Lựa chọn hệ thống bài tập chương các định luật bảo toàn theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Các kiến thức vật lý là những kiến thức khoa học mang tính khái quát và trừu tượng cao. Để những kiến thức đó trở thành tri thức của học sinh thì giáo viên phải có phương pháp dạy học sao cho hiệu quả, tức là từng kiến thức phải được thể hiện trong các trường hợp cụ thể và đa dạng mà dễ hiểu đối với học sinh nhất. Bài tập vật lý là một phần không thể thiếu trong dạy học vật lý vì mỗi bài tập vật lý có thể được xem là một trường hợp mà trong đó kiến thức vật lý học sinh được học được thể hiện một cách cụ thể. Cũng thông qua các bài tập này mà học sinh hiểu lý thuyết hơn để từ đó có thể vận dụng vào thực tiễn. Mặc dù hầu hết giáo viên đều nhận thấy tầm quan trọng của bài tập vật lý trong dạy học vật lý nhưng việc chọn hệ thống bài tập cho học sinh vẫn còn được thực hiện theo cảm tính, chưa có cơ sở khoa học đã làm hạn chế hiệu quả của việc giải bài tập. Do đó, vấn đề cần thiết là cần có một cơ sở khoa học làm căn cứ để giáo viên lựa chọn hệ thống bài tập vật lý để giảng dạy cho học sinh. Chính vì những lý do trên mà tôi đã chọn thực hiện đề tài “Lựa chọn hệ thống bài tập chương ‘Các định luật bảo toàn’ theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang”.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ Trương Thị Linh Châu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2012 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM KHOA VẬT LÝ Trương Thị Linh Châu Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ Mã số: 102 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Nguyễn Đông Hải Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2012 2 MỤC LỤC Trang phụ bìa 1 MỤC LỤC 2 MỞ ĐẦU 4 Chương 1 LÝ THUYẾT VỀ VẬN DỤNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC LỰA CHỌN HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ 6 1.1. Vai trò của bài tập vật lý trong dạy học vật lý 6 1.2. Thực trạng của việc lựa chọn bài tập vật lý hiện nay 7 1.3. Khái niệm quá trình vận dụng kiến thức (transfer of learning) 8 1.4. Các cách phân loại vận dụng 10 1.4.1.Vận dụng gần và vận dụng xa 10 1.4.1.1. Vận dụng gần 10 1.4.1.2. Vận dụng xa 11 1.4.2.Vận dụng ở mức độ thấp và vận dụng ở mức độ cao 12 1.4.2.1. Vận dụng ở mức độ thấp 12 1.4.2.2. Vận dụng ở mức độ cao 13 1.4.3. Vận dụng ngang và vận dụng đứng 13 1.4.3.1. Vận dụng ngang 13 1.4.3.2. Vận dụng đứng 14 1.4.4. Một số quan niệm tương đương với vận dụng ngang và vận dụng đứng 16 1.5. Tính hiệu quả và tính sáng tạo trong bài tập vật lý 16 1.5.1. Tính hiệu quả trong quá trình vận dụng 17 1.5.2. Tính sáng tạo trong quá trình vận dụng 18 1.5.3. Sự thể hiện tính sáng tạo và tính hiệu quả trong mô hình hai chiều 18 1.5.4. Một số tiêu chí đánh giá tính hiệu quả và tính sáng tạo 20 1.5.4.1. Đánh giá tính hiệu quả 20 3 1.5.4.2. Đánh giá tính sáng tạo 20 1.5.5. Làm thế nào chúng ta có thể đánh giá tính hiệu quả và tính sáng tạo trong một bài tập 21 1.6. Các bước lựa chọn hệ thống bài tập vật lý theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang 22 Chương 2 HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” THEO MÔ HÌNH VẬN DỤNG NGANG VÀ VẬN DỤNG ĐỨNG 23 2.1. Định luật bảo toàn động lượng 24 2.2. Định luật bảo toàn cơ năng 30 2.3. Va chạm đàn hồi và không đàn hồi 37 Chương 3 BÀI GIẢI VÀ GỢI Ý CHO GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” 43 3.1. Định luật bảo toàn động lượng 44 3.2. Định luật bảo toàn cơ năng 58 3.3. Va chạm đàn hồi và không đàn hồi 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 4 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Các kiến thức vật lý là những kiến thức khoa học mang tính khái quát và trừu tượng cao. Để những kiến thức đó trở thành tri thức của học sinh thì giáo viên phải có phương pháp dạy học sao cho hiệu quả, tức là từng kiến thức phải được thể hiện trong các trường hợp cụ thể và đa dạng mà dễ hiểu đối với học sinh nhất. Bài tập vật lý là một phần không thể thiếu trong dạy học vật lý vì mỗi bài tập vật lý có thể được xem là một trường hợp mà trong đó kiến thức vật lý học sinh được học được thể hiện một cách cụ thể. Cũng thông qua các bài tập này mà học sinh hiểu lý thuyết hơn để từ đó có thể vận dụng vào thực tiễn. Mặc dù hầu hết giáo viên đều nhận thấy tầm quan trọng của bài tập vật lý trong dạy học vật lý nhưng việc chọn hệ thống bài tập cho học sinh vẫn còn được thực hiện theo cảm tính, chưa có cơ sở khoa học đã làm hạn chế hiệu quả của việc giải bài tập. Do đó, vấn đề cần thiết là cần có một cơ sở khoa học làm căn cứ để giáo viên lựa chọn hệ thống bài tập vật lý để giảng dạy cho học sinh. Chính vì những lý do trên mà tôi đã chọn thực hiện đề tài “Lựa chọn hệ thống bài tập chương ‘Các định luật bảo toàn’ theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang”. 2. Mục tiêu đề tài - Giới thiệu một cơ sở khoa học cho việc lựa chọn hệ thống bài tập vật lý để sử dụng trong giảng dạy. - Vận dụng cơ sở đó để lựa chọn hệ thống bài tập chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lý 10 Nâng cao. 3. Phương pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu nêu ra, tôi đã tiến hành tìm hiểu, thu thập các tài liệu có liên quan rồi phân tích, đối chiếu và cuối cùng trình bày lại sao cho người đọc dễ hiểu nhất. Nội dung tôi trình bày gồm những phần chính sau: - Khái niệm về quá trình vận dụng kiến thức 5 - Quá trình này xảy ra khi nào và tại sao phải phân loại chúng - Giới thiệu các loại vận dụng kiến thức thông dụng - Phân tích kĩ hai loại vận dụng là vận dụng đứng và vận dụng ngang. - Trên cơ sở lý thuyết vừa nêu, tôi tiến hành lựa chọn hệ thống bài tập vật lý chương “Các định luật bảo toàn” theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang. - Giải và gợi ý cho giáo viên hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập được chọn. 6 Chương 1 LÝ THUYẾT VỀ VẬN DỤNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC LỰA CHỌN HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ Trong chương này tôi sẽ trình bày lần lượt các vấn đề sau:  Vai trò của bài tập vật lý trong dạy học vật lý  Thực trạng của việc lựa chọn hệ thống bài tập vật lý hiện nay.  Lý thuyết về quá trình vận dụng kiến thức và các cách phân loại vận dụng.  Mô hình hai chiều của vận dụng đứng và vận dụng ngang.  Lựa chọn hệ thống bài tập vật lý theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang. 1.1. Vai trò của bài tập vật lý trong dạy học vật lý Giải bài tập vật lý là một phần không thể thiếu trong dạy học vật lý vì những lí do như sau:  Bài tập vật lý giúp học sinh củng cố, ôn tập các kiến thức giáo khoa được học; hiểu rõ bản chất vật lý của các hiện tượng cụ thể thường gặp trong thực tiễn Các kiến thức lý thuyết mà học sinh được học còn mang tính chất khái quát và trừu tượng cao gây khó khăn cho học sinh trong quá trình nhận thức. Trong khi giải bài tập, những kiến thức khái quát, trừu tượng đó được vận dụng vào những trường hợp cụ thể rất đa dạng, nhờ thế mà học sinh nắm được những biểu hiện cụ thể của chúng trong thực tế. Bài tập vật lý là một phương tiện để củng cố, ôn tập kiến thức cho học sinh. Khi giải bài tập, học sinh phải nhớ lại các kiến thức vừa học, có khi phải sử dụng tổng hợp các kiến thức thuộc nhiều bài, nhiều chương, nhiều phần của chương trình. Thông qua hoạt động giải bài tập, học sinh hiểu sâu sắc hơn những khái niệm, những định luật vật lý, biết cách ứng dụng các khái niệm, định luật vật lý vào việc phân tích và giải thích các hiện tượng vật lý, tính toán và dự đoán sự biến thiên của các đại lượng vật lý trong các hiện tượng đó. Chỉ thông qua bài tập ở hình thức này 7 hay hình thức khác mới tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức, kĩ năng một cách linh hoạt, hoàn thiện, thông qua đó học sinh mới có thể biến những kiến thức đó thành tri thức của riêng mình.  Kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh Bài tập vật lý cũng là một phương tiện hiệu quả để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh. Tùy theo cách đặt câu hỏi kiểm tra, giáo viên có thể phân loại được các mức độ nắm vững kiến thức của học sinh, giúp cho việc đánh giá khả năng tiếp thu kiến thức của học sinh được chính xác.  Rèn luyện kĩ năng và thói quen vận dụng lý thuyết vào thực tiễn: Bài tập vật lý là một trong những phương tiện rất hiệu quả để rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát đã thu nhận được để giải quyết các vấn đề của thực tiễn. Giáo viên nên cung cấp nhiều bài tập có nội dung thực tiễn để học sinh thực hành giải thích hoặc dự đoán các hiện tượng xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước. 1.2. Thực trạng của việc lựa chọn bài tập vật lý hiện nay Ngày nay, các sách tham khảo về giải bài tập vật lý phổ thông có mặt rất phong phú ở tất cả các nhà sách. Bên cạnh đó, sự phát triển của công nghệ thông tin đã cho phép việc chia sẻ, trao đổi các bộ bài tập dùng trong giảng dạy vật lý của các giáo viên ở khắp mọi nơi được diễn ra dễ dàng và nhanh chóng. Giáo viên cũng có thể tự sáng tạo các bài tập mới trên cơ sở tham khảo những bài tập hiện có. Do đó mà nguồn bài tập vật lý phổ thông ngày nay là vô cùng phong phú, đa dạng. Tuy nhiên, thời lượng giờ học trên lớp cũng như ở nhà của học sinh không cho phép học sinh giải hết tất cả những bài tập này và giáo viên cũng không thể hướng dẫn học sinh phương pháp giải tất cả các bài tập này. Do đó, để việc giải bài tập vật lý đạt được hiệu quả tối đa mà không trở thành áp lực nặng nề cho học sinh, giáo viên cần chọn lọc các bài tập vật lý phổ thông phù hợp nhất với mục đích giảng dạy, với trình độ và năng lực tiếp thu của học sinh. Tuy nhiên, hiện nay chưa có chuẩn mực nào cho việc lựa chọn hệ thống bài tập vật lý phổ thông để dùng trong giảng dạy. 8 Qua việc phỏng vấn, tham khảo, trao đổi ý kiến với một số giáo viên có kinh nghiệm lâu năm trong giảng dạy vật lý và một số giáo viên chưa có nhiều kinh nghiệm, tôi nhận thấy việc lựa chọn bài tập chủ yếu dựa trên kinh nghiệm cá nhân; trình độ của từng lớp học; dựa theo cảm tính (nghĩa là giáo viên thấy bài tập nào đó hay hoặc cần thiết đối với học sinh thì đưa cho học sinh làm) … Chính vì việc lựa chọn bài tập không có cơ sở đó dễ dẫn đến việc học sinh mặc dù làm rất nhiều bài tập nhưng hiệu quả học tập vẫn chưa cao, điều này đôi khi dẫn đến tình trạng quá tải gây nhiều áp lực đối với người học. Qua việc phỏng vấn, tham khảo, trao đổi ý kiến với một số giáo viên có kinh nghiệm lâu năm trong giảng dạy vật lý và một số giáo viên chưa có nhiều kinh nghiệm, tôi thấy bài tập được chọn theo các cách phổ biến sau: dựa trên kinh nghiệm cá nhân; trình độ của từng lớp học; dựa theo cảm tính nghĩa là giáo viên thấy bài tập nào đó hay hoặc cần thiết đối với học sinh thì đưa cho học sinh làm,… Chính vì việc lựa chọn bài tập không có cơ sở đó dễ dẫn đến việc học sinh mặc dù làm rất nhiều bài tập nhưng hiệu quả học tập vẫn chưa cao, điều này đôi khi dẫn đến tình trạng quá tải gây nhiều áp lực đối với người học. 1.3. Khái niệm quá trình vận dụng kiến thức (transfer of learning) Quá trình vận dụng kiến thức trong học tập không phải là một vấn đề mới mẻ mà nó đã được nghiên cứu từ khoảng giữa thế kỉ XIX bởi nhiều nhà khoa học nổi tiếng như: Perkins, Salomon, Mayer, D. Schwartz, Rebello, Zollman,… Mỗi nhà khoa học có cách nhìn nhận khác nhau cho nên quan niệm về quá trình vận dụng kiến thức cũng không giống nhau. Sau đây, tôi xin giới thiệu một số cách định nghĩa về quá trình vận dụng kiến thức: - Anthony Marini và Randy Genereux đã xem quá trình vận dụng kiến thức là mục tiêu cuối cùng của việc dạy học [1], bởi vì những kiến thức mà chúng ta được học là những lý thuyết khoa học mang tính chất thông báo quá nhiều. Nếu như những kiến thức đó không được vận dụng ngay thì chúng sẽ mãi là kiến thức của các nhà khoa học mà chưa thật sự trở thành cái riêng của người học. Thêm vào đó, Reed và Singley còn cho rằng đây còn là quá trình tiếp thu và áp dụng những kiến 9 thức, kỹ năng đã học từ một tình huống nào đó vào một tình huống mới. [2] [3] [4] Tình huống mới ở đây có thể hiểu là những tình huống tương tự với tình huống được học hoặc là những vấn đề thực tiễn ngoài phạm vi lớp học. Chẳng hạn như, sau khi học xong về “Khúc xạ ánh sáng” học sinh sẽ vận dụng kiến thức về định luật khúc xạ ánh sáng để tìm góc tới, góc khúc xạ, chiết suất của môi trường tới và môi trường khúc xạ,… Đây là những dạng bài tập tương tự nhau. Và bài toán thực tiễn của bài học này có thể ví dụ như: giải thích tại sao khi ta nhìn con cá đang bơi trong nước ta thấy nó ở gần mặt nước hơn so với vị trí thực của con cá; tìm độ sâu của nước trong bể biết rằng khi một người nhìn nghiêng góc  (so với mặt nước) một hòn đá nằm dưới đáy bể thì thấy nó cách mặt nước một đoạn là a centimet… Đồng tình với quan điểm của Anthony Marini, Randy Genereux và Reed về quá trình vận dụng kiến thức còn có Brandsford, Alexander và Perkins & Salomon. Các nhà khoa học này cũng có những định nghĩa tương tự như trên: - Brandsford cho rằng: quá trình vận dụng kiến thức là khả năng mở rộng những gì đã được học từ trong bối cảnh này vào bối cảnh khác. [5] Nghĩa là kiến thức thường được giới thiệu thông qua một hiện tượng, một quá trình rất đơn giản, dễ hiểu nhưng để biết được mức độ hiểu và vận dụng kiến thức đó như thế nào giáo viên cần đưa ra nhiều tình huống tương tự khác. Nếu học sinh giải quyết được tình huống mới đó bằng kiến thức đã học thì coi như sự vận dụng kiến thức có xảy ra. Ví dụ như, sau khi giáo viên giới thiệu về các bộ phận và cách vận hành của xe hơi rồi cho người học thay phiên nhau thực hành trên loại xe này. Kế đến, giáo viên thay chiếc xe hơi này bằng xe tải. Nếu như người học nhận thấy rằng xe tải cũng tương tự như xe hơi và vận hành được nó thì có thể khẳng định rằng sự vận dụng đã diễn ra thành công, tức là người học đã biết vận dụng kiến thức được học trong tình huống này vào những tình huống mới. - Perkins cũng đã định nghĩa như sau: Quá trình vận dụng kiến thức xảy ra khi việc học tập trong một bối cảnh hoặc với một hệ thống tài liệu có tác động đến hiệu quả học tập trong bối cảnh khác hoặc với những tài liệu tương tự khác. [6] Ví dụ như: học toán là để chuẩn bị cho học sinh một công cụ để tiếp thu kiến thức vật lý, [...]... vận dụng và sự áp dụng các lý thuyết này trong việc lựa chon hệ thống bài tập vật lý nhằm giúp học sinh đạt được đồng thời cả tính hiệu quả và tính sáng tạo khi giải các bài tập này Trong chương tiếp theo, tôi sẽ áp dụng lý thuyết về vận dụng đứng và vận dụng ngang vào việc lựa chọn hệ thống bài tập chương Các định luật bảo toàn 23 Chương 2 HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” THEO MÔ... diễn biến tương tự nhau (một vật trong hệ di chuyển dẫn đến vật kia di chuyển theo nhưng khối tâm hệ vẫn đứng yên) * Hệ thống 14 bài tập về định luật bảo toàn động lượng trên có thể được biểu diễn một cách trực quan bằng sơ đồ Hình 2.1 Hình 2.1: Hệ thống bài tập định luật bảo toàn động lượng theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang 2.2 Định luật bảo toàn cơ năng Bài 1: Một quả banh có khối lượng 3kg... MÔ HÌNH VẬN DỤNG NGANG VÀ VẬN DỤNG ĐỨNG Như trên đã phân tích, việc giải bài tập là rất quan trọng trong dạy học vật lý và giáo viên có trách nhiệm lựa chọn các bài tập và sắp xếp chúng theo trình tự phù hợp nhất với hành lang phát triển tối ưu của học sinh Trong chương này, tôi sẽ trình bày hệ thống bài tập chương Các định luật bảo toàn mà tôi đã lựa chọn và sắp xếp trên cơ sở mô hình vận dụng đứng. .. sao cho trở thành vận dụng ngang và vận dụng đứng, và hai quá trình này không loại trừ lẫn nhau theo bất kỳ cách nào 1.4.4 Một số quan niệm tương đương với vận dụng ngang và vận dụng đứng Quan niệm về vận dụng ngang và vận dụng đứng được trình bày ở trên không phải là quan niệm mới mẻ và duy nhất Bên cạnh quan niệm về vận dụng ngang và đứng [12] còn có rất nhiều quan niệm khác mà các nhà nghiên cứu... (vận dụng ngang) Hình 1.3: Sự phù hợp giữa hành lang thích ứng tối ưu với mô hình triển khai’ và mô hình phát triển’ 20 Các mũi tên nằm ngang là các mô hình triển khai’ tương ứng với sự vận dụng ngang Còn các mũi tên thẳng đứng tượng trưng cho mô hình phát triển’ ứng với sự vận dụng đứng Có thể coi đây là các giai đoạn diễn ra trong quá trình giáo viên cho học sinh vận dụng kiến thức vào bài tập. .. lựa chọn và sắp xếp trên cơ sở mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang Các bài tập này xoay quanh các chủ đề: định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn cơ năng và bài toán va chạm 24 2.1 Định luật bảo toàn động lượng Bài 1: Hai vật có khối lượng lần lượt là 500g và 200g chuyển động với các vận tốc 2m/s và 4m/s Tìm tổng động lượng của hệ trong các trường hợp: a v2 cùng hướng v1 b v2 ngược hướng... tạo của học sinh thông qua việc giải các bài tập đó là là trách nhiệm của người giáo viên Từ lý thuyết về vận dụng đứng và ngang, tôi đề ra các bước chọn ra hệ thống bài tập thỏa các tiêu chí trên như sau: - Trước hết, tôi chọn một nguồn bài tập phong phú theo một chủ đề từ các sách bài tập, trên internet, các bài tập tự sáng tác… - Phân tích từng bài tập để xác định các kiến thức, kĩ năng cần thiết để... cùng một bài toán có thể là rất mới đối với người này nhưng lại là dạng quen thuộc của người kia Chính vì vậy mà vị trí của từng bài tập trên đồ thị này không phải là một điểm có tọa độ xác định mà vị trí của nó nằm trong một khoảng nào đó 1.6 Các bước lựa chọn hệ thống bài tập vật lý theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang Lựa chọn hệ thống bài tập sao cho vừa rèn luyện được tính hiệu quả và tính... tập sang bối cảnh vận dụng sao cho hợp lí và hiệu quả nhất Bối cảnh học tập chính là lớp học, sách bài tập, các bài kiểm tra hay các bài tập có cấu trúc đơn giản Còn bối cảnh vận dụng có thể là những vấn đề tương tự với các bài tập hoặc các vấn đề phi cấu trúc gặp phải trong cuộc sống và trong công việc 1.4 Các cách phân loại vận dụng Quá trình vận dụng kiến thức trong khi giải bài tập xảy ra khi các. .. biết cách hệ thống kiến thức thật chặt chẽ Các bài toán đòi hỏi vận dụng ở mức độ cao thường là các bài toán tổng hợp cuối mỗi học kì hoặc cuối năm 1.4.3 Vận dụng ngang và vận dụng đứng 1.4.3.1 Vận dụng ngang 14 Đối với loại vận dụng này, có sự liên kết chặt chẽ giữa hệ thống kiến thức được học và những dữ kiện mới trong bài toán.[8] Nếu người học nhận ra được sự liên hệ này thì sẽ giải quyết được bài . giá tính hiệu quả và tính sáng tạo trong một bài tập 21 1.6. Các bước lựa chọn hệ thống bài tập vật lý theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang 22 Chương 2 HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC. lựa chọn hệ thống bài tập vật lý hiện nay.  Lý thuyết về quá trình vận dụng kiến thức và các cách phân loại vận dụng.  Mô hình hai chiều của vận dụng đứng và vận dụng ngang.  Lựa chọn hệ. hành lựa chọn hệ thống bài tập vật lý chương “Các định luật bảo toàn” theo mô hình vận dụng đứng và vận dụng ngang. - Giải và gợi ý cho giáo viên hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập được