Kết quả nghiên cứu thử nghiệm nhiều khoá SV tại Trường ĐH Nha Trang đã cho thấy: mặc dù khái niệm “công” đã được dạy học qua nhiều lần ở các cấp học, bậc học nhưng vẫn còn trình trạng có
Trang 1VẤN ĐỀ TRAO ĐỔI
KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LỆCH CỦA SINH VIÊN NHỜ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC PHỐI HỢP GIỮA KIỂU “THÔNG BÁO - TÁI HIỆN” VỚI KIỂU “ĐẶT VẤN ĐỀ - GIẢI QUYẾT TỪNG PHẦN” ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ
DẠY HỌC KHÁI NIỆM CÔNG CƠ HỌC
TS Lê Phước Lượng
Khoa Khoa học Cơ bản - Trường Đại học Nha Trang
Bài báo đề cập đến những quan niệm sai lệch của sinh viên về khái niệm “công” và phương pháp dạy học nhằm khắc phục những quan niệm sai lệch này
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thực tiễn dạy học (DH) ở các cấp
học và bậc học, do lối DH truyền thụ một chiều
từ giáo viên (GV) nên học sinh (HS) và ngay
cả sinh viên (SV) cũng thường thụ động chấp
nhận một cách máy móc các kiến thức từ sách
giáo khoa, tài liệu học tập hoặc từ phía GV Từ
đó, làm giảm tính độc lập, tự chủ nhận thức
của HS, SV và đôi khi làm gia tăng các quan
niệm sai lệch cố hữu của họ Ta hãy thử xét
một bài toán thực tế về công sau đây:
Dùng một sợi dây có phương song song
với mặt nghiêng kéo đều một thùng hàng khối
lượng 30 kg trên một mặt phẳng nghiêng góc
α với chiều dài l = 5m, chiều cao h = 2.5m
(bỏ qua ma sát)
1 Tính lực kéo F ?
2 Tính công của lực kéo F thực hiện
được ?
3 Nếu cũng kéo đều thùng hàng nói trên,
lên một mặt phẳng nghiêng khác (bỏ qua ma
sát) nhưng có cùng độ cao h = 2.5m thì công
thực hiện bằng bao nhiêu ?
4 Nếu kéo đều thùng hàng đó lên độ cao
h = 2.5m theo phương thẳng đứng thì công
của lực kéo bằng bao nhiêu ? Tính công của
trọng lực khi đó ?
Kết quả nghiên cứu thử nghiệm nhiều
khoá SV tại Trường ĐH Nha Trang đã cho
thấy: mặc dù khái niệm “công” đã được dạy
học qua nhiều lần ở các cấp học, bậc học
nhưng vẫn còn trình trạng có khoảng từ 15%
đến 30% số SV thụ động, máy móc và mắc sai lầm cơ bản khi vận dụng công thức tính công của lực F trên là:
2 2
l - h s.cos α = F.s
l
A = -P.h
F
công của trọng lực P khi kéo thẳng đều thùng hàng lên phía trên là: rr
Vấn đề đặt ra là tìm những nguyên nhân cơ bản về những quan niệm sai lệch nói trên của
SV để từ đó có thể đề xuất những biện pháp sư phạm kết hợp với các tiến trình DH thích hợp nhằm khắc phục và nâng cao hiệu quả quá trình
DH cho SV
2 VỀ DẠY HỌC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CÔNG CƠ HỌC
Trước hết, chúng ta có thể điểm qua một số đặc điểm về thiết kế nội dung của sách giáo khoa và giáo trình khi dạy học công cơ học:
Ở sách Vật lý 10 (Cơ bản) [1], tiến trình
dạy học được trình bày theo các bước:
- Khái niệm về công: nhắc lại kiến thức về công ở lớp 8: Một lực sinh công khi nó tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực chuyển dời Khi điểm đặt của lực r
chuyển dời một đoạn theo hướng của lực thì công do lực sinh ra là:
A = F s
- Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát: thông qua ví dụ một máy kéo, kéo cây gỗ trên đường bằng một sợi dây căng Lực kéo F r
được phân tích thành 2 thành phần r
và
h
F
l
n
:
= + r r với F rn
vuông góc với phương chuyển dời, F rs
nằm theo phương chuyển dời
Trang 2Khi đó chỉ có thành phần F rs
của lực F r
sinh công: A F s F c = s = os s α
Vậy: Khi lực không đổi tác dụng lên
một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một
đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc
F r
α thì công thực hiện bởi lực đó được tính
theo công thức: A Fsc = os α
- Biện luận về công:
a) α nhọn, c os α > 0 suy ra A > 0: khi
đó A được gọi là công phát động
b) α = 900, c os α = 0, suy ra A = 0: khi
điểm đặt của lực chuyển dời theo phương
vuông góc với lực thì lực sinh công A = 0
Ở sách Vật lý 10 (Nâng cao) [4], tiến trình
dạy học theo lôgic sau:
- Khi một vật chịu tác dụng của lực F r
và dịch chuyển theo phương của lực thì:
Công A do lực không đổi thực hiện là
một đại lượng bằng tích của độ lớn F của lực
với độ dời s của điểm đặt của lực (có cùng
phương với lực): A = F.s (1)
F r
- Trường hợp không cùng phương với
độ dời s (Ví dụ: toa goòng chuyển động trên
đường ray chịu tác dụng của lực kéo F
F r
r hợp với hướng độ dời một góc α) thì ta có thể
phân tích lực F r thành 2 thành phần:
1
cùng phương với độ dời và F r2
vuông góc với độ dời Khi đó, chỉ có thành phần thực hiện
công
1
1 os s
chính là hình chiếu của độ dời trên phương
của lực Mặt khác, theo (2) công A còn có thể
biểu diễn dưới dạng: A = F s r r Đây là công
thức toán học tổng quát của công cơ học
Công cơ học của lực tác dụng r
trên dịch chuyển bằng tích vô hướng của 2 véc tơ
F
và : sr A = F s r r Biểu thức này học sinh cũng
được học trong chương trình toán hình học
(chương trình nâng cao)
Vậy: công thực hiện bởi một lực không
đổi là đại lượng đo bằng tích của độ lớn của
lực và hình chiếu của độ dời điểm đặt trên phương của lực
- Theo (2) công là một đại lượng vô hướng
và có giá trị đại số tuỳ theo dấu của cos α: nếu
os > 0
c α (α <π
2) thì A > 0 và gọi là công phát động; nếu c os α < 0 (
2
π α π < ≤ ) thì A < 0 và
gọi là công cản; nếuα =π
2 ( 2
π
α = ) thì A = 0 tức
là dù có lực tác dụng nhưng công không được thực hiện
Ở sách Vật lý đại cương dùng cho SV các
trường đại học kỹ thuật [2], trình bày:
Công của lực Fr
thực hiện được trên một đoạn chuyển dời thẳng MM’ = s là:
A = F.MM '.cos (F, MM ') = F.s.cos α = F sr uuuuur s
hay
A = F.sr r với F = F.cos α
s
Ở sách Cơ sở vật lý của Halliday [3], trình
bày như sau:
- Trường hợp lực Fr
cùng phương chiều với dịch chuyển (ví dụ đẩy xe giường đi trên mặt nằm ngang) thì công: A = F.s
- Trường hợp Fr
khác phương với dịch chuyển thì: A=(Fcos α).s =F.(scos α) = F s = F.ss F(3)
Ở giáo trình này, tác giả phân biệt rất rõ hai trường hợp tính công có liên quan đến: hình chiếu của lực Fr
trên phương dịch chuyển và hình chiếu của
sr
sr trên phương của lực tác dụng F r
Tóm lại, để phù hợp với trình độ nhận thức khác nhau của HS, SV mà các tác giả sách giáo khoa, giáo trình đã trình bày nội dung DH khái niệm công dưới nhiều hình thức khác nhau nhưng chúng ta có thể nêu ra hai cách tính công của lựcF r
như sau:
1) Công bằng độ lớn của độ dịch chuyển nhân với thành phần lực theo hướng của độ dịch chuyển: A = s.Fs
2) Công bằng độ lớn của lực nhân với thành phần của độ dịch chuyển theo hướng của lực:
Fr
A = F
F
s
F
F
α
α
Trang 33 NGUYÊN NHÂN CỦA CÁC QUAN NIỆM
SAI LỆCH
Qua kết quả khảo sát nhiều khoá SV tại
trường về các quan niệm sai lệch vốn có của
SV khi nhận thức về khái niệm và định nghĩa
của công, chúng tôi đã thu được một số nhận
xét sau đây:
- Khái niệm, định nghĩa và cách tính công
của lực đã được nhiều sách giáo khoa và giáo
trình trình bày rất đa dạng, phong phú phù hợp
với trình độ nhận thức của từng đối tượng HS,
SV ở các cấp học, bậc học Tuy nhiên, một số
SV vẫn còn hiểu và vận dụng sai
- Các tác giả sách giáo khoa, giáo trình
cũng đã cố gắng nhiều trong việc kết hợp và
gắn liền giữa lý thuyết với thực tế thông qua
các ví dụ cụ thể mang tính thực tế
- Hầu hết GV còn nặng DH theo kiểu
"Thông báo - Tái hiện" truyền thống
- Vì nhiều lý do nên HS, SV chỉ dùng một
sách giáo khoa duy nhất, chưa hoặc ít tham
khảo thêm các tài liệu liên quan nên nhận thức
của họ dễ bị phiến diện, máy móc
Quan niệm sai lệch chủ yếu của SV khi
học nội dung về “công” là:
1) Công của lực chỉ phụ thuộc vào mỗi
“hướng” tác dụng của nó mà không xét trong
mối quan hệ giữa hướng của lực r
với hướng của véc tơ dịch chuyển
F r
F
hướng theo phương nằm ngang, hoặc hướng theo phương
xiên góc với mặt phẳng nằm ngang (ví dụ như
trường hợp trên: góc ( )
F
0 ,
còn góc giữa lực F r với mặt nằm ngang bằng α)
2) Công cơ học cũng tương tự như “công
thông thường”
Do đó, các quan niệm sai lệch của SV
thường được biểu hiện dưới dạng sau đây:
- SV hiểu và áp dụng một cách máy móc
công thức tính công của lực tác dụng F r
, nên khi có mặt nghiêng là áp dụng ngay công thức:
2
.
2
l
os = F.s h
l
- SV chưa hiểu và vận dụng được định
nghĩa và biểu thức toán học tổng quát về công
của một lực Thể hiện ở câu 4: công của trọng lực (hướng xuống đất) là A = P h r r thì công của lực kéo đều thẳng đứng lên phía trên sẽ là:
.
- SV chưa hiểu và vận dụng được nguyên
lý bảo toàn công đã học ở phổ thông (câu 3 và 4)
4 NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM DẠY HỌC VÀ KẾT QUẢ
Để khắc phục những quan niệm sai lệch vốn có của SV và góp phần nâng cao hiệu quả
DH khái niệm công, chúng tôi đã tiến hành:
- Vận dụng tiến trình DH phối hợp giữa kiểu
PP "Thông báo - Tái hiện" với kiểu PP "Đặt vấn
đề - Giải quyết từng phần"
Với tiến trình DH này, GV không chỉ cung cấp, thông báo thông tin về kiến thức mà còn phải tổ chức, điều khiển các nhóm SV thảo luận, giải quyết các tình huống có “vấn đề” liên quan đến khái niệm “công” mà GV đặt ra
- Thông qua các nhóm SV, GV tổ chức và tạo điều kiện giúp đỡ họ tự chiếm lĩnh được các kiến thức, kỹ năng cần thiết bằng nhiều biện pháp sư phạm thích hợp khác nhau Cụ thể là:
1 Dạy khái niệm, định nghĩa công thông qua và bằng các ví dụ cụ thể có liên quan đến thực tế Với biện pháp này SV sẽ ham thích hơn trong việc tìm hiểu, khám phá các hiện tượng vật lý có liên quan đến “Công”
2 GV hướng dẫn SV phân biệt được các trường hợp riêng khi xét công của một lực tác dụng, từ đó giúp họ khái quát hóa được định nghĩa và công thức tính công (theo phương pháp D Halliday) Với biện pháp này GV đã từng bước hướng dẫn SV thực hành các thao tác tư duy từ đơn giản đến phức tạp, từ cụ thể đến trừu tượng và khái quát hóa vấn đề
3 GV hướng dẫn SV tính công trong các bài toán thực tế nhờ thông qua các ví dụ cụ thể trong thực tế; từ đó giúp họ hiểu rõ và phân biệt giữa khái niệm “công cơ học” với “công thông thường” (chẳng hạn như: đứng yên tại chỗ, dùng tay nâng (hoặc hạ xuống) một vật theo phương thẳng đứng hoặc ôm vật đó dịch chuyển theo phương nằm ngang sang phải hoặc sang trái, hỏi công do cơ cánh tay thực hiện được?)
Trang 44 SV liên hệ và tìm các ví dụ vận dụng
khác trong kỹ thuật và thực tiễn Thông qua
hoạt động này GV hướng dẫn SV tự ôn luyện
kiến thức đã chiếm lĩnh được và nâng cao kĩ
năng vận dụng vào thực tế của họ
Kết quả thử nghiệm DH cho thấy:
- Đối với các lớp SV dạy theo phương
pháp truyền thống (mẫu đối chứng): vẫn có
nhiều SV (tối thiểu: 15.85% ở mẫu K46 và tối
đa: 21.79% ở mẫu K44) hiểu và vận dụng sai
lầm, máy móc công thức tính công:
os
nghiêng với mặt nằm ngang; nhất là không
phân biệt được góc α phải là góc giữa véc tơ lực F r
với véc tơ dịch chuyển sr
- Đối với các lớp SV dạy theo phương pháp mới (mẫu thực nghiệm): đa số SV hiểu và vận dụng đúng và linh hoạt công thức tính công như
ở dạng (3) Trong các mẫu thực nghiệm này chỉ còn 6.82% SV (ở mẫu K44) và cao nhất có 9.64% SV (ở mẫu K45) hiểu và vận dụng sai công thức khi tính công Đặc biệt là thông qua Test kiểm chứng, chúng tôi nhận thấy SV nhóm thực nghiệm đã hiểu và vận dụng các khái niệm này một cách sâu sắc và bền vững hơn
(Đối chứng) Tỷ lệ % sai lệch (Thực nghiệm)
K.44 (N = 332) N = 156; 21.79 % N = 176; 6.82 %
K.45 (N = 336) N = 170; 18.82 % N = 166; 9.64 %
K.46 (N = 346) N = 164; 15.85 % N = 182; 7.69 %
5 KẾT LUẬN
Tóm lại, trong quá trình DH ngoài việc tổ
chức và hướng dẫn SV tự lực học tập, người
GV nhận biết và dự đoán sớm được các sai
lệch có thể mắc phải của HS, SV là rất quan
trọng Trên cơ sở đó, người GV có thêm cơ sở
khoa học để bổ sung nội dung kiến thức và kỹ năng DH; đồng thời có kế hoạch cải tiến PPDH kịp thời nhằm khắc phục các sai lệch này và góp phần nâng cao hiệu quả quá trình DH bộ môn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên kiêm chủ biên) - Nguyễn Xuân Chi - Tô Giang - Bùi Gia Thịnh (2006), Vật lý 10 (Cơ bản), NXB Giáo dục
[2] Lương Duyên Bình (2005) (chủ biên), Vật lý đại cương, Tập 1, NXB Giáo dục (tái bản lần thứ 11) [3] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker (1996), Cơ sở vật lý, Tập 1, NXB Giáo dục [4] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) - Phạm Quý Tư (Chủ biên) - Lương Tất Đạt - Lê Chân Hùng - Nguyễn Ngọc Hưng - Phạm Đình Thiết - Bùi Trọng Tuân - Lê Trọng Tường (2006),
Vật lý 10 (Nâng cao) NXB Giáo dục
[5] Lê Công Triêm, Nguyễn Đức Vũ, Trần Thị Tú Anh (2002), Một số vấn đề hiện nay của phương
pháp dạy học đại học, NXB Giáo dục
OVERCOMING STUDENTS’ MISCONCEPTION OF WORK THANKS TO THE PROCESS OF TEACHING - LEARNING COMBINED THE “LECTURE – WARMING _ UP” METHOD WITH
“PROBLEM RAISING - PARTLY PROBLEM SOLVING” ONE AIMED AT ENHANCING THE
EFFECT OF TEACHING - LEARNING OF THE CONCEPT OF WORK
Abstract
Trang 5The article present the students’ misconception of Work and the methods of teaching - learning for overcoming this misconception