Xây dựng và sử dụng phim học tập trong dạy học phần cơ học vật lý 10 nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––– XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHIM HỌC TẬP TRONG DẠY HỌC PHẦN CƠ HỌC VẬT LÝ 10 NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2022 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––– XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHIM HỌC TẬP TRONG DẠY HỌC PHẦN CƠ HỌC VẬT LÝ 10 NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH Ngành: LÝ LUẬN VÀ PPDH BỘ MÔN VẬT LÝ Mã số: LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: THÁI NGUYÊN - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng hướng dẫn khoa học GS TS Đỗ Hương Trà PGS TS Vũ Thị Kim Liên Các số liệu luận án trung thực, khách quan chưa cơng bố cơng trình khoa học Tác giả ii LỜI CẢM ƠN Bằng tất lịng tơn trọng mình, tác giả xin cảm ơn gửi lời tri ân tới GS TS , người định hướng đề tài, động viên giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận án tất tận tâm nhiệt huyết Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí Bộ mơn LL&PPDH Vật lí trường ĐHSP-ĐH Thái Ngun; Ban giám hiệu, thầy giáo, cô giáo em học sinh trường THPT Bắc Sơn - Thái Nguyên tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trình học tập nghiên cứu Tác giả bày tỏ lời cảm ơn tới nhà khoa học chuyên ngành LL&PPDH Bộ mơn Vật lí có ý kiến đóng góp cho tác giả q trình nghiên cứu hoàn chỉnh luận án Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc gia đình, bạn bè, người thân giúp đỡ, động viên tác giả hoàn thành luận án Thái Nguyên, tháng năm 2022 Tác giả iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii viii MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Khách thể nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp luận án Cấu trúc luận án Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1 Các nghiên cứu dạy học bồi dưỡng lực NL GQVĐ học sinh Nghiên cứu sử dụng phim dạy học 12 Chương 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHIM HỌC TẬP TRONG VIỆC BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 15 Năng lực giải vấn đề 15 1 Khái niệm lực giải vấn đề 15 2 Các biểu lực giải vấn đề 16 Cấu trúc lực giải vấn đề 16 2 Dạy học bồi dưỡng lực giải vấn đề học sinh 19 2 Các biện pháp bồi dưỡng lực giải vấn đề 19 2 Dạy học giải vấn đề theo hướng bồi dưỡng NL GQVĐ học sinh 22 2 Tiến trình khoa học xây dựng vận dụng kiến thức dạy học vật lí 23 iv Xây dựng sử dụng phim trình dạy học 25 Khái niệm phim 25 Vai trị phim học tập dạy học vật lí 26 3 Phân loại phim học tập 28 Xây dựng lựa chọn phim học tập 30 Sử dụng phim học tập để bồi dưỡng lực giải vấn đề HS 35 Đánh giá NL GQVĐ dạy học có sử dụng phim học tập 37 Khái niệm đánh giá lực 37 Các nguyên tắc đánh giá lực 38 Công cụ đánh giá lực giải vấn đề 39 Thực trạng dạy học phát triển lực giải vấn đề việc sử dụng phim học tập dạy học vật lý 42 Thời gian cách thức điều tra 42 Đối tượng điều tra 42 Mục đích điều tra 43 Kết điều tra 43 Đề xuất giải pháp 51 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương 3: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHIM HỌC TẬP TRONG DẠY 52 HỌC KIẾN THỨC PHẦN CƠ HỌC VẬT LÍ 10 53 Phân tích đặc điểm nội dung kiến thức phần học Vật lí 10 53 1 Cấu trúc nội dung kiến thức phần học Vật lí 10 53 Mục tiêu dạy học phần học Vật lí 10 55 Thiết kế tiến trình dạy học có sử dụng phim học tập 56 Bài “Lực hấp dẫn” 56 2 Bài “Lực ma sát” 72 3 Bài “Lực hướng tâm” 85 Bài “Chuyển động ném” 101 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 103 102 103 v 1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 103 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 103 Đối tượng nội dung thực nghiệm sư phạm 103 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 103 2 Thời gian nội dung thực nghiệm sư phạm 105 Phương pháp thực nghiệm sư phạm lựa chọn thiết kế 105 Các phương pháp sử dụng thực nghiệm sư phạm 105 Lựa chọn thiết kế 105 4 Diễn biến kết thực nghiệm sư phạm 106 4 Kết thực nghiệm sư phạm vòng 106 4 Diễn biến kết thu thực nghiệm sư phạm vòng 109 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 127 Xây dựng tiêu chí đánh giá mức độ đạt NL GQVĐ 127 Nghiên cứu trường hợp: đánh giá phát triển NL GQVĐ học sinh 128 Đánh giá qua kiểm tra sau thực nghiệm sư phạm 134 Kết kiểm tra đánh giá lực tám học sinh 139 KẾT LUẬN CHƯƠNG KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KHUYẾN NGHỊ 141 143 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 145 146 PL69 NL thành tố Chỉ số hành vi pháp giải VĐ Các mức độ biểu hành vi Mức Mức Mức (1 điểm) (2 điểm) (3 điểm) tích thơng tin án GQ (Đề án, lựa chọn liên quan đến xuất phương án tối giả thuyết, ưu, lập kế VĐ; xác định thông tin cần phương án hoạch thực kiểm thiết để giải tra giả thuyết VĐ suy luận lí xuất Đề xuất Đề xuất Đề giải pháp để xác định Lập kế hoạch tọa độ vật ném ngang theo thời gian, diễn đạt kế cụ hoạch cụ thể thể để thực văn Từ việc phân giải pháp để xác định tọa độ vật ném ngang theo thời gian, diễn đạt kế hoạch cụ thể đồ, Từ việcsơphân giải pháp để xác định tọa độ vật ném ngang theo thời gian, thuyết minh kế hoạch cụ thể Từ việc phân tích CĐ ném ngang thành giải thành phần, pháp xác giải định tọa Thực giải độ vận tốc VĐ vật theo phương ngang pháp phương thẳng đứng tích CĐ ném ngang thành thành phần, xác định tọa độ vận tốc vật theo phương ngang phương thẳng đứng vẽ đồ thị x-t, y-t tích CĐ ném ngang thành thành phần, xác định được: tọa độ, vận tốc vật theo phương ngang phương thẳng đứng; vẽ đồ thị xt, y-t; xác định dạng quỹ đạocác củabước CĐ ĐG Thực ĐG điều chỉnh bước GQ cụ thể ĐG bước trình giải VĐ, ĐG bước trong trình trình giải VĐ, GQVĐ, phát PL70 NL thành tố Năng lực Các mức độ biểu hành vi Mức Mức Mức (1 điểm) (2 điểm) (3 điểm) trình thực phát phát sai sai sót, sai sót, khó khăn khó khăn, đưa sót, khó khăn đưa điều chỉnh thực điều chỉnh việc điều chỉnh So sánh ĐG kết ĐG cách Chỉ số hành vi kết từ PP dùng phần ĐG trình mềm phân tích GQVĐ điều video chỉnh việc với PP suy GQVĐ luận lý thuyết, rút kết luận Xembài xéthọc ứng đánh giá giải pháp, phát vấn đề tình giải Phát VĐ vấn đề cần giải dụng kết thu quy luật chuyển động ném xiên với góc ném khác thu từ PP dùng phần mềm phân tích video với chuyển động ném ngang nguyên nhân Xemkết xétquả kết thức xác định quy luật CĐ vật ném ngang: PP dùng phần mềm phân tích video Đề cải tiến làm tăng độ Xem xét kết thu quy luật CĐ ném xiên góc ném thu quy luật CĐ ném xiên góc ném 0 Phát kết thu giống với kết xem xét CĐ 0 Phát vấn đề CĐ ném xiên với góc ném CĐ ném ngang PL71 PHỤ LỤC 11 PHIẾU ĐÁP ÁN, PHIẾU TRỢ GIÚP, PHIẾU CUNG CẤP THÔNG TIN CÁC BÀI HỌC I Bài “Lực hấp dẫn” PHIẾU HỌC TẬP SỐ Khi đặt thêm cầu có khối lượng lớn phía vật nặng cân Chỉ số cân thay đổi nào, sao? Trả lời: Khi đặt thêm cầu có khối lượng lớn phía vật nặng cân, lực hấp dẫn cầu có khối lượng lớn tác động lên vật nặng làm giá trị cân tăng lên lượng nhỏ PHIẾU HỌC TẬP SỐ Từ công thức trọng lực lực hấp dẫn Trái Đất tác dụng lên vật, xây dựng cơng thức xác định khối lượng Trái Đất Từ xác định đại lượng cần có để xác định khối lượng Trái Đất Trả lời: Công thức trọng lực tác dụng lên vật (m): P = mg Lực hấp dẫn mà trái đất (M) tác dụng lên vật =� (m): � Trọng lực trường hợp riêng lực hấp dẫn, vậy: P = Fhd Hay �� = � ⟺�= Như vậy, để xác định khối lượng trái đất, cần tìm: g, r, m, G PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 Theo Niu-tơn vật vũ trụ hút lực gọi “Lực hấp dẫn”, vậy, lực hấp dẫn Trái Đất hút vật lực hấp dẫn vật hút Trái Đất có độ lớn khơng, sao? Trả lời: Lực hấp dẫn Trái Đất hút vật lực hấp dẫn vật hút Trái Đất có độ lớn nhau, điều tn theo Định luật III Newton Nêu cách xác định độ lớn lực hấp dẫn vật (coi chất điểm) có khối lượng m1, m2 cách khoảng r Từ xác định yếu tố ảnh hưởng tới độ lớn lực hấp dẫn hai vật Trả lời: Từ công thức � =� ta thấy yếu tố ảnh hưởng tới độ lớn lực hấp dẫn gồm: khối lượng hai vật khoảng cách vật PL72 PHIẾU HỌC TẬP SỐ Từ hình ảnh quan sát phim nhà du hành vũ trụ đi Mặt Trăng, đưa khác biệt nhà du hành vũ trụ Mặt Trăng so với nhà du hành vũ trụ bề mặt Trái Đất Trả lời: Từ hình ảnh quan sát phim nhà du hành vũ trụ đi Mặt Trăng, nhà du hành vũ trụ Mặt Trăng nhẹ nhàng so với nhà du hành vũ trụ bề mặt Trái Đất Mỗi bước giống nhảy bay lên đoạn rơi xuống Có cảm giác người mặt trăng nhẹ trái đất Hãy xác định độ lớn gia tốc rơi tự vật rơi Trái Đất rơi Mặt Trăng, từ so sánh trọng lượng người đứng Mặt Trăng với trọng lượng người đứng Trái Đất Trả lời: Độ lớn gia tốc rơi tự vật rơi Trái Đất là: �Đ = � �Đ �Đ rơi Mặt Trăng: � =� � � từ so sánh trọng lượng người đứng Mặt Trăng với trọng lượng người đứng Trái Đất Biết bán kính Trái đất lớn gấp lần bán kính Mặt trăng trái đất nặng mặt trăng 81 lần � � Đ = �� �� Đ = � � Đ = � � � � = 81/36 ≈ 2,25 Đ Vậy trọng lực tác dụng lên người bề mặt Trái đất lớn bề mặt Mặt trăng 2,25 lần II Bài “Lực ma sát” Phiếu đáp án: PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 Tại người đàn ơng lại di chuyển hai bờ tường thẳng đứng? Trả lời: Để di chuyển hai tường thẳng đứng, phản lực hướng lên từ bờ tường, người ta cần ấn mạnh vào tường để tăng áp lực (dẫn đến tăng lực ma sát cản người không bị rơi xuống) PL73 Hãy đưa phương án TN với dụng cụ HT sẵn có (bút chì, thước kẻ, vở…) để kiểm chứng nhận định Trả lời: Kẹp chặt cục tẩy thước kẻ thẳng đứng, lực ma sát nghỉ giữ cho cục tẩy không bị rơi xuống PHIẾU HỌC TẬP SỐ Ta biết tăng chiều dài thanh, làm tăng áp lực lên cửa theo phương ngang, trọng lực kéo xuống theo phương thẳng đứng Vậy làm tăng chiều dài xà đơn lại giúp xà đơn giữ chặt khung cửa? Trả lời: Vì đó, áp lực lên cửa tăng lên làm tăng lực ma sát cản trở chuyển động thanh, giúp giữ cố định cửa Hãy đưa phương án TN với dụng cụ HT sẵn có (bút chì, thước kẻ, vở…) để kiểm chứng nhận định Trả lời: Kẹp chặt cục tẩy thước kẻ thẳng đứng, lực ma sát nghỉ giữ cho cục tẩy không bị rơi xuống PHIẾU HỌC TẬP SỐ Tại tay ta giữ cho chổi không rơi? Trả lời: Khi tay nắm nhẹ, ta giữ chổi Nhưng nắm chặt, áp lực tay lên thân chổi tăng lên, lực ma sát giúp tay giữ chặt chổi Trình bày tượng tương tự thực tế sống Trả lời: Tay cầm chai nước,… PHIẾU HT HỌC TẬP Nhựa thơng có vai trị dây vĩ vĩ cầm? Trả lời: Nhựa thông làm tăng ma sát dây vĩ sợi dây đàn vĩ cầm, nhờ mà cọ sát với phát âm Trình bày biện pháp tương tự thực tế Trả lời: Bột rắc vào dây curoa để tăng lực ma sát dây curoa bánh xe PL74 III Bài “Lực hướng tâm” PHIẾU HỌC TẬP SỐ Có xe điều khiển từ xa, chuyển động thẳng (tiến lùi) Với sợi dây, để biến chuyển động thẳng thành chuyển động trịn? Trả lời: Buộc đầu dây vào thân xe, đầu dây lại giữ cố định Khi mở điều khiển cho xe chuyển động, xe CĐ tròn quanh điểm cố định PHIẾU HỌC TẬP SỐ Vật chuyển động tròn đều, chịu tác dụng lực gây gia tốc hướng tâm Hãy nêu phương chiều, độ lớn gia tốc hướng tâm Trả lời: Gia tốc hướng tâm có: - Hướng vào tâm quay - Độ lớn � = ; v tốc độ dài R bán kính quỹ đạo trịn Xác định phương, chiều, độ lớn lực gây chuyển động tròn phụ thuộc vào vận tốc dài vận tốc góc Trả lời: Áp dụng định luật II Newton vật chuyển động tròn đều: ⃗ = �� � ⃗ + Lực (hợp lực) tác dụng hướng với gia tốc hướng tâm + Độ lớn: � = �� =� =� � PHIẾU HỌC TẬP SỐ Giải tình đặt phim STT TÌNH HUỐNG Vì Mặt Trăng Gợi ý trả lời Khi Mặt trăng CĐ trịn quanh khơng rơi Trái xuống Trái đất, lực hấp dẫn đóng vai trị Đất? lực https://youtu hướng tâm Vì vậy, Mặt trăng be/fAfmDnxL4FE Xe vòng xiếc Khi xe đến điểm cao vòng https://you tròn xiếc, tốc độ đủ lớn, trọng tu be/y5nZ lực phản lực vòng xiếc đóng PL75 c0YX66g động trịn xe, giúp xe khơng rơi xuống Xe Khi xe lồng ngang, phản lực lồng ngang thành lồng đóng vai trò lực https://yout hướng tâm Ở tốc độ lớn, lực u be/iqdOeunLr58 hướng tâm lớn áp lực lên thành lồng Khi nghiêng xe làm tăng áp lực Xe mô tô nghiêng xe xe xuống mặt đất để vào cua vào tốc độ cao cua Điều giúp tăng lực ma https://youtu be/DHJQ76OhThY sát đóng vai trị lực hướng tâm để PHIẾU HỌC TẬP SỐ Chỉ hợp lực đóng vai trị lực hướng tâm Gợi ý trả lời: Lực đóng vai trò lực hướng tâm hợp lực trọng lực lực căng dây So sánh độ lớn hợp lực đóng vai trị lực hướng tâm vật chuyển động tròn tốc độ khác độ lớn hợp lực lực vật đứng yên Gợi ý trả lời: Hợp lực trọng lực lực căng dây: Khi vật đứng yên ⃗ +⃗ =0 � Hợp lực tác dụng lên vật Khi vật CĐ tròn tốc độ v > ⃗ +⃗=�⃗≠0 � � ⃗ hướng vào tâm quay, độ lớn ≠ PL76 PHIẾU HỌC TẬP SỐ Chỉ hợp lực đóng vai trị lực hướng tâm Gợi ý trả lời: Lực đóng vai trị lực hướng tâm hợp lực trọng lực lực ma sát phản lực mặt đế đặt vật So sánh độ lớn hợp lực đóng vai trị lực hướng tâm vật chuyển động tròn tốc độ khác độ lớn hợp lực lực vật đứng yên Gợi ý trả lời: Hợp lực trọng lực lực căng dây: Khi vật đứng yên Khi vật CĐ tròn tốc độ v > ⃗ +⃗=0 Hợp lực tác dụng lên vật ⃗+⃗+�⃗=�⃗≠0 � ⃗ hướng vào tâm quay, độ lớn ≠ PHIẾU HỌC TẬP SỐ (dành cho nhóm + + 3) Thiết kế TN chuyển động li tâm với dụng cụ: sợi dây, bóng tenis Gợi ý trả lời: buộc sợi dây vào bóng, đầu cịn lại dùng tay để quay trịn bóng tennis Khi bng tay, lực đóng vai trị lực hướng tâm khơng cịn nữa, vật CĐ li tâm rời xa tay quay PHIẾU HỌC TẬP SỐ (dành cho nhóm + + 6) Thiết kế TN chuyển động li tâm với dụng cụ: viên bi hình trụ trịn cao 2cm, đường kính 10cm Gợi ý trả lời: Đặt viên bi phía ống hình trụ đặt mặt bàn, lắc ống trụ để bi CĐ tròn lòng ống Khi nhấc ống lên, viên bi bị văng (CĐ li tâm) lực đóng vai trị lực hướng tâm (phản lực thành ống) khơng cịn PHIẾU HỌC TẬP SỐ 5 (dành cho nhóm + 2) Tình 1: Xe bị lật đổ vào cua không giảm tốc độ Vận dụng kiến thức lực hướng tâm chuyển động li tâm để đưa giải pháp tránh tình lặp lại Gợi ý trả lời: Khi xe ô tô có trọng tâm cao vào cua nhanh khơng giảm tốc độ, phần thân CĐ li tâm, làm xe đổ phía ngồi vịng cua Vì vào đoạn đường cong cần giảm tốc độ để đảm bảo an toàn PL77 PHIẾU HỌC TẬP SỐ (dành cho nhóm + 4) Tình 2: Bài tốn tốc độ xe qua gờ giảm tốc Mô tả khác biệt chuyển động xe qua gờ giảm tốc tốc độ chậm tốc độ cao Gợi ý trả lời: Khi xe với tốc độ cao qua gờ giảm tốc, xe bị bay lên rơi xuống, xe với tốc độ chậm khơng xảy tượng Giả sử gờ giảm tốc cung trịn có bán kính 30cm, xác định tốc độ tối đa xe để xe qua gờ giảm tốc an toàn Gợi ý trả lời: Để xe qua gờ giảm tốc mà không bị bay lên, tốc độ tối đa xe tuân theo công thức � = � ⇔ �� = � ⇒�= �� PHIẾU HỌC TẬP SỐ (dành cho nhóm + 6) Tình 3: Túi trà tàu vũ trụ Mô tả tượng phim giải thích Gợi ý trả lời: Túi trà bị quay tròn hạt nước CĐ li tâm tạo thành vùng chứa khí rỗng túi trà xung quanh tâm quay PL78 PHỤ LỤC 12 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Hình ảnh thực nghiệm “Lực hấp dẫn” Hình ảnh thực nghiệm “Lực ma sát” Các VD lực ma sát HS hình vẽ PL79 Các VD lực ma sát HS hình vẽ Hình ảnh HS thực nghiệm yếu tố ảnh hưởng tới độ lớn lực ma sát HS xem phim tình Lực ma sát PL80 Phiếu học tập nhóm HS GQVĐ đưa phim PL81 Phiếu học tập nhóm HS GQVĐ đưa phim PL82 Hình ảnh thực nghiệm “Lực hướng tâm” Phiếu kịch phim HS tự xây dựng tác dụng có lợi có hại Lực hướng tâm thùng quay ong PL83 ... tên đề tài: Xây dựng sử dụng phim học tập dạy học phần Cơ học Vật lí 10 nhằm bồi dưỡng lực giải vấn đề học sinh 15 Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHIM HỌC TẬP TRONG. .. BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 15 Năng lực giải vấn đề 15 1 Khái niệm lực giải vấn đề 15 2 Các biểu lực giải vấn đề 16 Cấu trúc lực giải vấn đề 16 2 Dạy học bồi dưỡng lực giải. .. HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––– XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHIM HỌC TẬP TRONG DẠY HỌC PHẦN CƠ HỌC VẬT LÝ 10 NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH Ngành: LÝ