Dạy học bài tập chương lượng tử ánh sáng vật lý 12 (ban cơ bản) theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý luận văn thạc sỹ giáo dục học

Việc dạy học Vật lý ở một số trường trung học phổ thông hiện naychưa phát huy được hết vai trò của bài tập vật lý trong việc thực hiện cácnhiệm vụ dạy học.. Do đó chưa phát huy được tí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN THỊ HƯƠNG

D¹y häc bµi tËp ch¬ng

“Lîng tö ¸nh s¸ng” vËt lý 12 (ban c¬ b¶n) theo lý thuyÕt ph¸t triÓn bµi tËp vËt lý

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

VINH - 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN THỊ HƯƠNG

D¹y häc bµi tËp ch¬ng

“Lîng tö ¸nh s¸ng” vËt lý 12 (ban c¬ b¶n) theo lý thuyÕt ph¸t triÓn bµi tËp vËt lý

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PPDH VẬT LÝ

MÃ SỐ: 60 14.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS NGUYỄN QUANG LẠC

VINH - 2011

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Khoa đào tạo Sau đại học, tổ

bộ môn Phương pháp giảng dạy Vật lý Trường Đại học Vinh, các thầy giáo,

cô giáo khoa Vật lý Trường Đại học Vinh cùng Trường THPT Nguyễn Mộng Tuân - Huyện Đông Sơn - Tỉnh Thanh Hóa.

Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo - PGS TS Nguyễn Quang Lạc, người đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu và giúp đỡ trong thời gian theo học.

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, những người thân yêu đã động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Do thời gian không nhiều, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp của độc giả.

Vinh, tháng 12 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Thị Hương

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

1 Lý 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 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Đóng góp của đề tài 4

8 Cấu trúc luận văn 4

Chương 1 LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 5

1.1 Bài tập trong dạy học vật lý 5

1.1.1 Định nghĩa bài tập 5

1.1.2 Tác dụng của dụng bài tập trong dạy học vật lý 5

1.1.3 Phân loại bài tập vật lý 7

1.2 Lý thuyết phát triển bài tập vật lý 10

1.2.1 Khái niệm phát triển bài tập vật lý 10

1.2.2 Tại sao trong dạy học BTVL cần vận dụng lý thuyết phát triển BTVL? 11

1.2.3 Các phương án phát triển bài tập vật lý 12

1.2.4 Phát triển BTVL trong dạy học BTVL 15

1.2.5 Quy trình xây dựng BTVL một chương theo lý thuyết phát triển BTVL 15

1.3 Các cách hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý 16

1.3.1 Hướng dẫn giải theo mẫu (hướng dẫn Algôrit) 16

1.3.2 Hướng dẫn tìm tòi (Ơrixtic) 18

1.3.3 Định hướng khái quát chương trình hóa 18

1.4 Sử dụng bài tập trong dạy học vật lý theo lý thuyết phát triển bài tập 19

1.4.1 Giáo viên xây dựng bài tập mới từ BTCB theo mục tiêu dạy học 19

1.4.2 Hướng dẫn HS tự lực xây dựng bài tập mới 19

1.4.3 Bài học bài tập vật lý theo lý thuyết phát triển bài tập 20

Kết luận chương 1 21

Chương 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG” VẬT LÝ LỚP 12 (BAN CƠ BẢN) THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÝ 23

2.1 Vị trí, đặc điểm chương “Lượng tử ánh sáng” trong chương trình vật lý lớp 12 ( ban cơ bản) 23

2.2 Mục tiêu dạy học chương “Lượng tử ánh sáng” 25

2.3 Nội dung kiến thức cơ bản chương “ Lượng tử ánh sáng” 26

2.3.1 Grap hóa nội dung chương “Lượng tử ánh sáng” theo sách vật lý lớp 12 chương trình chuẩn 26

2.3.2 Những đơn vị kiến thức cơ bản trong chương “Lượng tử ánh sáng” 27

2.4 Thực trạng việc dạy học bài tập vật lý chương “Lượng tử ánh sáng” ở một số trường phổ thông 33

2.5 Xây dựng bài tập cơ bản chương “Lượng tử ánh sáng” 36

2.5.1 Bài tập cơ bản 1 Xác định lượng tử năng lượng 36

2.5.2 Bài tập cơ bản 2 Xác định công thoát của kim loại dùng làm catôt 36

2.5.3 Bài tập cơ bản 3 Mẫu nguyên tử Bo và quang phổ hiđrô 37

2.5.4 Bài tập cơ bản 4 Quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô 37

2.6 Phát triển BTCB trong chương “Lượng tử ánh sáng” 38

2.6.1 Phát triển BTCB 1 38

2.6.2 Phát triển BTCB 2 42

2.6.3 Phát triển BTCB 3 49

2.6.4 Phát triển BTCB 4 52

2.6.5 Phát triển BTCB 5 59

Kết luận chương 2 67

Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 68

3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 68

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 68

3.3 Phương pháp thực nghiệm 68

3.4 Nội dung thực nghiệm sư phạm 69

3.5 Kết quả thực nghiệm sư phạm 69

3.5.1 Phân tích định lượng 69

3.4.2 Phân tích định tính, đánh giá 72

Kết luận chương 3 74

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay chúng ta đang ở những năm đầu của Thế kỷ 21, đã bước vào

kỷ nguyên của thời đại bùng nổ thông tin với nền kinh tế tri thức Hòa nhậpvới xu thế chung về đổi mới của nước ta, ngành Giáo dục và Đào tạo đangtích cực đổi mới về mọi mặt Trong Nghị quyết hội nghị lần thứ IV của BCHTrung ương Đảng khóa VII đã chỉ rõ “ nâng cao chất lượng giáo dục nhằmmục tiêu hình thành và phát triển nhân cách XHCN của thế hệ trẻ, đào tạo độingũ lao động có văn hóa, có kỹ thuật và giàu tính sáng tạo, đồng bộ về ngànhnghề, phù hợp với phân công lao động của xã hội ” Trước sự phát triển củathế giới, ngành Giáo dục Việt nam đang mang trên vai một trọng trách nặng

nề, cần có những bước phát triển đúng hướng và nhảy vọt để tạo ra đượcnguồn nhân lực trình độ cao, đáp ứng được các yêu cầu trong nước và hộinhập quốc tế Cung cấp nguồn nhân lực, đặc biệt là nguồn nhân lực trình độcao, chính là sứ mạng của ngành Giáo dục và Đào tạo

Trong việc dạy học các bộ môn tự nhiên nói chung và dạy học môn vậtlý nói riêng, bài tập hỗ trợ đắc lực cho việc củng cố, vận dụng, mở rộng vàhoàn thiện kiến thức lý thuyết đã học một cách sinh động có hiệu quả Bài tập

có ý nghĩa quan trọng trong việc kiểm tra đánh giá kiến thức, hình thành tính

tự lực, tính kiên trì, trong việc tìm tòi và khám phá cái mới, khả năng vậndụng kiến thức vào thực tiễn và đời sống một cách linh hoạt

Việc dạy học Vật lý ở một số trường trung học phổ thông hiện naychưa phát huy được hết vai trò của bài tập vật lý trong việc thực hiện cácnhiệm vụ dạy học Một phần do đa số giáo viên chỉ giao bài tập ở sách giáokhoa để cho học sinh tham khảo và xem đó là bài tập mẫu để học sinh làm các

bài khác Do đó chưa phát huy được tính sáng tạo của học sinh trong giải bài

tập vật lý và khi áp dụng cũng không linh hoạt, nhất là khi cho bài tập khác

dạng thì học sinh lúng túng không giải quyết được Bên cạnh đó đa số họcsinh hiện nay cũng còn thụ động trong việc học tập của mình, các em chỉ họcxoay quanh những gì mà giáo viên đã cung cấp chứ ít chủ động tìm tòi họctập điều mới ngoài thông tin từ người thầy Mặt khác một số học sinh sauthời gian học tập ở trường khi về nhà do phải giúp đỡ gia đình nên không cóthời gian tự tìm tòi học hỏi thêm.

Từ những lý do đó, trong luận văn Thạc sĩ, tôi chọn đề tài: Dạy học bài

tập chương “Lượng tử ánh sáng” vật lý 12 (ban cơ bản) theo lý thuyết

phát triển bài tập vật lý.

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Xây dựng hệ thống bài tập chương “Lượng tử ánh sáng” vật lý 12 (ban

cơ bản) theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý và đề xuất các phương án sửdụng bài tập vật lý nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương nàynói riêng và dạy học vật lý ở trường THPT nói chung

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Vai trò và tác dụng của bài tập, lý thuyết phát triển bài tập trong dạyhọc vật lý ở trường THPT

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu xây dựng được hệ thống bài tập theo lý thuyết phát triển bài tậpvật lý chương “Lượng tử ánh sáng” Vật lý 12 ban cơ bản đáp ứng các yêu cầu

về tính khoa học, tính sư phạm và đề xuất việc sử dụng hệ thống bài tập đãxây dựng một cách hợp lý thì có thể góp phần nâng cao chất lượng dạy họcVật lý ở trường phổ thông.

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu LLDH BTVL ở trường phổ thông

- Nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết phát triển bài tập Vật lý

- Tìm hiểu thực trạng dạy học bài tập vật lý ở trường THPT NguyễnMộng Tuân và các truờng THPT thuộc huyện Đông Sơn Thanh Hoá

- Tìm hiểu mục tiêu, nội dung dạy học chương “Lượng tử ánh sáng”Vật lý 12 ban cơ bản

- Xây dựng hệ thống bài tập Vật lý theo Lý thuyết phát triển bài tậpchương “Lượng tử ánh sáng” Vật lý 12 ban cơ bản

- Đề xuất các phương án dạy học sử dụng hệ thống bài tập Vật lý đãxây dựng theo Lý thuyết phát triển bài tập

- Thực nghiệm sư phạm các phương án dạy học đã thiết kế

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu các tài liệu lí luận dạy học và các tài liệu liên quan đến lýthuyết phát triển bài tập

- Nghiên cứu chương trình SGK và sách BT, các tài liệu tham khảo

6.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Điều tra thực trạng dạy học bài tập vật lý ở các truờng THPT trongcác trường phổ thông trên địa bàn huyện Đông Sơn Thanh Hoá

- Xây dựng và soạn thảo tiến trình dạy học bài tập chương “Lượng tửánh sáng” Vật lý 12 (ban cơ bản) theo hướng phát triển bài tập

- Thực nghiệm sư phạm ở một số lớp học ở trường THPT NguyễnMộng Tuân Đông Sơn Thanh Hoá

- Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm bằng thuật toán thống kê

8 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Mở đầu

Chương 1 Lý thuyết PTBT trong dạy học vật lý ở trường PT.

Chương 2 Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập chương “Lượng tử

ánh sáng” Vật lý 12 (ban cơ bản) theo lý thuyết phát triểnbài tập

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Chương 1

LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ

Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

Bài tập là một phương tiện dạy học truyền thống phát huy có hiệu quảchức năng giáo dưỡng, giáo dục, phát triển và giáo dục kỹ thuật tổng hợp.Chính vì vậy, dạy học bài tập vật lý giữ vị trí đặc biệt quan trọng Trongchương này chúng tôi hệ thống hóa những cơ sở lí luận về BTVL và giớithiệu một lý thuyết mới về dạy học BTVL đang được nghiên cứu, triển khaigần đây nhằm khai thác hiệu quả hơn các chức năng lí luận dạy học củaBTVL, đặc biệt là nâng cao tính chủ động học tập của HS trong hoạt độnggiải BTVL, biến học thành tự học

1.1 Bài tập trong dạy học vật lý

1.1.1 Định nghĩa bài tập

Bài tập vật lý được hiểu là một vấn đề đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờnhững suy lí lôgic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các địnhluật và các phương pháp vật lý [11]

Cần phân biệt bài tập và bài toán

Bài toán là một vấn đề cần giải quyết xuất hiện trong mọi lĩnh vựcnghiên cứu đời sống xã hội Bài toán có ngoại diên rộng hơn, việc giải bàitoán đòi hỏi vận dụng sự hiểu biết đa lĩnh vực và uy tín thực tiễn

Bài tập là bài toán nhỏ (phạm vi hẹp) chỉ dùng trong dạy học

Trong luận văn chỉ nghiên cứu dạy học bài tập vật lý

1.1.2 Tác dụng của dụng bài tập trong dạy học vật lý

Trong quá trình dạy học, các bài tập vật lý có tầm quan trọng đặc biệt.Chúng có những tác dụng sau [10]:

a Bài tập giúp cho việc ôn tập đào sâu, mở rộng kiến thức

Bài tập giúp luyện tập cho HS phân tích để nhận biết được những biểuhiện phức tạp của các khái niệm, định luật vật lý trong tự nhiên

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

Ở những lớp trên của bậc THPT, với trình độ toán học đã khá pháttriển, nhiều khi các bài tập được sử dụng khéo léo có thể dẫn HS đếnnhững suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới

để giải thích hiện tượng mới do bài tập phát hiện ra

c Giải BTVL rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thựctiễn; rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát

d Giải BTVL là một trong những hình hình thức làm việc tự lực caocủa HS

Trong khi làm bài tập, do phải tự mình phân tích các điều kiện của đầubài, tự xây dựng những lập luận, kiểm tra và phê phán những kết luận mà HSrút ra được nên tư duy HS được phát triển, năng lực làm việc tự lực của họđược nâng cao, tính kiên trì được phát triển

đ Giải BTVL góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của HS

e Giải BTVL để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của HS

Như vậy, BTVL phát huy chức năng lí luận dạy học ở cả 4 nhiệm vụ:

- Chức năng giáo dưỡng

- Chức năng giáo dục

- Chức năng phát triển tư duy

- Chức năng giáo dục kỹ thuật tổng hợp

Vì vậy, bài tập được sử dụng trong tất cả các yếu tố của quá trình DH:

- BT dùng tạo tình huống có vấn đề

- BT dùng để xây dựng kiến thức mới

- BT dùng củng cố, vận dụng kiến thức, rèn luyện kỹ năng

- BT dùng ôn tập, hệ thống hóa kiến thức, kỹ năng

- BT dùng kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng

1.1.3 Phân loại bài tập vật lý

Có nhiều kiểu gọi tên phân loại BT khác nhau dựa trên các dấu hiệukhác nhau

1.1.3.1 Phân loại BTVL theo các phương tiện giải [11]

a Bài tập định tính

Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải, HS không cần phải thựchiện các phép tính phức tạp hay chỉ phải làm các phép tính đơn giản, có thểtính nhẩm được Muốn giải những bài tập định tính, HS phải thực hiện nhữngphép suy luận logic, do đó phải hiểu rõ bản chất (nội hàm) của các khái niệm,định luật vật lý và nhận biết về những biểu hiện của chúng trong các trườnghợp cụ thể Đa số các bài tập định tính yêu cầu HS giải thích hoặc dự đoánmột hiện tượng xảy ra trong những điều kiện xác định [10]

Bài tập định tính có rất nhiều ưu điểm về phương pháp học Nhờ đưađược lý thuyết vừa học lại gần với đời sống xung quanh, các bài tập này làmtăng thêm ở HS hứng thú với môn học, tạo điều kiện phát triển óc quan sátcủa HS Vì phương pháp giải bài tập này bao gồm việc xây dựng những suy lílogic dựa trên các định luật vật lý nên chúng là phương tiện rất tốt để pháttriển tư duy của HS Việc giải bài tập đó rèn luyện cho HS hiểu rõ được bảnchất của các hiện tượng vật lý và những quy luật của chúng, dạy cho HS biết

áp dụng kiến thức vào thực tiễn Việc giải các bài tập định tính này rèn luyệncho HS chú ý đến việc phân tích nội dung vật lý của các bài tập tính toán

Do tác dụng về nhiều mặt như trên nên bài tập định tính được ưu tiênhàng đầu sau khi học xong lý thuyết và trong khi luyện tập, ôn tập về vật lý

Bài tập định tính có thể là bài tập đơn giản, trong đó chỉ áp dụng mộtđịnh luật, một quy tắc, một phép suy luận logic

b Bài tập tính toán

Bài tập tính toán là những bài tập mà muốn giải chúng, ta phải thựchiện một loạt phép tính và kết quả là thu được một đáp số định lượng, tìm giá

trị một số đại lượng vật lý Có thể chia bài tập tính toán ra làm hai loại : bàitập tập dượt và bài tập tổng hợp [9].

Bài tập tính toán tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ

đề cập đến một hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép tính đơngiản Những bài tập này có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, làm cho

HS hiểu rõ ý nghĩa định luật và các công thức biểu diễn chúng, sử dụng cácđơn vị vật lý và thói quen cần thiết để giải những bài tập phức tạp hơn

Bài tập tính toán tổng hợp là bài tập mà muốn giải nó thì phải vận dụngnhiều khái niệm, định luật, dùng nhiều công thức Những kiến thức cần sửdụng trong việc giải bài tập tổng hợp có thể là những kiến thức đã học trongnhiều bài trước Loại bài tập này có tác dụng đặc biệt giúp HS đào sâu, mởrộng kiến thức, thấy rõ những mối liên hệ khác nhau giữa các phần củachương trình vật lý, tập cho HS biết phân tích những hiện tượng thực tế phứctạp ra thành những phần đơn giản tuân theo một định luật xác định

c Bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểmchứng lời giải lý thuyết hoặc tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập.Những thí nghiệm này thường là những thí nghiệm đơn giản, có thể làm ởnhà, với những dụng cụ đơn giản dễ tìm hoặc tự làm được Để giải các bài tậpthí nghiệm, đôi khi cũng cần đến những thí nghiệm khá phức tạp Bài tập thínhiệm cũng có thể có dạng định tính hoặc định lượng [9]

Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dưỡng, giáodục và giáo dục kỹ thuật tổng hợp, đặc biệt giúp làm sáng tỏ mối quan hệ giữalý thuyết và thực tiễn

Cần chú ý rằng: trong các bài tập thí nghiệm thì thí nghiệm chỉ cho các

số liệu để giải bài tập, chứ không cho biết tại sao hiện tượng xảy ra như thế.Cho nên phần vận dụng các định luật vật lý để lý giải các hiện tượng mới lànội dung chính của bài tập thí nghiệm

vị trí ngày càng quan trọng trong dạy học vật lý.

Bài tập vật lý rất đa dạng, mỗi loại đều có những ưu thế riêng trongviệc bồi dưỡng tư duy HS Việc sử dụng lý thuyết phát triển bài tập vật lý đểbiến đổi bài tập từ loại này sang loại khác là điều kiện tốt để khai thác ưu thếcủa các loại bài tập trong bồi dưỡng tư duy HS

1.1.3.2 Phân loại dựa theo nội dung [11]

BT được chia theo các nội dung vật lý như BT cơ học, BT nhiệt học,

BT điện học, BT quang học, BTVL hạt nhân, BT có nội dung trừu tượng, BT

có nội dung cụ thể, BT có nội dung kỹ thuật tổng hợp, BT có nội dung lịch sử,

BT vui… Sự phân chia này chỉ có tính chất tương đối

1.1.3.3 Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy HS trong quá trình dạy học [11]

Người ta phân biệt các BT luyện tập và BT sáng tạo Các BT luyện tậpthường dùng để luyện tập cho HS những kiến thức để giải các BT theo mẫu,không đòi hỏi tư duy sáng tạo của HS mà chủ yếu giúp HS rèn luyện để nắmvững phương pháp giải đối với một loại BT nhất định đã được chỉ dẫn Cácbài tập sáng tạo, khi giải chúng đòi hỏi ở HS tư duy sáng tạo, có tác dụng hìnhthành và phát triển năng lực sáng tạo cho HS

1.2.3.4 Phân loại theo mức độ phức tạp (hay theo số lượng KTCB được sử dụng) [11]

Bài tập cơ bản (BTCB) và bài tập tổng hợp (BTTH) BTCB chỉ nhằmcủng cố, vận dụng những kiến thức, kĩ năng đã học ở mức độ đơn giản, khigiải HS sử dụng một đơn vị kiến thức cơ bản, loại bài tập này phù hợp với HS

có học lực trung bình và học lực yếu trở xuống BTTH được biên soạn dựa trên

cơ sở mở rộng hệ thống kiến thức, kỹ năng cơ bản, khi giải BTTH HS cần phảinhận ra các KTCB trong BTTH hay nhận ra nhiều BTCB phối hợp với nhau trongBTTH, loại bài tập này phù hợp với HS có học lực trung bình trở lên

Trong luận văn này, chọn cách phân loại BT dựa vào mức độ phức tạp Như vậy, bài tập trong DHVL rất đa dạng, phong phú, phát huy chứcnăng ở tất cả các nhiệm vụ của DHVL và được sử dụng trong tất cả các yếu tốcấu trúc của quá trình dạy học Vì vậy, trong thực tiễn dạy học đôi khi dạyhọc BT bị tuyệt đối hóa đến cực đoan; tài liệu về bài tập rất nhiều HS và phụhuynh hoang mang trước một số lượng lớn sách bài tập, làm sao giải cho hếtdạng để thi cử đạt yêu cầu; giải BTVL trở thành gánh nặng đối với HS Đốivới GV dạy BTVL đảm bảo phát huy chức năng lí luận DH của BT là rất khó,

GV phải tự xác định mục tiêu, lựa chọn BT, phương pháp dạy học BT; lýthuyết phát triển BTVL ra đời nhằm giải quyết khó khăn nêu trên

1.2 Lý thuyết phát triển bài tập vật lý [11]

1.2.1 Khái niệm phát triển bài tập vật lý

BTCB: là bài tập mà khi giải chỉ cần sử dụng một đơn vị kiến thức cơbản (Một khái niệm hoặc một định luật vật lý), có sơ đồ cấu trúc như sau:

BTTH: là bài tập mà khi giải cần sử dụng từ hai đơn vị kiến thức trởlên Như vậy, BTTH là tổ hợp các bài tập cơ bản Thực chất của việc giảiBTTH là việc nhận ra các BTCB trong các bài tập cơ bản đó.

Phát triển bài tập là biến đổi một BTCB thành các BTTH theo các phương

Mặt khác, trong thực tế dạy học học sinh thường gặp nhiều bài tập cùngdạng tuy chúng có thể khác nhau về cách diễn đạt nhưng lại dùng những côngthức, kiến thức giống nhau để lập luận và tìm ra lời giải Nếu như vậy thì sẽkhông hiệu quả khi chúng ta yêu cầu học sinh cứ giải hết bài tập này đến bàitập khác trong cùng một dạng, nó vừa mất thời gian, dễ dẫn đến nhàm chán vàkhông phát huy được các đối tượng học sinh khá giỏi Chính vì vậy, cần chọnbài tập điển hình, sau đó thông qua bài tập điển hình nhận xét, đánh giá chỉ ra lờigiải cho các bài tập khác

Trong tài liệu tham khảo học sinh thường gặp các bài toán phức tạp màkhi giải chúng, buộc các em phải chia thành các bài tập nhỏ để giải, đó là cácBTCB Việc chuyển BTTH thành các BTCB là công việc khó khăn nhất củahọc sinh vì các em khó phát hiện trong BTTH mình gặp bao gồm nhữngBTCB nào Thế thì chúng ta hãy xuất phát từ BTCB và biến nó thành BTPH

(mở rộng bài tập) Nếu làm được điều này thì khi gặp những BTTH, các bàitập cùng dạng với bài tập vừa giải học sinh dễ dàng tìm ra lời giải Nói nhưvậy có nghĩa là thông qua BTCB học sinh nắm được BTTH, thông qua lờigiải BTCB học sinh có lời giải BTTH.

Phát triển BTCB thành BTTH làm cho học sinh không chỉ nắm đượcmột bài tập mà thông qua đó nắm được nhiều bài tập nữa, học sinh khôngnhững nắm kiến thức một cách chắc chắn và sâu sắc mà còn làm tăng sự hứngthú, năng lực làm việc độc lập, tích cực nhận thức của học sinh Vì ở đây họcsinh vừa cố gắng hoàn thành nhiệm vụ cho mình bằng cách tự đặt ra các đềbài tập Lúc này giáo viên chỉ đóng vai trò làm trọng tài và cố vấn là chủ yếu

Tuy nhiên, trong các giờ dạy bài tập không nên phức tạp hóa bài toánquá nhiều và mất thời gian cho công việc này Chúng ta nên phân bố thời gianmột cách hợp lý để hoàn thành nhiệm vụ hướng dẫn HS giải bài tập, đó làcủng cố kiến thức cũ, giúp HS nắm kiến thức mới, phát triển năng lực làmviệc độc lập, tích cực nhận thức đồng thời giúp học sinh nắm bắt thêm nhữngdạng toán tương tự, những BTTH trên cơ sở những BTCB vừa giải

1.2.3 Các phương án phát triển bài tập vật lý

Theo tác giả Phạm Thị Phú [9], việc phát triển BTVL cần phải trải quacác hoạt động: Chọn BTCB, phân tích cấu trúc của BTCB, mô hình hoáBTCB, phát triển BTCB theo 5 phương án khác nhau

Việc chọn BTCB là hành động có tính quyết định cho việc củng cốkiến thức, kỹ năng nào? Hành động này bao gồm việc:

- Xác định mục tiêu: cần củng cố kiến thức cơ bản nào? Nội dung củakiến thức đó, phương trình liên hệ các đại lượng, công thức biểu diễn,

- Chọn hoặc đặt đề bài tập

- Xác định dữ kiện, ẩn số

- Mô hình hoá đề bài và hướng giải

Từ BTCB, có thể phát triển thành những BTTH muôn hình, muôn vẻ.

Về mặt lý luận, có thể khái quát thành năm hướng phát triển bài tập như sau:

Phương án 1 Hoán vị giả thiết và kết luận của BTCB để được BTCB

khác có độ khó tương đương

Phương án 2 Phát triển giả thiết BTCB

Dữ kiện bài toán không liên hệ trực tiếp với ẩn số bằng phương trìnhbiểu diễn kiến thức cơ bản mà kiên hệ gián tiếp thông qua cái chưa biết trunggian a, b, nhờ phương trình biểu diễn kiến thức cơ bản khác Phát triển giảthiết BTCB là thay giả thiết của bài tập đó bằng một số BTCB khác buộc tìmcác đại lượng trung gian là cái chưa biết liên hệ dữ kiện với ẩn số

- Mức độ phức tạp phụ thuộc vào số bài toán trung gian (số cái chưabiết) Tuỳ thuộc vào đối tượng học sinh mà tăng hoặc giảm số bài toántrung gian

Phương án 3 Phát triển kết luận BTCB

f (a, b, c, x)

Giả thiết a, b, c

Cho a, b, x

Cho a, c, x Cho b, c, x

Tìm c

Tìm a Tìm b

- Cái cần tìm (ẩn số) không liên hệ trực tiếp với dữ kiện bằng một kiếnthức cơ bản mà thông qua các ẩn số trung gian Phát triển kết luận là thay kết

luận của BTCB bằng một số BTCB trung gian để tìm ẩn số trung gian X, Y, liên kết dữ liệu a, b, c và các ẩn số x 1 , y 1

- Mức độ phức tạp phụ thuộc số bài toán trung gian (số ẩn số trong bàitoán trung gian)

Phương án 4 Đồng thời phát triển giả thiết và kết luận của BTCB (kết

hợp phương án 1 và phương án 2)

Phương án 5 Đồng thời phát triển giả thiết, kết luận và hoán vị giả

thiết kết luận (kết hợp cả 4 hướng trên)

Chưa biết ax

ax 1 , ax 2

Chưa biết c

G thiết a, b, c Chưa biết b

b 1 , b 2 Chưa biết bx

bx 1 , bx 2

Chưa biết b

Chưa biết ax

cx 1 , cx 2

1.2.4 Phát triển BTVL trong dạy học BTVL

Việc phát triển bài tập phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Mục tiêu giáo dưỡng: cần củng cố, khắc sâu kiến thức nào

- Nội dung kiến thức của bài tập

- Trình độ năng lực tư duy, khả năng làm việc tích cực, độc lập của họcsinh và mục tiêu phát triển tương ứng

-Thời gian tiết học

1.2.5 Quy trình xây dựng BTVL một chương theo lý thuyết phát triển BTVL [9]

1 Giáo viên xác định hệ thống BTCB của chương

- Xác định nội dung kiến thức cơ bản của chương

- Các phương trình biểu diễn

- Lựa chọn số BTCB có thể có trong chương

- Mô hình hoá bài tập để phát triển BT theo các phương án khác nhau

2 Học sinh giải BTCB (tập dượt để hiểu rõ và ghi nhớ kiến thức cơ bản)

3 Giáo viên khái quát hoá phương pháp giải BTCB và phân tích bài tập

Các dữ kiện a,b,c liên hệ với x bằng những phương trình, kiến thức

cơ bản là f(a,b,c) = f Nắm được phương trình này sẽ giải quyết được hàngloạt bài tập khác

4 Giáo viên phát triển bài tập bằng cách hoán vị giả thiết, kết luận đểđược BTCB có độ khó tương đương

5 Giáo viên yêu cầu học sinh phát triển bài tập theo hướng 1 (làm theomẫu) bằng ngôn ngữ nói Điều này có tác dụng tốt trong việc học sinh nắmvững kiến thức cơ bản và bồi dưỡng năng lực diễn đạt bằng ngôn ngữ nói chohọc sinh

6 Giáo viên phát triển BTCB theo hướng phát triển giả thiết hoặc pháttriển kết luận, giáo viên có thể phân tích: nếu trong BTCB không cho a mà

cho a 1 , a 2 , a 3 (a liên hệ với a 1 , a 2 , a 3 bằng kiến thức cơ bản mà học sinh đãhọc) thì các em có giải được không ? Từ đó em hãy đặt lại vấn đề bài tập đãcho, các em học sinh khá có thể tham gia xây dựng bài mới

7 Giáo viên hướng dẫn phát triển bài tập theo cách phát triển đồng thờigiả thiết, kết luận hoặc phát triển kết luận và hoán vị chúng Ở giai đoạn nàytính tự lực của HS đã được nâng lên về chất: HS vừa là người đặt vấn đề, vừa

là người giải quyết vấn đề

1.3 Các cách hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý [21]

1.3.1 Hướng dẫn giải theo mẫu (hướng dẫn Algôrit)

Sự hướng dẫn hành động theo mẫu thường được gọi là hướng dẫnAlgôrit Ở đây hướng dẫn Algôrit được dùng với ý nghĩa là một quy tắc hànhđộng hay một chương trình hành động được xác định một cách rõ ràng, chínhxác và chặt chẽ, chỉ cần thực hiện theo trình tự mà quy tắc đã chỉ ra thì chắcchắn sẽ đến kết quả

Hướng dẫn Algôrit là hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh hành động cụ thểcần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt kết quả mong

muốn Những hành động này được coi là hành động sơ cấp phải được họcsinh hiểu một cách đơn giản và học sinh đã nắm vững.

Kiểu hướng dẫn Algôrit không đòi hỏi học sinh tự mình tìm tòi xácđịnh các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra, mà chỉ đòi hỏihọc sinh chấp hành các hành động mà giáo viên chỉ ra, cứ theo đó học sinh sẽgiải được các bài tập đã cho Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi giáo viên phải phântích một cách khoa học việc giải bài tập để xác định một trình tự chính xác,chặt chẽ của các hành động cần thực hiện để giải các bài tập Cần đảm bảocho các hành động đó là hành động sơ cấp đối với học sinh, nghĩa là kiểuhướng dẫn này đòi hỏi phải xây dựng được Algôrit giải bài tập

Kiểu hướng dẫn Algôrit thường được áp dụng khi cần dạy cho học sinhphương pháp giải một bài tập điển hình nào đó, nhằm luyện tập cho học sinh

kỹ năng giải một loại bài tập xác định Người ta xây dựng các Algôrit giải chotừng loại bài toán cơ bản, điển hình và luyện tập cho học sinh kỹ năng giảicác loại bài tập đó dựa trên việc làm cho học sinh được các Algôrit giải

Kiểu hướng dẫn Algôrit có ưu điểm là bảo đảm cho học sinh giải bàitập đã cho một cách chắc chắn, nó giúp cho việc rèn luyện kỹ năng giải bàitập của học sinh có hiệu quả Tuy nhiên, nếu chỉ hướng dẫn học sinh luônluôn áp dụng kiểu Algôrit để giải bài tập thì học sinh chỉ quen chấp hànhnhững hành động đã được chỉ dẫn theo mẫu đã có sẵn, do vậy ít có tác dụngrèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi, sáng tạo và sự phát triển tư duy bịhạn chế

1.3.2 Hướng dẫn tìm tòi (Ơrixtic)

Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinhsuy nghĩ, tìm tòi, phát hiện cách giải quyết vấn đề Ở đây không phải là giáoviên chỉ dẫn cho học sinh chấp hành các hành động theo hướng đã có để đi đến

kết quả, mà giáo viên gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác địnhcác hành động cần thực hiện để đạt kết quả.

Kiểu hướng dẫn tìm tòi được áp dụng khi cần giúp đỡ học sinh vượtqua khó khăn để giải quyết được bài tập, đồng thời vẫn đảm bảo được yêu cầuphát triển tư duy cho học sinh, tạo điều kiện để học sinh tự lực tìm tòi cáchgiải quyết

Ưu điểm của kiểu hướng dẫn này là tránh được tính trạng giáo viên làmthay cho học sinh trong việc giải bài tập Nhưng vì kiểu hướng dẫn này đòihỏi học sinh phải tự lực tìm cách giải quyết chứ không chỉ chấp hành theomẫu nhất định đã được chỉ ra, nên không phải bao giờ cũng bảo đảm cho họcsinh giải được bài tập một cách chắc chắn Khó khăn của kiểu hướng dẫn nàychính là ở chỗ hướng dẫn của giáo viên phải làm sao không đưa học sinh đếnchỗ thừa Sự hướng dẫn như vậy nhằm giúp học sinh trong việc định hướngsuy nghĩ vào phạm vi cần tìm tòi, chứ không thể ghi nhận tái tạo cái có sẵn

1.3.3 Định hướng khái quát chương trình hóa

Định hướng khái quát chương trình hoá cũng là sự hướng dẫn cho họcsinh tự tìm tòi cách giải quyết vấn đề Nét đặc trưng của kiểu hướng dẫn này

là giáo viên hướng dẫn hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối kháiquát của việc giải quyết vấn đề Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìmtòi giải quyết vấn đề của học sinh Nếu học sinh không đáp ứng được thì giúp

đỡ tiếp theo của giáo viên là sự định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hoáthêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp phạm vi tìm tòi,giải quyết cho vừa sức với học sinh Nếu học sinh vẫn không đủ khả năng tựlực tìm tòi giải quyết thì sự hướng dẫn của giáo viên trở thành hướng dẫn theomẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành được yêu cầu một bước, sau đó yêucầu học sinh tự lực tìm tòi giải quyết bước tiếp theo Nếu cần giáo viên giúp

đỡ thêm cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra Kiểu hướng dẫn này được

áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài tập của học

sinh, nhằm giúp học sinh tự giải được bài tập đã cho, đồng thời dạy cho họcsinh cách suy nghĩ trong quá trình giải bài tập.

Kiểu hướng dẫn này có ưu điểm kết hợp được việc thực hiện cácyêu cầu:

- Rèn luyện tư duy của học sinh trong quá trình giải tập

- Đảm bảo để học sinh giải được bài tập đã cho

Để làm tốt thì yêu cầu giáo viên phải theo sát tiến trình hoạt động giảitập và có sự điều chỉnh thích hợp với từng đối tượng học sinh

1.4 Sử dụng bài tập trong dạy học vật lý theo lý thuyết phát triển bài tập 1.4.1 Giáo viên xây dựng bài tập mới từ BTCB theo mục tiêu dạy học.

Như vậy, từ một BTCB ban đầu, tùy theo cách phát triển theo phương

án nào mà có được bài tập mới (BTTH) có độ khó, độ phức tạp khác nhau.Căn cứ mục tiêu dạy học của bài tập để xây dựng BT mới theo cấu trúc quytrình sau:

- Xác định mục tiêu dạy học của BT

- Xác định độ khó của BT

- Lựa chọn phương án phát triển BTCB

- Xây dựng bài tập mới

- Sử dụng bài tập mới theo mục tiêu đã định

1.4.2 Hướng dẫn HS tự lực xây dựng bài tập mới

Căn cứ vào quy trình xây dựng BTVL theo lý thuyết phát triểnBTVL.Trong quá trình giải BT, GV hướng dẫn HS tự lực xây dựng bài tậpmới theo yêu cầu sau:

- Xác định nội dung KTCB của BT

- Xác định các kiến thức cần biết để giải BT

- Khái quát hoá phương pháp giải BT và phân tích BT Các dữ kiện

a,b,c liên hệ với x bằng những phương trình KTCB làf(a,b,c,x) = f Mô hình

hóa các mối liên hệ giữa cái đã cho, cái phải tìm và cái chưa biết

- Lựa chọn phương án phát triển BTCB.

- Xây dựng bài tập mới theo phương án phát triển BTCB đã lựa chọnnhư sau:

+ Hoán vị giả thiết, kết luận để BT có độ khó tương đương

+ Phát triển giả thiết hoặc phát triển kết luận

+ Phát triển đồng thời giả thiết, kết luận

+ Đồng thời phát triển giả thiết, kết luận và hoán vị chúng

1.4.3 Bài học bài tập vật lý theo lý thuyết phát triển bài tập

Mục tiêu:

- HS nắm vững kiến thức cơ bản cần củng cố

- Kỹ năng giải BT từ đơn giản đến phức tạp

- Làm quen với việc phát triển BT của GV

- Bước đầu xây dựng BT mới theo một số PA phát triển BTCB

Kết quả chính của chương 1 có thể tóm tắt như sau:

- Bài tập là một phương tiện dạy học truyền thống phát huy có hiệu quả

chức năng giáo dưỡng, giáo dục, phát triển và giáo dục kỹ thuật tổng hợp.Chính vì vậy, dạy học bài tập vật lý giữ vị trí đặc biệt quan trọng Trong

chương này chúng tôi hệ thống hóa những cơ sở lí luận về BTVL và giớithiệu lý thuyết phát triển BT được dùng trong dạy học BTVL đang đượcnghiên cứu, triển khai gần đây nhằm khai thác hiệu quả hơn các chức năng líluận dạy học của BTVL, đặc biệt là nâng cao tính chủ động học tập của HStrong hoạt động giải BTVL, biến học thành tự học.

- Bài tập trong DHVL rất đa dạng, phong phú, phát huy chức năng ở tất

cả các nhiệm vụ của DHVL và được sử dụng trong tất cả các yếu tố của quátrình dạy học Vì vậy, trong thực tiễn dạy học đôi khi dạy học BT bị tuyệt đốihóa đến cực đoan; tài liệu về bài tập rất nhiều HS và phụ huynh hoang mangtrước một số lượng lớn sách bài tập, làm sao giải cho hết dạng để thi cử đạtyêu cầu; giải BTVL trở thành gánh nặng đối với HS Đối với GV dạy BTVLđảm bảo phát huy chức năng lí luận DH của BT là rất khó, GV phải tự xácđịnh mục tiêu, lựa chọn BT, phương pháp dạy học BT; lý thuyết phát triểnBTVL ra đời nhằm giải quyết khó khăn nêu trên

- Phát triển BT vật lý vừa thực hiện tốt chức năng giáo dưỡng (ôn tập,củng cố, hệ thống hoá kiến thức) vừa góp phần tăng cường hoạt động tự chủchiếm lĩnh kiến thức kỹ năng của HS, vừa phát triển năng lực diễn đạt ngônngữ của HS Ở đây mọi HS đều tham gia giải BT để chiếm lĩnh kiến thức, kỹnăng, không còn thụ động tìm các đề bài để giải mà vai trò của họ còn lớnhơn đó là đặt các đề bài và hiển nhiên việc giải quyết chúng nằm trong tầmtay của các em

- Vậy thông qua việc phát triển BT vật lý không những kiến thức của

HS được rèn luyện và nâng cao mà tính tích cực chủ động đề xuất các vấn đềgiải quyết cũng được nâng lên biến học thành tự học, hạn chế việc HS đến cáclớp học thêm, lò luyện thi, góp phần hạn chế tiêu cực trong giáo dục

Trong chương 2 của luận văn, chúng tôi sẽ vận dụng lí thuyết PTBT đểxây dựng và sử dụng hệ thống BT khi dạy học chương ”Lượng tử ánh sáng” ởvật lý lớp 12 ban cơ bản.

Chương 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG” VẬT LÝ LỚP 12

( BAN CƠ BẢN ) THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN

Chương “Lượng tử ánh sáng” trang bị các khái niệm nền tảng làm cơ

sở nghiên cứu sự hiểu biết về ánh sáng nói riêng và thế giới vi mô nói chungthêm sâu sắc Sự sắp xếp này có tính kế thừa, phù hợp với lôgíc nội dung củachương trình Do đó, chương “Lượng tử ánh sáng” có vị trí quan trọng trongchương trình vật lý lớp 12 nói riêng và vật lý phổ thông nói chung

Phân bố thời lượng dạy học chương này có 7 tiết, trong đó có 5 tiết xâydựng kiến thức mới, 2 tiết bài tập

Trong bài mở đầu của chương thông qua thí nghiệm của Hecxơ họcsinh đã biết được hiện tượng quang điện và khái niệm " Electron quang điện"

Từ thí nghiệm với tế bào quang điện SGK đã đưa ra các mối liên hệ của bướcsóng ánh sáng với hiện tượng quang điện; của cường độ dòng quang điện vớihiệu điện thế giữa anốt và catốt; của cường độ dòng quang điện bão hoà vớicường độ chùm sáng kích thích; sự phụ thuộc hiệu điện thế hãm vào bướcsáng của ánh sáng kích thích mà không phụ thuộc vào cường độ chùm sángkích thích

Như vậy, đến đây SGK đã bước đầu làm cho học sinh ý thức được vềLượng tử ánh sáng Học sinh đã bắt đầu đặt vấn đề việc tạo sao ánh sáng cóthể gây ra các hiện tượng quang điện; tạo sao cường độ dòng quang điện bãohoà lại phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích; hiệu điện thế hãm lạiphụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích Từ đó làm cơ sở dẫn dắthọc sinh đến phần tiếp theo trong đó có vấn đề hoàn toàn mới mẻ và có tínhquyết định quan trọng cho việc giải thích các hiện tượng mà không thể giảithích được bằng tính chất sóng ánh sáng, đó là thuyết lượng tử.

Sau khi học sinh biết hiện tượng quang điện và từ thí nghiệm với tế bàoquang điện cùng những kết luận được rút ra từ thí nghiệm SGK đã giới thiệucho học sinh ba định luật quang điện có tác dụng khẳng định và hoàn thiệnhơn những kết luận trên Với các định luật quang điện mà SGK đưa ra thìchúng hoàn toàn mâu thuẫn với tính chất sóng của ánh sáng - sự mâu thuẫnnày được SGK chỉ rõ

Cuối cùng, để giải quyết được mâu thuẫn đó học sinh được làm quenvới thuyết lượng tử qua nội dung thuyết lượng tử học sinh biết được "nhữngnguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng liên tục,

mà thành từng phần riêng biệt đứt quãng Mỗi phần đó mang một năng lượnghoàn toàn xác định, có độ lớn là:  = hƒ Mỗi phần đó gọi là một lượng tử ánhsáng Đến đây điều đã được làm sáng tỏ là: dù một chùm ánh sáng yếu cũngchứa một số rất lớn lượng tử ánh sáng khi ánh sáng truyền đi các lượng tử ánhsáng không bị thay đổi không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng

Để giải thích các định luật quang điện SGK nêu sự vận dụng thuyếtlượng tử của Einstein Ông coi chùm ánh sáng như một chùm hạt, mỗi hạt gọi

là một Phôtôn, mối Phôtôn ứng với một lượng tử ánh sáng Với sự vận dụngthuyết lượng tử học sinh nắm được phương pháp giải thích ba định luật quangđiện, đồng thời qua đó học sinh còn thấy được ánh sáng có tính chất hạt (tínhchất lượng tử) Như vậy ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt.Nói cách khác ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt

Sau khi đã nắm vững hiện tượng quang điện, các định luật quang điện

và thuyết lượng tử SGK giới thiệu hiện tượng quang điện trong - hiện tượngquang dẫn và cấu tạo cùng ứng dụng của quang trở, pin quang điện

Một vài hiện tượng quang học liên quan đến tính chất điện tử ánh sángnhư: Sự phát quang, các phản ứng quang hoá được SGK trình bày ở dạng đọcthêm cho học sinh

Cuối cùng SGK đã đưa ra vận dụng tinh thần của thuyết lượng tử vàoviệc giải thích các hiện tượng của hệ thống nguyên tử với 2 tiên đề về trạngthái dừng và bức xạ, hấp thụ năng lượng của nguyên tử mà nhà bác học Bohrnêu ra Sự vận động này giải quyết được khó khăn mà mẫu hành tinh nguyên

tử của Rutherford gặp phải là tính bền vững và sự tạo thành quang phổ vạchcủa các nguyên tử Mẫu nguyên tử của Bohr đã giải thích đầy đủ sự tạo thànhquang phổ vạch của Hiđrô Việc giải thích thành công các quy luật quang phổcủa nguyên tử Hiđrô cho thấy hệ thống nguyên tử (hệ thống vi mô) tuân theoquy luật khác với quy luật của Vật lý cổ điển - các quy luật lượng tử

2.2 Mục tiêu dạy học chương “Lượng tử ánh sáng”

- Học sinh phải nắm vững: hiện tượng quang điện ngoài, các định luật

quang điện, thuyết lượng tử ánh sáng, lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng, hiệntượng quang điện trong, quang điện trở, pin quang điện, sự hấp thụ ánh sáng,

sự phát quang, sự phản xạ lọc lựa, màu sắc các vật, quang phổ vạch của

nguyên tử hiđrô, sơ lược về laze

- Học sinh phải hiểu, có kỹ năng vận dụng các kiến thức trên để giảithích các hiện tượng vật lý, các bài tập định tính, bài tập định lượng trongchương “Lượng tử ánh sáng”

- Vận dụng được thuyết lượng tử ánh sáng để giải thích ba định luậtquang điện Giải được các bài tập về hiện tượng quang điện Giải thích đượctại sao các vật có màu sắc khác nhau Giải được các bài tập về tính bướcsóng các vạch quang phổ của nguyên tử hiđrô

- Tập dượt để có kĩ năng suy luận chặt chẽ khi giải các bài tập.

- Rèn luyện tác phong làm việc khoa học, tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, cóý thức vận dụng những hiểu biết vật lý vào đời sống

- Bồi dưỡng lòng yêu khoa học kĩ thuật, thái độ hợp tác trong lao động

- HS có hứng thú học tập vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học, có thái độkhách quan trung thực

- Bồi dưỡng tư duy linh hoạt sáng tạo thông qua giải BT bằng một sốphương pháp khác nhau, giải được BT có nội dung thực tế (dưới dạng bài tập

2.3.2 Những đơn vị kiến thức cơ bản trong chương “Lượng tử ánh sáng” 2.3.2.1 Các khái niệm cơ bản, định nghĩa, định luật, thuyết của chương [5]

- Định nghĩa: Hiện tượng quang điện (ngoài) là hiện tượng ánh sáng

làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại

- Định luật về giới hạn quang điện: Đối với mỗi kim loại, ánh sáng

kích thích phải có bước sóng  ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện  0

của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện

- Giả thuyết Plăng: Lượng năng lượng mà mỗi lần nguyên tử hay phân

tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf; trong đó f làtần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát xạ; còn h là một hằng số Lượng

tử năng lượng: = hf trong đó h = 6,625.10 34J.s

- Thuyết lượng tử ánh sáng:

+ Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là photon

+ Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau,

mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf.

+ Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theocác tia sáng

+ Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thìchúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn

+ Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động Không có phôtônđứng yên

- Công thức Anh - xtanh về hiện tượng quang điện (ngoài):

 = hf =

2

mv A λ

c h

2 max 0





A: Công thoát êlectron khỏi mặt kim loại

v0 max: tốc độ ban đầu cực đại của quang êlectron

f, : tần số và bước sóng của phôtôn ánh sáng kích thíchVới: (bước sóng trong chân không)

c: Tốc độ ánh sáng (phôtôn) trong chân không

h = 6,625.10-34 J.s hằng số Plăng

- Tia X (Tia Rơn - ghen)

+ Chùm êlectron được gia tốc trong điện trường mạnh, có động năngrất lớn tới đập vào tấm kim loại (có nguyên tử lượng lớn) làm phát ra tia X

+ Khi toàn bộ động năng của một êlectron chuyển thành năng lượngcủa một phôtôn tia X thì phôtôn tia X có năng lượng cực đại (tần số cựcđại) và bước sóng cực tiểu

(Wđ)e = (X)max = hfmax =

min λ

hc



e ) W (

hc λ

d min 

+ Coi êlectron thoát khỏi catôt có tốc độ ban đầu v0 = 0, thì khi đập vàođối catôt có động năng (Wđ)e = e.UAK = eU

Với U là điện áp giữa anôt và catôt của ống phát tia X, nên λ eUhc

min 

- Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng

Có nhiều hiện tượng quang học chứng tỏ rằng ánh sáng có tính chấtsóng, lại cũng có nhiều hiện tượng quang học khác chứng tỏ ánh sáng có tínhchất hạt Điều đó cho thấy ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chấthạt: ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt

Chú ý rằng dù tính chất nào của ánh sáng thể hiện ra thì ánh sáng vẫn

có bản chất là sóng điện từ

- Chất quang dẫn

Một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe …

có tính chất đặc biệt sau đây: Chúng là chất dẫn điện kém khi không bị chiếusáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp Các chấtnày gọi là chất quang dẫn

- Hiện tượng quang điện trong

+ Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để cho chúngtrở thành các êlectron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quátrình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong

+ Điều kiện để có hiện tượng quang điện trong:   0

Với  là bước sóng ánh sáng chiếu vào bán dẫn; 0 là bước sóng giớihạn quang điện trong của bán dẫn

+ Hiện tượng quang dẫn: là hiện tượng giảm mạnh điện trở suất (tăng

độ dẫn điện) của bán dẫn khi có sánh sáng thích hợp chiếu vào bán dẫn

- Khái niệm về sự phát quang

Một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng này để phát raánh sáng có bước sóng khác Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang - phátquang Chất có khả năng phát quang là chất phát quang

- Huỳnh quang và lân quang

Sự phát quang của các chất lỏng và khí có đặc điểm là ánh sáng phátquang bị tắt rất nhanh sau khi tắt ánh sáng kích thích Sự phát quang này gọi

là hiện tượng huỳnh quang

Sự phát quang của nhiều chất rắn lại có đặc điểm là ánh sáng phátquang có thể kéo dài một khoảng thời gian nào đó khi tắt ánh sáng kíchthích Sự phát quang này gọi là hiện tượng lân quang Các chất rắn phátquang này gọi là các chất lân quang.

2.3.2.2 Mẫu nguyên tử Bo - Quang phổ nguyên tử hiđrô [15]

r0 = 5,3.10-11m: bán kính Bo, bán kính quỹ đạo dừng thứ nhất

rn: bán kính quỹ đạo dừng thứ n

b- Trạng thái dừng

- Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xácđịnh (En) gọi là các trạng thái dừng

- Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ năng lượng

c- Bức xạ và hấp thụ năng lượng

+ Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En sangtrạng thái dừng có năng lượng Em nhỏ hơn thì nguyên tử bức xạ ra mộtphôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu En - Em

h = 6,625.10-34 J.s

hf = En - Em f: tần số phôtôn bức xạ

En> Em (m, n nguyên dương)Hay

En

Eλc

+ Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng Em

mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng hf đúng bằng hiệu En - Em thìnguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng En lớn hơn

( hf=En-Em)

d- Năng lượng nguyên tử hiđrô ở trạng thái dừng

n= 1, 2, 3 …

E0 = 13,6eV năng lượng ion hoá

2- Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hiđrô

+ Khi nguyên tử bức xạ ra các phôtôn làm xuất hiện các vạch quang phổ.+ Trong quang phổ của nguyên tử hiđrô lại gồm các dãy: dãy Lai -man thuộc vùng tử ngoại, dãy Ban - me thuộc vùng thấy được (phần tửngoại nhiều hơn), dãy Pa - sen thuộc vùng hồng ngoại

+ Dãy Laiman: Khi êlectron chuyển từ quỹ đạo ngoài (xa hạt nhân)

về quỹ đạo K (gần hạt nhân nhất)  Nguyên tử chuyển từ trạng thái cónăng lượng cao về trạng thái cơ bản

+ Dãy Banme: khi êlectron chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo L Nguyên tử chuyển từ trạng thái năng lượng cao về trạng thái có năng lượng

EL  E2

+ Dãy Pasen: Khi

êlectron chuyển từ các quỹ đạo

xa về quỹ đạo M  nguyên tử

từ trạng thái dừng có năng

lượng cao về trạng thái dừng có

năng lượng EM  E3

+ Sơ đồ biểu diễn sự hình thành các dãy

2.3.2.3 Sơ lược về laze

- Laze.

KL

M

NOP

n=1 n=2

n=4 n=5 n=6

E n

E  

Laze là từ phiên âm của tiếng Anh LASER Thuật ngữ LASER đượcghép bằng những chữ cái đứng đầu cụm từ Light Amplifier by StimulatedEmission of Radiation Chúng có nghĩa là: Máy khuếch đại ánh sáng bằng

- Một vài ứng dụng của laze

Laze được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực:

- Trong y học, lợi dụng khả năng có thể tập trung năng lượng củachùm tia laze vào một vùng rất nhỏ, người ta đã dùng tia laze như một dao

mổ trong các phẫu thuật tinh vi như mắt, mạch máu … Ngoài ra, người tacũng sử dụng tác dụng nhiệt của tia laze để chữa một số bệnh như các bệnhngoài da …

- Trong thông tin liên lạc, do có tính định hướng và tần số rất cao nêntia laze có ưu thế đặc biệt trong liên lạc vô tuyến (vô tuyến định vị, liên lạc vệtinh, điều khiển các con tàu vũ trụ …) Do có tính kết hợp và cường độ caonên các tia laze được sử dụng rất tốt trong việc truyền tin bằng cáp quang

- Trong công nghiệp, vì tia laze có cường độ lớn và tính định hướngcao nên nó được dùng trong các công việc như cắt, khoan, tôi chính xáctrên nhiều chất liệu như kim loại, compôzit, … Người ta có thể khoan đượcnhững lỗ có đường kính rất nhỏ và rất sâu mà không thể thực hiện đượcbằng các phương pháp cơ học

- Trong trắc địa, laze được dùng trong các công việc như đo khoảngcách, tam giác đạc, ngắm đường thẳng, …

- Laze còn được dùng trong các đầu đọc đĩa CD trong các bút bi chỉbảng, bản đồ, trong các thí nghiệm quang học ở trường phổ thông … Cáclaze này thuộc loại laze bán dẫn.

2.4 Thực trạng việc dạy học bài tập vật lý chương “Lượng tử ánh sáng” ở một số trường phổ thông

Trong những năm học 2009 - 2010 và 2010 - 2011, chúng tôi đã tiếnhành tìm hiểu việc giảng dạy bài tập chương “Lượng tử ánh sáng” ở cáctrường THPT thuộc địa bàn huyện Đông Sơn (trường THPT Đông Sơn 1,THPT Đông Sơn 2, THPT Nguyễn Mộng Tuân) bằng cách:

- Trao đổi với giáo viên vật lý

- Trao đổi với học sinh, tìm hiểu về cách học BTVL trong chương này

- Dùng phiếu điều tra lấy ý kiến của giáo viên

Qua việc tìm hiểu đó, chúng tôi rút ra được một số nhận xét sau:

a Về tài liệu dạy học BTVL

Tổng quát chung trong quá trình dạy học BTVL trong trường phổ thônggiáo viên chủ yếu lấy các bài tập trong sách giáo khoa và sách bài tập vật lý

12 chương trình chuẩn Tuy nhiên, theo ý kiến của giáo viên thì số lượng bàitập chương này trong sách giáo khoa và sách bài tập còn ít so với yêu cầumục tiêu của chương Do đó, các giáo viên thường lấy thêm các bài tập ở sáchtham khảo (sách tham khảo được nhiều giáo viên sử dụng nhất là giải toán vậtlý 12 của tác giả Vũ Thanh Khiết )