Sử dụng bài tập tình huống vào dạy học phần sóng cơ vật lí 12 trung học phổ thông nhắm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về vấn đề sử dụng bài tập và phân loại bài tập vào dạy học phần Sóng cơ, nhưng chưa có đề tài đề cập đến việc vận dụng các bài tập có tính tình huống của ph

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Đề tài

SỬ DỤNG BÀI TẬP TÌNH HUỐNG VÀO DẠY HỌC PHẦN SÓNG CƠ VẬT LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT NGHI LỘC 3

MỤC LỤC

Phần I: Đặt vấn đề 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Giả thuyết khoa học 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

6 Phương pháp nghiên cứu 2

7 Đóng góp của đề tài .3

8 Cấu trúc đề tài 3

Phần II Nội dung nghiên cứu 4

Nội dung 1 Cơ sở lí luận về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề thông qua dạy học tình huống, sử dụng bài tập tình huống 4

1.1 Một số vấn đề chung về năng lực, năng lực giải quyết vấn đề 4

1.1.1 Năng lực 4

1.1.2 Năng lực giải quyết vấn đề ……… 4

1.2 Tình huống và tổ chức dạy học tình huống trong dạy học Vật lí 6

1.2.1 Tình huống 6

1.2.2 Tình huống dạy học 6

1.2.3 Bài tập tình huống trong dạy học 8

1.2.4 Tổ chức dạy học tình huống trong dạy học Vật lí .8

1.2.5 Thực trạng dạy học phát triển năng lực ở trường THPT hiện nay ………… 9

1.2.6 Một số thuận lợi, khó khăn khi sử dụng phương pháp dạy học tình huống 10

1.2.7 Sự cần thiết phải sử dụng PPDH theo tình huống ……….11

1.3 Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua tổ chức dạy học tình huống ……….12

1.3.1 Một số yêu cầu khi dạy học tình huống ……… … 12

1.3.2 Biện pháp bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua dạy học tình huống ……… 13

1.4 Kiểm tra, đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS ……… … 15

Nội dung 2 Tổ chức dạy học phần sóng cơ Vật lí 12 THPT sử dụng bài tập tình huống ……… 17

2.1 Một số lưu ý khi thiết kế bài tập tình huống trong dạy học Vật lí nhằm

phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh ……….….…17

2.1.1 Yêu cầu của tình huống ……… 17

2.1.2 Một số vấn đề cần chú ý khi thiết kế bài tập tình huống ………17

2.2 Phân tích mục tiêu, cấu trúc nội dung chương Sóng cơ và sóng âm …….……17

2.2.1 Đặc điểm của chương “Sóng cơ và sóng âm” ……….…17

2.2.2 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Sóng cơ và sóng âm” ……… ………18

2.2.3 Chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương ……… …18

2.3 Thiết kế và sử dụng bài tập tình huống phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh 19

2.3.1 Thiết kế bài tập tình huống 19

2.3.2 Sử dụng bài tập tình huống để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh ……… 28

Nội dung 3 Thực nghiệm sư phạm ……… …….39

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ……… …… 39

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm ……… …39

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ……… 39

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm ……….……39

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm ……… …… 40

3.4 Nội dung thực nghiệm sư phạm ……….…… 40

3.5 Tiêu chí đánh giá thực nghiệm sư phạm ……… 41

3.6 Kết quả thực nghiệm sư phạm ……….……….41

3.6.1 Đánh giá định tính 41

3.6.2 Đánh giá định lượng 42

Phần III Kết luận 46

Tài liệu tham khảo 48 Phụ lục

Thực tế hiện nay cho thấy phần lớn học sinh chưa có kĩ năng giải quyết vấn đề; khi gặp vướng mắc các em không có hứng thú hoặc không chủ động suy nghĩ tìm cách để giải quyết mà ỉ lại vào người khác Vì vậy việc bồi dưỡng và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh khi còn ngồi trên ghế nhà trường là một nhiệm vụ quan trọng cần thiết

Vật lí là một môn học gắn với nhiều kiến thức thực tế do đó việc dạy học theo định hướng phát triển năng lực, đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề, là rất cần thiết Phần Sóng cơ Vật lí 12 chương trình chuẩn có nhiều ứng dụng trong thực tế đòi hỏi học sinh cũng phải hoạt động tích cực, tự lực, sáng tạo thì mới đạt được hiệu quả cao nhất Xây dựng và xử lí tốt các tình huống có thể xảy ra trong quá trình dạy học

sẽ giúp học sinh phát huy tính chủ động sáng tạo của mình, hiểu và vận dụng kiến thức một cách sâu sắc hơn

Trong dạy học Vật lí, bài tập Vật lí giữ một vai trò quan trọng không thể thay thế Bài tập Vật lí được sử dụng với tư cách là một phương pháp dạy học có vai trò quan trọng trong việc hình thành, củng cố kiến thức, kĩ năng, năng lực và là thước đo

sự nắm vững kiến thức, kĩ năng, năng lực và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế của học sinh

Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về vấn đề sử dụng bài tập và phân loại bài tập vào dạy học phần Sóng cơ, nhưng chưa có đề tài đề cập đến việc vận dụng các bài tập

có tính tình huống của phần này vào dạy học để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

Từ những lí do trên, tôi lựa chọn đề tài: “Sử dụng bài tập tình huống vào dạy học phần sóng cơ Vật lí 12 Trung học phổ thông nhắm phát triển năng lực

giải quyết vấn đề cho học sinh” để nghiên cứu, với mong muốn góp phần nâng cao

chất lượng dạy học Vật lí ở các trường THPT, nâng cao hiệu quả thực hiện tốt các mục tiêu giáo dục

2

2 Mục đích nghiên cứu

Bồi dưỡng và phát triển cho học sinh năng lực giải quyết vấn đề thông qua việc

sử dụng các bài tập tình huống trong tổ chức dạy học tình huống phần Sóng cơ Vật Lí

12 THPT, từ đó góp phần nâng cao chất lượng dạy học Vật lí ở trường THPT

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

+ Năng lực giải quyết vấn đề

+ Bài tập tình huống

+ Quá trình dạy học Vật lí ở trường THPT

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 THPT

4 Giả thuyết khoa học

Nếu sử dụng tốt các bài tập tình huống vào dạy học phần Sóng cơ Vật lí 12 THPT, thì sẽ góp phần bồi dưỡng và nâng cao năng lực giải quyết vấn đề của học sinh, nâng cao chất lượng dạy học Vật lí ở trường THPT

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về năng lực, năng lực giải quyết vấn đề

- Nghiên cứu dạy học tình huống, dạy học bài tập tình huống trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông

- Chuẩn bị các điều kiện cần thiết để triển khai dạy học phần Sóng cơ Vật lí

12 THPT theo định hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề

- Thực nghiệm sư phạm

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu một số phương pháp dạy học để thiết kế các tình huống trong quá trình dạy học

- Nghiên cứu các công trình khác liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa 12 THPT

6.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Thực nghiệm sư phạm ở trường THPT

6.3 Phương pháp thống kê

Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm bằng thống kê toán học Sau đó đưa ra kết quả và đề xuất kiến nghị

Phần II Nội dung nghiên cứu

1 Cơ sở lí luận về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề thông qua dạy học tình huống, sử dụng bài tập tình huống

2 Tổ chức dạy học phần Sóng cơ Vật lí 12 THPT sử dụng bài tập tình huống

3 Thực nghiệm sư phạm

Phần III Kết luận

4

PHẦN II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THÔNG QUA DẠY HỌC TÌNH HUỐNG, SỬ DỤNG BÀI TẬP TÌNH HUỐNG

1.1 Một số vấn đề chung về năng lực, năng lực giải quyết vấn đề

1.1.1 Năng lực

Khái niệm năng lực dùng ở đây là đối tượng của tâm lí học, giáo dục học Có nhiều định nghĩa khác nhau về năng lực Năng lực là một thuộc tính tâm lí phức hợp, là điểm hội tụ của nhiều yếu tố như tri thức, kĩ xảo, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hoạt động và trách nhiệm

Năng lực là khả năng thực hiện có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong các tình huống khác nhau thuộc các lĩnh vực khác nhau trong nghề nghiệp hay ngoài xã hội trên cơ sở hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo

và kinh nghiệm cũng như sẵn sàng hành động

CT GDPT tổng thể giải thích khái niệm năng lực như sau: “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 nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể.”

Từ định nghĩa trên, có thể rút ra những đặc điểm chính của năng lực là: – Năng lực là sự kết hợp giữa tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện của người học;

– Năng lực là kết quả huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí,

– Năng lực được hình thành, phát triển thông qua hoạt động và thể hiện ở sự thành công trong hoạt động thực tiễn

1.1.2 Năng lực giải quyết vấn đề

Giải quyết vấn đề là một quá trình mà cá nhân vận dụng kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo đã được học để đáp ứng yêu cầu của những tình huống không quen thuộc

Giải quyết vấn đề có thể gồm các bước sau:

Bước 1: Tìm hiểu vấn đề

+ Tạo tình huống gợi vấn đề

+ Giải thích để hiểu đúng tình huống

+ Phát biểu và đặt mục đích giải quyết vấn đề

Bước 2: Giải quyết vấn đề

5

+ Phân tích làm rõ những mối quan hệ giữa cái chưa biết và cái đã biết

+ Đề xuất và thực hiện hướng giải quyết vấn đề Ở đây thường vận dụng quy tắc tìm đoán, quy lạ về quen, đặc biệt hóa, khái quát hóa, xét tính tương tự, suy ngược suy xuôi…

+ Trình bày cách giải quyết vấn đề

Bước 3: Nghiên cứu và kiểm tra lời giải

+ Kiểm tra sự đúng đắn của lời giải

+ Kiểm tra tính tối ưu, tính hợp lí của lời giải

+ Đề xuất những vấn đề mới có liên quan và giải quyết vấn đề nếu có

Năng lực giải quyết vấn đề được hiểu là khả năng cá nhân sử dụng hiệu quả các quá trình nhận thức, hành động, thái độ, động cơ, xúc cảm để giải quyết những tình huống vấn đề mà ở đó không có sẵn quy trình, giải pháp thông thường

Như vậy, năng lực giải quyết vấn đề đối với học sinh THPT được hiểu: Là khả năng cá nhân giải quyết tình huống có vấn đề mà ở đó không có sẵn quy trình, giải pháp thông thường, hoặc học sinh có thể giải quyết một cách thành thạo với những nét độc đáo riêng, theo chiều hướng luôn đổi mới phù hợp với thực tế

Theo dự thảo CT GDPT tổng thể, những biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề được thể hiện như sau:

- Phát hiện và làm rõ vấn đề: Phân tích được tình huống học tập, tình huống trong cuộc sống, phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập và trong cuộc sống

- Đề xuất, lựa chọn giải pháp: Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến vấn đề, đề xuất và phân tích được các giải pháp giải quyết vấn đề (GQVĐ) Lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất

- Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề: Thực hiện và đánh giá giải pháp GQVĐ Suy ngẫm về cách thức và tiến trình GQVĐ để điều chỉnh và vận dụng trong bối cảnh mới

- Nhận ra ý tưởng mới: Xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới và phức tạp

từ các nguồn thông tin khác nhau Phân tích các nguồn thông tin độc lập để thấy được khuynh hướng và độ tin cậy trong ý tưởng mới

- Hình thành và triển khai ý tưởng mới: Nêu được nhiều ý tưởng mới trong học tập và cuộc sống Suy nghĩ không theo lối mòn Tạo ra yếu tố mới dựa trên những ý tưởng khác nhau Hình thành và kết nối các ý tưởng Nghiên cứu để thay đổi giải pháp trước sự thay đổi của bối cảnh Đánh giá rủi ro và có dự phòng

6

- Tư duy độc lập: Đặt được nhiều câu hỏi có giá trị, không dễ dàng chấp nhận thông tin một chiều Không thành kiến khi xem xét, đánh giá một vấn đề Quan tâm tới lập luận và minh chứng thuyết phục Sẵn sàng xem xét, đánh giá lại vấn đề

Đề tài này sử dụng bài tập tình huống trong dạy học để bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho HS thông qua dạy học chương Sóng cơ Vậy tình huống là gì? Bài tập tình huống là gì?

1.2 Tình huống và tổ chức dạy học tình huống trong dạy học Vật lí

1.2.1 Tình huống

Theo quan điểm triết học, tình huống được nghiên cứu như là một tổ hợp các mối quan hệ xã hội cụ thể, mà đến một thời điểm nhất định liên kết con người với môi trường, biến con người thành một chủ thể của một hoạt động có đối tượng nhằm đạt được một mục tiêu nhất định

Theo từ điển Tiếng Việt, tình huống là toàn thể những sự việc xảy ra tại một nơi, trong một thời gian, buộc người ta phải suy nghĩ, hành động, đối phó, chịu đựng, tìm cách giải quyết

Về mặt tâm lí học, tình huống được quan niệm trên cơ sở quan hệ giữa chủ thể và khách thể, trong không gian và thời gian “Tình huống là hệ thống các sự kiện bên ngoài có quan hệ với chủ thể, có tác dụng thúc đẩy tính tích cực của người đó Trong quan hệ không gian tình huống xảy ra bên ngoài nhận thức của chủ thể Trong quan hệ thời gian tình huống xảy ra trước so với hành động của chủ thể Trong quan

hệ chức năng tình huống là sự độc lập của các sự kiện đối với chủ thể ở thời điểm

mà người đó thực hiện hành động.”

1.2.2 Tình huống dạy học

Xét về mặt khách quan, tình huống dạy học là tổ hợp những mối quan hệ xã hội

cụ thể được hình thành trong quá trình dạy học, khi mà người học đã trở thành chủ thể hoạt động của đối tượng nhận thức trong môi trường dạy học, nhằm một mục đích dạy học cụ thể Xét về mặt chủ quan, tình huống dạy học chính là trạng thái bên trong được sinh ra do sự tương tác giữa chủ thể với đối tượng nhận thức

Một tình huống thông thường chưa phải là một tình huống dạy học Nó chỉ trở thành tình huống dạy học khi người giáo viên đưa những nội dung cần truyền thụ vào trong các sự kiện tình huống và cấu trúc các sự kiện sao cho phù hợp với logic sư phạm, để khi người học giải quyết nó sẽ đạt được mục tiêu dạy học

Tình huống dạy học (THDH) là khái niệm mô tả hoàn cảnh, điều kiện dạy học

cụ thể như: GV, HS, sách giáo khoa, các vấn đề GV đưa ra có gì đặc biệt? Mục đích, nội dung, phương pháp, phương tiện, môi trường dạy học như thế nào? THDH có thể là một câu chuyện, một câu hỏi, một vidieo, hay một bài tập chứa đựng thực tiễn

đã có sẵn và vấn đề cần giải quyết THDH luôn luôn thay đổi, vì vậy để dạy học tốt đòi hỏi người giáo viên phải quan sát thực tế, nhạy cảm và tập trung sự chú ý của

Các thành tố của quá trình dạy học là thành phần cơ bản của THDH Gồm các yếu tố: mục đích, mục tiêu, nội dung, phương pháp, phương tiện, hình thức và kiểm tra, đánh giá bài học Dựa vào các thành tố này mà con người tổ chức các hoạt động nhận thức hướng tới đích cuối cùng của bài học

THDH Vật lí là một bài toán Vật lí bao gồm một hệ thống thông tin có hai bộ phận luôn mâu thuẫn với nhau Bộ phận thứ nhất là dữ kiện bao gồm tất cả những thông tin đã cho một cách tường minh hoặc tiềm ẩn có liên quan tới bài toán Bộ phận thứ hai là yêu cầu bao gồm những thông tin mà bài toán yêu cầu phải tìm ra cho việc giải bài toán Để giải bài toán phải đối chiếu các điều kiện với các yêu cầu đặt ra trong tình huống học tập Đây là những tác động của GV vào HS nhằm chỉ ra mục đích, hành động, cung cấp những dữ kiện cần thiết cho HS, tạo điều kiện, hứng thú để họ có thể dựa vào đó tự lực hành động trong một lĩnh vực nào đó

Các tình huống được tổ chức phù hợp với logic nhận thức của HS tức là phải phù hợp với trình độ nhận thức, với các kinh nghiệm và kiến thức hiện có Tình huống có khả năng kích thích tư duy của HS nếu thỏa mãn:

+ Nó là cái mới, cái chưa biết đến

+ Tình huống phải chứa đựng cái cần tìm, tức là phải chứa đựng nhiệm vụ, nhu cầu giải quyết

+ Vấn đề chứa đựng vừa sức với cá nhân, có tri thức liên quan đến vấn đề vận dụng, tìm ra giải pháp có hiệu quả

Như vậy, vấn đề là một nhiệm vụ nhận thức mà HS không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần bằng các kiến thức, kĩ năng, phương thức hành động đã có, mà phải tìm tòi sáng tạo mới giải quyết được và khi giải quyết được thì HS thu nhận những kiến thức, kĩ năng, phương thức hành động mới Từ đó có thể hiểu tình huống học tập Vật lí là tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết Học sinh cảm thấy với khả năng của mình thì họ sẽ giải quyết được nên kích thích hoạt động nhận thức tích cực của HS Điều này đặt ra cho học sinh phải tìm tòi, sáng tạo tiếp nhận những tri thức mới, phương thức hành động mới để giải quyết vấn đề mà tình huống tạo nên

8

1.2.3 Bài tập tình huống trong dạy học

Bài tập là nhiệm vụ mà người học cần phải thực hiện Trong bài tập bao gồm các dữ kiện và yêu cầu cần tìm Bài tập tình huống trong dạy học là những tình huống khác nhau đã, đang và có thể xảy ra trong quá trình dạy học được cấu trúc dưới dạng bài tập Khi học sinh giải quyết được các bài tập ấy thì không những giúp học sinh lĩnh hội kiến thức mới, củng cố khắc sau kiến thức mà còn rèn luyện được những kĩ năng, năng lực cần thiết Nhằm mục đích đó ta có thể sử dụng các bài tập định tính, các bài tập định lượng, các bài tập thực nghiệm và các bài tập khác nữa có “tình huống có vấn đề”, đó là các câu hỏi, bài tập, bài toán nào gây ra được mâu thuẫn chủ quan giữa cái đã biết và cái chưa biết thì đưa người học đến trạng thái có vấn đề, từ

đó nảy sinh các câu hỏi như: Cái gì? Là gì? Có tính chất gì? Như thế nào? Tại sao?

Từ đó nảy sinh quá trình vận động từ chưa biết đến biết chưa đầy đủ, biết đầy đủ và

có khả năng suy luận sáng tạo

1.2.4 Tổ chức dạy học tình huống trong dạy học Vật lí

1.2.4.1 Tiến trình dạy học một kiến thức Vật lí theo PPDH tình huống

Trên cơ sở tiến trình nhận thức khoa học Vật lí kết hợp với yêu cầu tổ chức

hoạt động học tập sáng tạo bằng cách tổ chức các tình huống học tập thích hợp, có thể đề xuất tiến trình dạy học một kiến thức cụ thể như sau:

- Trước hết, giáo viên tạo ra một tình huống Vật lí mở đầu chứa đựng một vấn

đề mà thực tiễn hoặc lý thuyết cần giải quyết Có nhiều cách để tạo tình huống mở đầu: từ kinh nghiệm sống, quan sát tự nhiên, thí nghiệm, giải bài tập Vật lí, kể chuyện lịch sử… Công cụ để giải quyết vấn đề là kiến thức cần xây dựng Tình huống này thường được sử dụng khi giới thiệu một chương mới, bài mới hay một hoạt động

dạy học mới Tác dụng của tình huống Vật lí mở đầu là tập cho học sinh hành động

phát hiện vấn đề và tạo động cơ nhận thức, kích thích học sinh tích cực tư duy

- Khi đã tạo được hứng thú và nhu cầu nhận thức nhưng chưa thể có câu trả lời GV sử dụng tình huống gợi mở, dẫn dắt HS đi tìm nhằm trúng vào mục tiêu nội dung của kiến thức cần thiết Các tình huống như thế này gọi là tình huống cơ bản

Nó là tập hợp các câu hỏi chứa đựng một vấn đề nhằm trúng kiến thức cần xây dựng Tác dụng của tình huống này chỉ ra mục tiêu của hành động, làm cho học sinh tự chủ hành động xây dựng kiến thức mới Đây là hành động sáng tạo nhất cần rèn luyện cho học sinh Nếu học sinh vẫn không tự lực hành động được thì cần định hướng tiếp theo

Sau khi sử dụng các tình huống trên để HS tìm kiếm được kiến thức mới thì

để HS nắm vững và vận dụng kiến thức trên vào một tình huống cụ thể nào đó GV cần sử dụng tình huống là một bài tập vận dụng Ở đây sử dụng bài tập đơn giản với mục đích là cụ thể hóa kiến thức mới thành bài toán học tập, tức là nêu rõ các dữ kiện và yêu cầu tìm kiếm Bài toán đã cung cấp đủ điều kiện tường minh để HS tự lực giải quyết bài toán Nhiệm vụ của học sinh là đi tìm mối liên hệ giữa các dữ kiện,

Với những người GV giỏi, họ còn khéo léo lôi cuốn HS tò mò, chờ đợi bài học sau của mình bằng cách tạo tình huống có vấn đề ở cuối bài Tình huống này sẽ đặt ra cho HS một băn khoăn thắc mắc, khiến các em tò mò muốn tìm ra câu trả lời Như vậy GV đã khơi gợi trong HS niềm đam mê tìm tòi, khả năng hoạt động sáng tạo sau khi rời phòng học thông qua các tình huống mình tổ chức

Qua phân tích như trên ta thấy rằng có nhiều tình huống được sử dụng và sử dụng ở các thời điểm khác nhau Khi giảng dạy các GV phải linh hoạt, sắp xếp khoa học và sử dụng các tình huống hợp lí mới có thể phát huy được tính ưu việt của PPDH này Tùy vào môi trường, hoàn cảnh, trình độ của học sinh, quan trọng là phải tạo điều kiện cho học sinh thực hiện thành công càng nhiều hoạt động sáng tạo càng tốt

1.2.4.2 Xây dựng các tình huống cho việc dạy một kiến thức cụ thể

Xây dựng các tình huống Vật lí phù hợp nhằm đưa học sinh vào những hoạt động học tập xác định theo mục tiêu học tập đã đề ra Những tình huống Vật lí

thường sử dụng là:

- Tình huống có vấn đề: như tình huống bế tắc, tình huống lựa chọn, tình huống bất ngờ, tình huống không phù hợp, tình huống đối lập,…Những tình huống này kích thích hoạt động học tập tích cực của học sinh ở chỗ đề xuất vấn đề và giải quyết vấn đề đã đề xuất

- Tình huống vấn đề cơ bản: là tình huống mà ở đó xuất hiện câu hỏi có tác dụng định hướng tư duy tìm tòi của học sinh, nhằm trúng vào mục tiêu nội dung của kiến thức cần tìm kiếm

- Tình huống và vấn đề kiểm chứng: là loại tình huống nhằm hợp thức hoá kiến thức xây dựng

- Xây dựng bài tập vận dụng, có thể xem đây là những tình huống nhằm kiểm chứng một nội dung kiến thức nào đó

1.2.5 Thực trạng dạy học phát triển năng lực ở trường THPT hiện nay

Đổi mới PPDH là một vấn đề nhạy cảm và đang rất được quan tâm không chỉ riêng trong ngành giáo dục mà còn đang trở thành một vấn đề xã hội hiện nay

Có nhiều phương pháp dạy học tích cực được sử dụng góp phần bồi dưỡng các năng lực và phẩm chất cho người học như: PPDH giải quyết vấn đề, PPDH định

10

hướng hành động, PPDH tình huống… Tuy nhiên việc ứng dụng các PPDH này vào quá trình dạy học đang còn rất hạn chế Để khảo sát thực trạng dạy học ở một

số trường THPT như trường THPT Nghi Lộc 3 và một số trường THPT lân cận tôi

đã trao đổi, dùng phiếu thăm dò ý kiến giáo viên, phiếu điều tra học sinh thì đa số giáo viên đã sử dụng phương pháp dạy học tích cực vào trong giảng dạy để phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo của học sinh nhằm phát triển năng lực cho học sinh cũng như nâng cao chất lượng giáo dục Tuy nhiên vẫn còn một số giáo viên

sử dụng nhiều các phương pháp dạy học truyền thống, nhất là trong dạy học Vật lí Bên cạnh đó đối với phương pháp sử dụng bài tập tình huống, nhất là các bài tập liên quan đến thực tế còn rất ít Trong giờ học bài mới, giáo viên thường chỉ đặt ra những câu hỏi có tính dẫn dắt, gợi mở kiến thức, ít khi đặt các câu hỏi liện hệ giữa hiện tượng này với hiện tượng khác hoặc mối liên hệ giữa kiến thức đã học với thực tế đời sống làm cho môn Vật lí xa rời thực tế đời sống và sản xuất Như vậy phương pháp dạy học sử dụng bài tập tình huống chưa thực sự được nhiều giáo

viên quan tâm sử dụng

Nguyên nhân:

- Điều kiện cơ sở vật chất chưa thực sự đáp ứng được cho PPDH mới

- Sự đổi mới PPDH đã có nhiều nơi thực hiện nhưng việc đổi mới trong thi

cử, trong đánh giá cũng như trong quy trình tiếp nhận việc làm, đánh giá năng lực của xã hội chưa kịp đổi mới Xã hội vẫn còn coi trọng bằng cấp mà chưa chú trọng đến năng lực của người làm Buộc giáo viên và học sinh phải dạy học để đối phó với các kì thi Đối với học sinh, Vật lí là một môn học khó do đó đa số học sinh còn học với tâm trạng miễn cưỡng, thụ động chưa tích cực, chủ động trong quá trình học tập,

vì vậy học sinh khó tiếp thu kiến thức, hầu như không yêu thích và hứng thú học, số học sinh khá, giỏi rất ít Dẫn đến giáo viên chỉ chú trọng vào việc dạy lí thuyết, vận dụng các công thức vào giải các bài tập tính toán, vì vậy việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh để phát triển tư duy Vật lí, tư duy sáng tạo chưa được giáo viên quan tâm

1.2.6 Một số thuận lợi, khó khăn khi sử dụng phương pháp dạy học tình huống

a Thuận lợi

- Hiện nay yêu cầu về đổi mới phương pháp dạy học đặt ra cho các trường những nhiệm vụ mới Nhiều trường, giáo viên và học sinh tích cực đầu tư thời gian luyện tập phát hiện các tình huống dạy học, giải quyết vấn đề nảy sinh trong cuộc sống Đội ngũ giáo viên có trình độ công nghệ thông tin, say mê với nghề nghiệp ngày càng nhiều Đội ngũ giáo viên được tham gia đào tạo và bồi dưỡng chuyên môn theo nhiều chương trình Cơ sở vật chất và đồ dùng dạy học ở các trường đã được tăng cường cả về số lượng lẫn chất lượng Tất cả những yếu tố trên tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ chức các tình huống dạy học Vật lý

11

b Khó khăn

* Việc vận dụng phương pháp dạy học tình huống đặt ra các yêu cầu, như cách thức tổ chức lớp học, bố trí thời lượng, đặt câu hỏi, tổ chức học sinh thảo luận, khuyến khích các thành viên nhóm đều tham gia thảo luận, dẫn dắt mạch thảo luận để đạt được mục tiêu đặt ra khi viết tình huống, nhận xét, phản biện ý kiến của học sinh Người GV phải được chuẩn bị và rèn luyện các kỹ năng dạy học nếu không thì giờ học trở nên vô hiệu quả đối với học sinh Nhiều trường hợp, GV “nghỉ ngơi”, thì học sinh phải làm việc mà không có bất kỳ sự định hướng, dẫn dắt nào, nên người học thực chất cũng chẳng thu được lợi ích gì

* Những thách thức đối với học sinh

- Trước hết sự năng động, tinh thần nổ lực học tập cầu tiến bộ cùng với khả năng sáng tạo, ưa khám phá của học sinh chỉ được phát huy nếu có sự tổ chức tốt và

sử dụng phương pháp thích hợp trong dạy học tình huống Nếu không chú ý điều này, học sinh sẽ không quản lý hiệu quả thời gian học tập và sẽ bị chi phối vào những tình huống vô bổ

- Một bộ phận học sinh thiếu khả năng tự học, độc lập nghiên cứu, tìm tòi dẫn đến thụ động trong học tập Như vậy có sự phân hóa cao trong tiếp thu kiến thức Nhiều học sinh tự lực tích cực, độc lập suy nghĩ sẽ gặt hái được nhiều kiến thức trong dạy học tình huống Ngược lại nhiều học sinh không theo kịp, bị bỏ rơi, đến lớp học theo nghĩa vụ, học tập hiệu quả thấp

* Cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm, đồ dùng dạy học không đảm bảo cũng là trở ngại lớn đối với việc vận dụng phương pháp dạy học tình huống Vì vậy, người giáo viên phải khắc phục hoàn cảnh, cải tiến đổi mới phương pháp dạy học và tích cực vận động học sinh làm đồ dùng dạy học

1.2.7 Sự cần thiết phải sử dụng PPDH theo tình huống

Qua sự phân tích trên chúng ta thấy rằng muốn đạt được kết quả cao về các mục tiêu dạy học như kiến thức, kĩ năng, thái độ hay nói chung là phát triển 10 năng lực và 5 phẩm chất của người học thì cần thiết phải tổ chức một PPDH tích cực, một trong các phương pháp đó là tổ chức dạy học tình huống Bởi PPDH tình huống có một số ưu điểm nổi bật sau:

- Nâng cao tính thực tiễn của môn học: Việc sử dụng PPDH tình huống tạo điều kiện cho việc xây dựng các tình huống nhằm gắn lý thuyết với thực tiễn

- Nâng cao tính chủ động, sáng tạo và sự hứng thú cho HS trong quá trình học

Từ đó bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo cho HS

- Nâng cao kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng phân tích, giải quyết vấn đề, tư duy hệ thống, tính sáng tạo, khả năng giao tiếp và công tác làm việc

12

- Giáo viên trong vai trò của người dẫn dắt cũng sẽ tiếp thu được rất nhiều kinh nghiệm, và những cách nhìn, giải pháp mới từ phía HS để làm phong phú bài giảng

và điều chỉnh nội dung tình huống nghiên cứu

- Các tình huống tốt có tính chất liên kết lý thuyết rất cao Vì vậy dạy học tình huống đạt hiệu quả nếu có sự tham gia chủ động, tích cực của học sinh và học sinh phải có phương pháp tự học, tự nghiên cứu, và độc lập tìm tòi, sử dụng tài liệu tham khảo

1.3 Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua tổ chức dạy học tình huống

1.3.1 Một số yêu cầu khi dạy học tình huống

Trong dạy học tình huống GV cần chú ý là phải đưa ra tình huống có vấn đề cần nghiên cứu và làm thế nào để HS không những hiểu rõ vấn đề cần nghiên cứu

mà quan trọng là vấn đề phải hay, phải lý thú, hấp dẫn, lôi cuốn HS, làm cho HS hứng thú, ham thích, say sưa học tập để giải quyết tình huống tìm tòi cái mới, tìm tòi ra kiến thức khoa học

Muốn được như vậy thì người GV phải suy nghĩ, động não, nỗ lực bằng kinh nghiệm, kiến thức khoa học, nghệ thuật và phương tiện dạy học GV tạo ra các tình huống có vấn đề là phải đạt yêu cầu sau :

- Phải đảm bảo tính khoa học: Tình huống đưa ra phải phù hợp với nội dung cần giải quyết, phải mang ý nghĩa Vật lí

- Phải có mâu thuẫn: tình huống có mâu thuẫn mới có vấn đề để giải quyết, có mâu thuẫn mới khởi phát được hoạt động tư duy của HS, mâu thuẫn là nguyên nhân của mọi sự vận động, là động lực của mọi quá trình phát triển

- Phải lý thú: tình huống càng lý thú thì càng thu hút được sự hợp tác của các

em

- Phải vừa sức: tức tình huống đưa ra với sự nỗ lực tối đa của các em có thể giải quyết được toàn bộ tình huống hoặc giải quyết được một phần của tình huống Mặc khác, tình huống phải liên quan chặt chẽ đến vấn đề nghiên cứu và phải có yếu

tố kích thích sự hứng thú đối với HS, giúp các em tư duy, nghiên cứu tìm ra mấu chốt của vấn đề để lựa chọn phương pháp giải quyết phù hợp mang lại hiệu quả cao nhất

Theo N.M Xvêreva cho rằng: Việc xây dựng các tình huống có vấn đề và việc phân tích các tình huống đó phải có sự tham gia tích cực của HS vào việc tìm tòi những phương hướng giải quyết vấn đế học tập đã nêu ra nhằm duy trì hứng thú nhận thức của các em một cách sâu sắc

Vậy, để xây dựng tình huống có vấn đề đạt kết quả phải tiếp cận ba mặt: triết học (mâu thuẫn), tâm lý học (hứng thú) và giáo dục học (khoa học và vừa sức)

13

Để HS có thể giải quyết được vấn đề nhận thức thì GV phải tổ chức quá trình học tập sao cho trong từng giai đoạn xuất hiện tình huống bắt buộc HS phải thực hiện các thao tác tư duy sáng tạo và suy luận logic, muốn vậy GV phải đưa ra các câu hỏi định hướng cho học sinh tiến hành các thao tác tư duy sáng tạo và suy luận logic trong mỗi tình huống cụ thể

1.3.2 Biện pháp bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua dạy học tình huống

1.3.2.1 Xây dựng hệ thống câu hỏi dạy học tình huống

* Câu hỏi kích thích học sinh có nhu cầu kiến thức để giải quyết vấn đề

Trong tình huống được đặt ở đầu bài, đầu chương hay đầu mỗi hoạt động nhận thức thì GV đặt HS vào một tình huống có vấn đề, đặt ra một câu hỏi lớn cho HS, dẫn HS tới chỗ phải trả lời câu hỏi thuộc loại: “sẽ như thế nào, nếu…?” “phải thế nào, để…?” “ vì sao như thế”… Tình huống này HS không thể giải quyết được dựa vào các kiến thức đã học mà cần phải sử dụng một kiến thức mới nào đó HS sẽ gặp

sự bất ổn hóa tri thức do học sinh không đủ kiến thức và kĩ năng phù hợp, do đó học sinh có nhu cầu xác định một mô hình hoặc sửa đổi một mô hình đã có sẽ là động lực thúc đẩy tiến trình xây dựng, vận dụng tri thức

* Câu hỏi định hướng nội dung, kiến thức cần xác lập

Việc tìm ra cách trả lời các câu hỏi như trên gắn liền với việc đặt ra câu hỏi “có mối liên hệ nào chi phối mà từ đó sẽ suy ra được điều trả lời cho câu hỏi đã đặt ra?” Câu hỏi này đòi hỏi học sinh phải vận hành một mô hình nào đó Vì vậy, điều quan trọng trước tiên phải là xác định và thảo luận về mô hình đó

* Câu hỏi yêu cầu xác định giải pháp tìm tòi, xác lập kiến thức cần xây dựng, vận dụng

Nếu không thể sử dụng một mô hình đã có mà cần xác lập một mô hình mới, thì câu hỏi được đặt ra tiếp theo sẽ là: “một cách lí thuyết có thể xác lập tính chất, mối liên hệ đó như thế nào?” hoặc: “làm thế nào thì có thể sẽ quan sát, đo được cái

gì cần cho sự xác lập tính chất, mối liên hệ, từ đó rút ra kết luận gì?”

* Câu hỏi yêu cầu diễn đạt chính xác, cô đọng kiến thức xác lập được

Kiến thức xác lập được cần phải diễn đạt một cách chính xác, cô đọng để có thể vận dụng, nghĩa là cần trả lời được câu hỏi: “Nội dung của kiến thức đã xác lập được diễn đạt một cách chính xác, cô đọng như thế nào?”

* Câu hỏi yêu cầu vận dụng kiến thức đã xác lập

Việc sử dụng mô hình đã lựa chọn, xác lập cho phép rút ra câu trả lời cho các câu hỏi có dạng: “Sẽ như thế nào, nếu…?”; “Phải thế nào, để…?”; “Vì sao như thế?”;

“Làm thế nào để tạo ra được … trong thực tế?” Đó là loại câu hỏi yêu cầu vận dụng kiến thức đã xác lập được việc xem xét phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm trong việc trả lời cho các câu hỏi này là sự kiểm tra, hợp thức hóa tri thức mới

14

1.3.2.2 Xây dựng tiến trình dạy học tình huống trong dạy học Vật lí

Sau khi thiết kế được các tình huống dạy học thì việc tổ chức, triển khai các tình huống trong bài học lại rất cần thiết Tiến trình dạy học tình huống trong dạy học Vật lí có thể chia thành các giai đoạn như sau:

* Tạo tình huống có vấn đề, xây dựng bài toán nhận thức

- Nhiệm vụ của giai đoạn này là:

+ Tạo tình huống có vấn đề

+ Phát hiện và nhận dạng vấn đề nảy sinh

+ Phát biểu vấn đề cần giải quyết

- Mục đích của giai đoạn này là làm xuất hiện trước HS mâu thuẫn nhận thức, giúp HS xác định rõ nhiệm vụ nhận thức và tiếp nhận nó, tức là tạo ra nhu cầu nhận thức của HS; Kích thích ở HS hứng thú nhận thức sao cho các em phấn khởi, sẵn sàng giải quyết vấn đề một cách liên tục Giáo viên chú ý đưa ra tính huống có vấn

đề phải đảm bảo tính vừa sức, không quá khó làm học sinh mất hứng thú Việc giải quyết được các khó khăn gặp phải sẽ củng cố niềm tin cho học sinh và tạo nên sự hứng khởi đặc biệt

- Cách thức tổ chức tình huống có vấn đề trong dạy học Vật lí:

+ Tạo cho HS bắt gặp những sự kiện, hiện tượng đòi hỏi phải vận dụng kiến thức để giải thích

+ Để cho HS phân tích những sự kiện, hiện tượng mà họ thấy như có mâu thuẫn giữa đời sống và quan niệm khoa học

+ Tạo ra tình huống có vấn đề bằng cách đưa ra giả thuyết, tổ chức thí nghiệm nghiên cứu

+ Cho HS biết những sự kiện, hiện tượng, thoạt đầu dường như không thể giải thích được dẫn tới đề xuất vấn đề khoa học

+ Tạo tình huống có vấn đề bằng cách kích thích cho HS so sánh, đối chiếu những sự kiện, hiện tượng tự nhiên có sự tương tự

* Giải quyết tình huống đặt ra

- Các công việc của giai đoạn này là:

+ Hình thành giả thuyết

+ Chứng minh giả thuyết

+ Đánh giá

- Mục đích: Đưa HS vào con đường tự tìm hiểu kiến thức

- Các kiểu hướng dẫn HS giải quyết tình huống:

15

+ Hướng dẫn HS tìm tòi quy về kiến thức phương pháp đã biết

+ Hướng dẫn HS diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngôn ngữ Vật lí

+ Hướng dẫn HS phân tích một hiện tượng Vật lí phức tạp bị chi phối bởi nhiều nguyên nhân thành những hiện tượng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, một định luật đã biết

+ Hướng dẫn HS phân chia quá trình diễn biến của hiện tượng thành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đó tuân theo một quy luật xác định đã biết

- Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần

Kiểu hướng dẫn này thường được sử dụng khi nghiên cứu tài liệu mới, HS được giao nhiệm vụ phát hiện ra những tính chất mới, những mối liên hệ có tính quy luật mà trước đây chưa biết hoặc biết chưa đầy đủ

- Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát

Ở đây, GV chỉ hướng dẫn HS xây dựng phương hướng chung để giải quyết vấn đề, còn việc vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện kế hoạch đó là do HS tự làm

* Kiểm tra, vận dụng kết quả

- Các công việc của giai đoạn này là:

+ Thảo luận kết quả và đánh giá

+ Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã nêu ra

+ Phát biểu kết luận

+ Đề xuất vấn đề mới

Trong giai đoạn này, chú ý cho HS vận dụng sáng tạo các tri thức đã thu nhận được, tức là vận dụng để giải quyết những tình huống mới, khai thác những tình huống mới gặp phải khi thu nhận kiến thức

1.4 Kiểm tra, đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS

Trong dạy học, việc đánh giá HS không chỉ nhằm mục đích nhận định thực trạng và điều chỉnh hoạt động học của trò mà còn đồng thời tạo điều kiện nhận định thực trạng và điều chỉnh hoạt động dạy của thầy Để đào tạo ra những con người năng động sáng tạo, sớm thích nghi với đời sống xã hội, thì việc kiểm tra, đánh giá không chỉ dừng lại ở việc tái hiện các kiến thức, kĩ năng đã học mà phải phát huy trí thông minh, óc sáng tạo trong việc giải quyết những tình huống thực tế

Đánh giá kết quả học tập của HS là việc làm thường xuyên của người GV Chúng ta có nhiều kinh nghiệm trong việc đánh giá kết quả học tập của HS qua các bài tập tái hiện Tuy nhiên để giúp việc kiểm tra đánh giá năng lực giải quyết vấn đề một cách dễ dàng, chính xác, ta có thể áp dụng các cách sau:

3 Chú ý kiểm tra tính linh hoạt, tháo vát trong thực hành, thực nghiệm, (thí nghiệm

VL, sử dụng các phương tiện trực quan)

4 Kiểm tra việc thực hiện những bài tập sáng tạo và tìm ra cách giải ngắn nhất, hay nhất (những bài tập yêu cầu học sinh đề xuất nhiều cách giải quyết)

5 Đánh giá cao những biểu hiện sáng tạo dù nhỏ

Các tiêu chí của biểu hiện NL Giải quyêt vấn đề

1.Ý tưởng xuất hiện độc đáo, mang tính bất ngờ, lóe sáng (có thể chưa đúng) 2.Phát hiện vấn đề mới và đưa ra được dự đoán có căn cứ

3.Đề xuất được giải pháp giải quyết vấn đề

4.Thực hiện thành công theo giải pháp đã lựa chọn

5.Phát hiện vấn đề mới trong điều kiện quen biết, khả năng nhìn thấy chức năng của đối tượng quen biết Biết đặt câu hỏi cho mình và cho người khác về bản chất của sự việc, tình huống, điều kiện;

6.Khả năng nhìn thấy cấu trúc của đối tượng nghiên cứu; khả năng bao quát nhanh chóng, nhiều khi là ngay lập tức các bộ phận, các yếu tố của các đối tượng trong mối quan hệ giữa chúng với nhau;

7.Khả năng đề xuất các giải pháp khác nhau khi xử lý một tình huống, huy động các kiến thức cần thiết để đưa ra giả thuyết, dự đoán khác nhau khi xử lý cùng một hiện tượng;

8.Khả năng đề xuất các phương án thí nghiệm hoặc thiết kế các sơ đồ thí nghiệm

để kiểm tra giả thuyết hay hệ quả

9.Khả năng nhìn nhận một vấn đề dưới các góc độ khác nhau, xem xét đối tượng

ở những khía cạnh khác nhau, đôi khi mâu thuẫn;

10.Khả năng chuyển tải tri thức và kĩ năng từ lĩnh vực quen biết sang tình huống mới, vận dụng kiến thức đã học vào điều kiện, hoàn cảnh mới;

11.Biết phân tích, đánh giá giải pháp đã lựa chọn cũng như sản phẩm, mong muốn hoàn thiện chúng

2.1.1 Yêu cầu của tình huống

* Khi thiết kế các tình huống phải bảo đảm các yêu cầu sau:

- Có tính thời sự, sát thực tế, sát nội dung bài học

- Có tính kích thích, tạo khả năng để học sinh đưa ra nhiều giải pháp

- Nội dung bài tập phải vừa sức, phù hợp với trình độ học sinh

* Kĩ thuật thiết kế bài tập tình huống phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Chọn nguồn thiết kế bài tập tình huống từ sản phẩm của học sinh, có thể là câu phát biểu trả lời trên lớp, bài kiểm tra

- Chọn được các bài tập tình huống mà có thể phát triển được các kĩ năng và năng lực cơ bản cho học sinh

- Hình thức diễn đạt bài tập tình huống phải phù hợp

- Biến đổi linh hoạt mức độ khó khăn của bài tập tình huống cho phù hợp với từng đối tượng học sinh Chúng ta có thể thêm hay bớt dữ kiện của bài tập tình huống

để tăng hoặc giảm độ khó của bài tập tình huống

2.1.2 Một số vấn đề cần chú ý khi thiết kế bài tập tình huống

- Chủ đề: Mô tả đặc điểm nổi bật của bài tập tình huống

- Mục tiêu bài học đạt được thông qua bài tập tình huống

- Nội dung bài tập tình huống: Mô tả bối cảnh bài tập tình huống Nội dung phải đủ thông tin để phân tích, giải quyết bài tập tình huống

- Nhiệm vụ học sinh cần giải quyết

2.2 Phân tích mục tiêu, cấu trúc nội dung chương Sóng cơ và sóng âm

2.2.1 Đặc điểm của chương “Sóng cơ và sóng âm”

Đây là chương thứ hai trong chương trình Vật lí 12 hiện hành Nội dung của chương đề cập đến các khái niệm mới đối với học sinh nhưng các hiện tượng Vật lí xảy ra lại rất gần gũi, quen thuộc đối với học sinh như hiện tượng sóng nước, sóng

âm, âm phát ra từ loa đài, kèn trống…

Việc nắm vững kiến thức trong chương sẽ giúp học sinh biết được các hiện tượng sóng trong thực tế, đồng thời chuẩn bị cho việc lĩnh hội các kiến thức ở các chương tiếp theo liên quan đến tính chất sóng như sóng điện từ, sóng ánh sáng

18

2.2.2 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Sóng cơ và sóng âm”

Logic nội dung kiến thức có thể dược mô tả theo sơ đồ sau

2.2.3 Chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương

- Xác định được bước sóng hoặc tốc độ truyền sóng bằng phương pháp sóng dừng

- Nêu được sóng âm, âm thanh, hạ âm, siêu âm là gì

- Nêu được cường độ âm và mức cường độ âm là gì và đơn vị đo mức cường độ

âm

- Nêu được các đặc trưng vật lí (tần số, mức cường độ âm và các họa âm) của âm

- Nêu được các đặc trưng sinh lí (độ cao, độ to và âm sắc) của âm

- Nêu được ví dụ để minh hoạ cho khái niệm âm sắc Trình bày được sơ lược về

âm cơ bản, các hoạ âm

- Nêu được tác dụng của hộp cộng hưởng âm

Các đại lượng đặc trưng cho sóng

Giao thoa sóng

Đặc trưng sinh lí của âm

Đặc trưng vật lí của âm

Năng lượng sóng

Bước sóng

Tốc

độ truyền sóng

Chu

kì, tần số sóng

Biên

độ sóng

19

- Mô tả được hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước và nêu được các điều kiện

để có sự giao thoa giữa hai sóng

- Mô tả được hiện tượng sóng dừng trên một sợi dây và nêu được điều kiện có sóng dừng khi đó

2.2.3.2 Về kĩ năng

- Viết được phương trình sóng

- Giải được các bài toán đơn giản về sóng cơ, sự giao thoa sóng cơ, sóng dừng

- Giải thích được sơ lược hiện tượng sóng dừng trên một sợi dây

- Xác định được bước sóng hoặc tốc độ truyền âm bằng phương pháp sóng dừng

2.3 Thiết kế và sử dụng bài tập tình huống phát triển năng lực giải quyết vấn

đề cho học sinh

2.3.1 Thiết kế bài tập tình huống

Bài tập tình huống 1: (Dùng để dạy về Sóng cơ và sự truyền sóng cơ – Chủ đề Sóng

cơ)

Đi tắm biển chẳng ai là không thích thú trước các con sóng trắng xóa từ ngoài

xa chạy xô vào bờ Khi quan sát sóng chúng ta có tự hỏi sóng được hình thành như thế nào, có những đặc điểm gì? Làm thế nào xác định được tốc độ truyền của sóng?

Trả lời: Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong một môi trường Trong một môi trường tốc độ truyền sóng không đổi

Bài tập tình huống 2: (Dùng để dạy về Sóng cơ và sự truyền sóng cơ – Chủ đề Sóng

cơ)

Một người muốn đo chu kì của sóng biển, người ấy đã mang ra bờ biển một chiếc phao và một cái đồng hồ Với những dụng cụ trên, người ấy có thể thực hiện được công việc của mình không? Nếu được hãy nêu một phương án

Trả lời: Thực hiện được Có thể thực hiện theo phương án sau:

Thả cho phao nổi trên mặt nước biển để nó dao động Đếm số lần phao nhô lên cao (n) trong một khoảng thời gian t nào đó

Chu kì sóng biển bằng chu kì dao động của phao Trong thời gian một chu kì sóng truyền được quãng đường bằng bước sóng 𝜆

20

Trong thời gian t phao nhô lên cao n lần nghĩa là trong khoảng thời gian đó

đã có n đỉnh sóng đi qua và sóng đã truyền được một quãng đường bằng (n-1) 𝜆

Vận tốc truyền sóng: 𝑣 = (𝑛−1)λ

𝑡 ⇒ Chu kì: T = λ

𝑡 𝑛−1

Bài tập tình huống 3: (Dùng để dạy về Sóng cơ và sự truyền sóng cơ – Chủ đề Sóng

cơ)

Một người quan sát sóng trên mặt hồ thấy ước lượng thấy khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp là 1 m và đo được thời gian 10 ngọn sóng đi qua trước mặt

là 9 s Người đó ước định tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 1m/s Theo em người

đó xác định như vậy đã đúng chưa? Làm thế nào để xác định được tốc độ truyền sóng trong trường hợp đó?

Trả lời: Có 10 ngọn sóng đi qua trước mặt trong 9 s, do đó chu kì sóng T = 1 s Khoảng cách giữa hai ngọn sóng chính là quãng đường đi được trong một chu kì:

Bạn An quan sát một người đang xách một xô nước đi trên đường, mỗi bước

đi dài 45 cm thì nước trong xô bị sánh mạnh nhất, và cứ sau 0,3s hiện tượng đó lại lặp lại Bạn An nhẩm tính và xác định được vận tốc của người đó là 5,4 km/h Theo

em bạn An tính như vậy đã đúng chưa? Hãy nêu cách tính vận tốc trong trường hợp này?

Trả lời: Thời gian mỗi bước đi: t = 𝑆

Trả lời: Khi ném một hòn đá nhỏ xuống ao, trên mặt ao quan sát thấy có những gợn tròn nhỏ lan rộng ra từ vị trí hòn đá nhỏ tiếp xúc với mặt ao Xảy ra hiện tượng này là do phần tử nước tại chỗ hòn đá ném xuống dao động và lan truyền ra các phần

tử nước khác Và trong quá trình lan truyền này thì chỉ có dao động được truyền đi còn phần tử môi trường không được truyền đi Do đó chúng ta quan sát thấy cành bèo chỉ dập dềnh tại chỗ mà không trôi theo sóng

Cánh bèo nhô lên mặt nước lần thứ nhất và lần thứ tư cách nhau 6 s, điều đó tương đương với trong 6 s vật thực hiện được 3 dao động, do đó chu kì dao động của vật là

T = 𝑡

𝑁 = 63 = 2 (s) Hai đỉnh sóng liên tiếp bẳng bước sóng: 𝜆 = 2 m

Vậy vận tốc truyền sóng trên mặt nước là 𝑣 = 𝜆𝑇 = 1 (m/s)

Bài tập tình huống 7: (Dùng để dạy về Sóng cơ và sự truyền sóng cơ – Chủ đề Sóng

cơ)

Những người thường múc nước giếng khơi cho biết, khi dùng gàu để xách nước dưới giếng lên, nên để cho gàu nằm yên trên mặt nước rồi đột ngột lắc dây mạnh một cái, gàu sẽ bị lật ngay, việc múc nước sẽ rất dễ dàng Nếu lắc nhiều lần gàu sẽ khó bị lật hơn Kinh nghiệm này xuất phát từ cơ sở Vật lí nào? Hãy giải thích

Trả lời: Khi gàu nổi trên mặt nước, nó chỉ hơi bị nghiêng nên mép gàu không chạm vào mặt nước Động tác lắc mạnh dây gàu là một kích thích tạo ra sóng truyền trên dây, sóng này truyền xuống dưới khiến cho thang gàu bị hất mạnh sang một bên

và gàu bị lật

Nếu lắc liên tục, sóng trên dây sẽ truyền liên tục đến thang gàu làm cho thang gàu lật qua lật lại liên tục mà miệng gàu lại không chạm được mặt nước

Bài tập tình huống 8: (Dùng để dạy về giao thoa sóng – Chủ đề Sóng cơ)

Tại hai điểm S1 và S2 trên một mặt chất lỏng một người tạo ra những dao động hình sin theo phương thẳng đứng có cùng biên độ a, chu kì T và có pha ban đầu bằng

0 Vận tốc truyền sóng trên mặt chất lỏng v Người đó đặt vài mẩu xốp nhỏ trong gặp nhau của hai dao động trên thì quan sát thấy có mẩu xốp đứng yên cũng có mẩu nhấp nhô mạnh Hãy giải thích điều đó?

22

Trả lời: Bước sóng 𝜆 = v.T Tần số góc ω = 2𝜋

𝑇 (rad/s)

Xét điểm M trong khoảng gặp nhau của hai sóng

Phương trình sóng tại M do nguồn S1 truyền đến: u1 =acos(ωt - 2𝜋𝑑1

Bài tập tình huống 9: (Dùng để dạy về giao thoa sóng – Chủ đề Sóng cơ)

Tại hai điểm S1 và S2 trên một mặt chất lỏng người ta tạo ra những dao động hình sin theo phương thẳng đứng có cùng biên độ a = 5 cm, chu kì T = 0,1 s và có pha ban đầu bằng 0 Vận tốc truyền sóng trên mặt chất lỏng v = 1 m/s Hãy xác định biên

độ dao động của M trên mặt nước cách S1 khoảng d1 và cách S2 khoảng d2? Có nhận xét gì về biên độ của sóng tại M?

23

Vì 0 ≤|cos𝜋(𝑑2 −𝑑1)

𝜆 | ≤1 nên 0 ≤ A ≤ 2a Như vậy khi hai sóng đến gặp nhau tại

M có thể luôn luôn tăng cường nhau làm cho phần tử tại M dao động mạnh lên hoặc triệt tiêu nhau làm cho phần tử tại M đứng yên

Bài tập tình huống 10: (Dùng đề dạy về Sóng dừng – Chủ đề Sóng cơ)

Một người lính muốn đo gần đúng khoảng cách từ chỗ anh ta đứng đến gần chân núi, anh ta đã bắn một phát súng và dùng đồng hồ bấm giây đo khoảng thời gian từ lúc bắn đến lúc nghe thấy tiếng súng vọng lại Làm như vậy có đo được khoảng cách như anh ta mong muốn không?

Trả lời: Thời gian đo được chính là khoảng thời gian kể từ lúc âm truyền từ chỗ đứng đến chân núi và phản xạ ngược trở lại Biết vận tốc truyền âm trong không khí là v

= 340 m/s suy ra khoảng cách cần tìm

Bài tập tình huống 11: (Dùng đề dạy về Sóng dừng – Chủ đề Sóng cơ)

Thiết bị đo tốc độ truyền sóng âm trong không khí gồm:

- Một xi lanh hình trụ rỗng hở hai đầu Trong xilanh có một pit- tông có thể di chuyển dọc theo trục của xi lanh Khoảng di chuyển của xilanh có thể đo được Xilanh được đặt nằm ngang trên một cái giá

- Một âm thoa có tần số đã biết (La 440Hz) đặt sát miệng hở của xilanh sao cho khi

gõ vào âm thoa, hai nhánh của nó sẽ dao động dọc theo trục của xilanh

Dùng búa gỗ gõ nhẹ vào âm thoa, đồng thời di chuyển pit-tông, ta sẽ thấy có

vị trí nghe được âm to nhất

a Hãy giải thích hiện tượng

b Nếu tiếp tục di chuyển pit-tông theo chiều cũ một đoạn Δ𝑙 = 38cm, ta lại tìm được một vị trí khác để nghe được âm to nhất Tính tốc độ truyền sóng âm trong không khí

c Lại tiếp tục di chuyển pit-tông thêm một đoạn bằng bao nhiêu centimet thì ta sẽ hầu như không nghe được âm?

Trả lời:

a Khi âm thoa dao động nó sẽ tạo ra một sóng cơ truyền dọc theo cột không khí trong xilanh Sóng này gặp pit-tông sẽ phản xạ Sóng phản xạ giao thoa với sóng tới tạo thành sóng dừng Pit-tông là vật cản cố định nên tại mặt pit-tông ta luôn có một

vị trí mà ở đó dao động với biên độ nhỏ nhất gọi là nút sóng

Nếu chiều dài cột khí đúng bằng một số lẻ 𝜆

4 (*)

thì ở miệng xilanh là vị trí dao động với biên độ lớn nhất gọi là bụng sóng Cột khí lúc đó đóng vai trò như một môi trường truyền sóng có một đầu cố định, một đầu tự

24

do Lớp không khí ở sát miệng xilanh sẽ dao động rất mạnh và phát ra âm lan truyền

đi mọi nơi

b Giả sử ta đang kéo pit-tông ra xa âm thoa làm cho chiều dài của cột khí tăng lên Khi k trong công thức (*) ở trên tăng thêm một đơn vị thì ở miệng xi lanh lại là một bụng sóng và ta lại nghe thấy âm kêu to

𝑙𝑘+1=(2(𝑘 + 1) + 1) 𝜆4Khoảng dịch chuyển của pit-tông là ∆𝑙 = 𝑙𝑘+1 − 𝑙𝑘 = 𝜆2

Bài tập tình huống 12: (Dùng để dạy chủ đề “Các đặc trưng của sóng âm”)

Trước khi có những trận sóng thần hay siêu bão ập đến thì khu vực ven biển có

số lượng vụ tai nạn giao thông và số vụ tự tử tăng lên Có thể lí giải nguyên nhân này phần lớn do

A Thời tiết khó chịu B Ảnh hưởng của sóng hạ âm

C Tầm nhìn hạn chế D Ảnh hưởng của sóng siêu âm

Trả lời: đáp án B Sóng hạ âm có tốc độ di chuyển rất lớn và thường đi kèm với những thiên tai Chúng vào đất liền trước các trận sóng thần hay siêu bão ngoài biển Sóng hạ âm có tần số rất thấp và dưới 16Hz Tuy tai con người không thể cảm nhận được sóng hạ âm, nhưng cơ thể chúng ta lại cảm nhận được Ví dụ tim dao động với tần số 5Hz, nôi tạng từ 4 – 8Hz, đầu 8 – 12Hz Khi gặp sóng hạ âm cùng tần số, sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng, khiến cho các cơ quan, chức năng của cơ thể dao động vượt ra khỏi mức cho phép dẫn đến nguy hại như gây ra cảm giác lo

sợ, chán nản, bối rối, tức giận và điều này làm cho số vụ đột quỵ, tự tử, tai nạn giao thông tăng lên

Bài tập tình huống 13: (Dùng để dạy chủ đề “Các đặc trưng của sóng âm”)

Đặc điểm nào sau đây không phải của hạ âm?

A Có khả năng xuyên thấu kém

B Những trận động đất, gió bão có thể phát ra hạ âm

C Những chú voi cảm nhận được hạ âm

D Có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người

25

Trả lời: Chọn A Sóng hạ âm có khả năng xuyên thấu cực mạnh, khi ở trong không khí có thể đi với tốc độ 1200km/h Sóng hạ âm thường có trong các trận thiên tai như động đất, gió bão và nó đến trước cả những thiên tai này, như dấu hiệu nhận biết trước

Một số loài động vật thường giao tiếp với nhau bằng sóng hạ âm như cá voi, voi, hươu cao cổ, chim bồ câu

Sóng hạ âm là một sát thủ vô hình, rất có hại tới sức khỏe con người Ví dụ như tim dao động với tần số rất nhỏ chỉ cỡ 8 Hz, nếu gặp sóng hạ âm cùng tần số sẽ gây ra hiện tượng cộng hưởng và hậu quả sẽ gây ra một số chấn thương hay rối loạn trong cơ thể

Bài tập tình huống 14: (Dùng để dạy chủ đề “Các đặc trưng của sóng âm”)

Trong tác chiến hải quân, để tránh ngư lôi tấn công thì người ta thường dùng mồi bẫy âm thanh, mô phỏng tiếng ồn để lừa nhử ngư lôi dẫn đường, từ đó dẫn ngư lôi rời xa con tàu Tiếng ồn mà mồi bẫy này phát ra thuộc loại sóng nào?

A Sóng xung kích B Sóng ngang C Sóng điện từ D Sóng dọc

Trả lời: đáp án D Ở giai đoạn đầu phát triển, do ngư lôi chỉ có thể phóng thẳng nên tàu chiến mặt nước chỉ cần chuyển hướng là có thể phòng tránh an toàn Tuy nhiên, đến giai đoạn Chiến tranh thế giới thứ 2, ngư lôi đã được trang bị đầu tự dẫn và được điều khiển bằng dây, đã biến loại vũ khí này trở thành “tên lửa dưới nước” khiến tàu chiến mặt nước rất khó chuyển hướng để phòng tránh Đến những năm 1960, để phòng tránh sự tấn công của ngư lôi, hải quân các nước phát triển nhiều biện pháp khác nhau gồm “sát thương mềm” và “sát thương cứng” Theo đó, sát thương cứng chủ yếu sử dụng phao chống ngư lôi, bom chìm chống ngư lôi…

dùng để tấn công, đánh chặn và phá hủy ngư lôi Trong khi đó, Mồi bẫy ngư lôi được

coi là phương pháp “sát thương mềm” hữu hiệu nhất để phòng tránh các đòn tấn công của ngư lôi đối phương

Tính năng tác dụng chính của loại vũ khí này là “đánh lừa” ngư lôi đối phương bằng cách phát ra sóng âm thanh để lừa nhử ngư lôi theo bám và tấn công nhầm Mồi bẫy ngư lôi mô phỏng trường vật lý cảm ứng của mục tiêu thật (ví dụ như mô phỏng tiếng ồn của tàu ngầm hoặc tạo ra mạch xung phản hồi tín hiệu thăm dò chủ động để mô phỏng sóng phản hồi của tàu ngầm) Tín hiệu giả này khiến ngư lôi phán đoán và theo bám nhầm, dẫn ngư lôi di chuyển ra xa mục tiêu, nhằm bảo vệ an toàn cho tàu thuyền

Trong đó, mồi bẫy mô phỏng tiếng ồn bắt chước tiếng ồn phát ra từ tàu hoặc tàu ngầm để lừa nhử ngư lôi dẫn đường bằng âm thanh thụ động tìm kiếm và bám theo

Bài tập tình huống 15: (Dùng để dạy chủ đề “Các đặc trưng của sóng âm”)

26

Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, công việc rửa những linh kiện chính xác ngày càng quan trọng Ta không thể rửa sạch những linh kiện tinh vi và phức tạp này bằng những dụng cụ rửa thông thường như khăn giấy hay bàn chải Trong thực tế loại sóng nào đã được ứng dụng để giải quyết vấn đề này?

A Sóng điện từ B Sóng siêu âm

C Sóng hạ âm D Sóng vi ba

Trả lời: Chọn B Trong thực tế người đưa các thiết bị cần rửa ngâm trong nước

xà phòng rồi sau đó đưa sóng siêu âm vào Sóng siêu âm có tần số rất lớn khi sục vào nước sẽ nhanh chóng tạo ra và làm mất đi bọt khí li ti một cách liên tục Những bọt khí này kết hợp với xà phòng như tạo thành vô số bàn chải nhỏ vô hình, tẩy rửa mỗi góc cạnh của phụ tùng linh kiện một cách chính xác và cẩn thận

Bài tập tình huống 16: (Dùng để dạy chủ đề “Các đặc trưng của sóng âm”)

Một số người thường bị say tàu, say xe Liệu hiện tượng này có liên quan gì

đến sóng âm hay không? Hãy giải thích?

Trả lời: Nhiều thí nghiệm của các nhà khoa học cho thấy, sóng hạ âm có ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người Các tổ chức trong thân thể con người rất nhạy cảm với sóng hạ âm Chúng hấp thu rất dễ dàng năng lượng chấn động của sóng hạ âm và tiếp tục rung động lên một cách mãnh liệt Trong sinh hoạt hàng ngày, những rung động bên ngoài như sự lúc lắc của xe, tàu, rung động cơ khí, tiếng ồn

sẽ tác động trực tiếp đến cơ thể con người Khi những rung động đó phù hợp với phạm vi của sóng hạ âm thì ảnh hưởng đối với con người càng lớn, các tổ chức trong thân thể con người hấp thu năng lượng chấn động của sóng hạ âm và tiếp tục rung động mãnh liệt đến nức làm cho con người có cảm giác khó chịu, tim đập mạnh, các

cơ quan thị giác, thính giác bị tổn thương, gây ra cảm giác như bị say, thậm chí nguy hại đến cả tính mạng

Bài tập tình huống 17: (Dùng để dạy chủ đề “Các đặc trưng của sóng âm”)

Các tàu đánh cá hiện đại thường dùng máy định vị, máy dò cá (gọi là máy tầm ngư) Thực chất máy này khi thả xuống nước nó phát ra những sóng siêu âm thích hợp Hãy giải thích tại sao người ta không chế tạo những loại máy phát ra âm nghe được dùng vào việc này?

Trả lời: Vấn đề ở chỗ sóng phát ra từ các loại máy này phải truyền thẳng trong nước Nếu dùng máy phát ra âm nghe được bằng tai thì tần số của sóng thấp, ảnh hưởng của hiện tượng nhiễu xạ càng mạnh, khiến cho sóng này không truyền thẳng được Dùng máy này phát siêu âm ngoài việc khắc phục được nhược điểm trên còn

có một lí do khác, máy thu (hoặc máy phát) siêu âm có độ nhạy cao, dễ chế tạo hơn

so với các máy phát tần số thấp, kích thước nhỏ, dễ sử dụng

Bài tập tình huống 18: (Dùng để dạy chủ đề “Các đặc trưng của sóng âm”)