Bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học phần quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông

Tuy nhiên hiện nay hầu hết các tiết dạy vật lý ở rất nhiều trường trung học chưa sử dụng, hoặc ít sử dụng các phương tiện dạy học, do đó học sinh ít được trải nghiệm với các kỹ năng thực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN VĂN THÁI

BỒI DƯỠNG TƯ DUY VẬT LÝ KỸ THUẬT CHO

HỌC SINH TRONG DẠY HỌC PHẦN QUANG HÌNH HỌC

VẬT LÝ 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC

NGHỆ AN – 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN VĂN THÁI

BỒI DƯỠNG TƯ DUY VẬT LÝ KỸ THUẬT CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÝ 11

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Chuyên ngành: Lý luận và PPDH bộ môn Vật lý

Mã số: : 60 14 01 11

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HÀ VĂN HÙNG

NGHỆ AN 2017

Lời đầu tiên, tôi xin gửi tấm lòng biết ơn đến thầy PGS.TS Hà Văn Hùng người đã luôn bên cạnh, nhiệt tình và đầy tấm lòng yêu thương đã hướng dẫn cho tôi những kiến thức, những kỹ năng thực nghiệm và nhất là những lời khuyên bảo quý báu trong quá trình thực hiện đề tài Với tài năng, lòng đam mê

về nghề nghiệp và sự tận tụy của thầy là động lực thúc đẩy cho tôi trên con đường tìm hiểu khoa học, mở rộng tầm nhìn, tầm hiểu biết đang ở phía trước

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trường Đại Học Vinh đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và thực hiện đề tài

Nhân dịp này, tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô trường THPT Nguyễn Văn Trỗi – Lộc Hà – Hà Tĩnh đã tạo điều kiện cho việc thực nghiệm đề tài sớm được hoàn thành

Tôi xin gửi lòng cảm tạ gia đình thân yêu đã luôn bên cạnh chăm sóc, động viên ủng hộ và tạo điều kiện tốt nhất để cho tôi theo đuổi ước mơ của mình

Một lần nữa, tôi xin gửi lời tri ân cảm tạ tất cả mọi người đã nâng đỡ dìu dắt để tôi hoàn thành được ước mơ của mình trên con đường sự nghiệp đồng thời mong nhận được những ý kiến đóng góp để luận văn được sửa chữa, hoàn thiện

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả Nguyễn Văn Thái

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 Đóng góp của luận văn……….… 3

8 Cấu trúc của luận văn……….……… 3

Chương 1: Cơ sở lý luận của việc bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông 4

1.1 Nhận thức và hoạt động nhận thức vật lý của học sinh 4

1.1.1 Các dạng hoạt động nhận thức của học sinh 4

1.1.2 Các phương pháp đặc trưng trong hoạt động nhận thức vật lý của HS 5

1.1.3 Hoạt động nhận thức và biểu hiện của tính tích cực tự lực nhận thức 6

1.1.4 Những nét đặc trưng của tích cực hóa hoạt động nhận thức 7

1.1.5 Đặc trưng của sự tích cực tự lực trong hoạt động nhận thức vật lý của học sinh 9

1.2 Ứng dụng kỹ thuật của vật lý và dạy học các ứng dụng kỹ thuật của vật lý 10

1.2.1 Một số khái niệm về ứng dụng kỹ thuật của vật lý 10

1.2.2 Dạy học các ứng dụng kỹ thuật của vật lý 11

1.2.3 Các hướng nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật của vật lý trong dạy học 12

1.3 Tư duy vật lý kỹ thuật và việc bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học lý 15

1.3.1 Khái niệm về tư duy và tư duy vật lý kỹ thuật 16

1.3.2 Bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học vật lý 20

Kết luận chương 1 26

Chương 2: Bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học phần quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông 27

2.1 Mục tiêu dạy học phần quang hình học 27

2.1.1 Theo chuẩn kiến thức – kỹ năng 27

2.1.2 Mục tiêu đề xuất theo định hướng nghiên cứu của đề tài 28

2.2 Phân tích nội dung phần “Quang hình học” vật lý 11 trung học phổ thông 29

2.2.1 Các kiến thức về khúc xạ ánh sáng 30

2.2.2 Phản xạ toàn phần 30

2.2.3 Lăng kính 31

2.2.4 Thấu kính mỏng 32

2.2.5 Mắt 34

2.2.6 Các tật của mắt và cách khắc phục 35

2.2.7 Kính lúp 36

2.2.8 Kính hiển vi 37

2.2.9 Kính thiên văn 38

2.3 Sơ đồ cấu trúc phần Quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông 39

2.4 Tìm hiểu thực trạng dạy học và việc bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật trong dạy học vật lý ở các trường trung học phổ thông hiện nay 40

2.4.1 Mục đích của việc tìm hiểu thực tế dạy học phần quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông 40

2.4.2 Các biện pháp điều tra đã sử dụng 40

2.4.3 Kết quả thu được thông qua quá trình điều tra 40

2.5 Xây dựng tiến trình dạy học một số bài học về các ứng dụng kỹ thuật của vật lý trong phần quang hình học vật lý 11 THPT nhằm bồi dưỡng tư duy vật lý cho HS 42

2.5.1 Khúc xạ ánh sáng 42

2.5.2 Phản xạ toàn phần 51

2.5.5 Kính thiên văn 75

Kết luận chương 2……… …… 81

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm……… … …82

3.1 Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 82

3.2 Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 82

3.2.1 Đối tượng của thực nghiệm sư phạm 82

3.2.2 Phương pháp thực nghiệm 82

3.3 Nội dung thực nghiệm 84

3.4 Kết quả thực nghiệm sư phạm 84

3.4.1 Căn cứ để đánh giá 84

3.4.2 Đánh giá định tính 85

3.4.3 Đánh giá định lượng 87

Kết luận chương 3 95

Kết luận và kiến nghị 96

Tài liệu tham khảo 98

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Giáo dục là một trong những nhân tố quan trọng nhất trong việc hình thành nhân cách và phát triển con người một cách toàn diện, quyết định đến sự phát triển chung của toàn xã hội

Nâng cao chất lượng giáo dục, nhằm đào tạo nên những con người phát triển toàn diện về tri thức cũng như những kỹ năng cần thiết, là nhiệm vụ hàng đầu của giáo dục nước ta trong giai đoạn hiện nay, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước mà Đảng và nhà nước ta đang vạch ra, nhằm hội nhập sâu và rộng với các nước tiên tiến trên thế giới

Trong giai đoạn hiện nay, giáo dục được xem là quốc sách hàng đầu Việc đổi mới giáo dục một cách toàn diện đang được thực hiện ở tất cả các cấp học Điều này được thể hiện qua chủ trương của Đảng và nhà nước, qua việc đổi mới chương trình, nội dung dạy học và đặc biệt qua đổi mới phương pháp dạy và cách học của người học Với mục đích chuyển từ việc trang bị kiến thức sang trang bị những kỹ năng cơ bản, toàn diện cho người học, để từ đó phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học [ 3 ]

Vật lý là một môn học gắn với nhiều kiến thức thực tế, nhiều kiến thức được kiểm chứng bằng thực nghiệm Dạy học vật lý sử dụng các phương tiện, các thiết bị dạy học góp phần đổi mới phương pháp dạy học, đổi mới cách học là rất cần thiết Tuy nhiên hiện nay hầu hết các tiết dạy vật lý ở rất nhiều trường trung học chưa sử dụng, hoặc ít sử dụng các phương tiện dạy học, do đó học sinh ít được trải nghiệm với các kỹ năng thực hành, điều này chưa đáp ứng được

với sự đổi mới toàn diện nền giáo dục nước nhà, Vì vậy tôi đã chọn đề tài “ Bồi

dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học phần quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông” để nghiên cứu

+ Nội dung phần quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông

+ Hoạt động dạy học vật lý 11 ở trường trung học phổ thông

4 Giả thuyết khoa học

Nếu bồi dưỡng cho học sinh tư duy vật lý kỹ thuật trong dạy học phần quang hình học vật lý lớp 11 thì sẽ tăng cường được khả năng vận dụng kiến thức cho học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học ở trường trung học phổ thông

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc tổ chức quá trình dạy học vật lý nói

chung và quá trình dạy học có ứng dụng kỹ thuật của vật lý nói riêng theo hướng tăng cường và bồi dưỡng tư duy về vật lý kỹ thuật cho học sinh

- Xác định nội dung các kiến thức có ứng dụng kỹ thuật trong phần quang

hình học vật lý 11 trung học phổ thông

- Tìm hiểu tình hình dạy và học phần quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông hiện nay, để từ đó thấy được những khó khăn của người dạy cũng như người học từ đó tìm ra nguyên nhân khó khăn này trong quá trình dạy và học

- Soạn thảo tiến trình dạy học một số bài trong phần quang hình học vật lý

11 trung học phổ thông theo hướng sử dụng các thiết bị dạy học để bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh

- Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã xây dựng nhằm đánh giá tính khả

thi của đề tài, bổ sung, chỉnh sửa để hoàn thiện tiến trình dạy học và sơ bộ đánh giá được hiệu quả của nó đối với việc bồi dưỡng tư duy về vật lý kỹ thuật cho học sinh

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

Nghiên cứu tài liệu lý luận dạy học để làm sáng tỏ những quan điểm đề tài sẽ vận dụng tổ chức tình huống học tập, hướng dẫn học sinh tự lực giải quyết vấn đề trong dạy học vật lý nói chung và trong dạy học các ứng dụng kỹ thuật của vật lý nói riêng

Nghiên cứu nội dung, chương trình SGK, SGV và các tài liệu liên quan để xác định các kiến thức về những ứng dụng kỹ thuật của chương quang học mà

học sinh cần nắm vững

- Phương pháp thực nghiệm:

Tìm hiểu thực trạng quá trình dạy học vật lý ở trường THPT

Dạy học một số tiết có sử dụng thiết bị dạy học

- Phương pháp thống kê:

+ Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm bằng thống kê toán học

7 Đóng góp của luận văn

- Hệ thống một cách logic cơ sở lý luận về bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật

và giáo dục kỹ thuật tổng hợp trong dạy học vật lý trung học phổ thông

- Xây dựng được năm tiến trình dạy học bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học phần quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương

Chương 1: Cơ sở lý luận của việc bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học

sinh trong dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông

Chương 2: Bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học

phần quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC BỒI DƯỠNG TƯ DUY VẬT LÝ

KỸ THUẬT CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ

Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

1.1 Nhận thức và hoạt động nhận thức vật lý của học sinh

1.1.1 Các dạng hoạt động nhận thức của học sinh

Theo A.N.Leonchiep thì Lê Nin đã viết : “Từ trực quan sinh động đến tư

duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn, đó là con đường biện chứng của nhận thức chân lý của sự nhận thức hiện thực khách quan”[1] Như vậy bản chất của quá trình nhận thức là sự hiểu biết của con người về tự nhiên

và xã hội

Trong hoạt động nhận thức của con người thì nhận thức cảm tính được xem

là bước đầu tiên của quá trình nhận thức, trong đó cảm giác là hình thức phản ánh thấp, tri giác là hình thức phản ánh cao hơn Muốn nhận thức đầy đủ về thế giới thì con người không chỉ dừng lại ở quá trình nhận thức cảm tính, mà cần đạt tới quá trình nhận thức cao hơn đó là tư duy Tư duy là quá trình nhận thức phản ánh những thuộc tính bản chất, những mối liên hệ có tính quy luật của sự vật hiện tượng trong hiện thực khách quan Tư duy của con người không chỉ dừng lại ở các thao tác thông thường mà phải sử dụng trí tuệ, tính khái quát, tính trừu tượng Con người bắt đầu tư duy khi bắt đầu nảy sinh những vấn đề cần phải giải quyết, những vấn đề phức tạp “Tư duy sáng tạo luôn bắt đầu bằng một tình huống có vấn đề” ( Rubinstien)[14] Tư duy và cảm tính là hai quá trình luôn gắn liền với nhau, quá trình tư duy luôn phải dựa vào nhận thức cảm tính, chứa đựng thành phần cảm tính Ngược lại tư duy lại tác động trở lại đối với thức cảm tính, làm cho quá trình nhận thức của con người nhạy bén hơn, mang tính lựa chọn hơn [7]

Trong quá trình dạy học đòi hỏi giáo viên cần sử dụng các phương pháp, các

câu hỏi gợi mở, gợi ý phù hợp để kích thích quá trình tư duy của học sinh vì vậy

để quá trình tư duy có kết quả thì chủ thể cần phải tiến hành những thao tác cụ thể về trí tuệ như: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng, khái quát hóa

1.1.2 Các phương pháp đặc trưng trong hoạt động nhận thức vật lý của học sinh

Quá trình nhận thức vật lý cần phải đa dạng vì sự vận động của sự vật hiện

tượng cũng đa dạng và phong phú Nhận thức vật lý là nhận thức những tính chất vận động đơn giản ban đầu của sự vật hiện tượng, sau đó đi sâu vào bản chất của các hiện tượng, để tìm ra những quy luật chung, những mối liên hệ định tính và định lượng giữa chúng

Có thể nói Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm vì vậy việc nhận thức vật lý đòi hỏi người học phải gắn liền giữa lý thuyết và thực hành [13] Trong chương trình THPT thì môn vật lý góp phần chuẩn bị cho học sinh những kỹ năng ban đầu cần thiết để học sinh chuẩn bị bước vào cuộc sống lao động sản xuất Vì vậy trong dạy học vật lý cần phải tạo ra cho học sinh tiếp cận và lĩnh hội những phương tiện kỹ thuật trong nước cũng như thế giới Để quá trình nhận thức có hiệu quả thì quá trình học của học sinh phải gắn liền giữa lý thuyết và thực hành

Trong quá trình học của học sinh, để quá trình nhận thức vật lý có hiệu quả thì học sinh cần phải được rèn luyện để có thể tự chiếm lĩnh tri thức trên

cơ sở nhận thức cảm tính đến quá trình tư duy, học sinh phải có kỹ năng, kỹ xảo thực hiện các thao tác tư duy, phải có phương pháp suy luận và đặc biệt phải có khả năng tư duy trừu tượng, tư duy logic, tư duy sáng tạo [12], [13] Quá trình nhận thức vật lý đòi hỏi người học cần vận dụng các phương pháp đặc trưng như: Phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự, phương pháp mô hình Đồng thời phải kết hợp với các phương pháp chung của các ngành khoa học như: Phân tích, tổng hợp, so sánh, quy nạp, diễn dịch Phương pháp phân tích thường được dùng ở giai đoạn đầu, phương

pháp tổng hợp thường được dùng ở giai đoạn cuối của quá trình nhận thức, còn các phương pháp khác được sử dụng để bổ sung cho nhau trong quá trình nhận thức

Bộ môn vật lý liên quan chặt chẽ với các môn khoa học khác vì vậy chúng ta thường sử dụng chúng như là công cụ khoa học để hổ trợ quá trình nhận thức vật

lý Vì vậy học sinh cần được trang bị những kiến thức cần thiết về các môn khoa học khác để nhận thức đầy đủ, chính xác khoa học vật lý

Trong quá trình dạy học vật lý, giáo viên cần phải thường xuyên bồi dưỡng những kiến thức vật lý liên quan đến cuộc sống để học sinh áp dụng vào thực tiễn

1.1.3 Hoạt động nhận thức và biểu hiện của tích cực tự lực nhận thức

Theo L.I Leznikop [14] thì hành động chính của hoạt động nhận thức vật lý là:

1 Quan sát hiện tượng tự nhiên, nhận biết đặc tính bên ngoài của sự vật, hiện tượng

2 Tác động vào tự nhiên ( hoặc phỏng theo hiện tượng tự nhiên bằng thí nghiệm) để làm bộc lộ những mối quan hệ, những thuộc tính của sự vật hiện tượng

3 Xác định mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng

4 Xác định mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng

5 Xây dựng những giả thuyết hay mô hình để lý giải nguyên nhân của hiện tượng quan sát được

6 Từ giả thuyết hay mô hình suy ra kết quả

7 Xây dựng phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả trên

8 Đánh giá kết quả thu được từ thí nghiệm

9 Khái quát kết quả để rút ra tính chất, quy luật hình thành các khái niệm, định luật và thuyết vật lý

10 Vận dụng kiến thức khái quát vài thực tiễn

Thế thì tính tích cực nhận thức là gì? Đã có nhiều quan niệm về tính tích cực

tự lực nhận thức I.F Kharlamôp [6] cho rằng: “Tính tích cực nhận thức trong học tập là trạng thái hoạt động của học sinh, đặc trưng bởi khát vọng học tập, cố gắng, trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình nắm vững kiến thức”

Tính tích cực, tự lực của học sinh trong quá trình học tập được thể hiện qua

cử chỉ, hành vi, nét mặt biểu cảm, sự biến đổi tâm sinh lý, cường độ hoạt động mà chúng ta có thể quan sát, đánh giá được Tích cực, tự lực học tập có nghĩa là chủ động, tự giác làm việc, tự giác suy nghĩ, hành động để đạt được mục đích đề ra, vận dụng linh hoạt và sáng tạo trong học tập và thực tiễn cuộc sống [24]

Tính tích cực tự lực trong học tập là một nhiệm vụ quan trọng nhất cần được thực hiện thường xuyên để học sinh chuyển biến được vai trò của người học từ việc thụ động tiếp thu kiến thức, kỹ năng sang việc chủ động sáng tạo trong việc hình thành kỹ năng, kỹ xảo và vận dụng linh hoạt vào thực tế cuộc sống

Trong quá trình học tập thì tính tích cực, tự lực nhận thức vừa là mục đích hoạt động, vừa là phương tiện, vừa là kết quả của hoạt động học tập, là điều kiện

- Kiên trì thực hiện nhiệm vụ, nhẫn nại vượt khó khi giải quyết nhiệm vụ

- Khi tự lực lĩnh hội giải quyết được vần đề thì sau đó sẽ tái hiện được, vận dụng được khi gặp tình huống mới, có tính sáng tạo trong giải quyết vấn đề để tìm ra cái mới [8], [15]

1.1.4 Những nét đặc trƣng của tích cực hóa hoạt động nhận thức

Trong quá trình dạy học để phát huy tính tích cực, tự lực học tập của học sinh thì giáo viên cần thường xuyên tổ chức, hướng dẫn học sinh tự tìm hiểu, phát hiện và giải quyết vấn đề trên cơ sở những hướng dẫn, gợi ý của giáo viên Đặc trưng cơ bản của tính tích cực, tự lực trong quá trình học tập là tính nhân văn, tính hoạt động và vai trò mới của người giáo viên

* Tính nhân văn: Tính nhân văn trong giáo dục tích cực lấy người học làm trung tâm được thể hiện ở các điểm sau [9]:

- Giáo dục không chỉ phục vụ cho số đông mà còn phục vụ cho nhu cầu của

số đông

- Con người vốn sẵn những tiềm năng Giáo dục cần và có thể khai thác tối

đa các tiềm năng đó, đặc biệt là tiềm năng sáng tạo Vì vậy có thể nói học tập là sáng tạo

- Giáo dục tạo ra cho người học một môi trường, là tổ hợp thành tố để học sinh có thể tự giác, tự do ( trong suy nghĩ, trong việc làm), tự khám phá Các thành tố đó gồm: Hình thức học tập đa dạng, nội dung học tập phù hợp với khả năng và mong muốn của người học, quan hệ giữa giáo viên và học sinh, giữa học sinh với nhau là quan hệ hợp tác, dân chủ, bình đẳng

* Tính hoạt động thể hiện: Tối đa hóa sự tham gia hoạt động của người học với phương thức chỉ đạo là nhận thức, tự phát triển, tự thực hiện, tự kiểm tra đánh giá

Để cho học sinh được tham gia hoạt động nhận thức tích cực, tự lực trong quá trình học tập cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Người học được đặt ở vị trí chủ thể, tự giác, tích cực, tự lực, sáng tạo trong hoạt động nhận thức

- Quá trình dạy học phải dựa trên sự nghiên cứu của những quan niệm, kiến thức sẵn có của người học, khai thác sự thuận lợi, nghiên cứu những trở ngại, sai lầm trong kiến thức đó

- Mục đích của dạy học không chỉ là tri thức, kỹ năng bộ môn mà quan trọng hơn cả là việc dạy cho học sinh cách học, để học sinh tự học, tự hoạt động nhận thức, nhằm đáp ứng nhu cầu của bản thân và xã hội

* Vai trò mới của giáo viên: Giáo viên phải linh hoạt, sáng tạo và trách nhiệm cũng cao hơn:

- Lập kế hoạch giảng dạy: Mục đích, nội dung, phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức

- Biến ý tưởng dạy học của mình sang sự nhận thức tự lực, tự giác của người học

- Hướng dẫn, tổ chức quá trình học tập để học sinh có thể tự tìm tòi, tự phát hiện và tự giác giải quyết vấn đề học tập

- Đánh giá, hướng dẫn học sinh tự đánh giá hoạt động học tập của mình

Với định hướng tăng cường tính tích cực, tự lực hoạt động nhận thức trong quá trình học tập của học sinh thì: “ Thầy giáo vừa là người thiết kế, vừa góp phần thi công, vừa tự thiết kế quá trình học tập của mình ”[27]

Với cách dạy truyền thống thì quá trình dạy học của giáo viên là quá trình trình bày kiến thức chính xác, rõ ràng, trọng tâm Còn quá trình dạy học trong những năm gần đây đã thay đổi hoàn toàn, người giáo viên không chỉ có kiến thức mà còn phải đóng vai là người học, để từ đó thay đổi vai trò của người học, nhằm hướng tới việc phát huy tính tích cực, tự học và sáng tạo trong người học,

để từ đó người học tự chiếm lĩnh tri thức, kỹ năng cần thiết

1.1.5 Đặc trƣng của sự tích cực tự lực trong hoạt động nhận thức vật lý của học sinh

Ngoài những điểm mang tính chất đặc thù chung của tính tích cực, tự lực

hoạt động nhận thức khoa học, thì tính tích cực, tự lực trong hoạt động nhận thức vật lý cũng mang tính chất đặc thù, đó là:

- Có khả năng quan sát các hiện tượng vật lý, phân tích các hiện tượng vật lý phức tạp để xác lập trong chúng những mối liên hệ, dự đoán diễn biến của các

hiện tượng có thể xảy ra, giải thích hiện tượng, tìm thấy bản chất của các hiện tượng, các đại lượng, các định luật vật lý

- Từ các hiện tượng vật lý riêng lẻ, có thể khái quát hóa các hiện tượng đó,

đề ra giả thuyết và mô hình vật lý từ việc khái quát các hiện tượng Có năng lực thực hiện các phương pháp cơ bản của hoạt động nhận thức vật lý: Phương pháp

mô hình, phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự

- Có khả năng tư duy vật lý từ sự vật, hiện tượng vật lý đơn giản đến phức tạp, từ tư duy lý thuyết đến tư duy kỹ thuật Có khả năng thực hiện các thí nghiệm vật lý, đề xuất các phương án thí nghiệm

1.2 Ứng dụng kỹ thuật của vật lý và dạy học các ứng dụng kỹ thuật của vật

lý

1.2.1 Một số khái niệm về ứng dụng kỹ thuật của vật lý

Dựa trên các khái niệm, các nguyên lý, các định luật vật lý, con người chế tạo ra các thiết bị máy móc mà hoạt động của chúng dựa trên các nguyên lý, định luật vật lý, để sử dụng với mục đích nào đó trong kỹ thuật nó được hiểu là ứng dụng kỹ thuật của vật lý [5], [16] Theo quan niệm này thì chúng ta thấy trong chương trình vật lý phổ thông có rất nhiều ứng dụng vật lý được đề cập đến Ví dụ như: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ thì người ta đã chế tạo ra các loại máy điện và từ tính của nam châm điện được ứng dụng để chế tạo ra rơ

le điện từ

Trên nền tảng các kiến thức vật lý cơ bản thì việc nghiên cứu các ứng dụng

kỹ thuật vật lý được thực hiện bằng cách: Học sinh làm quen dần với những nguyên lý chủ yếu, đồng thời tạo cho học sinh những kỹ năng, kỹ xảo cần thiết trong việc sử dụng các công cụ đơn giản Nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật cần được tiến hành trên cả hai phương diện là lý thuyết và thực hành Vì vậy việc nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật của vật lý được xem là cầu nối giữa lý thuyết

và thực tiễn, giữa kiến thức vật lý với đời sống [21]

Việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tạo điều kiện giúp học sinh xác định tính

thống nhất giữa các trừu tượng ( định luật, khái niệm, nguyên lý ) và cái cụ thể ( các thiết bị, máy móc ) Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật là giai đoạn cũng cố kiến thức: Khái niệm, nguyên lý, định luật , giúp cũng cố sâu sắc kiến thức vật

lý Trong quá trình nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật, học sinh làm quen dần với việc vận dụng các kiến thức vật lý vào việc giải thích nguyên tắc hoạt động của một số ứng dụng kỹ thuật, hoặc tham gia vào quá trình chế tạo một thiết bị kỹ thuật đơn giản Ban đầu cho học sinh làm quen với mô hình, sau đó lắp ráp các thiết bị có sẵn, cuối cùng học sinh có thể thiết kế ra những thiết bị mới dựa trên các nguyên lý, định luật vật lý Quá trình này sẽ tạo điều kiện phát huy tư duy sáng tạo kỹ thuật của học sinh

Dựa trên ứng dụng kỹ thuật vật lý mà rất nhiều máy móc hiện đại đã được tạo ra và được ứng dụng vào thực tiễn cuộc sống Vì vậy ta thấy được vai trò to lớn của việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật vật lý để vận dụng vào thực tiễn

1.2.2 Dạy học các ứng dụng kỹ thuật của vật lý

Trong quá trình dạy học, giáo viên có thể sử dụng các sơ đồ nguyên lý, hình

vẽ kỹ thuật để chuyển tải đến học sinh bằng ngôn ngữ kỹ thuật nhằm làm sáng tỏ được nguyên tắc hoạt động của các thiết bị Kết quả của việc học sinh nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật của vật lý phải là sự lĩnh hội sâu sắc những khái quát hóa kỹ thuật [21] Để giúp học sinh thấy rõ mối quan hệ giữa sự phát triển vật

lý và kỹ thuật trong đời sống con người và sự phát triễn xã hội, thì cùng với việc nghiên cứu các thiết bị cụ thể, học sinh cần được vận dụng các kiến thức vật lý vào thực tiễn cuộc sống góp phần vào sự phát triển của xã hội Vật lý không chỉ

là nên tảng của kỹ thuật để phát triển kỹ thuật mà kỹ thuật cũng thúc đẩy khoa học phát triển để tạo ra những phương tiện hiện đại có thể nghiên cứu vật lý hiệu quả hơn

Trong dạy học vật lý, dạy học các ứng dụng kỹ thuật là việc sắp xếp các kiến thức vật lý trong các mối quan hệ có tính chất vật lý – kỹ thuật Thông qua việc nghiên cứu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kỹ thuật, học sinh xác

định được các mối quan hệ có tính quy luật vật lý tồn tại trong thiết bị, giải thích được hoạt động của các thiết bị dựa trên những định luật, định lý, nguyên lý vật

- Con đường thứ hai: Dựa trên các định luật, nguyên lý vật lý đã biết, học sinh đưa ra phương án thiết kế một thiết bị kỹ thuật nhằm giải quyết một yêu cầu kỹ thuật nào đó

1.2.3.1 Tổ chức dạy học các ứng dụng kỹ thuật vận dụng con đường thứ nhất

Dạy học các ứng dụng kỹ thuật theo con đường này thực chất là giải bài toán đã đầy đủ dữ kiện, học sinh chỉ vận dụng lý thuyết đã học để giải quyết vấn

đề Chúng ta có thể lập ví dụ cụ thể như khi nghiên cứu hoạt động của máy phát điện thì học sinh cần giải thích tại sao khi khung dây quay trong từ trường thì xuất hiện dòng điện? Và trong dạy học quang học nghiên cứu kính hiển vi thì một trong những điều cần giải thích là: Tại sao có thể dùng kính hiển vi để quan sát các vật rất nhỏ?

Dựa trên những định hướng này mà học sinh tìm các con đường giải thích theo phương pháp tư duy diễn dịch trên cơ sở đối chiếu với các định luật, các nguyên lý vật lý đã biết trong điều kiện cụ thể được quy định bởi cấu tạo của thiết bị kỹ thuật

Khi giải bài toán này học sinh sẽ gặp phải vấn đề khó khăn ở đây là: Trong

một thiết bị có rất nhiều bộ phận phức tạp vì vây học sinh cần phải phát hiện ra những bộ phận chính, những bộ phận có mối quan hệ vật lý để tìm ra những quy luật , để làm được điều này đòi hỏi học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như: Phân tích, tổng hợp trình này muốn có hiệu quả thì cần phải sử dụng mô hình để thay thế cho đối tượng cần nghiên cứu Trong dạy học các ứng dụng kỹ thuật thì cho mô hình vận hành không những tạo điều kiện cho học sinh dễ dàng phát hiện ra quy luật vật lý trong nó dễ dàng hơn mà còn minh họa được cho quá trình hoạt động thực của thiết bị

Để giải thích nguyên tắc hoạt động của các ứng dụng kỹ thuật học sinh cần liên kết các quan hệ vật lý theo tính quy luật, có tính nhân quả Ví dụ khi nhìn tổng thể máy biến áp thì học sinh chưa thể biết được đâu là bộ phận chủ yếu, nhưng khi phân tích tác dụng của máy biến thế thì học sinh lại thấy rõ được bộ phận chủ yếu là cuộn dây và lõi thép Trong khi giải thích nguyên tắc hoạt động của máy biến áp thì quan hệ có tính nhân quả là: Dòng điện xoay chiều qua cuộn

sơ cấp làm lõi sắt bị nhiễm từ, và vì dòng điện này biến đổi nên từ trường trong lõi sắt cũng biến đổi Còn quan hệ có tính quy luật là: Từ trường biến đổi xuyên qua cuộn thứ cấp sẽ tạo ra một suất điện động cảm ứng giữa hai đầu cuộn dây thứ cấp ( mạch hở) hoặc tạo ra một dòng điện xoay chiều trong cuộn thứ cấp ( mạch kín)

Như vậy chứng ta thấy rằng việc dạy học các ứng dụng kỹ thuật theo con đường thứ nhất có thể tiến hành theo các bước sau [21]:

Bước 1: Cho học sinh quan sát thiết bị gốc, trình bày mục đích sử dụng của

nó

Bước 2: Nghiên cứu cấu tạo thiết bị gốc để đưa ra mô hình của nó

Bước 3: Sử dụng mô hình để giải thích nguyên tắc hoạt động của thiết bị

trên cơ sở vận dụng các mối quan hệ có tính nhân quả hay có tính quy luật vật lý

đã biết

1.2.3.2 Tổ chức dạy học các ứng dụng kỹ thuật vận dụng theo con đường thứ hai

Việc dạy học các ứng dụng kỹ thuật theo con đường này thực chất giáo viên

đặt ra nhiệm vụ cho học sinh là: Đề xuất phương án thiết kế một thiết bị máy móc, một thiết bị kỹ thuật dựa trên các nguyên lý, định luật vật lý đã biết Việc

đề xuất phương án thiết kế một thiết bị kỹ thuật phải xuất phát từ định luật, nguyên lý vật lý, để làm được điều này đòi hỏi học sinh cần phải có tư duy vật lý

kỹ thuật

Ở đây giáo viên cần chú ý rằng: Những trường hợp riêng của quy luật, nguyên

lý vật lý đã biết có ý nghĩa định hướng tốt nhất đối với học sinh trong việc đề ra các phương án thiết kế các thiết bị kỹ thuật [21]

Ví dụ: Dựa trên nguyên lý: Khi khung dây chuyển động cắt các đường cảm ứng từ thì trong khung dây sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng Đây là cơ

sở định hướng để học sinh thiết kế máy phát điện Còn việc đưa dòng điện ra ngoài như thế nào thì học sinh phải sáng tạo ra các bộ phận mới gọi là các chi tiết kỹ thuật

Vận dụng con đường dạy học này chúng ta thấy khi học sinh đề xuất các phương án thiết kế ứng dụng kỹ thuật, thì sự thảo luận giữa các học sinh với nhau,

sự hướng dẫn của giáo viên sẽ giúp học sinh chọn được các ý tưởng cơ bản từ đó

có thể chế tạo được thiết bị theo yêu cầu đặt ra Để kiểm tra tính đúng đắn của ý tưởng thì việc đưa ra mô hình tương ứng và cho nó vận hành là giai đoạn hết sức quan trọng trong quá trình nhận thức Sau đó giáo viên bổ sung vào mô hình các chi tiết về mặt kỹ thuật của thiết bị được sử dụng trong thực tiễn Dạy học các ứng dụng kỹ thuật theo con đường thứ hai này có thể tiến hành theo các bước sau [14][15] [21]:

Bước 1: Ôn tập các kiến thức: Khái niệm, định luật, nguyên lý vật lý có liên

quan đến nguyên tắc hoạt động của thiết bị ứng dụng kỹ thuật

Bước 2: Đưa ra nhiệm vụ thiết kế một thiết bị ứng dụng kỹ thuật có chức

năng nào đó

Bước 3: Hướng dẫn học sinh vận dụng các mối quan hệ có tính quy luật,

tính nhân quả về vật lý đã biết để đề xuất những dự án thiết kế thiết bị đó Tổ chức cho học sinh thảo luận các dự án thiết kế thiết bị đã đề xuất để chọn phương án tốt nhất

Bước 4: Đưa ra mô hình tương ứng với dự án thiết kế đã lựa chọn và cho mô

hình vận hành để kiểm tra tính đúng đắn của thiết kế này

Bước 5: Bổ sung, hoàn thiện mô hình về phương diện kỹ thuật, phù hợp

trong thực tiễn và đưa ra vật thật hoặc mô hình có thêm các chi tiết kỹ thuật để học sinh có thể hiểu biết đầy đủ về ứng dụng kỹ thuật

Dạy học theo con đường thứ hai này có tác dụng tốt hơn đối với việc phát huy năng lực sáng tạo cho học sinh Việc dạy học các ứng dụng kỹ thuật mà nhiệm

vụ thiết kế chúng không quá phức tạp, phù hợp với trình độ học sinh thì có thể theo con đường này Trong quá trình giải quyết nhiệm vụ đặt ra, học sinh có thể gặp khó khăn, khi đó giáo viên sẽ hướng dẫn, giúp đỡ và định hướng cho học sinh

Việc dạy học theo con đường này còn tùy thuộc vào: Nội dung kiến thức về ứng dụng kỹ thuật ở các bậc học; tình hình trạng thiết bị ở trường phổ thông và trình độ của học sinh Khi nhiệm vụ thiết kế quá phức tạp, vượt quá yêu cầu của nội dung kiến thức ở bậc học thì nên dạy học theo con đường thứ nhất

1.3 Tƣ duy vật lý kỹ thuật và việc bồi dƣỡng tƣ duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học vật lý

Tư duy là một trong những công cụ tốt nhất để giúp con người nhận thức và cải tạo thế giới Theo phương pháp dạy học truyền thống thì dạy học đơn thuần

là quá trình truyền đạt tri thức đến người học Trong giai đoạn hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã tác động đến nhiều lĩnh vực trong xã hội và đang đặt ra những yêu cầu mới cho lĩnh vực giáo dục và trực tiếp là quá

trình dạy học Vì vậy dạy học không chỉ dạy kiến thức mà còn phải dạy cho học sinh cách để chiếm lĩnh tri thức, trong đó nhiệm vụ phát triển tư duy vật lý kỹ thuật trong quá trình dạy học là rất cần thiết

1.3.1 Khái niệm chung về tƣ duy và tƣ duy vật lý kỹ thuật

1.3.1.1 Một số khái niệm về tƣ duy

Tư duy trước hết là sự phản ánh ở trình độ cao bằng con đường khái quát hoá, hướng sâu vào nhận thức bản chất, quy luật của đối tượng

Tư duy là sản phẩm cao cấp của một dạng vật chất hữu cơ có tổ chức cao,

đó là bộ não của con người Trong quá trình phản ánh hiện thực khách quan bằng những khái niệm, phán đoán tư duy bao giờ cũng có mối liên hệ nhất định với một hình thức hoạt động của vật chất, với sự hoạt động của não người [19], [26] Tư duy là một quá trình nhận thức khái quát và gián tiếp những sự vật

và hiện tượng của hiện thực trong những dấu hiệu, những thuộc tính bản chất của chúng, những mối quan hệ khách quan, phổ biến của chúng, đồng thời cũng

là sự vận dụng sáng tạo những kết luận khái quát đã thu được vào những dấu hiệu cụ thể, dự đoán được những thuộc tính, hiện tượng, quan hệ mới [22] [26]

* Tư duy có những đặc điểm sau

- Tư duy phản ánh hiện thực khách quan vào trong đầu Bởi vậy, tư duy có quan hệ mật thiết với nhận thức cảm tính, sử dụng những tài liệu cảm tính, những kinh nghiệm thực tế, những cơ sở trực quan sinh động

- Tính trừu tượng và khái quát của tư duy: Tư duy phản ánh cái bản chất chung cho nhiều sự vật hiện tượng, đồng thời đã trừu xuất khỏi những sự vật, hiện tượng đó Nhờ tính chất trừu tượng và khái quát, tư duy có thể cho phép ta

đi sâu vào bản chất và mở rộng phạm vi nhận thức sang cả những sự vật, hiện tượng cụ thể mới mà trước đây ta chưa quen biết

- Tính gián tiếp của tư duy: Trong quá trình tư duy, quá trình hoạt động nhận thức của con người nhanh chóng thoát khỏi những sự vật cụ thể cảm tính

mà sử dụng những khái niệm để biểu đạt chúng, thay thế những sự vật cụ thể

bằng những ký hiệu, bằng ngôn ngữ [21]

- Tư duy liên hệ chặt chẽ với ngôn ngữ, ngôn ngữ là phương tiện, là hình thức biểu đạt của tư duy Ngôn ngữ cố định lại các kết quả của tư duy, nhờ đó làm khách quan hóa chúng cho người khác và cho cả bản thân chủ thể tư duy Không có ngôn ngữ thì bản thân quá trình tư duy không thể diễn ra được, đồng thời các sản phẩm của tư duy cũng không thể sử dụng được [21]

- Tính “có vấn đề”: Hoạt động tư duy chỉ bắt đầu khi con người đứng trước một câu hỏi về một vấn đề mà mình quan tâm nhưng chưa giải đáp được bằng những hiểu biết đã có của mình, nghĩa là gặp phải tình huống có vấn đề [21]

1.3.1.2 Khái niệm chung về tƣ duy và tƣ duy vật lý kỹ thuật

* Tƣ duy vật lý:

Tư duy vật lý là sự quan sát các hiện tượng vật lý, phân tích một hiện tượng

phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa chúng những mối quan hệ

và những sự phụ thuộc xác định, tìm ra mối liên hệ giữa mặt định tính và mặt định hướng của các hiện tượng và các đại lượng vật lý, dự đoán các hệ quả mới từ các lý thuyết và áp dụng những kiến thức khái quát thu được vào thực tiễn [24]

* Tƣ duy vật lý kỹ thuật

Tư duy kỹ thuật là một dạng của hoạt động tư duy phản ánh một cách khái quát và gián tiếp hiện thực khách quan nhằm giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật, các bài toán kỹ thuật trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật Do đặc điểm là dựa trên tư duy vật lý làm cơ sở nên “Tư duy vật lý kỹ thuật là vận dụng tư duy vật lý vào việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật, các nguyên lý kỹ thuật, các thiết bị kỹ thuật” [5] Cũng có những đặc điểm chung của tư, tư duy vật lý kỹ thuật còn có những đặc điểm rất riêng biệt

- Tư duy vật lý kỹ thuật có tính chất lý thuyết – thực hành

Đặc điểm này được thể hiện ở sự thống nhất giữa hai thành phần lý thuyết và thực hành, giữa trí óc và chân tay trong hành động Theo A.N Leonchiep [1] đã

nhấn mạnh câu nói của Lê Nin:“ Lý thuyết không được kiểm tra qua thực tiễn là

lý thuyết suông, thực tiễn không có lý thuyết dẫn đường là thực tiễn mù quáng”

Vì vậy lý thuyết và thực hành có mối quan hệ biện chứng với nhau Trong quá trình phát triển của khoa học, rất nhiều phát minh ra đời được kiểm chứng thông qua thực tiễn Ngược lại thực tiễn sản xuất lại bổ sung, hoàn thiện lý thuyết đó

và có thể làm nảy sinh lý thuyết mới Trong quá trình dạy học, học sinh tiến hành làm bài tập ứng dụng, thực nghiệm, khi đó thực hành sẽ tạo độ tin tưởng của học sinh vào lý thuyết giúp học sinh nắm vững lý thuyết hơn

Trong khi ở các lĩnh vực khác hoạt động tư duy chỉ diễn ra hoặc hình thành phần lý thuyết hoặc thành phần thực hành chiếm ưu thế hơn, thì tư duy vật lý kỹ thuật cho thấy kết quả tốt khi giải bài toán kỹ thuật phụ thuộc vào sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành Muốn phát triển tư duy vật lý kỹ thuật qua dạy nghề thì đòi hỏi người giáo viên phải nắm được đặc điểm này để vận dụng một cách hợp lý và có hiệu quả [24]

- Tư duy vật lý kỹ thuật có mối quan hệ chặt chẽ giữa hai thành phần khái

niệm và hình tượng trong hoạt động

Trong dạy học vật lý, để phát triển tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh cần

đặc biệt chú ý đến các kiến thức kỹ thuật Muốn phát triển tư duy vật lý kỹ thuật thì giáo viên phải sử dụng phương tiện trực quan trong dạy học kỹ thuật, để học sinh nắm vững những khái niệm kỹ thuật, và xây dựng các biểu tượng đúng, vững chắc làm cơ sở cho việc lĩnh hội lý thuyết tạo điều kiện cho quá trình nắm vững

và cụ thể hóa lý thuyết

- Tư duy vật lý kỹ thuật có tính chất thiết thực

Các vấn đề trong thực tế thường đa dạng, phức tạp, bất ngờ đòi hỏi giáo

viên phải giải quyết linh hoạt, nhanh chóng, vì vậy việc dạy học kỹ thuật không chỉ giúp học sinh nắm vững, hiểu sâu lý thuyết mà phải giải quyết được những vấn đề gặp phải trong thực tế Do đó thiết thực là một đặc điểm riêng của tư duy kỹ thuật Để đạt được những điều đó giáo viên phải dạy học sinh

bằng cách chuyển đổi nội dung học tập thành các tình huống, liên hệ và áp dụng kiến thức đã học vào thực tế, đảm bảo mối liên hệ giữa lý thuyết và thực hành trong dạy học

Dựa trên đặc điểm riêng của bài toán kỹ thuật mà tư duy kỹ thuật phải mang tính linh hoạt, sáng tạo, nhiều phương án do vậy khi dạy kỹ thuật cho học sinh không chỉ dừng lại ở việc trang bị kiến thức kỹ thuật vững vàng mà còn phải phát triển tư duy kỹ thuật cho học sinh [22]

*Cấu trúc của tư duy vật lý kỹ thuật

Tác giả L.I.Leznicop[ 14 ] rất đồng tình với mô hình khái niệm của

T.V.Cudnabxep.Theo T.V Cudnabxep thì ba thành phần lý thuyết, biểu tượng

và thực hành có vai trò ngang nhau và tác động qua lại biện chứng với nhau trong quá trình tư duy kỹ thuật tạo nên cấu trúc đặc trưng của tư duy kỹ thuật và biểu diễn theo sơ đồ sau [14]:

Sơ đồ 1.1 Cấu trúc của tư duy kỹ thuật

Từ những kết quả nghiên cứu về tâm lý học tư duy kỹ thuật, Cudnabxep cũng cho rằng “Tư duy kỹ thuật giống như tư duy lý thuyết – thực hành và tư duy khái niệm hình ảnh” Như vậy chúng ta cần đặc biệt chú ý và vận dụng mối liên hệ giữa ba thành phần trên trong quá trình dạy học để bồi dưỡng cho học sinh tư duy kỹ thuật đạt kết quả cao [14]

Từ những cơ sở lý luận trên ta có thể nhận thấy sơ đồ cấu trúc của tư duy vật

lý kỹ thuật được mô ta như sau [5]:

Khái niệm (Lý thuyết)

Hình ảnh ( Trực quan)

Thao tác ( Thực hành)

Sơ đồ 1.2 Cấu trúc của tư duy vật lý kỹ thuật [5]

Dựa vào sơ đồ này ta có thể nhận thấy mối quan hệ giữa trực quan, lý thuyết

và thực hành được xây dựng và phát triển trên cơ sở kết quả của tư duy vật lý

Tư duy vật lý kỹ thuật là sự kết hợp giữa tư duy vật lý và tư duy kỹ thuật được bồi dưỡng và phát triển có hiệu quả trong việc vận dụng kiến thức vật lý vào thực tiễn khoa học kỹ thuật

1.3.2 Bồi dƣỡng tƣ duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học vật

lý

1.3.2.1 Bồi dƣỡng tƣ duy vật lý cho học sinh trong dạy học giải quyết vấn đề

Trong dạy học giải quyết vấn đề giáo viên tạo ra những tình huống có vấn

đề, điều khiển học sinh phát hiện vấn đề, hoạt động tích cực và tự giác để giải quyết vấn đề, thông qua đó mà học sinh lĩnh hội tri thức, rèn luyện kỹ năng:

- Học sinh được giao một nhiệm vụ, một vấn đề cụ thể và cần phải được giải quyết từ sự nổ lực của bản thân

- Học sinh hoạt động tích cực, huy động các kiến thức đã học, các kỹ năng,

kỹ xảo cần thiết của mình để giải quyết nhiệm vụ, vấn đề đặt ra

Khái niệm (Lý ththuyết)

Hình ảnh

( Trực quan )

Thao tác ( Thực hành)

Tƣ duy vật

lý

- Mục đích dạy học giải quyết vấn đề không những là làm cho học sinh lĩnh hội được kết quả, mà còn làm cho học sinh phát triển khả năng giải quyết vấn đề trong cuộc sống [12] [18]

Dạy học giải quyết vấn đề có những mức độ sau: [18]

- Tự nghiên cứu vấn đề: Giáo viên tạo ra tình huống có vấn đề, học sinh độc lập nghiên cứu giải quyết vấn đề

- Đàm thoại giải quyết vấn đề: Trong quá trình học sinh giải quyết vấn đề có

sự tham gia gợi ý, góp ý, dẫn dắt của giáo viên khi cần thiết

- Thuyết trình giải quyết vấn đề: Ở mức độ học tập này học sinh độc lập thấp hơn hai hình thức trên, giáo viên tạo ra tình huống có vấn đề, sau đó giáo viên đặt vấn đề và trình bày quá trình suy nghĩ giải quyết, những kiến thức được trình bày không phải ở dạng sẵn mà là trong quá trình khám phá ra chúng

+ Quy trình dạy học giải quyết vấn đề: [18]

Sơ đồ 1.3.1.Các bước GQVĐ

Bước 1: Phát hiện hoặc thâm nhập vấn đề (tri giác vấn đề)

- Phát hiện vấn đề từ một tình huống gợi vấn đề

- Giải thích và chính xác hóa tình huống (khi cần thiết) để hiểu đúng vấn đề được đặt ra

- Phát biểu vấn đề và đặt mục tiêu giải quyết vấn đề đó

Bước 2: Tìm giải pháp (giải quyết vấn đề)

Tìm cách giải quyết vấn đề, thường được thực hiện theo sơ đồ sau:

Bước 1 Tri giác vấn đề

Bước 2 Giải quyết vấn

đề

Bước 3 Kiểm tra nghiên cứu trả

lời

Sơ đồ 1.3.2 GQVĐ

- Phân tích vấn đề: làm rõ mối liên hệ giữa cái đã biết và cái cần tìm (dựa vào những tri thức đã học, liên tưởng tới kiến thức thích hợp)

- Hướng dẫn học sinh tìm chiến lược giải quyết vấn đề thông qua đề xuất

và thực hiện hướng giải quyết vấn đề

- Kiểm tra tính đúng đắn của giải pháp: Nếu giải pháp đúng thì kết thúc ngay, nếu không đúng thì lặp lại từ khâu phân tích vấn đề cho đến khi tìm được giải pháp đúng

Bước 3 Trình bày giải pháp

- HS trình bày lại toàn bộ từ việc phát biểu vấn đề tới giải pháp Nếu vấn đề

là một đề bài cho sẵn thì có thể không cần phát biểu lại vấn đề

Bắt đầu

Đề xuất và thực hiện hướng giải quyết

Hình thành giải pháp

Kết thúc Giải pháp đúng Phân tích vấn đề

Bước 4 Nghiên cứu sâu giải pháp

- Tìm hiểu những khả năng ứng dụng kết quả

- Đề xuất những vấn đề mới có liên quan nhờ xét tương tự, khái quát hóa,

lật ngược vấn đề, và giải quyết nếu có thể

1.3.2.2 Bồi dƣỡng tƣ duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy hoc

Angorit hóa và trong dạy học thực hành

* Trong dạy học Angorit hóa [6] [23] Angorit thường được hiểu là bản ghi

chính xác, tường minh tập hợp những thao tác sơ đẳng, đơn trị theo một trình tự nhất định (tùy mỗi trường hợp cụ thể) để giải quyết bất kì vấn đề nào thuộc cùng một loại hay một kiểu

Trong dạy học , Angorit hóa được hiểu như một khái niệm dùng để chỉ “bản quy định kiểu angorit” có tính chất tương đối vì còn phụ thuộc vào yếu tố con người Việc vận dụng có thể theo các hướng như sau:

- Dạy Angorit của lời giải cho học sinh

- Dạy Angorit để tìm Angorit của lời giải

- Dạy các thao tác cần thực hiện để giải bài toán

- Không dạy Angorit có sẵn mà đặt học sinh vào tình huống có vấn đề để Angorit hóa cần đảm bảo các tính chất sau:

+ Tính xác định: Những thao tác ghi trong algorit phải đơn trị, nghĩa là hoàn toàn xác định (có hay không, đúng hay sai,…)

+ Tính đại trà: Angorit được xem là phương pháp chung cho phép giải quyết không chỉ một bài toán nào đó với điều kiện ban đầu cho trước mà còn cho một loạt các bài toán cùng loại

+ Tính hiệu quả: Khi giải các bài toán có điều kiện ban đầu như nhau thì angorit luôn hướng tới việc nhận được kết quả cần tìm

* Trong dạy học thực hành [5] [9] [17]

Trong quá trình dạy học thực hành thì giáo viên đóng vai trò chủ đạo trong hoạt động dạy học, ở đây giáo viên điều khiển chính con đường khoa học đó,

giáo viên phải làm mẫu để học sinh quan sát

Quá trình học thực hành diễn ra dưới sự chỉ đạo của hoạt động dạy thực hành, học sinh lĩnh hội tri thức, huy động kiến thức đã có, khả năng trí lực và tự điều khiển hay tự thể thức hóa kiến thức, qua đó học sinh hình thành những kỹ năng, kỹ xảo, cũng cố và khắc sâu kiến thức Dạy học thực hành thường trải qua các giai đoạn sau:

- Giáo viên hướng dẫn ban đầu

- Giáo viên hướng dẫn thường xuyên: Ở thời gian giáo viên phải thường xuyên giúp đỡ học sinh, giải thích các tình huống, tạo ra các tình huống có vấn

đề để học sinh được luyện tập, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo nghề nghiệp

- Giáo viên hướng dẫn kết thúc

Trong quá trình dạy học, mỗi phương pháp đều có thế mạnh riêng nhưng cũng

có điểm hạn chế, do vậy khi dạy học không phải chỉ có các phương pháp này mới giúp cho học sinh phát triển tư duy, giáo viên phải biết phối hợp các phương pháp dạy học khác một cách có hiệu quả nhằm đem lại kết quả tốt nhất cho học sinh

1.3.3 Một số biện pháp tổ chức hoạt động dạy học nhằm bồi dƣỡng tƣ duy vật lý kỹ thuật cho học sinh ở trung học phổ thông

Để tổ chức hoạt động dạy học theo hướng bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh đạt hiệu quả, theo chúng tôi cần chú trọng một số biện pháp sau đây:

- Chú trọng bồi dưỡng cho học sinh các phương tiện và công cụ tư duy, như ngôn ngữ vật lý, các khái niệm kỹ thuật có liên quan và khắc sâu cho học sinh các biểu tượng, khái niệm vì đây là công cụ của tư duy

- Tăng cường sử dụng các phương tiện trực quan để tạo hình ảnh trực quan cảm tính, ấn tượng ban đầu Đối tượng quan sát được lựa chọn phải mang tính điển hình, đại diện cho nhóm đối tượng cần phản ánh trong nghiên cứu

- Chú ý dạy học thực hành Trong dạy học thực hành tăng cường phương pháp làm mẫu để qua đó giúp học sinh nắm vững khái niệm, khắc sâu hình ảnh,

thành thạo thao tác vật chất, qua đó thao tác trí tuệ Thực hành giúp tư duy linh hoạt hơn, thiết thực hơn, đó chính là điểm đặc trưng của tư duy vật lý kỹ thuật [5]

- Tổ chức dạy học có nội dung phù hợp với logic nội dung vật lý – kỹ thuật

và logic của quá trình nhận thức, theo lý luận sự hình thành một tri thức mới cũng dựa vào hệ thống tri thức và kinh nghiệm đã có và tri thức mới này lại là

cơ sở hình thành tri thức mới khác [5]

- Cần thường xuyên chú ý rèn luyện cho học sinh thao tác cơ bản của tư duy như: Phân tích, tổng hợp, quy nạp, diễn dịch, so sánh thông qua việc giải quyết các bài toán kỹ thuật và vận dụng tư duy vật lý kỹ thuật vào thực tiễn sản xuất

- Đổi mới phương pháp dạy học theo hướng các kiến thức vật lý kỹ thuật và công nghệ và tăng cường giờ học thực hành cũng như vận dụng các kiến thức vật lý vào kỹ thuật công nghệ, các ứng dụng kỹ thuật trong đời sống con người,

xã hội

Kết luận chương 1

Việc bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật thông qua dạy học các ứng dụng kỹ thuật của vật lý là một trong những mục tiêu quan trọng của giáo dục trung học phổ thông Tuy nhiên hiện nay việc dạy học theo nội dung mới này chưa được thực hiện nhiều trong các nhà trường Vì vậy thông qua đề tài này chúng tôi muốn góp phần tích cực vào việc đổi mới phương pháp dạy học, rèn luyện cho học sinh những kỹ năng cần thiết về kỹ thuật, để học sinh làm quen dần với những vấn đề kỹ thuật Với đề tài “ Bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh trong dạy học phần quang hình học vật lý 11 trung học phổ thông” qua việc nghiên cứu các tài liệu về giáo dục học, lý luận và phương pháp dạy học vật lý

đã phân tích và hệ thống lý luận các vấn đề sau:

- Những nghiên cứu cơ sở lý luận của hoạt động của tư duy và nhận thức vật

lý của học sinh nói chung

- Kết quả nghiên cứu cơ sở lý luận dạy học các ứng dụng kỹ thuật của vật lý của học sinh THPT

- Những nghiên cứu cơ sở lý luận việc bồi dưỡng tư duy vật lý kỹ thuật cho học sinh

Vận dụng những cơ sở lý luận này chúng tôi áp dụng vào việc thiết kế tiến trình dạy học một số bài trong phần “Quang hình học” vật lý 11 trung học phổ thông

CHƯƠNG 2 BỒI DƯỠNG TƯ DUY VẬT LÝ KỸ THUẬT CHO HỌC SINH

TRONG DẠY HỌC PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÝ 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

2.1 Mục tiêu dạy học phần quang hình học

2.1.1 Theo chuẩn kiến thức – kỹ năng

* Kiến thức

- Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng và viết được biểu thức của định

luật khúc xạ ánh sáng

- Nêu được ý nghĩa của chiết suất

- Nêu được tính chất thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng và chỉ ra sự thể hiện tính chất này ở định luật khúc xạ ánh sáng

- Mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện để xảy ra hiện tượng này

- Mô tả được sự truyền ánh sáng trong cáp quang và nêu được các ứng dụng

về cáp quang

- Nêu được tính chất của lăng kính là làm lệch đường truyền của tia sáng

khi truyền qua nó

- Nêu được các khái niệm về thấu kính: Trục chính, trục phụ, tiêu điểm chính, tiêu điểm phụ, tiêu diện, tiêu cự và độ tụ của thấu kính

- Viết được công thức thấu kính và nêu rõ được các đại lượng

- Nêu được ý nghĩa của độ tụ thấu kính

- Nêu được số phóng đại ảnh tạo bởi thấu kính

- Nêu được tính chất của ảnh tạo bởi thấu kính

- Nêu được sự điều tiết của mắt khi nhìn vật ở điểm cực cận và cực viễn

- Nêu dược khái niệm góc trông ảnh, năng suất phân li của mắt

- Trình bày được đặc điểm các tật của mắt về mặt quang hình học và cách

- Vận dụng hiện tượng khúc xạ ánh sáng để giải thích được một số hiện

tượng thực tế thường gặp trong cuộc sống

- Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng để giải được một số bài tập

- Vận dụng được công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần

- Vẽ được các tia sáng đến và sau khi qua thấu kính để từ đó dựng được ảnh tạo bởi thấu kính hoặc hệ thấu kính

- Vận dụng công thức thấu kính để giải được một số bài tập

- Vẽ được ảnh tạo bởi kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn

- Giải thích được tác dụng tăng góc trông ảnh của các loại kính bổ trợ cho mắt

- Xác định được tiêu cự của thấu kính phân kỳ bằng phương pháp thực

nghiệm

* Thái độ

- Có thái độ nghiêm túc, tinh thần tự giác và tích cực trong học tập

- Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lý vào thực tiễn cuộc sống

- Đề xuất một số ý tưởng giải thích các hiện tượng, chế tạo một số thiết bị quang học

2.1.2 Mục tiêu đề xuất theo định hướng nghiên cứu của đề tài

- Nêu được phương án kiểm tra hiện tượng khúc xạ ánh sáng

- Nêu được phương án kiểm chứng định luật khúc xạ ánh sáng

- Xác định được chiết suất của một môi trường trong suốt thông qua hiện

tượng phản xạ toàn phần

- Vận dụng lý thuyết về hiện tượng khúc xạ để giải thích một số hiện tượng thực tế

- Vận dụng kiến thức về thấu kính hội tụ để giải thích một số hiện tượng thực tế

- Đề xuất được cách khắc phục tật cận thị, viễn thị và lão thị của mắt bằng cách đeo kính và chọn kính phù hợp

- Đề xuất nguyên tắc cấu tạo cũng như phương án chế tạo các loại kính bổ trợ cho mắt

2.2 Phân tích nội dung phần “Quang hình học” vật lý 11 trung học phổ thông [2]

Phần quang hình học có một vai trò quan trọng trong chương trình vật lý phổ thông, các ứng dụng của quang hình học trong cuộc sống rất nhiều, việc nắm vững kiến thức về phần này sẽ giúp học sinh có thể giải thích được rất nhiều hiện tượng diễn ra trong cuộc sống hàng ngày

Chương trình vật lý trung học phổ thông phần Quang hình học được xây dựng trong hai chương:

Chương VI: Khúc xạ ánh sáng

Chương VII Mắt và các dụng cụ quang học

Nhiệm vụ chủ yếu của phần Quang hình học trong chương trình vật lý phổ thông là cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản, những định luật cơ bản của quang hình học để từ đó giải thích được các vấn đề như:

- Sự tạo ảnh của các vật qua thấu kính ( kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn )

- Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn, ống nhòm

- Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của mắt về phương diện quang học

- Hoạt động của cáp quang, ứng dụng của sợi cáp quang trong nội soi

2.2.1 Các kiến thức về khúc xạ ánh sáng [2]

- Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng bị đổi phương truyền khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường mà ánh sáng truyền qua

- Định luật khúc xạ ánh sáng: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới Tia tới

và tia khúc xạ nằm ở hai bên pháp tuyến tại điểm tới Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ là một hằng số

2 21

v

v n

n n

Với n1 và n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1 và môi trường 2

- Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường

đó đối với chân không

- Ý nghĩa của chiết suất n: Cho biết tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường

đó nhỏ hơn n lần tốc độ truyền ánh sáng trong chân không

v

c

n

Vì v < c nên mọi môi trường đều có chiết suất > 1

- Biểu thức định luật khúc xạ có thể viết lại

n1.sini = n2.sinr

2.2.2 Phản xạ toàn phần

- Hiện tượng phản xạ toàn phần:

Khi ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn ( môi trường chiết quang)

sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn (môi trường chiết quang kém) thì khi góc tới đạt đến góc giới hạn thì tại mặt phân cách giữa hai môi trường sẽ xẩy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, lúc này không có tia khúc xạ nữa Lúc ánh sáng đi từ môi trường chiết quang sang môi trường chiết quang kém thì góc khúc xạ luôn lớn hơn góc tới, do đó khi tăng góc tới đến giá trị giới hạn thì góc khúc xạ bằng

900, sau đó nếu tăng tiếp góc tới thì không còn tia khúc xạ nữa Khi đó

21 1

- Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần:

+ Ánh sáng phải đi từ môi trường có chiết suất lớn ( môi trường chiết quang) sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn (môi trường chiết quang kém) + Góc tới phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn

- Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần:

+ Cấu tạo sợi quang học có lõi làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt

có chiết suất n1, lớp vỏ có chiết suât n2 < n1

+ Cáp quang là tập hợp nhiều sợi quang học

+ Sợi quang học được ứng dụng làm nội soi trong y học và trong công nghệ truyền thông tin liên lạc

+ Hai ưu điểm của cáp quang so với kim loại là: Cáp quang truyền được lượng dữ liệu lớn gấp hàng nghìn lần và ít bị nhiễu bởi trường điện từ bên ngoài

2.2.3 Lăng kính

- Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng chất, được giới hạn bởi hai

mặt phẳng không song song

- Các mặt bên, cạnh và đáy của lăng kính

- Đường đi của tia sáng qua lăng kính: Khi lăng kính đặt trong không khí, các tia sáng sau khi đi qua lăng kính(tia ló) luôn lệch về phía đáy của lăng kính

- Công thức của lăng kính: Gọi n là chiết suất tỉ đối của chất làm lăng kính

và môi trường đặt lăng kính

sini = nsinr sini’ = nsinr’

r + r’ = A

D = i + i’ – A

- Ứng dụng của lăng kính: Lăng kính phản xạ toàn phần được ứng dụng làm các kính tiềm vọng trong các tàu ngầm để làm đổi phương truyền của tia sáng, Trong ống nhòm người ta dùng hai lăng kính phản xạ toàn phần có các cạnh vuông góc với nhau để làm đổi chiều của ảnh

- Các khái niệm cơ bản:

+ Quang tâm O là một điểm trên thấu kính mà mọi tia sáng đi qua qquang tâm đều truyền thẳng

+ Trục chính là một đường thẳng đi qua quang tâm và vuông góc với các mặt của thấu kính Một thấu kính có một trục chính

+ Trục phụ là một đường thẳng đi qua quang tâm và không vuông góc với các mặt của thấu kính Một thấu kính có vô số trục phụ

+ Tiêu điểm vật chính F: Đặt một nguồn sáng trên trục chính của một thấu kính hội tụ và hứng chùm tia ló bằng một màn ành E, di chuyển nguồn sáng dọc theo trục chính cho tới khi thấy vệt sáng trên màn E có đường kính bằng đường khẩu độ của kính, lúc này chùm tia ló là chùm song song Vị trí của nguồn sáng trên trục chính để có chùm tia ló song song là tiêu điểm vật chính

Với thấu kính phân kỳ, ta chiếu một chùm sáng hội tụ vào thấu kính, ta tìm được một vị trí trên trục chính của điểm hội tụ để chùm tia ló song song với trục chính

+ Tiêu điểm ảnh chính F’: Chiếu một chùm tia sáng song song với trục chính, dùng màn E để hứng ảnh của chùm tia ló ta được một vệt sáng trên màn nhỏ nhất và sáng nhất thì đó là tiêu điểm ảnh chính của thấu kính hội tụ

Mỗi thấu kính có một tiêu điểm vật chính và một tiêu điểm ảnh chính, đối xứng nhau qua quang tâm

+ Khoảng cách từ quang tâm đến tiêu điểm chính là tiêu cự của thấu kính + Tiêu điểm phụ: Làm lại như trên đối với trục phụ ta cũng thu được các kết quả tương tự Có vô số tiêu điểm phụ

+ Tiêu diện: Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm vật chính gọi là tiêu diện vật Mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm ảnh chính gọi là tiêu diện ảnh

- Để vẽ đường đi của tia sáng qua thấu kính ta vẽ các tia đặc biệt sau đây: + Tia tới qua quang tâm thì truyền thẳng

+ Tia tới song song với trục chính thì tia ló ( đường kéo dài của tia ló) đi qua tiêu điểm ảnh chính

+ Tia tới ( đường kéo dài của tia tới) đi qua tiêu điểm vật chính thì tia ló song song với trục chính

+ Tia tới song song với trục phụ thì tia ló ( đường kéo dài của tia ló) đi qua tiêu điểm ảnh phụ

+ Tia tới ( đường kéo dài của tia tới) đi qua tiêu điểm vật phụ thì tia ló song song với trục phụ

- Khái niệm ảnh: Ảnh là điểm gặp nhau của chùm tia ló hoặc điểm gặp nhau của đường kéo dài của tia ló

- Vẽ ảnh của vật sáng, điểm sáng qua thấu kính: Sử dụng hai trong các tia đặc biệt ở trên, nếu chùm tia ló gặp nhau thật thì đó là ảnh thật, nếu chùm tia ló kéo dài gặp nhau thì đó là ảnh ảo

- Tính chất ảnh tạo bởi thấu kính:

* Đối với thấu kính hội tụ: