1 Sử dụng phương pháp GRAPH hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, Vật lí lớp 12 Nâng cao Applying GRAPH method in instructing students to solve practice on muscle wave
Trang 11
Sử dụng phương pháp GRAPH hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, Vật lí lớp
12 Nâng cao Applying GRAPH method in instructing students to solve practice on muscle wave
interference, Advanced Physics 12 NXB H : ĐHGD, 2012 Số trang 94 tr +
Hà Thị Minh Phượng
Trường Đại học Quốc gia Hà Nội; Trường Đại học Giáo dục Luận văn ThS ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học (bộ môn Vật lí);
Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn: TS Phạm Kim Chung
Năm bảo vệ: 2012
Abstract Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông hiện hành, các dạng Bài tập vật lý
(BTVL) phần giao thoa sóng cơ Hệ thống hoá các dạng bài tập và phương pháp giải các bài tập phần này Vận dụng phương pháp Graph để xây dựng các dạng graph giúp học sinh giải các bài tập hiệu quả Xây dựng tiến trình dạy học hướng dẫn học sinh giải bài tập theo phương pháp Graph Thực nghiệm sư phạm
Keywords: Vật lý; Phương pháp dạy học; Phương pháp Graph; Giao thoa sóng cơ
Content
MỞ ĐẦU
1 Lí do chọn đề tài
Trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, bài tập vật lí luôn giữ một vị trí đặc biệt quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lí Nghiên cứu thực tế việc giảng dạy bài tập vật lí ở các trường trung học phổ thông cho thấy việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vẫn còn rập khuôn theo các dạng bài và vận dụng công thức toán học để giải các bài tập Việc vận dụng kiến thức vật lí và các phương pháp nhận thức của vật lí để giải các bài tập đó còn hạn chế, ít quan tâm đến phát triển tư duy vật lí
Phương pháp Graph giúp xây dựng lôgíc tiến trình giải bài tập với tốc độ nhanh, hiệu quả Trong chương trình vật lí lớp 12 nâng cao, chương “Sóng cơ” có vai trò quan trọng trong việc tạo nền tảng kiến thức về các hiện tượng vật lí có bản chất sóng, việc dạy và học phần này hiệu quả, sẽ giúp cho học sinh học các phần sau hiệu quả hơn
Trang 22
Từ những lí do trên tôi chọn đề tài “Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài
tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao”
2 Mục tiêu nghiên cứu
Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao nhằm nâng cao kĩ năng giải bài tập cho học sinh
3 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông hiện hành, các dạng bài tập vật lí phần giao thoa sóng cơ Hệ thống hoá các dạng bài tập và phương pháp giải các bài tập phần này
- Vận dụng phương pháp Graph để xây dựng các dạng Graph giúp học sinh giải các bài tập hiệu quả
- Xây dựng tiến trình dạy học hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí bằng Graph
- Thực nghiệm sư phạm
4 Phạm vi nghiên cứu
Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao
5 Giả thuyết nghiên cứu
Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao sẽ giúp học sinh tích cực, chủ động trong việc hệ thống hóa kiến thức và nâng cao hiệu quả của quá trình giải bài tập
6 Phương pháp nghiên cứu
6.1 Nghiên cứu lí luận
- Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò của phương pháp Graph trong dạy học vật lí
- Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông hiện hành, nội dung sách giáo khoa cơ bản và nâng cao, các giáo trình, tài liệu hướng dẫn về phần giao thoa sóng cơ và những tài liệu tham khảo có
liên quan để xác định mức độ nội dung kiến thức và yêu cầu HS cần nắm vững
6.2 Nghiên cứu thực tiễn
- Điều tra thực tiễn việc sử dụng phương pháp Graph trong quá trình dạy của giáo viên và học của học sinh khi giải bài tập, phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao tại trường trung học phổ thông
6.3 Thực nghiệm sư phạm
- Tiến hành giảng dạy song song nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm ở trường trung học phổ thông theo phương án đã xây dựng
- Phân tích định tính và định lượng để đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của các biện pháp do đề tài đưa ra
Trang 33
7 Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài
Chương 2: Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật
lí lớp 12 nâng cao
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Bài tập vật lí và vai trò trong dạy học vật lí
1.1.1 Bài tập vật lí
Bài tập vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận lôgíc, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí
Bài tập vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích, hình thành các kiển thức, phát triển tư duy vật lí và rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn
1.1.2 Phân loại bài tập vật lí
Các loại bài tập vật lí như sau:
- Bài tập định tính
- Bài tập tính toán
- Bài tập thí nghiệm
- Bài tập đồ thị
1.2 Phương pháp giải bài tập vật lí
1.2.1 Các bước giải bài tập vật lí
Những bước giải bài tập như sau:
+ Tìm hiểu đầu bài
+ Phân tích hiện tượng
+ Xây dựng lập luận
+ Biện luận
1.2.2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập tính toán
Trong phạm vi đề tài luận văn, ta xét đến phương pháp xây dựng lập luận giải bài tập tính toán Có hai phương pháp xây dựng lập luận: phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp
Trang 44
1.3 Phương pháp Graph trong dạy học vật lí
1.3.1 Graph
Graph là một cấu trúc gồm các đỉnh và các cạnh (vô hướng hoặc có hướng) nối các đỉnh đó
1.3.2 Phân loại Graph
1.3.2.1.Graph vô hướng
Graph vô hướng G = (V, E) gồm tập V ≠ Ø mà các phần tử của nó gọi là các đỉnh và một tập
E mà các phần tử của nó gọ i là các cạnh
1.3.2.2 Graph có hướng
Graph có hướng G = (V, E) gồm tập V ≠ Ø mà các phần tử gọi là các đỉnh và một tập E mà các phần tử của nó gọ i là các cạnh, đó là các cặp sắp thứ tự của các phần tử thuộc V
1.3.3 Các bước lập graph giải bài tập vật lí
* Bước 1: Xác định các đỉnh của graph
* Bước 2: Thiết lập các cung
* Bước 3: Hoàn thiện graph (bố trí các đỉnh và các cung)
1.3.4 Giải bài tập vật lí bằng Graph
Quy ước: Cái đã cho – kí hiệu chữ hoa: A,B,C ) và cái phải tìm (X), thông qua các cái chưa biết (chữ thường: a,b,c)
Hai dạng Graph vô hướng và Graph có hướng, cụ thể như sau:
+ Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph vô hướng:
* Bước 1: Xác định các đỉnh của graph
Tóm tắt, phân tích đầu bài toán, xác định các đại lượng đã cho và đại lượng cần tìm Đặt vào các đỉnh
* Bước 2: Thiết lập các cung
Dựa vào các mối quan hệ giữa các đỉnh của gra ph, nối chúng lại để diễn tả mối liên hệ giữa các đỉnh
* Bước 3: Hoàn thiện graph
Xếp các đỉnh theo 1 lôgíc khoa học
G1(V1)
G2(V2)
c
D G3(V3)
X?
E1{A,a}
E2{B,b}
E3{C,c}
X(a,b)
Trang 55
Sơ đồ 1.1 Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph vô hướng
+ Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph có hướng
Graph có hướng cho thấy các bước giải cụ thể
Sơ đồ 1.2 Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph có hướng 1.4 Một số nguyên tắc sử dụng graph trong DHV L
- Tránh tính hình thức trong việc lập và sử dụng grap h
- Tránh lạm dụng graph
1.5 Thực trạng việc sử dụng phương pháp Graph trong DHVL
1.5.1 Mục đích điều tra tìm hiểu
Tìm hiểu tình hình dạy và học bài tập vật lí phần giao thoa sóng cơ học, vật lí lớp 12 nâng cao
ở trường THPT Thái Phiên thành phố Hải Phòng làm cơ sở thực hiện đề tài
1.5.2 Nội dung tìm hiểu
- Thực trạng trang thiết bị phục vụ bộ môn vật lí và phong trào chung của nhà trường
- Tình hình dạy của giáo viên
- Tình hình học tập của học sinh
- Tìm hiểu thực trạng của việc ứng dụng Graph vào dạy học bài tập vật lí
1.5.3 Phương pháp điều tra tìm hiểu
- Gặp gỡ lãnh đạo nhà trường, trao đổi
- Dự giờ, gặp và trao đổi với tổ trưởng bộ môn và giáo viên bộ môn
- Nghiên cứu giáo án của các giáo viên trong tổ khi dạy về giải bài tập phần giao thoa sóng
cơ, vật lí lớp 12 nâng cao
- Trao đổi trực tiếp với học sinh lớp 12 của trường
- Nghiên cứu vở bài tập của học sinh về phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao
- Dự giờ, quan sát học sinh học trên lớp khi học về phương pháp giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao
G1(a,b)
c
G2
G3
G2’(a,b)
X(a,b)
Trang 66
1.5.4 Kết quả điều tra tìm hiểu
Về hoạt động dạy của giáo viên, qua tìm hiểu cho thấy: sự tiếp thu kiến thức phần giao thoa sóng
cơ, vật lí lớp 12 nâng cao của học sinh chỉ ở mức ghi nhớ máy móc, chưa nắm vững được các khái niệm
cơ bản trong phần này; vận dụng một cách khó khăn các trường hợp tương tự khi đã có sự thay đổi
1.6 Kết luận chương 1
Bài tập vật lí có vai trò quan trọng trong việc rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vật lí giải quyết các vấn đề thực tiễn, việc giải bài tập vật lí đòi hỏi những suy luận lôgíc, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí Việc giải bài tập đòi hỏi sự tư duy định hướng một cách tích cực
Phương pháp Graph là phương pháp khoa học sử dụng graph để mô tả sự vật, hoạt động, cho phép hình dung một cách trực quan các mối liên hệ giữa các yếu tố trong cấu trúc của sự vật, cấu trúc lôgíc của qui trình triển khai hoạt động (con đường từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc hoạt động) giúp con người qui hoạch tối ưu, điều khiển tối ưu các hoạt động Graph có tác dụng mô hình hoá các đối tượng nghiên cứu và mã hoá các đối tượng đó bằng một loại “ngôn ngữ” vừa trực quan, vừa cụ thể và
cô đọng
Việc sử dụng Graph trong hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí giúp học sinh thu nhận kiến thức một cách khoa học hơn, hiểu vấn đề một cách khái quát hơn
Trên cơ sở nghiên cứu lí thuyết về Graph, đề tài nghiên cứu sử dụng vô hướng và graph có hướng để hỗ trợ việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí, cụ thể là sử dụng graph vô hướng để tìm mối quan hệ giữa các đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm, từ đó xây dựng graph có hướng để xác định các bước giải bài tập vật lí
Trên cơ sở tìm hiểu tình hình dạy và học bài tập vật lí nói chung và phần giao thoa sóng cơ học, vật lí lớp 12 nâng cao nói riêng ở trường THPT Thái Phiên thành phố Hải Phòng, xác định khó khăn của giáo viên khi dạy và học sinh khi học giải bài tập vật lí, đồng thời tìm hiểu thực trạng của việc sử dụng Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí Từ đó xây dựng phương án xây dựng Graph hỗ trợ hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí
CHƯƠNG 2
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GRAPH HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN GIAO THOA SÓNG CƠ VẬT LÍ LỚP 12 NC 2.1 Yêu cầu về kiến thức, kỹ năng
2.1.1 Yêu cầu về kiến thức
Trên cơ sở nghiên cứu chương trình, nội dung và các dạng bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật
lí lớp 12 nâng cao, đề tài xác định yêu cầu về kiến thức cơ bản để học sinh giải tốt các bài tập vật lí phần này
Trang 77
2.1.2 Yêu cầu về kỹ năng
Nghiên cứu các dạng bài tập phần này, đề tài xác định yêu cầu về kĩ năng để học sinh giải tốt các bài tập vật lí
2.2 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí bằng Graph
Chúng tôi xây dựng quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí gồm 4 bước như sau:
* Bước 1 Phân tích bài toán, xây dựng graph vô hướng định hướng tìm lời giải
* Bước 2 Thiết lập các phương trình, xây dựng Graph có hướng xác định các bước giải
* Bước 3 Giải bài toán theo các bước đã lập
* Bước 4 Trình bày lời giải
Căn cứ vào Graph có hướng và kết quả tính toán để giải bài toán
Ví dụ: Trong thí nghiệm giao thoa trên mặt nước có 2 nguồn kết hợp S1, S2 dao động cùng pha, cùng tần số f = 10 Hz Tại điểm M cách S1, S2 lần lượt là d1 = 16cm, d2 = 10cm có một cực đại Giữa M và đường trung trực S1S2 có hai cực đại Tìm tốc độ truyền sóng
* Bước 1 Phân tích bài toán, xây dựng graph vô hướng định hướng tìm lời giải
Tóm tắt đầu bài:
f=10Hz, d 1 =16cm, d 2 =10cm
C(M,d) -> k =2
v = ?
Mỗi đại lượng ta đặt vào một đỉnh, đồng thời căn cứ trên yêu cầu đòi hỏi xác định v, cần xác định , vậy ta đặt vào 1 đỉnh Dựa vào các quan hệ giữa các đại lượng để xác định các cung
Sơ đồ 2.1 Sử dụng Graph vô hướng để phân tích bài toán
* Bước 2 Thiết lập các phương trình, xây dựng Graph có hướng xác định các bước giải
f d1
k
c
v?
E1 = |d1-d2|/k+1
E2 v = λ f E1
E2 G1
G2
G1(f,d1,d2)
G2 (c,k)
n ĐK cực đại
n= k+1
= |d1-d2|/k+1
v?
v = λ f
Trang 88
Sơ đồ 2.2 Sử dụng Graph có hướng xác định bước giải bài toán
* Bước 3 Giải bài toán theo các bước đã lập
1 2 1 2 1
k
d d n
d d n
d
E2 v = λ f = 2.10 = 20 cm/s
* Bước 4 Trình bày lời giải
Ta có giữa trung trực S1S2 và M có k cực đại , suy ra n = k +1
1
1 2 1 2 1
k
d d n
d d n
d
= 2 cm
v = λ f = 2.10 = 20 cm/s
2.3 Xây dựng hệ thống bài tập và Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng
cơ
2.3.1 Kiến thức, kĩ năng cần thiết để giải bài tập chương Sóng cơ
Theo chương trình môn Vật lí lớp 12 trung học phổ thông (nâng cao), những kiến thức, kĩ
năng cơ bản phần sóng cơ như sau:
1 Xác định bước sóng
2 Thiết lập phương trình sóng
3 Xác định độ lệch pha giữa 2 điểm cách nguồn một khoảng x 1 , x 2
4 Xác định điều kiện và các đặc điểm giao thoa sóng:
a Xác định điều kiện giao thoa
b Xác định phương trình sóng tại một điểm
c Xác định các đặc điểm khi có giao thoa sóng
5 Xác định điều kiện và các đặc điểm giao thoa sóng trên dây – hiện tượng sóng dừng
a.Xác định điều kiện để có sóng dừng và đặc điểm sóng dừng
b Thiết lập phương trình sóng dừng trên sợi dây
6 Xác định các đặc điểm của sóng âm
a Xác định cường độ âm
b Xác định mức cường độ âm
c Xác định tần số âm được phát ra bởi nhạc cụ
2.3.2 Các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí 12
nâng cao
Trên cơ sở phân tích trên, đề tài soạn hệ thống bài tập theo các dạng đã xác định và xây dựng
các graph để hướng dẫn giải bài tập
Trang 99
Ví dụ đối với dạng “Viết phương trình sóng tại M cách S1, S2 lần lượt là d1, d2”, bài tập và graph cũng như lời giải như sau:
Bài 1: Trên mặt nước có hai nguồn kết hợp S1,S2 cách nhau 12 cm dao động với phương trình u = 2.cos80πt cm Viết phương trình sóng tại M cách S1,S2 lần lượt là 10cm và 6 cm, biết tốc độ truyền sóng trên mặt nước v = 0,8 m/s
* Bước 1 Phân tích bài toán, xây dựng graph vô hướng
d=12cm, u = 2.cos80πt cm
M: d1=10, d2=6cm, v = 0,8 m/s
uM = ?
Sơ đồ 2.3 Graph vô hướng bài toán 1
* Bước 2 Xây dựng Graph có hướng
Sơ đồ 2.4 Graph có hướng bài toán 1
* Bước 3 Giải bài toán
E1 : v = 80 cm/s , f = 40 Hz = v/f =2 cm
E2 uM = 2.2 4
2 cos
.cos(80πt - 16)
2
uM = 4cos(80πt - 8π) cm
* Bước 4 Trình bày lời giải
G2
G1(d1,d2)
G2 (d,u)
= v/f
u
M
E2: u M = 2a.cos d
.cos( t (d1d2))
E2
d
d2
E
1
u
uM
E1 u = 2.cos80πt cm
E2: uM = 2a.cos d
.cos[t (d1 d2)]
E1
E2
f
Trang 1010
Ta có công thức: uM = 2a.cos d
.cos( t (d1d2))
v = 80 cm/s , f = 40 Hz = v/f =2 cm
=> uM = 2.2 4
2 cos
.cos(80πt - 16)
2
uM = 4cos(80πt - 8π) cm
2.4 Xây dựng tiến trình dạy học giải bài tập vật lí bằng Graph
Dựa trên tư tưởng “bài toán con đường ngắn nhất” của lý thuyết graph trong dạy học, nhằm thực hiện bài toán theo hướng tối ưu hoá, tức là xác định các phương án khác nhau để triển khai bài học Phát huy trí tưởng tượng không gian; biết quy lạ về quen; rèn luyện tư duy lôgic cho học sinh
Sử dụng Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí có tổ chức cho học sinh sử dụng cả ở trên lớp
và tự học ở nhà:
- Ở trên lớp, thực hiện các hoạt động dưới sự tổ chức của giáo viên để tự lập được graph nội dung (hệ thống hoá khái niệm), qua đó hiểu bản chất vấn đề, chiếm lĩnh tri thức nội dung học tập
- Ở nhà, học sinh tự học bằng graph để ghi nhớ nội dung bài học và có thể vận dụng linh hoạt trong các trường hợp cần thiết
Căn cứ vào các kiểu Graph và cách xây dựng Graph cũng như tác dụng của các Graph đó, kết hợp với các bước giải bài tập vật lí nói chung, chúng tôi xây dựng tiến trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí gồm các hoạt động như sau:
* Hoạt động 1: Ôn tập (kiểm tra bài cũ)
Trong hoạt động này, giáo viên hướng dẫn học sinh ôn lại các kiến thức liên quan đến các dạng bài tập Giáo viên có thể sử dụng Graph để hệ thống hóa các kiến thức liên quan
* Hoạt động 2: Giao bài tập
Giáo viên nêu đề bài và hướng dẫn học sinh tìm hiểu đề bài, phân tích hiện tượng Trong hoạt động này giáo viên nêu đề bài còn học sinh tự suy nghĩ giải quyết, ngoài việc thực hiện vai trò cố vấn cho học sinh khi cần thiết (gợi ý, giải đáp các thắc mắc, chi chưa rõ của đề bài ) Giáo viên phân tích, ghi trên bảng các bài tập điển hình, nêu các câu hỏi, tổ chức và động viên tập thể học sinh tham gia vào công việc giải bài toán đặt ra
Giáo viên hướng dẫn học sinh thực hiện:
1 Tìm hiểu đề bài
a) Ở bước này cần xác định rõ các điều kiện và làm rõ ý nghĩa các thuật ngữ, các cụm từ quan trọng b) Ghi vắn tắt các điều kiện, có thể sử dụng các kí hiệu, vẽ hình hoặc sơ đồ nếu cần thiết
2 Phân tích hiện tượng
Phân tích nội dung BT với mục đích làm rõ bản chất Vật lí của các hiện tượng được mô tả trong bài, gợi lại trong đầu óc của HS những khái niệm, định luật có liên quan, cần thiết cho việc giải BT
