Xây dựng và sử dụng bài tập thực tiễn trong dạy học chương “sóng ánh sáng” vật lí 12 thpt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lê Nguyễn Minh Phương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “SĨNG ÁNH SÁNG” VẬT LÍ 12 THPT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Thành phố Hồ Chí Minh – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lê Nguyễn Minh Phương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” VẬT LÍ 12 THPT Chun ngành : Lí luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số : 8140111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN MẠNH HÙNG Thành phố Hồ Chí Minh – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ giáo dục với đề tài: Xây dựng sử dụng tập thực tiễn dạy học chương “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 THPT cơng trình nghiên cứu riêng Các nội dung kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Lê Nguyễn Minh Phương LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hồn thành luận văn này, tơi nhận nhiều quan tâm, động viên giúp đỡ lớn từ Quý Thầy Cô, Quý đồng nghiệp, bạn bè đặc biệt gia đình Đầu tiên, xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến người thầy tơi – thầy Nguyễn Mạnh Hùng Thầy người dành nhiều thời gian để quan tâm, hướng dẫn bảo tận tình cho tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin trân trọng cám ơn Ban lãnh đạo chuyên viên Phòng Sau Đại học, ban chủ nhiệm giảng viên khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh tạo thuận lợi cho tơi suốt khóa học Tơi xin trân trọng cám ơn Ban Giám Hiệu, Quý đồng nghiệp trường THPT Võ Văn Kiệt tạo điều kiện giúp đỡ cho tơi q trình tiến hành thực nghiệm sư phạm q trình hồn thiện luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lớp K28 – Lý luận phương pháp dạy học mơn Vật lí ln động viên, giúp đỡ tơi q trình hồn thiện luận văn Cuối cùng, từ tận đáy lịng, tơi xin gủi lời cảm ơn đến Ba, Mẹ gia đình tin tưởng, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện cho từ lúc bắt đầu học đến lúc hoàn thiện luận văn Do thời gian thực đề tài có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý từ Quý Thầy Cô bạn để đề tài hồn thiện Tơi xin chân thành cám ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Tác giả luận văn Lê Nguyễn Minh Phương MỤC LỤC Trang phụ bìa Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình Danh mục biểu đồ Danh mục sơ đồ MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP VẬT LÍ THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC Ở TRƯỜNG THPT NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 1.1 Tổng quan lực giải vấn đề 1.1.1 Khái niệm lực 1.1.2 Năng lực giải vấn đề Vật lí 1.2 Xây dựng tập Vật lí thực tiễn chương trình THPT 16 1.2.1 Khái niệm vai trò tập Vật lí dạy học 16 1.2.2 Khái niệm vai trò BTVLTT việc phát triển lực GQVĐ HS 18 1.2.3 Nguyên tắc quy trình xây dựng BTVLTT 19 1.3 Sử dụng BTVLTT vào dạy học bồi dưỡng lực GQVĐ HS 21 1.3.1 Phân loại BTVLTT dạy học bồi dưỡng lực GQVĐ HS 21 1.3.2 Nguyên tắc sử dụng BTVLTT vào dạy học phát triển lực GQVĐ HS 23 1.3.3 Quy trình sử dụng BTVLTT vào dạy học phát triển lực GQVĐ HS 24 1.3.4 Thực trạng việc sử dụng BTVLTT vào dạy học phát triển lực GQVĐ HS 26 Kết luận chương 31 Chương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC BÀI TẬP VẬT LÍ THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” 32 2.1 Mục tiêu nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” 32 2.1.1 Mục tiêu dạy học chương “Sóng ánh sáng” 32 2.1.2 Nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” 33 2.1.3 Những thuận lợi khó khăn việc xây dựng BTVLTT chương “Sóng ánh sáng” 39 2.2 Thiết kế số tập Vật lí thực tiễn thuộc chương “Sóng ánh sáng” 40 2.2.1 Bài tập Vật lí thực tiễn mở đầu 40 2.2.2 Bài tập Vật lí thực tiễn xây dựng kiến thức 44 2.2.3 Bài tập Vật lí thực tiễn củng cố, vận dụng 56 2.2.4 Bài tập Vật lí tìm hiểu thực tiễn 83 2.2.5 Một số thuận lợi – khó khăn việc sử dụng BTVLTT nhằm phát triển lực GQVĐ HS 90 2.3 Tiến trình dạy học số thuộc chương “Sóng ánh sáng” có sử dụng tập Vật lí thực tiễn 91 2.3.1 Tiến trình dạy học “Tán sắc ánh sáng” có sử dụng tập Vật lí thực tiễn 91 2.3.2 Tiến trình dạy học “Giao thoa ánh sáng” có sử dụng tập Vật lí thực tiễn 98 2.3.3 Tiến trình dạy học “Tia hồng ngoại – tia tử ngoại – tia X” có sử dụng tập Vật lí thực tiễn 105 Kết luận chương 110 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 111 3.1 Mục đích, đối tượng, thời gian phương pháp thực nghiệm 111 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 111 3.1.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 111 3.1.3 Thời gian thực nghiệm sư phạm 111 3.1.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 111 3.2 Tiến trình thực nghiệm sư phạm 112 3.3 Kết thực nghiệm sư phạm 115 Kết luận chương 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 PHỤ LỤC DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT STT Các chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ BTVLTT Bài tập Vật lí thực tiễn GQVĐ Giải vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Chỉ số hành vi lực GQVĐ HS Bảng 1.2 Biểu lực GQVĐ HS Bảng 1.3 Các bước tổ chức dạy học giải vấn đề 11 Bảng 1.4 Tiêu chí đánh giá lực GQVĐ HS 14 Bảng 1.5 Loại công cụ sử dụng để đánh giá lực GQVĐ 16 Bảng 3.1 Bảng thống kê số lượng HS đạt mức độ tương ứng thành tố lực GQVĐ tiến trình dạy học “Tán sắc ánh sáng” 115 Bảng 3.2 Bảng thống kê số lượng HS đạt mức độ tương ứng thành tố lực GQVĐ tiến trình dạy học “Giao thoa ánh sáng” 116 Bảng 3.3 Bảng thống kê số lượng HS đạt mức độ tương ứng thành tố lực GQVĐ tiến trình dạy học “Tia hồng ngoại – tia tử ngoại – tia X” 116 Bảng 3.4 Tiêu chí đánh giá BTVLTT hậu kiểm 121 Bảng 3.5 Thống kê số HS đạt mức độ hậu kiểm 122 Bảng 3.6 Tiêu chí đánh giá thu hoạch 122 Bảng 3.7 Bảng điểm thu hoạch 123 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Kim cương 40 Hình 2.2 Hiện tượng nhiễu xạ sóng nước nhiễu xạ ánh sáng 42 Hình 2.3 Mơ thí nghiệm tán sắc ánh sáng lăng kính 43 Hình 2.4 Ánh sáng trắng rọi qua kim cương 44 Hình 2.5 Kính lọc sắc 46 Hình 2.6 Bộ thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Young 49 Hình 2.7 Mơ tượng giao thoa khe Young 49 Hình 2.8 Đèn hồng ngoại 51 Hình 2.9 Máy khử trùng tia UV 53 Hình 2.10 Xương bàn tay chụp tia X 54 Hình 2.11 Hình ảnh giao thoa ánh sáng khe Young 60 Hình 2.12 Hình ảnh giao thoa ánh sáng trắng 63 Hình 2.13 Wilhem Cornad Rontgen 73 Hình 2.14 Bếp hồng ngoại sơ đồ cấu tạo bếp hồng ngoại 75 Hình 2.15 Tác động ánh sáng Mặt trời lên da 78 Hình 2.16 Đèn huỳnh quang 83 Hình 2.17 Phịng xơng hồng ngoại 84 Hình 2.18 Máy kiểm tra an ninh 85 Hình 2.19 Lị luyện kim 86 Hình 2.20 Các loại quang phổ 88 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1 Kết đánh giá thành tố “Phát làm rõ vấn đề” 117 Biểu đồ 3.2 Kết đánh giá số hành vi “Đề xuất lựa chọn giải pháp” 119 Biểu đồ 3.3 Kết đánh giá số hành vi “Thực đánh giá giải pháp” 120 PL8 Câu 6: Theo quý thầy cô, việc sử dụng BTVL thực tiễn việc dạy học có giúp phát triển lực giải vấn đề học sinh khơng? Có nên sử dụng dạy học không? Câu trả lời người Tỉ lệ % Số chọn Có, hiệu quả, nên sử dụng thường xuyên 40 Có hiệu quả, nên sử dụng 60 0 0 Có, không hiệu lắm, không cần thiết sử dụng Không hiệu quả, không nên sử dụng Câu 7: Việc xây dựng sử dụng BTVL thực tiễn phù hợp với phần chương trình Vật lý lớp 12 nhằm phát triển lực GQVĐ HS? Câu trả lời người Tỉ lệ % Số chọn Chương Dao động điều hịa 60 Chương Sóng - sóng âm 60 Chương Dòng điện xoay chiều 53,3 Chương Dao động điện từ 33,3 Chương Sóng ánh sáng 46,7 Chương Lượng tử ánh sáng 20 Chương Hạt nhân nguyên tử 40 Câu 8: Quý thầy cô chưa sử dụng BTVL thực tiễn dạy học lý gì? Câu trả lời Vì chưa có nhiều BTVL thực tiễn thân chưa xây dựng thêm người Tỉ lệ % Số chọn 10 66,7 Vì BTVL thực tiễn chưa phù hợp với kỳ thi 53,3 Vì ngại sử dụng, cho học sinh làm BTVL cũ quen 20 46,7 cử Vì nguồn tư liệu tham khảo PL9 Câu 9: Trong thời gian tới, q thầy có muốn sử dụng BTVL thực tiễn trình dạy học khơng? Câu trả lời Số người chọn Tỉ lệ % Có 15 100 Khơng 0 PL10 PHỤ LỤC PHIẾU HỌC TẬP SỐ Họ tên: Lớp: Bài 1: Quan sát hình ảnh ánh sáng rọi qua kim cương: Kim cương - Quan sát hình ảnh trên, em có nhận xét màu sắc ánh sáng trước sau chiếu qua kim cương? - Em phát biểu vấn đề phát được? Bài 2: Từ hình ảnh nhiều màu sắc rực rỡ sau chiếu qua kim cương, em mô tả tiến hành thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết ánh sáng trắng có phải gồm nhiều ánh sáng có màu khác không? (dụng cụ, cách tiến hành, kết quả) Em nhận xét kết thu Ánh sáng trắng rọi qua kim cương Bài 3: a) Em mô tả tiến hành thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết lăng kính có làm đổi màu ánh sáng Mặt trời hay không? (dụng cụ, cách tiến hành, kết quả) Em nhận xét kết thu b) Em giải thích ánh sáng Mặt trời qua kính màu đỏ ánh sáng ló có màu đỏ? Cịn qua kính xanh ánh sáng ló có màu xanh? PL11 Bài 4: Bạn Minh Phi học giỏi môn Vật Lý Vào ngày nghỉ cuối tuần, bạn Phi bơi thấy ánh sáng Mặt trời rọi xuống đáy bể bơi tạo thành dải màu sắc đẹp dải màu cầu vồng Bạn thắc mắc ánh sáng Mặt trời rọi xuống bể bơi góc nên tìm cách tính góc Bạn Phi đo độ dài vệt sáng đáy bể 1,5 cm, chiều cao bể nước 1,2m chứa đầy nước Bạn tìm thơng tin chiết suất nước ánh sáng đỏ tím 1,328 1,343 Em cho biết bạn tính nào? Bài 5: a) Em giải thích bầu trời sau mưa lại xuất cầu vồng? b) Chỉ với chậu nước gương, bạn An tạo sắc màu cầu vồng Em hình dung bạn làm giải thích bạn làm PL12 PHIẾU HỌC TẬP SỐ Họ tên: Lớp: Bài 1: Nhiễu xạ sóng tượng sóng bị bẻ cong khỏi phương truyền thẳng qua gần mép vật cản Hãy quan sát hình ảnh sau: tia sáng truyền qua khe hẹp a) Nhận xét đường truyền tia sáng qua khe hẹp b) Hiện tượng có giống với tượng nhiễu xạ sóng khơng? c) Em phát biểu vấn đề phát được? Bài 2: Người ta thực thí nghiệm giao thoa ánh sáng thí nghiệm sau: a) Em kể tên nêu vai trò dụng cụ thí nghiệm b) Mơ tả lại thí nghiệm giao thoa ánh sáng sơ đồ hình vẽ Em dự đốn kết thí nghiệm thu c) Em tiến hành thí nghiệm nhận xét kết thu Bài 3: Bạn Tuấn Lộc thực thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc Bạn Tuấn dùng hai đèn laze đơn sắc làm hai nguồn sáng Bạn Lộc dùng đèn laze PL13 chiếu vào hai khe hẹp, hai khe trở thành hai nguồn sáng a) Theo em, bạn Tuấn hay bạn Lộc quan sát tượng giao thoa? b) Em giải thích sao? Bài 4: Các nhà khoa học tiến hành thí nghiệm giao thoa khe Young để đo bước sóng ánh sáng Hình ảnh hệ vân giao thoa thu sau: a) Với hình ảnh thu độ chia nhỏ dụng cụ thí nghiệm 0,5mm, ta đo khoảng cách từ 10 vân sáng liên tiếp trở lên Làm để đo bước sóng ánh sáng? b) Hãy xác định bước sóng ánh sáng khoảng cách từ nguồn đến 1m, khoảng cách hai khe sáng mm khoảng cách 12 vân sáng liên tiếp đo thí nghiệm 5,5 mm PL14 PHIẾU HỌC TẬP SỐ Họ tên: Lớp: Khi tiến hành thí nghiệm tán sắc ánh sáng Mặt trời lăng kính, người ta đặt mối hàn H cặp nhiệt điện nhạy vào chỗ màu màn, mối hàn nhúng vào cốc nước đá tan H Nước đá a) Khi kim điện kế cặp nhiệt điện bị lệch? b) Từ từ đưa mối hàn H từ đầu đỏ đến đầu tím, ta thấy kim điện kế bị lệch Đưa mối hàn H lệch ngồi phía màu đỏ phía màu tím, ta thấy kim điện kế bị lệch Điều chứng tỏ điều gì? c) Em phát biểu vấn đề cần giải HỢP ĐỒNG: TÌM HIỂU ÁNH SÁNG MN MÀU Bên A: Lê Nguyễn Minh Phương – giáo viên môn Vật lý Bên B: thành viên nhóm Bên B cam kết làm việc theo nhóm hồn thành nhiệm vụ học tập ghi điều khoản nộp lại cho bên A vào ngày 15/03/2019 Điều khoản 1: nhiệm vụ bắt buộc HS tìm hiểu trả lời tập sau: Bài 1: Trong y học, đèn hồng ngoại coi phương pháp vật lý trị liệu dùng để hỗ trợ điều trị viêm đa khớp, đau nhức tồn thân, vị đĩa đệm, Nguyên lý hoạt động đèn hồng ngoại sử dụng phương pháp nhiệt đơn sắc dùng để kích thích chuyển hóa tăng cường trao đổi chất chống lại số nấm vi khuẩn có hại cho da, tăng cường lưu thông máu cho thể a) Em cho biết đèn hồng ngoại phát loại xạ Bản chất xạ gì? PL15 b) Em nêu số tính chất loại xạ c) Em cho biết nguồn phát loại xạ d) Đèn hồng ngoại sử dụng tính chất loại xạ này? Em cho biết số dụng cụ hay thiết bị sử dụng tính chất e) Em nêu số ứng dụng khác loại xạ cho biết ứng dụng sử dụng tính chất Bài 2: Máy tiệt trùng sấy khô khử mùi tia UV hộ gia đình sử dụng phổ biến để tiệt trùng vật dụng khác như: Bình sữa, núm ty, gặm nướu, bát đĩa ăn dặm, đồ chơi, hay chí đồ dùng điện tử điện thoại, Ipad, Iphone, a) Trong loại máy tiệt trùng trên, người ta sử dụng loại xạ để tiệt trùng? Bản chất loại xạ gì? b) Em cho biết nguồn phát loại xạ c) Em nêu số tính chất loại xạ d) Em cho biết số dụng cụ hay thiết bị ứng dụng loại xạ sống e) Em nêu số ứng dụng khác loại xạ cho biết ứng dụng sử dụng tính chất Bài 3: Hiện nay, phương pháp chụp ảnh X – quang trở nên phổ biến y học Phương pháp giúp chụp hình ảnh xương thể người; hỗ trợ bác sĩ việc chẩn đoán bệnh, điều trị gãy xương, a) Người ta sử dụng loại xạ phương pháp này? Bản chất xạ gì? b) Em cho biết cách tạo loại xạ c) Em nêu số tính chất loại xạ d) Phương pháp chụp ảnh X – quang y học sử dụng tính chất xạ này? e) Em nêu số ứng dụng khác loại xạ cho biết ứng dụng sử dụng tính chất PL16 Bài 4: Hãy tìm hiểu trả lời câu hỏi: - Các ánh sáng nhìn thấy khơng nhìn thấy đồng với nào? - Sắp xếp sóng: tia tử ngoại, tia hồng ngoại, sóng vơ tuyến điện, tia X, ánh sáng nhìn thấy theo thứ tự giảm dần bước sóng - Theo thứ tự giảm dần bước sóng, tính chất loại sóng thay đổi tần số, lượng? ? tím-chàm-lam-lục-vàng-cam-đỏ 0,38𝜇𝑚 ? 0,76𝜇𝑚 𝝀 Điều khoản 2: nhiệm vụ tự chọn Mỗi nhóm đăng ký đề tài thực (các đề tài không trùng nhau) Đề tài 1: Đèn huỳnh quang thiết bị phát sáng sử dụng điện khơng thể thiếu hộ gia đình Thế em có biết thực chất điện khơng làm phát sáng bóng đèn mà có tác dụng phóng điện hai điện cực hai đầu bóng đèn làm phát loại tia - Em nêu ưu điểm đèn huỳnh quang so với loại đèn khác - Em cho biết loại tia có tính chất tìm hiểu người ta sử dụng tính chất để giúp ích sống người? Đề tài 2: Xông phương pháp hữu hiệu giúp thể thư giãn, giảm bớt căng thẳng, mệt mỏi sau ngày làm việc mệt mỏi, đặc biệt xông hồng ngoại - Xơng hồng ngoại có lợi ích cho sức khỏe? - Em cho biết tia hồng ngoại có tính chất người ta sử dụng tính chất để giúp ích sống người? Đề tài 3: Nếu máy bay, chắn bạn phải qua khu vực quét an ninh Ở bước nhân viên sân bay quét hành lý để đảm bảo vật dụng kim loại mang lên máy bay Nhờ có máy quét tia X, người ta PL17 thấy bên hành lý mà không cần mở để đảm bảo riêng tư Tại tia X làm thế? Em cho biết tia X có tính chất người ta sử dụng tính chất để giúp ích sống người? Đề tài 4: Những công nhân làm việc lò luyện kim, lò luyện thủy tinh phải đeo loại kính đặc biệt để chống tia hồng ngoại Em giải thích người cơng nhân phải đeo loại kính Nêu vài ví dụ thực tiễn tia hồng ngoại gây hại cho người cách khắc phục Đề tài 5: Để quan sát thấy ánh sáng giao thoa, nhà bác học Thomas Young phải tạo hai khe sáng sát tinh vi thiết kế dụng cụ thí nghiệm cẩn thận, chi tiết Thực tế, tượng giao thoa ánh sáng quan sát nhiều tự nhiên Em tìm số ví dụ tượng giao thoa ánh sáng tự nhiên giải thích Đề tài 6: Nhìn vào hình ảnh sau cho biết khác ba loại quang phổ: quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ, quang phổ vạch hấp thụ Em tìm hiểu nguồn phát ứng dụng loại quang phổ nghiên cứu khoa học sống Đề tài 7: “Ánh sáng phức tạp chiếu vào bề mặt mơi trường suốt bị tán sắc thành ánh sáng đơn sắc” – tượng tán sắc ánh sáng Nghe đơn giản tượng lại có nhiều ứng dụng sống đấy! Em nêu nguyên nhân, số ứng dụng tượng giải thích Bên B cam kết thực điều khoản ghi hợp đồng Ngày tháng năm Bên B Bên A PL18 PHỤ LỤC MỘT SỐ CÁC HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM PL19 Hình: Học sinh thảo luận làm việc nhóm buổi thực nghiệm PL20 Hình: Học sinh thuyết trình đề tài Hình: Bài kiễm tra hậu kiểm học sinh Phạm Minh Quang PL21 Hình: Phiếu học tập học sinh Phạm Hồng Hạnh PL22 PHỤ LỤC BẢNG THỂ HIỆN KÍ HIỆU CÁC BÀI TẬP Tiến trình dạy học Tán sắc ánh sáng Giao thoa ánh sáng Tên Kí hiệu BTTT mở đầu 1A BTTT xây dựng kiến thức 2A BTTT xây dựng kiến thức 3A BTTT củng cố - vận dụng 4A BTTT củng cố - vận dụng 5A BTTT mở đầu 1B BTTT xây dựng kiến thức 2B BTTT củng cố - vận dụng 3B BTTT củng cố - vận dụng 4B Tia hồng ngoại – tia BTTT mở đầu 1C tử ngoại – tia X BTTT xây dựng kiến thức “Tia hồng ngoại” 2C BTTT xây dựng kiến thức “Tia tử ngoại” 3C BTTT xây dựng kiến thức “Tia X” 4C