Phát triển và bồi dưỡng năng lực nhận thức cho học sinh trong dạy học bài tập vật lí phần định luật ôm lớp 11 thpt

Nghiên cứu lý luận dựa trên các thành tựu của lý luận dạy học về vai trò tác dụng của bài học bài tập Vật lý, về phương pháp giải bài tập Vật lý để phân tích tư duy trong quá trình giải

MỞ ĐẦU I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong thời đại ngày nay, khi mà khoa học và công nghệ trên thế giới đang phát triển với nhịp độ rất mạnh, đòi hỏi nhà trường phổ thông phải đào tạo ra những con người không những chỉ nắm được những kiến thức khoa học cơ bản sẵn có mà còn tư duy nhạy bén để nhanh chóng thích ứng với sự phát triển của xã hội

Để đáp ứng được yêu cầu trên, hiện nay trên thế giới và trong nước đang

có những xu hướng đổi mới phương pháp dạy học các môn học ở trường Phổ thông, trong đó có môn học Vật lý Tuy nhiên, với bất kỳ phương pháp dạy học nào thì bài tập Vật lý vẫn giữ vai trò hết sức to lớn trong việc rèn luyện kỹ năng,

kỹ xảo, phát triển tư duy góp phần hình thành năng lực giải quyết vấn đề

Thông qua bài tập Vật lý học sinh được củng cố, đào sâu, mở rộng, hoàn thiện kiến thức lý thuyết và được rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức để giải quyết các tình huống cụ thể, vận dụng và thực tiễn, góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp và tự định hướng nghề nghiệp

Việc giải bài tập Vật lý đòi hỏi ở học sinh hoạt động trí tuệ tích cực, tính tự lực và cao hơn nữa là sáng tạo Vì vậy nó tác dụng tốt đối với việc phát triển tư duy nhận thức của học sinh Trên cơ sở đó hình thành ở họ phương pháp nghiên cứu khoa học

Trong thực tế dạy học hiện nay, các giáo viên Vật lý khi sử dụng bài tập mới chỉ bám sát nội dung kiến thức cơ bản của chương trình quy định chứ chưa quan tâm nhiều đến những khó khăn, sai lầm của học sinh nên các bài tập được giáo viên sử dụng vẫn còn dàn đều số lượng theo nội dung kiến thức Mặt khác, trong các giờ bài tập và luyện tập, giáo viên chỉ chú ý nhiều đến việc học sinh tìm được kết quả của bài tập mà không quan tâm đúng mức đến việc định hướng hành động nhận thức của học sinh nhằm hình thành ở họ những khả năng, kỹ xảo cần thiết của việc giải bài tập Vật lý

Trước tình hình thực tế đó để nâng cao hiệu quả của việc dạy bài tập nhằm phát huy vai trò tích cực và tự lực của học sinh chúng tôi thấy cần phải phân tích tư duy trong quá trình giải bài tập, để từ đó xây dựng các câu hỏi định hướng hành động nhận thức của học sinh sao cho đạt kết quả tối ưu Nghĩa là

năng, kỹ xảo, tìm tòi các mối liên hệ xác định trong mỗi loại bài tập Việc làm này nếu được tiến hành thường xuyên sẽ giúp cho học sinh dần dần “định hướng” được hành động nhận thức của mình Điều này có ý nghĩa hết sức to lớn trong việc phát triển tư duy và góp phần hình thành năng lực giải quyết vấn đề

Xuất phát từ những vấn đề trên chúng tôi lựa chọn đề tài “Phát triển và bồi dưỡng năng lực nhận thức cho học sinh trong dạy học bài tập Vật lý phần Định luật Ôm Vật lý lớp 11 THPT”

II- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

1 Xây dựng được một hệ thống bài tập vật lý phần định luật Ôm dùng trong dạy học ở lớp 11 THPT

2 Vận dụng các kiểu định hướng nhận thức của học sinh trong dạy học bài tập vật lý

Từ đó góp phần nâng cao hiệu quả dạy học phần Định luật Ôm nói riêng và chương trình vật lý nói chung

III- GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu lựa chọn được một hệ thống bài tập thích hợp và biết tổ chức định hướng hoạt động nhận thức cho học sinh trong việc giải quyết từng loại bài tập một cách thường xuyên thì sẽ góp phần phát triển và bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh trong dạy học vật lý

IV- NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1 Phân tích tư duy trong quá trình giải bài tập về Định luật Ôm

2 Lựa chọn một hệ thống bài tập hợp lý về Định luật Ôm theo chương trình sách giáo khoa Vật lý THPT

3 Xây dựng các sơ đồ định hướng nhằm phát triển năng lực tư duy của học sinh trong việc giải các nhóm bài tập tiêu biểu về Định luật Ôm

4 Tiến hành thực nghiệm sự phạm để từ đó rút ra kết luận về tính hiệu quả của đề tài

V- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu lý luận dựa trên các thành tựu của lý luận dạy học về vai trò tác dụng của bài học bài tập Vật lý, về phương pháp giải bài tập Vật lý để phân tích tư duy trong quá trình giải bài tập về Định luật Ôm

2 Tìm hiểu thực tế: Trao đổi với giáo viên và học sinh nhằm nắm được thực trạng của việc giải bài tập về Định luật Ôm ở trường THPT hiện nay Từ đó xây dựng các sơ đồ định hướng hành động nhận thức của học sinh trong quá trình giải các bài tập thuộc vấn đề này

3 Thực nghiệm sự phạm: Tiến hành giảng dạy THPT theo nội dung đề xuất của

đề tài nhằm kiểm nghiệm hiệu quả phát triển năng lực tư duy cho học sinh trong quá trình giải bài tập về Định luật Ôm

VI- ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh ở trường THPT khi giảng dạy các kiến thức bài tập Định luật Ôm nhằm định hướng và góp phần phát triển năng lực tư duy cho học sinh

VII- CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Mở đầu

I- Lý do chọn đề tài

II- Mục đích nghiên cứu

III- Giả thuyết khoa học

IV- Nhiệm vụ nghiên cứu

V- Phương pháp nghiên cứu

VI- Đối tượng nghiên cứu

VII- Cấu trúc luận văn

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2: Định hướng hành động nhận thức của học sinh trong việc giải

bài tập định luật ôm – dự kiến tiến trình sử dụng

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Kết luận

Chương 1:

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1- VAI TRÒ CỦA BÀI TẬP VẬT LÝ VÀ MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG CHÚNG TRONG QUÁ TRÌNH DẠY HỌC:

1.1.1 Vai trò của bài tập vật lý trong quá trình dạy học:

Bài tập Vật lý được hiểu là một vấn đề được đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp Vật lý Hiểu theo nghĩa rộng thì mỗi một vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa cũng chính là một bài tập đối với học sinh Sự tư duy định hướng một cách tích cực luôn luôn là việc giải bài tập

1.1.2 Mục đích sử dụng bài tập Vật lý trong quá trình dạy học:

Bài tập Vật lý có tầm quan trọng đặc biệt, chúng được sử dụng theo những mục đích khác nhau

- Người ta sử dụng bài tập Vật lý như là một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức mới cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc và vững chắc

- Mặt khác bài tập vật lý là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, liên hệ lý thuyết với thực tế, học tập với đời sống

- Bài tập vật lý là phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh Bởi vì giải bài tập là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh Trong khi giải bài tập, học sinh phải phân tích điều kiện trong đề bài, phải lập luận, tính toán, đôi khi phải tiến hành các thí nghiệm, phép đo đạc,v.v tức là phải thực hiện một loạt các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá,v.v Trong những điều kiện đó, tư duy logic, tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển, năng lực làm việc độc lập của học sinh được nâng cao

- Bài tập Vật lý là một phương tiện cũng cố, ôn tập, hệ thống hoá kiến thức đã học một cách sinh động và có hiệu quả Khi giải bài tập, học sinh phải nhớ lại các kiến thức đã học, có khi đòi hỏi phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức trong một chương hoặc một phần, do đó học sinh sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững vàng những kiến thức đã học Thông qua việc giải bài tập có thể

rốn luyện cho học sinh những đức tớnh tốt như tinh thần tự lực, tớnh cẩn thận, tớnh kiờn trỡ, tinh thần vượt khú

- Bài tập Vật lý cũn là một phương tiện để kiểm tra, đỏnh giỏ kiến thức,

kỹ năng của học sinh một cỏch chớnh xỏc

1.2- PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT Lí

Người ta cú nhiều cỏch phõn loại bài tập Vật lý tuỳ theo việc chọn dấu hiệu (căn cứ): theo nội dung, theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải, theo yờu cầu định tớnh hay định lượng của việc nghiờn cứu vấn đề, theo yờu cầu rốn luyện kỹ năng hay phỏt triển tư duy sỏng tạo của học sinh trong quỏ trỡnh dạy học

1.2.1 Phõn loại bài tập Vật lý

Cho đến nay, vẫn chưa cú sự thống nhất về tiờu chuẩn phõn loại bài tập Vật lý, vỡ trong bất kỳ loại bài tập nào cũng chứa đựng một vài yếu tố của một hay nhiều bài tập khỏc Đặc biệt là cú nhiều cỏch phõn loại chỉ mang tớnh chất tương đối, chưa đề cập gỡ tới chủ thể bài tập là học sinh và hoạt động tự lực của

họ trong quỏ trỡnh tỡm kiếm lời giải bài tập Vật lý

Theo những quan điểm hiện nay cú thể phõn loại bài tập Vật lý trung học phổ thụng theo bảng dưới đõy (hỡnh 1.1):

Theo

nội

dung

Theo mục đích dạy học

Theo ph-ơng thức cho điều kiện hay ph-ơng thức giải

Theo mức độ khó dễ

Theohìn

h thức lập luận logic

(Hình 1.1)

1.3 PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ

1.3.1 Phương pháp giải bài tập Vật lý

a Hai phương pháp suy luận để giải bài tập Vật lý:

Phương pháp giải bài tập Vật lý phụ thuộc vào nội dung bài tập, trình độ của học sinh và mục đích đặt ra Xét về tính chất của các thao tác tư duy, khi giải bài tập Vật lý người ta thường dùng hai phương pháp sau đây:

*Phương pháp phân tích:

Theo phương pháp này, xuất phát điểm của suy luân là đại cương cần tìm Chia bài tập thành nhiều giai đoạn và giải một hệ thống bài tập đơn giản hơn mà ngay ở bài tập đầu tiên đã phải trả lời trực tiếp cho câu hỏi đầu bài Việc giải các bài tập nhỏ tiếp theo là lần lượt làm sáng tỏ những phần chưa biết để cuối cùng trong công thức bài tập nhỏ đầu tiên chỉ chứa một ẩn số và các số liệu đã biết

* Phương pháp tổng hợp:

Theo phương pháp này suy luận không bắt đầu từ đại lượng cần tìm mà bắt đầu từ các đại lượng đã biết có nêu trong đề bài Dùng công thức liên hệ các đại lượng này với các đại lượng chưa biết, ta đi dần đến công thức cuối cùng, trong đó chỉ còn một đại lượng chưa biết là đại lượnh cần tìm

Hai phương pháp suy luận trên sử dụng phối hợp Nhìn chung, khi giải bất

kỳ một bài tập Vật lý nào ta đều phải sử dụng hai phương pháp đó

b Các phương tiện toán học để giải các bài tập Vật lý:

Trong khuôn khổ chương trình vật lý phổ thông để giái các bài tập Vật lý, đặc biệt là các bài tập định lượng, ta dùng các phương tiện toán học Tuỳ theo việc sử dụng các công cụ toán học ngươi ta có thể phân biệt được các phương pháp giải các bài tập định lượng như sau:

Khi giải các bài tập bằng phương pháp hình học, người ta dựa vào các mối tương quan hình học để xác định các đại lượng cần tìm Ngoài ra, nhiều người ta còn sử dụng các công thức lượng giác để giải

Ngoài các phương tiện Toán học trên, trong một số trường hợp ta có thể

sử dụng phương pháp thí nghiệm để tìm lời giải bài tập Vật lý

1.3.2 Quá trình tư duy trong khi giải bài tập Vật lý:

- Để giải một bài tập Vật lý trước hết phải trả lời được các câu hỏi:

- Những đại lượng nào đã cho? Những đại lượng nào cần tìm?

- Cần xác lập những mối liên hệ cơ bản nào giữa cái đã cho và cái phải tìm (hoặc qua đại lượng trung gian)?

- Vận dụng các kiến thức Vật lý nào vào điều kiện cụ thể của bài tập để xác lập được các mối liên hệ trên

- Có được các mối liên hệ cần xác lập rồi thì mới tiến hành được những khâu hay bước tiếp theo để đến kết quả của bài toán

1.3.3 Các bước chung để giải bài tập Vật lý:

Các bài tập vật lý có nội dung hết sức phong phú, đa dạng Vì vậy phương pháp giải chúng cũng muôn hình, muôn vẻ Không thể nói về một phương pháp chung, vạn năng có thể áp dụng để giải được mọi bài tập Tuy nhiên, từ sự phân tích tư duy trong quá trình giải bài tập Vật lý như đã trình bày ở trên, ta có thể chỉ ra những những nét khái quát về các bước chung của tiến trình giải bài tập Vật lý Theo các bước chung của tiến trình giải bài tập, giáo viên có thể kiểm tra hoạt động giải bài tập của học sinh và có thể hướng dẫn, giúp đỡ học sinh giải bài tập có hiệu quả Nói chung tiến trình bài tập phải trải qua bốn bước:

Bước 1: Tìm hiểu đề bài:

- Đọc, tìm hiểu ý nghĩa các thuật ngữ ghi ngắn gọn các dự kiện đã cho và

- Mô tả lại hiện tượng được nêu trong bài tập, vẽ hình minh hoạ (nếu cần thiết) Nếu đề bài yêu cầu thì phải làm thí nghiệm hoặc vẽ đồ thị để thu được dự kiện (Nếu là bài tập thí nghiệm hoặc bài tập đồ thị)

Bước 2: Xác lập mối liên hệ cơ bản của các dự kiện đã cho và các ẩn số phải tìm:

- Đối chiếu các dự kiện xuất phát và ẩn số phải tìm, xem xét bản chất Vật lý của hiện tượng đã cho có những đặc trưng định tính, định lượng nào

và các mối quan hệ giữa các đặc trưng đó biểu hiện ở các định luật, quy tắc, định nghĩa nào?

- Xác lập các mối liên hệ cụ thể của các dự liệu đã cho và các ẩn số phải tìm

Bước 3: Xác định phương pháp và vạch kế hoạch giải bài tập

Từ các mối liên hệ cơ bản đã xác lập được tiếp tục luận giải, tính toán rút

ra kết quả cần tìm

Bước 4: Kiểm tra, xác nhận kết quả:

Để có thể xác nhận kết quả vừa tìm được cần kiểm tra lại việc giải theo một hoặc một số hoặc các cách sau:

- Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi chưa? Đã xét hết các trường hợp chưa?

- Kiểm tra lại xem tính toán có đúng không?

- Kiểm tra đơn vị xem có phù hợp không?

- Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế có phù hợp không?

- Kiểm tra bằng thực nghiệm xem có phù hợp không?

- Giải các bài tập theo cách khác xem có cùng kết quả không?

- Đặt điều kiện cho lời giải của bài toán

1.4- ĐỊNH HƯỚNG HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH TRONG VIỆC GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ

1.4.1 Phương pháp nhận thức Vật lý

Phương pháp có thể hiểu theo định nghĩa chung là tập hợp các thủ pháp, cách thức, những con đường bao gồm các thao tác thực hành hay lý thuyết để đạt đến mục đích nào đó Tuỳ thuộc vào mục đích của hành động mà phương pháp có những nghĩa hẹp khác nhau Nếu mục đích của hành động là tìm ra chân

lý khách quan thì tập hợp các cách thức, con đường, phương tiện mà các bước

và trí tuệ phải đi theo để đạt mục đích đó gọi là phương pháp nhận thức khoa

học Hệ thống các phương pháp nhận thức khoa học rất phong phú, nhiều tầng bậc, có phạm vi ứng dụng rất khác nhau Có những phương pháp nhận thức được sử dụng khá phổ biến trong tất cả các giai đoạn của quá trình nhận thức như những thao tác của mọi quá trình tư duy Có những phương pháp sử dụng một số lĩnh vực nghiên cứu, lại có một số phương pháp nhận thức chuyên biệt chỉ sử dụng trong lĩnh vực rất hẹp của một chuyên ngành căn cứ vào mức độ phổ biến và phạm vi ứng dụng của phương pháp có thể phân loại phương pháp nhận thức khoa học thành 3 nhóm

- Nhóm các phương pháp triết học: Là những phương pháp chung nhất,

phổ biến nhất áp dụng cho mọi lĩnh vực nghiên cứu, bao gồm các phương pháp logic, biện chứng, các phương pháp của lý luận nhận thức: Phân tích tổng hợp

so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, cụ thể hoá các cặp phạm trù và phép biện chứng duy vật

- Nhóm các phương pháp riêng rộng: Gồm các phương pháp có thể áp

dụng cho một số ngành khoa học trong một số giao đoạn của quá trình nhận thức Ví dụ phương pháp thực nghiệm sử dụng trong các ngành khoa học thực nghiệm như?: Vật lý, hoá học, sinh học, y học, phương pháp tương tự, phương pháp mô hình, phương pháp tiêu đề

- Nhóm các phương pháp riêng hẹp: Là những phương pháp chỉ áp dụng

trong lĩnh vực hẹp của một ngành khoa học hoặc một số ngành khoa học Ví dụ: phương pháp động lực học, phương pháp giản đồ véc tơ

Sự phân loại trên mang tính tương đối bởi trong quá trình phát triển khoa học các phương pháp nhận thức luôn có sự xâm nhập lẫn nhau, sự chuyển hoá lẫn nhau trong hoạt động nhận thức có sự vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức

1.4.2 Cơ sở của việc định hướng hoạt động nhận thức của học sinh trong việc giải bài tập Vật lý:

Muốn hướng dẫn học sinh giải một bài tập cụ thể nào đó thì dĩ nhiên phải giải được bài tập đó Nhưng nếu chỉ như vậy thì chưa đủ Muốn cho việc hướng dẫn giải bài tập được định hướng một cách đúng đắn, giáo viên phải phân tích

được phương phỏp giải bài tập cụ thể thể hiện bằng cỏch vận dụng những hiểu biết về tư duy giải bài tập

Vật lý để xem xột việc giải bài tập cụ thể ấy Mặt khỏc phải xuất từ mục đớch sư phạm của việc giải bài tập đú để xỏc định kiểu hướng dẫn phự hợp Núi cỏch khỏc

là cơ sở khoa học để suy nghĩ, xỏc định phương phỏp hướng dẫn học sinh giải một bài tập Vật lý cụ thể nào đú là những hiểu biết khoa học về tư duy cỏch giải bài tập Vật lý được vận dụng vào việc phõn tớch phương phỏp giải bài tập cụ thể này và những hiểu biết đặc điểm của cỏc kiểu hướng dẫn giải bài tập (khỏc nhau tuỳ mục đớch sư phạm) để vận dụng vào từng trường hợp cụ thể Ta cú thể minh hoạ điều vừa trỡnh bày bằng sơ đồ hỡnh vẽ (hỡnh 1.2)

(Hỡnh 1.2)

1.4.2 Cỏc kiểu định hướng hành động nhận thức:

Trong dạy học, giỏo viờn cú vai trũ quan trọng trong việc tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động học tập của học sinh theo một chiến lược dạy học hợp lý và cú hiệu quả, sao cho học sinh tự xõy dựng được kiến thức khoa học của mỡnh, và qua đú năng lực nhận thức của họ từng bước phỏt triển

a Phõn biệt ba trỡnh độ nắm tri thức:

Cú thể phõn biệt ba trỡnh độ khỏc nhau của sự nắm tri thức

- Trỡnh độ ghi nhận tỏi tạo:

Sự nắm tri thức ở trỡnh độ ghi nhận, tỏi tạo thể hiện ở khả năng nhận ra được, phỏt ngụn lại được đỳng với sự trỡnh bày tri thức đó cú, thực hiện được đỳng quy tắc đó cho

Sự thể hiện được một hành động nào đú lại cú thể phõn biệt theo ba trỡnh

cụ thể

Xác định kiểu h-ớng dẫn

Ph-ơng pháp h-ớng dẫn giải bài tập cụ thể

- Trình độ sáng tạo:

Nắm tri thức ở trình độ sáng tạo thể hiện ở khả năng xây dựng, phê phán, phát triển tri thức

b Phân biệt ba kiểu định hướng hành động học tập trong dạy học:

- Định hướng tái tạo:

Đó là kiểu định hướng trong đó người dạy hướng học sinh vào việc huy động, áp dụng những kiến thức, kỹ năng, cách thức hoạt động mà học sinh đã nắm được hoặc đã được người dạy chỉ ra một cách tường minh, để học sinh có thể thực hiện được nhiệm vụ mà họ đảm nhận Nghĩa là học sinh chỉ cần lặp lại những hành động đã được người dạy chỉ rõ

- Định hướng tìm tòi:

Đó là kiểu định hướng trong đó, người dạy không chỉ ra cho học sinh một cách tường minh các kiến thức, kỹ năng, cách thức hoạt động học sinh cần áp dụng, mà người dạy chỉ đưa ra cho học sinh những gợi ý, sao cho học sinh có thể tự mình tìm tòi, huy động hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng, cách thức hoạt động thích hợp để giải quyết nhiệm vụ mà họ đảm nhận

- Định hướng tìm tòi chương trình hoá:

Đó là kiểu định hướng trong đó, người dạy cũng hướng dẫn học sinh tương tự như kiểu định hướng tìm tòi nói trên, nhưng trong trường hợp này, sự định hướng được chương trình hoá thành từng bước hợp lý, kế tiếp nhau Người dạy hướng dẫn học sinh từng bước giải quyết nhiệm vụ mà họ đảm nhận, học sinh chỉ chuyển sang giải quyết bước tiếp theo sau khi đã thực hiện được bước trước

Ở mỗi bước giải quyết, nếu học sinh không thể tự mình tìm tòi giải quyết

hướng tái tạo, sao cho học sinh có thể hoàn thành được công việc của bước đó rồi sau đó học sinh lại tiếp tục tự mình tìm tòi giải quyết bước tiếp theo theo sự định hướng tìm tòi của người dạy v.v

Kiểu định hướng tái tạo đảm bảo hiệu quả rèn luyện kỹ năng cho học sinh và tạo cơ sở cần thiết cho học sinh có thể thích ứng được với sự định hướng tìm tòi trong dạy học Nhưng nếu trong dạy học luôn chỉ sử dụng kiểu định

hướng tái tạo thì không đáp ứng được yêu cầu rèn luyện tư duy sáng tạo của học sinh, không đủ để đảm bảo cho học sinh chiếm lĩnh được những tri thức khoa học sâu sắc, vững chắc và vận dụng chúng một cách linh hoạt

Kiểu định hướng tìm tòi nhằm rèn luyện cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề đáp ứng mục tiêu đào tạo và bồi dưỡng nhân tài của sự nghiệp giáo dục

c Tiêu chuẩn câu hỏi định hướng hành động:

Phương tiện quan trọng để giáo viên định hướng hành động nhận thức của học sinh là câu hỏi Để cho câu hỏi thực hiện được chức năng định hướng hành động nhận thức của học sinh nó phải đáp ứng được những yêu cầu cơ bản, cũng chính là những tiêu chuẩn chung để đánh giá chất lượng câu hỏi

- Câu hỏi phải được diễn đạt chính xác về ngữ pháp và về nội dung khoa học

- Câu hỏi phải diễn đạt chính xác điều cần hỏi khi đó mới có thể hy vọng câu hỏi thực hiện chức năng định hướng hành động nhận thức của học sinh theo đúng tiến trình tư duy, và chỉ khi đó giáo viên mới có thể căn cứ vào sự trả lời của học sinh để đánh giá trình độ của họ

- Nội dung câu hỏi phải đáp ứng đúng đòi hỏi sự định hướng hành động nhận thức của học sinh trong tình huống đang xét, cả về phương diện kiểu định hướng hành động học tập dự định cũng như về phương diện sát hợp với việc thực hiện nhiệm vụ nhận thức đặt ra Có như vậy câu hỏi mới có ý nghĩa là câu hỏi định hướng hành động nhận thức của học sinh trong dạy học

- Câu hỏi phải vừa sức học sinh lúc đó câu hỏi mới có thể đưa đến sự đáp ứng của học sinh

Ta có thể minh hoạ kiểu hướng dẫn này trong quá trình hướng dẫn học sinh giải một bài tập nào đó như sau: (Hình 1.3)

Dấu (-): học sinh không tự làm được

chỉ sự giúp đỡ của người dạy dưới dạng câu hỏi định hướng để học sinh tự thực hiện được

Kiểu định hướng tìm tòi chương trình hoá giúp cho việc rèn luyện tư duy của học sinh trong quá trình giải bài tập và đảm bảo cho họ giải được bài tập đã cho Với kiểu định hướng này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả của việc dạy bài tập nhằm phát huy vai trò tích cực và tự lực của học sinh Việc xây dựng các sơ

đồ định hướng tìm tòi chương trình hoá đối với mỗi loại bài tập sẽ giúp cho học sinh hình thành những kỹ năng, kỹ xảo, tìm tòi những mối liên hệ xác định, dần dần họ sẽ tự định hướng được hành động nhận thức của mình Tuy nhiên, để phát huy hết vai trò của kiểu định hướng chương trình hoá thì sự hướng dẫn của giáo viên đòi hỏi phải theo sát tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh, không thể chỉ dựa vào lời hướng dẫn đã dự kiến trước mà phải kết hợp việc định hướng với việc kiểm soát hành động của học sinh để điều chỉnh sự định hướng sao cho thích ứng với trình độ học sinh

Dựa trên vai trò tác dụng của kiểu định hướng tìm tòi chương trình hoá chúng tôi dự kiến sẽ phân tích tư duy trong quá trình giải bài tập về định luật

+ -

+

-

Ôm Từ đó lựa chọn một hệ thống bài tập thích hợp theo chương trình và sách giáo khoa Vật lý 11, đồng thời kết hợp với mục đích sư phạm để xây dựng các

sơ đồ định hướng hành động nhận thức của học sinh trong việc giải các bài tập

về định luật Ôm Những đề xuất của chúng tôi sẽ được dạy thực nghiệm ở trường phổ thông để qua đó rút ra được những kết luận cần thiết về tính khả thi

và tính hiệu quả theo mục đích của đề tài đặt ra

1.5- THỰC TRẠNG VIỆC DẠY HỌC BÀI TẬP PHẦN ĐỊNH LUẬT ÔM Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

Chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu việc dạy học bài tập về phần Định luật

Ôm ở một số trường phổ thông trung học tại huyện Hưng Nguyên - Tỉnh Nghệ

An Mục đích là để nắm được số lượng bài tập, các dạng bài tập đã được sử dụng và mục đích sư phạm của việc sử dụng chúng trong dạy học (tạo tình huống có vấn đề, nghiên cứu tài liệu mới, củng cố, luyện và ôn tập hệ thống hoá kiến thức) Ngoài ra còn nhằm mục đích tìm hiểu giáo viên dạy bài tập theo phương pháp nào? Những khó khăn, sai lầm chủ yếu mà học sinh hay gặp khi học

và làm bài tập về Định luật Ôm là những vấn đề gì? Từ đó chúng tôi nghiên cứu để:

- Lựa chọn một hệ thống bài tập hợp lý đảm bảo cho học sinh nắm vững những kiến thức về Định luật Ôm

- Tiếp theo là xây dựng các sơ đồ định hướng hành động nhận thức của học sinh trong việc giải hệ thống bài tập này nhằm đạt được mục đích mà đề tài đã đặt ra

Chúng tôi đã tiến hành các công việc sau:

- Trao đổi trực tiếp với giáo viên Vật lý ở một số trường phổ thông trung học trong địa bàn huyện Hưng Nguyên (trường THPT Phạm Hồng Thái, THPT Lê Hồng Phong, THPT Thái Lão)

- Dự giờ của giáo viên để tìm hiểu thực tế hoạt động của học sinh trong các giờ bài tập của phần này

- Trao đổi với học sinh, xem vở bài tập của học sinh và tiến hành kiểm tra

ở một số lớp với nhiều đối tượng khác nhau (Lớp chọn, lớp bình thường)

Việc này được tiến hành từ năm học 2004 - 2005

Qua tìm hiểu chúng tôi rút ra được những nhận xét sơ bộ sau:

- Bài tập định tính: Rất ít giáo viên nêu câu hỏi dưới dạng câu hỏi củng

cố bài học

- Bài tập đồ thị và thí nghiệm: Không có, chỉ có một bài thực hành trên lớp (mắc các điện trở nối tiếp hay song song, mắc vôn kế hay Ampe kế vào đoạn mạch)

b Về nội dung các bài tập:

- Định luật Ôm cho đoạn mạch: 7 – 10 bài

- Định luật Ôm cho toàn mạch: 4 – 6 bài

- Định luật Ôm cho các loại đoạn mạch: 6 – 8 bài

- Ngoài ra còn có một số bài về công và công suất

c Các tài liệu mà giáo viên hay sử dụng:

Chủ yếu là các bài tập được lấy từ Sách giáo khoa, Sách bài tập Vật lý lớp 11, Chuyên đề bồi dưỡng Vật lý 11…

- Theo ý kiến một số giáo viên thì số lượng bài tập trong sách giáo khoa

và sách bài tập Vật lý lớp 11 là tương đối nhiều so với số tiết bài tập theo phân phối chương trình Phần định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn, đối với học sinh hoàn toàn là kiến thức mới, vậy mà cũng chỉ có 1 tiết bài tập, do đó học sinh sẽ không được củng cố nhiều về kiến thức vừa mới học

- Dụng cụ thí nghiệm Vật lý ở các trường còn thiếu rất nhiều và đã quá cũ kỹ

d Về phía học sinh:

Trình độ của học sinh ở các trường và các lớp trong mỗi trường có sự chênh lệch đáng kể Nguyên nhân chính là vì trong điều kiện hiện nay, chỉ những học sinh nào thi vào Đại học khối A mới chuyên tâm học Vật lý: Số còn lại, chỉ có tư tưởng làm sao đạt được điểm trung bình môn Vật lý là được

Trong các giờ chữa bài tập hiện nay, giáo viên thường dạy bài tập theo phương pháp giảng giải còn học sinh chép vào vở Sau đó giáo viên lại ra các bài tập tương tự để học sinh làm Nếu học sinh vẫn không làm được thì giáo viên lại giảng lại

Có lớp học, giáo viên còn đọc từng câu bài giải để học sinh chép vào vở Cũng có trường hợp, trong lớp học ở giờ bài tập thì chủ yếu là học sinh làm bài tập, giáo viên gọi một hoặc hai em lên bảng, số học sinh còn lại tự lực làm bài (trên thực tế thì các em chỉ chờ đợi bạn giải) sau đó giáo viên bảo đúng thì số học sinh còn lại chép bài làm của bàn vào vở, nếu có chỗ sai hoặc làm sai hoàn toàn thì giáo viên sửa chữa (hoặc giải lại)

Như vậy, việc dạy học sinh giải bài tập về định luật Ôm chưa đáp ứng được yêu cầu rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo và chưa thể đáp ứng được yêu cầu tăng cường tính tích cực, tự lực của học sinh

Để khắc phục tình trạng trên, theo chúng tôi trước hết phải lựa chọn một

hệ thống bài tập hợp lý, đồng thời phải đổi mới phương pháp dạy học sinh giải bài tập Vật lý nói chung và bài tập về định luật Ôm nói riêng trên cơ sở định hướng hành động nhận thức của học sinh trong quá trình giải bài tập

1.6- HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ ĐỊNH LUẬT ÔM

Định luật Ôm là một trong những định luật cơ bản nhất về dòng điện Việc nắm vững các kiến thức về định luật Ôm cho đoạn mạch, định luật Ôm cho toàn mạch và định luật Ôm cho các loại đoạn mạch sẽ giúp học sinh giải quyết tốt các bài toán về mạch điện, thông qua

đó, học sinh được rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, phát triển tư duy, nâng cao năng lực nhận thức

1.6.1 Sơ lược về cấu trúc nội dung các kiến thức cơ bản về định luật Ôm

Có thể mô tả cấu trúc logic các kiến thức về Định luật Ôm theo sơ đồ hình

vẽ dưới đây (Hình 1.4)

Định luật Ôm cho các loại đoạn mạch

Điện trở mắc nối tiếp

Điện trở mắc song song Điện trở phụ trong các dụng cụ đo

Chứa nguồn

A  ,r B

U AB = R AB I- 

Chứa nguồn và máy thu mắc nối tiếp

a Những kiến thức cơ bản của định luật Ôm cho đoạn mạch

Ba đại lượng R, U, I là những đại lượng cơ bản đặc trưng cho một đoạn mạch Những đại lượng này liên hệ với nhau theo một quy luật xác định đó là

định luật Ôm cho đoạn mạch I U

R



(Trong đó U là hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch, R là điện trở đoạn mạch)

Những đại lượng còn lại như:

- Công của dòng điện thực hiện trên đoạn mạch

A = Q = U.I.t

- Nhiệt lượng toả ra trên đoạn mạch

t R

U t I U t I R

P

2 2

b Những kiến thức cơ bản của định luật Ôm cho toàn mạch:

- Có ba đại lượng cơ bản đặc trưng cho một mạch kín, đó là:

+ Suất điện động bộ nguồn điện (b) và điện trở trong bộ nguồn điện (rb)

+ Điện trở mạch ngoài (Rn )

+ Cường độ dòng điện dòng điện mạch chính (I)

- Ba đại lượng này liên hệ với nhau theo một quy luật xác định, đó là định luật

Ôm cho toàn mạch

b n

b

r R

là một số không đổi số đó chính bằng b Điện trở mạch ngoài, học sinh có thể xác định được nhờ nguyên tắc nhận biết mạch điện trở

+ Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn được tính theo cách ghép các bộ nguồn thành bộ

- Từ định luật Ôm cho toàn mạch có thể tính được:

+ Hiệu điện thể mạch ngoài Un = IRn = b - Irb

+ Công suất tiêu thụ của mạch ngoài

Pn = RnI2 = (b - Irb)I = - rb.I2+bI Công suất mạch ngoài là một hàm số bậc hai của cường độ dòng điện mạch chính Với một giá trị của Rn sẽ có hai giái trị tương ứng I (tức là một giá trị Pn

cũng sẽ tương ứng với hai giá trị của Rn)

- Hiệu điện thế mạch trong: Ur = Irb

- Công suất bộ nguồn điện: Pb = bI

- Hiệu suất điện: là tỷ số giữa công suất có ích ở mạch ngoài và công suất nguồn

I U P

b

b b b

n n

I

n  



  

Với Rn là điện trở mạch ngoài, I là cường độ dòng điện mạch ngoài đi ra

từ cực dương của nguồn điện và đi vào cực dương của máy thu;  và r là suất điện động và điện trở trong nguồn điện; ’ và r’ là suất phản điện và điện trở trong của máy thu

Công thức này còn có thể áp dụng cho cả mạch kín trong đó hai nguồn điện mắc theo kiểu; Cực dương nguồn nọ nối với cực dương nguồn kia (hay cực

âm nối với cực âm), mà người ta gọi là hai nguồn mắc xung đối, và dòng điện I trong mạch là dòng điện phát ra từ nguồn điện có suất điện động lớn hơn (nguồn còn lại trở thành máy thu)

c Những kiến thức cơ bản của định luật Ôm cho các loại đoạn mạch

Nếu như không nắm vững được và vận dụng thành thạo các kiến thức về định luật Ôm cho các loại đoạn mạch thì việc giải quyết một loạt các bài toàn về mạch điện sẽ gặp khó khăn Chính về vậy, trong quá trình giảng dạy, giáo viên phải thường xuyên bổ sung, củng cố cho học sinh các kiến thức cơ bản của định luật Ôm cho các loại đoạn mạch

- Với đoạn mạch chứa nguồn (hình 1.5):

’,r’

I

(Hình 1.6)

1.6.2 Những yêu cầu của việc lựa chọn hệ thống bài tập về định luật Ôm:

Để rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo giải các bài tập về định luật

Ôm và thông qua đó giúp họ dần dần tự “định hướng” được hành động nhận thức của mình thì cần phải lựa chọn hệ thống bài tập hợp lý

Như chúng ta đã biết, một hệ thống bài tập ứng với một tài liệu giáo khoa hoặc một chương là tập hợp các bài tập nhằm phát huy được tối đa vai trò và tác dụng của chúng trong dạy học Do đó hệ thống bài tập được chọn lọc cần phải đáp ứng một số yêu cầu cơ bản như sau:

+ Bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, sao cho dần từng bước học sinh hiểu kiến thức, nắm vững kiến thức và có kỹ năng vận dụng kiến thức đó

+ Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập, nhằm góp phần hoàn chỉnh các kiến thức của học sinh, giúp họ hiểu được mối liên hệ giữa các đại lượng, cụ thể hoá các khái niệm và vạch ra những nét mới nào đó chưa được làm sáng tỏ trong các giờ học lý thuyết

+ Hệ thống bài tập được lựa chọn phải giúp học sinh nắm được phương pháp của từng loại bài tập tiêu biểu

+ Bài tập phải da dạng, phong phú, phải đảm bảo tính vừa sức học sinh, kích thích hứng thú và phát triển tư duy của học sinh

Xuất phát từ những cơ sở trên và tình hình thực tế ở trường Phổ thông, chúng tôi dự kiến đề xuất một hệ thống bài tập về định luật Ôm theo chương trình và sách giáo khoa Vật lý lớp 11 phổ thông trung học

1.6.3 Hệ thống bài tập về định luật Ôm:

Từ việc phân tích cấu trúc nội dung các kiến thức cơ bản về định luật Ôm được trình bày trong sách giáo khoa Vật lý lớp 11 Phổ thông Trung học và dựa trên cách phân loại bài tập Vật lý theo nội dung Chúng tôi thấy, các bài tập về định luật Ôm có thể phân chia thành ba nhóm:

+ Nhóm 1: Định luật Ôm cho đoạn mạch mắc nối tiếp, song song - Điện trở phụ trong các dụng cụ đo điện

+ Nhóm 2: Định luật Ôm cho toàn mạch

+ Nhóm 3: Định luật Ôm cho các loại đoạn mạch

a Phân tích các bài tập thuộc nhóm1: định luật Ôm cho đoạn mạch nối tiếp, song song:

Hầu hết các bài tập vận dụng định luật Ôm cho đoạn mạch đều quy về việc tính trực tiếp các đại lượng có mặt trong định luật, đó là: U, I, R Những bài tập khác như tính công, công suất của dòng điện, nhiệt lượng toả ra trên một đoạn mạch nào đó, hiệu suất của mạch điện, độ sáng của bóng đèn, các bài tập

có liên quan đến số chỉ của các máy đo (Vôn kế hoặc Ampe kế) hoăc định luật Faraday v.v suy cho cùng, điều cốt yếu vẫn là tìm từng đại lượng : Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch U, cường độ dòng điện chay qua đoạn mạch I, điện trở của đoạn mạch R, hoặc phải tìm hai trong ba đại lượng đó, Chính vì vậy các bài tập thuộc nhóm này, theo chúng tôi có thể quy về bốn dạng cơ bản sau:

cả (5.12; 5.14; 5.15 sách BTVL 11)

- Vì vậy học sinh cần phải biết rằng:

+ Trong mạch điện , điện trở nào vô cùng lớn so với các điện trở còn lại thì đoạn mạch có điện trở ấy có thể tháo ra khỏi mạch điện Ví dụ những đoạn mạch có tụ điện, vôn kế vào loại rất tốt là những đoạn mạch có điện trở cùng lớn, dòng điện không thể đi qua đoạn mạch ấy Những đoạn mạch như thế có thể tháo ra để dễ nhận mạch điện

+ Trong mạch điện, điểm nào có điện thế bằng nhau thì có thể chập các điểm ấy vào làm một Ví dụ hai đầu những đoạn dây nối điện trở không đáng kể, hai cực những Ampe kết lý tưởng (RA  0) là hai điểm có điện thế bằng nhau Những điểm đối xứng trong các đoạn mạch đối xứng là những điểm có điện thế

R

R R

R

 được thoả mãn thì IBD = 0 nghĩa là khi

đó ta có UBD = 0 Lúc đó ta có thể tháo bỏ R5 đi, mạch điện vẫn không thay đổi Bằng cách này ta biến đổi mạch cầu thành mạch điện thông thường (R1nt

R2)//(R2 nt R4) Hoặc có thể chập B với D thì mạch điện gồm (R1 // R2) nt (R3//R4)

* Điều ngược lại: Nếu IDB = 0 thì suy ra

4 3 2

1

R

R R

R

 Đây là một trong những bài toán mà trong sách BTVL 11 đã nêu ra Để giải được nó cần nắm thật vững các kiến thức về định luật Ôm cho đoạn mạch, vận dụng thành thạo các nguyên tắc tính các đại lượng R, U, I trong đoạn mạch, bên cạnh đó cần có khả năng tính toán khi giải các phương trình toán học

- Có thể nhận mạch điện dựa vào chiều dòng điện chạy trong đoạn mạch Dòng điện đi ra từ cực dương của nguồn điện đến điểm nút (chổ dòng điện phân nhánh) đầu tiên là dòng điện mạch chính Điểm nút này chia dòng chính ra làm bao nhiêu nhánh nhỏ thì hầu như có bấy nhiêu nhánh song song Nhưng đến đây nhiều khi học sinh vẫn chưa nhận được mạch điện vì dòng điện chia thành những nhánh quá phức tạp, đi theo nhiều ngã , cần lưu ý học sinh:

Chú ý: khi lắp tiếp các điện trở còn lại vào hình mới mà hình mới còn thiếu một nút nào đó thì phải đặt thêm nút đấy (ngoài vòng cơ sở ) trên hình mới

Trên cơ sở phân tích mạch điện như vậy học sinh không chỉ dễ dàng tính

được điện trở mà còn có thể tính được cả hiệu điện thế U và dòng điện I,tức là

hoàn toàn có thể giải quyết được bài toán định luật Ôm cho đoạn mạch dựa vào

các kiến thức đã học

- Có thể tính điện trở căn cứ theo nội dung một số các kiến thức đã học

+ Tính điện trở trực tiếp từ biểu thức của định luật Ôm cho đoạn mạch:

I

U

R

+ Hoặc sau khi đã nhận mạch điện, biết được những điện trở nối tiếp hay

song song với nhau có thể tính điện trở theo cách ghép điện trở

- Đối với mạch thuần điện trở:

+Khi cần phải hiệu chỉnh điện trở theo nhiệt độ, ta dùng công thức

Rt = R0 (1 + t) Trong đó Rt là điện trở ở toC, R0 là điện trở ở 00C,  là hệ số nhiệt điện trở

: Điện trở xuất của chất làm dây dẫn Đơn vị là m (ôm mét)

l: Chiều dài dây dẫn Đơn vị là m (mét)

S: Tiết diện dây dẫn Đơn vị là m2

Sau khi sử dụng công thức này phải chú ý đây là công thức tính R của dây

dẫn ở một nhiệt độ xác định Phải tính được tiết diện S của dây dẫn nếu biết bán

kính, chu vi, đường kính của dây dẫn (S = R2=





4 4

2 2

C

d  ) Nếu là ống dây dẫn phải phân biệt tiết diện, chiều dài của ống dây với tiết diện và chiều dài của dây

dẫn trong công thức trên

- R còn có thể được tính một cách gián tiếp theo các số liệu định mức ghi

1 2

R

U R R

IR



- Nguyên tắc phân bố dòng điện (nếu như không thể áp dụng định luật

Ôm thuần tuý)

+ So sánh điện thế các nút suy ra chiều I

+ Đoạn mạch nào khẳng định được chiều I thì tính trước Từ đó suy ra chiều và cường độ dòng điện của đoạn mạch còn lại

+ Tổng cường độ dòng điện đi tới một nút bằng tổng cường độ dòng điện

đi ra từ nút đó

* Dạng 3: Tính U giữa hai điểm trong mạch điện

Tuỳ theo từng bài toán cụ thể có thể chia ra ba trường hợp

+ Tính U giữa hai điểm cùng một nhánh

Nhìn chung để đơn giản, ta vận dụng định luật Ôm cho đoạn mạch U = IR

để tính U giữa hai điểm bất kỳ

+ Tính U giữa hai điểm bất kỳ

Chẳng hạn muốn tính hiệu điện thế từ điểm M đến điểm N bất kỳ, ta cộng hiệu điện thế trên các đoạn mạch liên tiếp nhau bắt đầu từ M cho đến N Có thể đi

từ M đến N theo nhiều đường, nhưng nên đi theo đường ngắn nhất Khi đi ngược chiều dòng điện thì hiệu điện thế trên đoạn mạch đó có giá trị âm

+ Tính U giữa hai điểm có xen nguồn điện hoặc máy thu (trường hợp này

sẽ đưa vào nhóm 3)

* Dạng 4: Điện trở phụ trong các dụng cụ đo điện

- Mắc sơn trong Ampe kế

+ Để đo cường độ dòng điện qua vật dẫn ta mắc Ampe kế nối tiếp với vật dẫn đó (Hình 1.9):

+ Ampe kế gồm điện kế G (điện trở Rg) mắc song song vào điện trở phụ

C

C C

+ Vôn kế gồm có điện kế G ( có điện trở Rg) mắc nối tiếp với điện trở phụ

R, U, I thì mới có thể giải được các bài toán một cách thành thạo Có nắm chắc các kiến thức cơ bản này thì học sinh mới có thể tiếp tục giải các bài tập thuộc phần định luật Ôm toàn mạch cũng như các bài tập thuộc phần định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn

Tuy nhiên trong các bài tập về nhóm này không phải mỗi bài chỉ bắt tính một trong ba đại lượng R, U, I mà có những bài, mỗi câu yêu cầu tính một đại lượng nào đó trực tiếp (R,U, I) hoặc gián tiếp (A, P, Q ) liên quan tới định luật

Ôm cho đoạn mạch Để giải được những bài này đương nhiên phải phân chia đúng những bài tập nhỏ thuộc một trong những dạng trên Vì vậy, có những bài tập có thể ở dạng này hoặc ở dạng kia nhưng vẫn xếp trong nhóm 1 Điều đó có nghĩa là phân biệt các dạng chỉ là tương đối trong phạm vi một nhóm

b Phân tích các bài tập thuộc nhóm 2: định luật Ôm cho toàn mạch:

Những bài tập về định luật Ôm cho toàn mạch rất đa dạng và phong phú nhưng suy đến cùng chủ yếu vẫn là xét mối quan hệ giữa các đại lượng cơ bản đặc trưng cho mạch kín Đó là: b và rb; Rn; và I Phương trình chính của bài toán này là dựa vào hai công thức của định luật Ôm cho toàn mạch:

b n

b

R R

I



 

Hoặc b = IRn + Irb Trong đó: Un = IRn là hiệu điện thế mạch ngoài

Ut = Irb là hiệu điện thế mạch trong

Từ việc xác định được các đại lượng có mặt trong biểu thức của định luật

và việc vận dụng các kiến thức khác nhau như: định luật Ôm cho đoạn mạch, định luật Jun – Lenxơ, các công thức tính A, P, Q,  là có thể tìm được các ẩn

số của bài toán

Thông thường, các bài toán về định luật Ôm toàn mạch gồm 2 dạng: Định tính và định lượng

* Loại 1: Các bài tập định tính

Cơ sở lý thuyết bài toán này là: Điện trở mạch ngoài thay đổi dẫn đến cường độ dòng điện mạch chính thay đổi, do đó sự phân bố hiệu điện thế mạch ngoài và mạch trong cũng thay đổi theo Nhưng tổng các độ giảm hiệu điện thế mạch ngoài và độ giảm hiệu điện thế mạch trong luôn không đổi (UN + UT = 

không đổi)

* Loại 2: Các loại bài tập định lượng:

Nếu chỉ xét riêng các bài tập định lượng về định luật Ôm trong toàn mạch thì vẫn xoay quanh các đại lượng có mặt trong biểu thức của định luật, đó là b

và Rb; RN; I Những bài tập này đều dẫn tới vận dụng các kiến thức cơ bản về định luật Ôm cho đoạn mach: Mạch ngoài, mạch trong Ngoài ra, còn phải sử dụng đến các kiến thức về ghép các nguồn thành bộ: Ghép nối tiếp, ghép song song và ghép hỗn hợp (trong đó ghép xung đối là một trường hợp riêng)

Để giải quyết các bài toán về định luật Ôm trong toàn mạch, xét về mặt

“Hành động tư duy” phải làm hai việc sau: Quy bộ nguồn về một nguồn theo

cách ghép các nguồn điện và tính đện trở mạch ngoài để áp dụng được một trong hai công thức của định luật, từ đó xác lập được mối liên hệ giữa các đại lượng đã cho và các đại lượng phải tìm

c Phân tích các bài tập ở nhóm 3: định luật Ôm cho các loại đoạn mạch

Căn cứ vào nội dung kiến thức của sách giáo khoa, những bài tập thuộc nhóm này được chia thành 3 dạng sau:

* Dạng 1: Đoạn mạch chứa nguồn điện (hình 1.13)

- Lưu ý: Thông thường khi giải các bài tập có thể vận dụng công thức (1) để

tiền cho việc tính toán (dễ nhớ vì nếu không có nguồn thì UAB = RABI, có nguồn thì thêm -, có dấu (-) vì A nối với cực âm của guồn điện) mà vẫn phù hợp với công thức của định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn trình bày trong lý

.  ,r  ’,r’ R

(H×nh 1.15)

Trong đó: RAB = R + r + r’ là điện trở tổng cộng của đoạn mạch

Để giải quyết các bài toán về định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn, học sinh cần thực hiện các bước:

- Trước hết cần xác định chiều dòng điện Nếu đầu bài không cho trước thì căn cứ vào dữ kiện của bài toán để giả thiết một cách hợp lý nhất chiều dòng điện Chẳng hạn như dòng điện phải đi từ cực dương của nguồn điện có suất điện động lớn Nếu có phân vân thì cứ giả thiết một cách chủ quan, không nên mất nhiều thời gian cho bước này Nếu trong đầu bài đã nói là máy thu thì hiển nhiên là dòng điện phải đi vào cực dương của máy thu

- Sau khi đã xác định (hay giả thiết) chiều dòng điện, ta phân biệt nguồn điện và máy thu Với nguồn điện thì dòng điện đi ra (phát ra) từ cực dương Với máy thu thì dòng điện đi vào cực dương của máy thu Lưu ý nếu máy thu là pin hay ắc quy thì suất phải điện động của máy khi đó bằng suất điện động của nó khi phát điện ( = ’) Sau đó ta áp dụng các công thức của định luật Ôm cho các loại đoạn mạch nói trên cho từng giai đoạn cụ thể Với mỗi đoạn mạch ta có phương trình về các dòng điện tại các nút, số phương trình viết ra phải bằng số

ẩn số cần tìm và các phương trình đó phải là độc lập (nghĩa là một phương trình nào đó không thể suy ra từ các phương trình còn lại)

Giải các phương trình để tìm các ẩn số Nếu giá trị của cường độ dòng điện là số dương thì có nghĩa là ta chọn đúng chiều dòng điện, còn nếu giá trị đó

âm thì ta phải đổi chiều dòng điện đã chọn từ đầu

Chúng ta thấy rằng việc xây dựng một hệ thống bài tập về định luật Ôm không thể tách rời các định luật khác về dòng điện không đổi Mở rộng lĩnh vực này còn có thể có nhiều cách xây dựng hệ thống các bài tập tổng hợp có nội dung phong phú và để giải chúng đòi hỏi học sinh phải có trình độ tư duy cao (như các

bài tập thi tuyển sinh vào các trường đại học, hoặc các bài tập cho trường chuyên lý) Ở đây, trong khuôn khổ của đề tài này chúng tôi muốn giới hạn ở hệ thống bài tập về định luật Ôm với mức cơ bản, tối thiểu cho học sinh đại trà theo chương trình và sách giáo khoa Vật lý lớp 11 PTTH hiện hành

Hệ thống bài tập gồm 42 bài, trong đó:

- Nhóm 1: 14 bài

- Nhóm 2: 14 bài

- Nhóm 3: 14 bài Với mỗi nhóm bài tập này, chúng tôi xây dựng sơ đồ định hướng hành động tư duy cho học sinh trong quá trình giải một số bài Đó là nội dung của chương 2 và là cơ sở để tiến hành thực nghiệm sư phạm của đề tài hệ thống bài tập này được trình bày ở phần phụ lục

Đặc biệt ở đề tài này giáo viên đã thấy dạy học sinh giải bài tập vật lý đã nêu được ưu và nhược điểm của 3 kiểu định hướng khi giải bài tập Trong đó đề tài này chủ yếu sử dụng kiểu định hướng tìm tòi chương trình hoá Kiểu đặc trưng này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài toán của học sinh Nhằm giúp học sinh tự giải được bài toán đã cho, đồng thời dạy cho học sinh cách suy nghĩ trong quá trình giải bài tập Vật lý Qua đó phát triển và bồi dưỡng năng lực nhận thức cho học sinh

Thông thường việc giải bài tập Vật lý đều được định hướng khái quát mà trong các tài liệu về phương pháp giảng dạy Vật lý nêu lên dưới dạng các bước giải bài tập Vật lý như sau:

Bước 1: Tóm tắt đề bài: Xác định cái đã biết, cái cần tìm và vẽ hình (Nếu có) Bước 2: Xác lập mối liên hệ giữa cái đã biết và cái cần tìm bằng các kiến thức

đã học Thông qua các thao tác tư duy để hiểu rõ được tính chất vật lý của những hiện tượng đã mô tả trong bài tập xác định những kiến thức đã học có liên quan, xác lập mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng đã biết nào phải tìm

Bước 3: Xác định phương pháp và vạch kế hoạch giải, tính toán bằng cách thay

số vào các công thức để tìm ra kết quả

Bước 4: Biện luận về kết quả tìm được

Khâu cơ bản của việc giải bài tập Vật lý là ở bước 2 Để xác lập được những mối liên hệ giữa những cái đã cho và cái phải tìm, học sinh có thể phải thực hiện những hành động nhớ lại các kiến thức đã học, phân tích đối chiếu với trường hợp cụ thể, tìm tòi để phát hiện ra

Những mối liên hệ giữa những kiến thức đã học với những tình huống cụ thể của bài toán.Vì các bài tập Vật lý rất phong phú và đa dạng nên ngoài việc định hướng khái quát theo bốn bước giải bài tập nêu trên, cần phải định hướng hành động nhận thức của học sinh một cách cụ thể trong những bài tập cụ thể

Trong chương trình này chúng tôi dựa trên cơ sở việc phân tích tư duy khi giải từng bài tập cụ thể xây dựng nên cơ đồ định hướng hành động nhận thức của học sinh trong việc giải các bài tập về Định luật Ôm

2.1- LỰA CHỌN VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI CÁC BÀI TẬP THUỘC NHÓM 1 ĐỊNH LUẬT ÔM CHO ĐOẠN MẠCH NỐI TIẾP VÀ SONG SONG - ĐIỆN TRỞ PHỤ TRONG CÁC DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN

Chúng tôi lựa chọn một số bài tập thuộc nhóm này và tiến hành phân tích để xây

dựng sơ đồ định hướng cụ thể một số bài

* Bài 1.1 Cho mạch điện mắc theo sơ đồ hình vẽ:

Cho R1 = R3 = R4 = 20 (); R2 = 30 (), Điện trở của Ampe kế và các dây nối không đáng kể

Bước 2 Nhìn vào mạch điện chưa vẽ lại, có thể học sinh sẽ không biét điện trở

nào song song hay nối tiếp với điện trở nào, phần mạch nào song song hay nối tiếp với phần mạch nào?

Giáo viên cần giúp đỡ học sinh bằng cách hướng sự chú ý của học sinh vào đoạn mạch DB Đoạn mạch này có RA 0, mạch điện lúc này gồm:

R34 = (1); R134 = R1 + R34 (2); RAB =

Muốn tính UAB Phải biết RAB; IAB đã tính được, muốn tính IAB phải biết I qua các R Đầu bài mới cho IA = 6A; Từ IA chưa thể tìm ngay I qua các R, có thể học sinh sẽ lúng túng

- Giáo viên có thể giúp đỡ học sinh bằng cách gợi ý: Coi I4 là đại lượng đã biết, liệu có tìm được I3 hay không?

Nhìn vào mạch chứa R3 // R4, vì R3 và R4 chung điểm đầu và điểm cuối nên theo Định luật Ôm cho đoạn mạch có: U34 = I3.R3 = I4.R4; mà R3 = R4 I3 = I4

Biết I3; I4, liệu có tìm được I1 hay không? Để tìm được mối quan hệ giữa

I1; I3;I4, học sinh cần nhớ cần nhớ lại nguyên tắc tính I tại một nút nào đó trong mạch điện.Tại nút C: I1 = I3 + I4 mà R3 = R4 nên I3 = I4 =

2 1

I

(4) Chỉ còn I2 là chưa biết, I1 và I2 có mối quan hệ như thế nào?

* Đến đây cần định hướng học sinh tới hai vấn đề:

- Thứ nhất là nhớ lại định luật, quy tắc về nút

- Thứ hai là phải chú ý vào hình vẽ ban đầu, tức là mạch điện khi chưa vẽ lại và thường người ta quan tâm tới mối quan hệ giữa I chính và I qua Ampe kế hay I qua các R

Mặt khác: giữa I1 ; I2; I4; và IAB có mối quan hệ:

I3 = I4 = 2A; I1 = I2= 4A; IAB = 8A; UAB= 120V

Bước 4 Kiểm tra kết quả:

Thứ nguyên của các đại lượng I, U đều phù hợp

B Dự kiến hệ thống câu hỏi định hướng tư duy học sinh

I a Đề bài cho biết gì? cần tìm gì?

II 1 Tìm RAB? Để tìm được RAB có thể định hướng học sinh theo hệ thống câu hỏi chi tiết theo chương trình dự kiến:

b Đề bài cho RA 0, hãy tính RCD và RAB?

b1 Các điện trở trong đoạn mạch AB được mắc như thế nào ?

b2 Mạch điện tương đương được vẽ lại như thế nào?

b3 Từ mạch điện này ta có thể tính được RAB bằng các biểu thức nào?

2 Hãy tính I qua các R ? Để tìm được I có thể hướng dẫn học sinh theo hệ thống câu hỏi định hướng như sau ?

c Nhìn vào mạch điện vẽ lại, hãy tìm mói quan hệ giữa I3 và I4 biết

R3 = R4 Từ đó tìm mối quan hệ giữa I2; I3 và I4 ?

c1 Biết rằng R2 = R134, hãy tìm mối quan hệ giữa I1 và I2 ? giữa I1; I2 và IAB ?

c2 Hãy tìm mối quan hệ giữa I1 ; I2; I3; I4 và IAB ?

c3 Tìm mối quan hệ giữa IA; I4 và IAB tại nút B trong hình vẽ ban đầu ?

3 Tính U AB ?

d Biết IAB; RAB, hãy tính UAB ? (hoặc UAB = U1 + U34)

Sau khi xác lập được các mối liên hệ cần thiết và hình dung được sơ đồ

luận giải thì về cơ bản là giải được bài toán Những bước tiếp theo

, tùy từng bài cụ thể, nếu có những khó khăn đối với học sinh thì việc định hướng của giáo viên sẽ được phân tích chi tiết Những bài tập nào không có vấn

đề gì ở các khâu này thì chúng tôi đề cập lại định hướng khái quát theo các bước chung của việc giải bài tập đã được trình bày ở đầu chương nữa

Tất cả những điều phân tích trên có thể biểu diễn bằng sơ đồ lôgic như sau (Hình 2.3):

* Bài 1.2 Cho đoạn mạch điện mắc theo sơ đồ hình vẽ 2.4:

Đặt vào hai đầu A và B một hiệu điện thế không đổi UAB = 12V

Cho biết R1 = 2; R2 = 6; Điện trở của Ampe kế nhỏ không đáng kể, điện trở của Vôn kế vô cùng lớn Ampe kế chỉ 2A Tính:

a Cường độ dòng điện qua R1, R2?

-

-

-+

+ +

+

+ +

(H×nh 2.3)

B A

V

R2

R3

R1 A

Vận dụng thành thạo Định luật Ôm cho đoạn mạch và đoạn mạch có các điện trở mắc nối tiếp hay song song bước đầu làm quen với loại bài toàn xác định điện trở

A Phân tích cách giải và dự kiến tình huống:

Bước 2 Các mối quan hệ cần xác lập:

+ Gặp loại bài này, có thể học sinh sẽ rất lúng túng, không biết làm thế nào bởi vì không có đoạn mạch nào biết trước hai trong ba đại lượng R, U, I, do

đó không thể tính ngay được một trong ba đại lượng đó Để giải được bài toán, nhất thiết phải đặt một trong ba đại lượng làm ẩn số

+ Học sinh có thể không tự chọn được đai lượng nào làm ẩn số, do đó giáo viên cần giúp học sinh, hướng sự chú ý của học sinh vào cái cần tìm: I1 ; I2 ;

R3, đồng thời giáo viên phải nhấn mạnh rằng, ở đây ta chưa thể tính ngay được cái cần tìm, nhưng ta có thể chọn trong số chúng làm ẩn số, chẳng hạn chọn ngay I2 làm ẩn số

+ Nhìn vào đoạn mạch chứa R2, nếu coi I2là cái đã biết, ta có thể vận dụng Định luật Ôm cho đoạn mạch chứa R2 để tính U2

+ Biết I2, I3 Ta có thể tính được I1 tại nút B: I1 = I2 + 2 (2)

+ Biết I1, R1, vận dụng Định luật Ôm cho đoạn mạch chứa R1 ta tính được

U1: U1 = I1R1 = (I2 + 2) R1 (3)

+ Yêu cầu cuối cùng của bài toán là tính R3, đến đây, có thể học sinh sẽ lúng túng, giáo viên cần hướng dẫn sự chú ý của học sinh vào cái đã cho Trong giả thiết của đề bài, còn một yếu tố mà ta chưa sử dụng, đó là UAB

+ Nếu biết U1, U2 thì có thể viết biểu thức UAB theo U1 và U2, từ phương trình UAB : UAB = U1 + U2 (4)

GT

KL