có thể nắm chắc những vấn

đề cơ bản của thực tế khách quan, khái quát hóa chúng mà rút ra những quy luật.Nếu không dùng những mô hình đơn giản để nghiên cứu mà nghiên cứu ngaynhững hiện tượng thực tế phức tạp thì nhiều trường hợp quy luật bị lu mờ và nhànghiên cứu có thể bị nhầm lẫn

* Tính trực quan:

Trước hết tính trực quan của mô hình thể hiện ở chỗ dễ dàng nhận biết bằngcác giác quan Ta có thể cảm giác tri giác, trực tiếp trên mô hình, nhưng nhiều khikhông làm được việc đó trên các hiện tượng thực tế

Tính trực quan cũng thể hiện ở chỗ ta đã vật chất hóa những tính chất, nhữngquan hệ không thể trực tiếp tri giác được Khái niệm trực quan còn được mở rộngtrong trường hợp mô hình không trực tiếp diễn tả hiện tượng thực tế mà so sánh vớimột hiện tượng thực tế khác mà ta có thể tri giác bằng giác quan được Rõ ràngmức độ trực giác gián tiếp còn phụ thuộc vào vốn hiểu biết của chính chủ thể, dochủ thể đã tích lũy được từ trước

Một số mô hình có thể nhận biết trực tiếp bằng trực giác Còn những mô hình

lí tưởng giúp ta “ vật chất hóa” các tính chất, các mối quan hệ không thể tri giácđược Mô hình lí tưởng giúp ta tưởng tượng ra các tính chất và các mối quan hệ này

Ý nghĩa của tính trực quan của mô hình trong dạy học thể hiện ở chỗ, làm cho HS

dễ hình dung các hiện tượng vật lí không thể quan sát trực tiếp được, dễ hiểu hơncác khái niệm trừu tượng

* Tính quy luật riêng:

Khi xây dựng mô hình, người ta một hệ thống để mô tả đặc tính của vật gốc

Hệ thống này tuân theo những quy luật riêng, nhiều khi không còn giống quy luậtbiến đổi của vật hoặc hệ thống vật gốc Từ sự vận động của các quy luật riêng cóthể rút ra kết luận thì kết luận mới có khả năng chuyển tải sang hệ thống thực

Nhờ tính chất này mà với mô hình ta không chỉ dừng lại ở sự mô tả, tìm hiểucác tình huống vật lí mà còn phát hiện ra những tính chất mới, cung cấp nhữngthông tin mới.

* Tính lí tưởng:

Mô hình xuất phát từ thực tiễn, được xây dựng dựa trên thực tiễn và phảnánh thực tiễn Nhưng khi ta mô hình hóa một vật, một mối quan hệ nào đó ta đãthực hiện một sự trừu tượng hóa, khái quát hóa, phản ánh các thuộc tính của vật thể

ở mức hoàn thiện cao Như vậy mô hình nào cũng có tính lí tưởng ít hay nhiều Một

mô hình vật lí chỉ phản ánh đến một mức độ nhất định, một vài mặt của một tìnhhuống vật lí

Mô hình có chức năng đại diện tức là phản ánh thực tiễn nhưng sau sự trừutượng hóa và khái quát hóa cao thì mô hình trở nên lí tưởng Có nghĩa là không có

mô hình nào mô tả hoặc giống hệt thực tiễn ở mọi khía cạnh, bởi vì nếu mô hìnhgiống hệt thực tiễn thì nó không còn tính đại diện nữa và nó mất đi tính ưu việt

Mô hình có tính lí tưởng càng cao thì càng tổng quát, càng bao trùm đượcnhiều đối tượng, càng giúp ta nhận thức được những nét chung nhất của hiện tượngnhưng khi đưa vào thực tế gặp nhiều khó khăn vì ta phải bổ sung vào cấu trúcchung của mô hình rất nhiều yếu tố cụ thể phù hợp với các tính chất đối tượngnghiên cứu

b Phân loại mô hình

 Dựa vào đối tượng nghiên cứu, mô hình được chia làm 2 loại:

* Mô hình vĩ mô

Mô hình vĩ mô là những mô hình có được từ sự đơn giản hóa các đối tượng

vĩ mô cần nghiên cứu Những mô hình này có tác dụng giúp đơn giản hóa vật thực

để nghiên cứu các đối tượng thực nhưng chúng có mức độ trừu tượng thấp, không

có vai trò trong việc xây dựng lí thuyết mới

* Mô hình vi mô

Mô hình vi mô là những mô hình quan niệm về những đối tượng, những thựcthể không thể quan sát trực tiếp.

Các mô hình này mức độ trừu tượng cao, chúng có tác dụng lớn trong việcxây dựng các lí thuyết vật lí, gồm có hai loại sau:

+ Mô hình lượng tử: là hình ảnh về đối tượng vi mô theo lí thuyết lượng tử,

là mô hình biểu tượng có mức độ trừu tượng cao nhất

+ Mô hình toán học (mô hình kí hiệu): biểu diễn cấu trúc bằng hệ thống cácphương trình, các đường hình học…

 Dựa vào vật liệu của mô hình, có thể chia làm 3 loại:

* Mô hình vật chất: là mô hình vật thể trên đó phản ánh những tác động cơ

bản về mặt hình học, Vật lý học, động lực học, chức năng học của đối tượng nghiêncứu Loại mô hình này chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức, khicần hình thành những biểu tượng hoặc thu thập những kiến thức có tính chất kinhnghiệm

* Mô hình lí tưởng: Là những mô hình trừu tượng trên đó về nguyên tắc

người ta chỉ áp dụng những thao tác tư duy lý thuyết Các mô hình lý thuyết có thể

có nhiều loại, tuân theo mức độ trừu tượng khác nhau, gồm có:

+ Mô hình kí hiệu: là hệ thống những lý luận được dùng để mô tả, thay thếnhững sự vật, hiện tượng Vật lý thực (mô hình công thức toán, mô hình đồ thị, môhình logic toán,…)

+ Mô hình biểu tượng: là dạng trừu tượng nhất của mô hình lý tưởng, những

mô hình trừu tượng không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà chỉ có trong tưduy của ta Ta chỉ nên algorit để tạo ra mô hình rồi hình dung nó trong óc chứkhông cần làm ra mô hình cụ thể

1.2 Phương pháp mô hình hóa

Cơ sở lí thuyết của phương pháp mô hình là lí thuyết tương tự Theo một sốtài liệu mà chúng tôi tham khảo thì sự giống nhau một phần về tính chất hay về cácmối quan hệ có thể chuyển những thông tin thu thập được từ một đối tượng này

sang một đối tượng khác Sự suy luận tương tự chỉ mang tính chất là giả thuyết, lànguồn gốc tri thức mới Những nhận thức đó chỉ trở thành nhận thức khoa học khichúng được kiểm tra và xác nhận bằng thực nghiệm.

Cùng với sự phát triển chung của khoa học, vật lí học lượng tử và cơ họctương đối dẫn đến việc phải xem xét lại các nguyên tắc khoa học luận Trước đâycác nhà thực nghiệm đã xem hoạt động khoa học như là công việc khám phá cácđịnh luật của tự nhiên, cũng giống như hoạt động của các nhà thám hiểm tự nhiênphát hiện được các miền đất lạ chưa ai biết Họ chỉ tin tưởng những gì có thể quansát và đo lường trực tiếp Ngày nay với vật lí lượng tử, khi mà các định luật của cơhọc cổ điển không còn áp dụng cho các hạt vi mô thì phương cách nhìn thực tạitheo các quan điểm duy thực và thực chứng đã bị đảo lộn Các quan điểm này hạnchế khả năng của con người tiếp tục đi sâu nhận thức thế giới Một đường lối tiếpcận cái mới được gợi lên từ câu nói sau đây của Albert Einstein: “ Trong nỗ lực đểthấu hiểu vũ trụ của chúng ta, chúng ta phần nào giống như một người cố gắngchiêm ngưỡng cái cơ cấu của một chiếc đồng hồ được che kín Anh ta nhìn mặtđồng hồ, xem các kim chuyển động, nghe tiếng tích tắc, nhưng không có cách nào

mở cái hộp đựng máy ra Nếu anh ta là một kỹ sư, anh ta có thể hình dung một hìnhảnh nào đó của cái chi phối tất cả cái mà anh ta quan sát, nhưng anh ta không baogiờ tin chắc rằng hình ảnh ấy là duy nhất có thể giải thích được các quan sát củamình Anh ta sẽ không bao giờ có điều kiện đối chiếu hình ảnh đó với cơ cấu thực,

và thậm chí anh ta cũng không thể hình dung được khả năng hay ý nghĩa của một

sự đối chiếu như thế”

Nếu dựa trên việc xây dựng mô hình lí thuyết (mô hình trong tư duy) của đốitượng gốc và nghiên cứu trên mô hình, tức là vận hành mô hình lí thuyết (tiến hànhthí nghiệm trong tư duy bằng các thao tác lí thuyết, thao tác logic) để rút ra câu trảlời cần có, nó có tính chất là một điều tiên đoán về đối tượng gốc (và sẽ kiểm tra,đối chiếu với thực nghiệm) thì phương pháp nhận thức này được gọi là phương

pháp mô hình hóa (phương pháp mô hình hóa lí thuyết hoặc phương pháp thựcnghiệm trong tư duy)

1.3 Phương pháp mô hình hóa trong vật lí

Trong phương pháp mô hình, người ta dựng lại những tính chất cơ bản của vậtthể, hiện tượng, quá trình và mối quan hệ giữa chúng dưới dạng mô hình Việcnghiên cứu trên mô hình sẽ thay thế cho việc nghiên cứu trên chính đối tượng thựctiễn, những kết quả nghiên cứu trên mô hình sẽ chuyển sang cho những đối tượnggốc cho phép ta thu được những thông tin mới về đối tượng gốc

1.3.1 Vị trí, vai trò của phương pháp mô hình hóa trong vật lí

Trong lịch sử vật lí, phương pháp mô hình đóng vai trò rất quan trọng trongviệc xây dựng và hoàn chỉnh các thuyết Không có mô hình về ête vũ trụ thì trongbối cảnh lịch sử khoa học thế kỉ 19 không thể xây dựng được lí thuyết về các hiệntượng điện từ Macxoen dùng mô hình ête vũ trụ để xây dựng các phương trìnhMacxoen Mặc dù được xây dựng từ mô hình cơ học là ête giả định nhưng khôngmang trong chúng một hệ số đặc trưng nào cho môi trường đó, trong những trườnghợp này mô hình là phương tiện, công cụ nhận thức tương tự như “bộ giàn giáo” đểxây dựng tòa nhà, khi xây xong thì “bộ giàn giáo” bị dỡ bỏ

Những mô hình được sử dụng đầu tiên trong vật lí học là mô hình vĩ mô Từgiữa thế kỉ 19 xuất hiện các mô hình vi mô Thế kỉ 20 xuất hiện mô hình lượng tử

Ví dụ sự phát triển của các mô hình về cấu tạo nguyên tử Đầu tiên là mẫu cổ điển

do Thômsơn đưa ra vào năm 1906: nguyên tử gồm các electron nằm trong một môi trường điện tích dương, electron di chuyển trong môi trường điện tích dương hình cầu và các electron phân bố thành từng lớp Mẫu này giải thích được định tính một

số tính chất của các nguyên tử nhưng không được thành công lắm Mẫu Thômsơnkhông giải thích được sự tán xạ của chùm hạt ở trên lá vàng Năm 1915, Somefod

cho rằng: electron chuyển động theo quỹ đạo hình elip, mô men động lượng của electron trên quỹ đạo cũng khác nhau Mẫu này không giải thích được sự tách vạch

quang phổ trong từ trường ngoài Đến năm 1916, ông đưa thêm vào mẫu của mình:

hình chiếu của mô men từ lên phương của từ trường ngoài cũng được lượng tử hóa.Năm 1925, Gao Smit và Ulnibec lại bổ sung mỗi electron có mô men quay riênggọi là Spin Cuối cùng là mẫu nguyên tử theo cơ học lượng tử

Nhờ áp dụng phương pháp mô hình mà trong nhiều trường hợp đã làm xuấthiện những lí thuyết mới Chẳng hạn mô hình sóng Đơbrơi đã dẫn đến cơ họclượng tử

Nhờ phương pháp mô hình hóa, thu được các kết luận với tư cách là các mô hình

hệ quả logic của thuyết hoặc giả thuyết khoa học Những hệ quả này cho phép:

- Giải thích một cách lí thuyết những sự kiện thực tế, những định luật thựcnghiệm (đã thu được bằng phương pháp thực nghiệm), nhờ đó có thể khẳng địnhgiá trị khoa học của các tri thức mới đó

- Đối chiếu với các bằng chứng thực nghiệm đã được khẳng định để kiểm trakhẳng định giá trị của các thuyết, hoặc giả thuyết khoa học được dùng làm cơ sở xuấtphát cho việc xây dựng và vận hành mô hình; hoặc để xem xét chỉnh lí, bổ sung hoặcbác bỏ thuyết hoặc giả thuyết đã được sử dụng để rút ra các hệ quả đó

- Tiên đoán những sự kiện, hiện tượng thực tế, các định luật của thực tếkhách quan mà tiếp đó sẽ được kiểm tra, hợp thức hóa nhờ phương pháp thựcnghiệm để xây dựng được tri thức mới Một mô hình không phải chỉ dùng để mô tả

và giải thích các hiện tượng vật lí mà nó còn dùng để tiên đoán những hiện tượngmới Không có chức năng tiên đoán này, mô hình mất đi vai trò quan trọng của nótrong khoa học

1.3.2 Các giai đoạn của phương pháp mô hình hóa trong vật lí

Cơ sở lí thuyết của phương pháp mô hình là lí thuyết tương tự, các kết luận rút ra từ sự tương tự có tính giả thuyết, vì vậy mô hình cũng có tính giả thuyết Đây

là hai phương pháp cơ bản để xây dựng giả thuyết khoa học

Các giai đoạn của phương pháp mô hình:

* Giai đoạn 1: Lựa chọn, xây dựng mô hình, thay thế đối tượng gốc bằng “vật đại

diện” chỉ tồn tại trong tư duy nhà nghiên cứu, chỉ có những tính chất và mối quan

hệ chính của đối tượng gốc mà nhà nghiên cứu quan tâm

Nghiên cứu các tính chất của đối tượng gốc bằng quan sát thực nghiệm xácđịnh được một tập hợp tính chất của các đối tượng làm cơ sở xây dựng mô hình.Giai đoạn này là cơ sở để xây dựng mô hình

* Giai đoạn 2: Dựa vào kết quả của sự tương tự, hình dung sơ bộ về đối tượng

nghiên cứu

Ở giai đoạn này, trí tưởng tượng và trực giác nhạy bén giữ vai trò quan trọng

mà nhờ chúng người ta có thể suy ra những tính chất và các mối quan hệ của đốitượng nghiên cứu và thay thế nó bằng mô hình chỉ mang tính chất và các mối quan

hệ mà ta quan tâm

Lúc đầu mô hình chỉ tồn tại trong óc, nó có thể trở thành mô hình thật (khingười nghiên cứu dùng phương pháp mô hình vật chất), còn trong trường hợp môhình là lí tưởng người ta đem đối chiếu biểu tượng với vật thật đã biết

* Giai đoạn 3: Thao tác trên mô hình (vận hành mô hình để rút ra kết luận với

tính cách là một hệ quả lôgic)

Sau khi xây dựng mô hình, người ta áp dụng những phương pháp lý thuyếthoặc thực nghiệm khác nhau từ tư duy trên mô hình và thu được kết quả, nhữngthông tin mới

Với các mô hình vật chất, người ta làm thí nghiệm thực trên đó để kiểmchứng hiệu quả

Với các mô hình lí tưởng người ta tiến hành suy luận lôgic (các thao tác tưduy lí thuyết) trên nó kết hợp chặt chẽ với logic của ngôn ngữ toán học phù hợp.Trong quá trình mô hình vận hành (trong óc, nhờ tưởng tượng), người ta hình dung

ra các đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất của mô hình (các đại lượng vật lí líthuyết), hình dung ra sự biến đổi của chúng khi mô hình hoạt động, hình dung ramối quan hệ giữa chúng (biểu diễn bằng các công thức toán học mô tả trong các

phương trình vật lí lí thuyết) Sau đó người ta hình dung kiểm chứng chúng bằngthí nghiệm tưởng tượng thuần túy Hệ quả rút ra từ suy luận và thí nghiệm tưởngtượng phải được chuyển về từ đối tượng nghiên cứu để phân định xem mô hình cóphù hợp với đối tượng hay không Thí nghiệm tưởng tượng tuy không có thựcnhưng có thể thực hiện được và có vai trò rất lớn trong khoa học Trong phươngpháp mô hình lí tưởng người ta đã biết trước hành vi của mô hình trong những điềukiện xác định Điều người ta muốn tìm hiểu thêm là hệ quả của những hành vi đónhư thế nào Thí nghiệm tưởng tượng thực chất là một thao tác lôgic chứ khôngphải là một phương pháp nghiên cứu khách quan, những kết quả trên mô hình phảiđược chuyển về đối tượng nghiên cứu xem có phù hợp hay không.

* Giai đoạn 4: Xử lí kết quả

- Nếu bản thân mô hình là một phần tử cấu tạo của nhận thức thì cần phảikiểm tra sự đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu được từ mô hình vớinhững kết quả thu được trực tiếp bằng đối tượng gốc Nếu sai lệch thì phải điềuchỉnh ngay chính mô hình, có trường hợp phải bỏ hẳn mô hình đó và thay bằng một

mô hình khác

- Nếu bản thân mô hình không phải là đối tượng của nhận thức mà chỉ làphương tiện để nghiên cứu thì việc xử lí kết quả, hợp thức mô hình là phải phântích những kết quả thu được trên mô hình thành những thông tin về đối tượngnghiên cứu, nếu những thông tin ấy không phù hợp cũng phải chỉnh lí lại mô hình.Trong nhiều trường hợp mô hình chỉ phản ánh được một hay một số mặt của đốitượng nghiên cứu, còn nhiều mặt khác thì không phản ánh được, thậm chí phản ánhsai lệch Những mô hình đã được kiểm nghiệm trên thực tế là những mô hình hợpthức và dùng để phản ánh một số mặt của thực tế khách quan Nó có thể thay đổi,hoàn chỉnh thêm hoặc bị bác bỏ khi người ta có thêm thông tin chính xác hơn vềđối tượng gốc

- Kiểm tra khả năng có thể chấp nhận được của kết quả để có thể chuyển kếtquả về đối tượng gốc, hợp thức hóa mô hình bằng cách đối chiếu với thực nghiệm,

chỉnh lí, bổ sung kết quả hoặc mô hình nếu cần Thực nghiệm kiểm chứng tínhđúng đắn của mô hình sẽ được thẩm định nếu thực nghiệm kiểm chứng phù hợp với

hệ quả được tiên đoán, khi đó mô hình được chấp nhận (được hợp thức hóa), cònngược lại thì phải điều chỉnh mô hình hoặc loại bỏ và thay thế bằng mô hình giảthuyết khác và khi đó phải quay về bước xây dựng mô hình

Một đối tượng (hay một loại đối tượng cùng loại) có thể có nhiều mô hình đạidiện, các mô hình này có thể hoàn toàn khác nhau, không thể bằng bất cứ một sự cốgắng nào để hợp nhất chúng

1.4 Phương pháp mô hình hóa trong dạy học vật lí

1.4.1 Vai trò của mô hình trong dạy học vật lí

Ở nhà trường phổ thông, chúng ta có thể sử dụng phương pháp mô hình nhưmột phương pháp độc lập trong việc dạy học một số kiến thức vật lí Việc dạy họcvật lí không chỉ giới hạn trong việc truyền thụ cho HS những tri thức của bộ mônnày, mà điều quan trọng hơn là qua đó hình thành cho HS năng lực nhận thức sángtạo đối với thế giới tự nhiên, năng lực phản ánh thế giới hiện thực Do đó cần phảitạo điều kiện để cho hoạt động học tập ngày càng tốt đối với tiến trình xây dựng trithức của các nhà khoa học vật lí Làm được như vậy, HS sẽ vừa tiếp nhận được trithức, vừa tiếp nhận được con đường nhập cuộc vào xây dựng tri thức vật lí HS sẽkhông mơ hồ trong việc phải vượt qua những trở ngại khoa học để hiểu đúng đắnbản chất và vai trò của các lí thuyết khoa học, biết kiến tạo lí thuyết đó, nhằm hiểubiết sâu rộng hơn về tri thức khoa học

Xuất phát từ những quan niệm trên, các nhà khoa học cho rằng cần vận dụngphương pháp mô hình đã và đang được dùng trong các lí thuyết bộ môn vật lí vàoviệc giảng dạy bộ môn này trong nhà trường

Trong nghiên cứu khoa học vật lí, mô hình và phương pháp mô hình có chứcnăng nhận thức, nó giúp ta phát hiện ra những đặc tính mới, hiện tượng mới, quyluật mới Nếu xem xét quá trình học tập của HS là một quá trình hoạt động nhậnthức thì mô hình cũng có chức năng như trong nghiên cứu khoa học vật lí Phương

pháp mô hình là phương pháp quan trọng trong khoa học vật lí Học tập vật lí sửdụng phương pháp mô hình cùng với những phương pháp nhận thức khác giúp chohoạt động nhận thức của HS thuận lợi, hiệu quả và đảm bảo tính khoa học hơn.Mặc dù HS nhiều khi không đủ khả năng để xây dựng mô hình, nhưng bằng cáchnày hay cách khác GV có thể sử dụng mô hình như phương tiện để HS hoạt độngnhận thức.

Trong khoa học, mô hình vật chất có tác dụng hạn chế nhưng trong dạy học

ở cấp độ phổ thông thì loại mô hình này lại có tác dụng quan trọng giúp HS hiểuđược những điều không quan sát được trực tiếp (hoặc phức tạp khó hiểu)

Ví dụ như trong nghiên cứu khoa học, những mô hình vật chất có vai trò rấthạn chế vì nó ít mang lại những thông tin mới khi thao tác trên mô hình Nhưngtrong dạy học, nhiều mô hình lại có tác dụng quan trọng làm cho HS hiểu đượcnhững cái không quan sát trực tiếp được

Mô hình lí tưởng có vai trò quan trọng trong khoa học nhưng để xây dựng và

sử dụng nó đòi hỏi HS có tư duy trừu tượng phát triển ở trình độ khá cao, phải cókiến thức, kinh nghiệm bản thân dồi dào, có cơ sở thực nghiệm phong phú, nhưngvới loại mô hình này, HS vẫn cần được biết, cần được trải qua những giai đoạnquan trọng của những phát minh khoa học quan trọng khi xây dựng mô hình đểhình dung được người ta đã xây dựng chúng như thế nào và quan trọng hơn, đó là

HS hiểu được bản chất giả định và giá trị to lớn của mô hình trong nhận thức (giảithích và tiên đoán) thế giới khách quan Bởi vậy, trong dạy học ở trường phổ thông,trong khuân khổ bài học không cho phép chúng ta tổ chức quá trình học tập sao cho

HS hoàn toàn “khám phá lại” các định luật vật lí, xây dựng các mô hình nhưngcũng phải để cho HS “trải nghiệm” những giai đoạn của sự phát minh khoa học,hiểu được ý nghĩa của các sự kiện xuất phát, vai trò của mô hình, tầm quan trọngcủa sự kiểm tra bằng thực nghiệm những hệ quả lí thuyết Trong dạy học vật lí ởtrường phổ thông, ta ít có điều kiện để áp dụng đầy đủ các giai đoạn của phươngpháp mô hình để giải quyết một vấn đề nhận thức Tùy theo hoàn cảnh cụ thể về

trình độ HS, nội dung vấn đề, phương tiện thí nghiệm mà định ra mức độ tham giacủa HS một cách hợp lí vào các giai đoạn của phương pháp mô hình.

1.4.2 Những yêu cầu khi dạy về các mô hình lí tưởng trong vật lí

Việc dạy học các mô hình vật lí dù là loại nào cũng cần thỏa mãn các yêucầu sau:

* Làm rõ giá trị của mô hình:

Các mô hình, dù là ở cấp độ trừu tượng cao hay thấp cũng đều có giá trị tolớn trong nhận thức (chức năng giải thích) và tư duy (chức năng tiên đoán):

- Các mô hình vật lí là công cụ để giải thích thực tại khách quan: Mô hình cómức độ trừu tượng càng cao thì giá trị giải thích càng sâu sắc và giá trị giải thíchtrong phạm vi thực tại càng rộng lớn

- Các mô hình có giá trị tiên đoán, vì thế đó là công cụ mạnh mẽ để tư duy:Các mô hình có trước có mức độ trừu tượng nhất định là cơ sở để nghiên cứu vàlĩnh hội các mô hình mức độ trừu tượng cao hơn

* Làm rõ tính giả định (bản chất giả thuyết) của mô hình:

Mặc dù mô hình có giá trị giải thích và tiên đoán thực tại nhưng bản chất của

nó là giả định Mô hình là kết quả của sự xây dựng, óc sáng tạo khoa học, nó sẽluôn còn giá trị trong một phạm vi giải thích nhất định và ở mức độ sâu sắc nhấtđịnh nhưng nó có thể được thay bằng mô hình tốt hơn, có thể khác biệt hoàn toànvới mô hình trước đó và mô hình mới có thể có phạm vi giải thích rộng hơn baotrùm các mô hình trước đó, mức độ giải thích có thể sâu sắc hơn… Vì thế khi dạyhọc mô hình không nên gieo vào đầu HS sự tin tưởng tuyệt đối vào bất cứ mô hìnhnào, nhất là các mô hình biểu tượng, mà nên chỉ luôn cho họ thấy giá trị của nó songsong với những giá trị mà nó có thể gặp phải và nhất định sẽ có mô hình tốt hơn, phùhợp hơn để giúp người ta vượt qua khó khăn đó…

Làm rõ bản chất giả định của mô hình là giúp cho HS không nhầm lẫn giữa

mô hình và thực tại khách quan mà nó đại diện, là dạy học tuân theo những quy luậtcủa nhận thức luận hiện đại, là góp phần trang bị nhận thức luận đúng đắn cho HS

1.4.3 Các mức độ sử dụng phương pháp mô hình hóa trong dạy học vật lí

Phương pháp mô hình được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu vật lí, nhưngđồng thời cũng còn rất nhiều khó khăn đòi hỏi ở HS một trình độ tư duy phát triển,một vốn hiểu biết rộng rãi

Khi đưa vào dạy học ở trường phổ thông, ta thường không áp dụng đầy đủ cáckhâu của phương pháp mô hình để giải quyết trọn vẹn một vấn đề Trong trường hợpnày ta chỉ quan tâm đến việc xây dựng mô hình của một hiện tượng và dừng lại ởviệc sử dụng mô hình để giải thích hiện tượng đó Trong trường hợp khác ta lại chú ýđến việc giải thích một hiện tượng mới dựa vào một mô hình đã có sẵn mà HS không

có khả năng xây dựng được Ta phải làm như vậy là vì:

- Có sự khác nhau cơ bản giữa mục đích nghiên cứu của nhà vật lí và mụcđích dạy học của người GV Mục đích nghiên cứu của nhà vật lí là phải tìm chođược cái mới, còn mục đích dạy học là bước đầu tập luyện cho HS cách suy nghĩsáng tạo, rèn luyện kĩ năng Cho nên có thể làm từng bước từng phần tùy theohoàn cảnh cụ thể

- Do sự khống chế của thời gian, điều kiện trang thiết bị của nhà trường,trình độ khoa học của GV và HS Đối với học sinh có học lực trung bình thì hầu hết

sử dụng phương pháp mô hình đến mức độ 3, còn với học sinh học lực khá trở lên

có thể tham gia sử dụng mô hình ở mức độ 4 Riêng đối với các em có nhận thứctốt, các em có thể sử dụng mô hình ở cả 5 mức độ

Trên cơ sở tham khảo các tài liệu, chúng tôi nhận thấy hầu hết các tài liệu đãthống nhất những hình thức sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lí phổthông theo mức độ yêu cầu cần đạt đối với HS có trình độ từ thấp đến cao là:

* Mức độ 1:

GV trình bày các sự kiện thực tế mà HS không thể giải thích bằng kiến thức kinh nghiệm đã có, sau đó đưa ra mô hình mà các nhà khoa học xây dựng, HS vận dụng nó để giải thích các hiện tượng trên Ở mức độ này,HS có phần thụ động tiếp

thu mô hình, điều quan trọng là họ phân biệt được mô hình và thực tế và sử dụng được mô hình để giải thích thực tế.

* Mức độ 2:

HS sử dụng mô hình mà GV đưa ra để giải thích các hiện tượng khác tương

tự hiện tượng ban đầu nằm trong phạm vi giải thích của mô hình để thấy rõ giá trịgiải thích của mô hình

* Mức độ 3:

HS sử dụng mô hình GV đưa ra để tiên đoán hiện tượng mới trên cơ sở đãhiểu rõ về mô hình mà giáo viên đưa ra cùng với kiến thức mình đã có Mức độ nàythường áp dụng cho HS có học lực khá trở lên Tùy vào năng lực của HS mà các

em có những tiên đoán về hiện tượng mới khác nhau

* Mức độ 4:

HS dưới sự hướng dẫn của GV tham gia vào cả bốn giai đoạn của việc xâydựng mô hình, nhờ đó nắm vững tính năng của mô hình và sử dụng nó để giải thíchcác vấn đề nhận thức

Sau khi xây dựng xong mô hình, GV hướng dẫn HS vận dụng mô hình đểgiải thích hoặc dự đoán một số hiện tượng mới Điều đó có tác dụng khẳng địnhthêm giá trị nhận thức, phát hiện cái mới của phương pháp mô hình

Kết luận chương 1

Phương pháp mô hình là phương pháp nhận thức khoa học, nó giúp cho HS

dễ nắm bắt kiến thức qua từng bài học một cách đơn giản, dễ hiểu và gần gũi vớithực tế

Dạy học theo phương pháp mô hình nâng cao được chất lượng giờ học,tạo cơ

sở ban đầu cho việc phát triển năng lực sáng tạo của HS Để vận dụng phương pháp

mô hình thì người GV cần biết cách sử dụng các loại mô hình khác nhau phù hợpvới từng bài học cụ thể và hiểu được các mức độ sử dụng của phương pháp môhình dựa trên trình độ của HS

CHƯƠNG 2 VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA VÀO DẠY HỌC PHẦN ĐIỆN HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT 2.1 Cấu trúc và nội dung của phần điện học trong chương trình vật lý THPT

2.1.1 Vị trí của phần điện học.

Điện học là một phần của vật lí nghiên cứu tập hợp các hiện tượng và quá trình vật lí, liên quan đến sự tồn tại, chuyển động và tương tác của các hạt mang điện Nó cũng là một trong những phần kiến thức quan trọng trong chương trình Vật lí THPT Điện học được bố trí ở phần đầu chương trình lớp 11 và giữa của chương trình lớp 12 sau chương “ Sóng cơ và sóng âm”

2.1.2 Cấu trúc và nội dung của phần điện học

Trong vật lí THPT, điện học được chia ra làm 7 chương: Tĩnh điện học (điện tích và điện trường), những định luật cơ bản của dòng điện không đổi (dòng điện không đổi), dòng điện trong các môi trường, từ trường, cảm ứng từ, dòng điện xoaychiều, dao động và sóng điện từ

Đối với HS lớp 11, do chưa học các kiến thức về dao động nên những vấn

đề về dòng điện xoay chiều và sóng điện từ các em sẽ được tìm hiểu ở lớp 12 Đểtập trung vào kiến thức cơ bản nhất của phần điện học, sách giáo khoa trình bàynhững nội dung chính theo cấu trúc sau đây:

a, Cấu trúc và nội dung phần điện học lớp 11

 Chương 1 “Điện tích Điện trường” gồm các nội dung sau:

Nội dung theo chương trình cơ bản Nội dung theo chương trình nâng cao

+ Định luật Cu-Lông

+ Thuyết electron Định luật bảo toàn

điện tích

+ Nguyên lí chồng chất điện trường

+ Công của lực điện Hiệu điện thế

+ Vật dẫn và điện môi trong điện

trường

+ Điện tích Định luật Cu-lông+ Thuyết electron Định luật bảo toànđiện tích

+ Điện trường+ Công của lực điện Hiệu điện thế+ Vật dẫn và điện môi trong điện trường+ Tụ điện

+ Tụ điện và năng lượng điện trường + Năng lượng điện trường

 Chương 2 “Dòng điện không đổi” gồm các nội dung:

Nội dung theo chương trình cơ bản Nội dung theo chương trình nâng cao

+ Dòng điện không đổi và nguồn điện

+ Điện năng và công suất điện Định

luật Jun-Len-xơ

+ Định luật Ôm đối với toàn mạch

+ Dòng điện không đổi Nguồn điện+ Pin và acquy

+ Điện năng và công suất điện Định luậtJun-Len-xơ

+ Định luật Ôm đối với toàn mạch+ Định luật Ôm đối với các loại mạchđiện Mắc các nguồn điện thành bộ

 Chương 3 “Dòng điện trong các môi trường”, bao gồm các nội dung:

Nội dung theo chương trình cơ bản Nội dung theo chương trình nâng cao

+ Dòng điện trong kim loại

+ Hiện tượng nhiệt điện Hiện tượng

+ Dòng điện trong chất điện phân Địnhluật Fa-ra-đây

+ Dòng điện ttrong chân không+ Dòng điện trong chất khí+ Dòng điện trong chất bán dẫn+ Linh kiện bán dẫn

 Chương 4 “Từ trường”, gồm các nội dung:

Nội dung theo chương trình cơ bản Nội dung theo chương trình nâng cao

+ Cảm ứng từ Định luật Am-pe+ Từ trường của một số dòng điện códạng đơn giản

+ Tương tác giữa hai dòng điện thẳng

song song Định nghĩa đơn vị ampe+ Lực Lo-ren-xơ

+ Khung dây có dòng điện đặt trong từtrường

+ Sự từ hóa các chất Sắt từ+ Từ trường Trái Đất

 Chương 5 “Cảm ứng từ”, gồm các nội dung:

Nội dung theo chương trình cơ bản Nội dung theo chương trình nâng cao

+ Hiện tượng cảm ứng điện tù

+ Định luật Len-xơ về chiều dòng điện

cảm ứng

+ Suất điện động cảm ứng

+ Tự cảm Suất điện động tự cảm Năng

lượng từ của cuộn dây tự cảm

+ Hiện tượng cảm ứng điện từ Suất điệnđộng cảm ứng

+ Suất điện động cảm ứng trong mộtđoạn dây dẫn chuyển động

+ Dòng điện Fu-cô+ Hiện tượng tự cảm+ Năng lượng từ trường

b, Cấu trúc và nội dung phần điện học lớp 12

 Chương 3 “Dòng điện xoay chiều”, gồm các nội dung:

Nội dung theo chương trình cơ bản Nội dung theo chương trình nâng cao

+ Đại cương về dòng điện xoay chiều

+ Các mạch điên xoay chiều

+ Mạch có R, L, C mắc nối tiếp

+ Công suất điện tiêu thụ của mạch điện

xoay chiều Hệ số công suất

+ Truyền tải điện năng, máy biến áp

+ Máy phát điện xoay chiều

+ Động cơ không đồng bộ ba pha

+ Dòng điện xoay chiều Mạch điệnxoay chiều chỉ có điện trở thuần

+ Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện,cuộn cảm

+ Mạch có R, L, C mắc nối tiếp Cộnghưởng điện

+ Công suất của dòng điện xoay chiều

Hệ số công suất+ Máy phát điện xoay chiều+ Động cơ không đồng bộ ba pha+ Máy biến áp Truyền tải điện

+ Bài tập về dòng điện xoay chiều+ Thực hành: Khảo sát đoạn mạch điệnxoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp

 Chương 4 “Dao động và sóng điện từ”, gồm có các nội dung:

Nội dung theo chương trình cơ bản Nội dung theo chương trình nâng cao

+ Mạch dao động

+ Điện từ trường

+ Sóng điện từ

+ Dao động điện từ+ Bài tập về dao động điện từ+ Điện từ trường

+ Sóng điện từ+ Truyền thông bằng sóng điện từ

2.2 Các loại mô hình sử dụng trong dạy học phần điện học

2.2.1 Mô hình vật chất

Mô hình vật chất chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức, khicần hình thành những biểu tượng hoặc thu thập kiến thức có tính chất kinh nghiệm.Tuy ít mang lại thông tin mới khi thao tác trên mô hình, nhưng trong dạy học nhiều

mô hình vật chất có tác dụng quan trọng làm cho HS hiểu được những cái khôngquan sát trực tiếp được Loại mô hình này có chức năng mô tả và giải thích là chủyếu Những mô hình vật chất có thể đưa vào dạy học phần điện học là:

+ Mô hình tụ xoay và mô hình chai Lây-đen được sử dụng trong dạy học ởbài tụ điện Mô hình tụ xoay sẽ giúp HS dễ dàng nắm được cấu tạo của tụ xoay màcác em không thể tiếp xúc hàng ngày ngoài thực tế Mô hình chai Lây-đen giúp HS

có thể hình dung thêm về tiến trình của sự phát triển tụ điện

+ Mô hình máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha được sử dụng trong bàimáy phát điện xoay chiều Mô hình này có thể làm giáo cụ trực quan, là công cụ để

GV dạy học tốt hơn Máy phát điện xoay chiều HS đã có thể nhìn thấy tuy nhiêncấu tạo bên trong nó thì các em chưa thể quan sát kĩ được Vì vậy, việc xây dựng

mô hình là rất cần thiết

Do không quan sát được trực tiếp cấu tạo và khó hình dung được nguyên líhoạt động của máy phát điện xoay chiều một pha nên GV có thể đưa ra mô hìnhmáy phát điện xoay chiều một pha Mô hình này sẽ giúp HS hình dung một cáchtrực quan về máy phát điện một chiều GV có thể dùng mô hình giới thiệu với HScấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha Mô hình máy phát điện xoay chiềumột pha gồm có hai phần chính:

- Phần cảm tạo ra từ thông bằng các nam châm quay; đó là một vành tròn,trên gắn các nam châm mắc xen kẽ nối tiếp nhau và quay tròn xung quanh trục

- Phần ứng gồm các cuộn dây giống nhau, cố định trên một vòng tròn

Quan sát mô hình HS dễ dàng hiểu được cơ chế tạo ra dòng điện một chiều.Cũng giống như máy phát điện xoay chiều một pha, mô hình động cơ không đồng

bộ ba pha sẽ giúp HS dễ dàng hiểu được cấu tạo cũng như nguyên lí hoạt động củađộng cơ không đồng bộ ba pha

2.2.2 Mô hình biểu tượng

Mô hình biểu tượng được sử dụng phổ biến trong vật lý học nhưng rất khó.Trong phần điện học mô hình này vừa là đối tượng nhận thức của HS (nội dung dạyhọc), vừa là phương tiện nhận thức (để HS hình dung cấu trúc vật chất)

- Các mô hình biểu tượng được sử dụng trong phần điện học:

+ Mô hình cấu tạo nguyên tử Học sinh không thể nhìn thấy nguyên tử, không thểcảm nhận nguyên tử bằng các giác quan Nguyên tử còn rất trừu tượng trong tư duyhọc sinh Vì vậy, việc xây dựng mô hình cấu tạo nguyên tử để áp dụng vào việc dạyhọc là rất cần thiết

2.2.3 Mô hình kí hiệu

Mô hình kí hiệu là dạng cụ thể của mô hình lí thuyết Đó là hệ thống những

kí hiệu dùng với tư cách như mô hình: hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các côngthức, các phương trình toán học Trong vật lí thường sử dụng mô hình kí hiệu dạngtoán học Mô hình thuộc dạng này có bản chất vật lí khác với vật gốc, chúng diễn tả

các đặc tính và các mối quan hệ giữa đặc tính của những vật gốc bằng những hệthức toán học.

Trong phần điện các mô hình được sử dụng là:

 Mô hình đồ thị, hình vẽ:

+ Mô hình đường sức từ, mô hình đường sức điện

+ Mô hình điện trường đều

+ Mô hình đồ thị đường đặc trưng vôn – ampe kế của các chất, các môitrường khác nhau

+ Sơ đồ thí nghiệm ở phần điện và từ

 Mô hình toán học:

+ Các phương trình của định luật Ôm đối với toàn mạch và các loại đoạnmạch, các định luật Fa-ra-đây

+ Biểu thức của định luật Jun–Len-xơ, định luật Cu-lông

+ Mô hình giản đồ vectơ quay

+ Đồ thị E(t) của sóng mang

+ Biểu thức của dòng điện tức thời

2.3 Vận dụng phương pháp mô hình vào dạy học phần điện học trong chương trình vật lý trung học phổ thông

2.3.1 Quy trình thiết kế một số giáo án phần điện học trong chương trình vật lý trung học phổ thông.

Gồm các bước:

Bước 1: Nghiên cứu nội dung bài dạy

Bước 2: Xác định những nội dung dạy học có thể vận dụng phương pháp mô hình Bước 3: Vận dụng vào soạn bài phần điện học

Bước 4: Kiểm nghiệm, đánh giá bài soạn

2.3.2 Thiết kế một số giáo án sử dụng phương pháp mô hình

Trong phần vận dụng vào thiết kế một số giáo án này chúng tôi lựa chọnthiết kế 2 giáo án phần điện học lớp 11, hai giáo án phần điện học lớp 12 theochương trình chuẩn.

Giáo án 1:

Bài 3 Điện trường và cường độ điện trường Đường sức điện (Vật lý 11)

Bước 1: Nghiên cứu nội dung bài "Điện trường và cường độ điện trường Đường

sức điện"

Bài này được chia làm hai tiết theo phân phối chương trình và được học saukhi HS đã biết được về điện tích, định luật Culông, định luật bảo toàn điện tích

Bước 2: Xác định các mô hình sử dụng trong bài

Trong bài "Điện trường và cường độ điện trường Đường sức điện" có thể sửdụng các mô hình sau đây:

 Mô hình vật chất: thí nghiệm hình 3.1 (SGK Vật lý 11, tr15) hoặc tranh minh họathí nghiệm hình 3.1 để nghiên cứu khái niệm điện trường

 Mô hình kí hiệu dạng toán học: dùng để nghiên cứu cường độ điện trường (đạilượng đặc trưng cho điện trường về phương diện tác dụng lực):

+ Cường độ điện trường do một điện tích điểm gây ra: E F

q





, hay về độ lớn

+ Cường độ điện trường do một hệ điện tích điểm gây ra: E E1  E2  E n

 Mô hình biểu diễn điện trường: mô hình đường sức điện trường

Bước 3: Vận dụng phương pháp mô hình hóa vào soạn giáo án

Tiết 3 + 4 ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN

I Mục tiêu

1 Kiến thức

- Nêu được điện trường tồn tại ở đâu, có tính chất gì.

- Phát biểu được định nghĩa của cường độ điện trường và nêu được đặc điểmcủa vectơ cường độ điện trường

- Biết cách tổng hợp các vectơ cường độ điện trường thành phần tại mỗi điểm

- Nêu được khái niệm đường sức điện và các đặc điểm của đường sức điện

- Giải các bài tập về điện trường

II Chuẩn bị của GV và HS

1 Chuẩn bị của GV

Sách giáo khoa, sách GV, tranh vẽ hoặc ảnh chụp đường sức của một số điệntrường

2 Chuẩn bị của HS

Ôn lại khái niệm về từ trường, đường sức từ

III Tiến trình dạy  học

Hoạt động 1: Kiểm tra điều kiện xuất phát  Đề xuất vấn đề

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

 Trả lời:

+ Có hai loại điện tích: điện

tích âm và điện tích dương

+ Tương tác giữa các điện tích:

điện tích cùng dấu thì đẩy

nhau, khác dấu thì hút nhau

Thảo luận, trả lời:

+ Giống nhau: tỉ lệ nghịch với

Nhận xét câu trả lời, nêu câu hỏi 2:

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có gì giống và khác với lực hấp dẫn giữa hai chất điểm?

 Gợi ý:

+ So sánh về bản chất của tương tác là đẩy hayhút

+ Sự phụ thuộc của độ lớn lực vào khoảng các

và vào độ lớn điện tích điểm (hay khối lượngchất điểm)

Hoạt động 2: Hình thành khái niệm điện trường

Ở hoạt động 2 này cần sử dụng mô hình điện trường để giải thích sự tương tác giữa các điện tích khi được đặt trong các môi trường có hằng số điện môi khác nhau và phương pháp mô hình được sử dụng ở mức độ 1 và mức độ 2.

Bước 1: GV trình bày các sự kiện thực tế

mà HS không thể giải thích bằng kiến thức kinh nghiệm đã có:

+ GV giới thiệu thí nghiệm hình 3.1 (SGK,tr15) thông qua tranh minh họa

+ Nêu các kết quả thí nghiệm: khi rút hếtkhông khí ra thì lực hút giữa hai quả cầukhông những không yếu mà lại tăng lên

Bước 2: GV đưa ra mô hình mà các nhà

khoa học xây dựng:

+ GV thông báo phải có một môi trườngnào đó truyền tương tác điện giữa hai quảcầu gọi là điện trường

+ Thông báo khái niệm điện trường

+ Nhấn mạnh đặc điểm của điện trường:

 là một dạng vật chất (môi trường) baoquanh điện tích, ở đâu có điện tích là ở đó

có điện trường

 đặc điểm của điện trường là tác dụng lựcđiện lên các điện tích khác đặt trong nó

Bước 3: HS vận dụng nó để giải thích các

hiện tượng trên

GV yêu cầu HS đọc SGK, dựa vào kháiniệm điện trường để giải thích tại sao có lựctác dụng lên hai điện tích điểm dương Q vàq

Khi đưa ra

mô hìnhđiện trường

là một dạngvật chất làrất trừutượng với

HS và ởmức độnhận thức

không thể lýgiải các hạt

ra để giải thích các hiện tượng khác tương

tự hiện tương ban đầu nằm trong phạm vi giải thích của mô hình để thấy rõ giá trị giải thích của mô hình.

Yêu cầu HS giải thích trường hợp hai điệntích đặt trong chân không vẫn tương tác vớinhau, và một số hiện tượng hút và đẩy giữacác điện tích trong không khí và môi trường

HS thảoluận nhómnhỏ để đưa

ra câu trảlời

Hoạt động 3: Xây dựng khái niệm cường độ điện trường, vectơ cường độ điện trường

Trong hoạt động này cần sử dụng mô hình cường độ điện trường dưới dạngtoán học để đặc trưng cho sự mạnh yếu của điện trường tại một điểm đặc trưng cho

sự mạnh yếu của của điện trường tại một điểm Tuy nhiên mô hình này không thểcho ta biết nơi có cường độ trường yếu và nơi có cường độ trường mạnh

Hoạt động của HS Hoạt động của GV Ghi chú

Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ

HS dựa vào định luật

GV thông báo: Để nghiên cúu điệntrường của Q tại điểm M, đặt tại Mmột điện tích thử q và xét lực tácdụng lên q

Lực tác dụng lên q thay đổi như thế nào khi dịch chuyển q ra xa Q?

Người ta nói điện trường tại cácđiểm càng xa Q càng yếu

Bằng các kiến thức đã học có thể dùng đại lượng nào để đặc trưng cho độ mạnh yếu này không?

Bước 2: GV đưa ra mô hình mà các

nhà khoa học xây dựng:

+ Thông báo: để đặc trưng cho sựmạnh yếu của điện trường người tadùng khái niệm cường độ điệntrường

+ tại mỗi điểm của điện trường, khiđặt các điện tích thử khác nhau thìlực điện cũng có giá trị khác nhau

nhưng thương số F

q tại điểm đó là

Ở bước 2 củamức độ 1, GV cóthể kết hợp vớiphương phápgiảng giải, nêuvấn đề

theo công thức F = 1 2

2

|q q |

k r

 thì độlớn của lực điện tỉ lệ thuận với q

 Nhấn mạnh:

+ Nơi có điện trường mạnh tức là cócường độ điện trường lớn và ngượclại

+ Cường độ điện trường đặc trưngcho điện trường về phương diện tácdụng lực

Mức độ 2: HS sử dụng mô hình mà

GV đưa ra để giải thích các hiện tượng khác tương tự hiện tương ban đầu nằm trong phạm vi giải thích của mô hình để thấy rõ giá trị giải

Ở bước 2 nàyngười ta sử dụng

mô hình cường

độ điện trườngtại một điểmdưới dạng toán

học là E F

q



 Thảo luận: F là đại

lượng vectơ, q là đại

lượng vô hướng nên

cường độ điện trường là

một đại lượng vectơ,

 Biểu thức: Vectơ cường

 Gợi ý:

+ So sánh độ lớn của lực tác dụnglên q khi q ở gần hay xa Q

+ Dựa vào biểu thức của E để giảithích

+ Viết biểu thức vectơ cường độ điện trường ?

Nhấn mạnh: công thức này là môhình dạng toán học của cường độđiện trường

+ Phương chiều và độ lớn của vec

tơ cường độ điện trường được xác

vào điện tích dương.

Yêu cầu học sinh thực hiện C1

+ Yêu cầu HS dựa vào đơn vị của F

và q để xác định đơn vị của E

 Thông báo đơn vị hay dùng: V/m)

Điều này chúng ta sẽ tìm hiểu kĩhơn ở mục 4, phần II, bài 5

+ Hãy thiết lập công thức tính cường độ điện trường của điện tích điểm gây ra điện trường Nhận xét kết quả thu được.

cường độ điện trường E

không phụ thuộc vào độ

dạng toán học ởđây chỉ đúng chođiện tích điểmhoặc là nhữngvật tích điện cóthể xem là điệntích điểm cònnhững vật tíchđiện có phân bốđiện tích bất kìthì không sửdụng được, màcần phải có môhình toán họckhác để minhhọa nó

Hoạt động 4: Tìm hiểu nguyên lí chồng chất điện trường

Hoạt động 4 sử dụng mô hình chồng chất điện trường cho điện trường gây bởi hệ một điện tích điểm sau khi HS đã biết về khái niệm cường độ điện trường và nghiên cứu về vectơ cường

độ điện trường của một điện tích điểm

Mức độ 1:

Bước 1: GV trình bày các sự kiện thực

tế mà HS không thể giải thích bằng kiến thức kinh nghiệm đã có:

 Giả sử có hai điện tích điểm Q và 1 Q2

gây ra tại điểm M hai điện trường có

Ở bước 1, này GV

có thể kết hợp vớiphương pháp nêu

HS thảo luận, trả lời:

các vectơ cường độ điện trường E1 và

2

E như hình 3.4 SGK

 Nếu đặt một điện tích thử q tại M thì

nó sẽ chịu tác dụng của một lực điện

F qE , trong đó giá trị của E tuântheo một nguyên lí gọi là nguyên líchồng chất điện trường

Bước 2: GV đưa ra mô hình mà các

 Yêu cầu HS nhắc lại quy tắc hình bìnhhành

Muốn tính độ lớn của vecto tổng hợp thì làm như thế nào?

Mức độ 2: HS sử dụng mô hình mà

GV đưa ra để giải thích các hiện tượng khác tương tự hiện tương ban đầu nằm trong phạm vi giải thích của mô hình

để thấy rõ giá trị giải thích của mô hình.

 Vẽ hình hai vecto E1, E2 bất kì, yêu cầu

HS vận dụng quy tắc hình bình hành tìm

vấn đề, giảng giải

Mức độ 3 này tùythuộc vào trình độ

Mức độ 3: Sử dụng mô hình giáo viên

đưa ra để tiên đoán hiện tượng mới

 Yêu cầu HS tính cường độ điện trường

do hệ điện tích gồm 3 điện tích điểm vàgồm n điện tích điểm gây ra tại một điểmbất kì

của HS mà giáoviên cho áp dụnghay không

GV cũng cần lưu ýcho HS nguyên lýchồng chất điệntrường này cũng

áp dụng cho điệntrường mà một vậttích điện bất kìgây ra tại mộtđiểm, tuy nhiênmuốn áp dụngphải chia vật tíchđiện thành nhữngphần rất nhỏ coinhư điện tích

trường hợp nàydạng toán học cókhác đi

Hoạt động 5: Mô tả điện trường bằng các đường sức điện Tìm hiểu các đặc điểm của đường sức điện.

Khái niệm điện trường như một môi trường vật chất tồn tại ở mọi điểm xungquanh điện tích và là môi trường có cấu trúc mạnh, yếu khác nhau ở các điểm khácnhau là rất trừu tượng với HS đầu lớp 11 Mô hình đường sức sẽ giúp HS có hìnhdung trực quan hơn về điện trường, đồng thời là cơ sở để nghiên cứu về từ trường

và cảm ứng điện từ sau này