Nghiên cứu dạy học chương dao động cơ vật lí 12 chương trình chuẩn theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề

GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Có thể xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ”theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề đáp ứng các yêu cầu về tính khoa học,tính sư phạm, t

Bộ giáo dục và đào tạo

Trờng đại học vinh

Tụi xin chõn thành cảm ơn Hội đồng khoa học nhà trường, cỏc thầy cụ giỏo trong khoaVật lý, người thõn cựng cỏc bạn đồng nghiệp đó nhiệt tỡnh giỳp đỡ tụi hoàn thành luận vănnày

Đặc biệt tụi xin tỏ lũng biết ơn đến cụ giỏo PGS-TS Phạm Thị Phỳ người đó trực tiếphướng dẫn tụi trong cụng tỏc nghiờn cứu và hoàn thành luận văn

6 SBT Sách bài tập

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 2

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Cấu trúc luận văn 3

8 Đóng góp của luận văn 3

NỘI DUNG 4

Chương 1 Dạy học giải quyết vấn đề trong môn vật lý 4

1.1 Lý thuyết về dạy học giải quyết vấn đề 4

1.1.1 Khái niệm về dạy học giải quyết vấn đề 4

1.1.2 Vấn đề và tình huống có vấn đề 5

1.1.3 Cấu trúc của dạy học giải quyết vấn đề 9

1.2 Dạy học giải quyết vấn đề trong môn vật lý 11

1.2.1 Phương pháp tương tự 11

1.2.2 Phương pháp giả thuyết 11

1.2.3 Phương pháp thực nghiệm 12

1.2.4 Phương pháp mô hình 13

1.2.5 Phương pháp thí nghiệm tưởng tượng 14

1.3 Vai trò của giáo viên và học sinh trong dạy học GQVĐ 15

1.4 Các mức độ của dạy học GQVĐ 16

1.5 Các phương pháp hướng dẫn học sinh GQVĐ trong học tập 19

1.5.1 Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phương pháp đã biết 19

1.5.2 Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần 20

1.5.3 Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát 20

1.6 Các điều kiện đảm bảo cho việc thực hiện dạy học GQVĐ 21

1.7 Vận dụng dạy học GQVĐ trong các loại bài học vật lý 23

1.7.1 Dạy học GQVĐ trong bài học xây dựng tri thức mới 23

1.7.2 Dạy học GQVĐ trong bài học bài tập vật lý 24

1.7.3 Dạy học GQVĐ trong bài học thực hành thí nghiệm vật lý 26

Kết luận chương 1 28

Chương 2 Tổ chức dạy học chương “Dao động cơ” Vật lý lớp 12 chương trình chuẩn theo định hướng dạy học GQVĐ 30

2.1 Kiến thức khoa học về dao động cơ học 30

2.1.1 Các loại dao động cơ học 30

2.1.2 Dao động điều hòa 31

2.2 Mục tiêu dạy học chương “Dao động cơ” 35

2.3 Cấu trúc logic nội dung dạy học chương “Dao động cơ” 36

2.4 Grap tiến trình nội dung dạy học chương “Dao động cơ” 37

2.5 Bảng đối chiếu nội dung chính của SGK Vật lý 12 CCGD với những nội dung tương ứng trong hai bộ SGK Vật lý mới 38

2.6 Thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” ở một số trường THPT ở Nghệ An 42

2.7 Chuẩn bị các điều kiện cần thiết cho triển khai dạy học chương “Dao động cơ” theo định hướng dạy học GQVĐ 43

2.7.1 “Vấn đề hóa” nội dung dạy học chương “Dao động cơ” 43

2.7.2 Thiết bị dạy học chương “Dao động cơ” 45

2.7.3 Bài tập theo định hướng dạy học GQVĐ 55

2.8 Xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ” theo định hướng dạy học GQVĐ 64

2.8.1 Khả năng triển khai dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ” theo định hướng dạy học GQVĐ 64

2.8.2 Thiết kế một số bài học theo định hướng dạy học GQVĐ 66

Kết luận chương 2 73

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm 75

3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 75

3.2 Đối tượng thực nghiệm 75

3.3 Phương pháp thực nghiệm 75

3.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 76

Kết luận chương 3 82

KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Đổi mới phương pháp dạy học là một yêu cầu cấp bách đã được Đảng ta chỉ

rõ trong Nghị quyết TW2 khoá VIII (12/1996): “…Đổi mới mạnh mẽ phương phápgiáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều Rèn luyện thành nếp tưduy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến vàphương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thời gian tự học,

tự nghiên cứu cho học sinh…”

Trong điều kiện thực tiễn của nước ta hiện nay, việc vận dụng một cách sángtạo các chiến lược dạy học tiên tiến, trong đó có dạy học giải quyết vấn đề là mộttrong những con đường thích hợp để từng bước đưa giáo dục nước ta hội nhập vào

xu thế phát triển chung của giáo dục thế giới

Trước yêu cầu biến đổi nhanh và phát triển của xã hội, thì phát hiện sớm vàgiải quyết hợp lý những vấn đề nảy sinh trong thực tiễn là một năng lực cần thiếtđảm bảo sự thành đạt trong cuộc sống Vì vậy, tập dượt cho học sinh biết phát hiện,đặt ra và giải quyết những vấn đề gặp phải trong học tập, trong cuộc sống của cánhân, gia đình, cộng đồng không chỉ có ý nghĩa ở tầm phương pháp dạy học màphải được đặt như một mục tiêu giáo dục và đào tạo Trong dạy học giải quyết vấn

đề, học sinh vừa nắm được tri thức mới, vừa nắm được phương pháp chiếm lĩnh trithức đó, phát triển tư duy tích cực sáng tạo, được chuẩn bị một năng lực thích ứngvới đời sống xã hội: phát hiện kịp thời và giải quyết hợp lý các vấn đề nảy sinh

Vật lý học và môn vật lý trong nhà trường phổ thông nước ta là môn học tíchhợp sự “tìm hiểu tự nhiên và xã hội” điều đó giúp cho học sinh có được một hànhtrang cơ bản để tham gia sản xuất, học nghề hoặc đi sâu vào quá trình nghiên cứu

Qua tìm hiểu, tôi thấy chương “Dao động cơ” (lớp 12 - chương trình chuẩn),

là chương có vị trí cơ bản và quan trọng trong chương trình vật lý lớp 12, có nhiềukhả năng vận dụng lý thuyết dạy học giải quyết vấn đề

Chưa có đề tài nào nghiên cứu, vận dụng dạy học giải quyết vấn đề vào dạyhọc chương “Dao động cơ”

Vì thế, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu dạy học chương “Dao động cơ” Vật lý

12 chương trình chuẩn theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề”

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu vận dụng dạy học giải quyết vấn đề trong các bài học thuộcchương “Dao động cơ” Vật lý 12 chương trình chuẩn nhằm góp phần nâng cao chấtlượng dạy học chương

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Lý luận dạy học giải quyết vấn đề

- Quá trình dạy học vật lý THPT

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Chương “Dao động cơ” Vật lý 12 chương trình chuẩn

- Dạy học giải quyết vấn đề trong vật lý

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Có thể xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ”theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề đáp ứng các yêu cầu về tính khoa học,tính sư phạm, từ đó góp phần bồi dưỡng phương pháp nhận thức, kỹ năng tư duy,năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

5.1 Nghiên cứu lý luận về dạy học giải quyết vấn đề

5.2 Tìm hiểu thực trạng dạy học giải quyết vấn đề ở một số trường THPT

ở tỉnh Nghệ An

5.3 Nghiên cứu chương trình, SGK Vật lý 12

5.4 Nghiên cứu mục tiêu, cấu trúc, nội dung chương “Dao động cơ”

5.5 Nghiên cứu, tìm hiểu và sử dụng thiết bị dạy học chương “Dao động cơ”đảm bảo cơ sở vật chất triển khai dạy học theo định hướng giải quyết vấn đề

5.6 Xây dựng tiến trình dạy học một số bài thuộc chương “Dao động cơ”Vật lý 12 chương trình chuẩn

5.7 Thực nghiệm sư phạm, đánh giá kết quả nghiên cứu

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu tài liệu lý luận về các vấn đề liên quan

đến việc giải quyết các nhiệm vụ của đề tài

- Nghiên cứu thực tiễn: Điều tra khảo sát dạy học chương “Dao động cơ” ở

trường THPT, tiến hành thực nghiệm sư phạm, thăm dò, lấy ý kiến từ giáo viên họcsinh để đánh giá lý luận đã nêu

7 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Phần 1 Mở đầu

Phần 2 Nội dung

Chương 1 Dạy học giải quyết vấn đề trong môn vật lý

Chương 2 Nghiên cứu dạy học chương “Dao động cơ” Vật lý 12 chương

trình chuẩn theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

Phần 3 Kết luận

8 ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN

Luận văn góp phần chứng tỏ khả năng hiện thực hoá dạy học giải quyết vấn

đề trong chương “Dao động cơ” Vật lý 12 THPT

Xây dựng được 4 tiến trình dạy học - 4 bài (6 tiết) thuộc chương “Dao độngcơ” Vật lý 12 theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề Các tiến trình này đãđược thực nghiệm sư phạm khẳng định tính khả thi và hiệu quả trong điều kiện dạyhọc hiện nay ở nhà trường THPT nước ta

NỘI DUNG Chương 1

DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG MÔN VẬT LÝ

1.1 LÝ THUYẾT VỀ DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1.1.1 Khái niệm về dạy học giải quyết vấn đề

Dạy học "giải quyết vấn đề "là một trong những phương pháp dạy học tíchcực, bản thân thuật ngữ này thì ra đời chưa lâu nhưng tư tưởng của nó thì đã xuấthiện vào giữa thế kỷ 20 trong sự thôi thúc của xã hội đòi hỏi sự cải tiến phươngpháp dạy học trong nhà trường

Tư tưởng chủ đạo của phương pháp Dạy học GQVĐ là đưa quá trình học tậpcủa học sinh gần hơn với quá trình tìm tòi, phát hiện, khám phá của các nhà khoahọc, nâng cao tính độc lập sáng tạo của học sinh Tuy nhiên cần chú ý đến nhữngđiểm khác biệt giữa nhà khoa học và học sinh khi giải quyết vấn đề như: động cơ ,hứng thú, nhu cầu, năng lực giải quyết vấn đề, điều kiện, phương pháp làm việc

Theo V Ô-Kôn: "Dạy học nêu vấn đề là tập hợp những hành động như tổchức các tình huống có vấn đề, phát biểu các vấn đề, giúp đỡ những điều kiện cầnthiết để học sinh giải quyết vấn đề, kiểm tra cách giải quyết đó và cuối cùng chỉ đạoquá trình hệ thống hoá và cũng cố kiến thức thu nhận được” [12, 11]

Theo I Ia Lecne: “Dạy học nêu vấn đề là phương pháp dạy học trong đó HStham gia một cách có hệ thống vào quá trình giải quyết các vấn đề và các bài toán

có vấn đề được xây dựng theo nội dung tài liệu học trong chương trình” [11, 5].

Theo I F Kharlamop: “Dạy học nêu vấn đề là sự tổ chức quá trình dạy họcbao gồm việc tạo ra tình huống có vấn đề (tình huống tìm tòi) trong giờ học, kíchthích HS nhu cầu giải quyết những vấn đề nảy sinh, lôi cuốn các em vào hoạt độngnhận thức tự lực nhằm nắm vững kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo mới, phát triển tínhtích cực của trí tuệ và hình thành cho các em năng lực tự mình thông hiểu và lĩnhhội thông tin khoa học mới” [16, 7]

Theo Nguyễn Quang Lạc: Dạy học GQVĐ là một hình thức dạy học trong đóhọc sinh được coi như "nhà khoa học trẻ" tự giác và tích cực tổ chức các quá trình

"xây dựng tri thức mới cho bản thân" Hoạt động đó được diễn ra giống như "hoạtđộng nghiên cứu khoa học", mặc dù kết quả của nó là tìm thấy lại những điều đã cótrong khoa học, song lại là điều mới mẻ đối với HS Người GV phải thực sự quantâm đến cả nội dung khoa học mà HS đã xây dựng lẫn phương pháp hoạt động của

HS để đạt được điều đó, do vậy GV phải là nhà thiết kế, tổ chức và chỉ đạo thi công

Đó là một hoạt động sáng tạo và đòi hỏi tài nghệ sư phạm, lòng kiên trì, sự khoandung và độ lượng cao Bởi vì GV phải chỉ đạo lớp trẻ non nớt không phải tái tạo cái

đã quen biết mà là đi xây dựng cái mới cho họ, còn đối với GV thì đó lại là điều quá

cũ [10, 38]

Như vậy: Dạy học giải quyết vấn đề không phải là một phương pháp dạy học

cụ thể đơn nhất, mà là một tập hợp nhiều phương pháp dạy học liên kết chặt chẽ vớinhau và bổ sung cho nhau, trong đó phương pháp xây dựng bài toán Ơrixtic (tạo ratình huống có vấn đề) giữ vai trò trung tâm chỉ đạo, gắn bó với các phương phápdạy học khác thành hệ thống toàn vẹn

Dạy học giải quyết vấn đề cũng không chỉ hạn chế ở phạm trù phương phápdạy học, việc áp dụng, tiếp cận đòi hỏi phải có cải tạo cả nội dung, cách tổ chức dạyhọc trong mối liên hệ thống nhất Riêng trong phạm vi phương pháp dạy học nó cókhả năng thâm nhập vào hầu hết những phương pháp dạy học khác và làm cho tínhchất của chúng trở nên tích cực hơn Vì vậy dạy học giải quyết vấn đề cần được coinhư tên gọi để chỉ cơ sở của các phương pháp dạy học có khả năng kích thích họcsinh tham gia vào hoạt động nhận thức một cách tích cực và liên tục dưới sự chỉ đạocủa giáo viên

1.1.2 Vấn đề và tình huống có vấn đề

1.1.2.1 Vấn đề

“Vấn đề là bài toán mà cách thức hình thành hay kết quả của nó chưa đượchọc sinh biết trước, nhưng học sinh đã nắm được những kiến thức và kỹ năng xuấtphát, để từ đó thực hiện sự tìm tòi kết quả đó hay cách thức hình thành bài làm Nói

cách khác, đó là câu hỏi mà học sinh chưa biết câu trả lời, nhưng có thể bắt tay vàotìm kiếm lời giải đáp”[4, 89].

"Vấn đề trong nghiên cứu vật lý là một câu hỏi, một bài toán chưa có lời giải,xuất phát từ thực tiễn khoa học, kỹ thuật, đời sống Đó là những hiện tượng mới, quátrình mới không thể lý giải được bằng các lý thuyết đã có hoặc một câu hỏi tìm giải

pháp cho một mục đích thiết thực nào đó, hoặc lý thuyết chưa trọn vẹn " [13, 9].

Trong vấn đề chứa đựng cả yếu tố khách quan và yếu tố chủ quan:

-Yếu tố khách quan - dẫn liệu xuất phát cho phép giải quyết vấn đề, tìm ralời giải

-Yếu tố chủ quan - học sinh phải sẵn sàng tiếp nhận vấn đề để giải quyết Câu hỏi, mà học sinh đã biết trước lời giải đáp, không phải là vấn đề, cũngkhông phải là vấn đề cả với những câu hỏi mà học sinh chưa biết lời giải đáp vàcũng không có phương tiện để tìm tòi câu trả lời

Như vậy: "Vấn đề" bao giờ cũng chứa mâu thuẫn về nhận thức Lúc đầu mâuthuẫn đó còn mang tính khách quan, sau khi học sinh tiếp thu và ý thức được mâuthuẫn đó thì nó biến thành mâu thuẫn chủ quan và tồn tại trong ý nghĩ của học sinhdưới dạng bài toán hay vấn đề bài tập

1.1.2.2 Tình huống có vấn đề

* Khái niệm ‘tình huống có vấn đề’

“Tình huống có vấn đề” là tình huống mà học sinh tham gia gặp một khókhăn, học sinh ý thức được vấn đề, mong muốn giải quyết vấn đề đó và cảm thấyvới khả năng của mình thì hi vọng có thể giải quyết được, do đó bắt tay vào việcgiải quyết vấn đề [15, 24]

Nhà giáo dục Xô viết Rubinstein đã khẳng định: “Tư duy bắt đầu từ tìnhhuống có vấn đề”

Tổ chức tình huống có vấn đề thực chất là tạo ra hoàn cảnh để học sinh tự ýthức được vấn đề cần giải quyết, có nhu cầu và hứng thú giải quyết vấn đề, biếtđược mình cần phải làm gì và sơ bộ xác định được làm như thế nào

Trên cơ sở đó người ta ghi nhận những dấu hiệu của tình huống có vấn đềnhư sau:

- Nó bao gồm cái gì chưa biết, đòi hỏi phải có sự tìm tòi sáng tạo, có sựtham gia hoạt động tư duy và sự nhanh trí đáng kể

- Nó phải chứa đựng điều gì đó đã biết, phải cho trước những dự kiện nào đó

để làm điểm xuất phát cho sự suy nghĩ, sự tìm tòi sáng tạo

- Tình huống có vấn đề phải vừa sức đối với HS Nếu quá đơn giản, chứađựng những lời giải tường minh từ kho tri thức cũ của HS thì không gây được sựkích thích mà tạo ra sự thờ ơ, coi thường Ngược lại thì gây sự bất lực và cũng tạo

ra sự thờ ơ do bi quan

- Đồng thời với tính vừa sức là tính mới lạ, tính không bình thường của bàitoán nhận thức nhằm kích thích sự hứng thú và lòng khao khát nhận thức của HS

* Các kiểu tình huống có vấn đề

- Tình huống nghịch lý và tình huống không phù hợp: Bằng những chuyện

kể, tranh vẽ, mô hình hoặc thí nghiệm đơn giản, giáo viên có thể giới thiệu nhữnghiện tượng vật lý mà kết quả diễn ra trước mắt học sinh sẽ ngược với phán đoán của

họ, ngược với quan điểm và sinh hoạt đem lại cho họ

Sự trái ngược giữa quan niệm và kết quả quan sát thực tế tạo nên nghịch lý

và có sức mạnh kích thích hoạt động của học sinh Nghịch lý là loại mâu thuẫnmang tính chủ quan một cách trực tiếp, giáo viên gần như không cần dùng các biệnpháp để buộc học sinh phải chấp nhận nữa, do vậy vừa tiết kiệm thời gian, vừa dễhuy động được học sinh tham gia tích cực vào quá trình dạy học

Ví dụ: Tờ giấy làm nắp đậy cốc không bị rơi và nước không chảy khi ta lậtngược cốc nước;… sự trái ngược giữa quan niệm và kết quả quan sát thực tế tạo nênnghịch lý và có sức mạnh kích thích hoạt động của học sinh Vì vậy giáo viên nêntìm tòi cơ hội để sử dụng

Đối với những tình huống nghịch lý khi giải quyết vấn đề buộc phải lý giải

và tìm hiểu nguyên nhân về mặt khoa học của hiện tượng

- Tình huống lựa chọn và tình huống bác bỏ: Những trường hợp này làm xuấthiện “vấn đề nhận thức” khi đưa ra trước học sinh những kết quả khác nhau về các

sự kiện, hiện tượng hoặc quá trình vật lý Do đó đòi hỏi học sinh phải cân nhắc đểlựa chọn một kết quả duy nhất đúng và bác bỏ các kết quả sai

Ví dụ: GV yêu cầu HS nêu lên những hiện tượng xảy ra khi ta thả các vậtkhác nhau vào nước (hòn đá, cái lá, cái kim khâu, miếng xốp và miếng sắt cùng thểtích…) Vấn đề đặt ra là khi ta nhúng các vật khác nhau vào nước, có vật chìmxuống, có vật lại nổi lên, nhưng có nhiều trường hợp, vật nhẹ lại chìm xuống, cònvật nặng lại nổi lên Điều này dẫn đến tình huống bác bỏ qua một quá trình hoặc làphân tích lý luận hoặc là bằng thí nghiệm kiểm chứng

- Tình huống gây ra sự xung đột: Đây là trường hợp “bài toán nhận thức” sẽxuất hiện và được chấp nhận khi có những kết quả hoặc những sự giải thích tráingược nhau đối lập nhau về cùng một sự kiện, một hiện tượng nào đó HS sẽ thamgia nghiên cứu và bằng những luận cứ xác đáng để công nhận một kết quả, một lýthuyết đúng đắn phản ánh sự kiện trên

Ví dụ: Người ta nói ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt nhưngtại sao không giải thích được các định luật quang điện bằng thuyết sóng ánh sáng?

- Tình huống ứng dụng kiến thức vật lý vào thực tiễn: Trong dạy học bộ mônvật lý, giáo viên có thể gặp nhiều cơ hội để khai thác, tạo nên tình huống có vấn đềtheo dạng này Tốt hơn hết là giao cho HS giải quyết những nhiệm vụ, giải thíchnhững sự kiện có liên quan đến việc vận dụng tri thức vật lý

Ví dụ: Những ứng dụng của siêu âm, của tia laser, lịch sử phát triển củachiếc đèn điện tử đến máy vi tính… đều có thể kích thích sự hưng phấn của thầnkinh, tạo không khí sôi nổi trong học tập

Việc tách bạch các kiểu tạo tình huống có vấn đề như trên chỉ có tính tươngđối Ta có thể có thêm những kiểu khác nữa, một sự kiện cụ thể trong nghiên cứu lạiđồng thời có sự tham gia của một vài tình huống có vấn đề thuộc các loại khác nhau

* Biện pháp tạo tình huống có vấn đề

- Tồn tại một vấn đề: Tình huống chứa đựng mâu thuẫn nhận thức, đó làmâu thuẫn giữa trình độ kiến thức, kỹ năng đã có với yêu cầu lĩnh hội kiến thức,

kỹ năng mới

- Gợi nhu cầu nhận thức: Trong tình huống có vấn đề, học sinh cảm thấy cầnthiết có nhu cầu giải quyết vấn đề

- Gây niềm tin có thể nhận thức được: Nếu một tình huống tuy có vấn đề vàvấn đề tuy hấp dẫn nhưng nếu học sinh cảm thấy nó vượt quá xa so với khả năngcủa mình thì họ không sẵn sàng giải quyết vấn đề Cần làm cho học sinh thấy rõ tuy

họ chưa có ngay lời giải đáp nhưng đã có một số kiến thức, kỹ năng liên quan đếnvấn đề đặt ra và nếu họ tích cực suy nghĩ thì có nhiều hy vọng giải quyết được vấn

đề đó

Việc tạo ra tình huống có vấn đề là cả một lĩnh vực của nghệ thuật sư phạm.Cùng một nội dung, cùng một lớp học sinh nhưng nếu không có sự gia công sư phạmthì sẽ không thể đặt học sinh vào tình huống có vấn đề, do đó sẽ không tạo đượcđộng lực cho quá trình dạy học Nghệ thuật sư phạm tạo ra tình huống có vấn đề đòihỏi giáo viên luôn biết cách kích thích, tạo “thế năng tâm lý tư duy” của học sinh

1.1.3 Cấu trúc của dạy học giải quyết vấn đề

Có thể coi dạy học GQVĐ gồm ba giai đoạn: Tạo tình huống có vấn đề,hướng dẫn giải quyết vấn đề và vận dụng tri thức để cũng cố và mở rộng vấn đề

1.1.3.1 Giai đoạn tạo tình huống có vấn đề

Đây là giai đoạn đặt HS vào tình huống có vấn đề Khâu đầu tiên của giaiđoạn này là làm nảy sinh tình huống có vấn đề Nó có nhiệm vụ kích thích thầnkinh hoạt động tạo cho học sinh một trạng thái hưng phấn cao độ, có nhu cầu hoạtđộng và có thái độ sẵn sàng lao vào công việc Nội dung hoạt động của GV là tạocho được “vấn đề nhận thức” tức là tạo cho được mâu thuẫn khách quan giữa “cái

đã biết và cái cần tìm” sau đó “cấy” mâu thuẫn khách quan đó vào tiến trình nhậnthức của HS, tức là làm cho HS thấy được, cảm nhận được sự tồn tại hiển nhiênmâu thuẫn đó trên con đường học tập của chính họ Tiếp theo GV phải khơi nguồntiềm lực ở học sinh để họ thấy họ đã có vốn liếng tri thức, chỉ cần họ cố gắng thì sẽ

tự lực giải quyết được mâu thuẫn đó

Nội dung hoạt động của học sinh trong giai đoạn này là tiếp nhận “bài toánnhận thức”, tiếp nhận “vấn đề” và chuyển sang trạng thái sẵn sàng, tích cực hoạt động

1.1.3.2 Giai đoạn nghiên cứu, hướng dẫn giải quyết vấn đề, hợp thức hoá kiến thức kỹ năng

Đây là giai đoạn rất quan trọng, bởi vì ở đây học sinh sẽ dần dần làm quenvới phương pháp nghiên cứu của nhà vật lý học, ở mức độ tập dượt xây dựng kiếnthức để phản ánh những sự kiện thực tế

Các bước chủ yếu của giai đoạn này như sau:

- Tìm kiếm việc xây dựng giả thuyết khoa học, cần hướng dẫn đề học sinhbiết cách quan sát sự kiện (có thể qua mô hình hoặc thí nghiệm, hay quan sát vớinhững kiến thức đã có)

- Khi có giả thuyết, giáo viên cần chỉ đạo, hướng dẫn để học sinh thảo luậncác phương án đánh giá tính đúng đắn của giả thuyết đó

- Bước cuối cùng là chỉnh lý giả thuyết để nó trở thành tri thức lý thuyết Nghệ thuật sư phạm của giáo viên sẽ giúp cho việc xây dựng các bài toántrung gian như là một chuỗi liên kết các mắt xích liên tục của các chu trình hoạtđộng, kích thích động cơ hoạt động, tổ chức và điều kiển quá trình đó, kiểm tra kếtquả hoạt động Mỗi bài toán trung gian là một chu trình trong chu trình lớn

1.1.3.3 Giai đoạn củng cố và vận dụng kiến thức, kỹ năng mới

Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình dạy học giải quyết vấn đề Dạy học

dù diễn ra theo phương pháp nào cũng đòi hỏi phải trải qua giai đoạn củng cố, ônluyện tri thức đã có bằng nhiều cách vận dụng nó vào những tình huống khác nhau

Trong giai đoạn này cần đảm bảo các mặt sau:

- Tổng kết và hệ thống hoá tri thức mới đã xây dựng thông qua việc giảiquyết vấn đề

- Hình thành phương pháp nhận thức một vấn đề khoa học cho học sinh,củng cố niềm tin nhận thức cho họ

- Nêu vấn đề mới có liên quan đến tri thức vừa mới xây dựng được theo tinhthần tìm tòi, nghiên cứu

Như vậy, ở giai đoạn này vừa củng cố được kiến thức một cách vững chắcvới mức độ đa dạng phong phú của nó vừa được luyện tập giải quyết vấn đề mới, từ

đó tư duy sáng tạo được phát triển

1.2 DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG MÔN VẬT LÝ

- "Vấn đề" trong nghiên cứu Vật lý là một câu hỏi, một bài toán chua có lờigiải; xuất phát từ thực tiễn khoa học, kỹ thuật, đời sống Đó là những hiện tượng mới,quá trình mới không thể lý giải được bằng các lý thuyết đã có, hoặc một câu hỏi tìmgiải pháp cho một mục đích thiết thực nào đó, hoặc một lý thuyết chưa trọn vẹn

- "Giải quyết vấn đề" là quá trình nhà nghiên cứu sử dụng các phương pháp,phương tiện nghiên cứu khác nhau theo con đường của chu trình sáng tạo khoa học

để tìm câu trả lời Kết quả của quá trình giải quyết vấn đề là tri thức mới:lý thuyếtmới, định luật mới, ứng dụng Vật lý mới

Trong nghiên cứu vật lý, để giải quyết vấn đề nhà vật lý sử dụng các phươngpháp sau:

1.2.1 Phương pháp tương tự

- Định nghĩa: Nếu dựa trên sự tương tự nào đó của đối tượng, tình huốngđang xét với một đối tượng, tình huống đã biết để nêu lên câu trả lời nào đó có tínhchất là một điều phỏng đoán về sự tồn tại ở đối tượng đang xét dấu hiệu, mối liên hệhoặc mô hình nào đó tương tự như ở đối tượng đã biết thì phương pháp nhận thứcnhư thế gọi là phương pháp tương tự

- Vai trò: Phương pháp tương tự cho phép đưa ra những phỏng đoán bướcđầu, sẽ được nghiên cứu tiếp bằng các phương pháp khác, là một yếu tố kích thích

sự ra đời của giả thuyết khoa học

1.2.2 Phương pháp giả thuyết

- Định nghĩa: Nếu dựa trên việc đề xuất một điều giả định (phỏng đoán) nào

đó để từ đó suy ra câu trả lời cần có (là sự giải thích hay tiên đoán sự kiện) thìphương pháp nhận thức này được gọi là phương pháp giả thuyết

- Vai trò: Nhờ phương pháp giả thuyết ta đề ra được các giả thuyết khoa học,

từ đó có thể giải thích, tiên đoán các sự kiện và tiếp tục sử dụng các phương pháp

mô hình hoá, phương pháp thực nghiệm để xây dựng tri thức mới

- Cấu trúc:

Quan sát thực tế hoặc phân tích những cơ sở lý thuyết đã có sẵn, so sánh,đối chiếu với những hiểu biết đã có về hiện tượng, để sơ bộ đề ra một phỏngđoán khoa học

Dựa trên cơ sở những phân tích lý thuyết để chính xác hoá phỏng đoán, xâydựng mô hình đơn giản về hiện tượng cho phép tính toán sơ bộ những hệ quả của

nó Khi đó phỏng đoán khoa học sẽ trở thành một giải thuyết khoa học

Phát biểu giả thuyết được đề xuất

1.2.3 Phương pháp thực nghiệm

- Định nghĩa: Phương pháp thực nghiệm bao gồm tất cả các khâu của quátrình nhận thức từ việc đặt vấn đề trên cơ sở các sự kiện thực nghiệm hoặc quan sát,đến khâu đề ra giả thuyết, tiến hành thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, xử lý kết quả vàrút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu

- Vai trò: Nhờ phương pháp thực nghiệm mà đề xuất được tri thức mới, kháiniệm mới, định luật mới và tiếp theo, tri thức đó sẽ có thể được lý giải một cách lýthuyết dựa trên những nghiên cứu lý thuyết

Cung cấp những bằng chứng thực nghiệm cần thiết cho việc đối chiếu, hợpthức hoá, khẳng định giá trị hoặc chỉnh lý, bổ sung hay bác bỏ những kết luận đãđược đề xuất do kết quả của phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Cung cấp những bằng chứng thực nghiệm mới dẫn tới sự cần thiết phải xâydựng các giả thuyết khoa học mới

- Cấu trúc: Xử lý một giả thuyết, dự đoán đã có để đưa vào kiểm tra bằngthực nghiệm: điều gì cần tới sự khảo sát thực nghiệm? Cần tạo ra hay quan sát biến

cố thực nghiệm nào?

Lựa chọn điều kiện thí nghiệm để có được hiện tượng dưới dạng thuần khiết:phương tiện, máy móc thiết bị thích hợp; phương pháp tiến hành thí nghiệm;phương pháp quan sát đo đạc cụ thể

Tiến hành thí nghiệm: Lắp ráp máy móc thiết bị và kiểm tra khả năng vậnhành; tiến hành thao tác thí nghiệm theo kế hoạch đã vạch ra: quan sát, đo đạc, ghichép các dữ liệu

Xử lý kết quả: Xác định độ chính xác của phép đo; lập bảng; vẽ đồ thị; rút rakết luận về các thuộc tính, mối liên hệ, định luật

1.2.4 Phương pháp mô hình hoá

- Khái niệm: Nếu dựa trên việc xây dựng mô hình lí thuyết (mô hình trong tưduy) của đối tượng gốc và nghiên cứu trên mô hình, tức là vận hành mô hình lýthuyết (tiến hành thí nghiệm trong tư duy bằng các thao tác lí thuyết, thao tác logic)

để rút ra câu trả lời cần có, nó có tính chất là một điều tiên đoán về đối tượng gốc(và sẽ kiểm tra, đối chiếu với thực nghiệm) thì phương pháp nhận thức này được gọi

là phương pháp mô hình hoá

- Vai trò: Nhờ phương pháp mô hình hoá, thu được các kết luận với tư cách

là các mô hình hệ quả logic của giả thuyết khoa học Những hệ quả này cho phép:

Tiên đoán những sự kiện, hiện tượng thực tế, các định luật của thực tế kháchquan mà tiếp đó sẽ được kiểm tra, hợp thức hoá nhờ phương pháp thực nghiệm đểxây dựng được tri thức mới

Giải thích một cách lý thuyết những sự kiện thực tế, những định luật thựcnghiệm nhờ đó có thể khẳng định giá trị khoa học của các tri thức mới đó

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

- Cấu trúc: Lựa chọn xây dựng mô hình: Thay thế đối tượng gốc bằng vật đạidiện chỉ tồn tại trong tư duy nhà nghiên cứu, chỉ có những tính chất và mối quan hệchính của đối tượng gốc mà nhà nghiên cứu quan tâm

Nghiên cứu trên mô hình: Vận hành mô hình để rút ra kết luận với tính cách

là một hệ quả logic

Xử lý kết quả: Kiểm tra khả năng có thể chấp nhận được của kết quả để cóthể chuyển kết quả về đối tượng gốc; hợp thức hoá mô hình bằng cách đối chiếu vớithực nghiệm, chỉnh lý, bổ sung kết quả hoặc mô hình nếu cần

1.2.5 Phương pháp thí nghiệm tưởng tượng

- Khái niệm: Nếu dựa trên việc hình dung một phương án thí nghiệm tưởngtượng (một phương án thí nghiệm mà hiện tại chưa có điều kiện thực hiện hoặc nóichung không thể thực hiện được trong thực tiễn) và tiến hành thí nghiệm trong tưduy, tức là suy luận lý thuyết, thực hiện các thao tác lý thuyết, chứ không phải làthao tác vật chất, phân tích hành vi của đối tượng tuân theo các định luật thựcnghiệm đã biết để rút ra câu trả lời, là sự đề xuất một khái niệm, một định luật haymột giả thuyết nào đó, thì phương pháp này được gọi là phương pháp thí nghiệmtưởng tượng

- Vai trò: Là một phương pháp quan trọng để tiếp cận bản chất sự vật, là cầunối giữa thực nghiệm và lý thuyết, cần thiết để hình thành một số khái niệm khoahọc, xây dựng các định luật hoặc thuyết tổng quát của hiện tượng, dựa trên sự lýtưởng hoá, khái quát hoá, ngoại suy các thí nghiệm thực đã có trước

- Cấu trúc: Xuất phát từ sự quan sát, phân tích những hiện tượng thực, thínghiệm thực, đặt vấn đề cho việc nghiên cứu tiếp theo trong trường hợp không thểtiến hành được thí nghiệm thực hình dung những điều kiện lý tưởng mà hiệntượng có thể xảy ra Dùng thao tác tư duy để phân tích những tiến trình khả dĩ củahiện tượng

Trong dạy học vật lý, GV thường định hướng tư duy HS GQVĐ phỏng theophương pháp (PP) của nhà vật lý, chủ yếu sử dụng các phương pháp:

+ PP tương tự, để nêu dự đoán khoa học

+ PP suy luận lý thuyết để suy luận hệ quả logic từ dự đoán, và để chứngminh dự đoán

+ PP thí nghiệm để kiểm tra dự đoán

Có thể mô hình hoá các giai đoạn của dạy học GQVĐ theo sơ đồ 1.1

Sơ đồ 1.1 Cấu trúc dạy học giải quyết vấn đề trong môn vật lý [18, 164]

1.3 VAI TRÒ CỦA GV VÀ HS TRONG DHGQVĐ

Dạy học giải quyết vấn đề là quá trình dạy học được giáo viên tổ chức phỏngtheo quá trình nhận thức sáng tạo Vật lý, trong đó HS đóng vai trò nhà nghiên cứu(trong các điều kiện của dạy học) có sự giúp đỡ, định hướng trực tiếp hoặc gián tiếpcủa giáo viên Có thể thấy vai trò, chức năng của giáo viên và HS trong dạy họcGQVĐ qua bảng so sánh sau:

Tạo tình huống có vấn đề Tiếp nhận nhiệm vụ nghiên cứu (ý thức được vấn

đề, mong muốn giải quyết vấn đề, tin tưởng cóthể giải quyết vấn đề)

Tình huống có tiềm ẩn vấn đềPhát biểu vấn đề - bài toán

Giải quyết vấn đề: suy đoán, thực hiện giải pháp

Kiểm tra, xác nhận kết quả: xem xét sự phù hợp

Cung cấp các điều kiện đảm bảo cho

việc giải quyết vấn đề (định hướng,

trọng tài)

Sử dụng các phương pháp nhận thứcgiải quyếtvấn đề: nêu giả thuyết, suy ra hệ quả lôgíc, thựchiện thí nghiệm kiểm tra, đánh giá kết quả Hợp thức hoá kiến thức Ghi nhận tri thức mới (bao gồm cả kỹ năng mới,

phương pháp mới)Tạo tình huống vận dụng, trọng tài

đánh giá kết quả vận dụng

Vận dụng tri thức giải quyết vấn đề trong tìnhhuống mới

1.4 CÁC MỨC ĐỘ CỦA DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Trong Dạy học GQVĐ theo nghĩa đầy đủ, HS phải là người tìm tòi giảiquyết vấn đề, thực hiện tất cả các giai đoạn trong chu trình nhận thức sáng tạo Tuynhiên, khi triển khai áp dụng dạy học nội dung Vật lý, tuỳ thuộc vào nội dung bàihọc, trang thiết bị dạy học, thời gian dạy học, mà HS có thể tham gia trực tiếp hoặcgián tiếp vào các hành động giải quyết vấn đề

Căn cứ vào sự tham gia trực tiếp của học sinh vào các hành động giải quyếtvấn đề theo chu trình sáng tạo vật lý khi thực hiện Dạy học GQVĐ, có thể chia cácmức độ của Dạy học GQVĐ như sau:

Tiếp nhận câu hỏi nhận thức, trạng tháitâm lý nhận thức:mong muốn niềm tingiải quyết vấn đề

Mức độ 2:

Tìm tòi mộtphần

Quá trình tìm tòi vấn đề,thí nghiệm kiểm tra

-Suy đoán giả thuyết-Suy luận lôgíc từ giả thuyết tiên đoánhiện tượng mới

-Xây dựng phương án thí nghiệm, kiểmtra giả thuyết/hệ quả giả thuyết

-Quan sát ghi nhận kết quả

-Xử lý số liệu thí nghiệm-Khái quát hoá rút ra kết luận-Ghi nhận tri thức mới-Vận dụng tri thức mớiMức độ 3: Nghiên

sự chú ý theo dõi bài giảng, nhờ đó HS hiểu bài Nhưng HS vẫn chưa đóng được vaitrò chủ thể của sự học theo nghĩa đầy đủ và chưa được thực hiện các thao tác thựchành về tư duy và về hoạt động chân tay trong trong học tập Vật lý Mặc dù trongquá trình dạy học GV có thể dùng đến các phương tiện lời nói hay phương tiện trựcquan, thậm chí cả phương tiện thực hành nhưng HS chỉ mới được nghe, nhìn cáchoạt động trình bày gợi vấn đề chứ họ không có cơ hội phát biểu, phê phán, trao đổi

và không được sử dụng các phương tiện đó Ở mức độ này có nhược điểm là HSchưa có điều kiện để trực tiếp bộc lộ khả năng tìm kiếm tri thức và do đó chưa rènluyện được kỹ năng ngôn ngữ và thực hành vật chất

- Mức độ 2: Tìm tòi một phần ( tìm tòi từng phần)

Dạy học ở mức độ này đòi hỏi GV phải tạo cơ hội cho HS cùng tham giahoạt động thực sự Phải để cho HS bộc lộ suy nghĩ bằng ngôn ngữ hoặc tham giacùng GV ở một số khâu thực hành thí nghiệm, trong các giai đoạn:tạo tình huống

có vấn đề, giải quyết vấn đề và vận dụng tri thức của dạy học GQVĐ đều có thể tổchức cho HS tham gia hoạt động

Hình thức tổ chức thực hiện dạy học ở mức độ này rất đa dạng: Đơn giảnnhất là hình thức đàm thoại có nêu vấn đề, cao hơn thì giao nhiệm vụ cho HS thamgia vào việc tính toán một số chi tiết, thực hiện một số thao tác thực hành, phức tạphơn nữa là giao cho HS làm việc với tư liệu riêng sau đó trình bày toàn bộ lập luận,cách giải quyết và kết quả giải quyết của một công đoạn nào đó, có thể tổ chức họctheo nhóm hoặc cả lớp

Khi thực hiện dạy học ở mức độ này GV cần chú ý để làm sao huy độngđược cả tập thể lớp cùng tham gia hoạt động trong sự cộng tác với GV để giải quyếtcùng một nhiệm vụ chung Sự chỉ đạo và hướng dẫn của GV được thực hiện trựctiếp và liên tục để HS gặp bế tắc là có thể nhận được sự gợi mở, dẫn dắt theo tinhthần gợi vấn đề, gợi hướng đi

- Mức độ 3: Nghiên cứu, thiết kế, sáng tạo (tìm tòi sáng tạo) [10, 41]

Dạy học GQVĐ đạt đến mức độ cao nhất trong trường hợp HS đã được tậpdượt và quen với cách tòm tòi từng phần với sự hợp tác chỉ đạo trực tiếp của GV Ởmức độ tìm tòi sáng tạo thì sự tự lực của HS là chủ yếu, sự hướng dẫn và chỉ đạocủa GV có tính chất định hướng và ở tầm gián tiếp Do yêu cầu khá cao như vậynên cũng đòi hỏi nhiều thời gian và đủ phương tiện, tư liệu học tập cho HS

Hình thức tổ chức dạy học ở mức độ này thường được tiến hành dưới dạngcác bài tập thí nghiệm, các tiểu luận theo chuyên đề, các bài học có định hướng thiết

kế Có thể giao cho mỗi HS một đề tài, cũng có thể giao cho mỗi nhóm một đề tài.Một hình thức khác ở mức độ này là nghiên cứu trong học tập, tức là sau khi HS đã

ý thức đượcvấn đề đặt ra (do GV hướng dẫn, cao hơn là HS tự lực đề xuất được vấnđề) họ tự mình vạch kế hoạch, tìm tòi xây dựng giả thuyết, tìm ra cách kiểm tra giảthuyết, tiến hành quan sát thí nghiệm, phân tích kết quả thí nghiệm, khái quát hoá

và rút ra kết luận

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG HỌC TẬP

Để rèn luyện tư duy vật lý cho học sinh thì tốt nhất là tập dượt cho họ giảiquyết các nhiệm vụ nhận thức bằng chính phương pháp của các nhà vật lý Việchiểu và vận dụng được một phương pháp khoa học là một điều khó khăn hơn cảviệc tiếp thu một định luật vật lý cụ thể

Dựa theo những cách mà các nhà khoa học thường dùng để giải quyết các vấn

đề khoa học kỹ thuật, có thể giải quyết vấn đề bằng các phương pháp sau: [17, 146]

1.5.1 Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phương pháp đã biết

Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phương pháp đã biết có ý nghĩa là thoạtmới tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết không thấy ngay mối quan hệ của nó vớinhững cái đã biết, không thể áp dụng ngay một quy tắc, một định luật hay một cáchlàm đã biết mà cần phải tìm tòi bằng phương pháp phân tích, tổng hợp, so sánh đểtìm ra dấu hiệu tương tự với cái đã biết Kiểu hướng dẫn này thường gặp khi họcsinh vận dụng kiến thức đã biết nhưng chưa có phương pháp, quy trình hữu hiệu

Có ba trường hợp phổ biến sau:

• Hướng dẫn học sinh diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngôn ngữ vật lý Nhiều khi ngôn ngữ sử dụng trong đời sống hằng ngày không giống nhưngôn ngữ dùng trong các định luật, quy tắc vật lý Nếu không chuyển được sangngôn ngữ vật lý thì không thể nào áp dụng được những quy luật, quy tắc đã biết

Ví dụ: Giải thích vì sao ngồi trên xe đang chạy hãm phanh đột ngột, ngườilại ngả về phía trước Mới nghe không thấy có định luật vật lý nào nói đến “xe đangchạy” “ngã” và “hãm phanh đột ngột”, khi ta phân tích kỹ ý nghĩa của các cụm từnày, học sinh dễ nhận ra dấu hiệu quen thuộc của quán tính Hiểu theo ngôn ngữ vật

lý như thế, học sinh sẽ giải thích được hiện tượng

• Hướng dẫn học sinh phân tích một hiện tượng vật lý phức tạp chi phối bởinhiều nguyên nhân thành những hiện tượng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi mộtnguyên nhân, một định luật đã biết

• Hướng dẫn học sinh phân chia quá trình diễn biến của hiện tượng thànhnhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đó tuân theo một quy luật xác định đã biết

Ba kiểu hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phương pháp đã biết nêu trên cótác dụng rất tốt để chuẩn bị cho học sinh tìm tòi sáng tạo, vì trước khi sáng tạo racái mới thông thường người ta phải sử dụng tất cả những cái đã biết mà khôngthành công

1.5.2 Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần

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

Ở đây, không thể hoàn toàn sử dụng những kiến thức đã biết với con đườngsuy luận logic để suy ra kiến thức mà đòi hỏi sự sáng tạo thực sự, một bước nhảyvọt trong nhận thức Các nhà khoa học cho rằng trong tình huống này, trực giácđóng vai trò quan trọng Bằng trực giác (dựa trên kinh nghiệm và vốn hiểu biết),nhà khoa học dự đoán một câu trả lời, một giải pháp cho vấn đề đặt ra rồi tìm cáchkiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết bằng thực nghiệm Giáo viên không thể chỉcho học sinh con đường đi đến trực giác mà học sinh phải tự thực hiện nhiều lần để

có kinh nghiệm Tuy nhiên, giáo viên có thể tạo điều kiện thuận lợi cho học sinh tậpdượt những bước nhảy đó bằng cách phân chia một bước nhảy vọt lớn trong khoahọc thành các bước nhỏ nằm trong vùng phát triển gần của học sinh

Thông thường, trong khi tìm tòi giải quyết một vấn đề mới, học sinh khôngphải hoàn toàn bế tắc ngay từ đầu hoặc bế tắc trong toàn bộ tiến trình giải quyết vấn

đề Trong khi lập luận để giải quyết vấn đề có nhiều phần sử dụng kiến thức cũ,phương pháp cũ thành công, chỉ đến một phần nào đó mới bế tắc, đòi hỏi phải tìmcái mới thực sự

1.5.3 Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát

Ở kiểu hướng dẫn này, giáo viên chỉ hướng dẫn học sinh xây dựng phươnghướng chung giải quyết vấn đề, còn việc vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện kếhoạch đó do học sinh tự làm Kiểu hướng dẫn này, đòi hỏi ở học sinh không nhữngtính tự lực cao mà còn phải có vốn kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo vững vàng và một sốkinh nghiệm hoạt động sáng tạo

1.6 CÁC ĐIỀU KIỆN ĐẢM BẢO CHO VIỆC THỰC HIỆN DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

- Nội dung tri thức khoa học (bao gồm cả kỹ năng, phương pháp) phải chúa

đựng yếu tố mới mẽ mà trước khi giải quyết vấn đề học sinh chua biết, tri thức ấyđược tạo ra trong quá trình giải quyết vấn đề không thể chỉ bằng tư duy tái tạo, màphải có sự nổ lực tư duy của chủ thể vượt qua nhũng "vùng phát triển gần" do giáoviên tạo ra trong điều kiện của dạy học Vì vậy Dạy học GQVĐ có thể thực hiệncho các loại tiết học khác nhau: bài học kiến thức mới, bài học bài tập vật lý, bàihọc thực hành vật lý, bài học ôn tập tổng kết hệ thống hoá kiến thức, bài học ngoạikhoá Tuy nhiên để thực hiện dạy học giải quyết vấn đề cần phải sắp xếp, cấu tạotrật tự logic các kiến thức từ vĩ mô (từng phần, từng chương) đến vi mô (từng bàihọc) theo tiến trình của nhận thức vật lý

- Thiết bị dạy học:thí nghiệm vật lý- hạt nhân của hành động kiểm tra xác

nhận giả thuyết, do đó dụng cụ thí nghiệm là tiền đề vật chất quan trọng cho việcthực hiện Dạy học GQVĐ

- Trình độ khoa học và kỹ năng sư phạm của giáo viên quyết định thành công

của dạy học GQVĐ Trên cơ sở nhận thức sâu sắc nội dung Vật lý kết hợp vớinhững kỹ năng sư phạm cần thiết giáo viên xác định chính xác nội dung khoa họccủa bài học, phát biểu thành mệnh đề gọn, rõ; từ đó xây dựng tình huống có vấn đề,đặt HS trước câu hỏi nhận thức hấp dẫn ở tính thiết thực, bất ngờ, mới lạ ; dẫn dắthọc sinh giải quyết vấn đề bằng hệ thống câu hỏi định hướng hành động nhận thứctheo tiến trình của nhận thức sáng tạo Vật lý Tài năng sư phạm của giáo viên đượcthể hiện ở hệ thống câu hỏi định hướng này Căn cứ vào mức độ tìm tòi trong hànhđộng của HS do câu hỏi định hướng đưa lại, có thể phân loại ba kiểu định hướngtheo thứ tự từ thấp đến cao

+ Định hướng tái tạo cụ thể: Câu hỏi của giáo viên nhằm vào việc tái tạo ởhọc sinh từng hành động, thao tác cụ thể mà trước đó HS đã biết Đây là mức độthấp nhất của sự tìm tòi Kiểu định hướng này đảm bảo được hiệu quả rèn luyện kỹnăng, và tạo cơ sở cần thiết cho HS có thể thích ứng được với sự định hướng tìm tòi

trong dạy học Các dạng câu hỏi: Hiện tượng (quá trình) này tương tự với hiệntượng (quá trình) nào đã biết? Vấn đề nàycó liên hệ với vấn đề nào tương tự? Mốiliên hệ ấy như thế nào? Các bước giải quyết vấn đề tương tự? Làm thế nào để quyvấn đề này về vấn đề tương tự đã biết cách giải quyết?

+ Định hướng khái quát chương trình hoá:Câu hỏi của giáo viên nhằm vàoviệc giúp học sinh ý thức được đường lối khát quát hoá của việc tìm tòi giải quyếtvấn đề, sự định hướng được chương trình hoá theo các bước dự định hợp lý Đầutiên là câu hỏi đòi hỏi HS tự lực tìm tòi giải quyết vấn đề đặt ra; nếu HS không đápứng được thì có sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hướng kháiquát ban đầu, thu hẹp dần phạm vi phải tìm tòi sao cho vừa sức HS (là sự gợi ý, chitiết hoá thêm câu hỏi khái quát ban đầu) Nếu HS vẫn không đáp ứng được thìchuyển dần sang định hướng tái tạo từ việc hướng dẫn theo angôrit (cho biết trình tựthực hiện các hành động, thao tác) để theo đó học sinh tự giải quyết vấn đề Nếu HSvẫn không huy động đúng hành động, thao tác mong đợi thì thực hiện hướng dẫn táitạo đối với mỗi hành động hoặc thao tác đó Các câu hỏi thường dùng:Bài toán yêucầu giải quyết vấn đề gì? câu hỏi của bài toán? Đã biết những điều kiện gi? Dự đoánhiện tượng sẽ xãy ra như thế nào? Quá trình mô tả có thể chia thành các giai đoạnnhư thế nào? Mỗi giai đoạn có thể liên quan đến hiện tượng Vật lý nào? Định luậtnào chi phối? Vì sao có dự đoán đó? Làm thế nào để kiểm tra dự đoán? Cần phảithực hiện thí nghiệm như thế nào để kiểm tra dự đoán? kết quả thí nghiệm có phùhợp với dự đoán không? Điều gì mới rút ra được từ thí nghiệm này?

+ Định hướng tìm tòi nghiên cứu sáng tạo: Câu hỏi của giáo viên nhằm vàoviệc yêu cầu HS tự tìm tòi, huy động hoặc xây dựng kiến thức và cách thức hoạtđộng thích hợp để giải quyết vấn đề Đây là mức độ cao nhất của yêu cầu tìm tòisáng tạo ở HS, có tác dụng bồi dưỡng năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đềcho học sinh Thực hiện kiểu định hướng này là một việc không dễ dàng, nó phụthuộc vào tài năng sư phạm của giáo viên, vào đối tượng HS, vào chính nội dungkhoa học của kiến thức

Định hướng khái quát chương trình hoá là kiểu định hướng trung gian, pháthuy mặt ưu điểm của hai kiểu định hướng tái tạo và khái quát, đồng thời cho phép

thực hiện ở đa số đối tượng HS với nhiều kiến thức điển hình trong chương trìnhVật lý phổ thông

Như vậy, phương tiện quan trọng trong dạy học GQVĐ là hệ thống câu hỏi địnhhướng hành động nhận thức của học sinh Câu hỏi phải đạt các yêu cầu sau đây:

•Yêu cầu về lôgic học: Diễn đạt chính xác về ngữ pháp sao cho thoã mãn luậtđồng nhất nghĩa là đối tượng của câu hỏi phải rõ ràng, tránh tình trạng HS khôngxác định rõ đối tượng câu hỏi dẫn đến hỏi một đường trả lời một nẻo

•Yêu cầu về nội dung khoa học: Câu hỏi phải đảm bảo câu trả lời đúng là dầntừng bước giải quyết vấn đề đặt ra

•Yêu cấu vềphương pháp dạy học: Câu hỏi phải thực hiện được chức năngđịnh hướng hành động nhận thức theo chu trình sáng tạo Vật lý nghĩa là phải đảm

bảo câu trả lời đúng với hy vọng của giáo viên [13, 12].

1.7 VẬN DỤNG DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG CÁC LOẠI BÀI HỌC VẬT L Ý

1.7.1 Dạy học giải quyết vấn đề trong bài học xây dựng tri thức mới

Giai đoạn 1: Giai đoạn tạo tình huống có vấn đề (Chuyển giao nhiệm vụ, bất

ổn hoá tri thức, phát biểu vấn đề)

“Vấn đề” trong bài học xây dựng tri thức mới chính là nội dung tri thức mới.Câu hỏi nhận thức phải được đặt ra sao cho câu trả lời là nội dung tri thức mới; Vìvậy tình huống có vấn đề phải là tình huống được tổ chức sao cho HS đặt trước mộtnhiệm vụ nhận thức mà nếu chỉ bằng tri thức và kinh nghiệm sẵn có học sinhkhông thể trả lời được

Có thể sử dụng các loại tình huống có vấn đề mà lý luận dạy học đã nêu ranhư: Tình huống bất ngờ, tình huống xung đột, tình huống lựa chọn, tình huống bác

bỏ, tình huống không phù hợp…Bằng các phương tiện dạy học như bài tập vật lý,thí nghiệm vật lý, chuyện kể vật lý, các thí dụ sinh động, hấp dẫn, lý thú về ứngdụng vật lý trong đời sống, kỹ thuật, sản xuất…được trình bày một cách tự nhiên đểhọc sinh dùng vốn tri thức kỹ năng của mình xem xét giải quyết, và công việc đãlàm xuất hiện lỗ hổng mà học sinh không vượt qua được, lỗ hổng đó chính là nội

dung tri thức mới Học sinh mong muốn giải quyết vấn đề bởi câu hỏi nhận thức đặt

ra thú vị ở ý nghĩa thiết thực, ở hiện tượng gần gũi quen thuộc tưởng chừng như đãhiểu rõ mà trước đó không chú ý… Học sinh chấp nhận giải quyết vấn đề để tìm racâu trả lời mà giáo viên đặt ra Giai đoạn xây dựng tình huống có vấn đề kết thúc(cũng là kết thúc pha chuyển giao nhiệm vụ nhận thức)

Giai đoạn 2: Giai đoạn nghiên cứu, hướng dẫn giải quyết vấn đề (Học sinh hành động độc lập tự chủ, trao đổi tìm tòi giải quyết vấn đề)

Giai đoạn giải quyết vấn đề bao gồm một chuỗi các tình huống học tập, mỗitình huống bao gồm các hành động kế tiếp sau: Giả thuyết hệ quả logic thínghiệm kiểm tra kết luận; Nội dung của kết luận chính là một nội dung của kiếnthức mới mà bài học phải đưa lại cho học sinh Giáo viên khi thiết kế bài học cầnphải sắp đặt cấu tạo lại nội dung bài học cho phù hợp với tinh thần của dạy học giảiquyết vấn đề sao cho mỗi đơn vị kiến thức cơ bản là kết luận của một chu kỳ trên.Kết thúc giai đoạn giải quyết vấn đề học sinh tự tìm ra tri thức mới có thể trả lời chocâu hỏi đã đặt ra ở giai đoạn đặt vấn đề

Giai đoạn 3: Giai đoạn củng cố và vận dụng tri thức (Tranh luận, thể chế hoá; vận dụng tri thức mới)

Giáo viên thể chế hoá kiến thức, thông báo cho học sinh rằng những kết luậnthu được chính là nội dung của một khái niệm, định luật hoặc một lý thuyết nào đócủa vật lý học

Giai đoạn vận dụng tri thức mới: Kiến thức mới thu được có ý nghĩa gì đượcứng dụng như thế nào trong khoa học, trong kỹ thuật, trong đời sống? Các tìnhhuống mới đặt ra để học sinh vận dụng tri thức vừa thu nhận giải quyết vấn đề

1.7.2 Dạy học giải quyết vấn đề trong bài học bài tập vật lý

Mỗi bài tập phải được biến thành vấn đề nhận thức có ý nghĩa thiết thực đốivới HS Giải bài tập vấn đề không chỉ yêu cầu HS năng lực vận dụng kiến thức tổnghợp trong chương hay trong phần đó mà còn thu nhận được kiến thức mới, kỹ năngmới, phương pháp mới

1.7.2.1 Đặc điểm của bài tập vấn đề

- Theo Razumôpxki: bài tập vấn đề hay bài tập sáng tạo là bài tập màAngôrit giải nó là mới đối với học sinh Thực chất của bài tập vấn đề là ở chỗ cáimới xuất hiện chính trong tiến trình giải Trong bài tập vấn đề các yêu cầu của bàitập sẽ được giải quyết trên cơ sở những kiến thức về các định luật vật lý nhưngtrong đó không cho một cách tường minh hiện tượng nào, định luật vật lý nào cầnphải sử dụng để giải, trong đề bài không có các dữ kiện mà chính nó là những gợi ýtrực tiếp hoặc gián tiếp ý tưởng giải, đó là lý do bài tập trở thành bài tập sáng tạotức là biến nó thành vấn đề

- Tương tự trong khoa học có hai dạng sáng tạo khác nhau là phát minh vàsáng chế; Trong dạy học, bài tập sáng tạo về vật lý có thể chia thành hai dạng:Nghiên cứu (trả lời câu hỏi tại sao) và thiết kế (trả lời câu hỏi làm như thế nào)

- Bài tập vấn đề có thể là bài tập định tính, định lượng hoặc bài tập thínghiệm, hoặc một số nhiệm vụ nghiên cứu ở phòng thí nghiệm và một số bài tập lớntrong thực tiễn vật lý

- Bài tập vấn đề do chỗ chứa đựng yếu tố mới mẻ (mới về phương pháp giải,mới về nội dung vật lý nhận được từ kết quả của bài toán) nên có khả năng huyđộng tư duy sáng tạo tiềm ẩn trong học sinh “vấn đề” (câu hỏi) của bài toán đượchọc sinh chấp nhận và giải quyết theo tiến trình khái quát tương tự như nhà vật lýgiải quyết vấn đề của khoa học; Vì có yếu tố mới nên không có con đường vạch sẵnmột cách chi tiết, đối với học sinh chỉ có con đường đi theo định hướng khái quátcủa giáo viên

1.7.2.2 Sự tương tự giữa giải bài tập vấn đề của học sinh và nghiên cứu khoa học của nhà vật lý [13, 12]

Từ đặc điểm vừa nói ở trên ta thấy giữa việc giải bài tập vấn đề của HS vàhoạt động nghiên cứu khoa học của nhà vật lý có sự tương tự nhau, có thể thấy rõđiều đó qua bảng 1.3

Bảng 1.3 Sự tương tự giữa giải bài tập vấn đề của HS và nghiên cứu khoa học của nhà

vật lý

Nhà vật lý học Học sinh giải Bài tập vấn đề

Tự ý thức vấn đề nghiên cứu, xác định

phạm vi, đối tượng nghiên cứu

Nhận nhiệm vụ nghiên cứu được giáo viêngiao cho (hiểu yêu cầu và dữ kiện bài toán)

Chứng minh hoặc bác bỏ giả thuyết

Bằng suy luận lý thuyết

Bằng thực nghiệm

Hiện thực hoá phương án giảiTính toán suy luận lý thuyếtTìm ẩn số bằng thí nghiệm vật lýPhân tích, đối chiếu, đánh giá kết quả

1.7.3.1 Đặc điểm bài học thực hành thí nghiệm vật lý

Theo tinh thần của dạy học GQVĐ, bài học thực hành thí nghiệm vật lýkhông chỉ dừng lại ở mục tiêu là cũng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng thực hànhthí nghiệm mà còn vươn tới mục tiêu cao hơn là bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn

đề, năng lực tư duy sáng tạo Vì vậy, cần phải biến một số bài thí nghiệm thực hànhtruyền thống thành bài tập vấn đề

1.7.3.2 Cấu trúc bài học thực hành thí nghiệm vật lý theo định hướng dạy học giải quyết vấn đề

Cấu trúc bài học thực hành thí nghiệm vật lý theo định hướng dạy họcGQVĐ bao gồm các giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Tạo tình huống có vấn đề (chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hoá tri thức, phát biểu vấn đề)

Mỗi bài thí nghiệm thực hành là một vấn đề học tập (nhiệm vụ nhận thức)

mà học sinh phải giải quyết vừa bằng tư duy lý thuyết vừa bằng tư duy thựcnghiệm “vấn đề ” trong bài học thực hành thí nghiệm là việc biến bài thực hành cóhướng dẫn chi tiết trong SGK thành bài tập thí nghiệm

Giai đoạn 2: Nghiên cứu, hướng dẫn giải quyết vấn đề (Học sinh hành động độc lập tự chủ, trao đổi tìm tòi giải quyết vấn đề)

Khác với thí nghiệm thực hành thông thường trong tài liệu hướng dẫn chi tiếtcác thao tác thí nghiệm, học sinh không cần phải xây dựng phương án thí nghiệm vàphương án xử lý số liệu thí nghiệm; Ở các thí nghiệm này phương án thí nghiệmkhông cho sẵn mà chỉ đưa ra nhiệm vụ kèm điều kiện về dụng cụ thí nghiệm Cáimới của dạy học giải quyết vấn đề ở đây là phương pháp giải quyết vấn đề, phươngpháp suy luận trong sự vận dụng tổng hợp các phương pháp nhận thức khoa học.Kết quả học sinh không những có phương pháp, kỹ năng giải quyết một nhiệm vụ

cụ thể được giao, củng cố các kiến thức liên quan trực tiếp mà còn được bồi dưỡngnăng lực giải quyết vấn đề trên bình diện tổng quát

Giai đoạn 3: Củng cố và vận dụng tri thức

Trong giai đoạn củng cố có thể tiến hành với các thiết bị thí nghiệm có sẵn ởtrường phổ thông, với các đồ chơi có bán trên thị trường hoặc với các dựng cụ sẵn

có ở nhà, với các vật liệu dễ kiếm, các dụng cụ thí nghiệm đơn giản do học sinh tựchế tạo từ những vật liệu này

Giai đoạn củng cố phải được giao cho học sinh dưới dạng những nhiệm vụ

có nội dung sao cho phát triển được năng lực hoạt động trí tuệ của học sinh

1.7.3.3 Hoạt động của giáo viên và học sinh trong bài thực hành thí nghiệm vật lý theo quan điểm của dạy học giải quyết vấn đề

Trong bài thực hành thí nghiệm vật lý theo quan điểm của dạy học giải quyếtvấn đề thì hoạt động của giáo viên và học sinh được thể hiện trong bảng sau (xembảng 1.4)

Bảng 1.4 Hoạt động của GV và HS trong bài học thực hành thí nghiệm

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Định hướng khái quát chương trình hoá

bằng hệ thống câu hỏi để học sinh giải

quyết vấn đề theo tiến trình của nhận

- Hiện thực hoá phương án thí nghiệm

- Đánh giá kết quả Báo cáo thí nghiệm

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Dạy học GQVĐ là một hướng dạy học nhằm hiện thực hoá chiến lược dạyhọc tập trung vào người học; kích thích hứng thú, nhu cầu, niềm tin nhận thức, pháthuy tính tích cực tư duy đặc biệt là tư duy sáng tạo của HS và bồi dưỡng cho HSphương thức và năng lực giải quyết vấn đề-năng lực đặc biệt cần thiết của người laođộng trong xã hội hiện đại

Dạy học GQVĐ có nội dung là: "Trong quá trình HS giải quyết một cáchsáng tạo các vấn đề và bài toán có vấn đề trong một hệ thống nhất định thì diễn ra

sự lĩnh hội sáng tạo các tri thức và kỹ năng, sự nắm kinh nghiệm hoạt động sáng tạo

mà xã hội tích luỹ được, sự hình thành nhân cách có tính tích cực của người côngdân, có trình độ phát triển cao và có ý thức tự giác của xã hội" [11]

Trong chương một đã trình bày những cơ sở khoa học của đề tài: một sốquan điểm của dạy học GQVĐ, các đặc điểm, cấu trúc, phương pháp vận dụng dạyhọc GQVĐ vào trong các loại bài học

Tuy nhiên để sử dụng dạy học GQVĐ đạt hiệu quả cao thì cần kết hợp tốtcác thiết bị dạy học, vận dụng linh hoạt các kiểu tình huống có vấn đề, lựa chọn đốitượng phù hợp các mức độ Có những bài học cần có sự kết hợp cả ba mức độ, kếthợp các tình huống với nhau thì hiệu quả mới cao

Từ đó yêu cầu đối với người giáo viên là không những phải nắm vững trithức khoa học bộ môn mà còn phải am hiểu lịch sử phát triển của khoa học màmình giảng dạy, phải am hiểu sâu sắc phương pháp luận nhận thức khoa học,phương pháp giải quyết vấn đề GV còn phải có được kỹ năng dạy học linh hoạtsáng tạo, nghệ thuật kể chuyện nêu vấn đề, nghệ thuật hướng dẫn HS giải quyếtvấn đề

Như vậy, dạy học GQVĐ đặt ra một loạt yêu cầu mới đối với GV khôngnhững là về trình độ trí tuệ của GV, mà cả về đạo đức, cụ thể là không cho phép cómột biểu hiện nhỏ nào về thái độ khinh thường, không tôn trọng ý kiến HS và do đókhông tôn trọng nhân cách học sinh Cho dù ý kiến HS có sai lầm chăng nữa, cũngkhông được gạt phắt đi mà phải vạch cho học sinh thấy chổ sai Tìm ra một phầnnào là hợp lý để nâng cao lòng tin về khả năng giải quyết vấn đề của họ

Chương 2

TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH CHUẨN THEO ĐỊNH HƯỚNG DẠY HỌC

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Để vận dụng thành công lý thuyết đã nêu ở chương I vào dạy học chương

“Dao động cơ”, trước tiên người GV phải nắm vững nội dung kiến thức khoa họccủa chương một cách khái quát và có hệ thống

2.1 KIẾN THỨC KHOA HỌC VỀ DAO ĐỘNG CƠ HỌC

Dao động cơ học: Là những chuyển động tự lặp lại Tức là chuyển động

trên một đoạn đường xác định, quanh một vị trí cân bằng

Rất phổ biến trong tự nhiên, ví dụ như chùm đèn lồng đong đưa, chiếcthuyền nhấp nhô tại chỗ neo,…

2.1.1 Các loại dao động cơ học

Nếu căn cứ vào đặc điểm động học của dao động cơ học có thể chia thành các loại dao động cơ học sau:

- Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái chuyển động lặp lại như cũ

sau những khoảng thời gian bằng nhau

- Dao động điều hoà là dao động mà phương trình chuyển động có dạng

hàm sin hoặc cosin theo thời gian

- Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên

nhân là do ma sát của môi trường

Nếu căn cứ theo đặc điểm của lực gây dao động, có thể chia thành các loại dao động sau:

- Dao động riêng (hay dao động tự do) là dao động mà tần số dao động

không phụ thuộc vào môi trường, chỉ phụ thuộc vào đặc tính riêng của hệ dao động

- Dao động cưỡng bức là dao động được duy trì bởi một ngoại lực biến

thiên tuần hoàn

- Dao động cộng hưởng (hay cộng hưởng dao động) là trường hợp riêng của

dao động cưỡng bức khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của

hệ dao động Lúc này biên độ dao động đạt giá trị cực đại

2.1.2 Dao động điều hoà

Đây là loại dao động có nhiều ứng dụng nên được nghiên cứu đầy đủ vềđộng học, động lực học và năng lượng

2.1.2.1 Đặc điểm động học của dao động điều hoà

+ x: là li độ - độ lệch của vật dao động so với vị trí cân bằng;

+ A: là biên độ dao động - bằng li độ cực đại của vật dao động;

+ : là tần số góc của dao động ;

+ (t + ): là pha dao động,xác định trạng thái của vật dao động tại thờiđiểm t bất kỳ ;

+ là pha ban đầu của dao động

* Khái quát: trong dao động điều hoà li độ, vận tốc, gia tốc biến thiên điềuhoà với cùng một tần số góc

- Các đại lượng đặc trưng cho tính tuần hoàn của dao động điều hoà:

Chu kỳ dao động T (đo bằng giây ký hiệu s): là khoảng thời gian ngắn nhất

để trạng thái chuyển động lặp lại như cũ

Tần số dao động f (đo bằng Hec ký hiệu Hz hoặc s-1): là số dao động toànphần thực hiện trong 1s;

Tần số góc (hay vận tốc góc)  (đo bằng radian/giây ký hiệu rad/s): là đạilượng trung gian cho phép xác định chu kỳ và tần số của dao động,  f 2T

2 

2.1.2.2 Đặc điểm động lực học của dao động điều hoà

* Vật dao động điều hoà nếu chịu tác dụng của lực điều hoà là lực có đặcđiểm luôn hướng về vị trí cân bằng và có độ lớn tỷ lệ với li độ F = - kx

- Lực điều hoà có bản chất lực đàn hồi thì k là độ cứng của vật đàn hồi (lò xohoặc hệ lò xo trong con lắc lò xo)

- Lực điều hoà không có bản chất lực đàn hồi thì k được xem là "độ cứng

tương đương" (Ở con lắc đơn k mg

l

 , ở con lắc vật lý

hd

mg k l

 với l hd là chiều dài

hiệu dụng của con lắc vật lý hd

I l md

 , I là momen quán tính)

2.1.2.3 Đặc điểm năng lượng của dao động điều hoà

- Động năng của vật dao động điều hoà W đ = 1

2mv2

- Thế năng của vật dao động điều hoà Wt = 1

2kx2

- Cơ năng của vật dao động điều hoà W = W đ + Wt = const (hằng số)

Vật dao động điều hoà, động năng và thế năng của vật biến thiên điều hoàvới cùng tần số (gấp hai lần tần số của li độ, vận tốc và gia tốc của vật); khi độngnăng tăng thì thế năng giảm và ngược lại nhưng tổng của chúng là cơ năng đượcbảo toàn

2.1.2.4 Mô hình vật dao động điều hoà

Để nghiên cứu dao động điều hoà thì người ta thường sử dụng các mô hìnhvật dao động điều hoà cụ thể (xem bảng 2 1)

Bảng 2.1 Đặc trưng chính của một số hệ dao động [7, 67]

Con lắc lò xo Con lắc đơn Con lắc vật lý

Trọng lực của vật rắn

và lực của trục quay có

momen

M = - mgdsinαα: li độ gócPhương

Hình 2 1 Biểu diễn daođộng điều hoà bằng véc tơ quay

O  t

x = A cos (t + ) x

M 

trình dao

động

x = A cos (t + )x: trong giới hạn đàn

 

2.1.2.5 Những phương pháp biểu diễn dao động điều hoà

Ngoài cách biểu diễn dao động điều hoà bằng những phương trình lượnggiác dạng sin và cosin, chúng ta còn có thể dùng hai phương pháp khác: phươngpháp hình học và phương pháp số phức

a) Phương pháp hình học: Biểu diễn dao động điều hoà bằng véc tơ quay

(véc tơ Frexnen)

- Dao động điều hoà x = A cos (t + ) được biểu

diễn bằng một véc tơ A (hình 2.1)

Gốc tại gốc tạo độ O của trục ox, hướng hợp với 0x

một góc bằng pha ban đầu , độ dài tỷ lệ với biên độ

dao động

Chính vì vậy mà pha của dao động cũng có khi được

gọi là góc pha, và ω được gọi là tần số vòng

phần thực của số phức: a = A ei (ωt + φ) có thể được biểu diễn bằng) hoặc a = A e-i (ωt + φ) có thể được biểu diễn bằng)

Nếu hai dao động điều hoà được biểu diễn bằng những phần thực của hai sốphức a và b, và nếu số phức c là tổng của a và b, thì phần thực của c sẽ biểu diễntổng hợp của hai dao động nói trên

Phương pháp hình học và phương pháp số phức giúp chúng ta tổng hợp nhữngdao động điều hoà một cách đơn giản Chú ý rằng nếu ta có một dao động dạng sinthì chúng ta cũng có thể chuyển về dạng cosin để áp dụng phương pháp trên

2.1.2.6 Tổng hợp dao động điều hoà

Bằng phương pháp hình học (sử dụng giản đồ Fre-nen)

Tổng hợp hai dao động điều hoà cùng phương cùng tần số trong cùng một hệquy chiếu ta được dao động tổng hợp là một dao động điều hoà cùng phương cùng tần

số (trong hệ quy chiếu đó), có biên độ A và pha ban đầu  của dao động tổng hợp là:

2.2 MỤC TIÊU DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” [2, 12]

Để vận dụng lý thuyết dạy học GQVĐ vào xây dựng tiến trình dạy học một

số kiến thức trong chương “dao động cơ” thì trước hết phải tìm hiểu mục tiêu dạyhọc của chương (xem bảng 2.2)

Bảng 2.2 Chuẩn kiến thức, kỹ năng

- Phát biểu được định nghĩa dao động điều hoà

- Nêu được li độ, biên độ, tần số, chu kỳ, pha, pha ban đầu là gì

- Nêu được quá trình biến đổi năng lượng trong dao động điều hoà

- Viết được phương trình động lực học và phương trình dao động điềuhoà của con lắc lò xo và con lắc đơn

- Viết được công thức tính chu kỳ (hoặc tần số) dao động điều hoà củacon lắc lò xo và con lắc đơn Nêu được ứng dụng của con lắc đơn trongviệc xác định gia tốc rơi tự do

- Trình bày được nội dung của phương pháp giản đồ Fre-nen

- Nêu được cách sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen để tổng hợphai dao động điều hoà cùng tần số và cùng phương dao động

- Nêu được dao động riêng, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức là gì?

- Nêu được điều kiện để hiện tượng cộng hưởng xảy ra

- Nêu được các đặc điểm của dao động tắt dần, dao động cưỡng bức,dao động duy trì

●Kỹ năng

- Giải được những bài toán đơn giản về dao động của con lắc lò xo vàcon lắc đơn

- Biểu diễn được một dao động điều hoà bằng véc tơ quay

- Xác định chu kỳ dao động của con lắc đơn và gia tốc rơi tự do bằngthí nghiệm