chuyên đề bồi dưỡng hsg

1  Trang  1. Lí do chọn đề tài 2 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 4. Giả thuyết khoa học 3 5. Đối tượng nghiên cứu 3 6. Phương pháp nghiên cứu 3  Chương 1: Lí luận về bài tập Vật lí 4 Chương 2: Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập phần Từ trường lớp 11 THPT trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi 15 Chủ đề 1: Xác định cảm ứng từ của dòng điện 15 Chủ đề 2: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện 40 Chủ đề 3: Lực Lorentz 64 Chủ đề 4: Cảm ứng điện từ 110 Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 174  179 Tài liệu tham khảo 181 2  1. L Nhân loại đang ở thế kỷ XXI - thế kỷ mà tri thức, kĩ năng của con người được coi là yếu tố quyết định sự phát triển xã hội. Những phẩm chất và năng lực về tính tự lực, tính tích cực hoạt động, sự tư duy sáng tạo của con người cần phải được rèn luyện và bồi dưỡng ngay từ khi còn học ở trường phổ thông. Để đáp ứng mục tiêu này, trong những năm qua, nền giáo dục nước ta có nhiều đổi mới: từ đổi mới chương trình, đổi mới sách giáo khoa, đến đổi mới phương pháp giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng giáo dục. Trong dạy học vật lí, có thể nâng cao chất lượng học tập và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS bằng nhiều biện pháp, phương pháp khác nhau. Thuộc số đó, phương pháp tư duy giải bài tập vật lí (BTVL) là một phương pháp dạy học có tác dụng tích cực đến việc giáo dục và phát triển HS, đồng thời cũng là thước đo đánh giá thực chất sự nắm vững kiến thức, kĩ năng vật lí của họ. Mặt khác, số lượng bài tập trong sách giáo khoa và trong các sách bài tập, tài liệu nâng cao là rất nhiều. Điều này gây khó khăn cho nhiều GV trong việc lựa chọn bài tập ra cho HS. Vì vậy, cần phải có một sự lựa chọn, phân loại, sắp xếp lại các bài tập theo một hệ thống tối ưu phù hợp với chương trình cải cách giáo dục mới và thời gian dành cho HS ở lớp học cũng như ở nhà. Hơn nữa, trong các công trình đã có về BTVL gần như chưa có công trình nào nghiên cứu việc xây dựng phương pháp giải hệ thống bài tập nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi trong các kì thi HSG tỉnh, HSG Quốc gia và ôn thi đại học – cao đẳng . Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài : “     nhằm giúp HS nắm vững kiến thức cơ bản và phát triển năng lực tư duy vật lý để chủ động, tự lực giải quyết vấn đề.  3 Phân loại và xây dựng một cách thích hợp hệ thống bài tập phần     trong chương trình Vật lý phổ thông từ đó đưa ra phương pháp giải nhằm phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn thi đại học – cao đẳng.  3.1. Nghiên cứu hoạt động tư duy của HS trong quá trình giải BTVL, từ đó sử dụng cách phân loại BTVL từ đơn giản đến phức tạp, theo các cấp độ : Bài tập cơ bản, bài tập dành cho học sinh khá, giỏi, bài tập dành cho học sinh giỏi; chia làm nhiều dạng : loại bài tập về Cơ – Từ, Điện - Từ, bài tập thực nghiệm và cách hướng dẫn HS tìm lời giải BTVL có hiệu quả. 3.2. Điều tra cơ bản tình hình dạy học về bài tập phần từ trường ở lớp 11 THPT. 3.3. Xác định một hệ thống bài tập phần từ trường giúp HS thông qua giải nó mà nắm vững kiến thức cơ bản, rèn luyện được kĩ năng, kĩ xảo giải BTVL và phát triển được năng lực giải quyết vấn đề. 3.4. Đề ra cách sử dụng hệ thống bài tập phần từ trường trong hai loại tiết học phổ biến về vật lí: nghiên cứu tài liệu mới, luyện tập giải bài tập. 3.5. Thực nghiệm sư phạm nghiên cứu hiệu quả của nội dung hệ thống bài tập, của những đề xuất về việc sử dụng nó và của việc hướng dẫn HS giải BTVL theo các sơ đồ định hướng trong quá trình dạy học phần từ trường. Đối chiếu kết qủa thực nghiệm với kết quả điều tra ban đầu, rút ra kết luận khả năng sử dụng hệ thống bài tập trong việc bồi dưỡpg học sinh giỏi ở các trường THPT.  Khi dạy học phần từ trường lớp 11 THPT, nếu GV lựa chọn được hệ thống bài tập thích hợp, đưa ra được phương pháp giải chung, khái quát và coi trọng việc hướng dẫn HS tự lực, tích cực hoạt động tư duy trong quá trình giải BTVL thì chất lượng nắm vững kiến thức cơ bản của HS được nâng cao, đồng thời góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho họ. 5.  5.1. Hoạt động của HS khá, giỏi trong khi giải BTVL, của GV trong việc hướng dẫn hoạt động ấy. 5.2. Hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập phần từ trường lớp 11 THPT. 6. Phng ph 4 Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng là phân tích lí luận, nghiên cứu thực tiễn (điều tra, phỏng vấn), thực nghiệm sư phạm kết hợp các phương pháp khác, như điều tra cơ bản bằng kiểm tra viết, quan sát, trò chuyện. Để đưa ra cách phân loại BTVL dựa vào hoạt động tư duy của HS trong quá trình tự lực giải quyết vấn đề và cách GV hướng dẫn họ giải bài tập, đề tài đã nghiên cứu những cơ sở lí luận về BTVL. Đồng thời, qua điều tra thực trạng nắm vững kiến thức của HS, xem xét thực tiễn sử dụng bài tập của GV, việc giải bài tập của HS mà đề xuất hệ thống bài tập phần từ trường và nêu ra cách sử dụng nó, cách hướng dẫn giải từng loại BTVL, rồi tiến hành thực nghiệm sư phạm nghiên cứu hiệu quả thực tế của nó.  CH  Giải BTVL là một trong những hình thức luyện tập chủ yếu và được tiến hành nhiều nhất. Do vậy các BTVL có tác dụng cực kì quan trọng trong việc hình thành, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng và tìm tòi kiến thức cho HS. Chúng được sử dụng trong các tiết học theo các mục đích khác nhau: - Ôn tập những kiến thức đã học, củng cố, mở rộng, đào sâu những kiến thức cơ bản của bài giảng. - Phương tiện hình thành và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn. - Hình thành kiến thức mới (kể cả cung cấp các kiến thức thực tiễn). - Phát triển tư duy vật lí. - Kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo; đặc biệt là giúp phát triển trình độ phát triển trí tuệ, làm bộc lộ những khó khăn và khắc phục các sai lầm đó. 5 - Giáo dục tư tưởng, đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp.   Bảng 1. Phân loại BTVL trong các tài liệu phương pháp giảng dạy. BÀI TẬP VẬT LÍ Theo nội dung Theo mục đích dạy học Theo mức độ khó dễ Theo đặc điểm và PPNC vấn đề Theo P.thức giải hay P.thức cho điều kiện Theo hình thức lập luận logic Tài liệu vật lí Cụ thể trừu tg KT tổng hợp Lịch sử Ltập Sáng tạo Kiểm tra Đơn giản Phức tạp Phối hợp Định tính Định lượng Bằng lời Tính toán Thực ngh Đồ thị Dự đoán hiện tg Giải thích hiện tg Tổng hợp Nghiên cứu (tại sao?) Thiết kế (làm thế nào?) Đơn giản Phức tạp Tập dượt Tổng hợp Phương pháp giải bài tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học L Lu Vn Xuân. THPT Chuyê- 6 -  2.2.1. Hoạt động của HS khi giải bài tập vận dụng kiến thức. 1. Nghiên cứu đầu bài: Đọc đầu bài, tìm hiểu ý nghĩa của các thuật ngữ mới, quan trọng; nắm vững đâu là cái đã cho, cái phải tìm; tóm tắt đầu bài bằng những kí hiệu quen dùng. 2. Nhận biết hiện tượng nêu lên trong bài tập thuộc lĩnh vực kiến thức nào đã học. 3. Xác định mối quan hệ có thể có giữa cái đã cho và cái phải tìm biểu hiện ở những định nghĩa, quy tắc, định luật, đã biết để giải quyết vấn đề. 4. Lựa chọn những mối quan hệ kể trên và phác thảo cách thức đi từ mối quan hệ đó đến kết quả cần tìm. 5. Thực hiện các hành động như lập luận logic, biến đổi toán học, đo lường, đọc đồ thị, tra cứu các bảng số liệu, để thiết lập được mối quan hệ tường minh giữa cái phải tìm và cái đã cho. 6. Trình bày lời giải tức là trình bày lập luận theo một trình tự tối ưu (chặt chẽ, hợp lí, gắn gọn) 2.2.2. Hoạt động của HS khi giải bài tập hình thành kiến thức mới. Trong khi nghiên cứu những tính chất, mối quan hệ mới của các sự vật hiện tượng cần phải áp dụng các phương pháp nhận thức khoa học, phương pháp nghiên cứu vật lí như thực nghiệm, mô hình, tương tự, suy diễn lí thuyết. Trong quá trình nghiên cứu của HS đều chứa đựng hai hoạt động sau: 1. Dùng suy luận logic hay biến đổi toán học để đi từ những tính chất, quan hệ bên trong đã biết của sự vật, hiện tượng đến những biểu hiện bên ngoài có thể quan sát, đo lường được trong thiên nhiên. Hoặc ngược lại, từ những điều quan sát được suy ra những tính chất, mối quan hệ bên trong của sự vật, hiện tượng (chủ yếu suy luận thuộc loại quy nạp). 2. Quan sát, đo lường để thu thập tài liệu, tìm lời giải đáp ở thiên nhiên. Muốn vậy, phải biết phân biệt những yếu tố chính, phụ của hiện tượng nghiên cứu. Việc xây dựng được chúng là kết quả nghệ thuật sư phạm của GV, ở chỗ đề ra một hay một hệ thống bài tập làm cho HS: - Thực sự cảm thấy có vướng mắc nào đó về lí thuyết hay thực tiễn. - Hiểu rõ vấn đề chủ yếu do GV nêu ra hay diễn giải được vấn đề ấy. - Mong muốn giải quyết vấn đề đó và có khả năng giải quyết được. Phương pháp giải bài tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học L Lu Vn Xuân. THPT Chuyê- 7 -          2.3.1. Một cách phân loại khác về BTVL. 2.3.2. Đặc điểm của BTCB và BTPH. - BTCB là một khái niệm tương đối với mỗi một kiến thức cơ bản về vật lí mà HS mới học. Khi nói đến BTCB về một kiến thức nào đó là chỉ nói đến yếu tố mới cần vận dụng trong việc giải bài tập mà trước khi học kiến thức ấy. - Theo mục đích nhận thức của bài tập, có thể phân nó thành hai loại: Vận dụng kiến thức đã biết; tìm kiếm thông tin ở tự nhiên. Dựa vào đặc điểm hoạt động tư duy của HS, lại có thể chia từng loại BTCB thành nhiều kiểu, phân kiểu khác nhau: 1. BTCB vận dụng kiến thức đã học bao gồm hai kiểu bài tập dự đoán hiện tượng và giải thích hiện tượng. Hai kiểu này lại được chia thành các phân kiểu khác: Lập luận logic; Thực hiện các phép biến đổi toán học; Sử dụng đồ thị; Đo lường các đại lượng vật lí; Có nội dung lí thuyết; Có nội dung thực tế. 2. BTCB tìm kiếm thông tin ở tự nhiên. - Quan sát; - Phân tích một hiện tượng phức tạp ra những hiện tượng đơn giản; - Tác động vào tự nhiên để tìm những điều kiện chi phối hiện tượng và khống chế nó; - Tìm những mối quan hệ giữa những cái đo được, quan sát được để xác lập những tính chất, những mối quan hệ bên trong của sự vật, hiện tượng biểu thị bằng các đại lượng, quy tắc, định luật vật lí; - Xác lập mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng, đại lượng vật lí. Để giải BTPH, cần sử dụng một chuỗi lập luận logic, nhiều công thức và biểu thức toán học, nhiều phương tiện khác nhau (thí nghiệm, tính toán, đồ thị suy luận, ). Vì thế có thể quy một BTPH về các kiểu, phân kiểu BTCB trên. Bất kì loại BTVL nào - dù là BTCB hay BTPH - khi giải cũng phải phân tích hiện tượng nêu lên trong bài tập. Nghĩa là phải căn cứ vào điều kiện cụ thể của đầu bài mà vận dụng kiến thức đã biết để xem xét hiện tượng ấy thuộc loại hiện tượng nào đã học, tuân theo những quy luật nào đã biết. Nói cách khác, người giải phải sử dụng lập luận logic để tìm ra quy tắc, định luật, công thức, phương Phương pháp giải bài tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học L Lu Vn Xuân. THPT Chuyê- 8 - trình để sau đó mới tính toán, đo lường, Như vậy trong mỗi bài tập theo hình thức logic đều có yêu cầu hoặc là dự đoán hiện tượng (từ những tiền đề khái quát- quy tắc, định luật, đã biết, rút ra kết luận trong những điều kiện cụ thể của bài tập), hoặc giải thích hiện tượng (chỉ ra nguyên nhân của hiện tượng nêu trong bài tập ở các quy tắc, định luật vật lí, đã học).   Kĩ năng bao giờ cũng xuất phát từ kiến thức, dựa trên kiến thức. Còn kĩ xảo là hành động mà những phần hợp thành của nó do luyện tập mà trở thành tự động hoá. Kĩ xảo là mức độ cao của sự nắm vững kĩ năng. Những kiến thức vật lí có thể được chia làm các nhóm: 1) Khái niệm (hiện tượng, đại lượng vật lí); 2) Định luật, nguyên lí; 3) Thuyết; 4) Phương pháp nghiên cứu; 5) Ứng dụng trong sản xuất, đời sống. Những kĩ năng cơ bản về vật lí được chia thành các nhóm: 1) Quan sát, đo lường, sử dụng các dụng cụ và máy đo phổ biến; 2) Giải BTVL; 3)Vận dụng các kiến thức vật lí để giải thích những hiện tượng đơn giản, những ứng dụng phổ biến của vật lí trong sản xuất và đời sống; 4) Sử dụng các thao tác tư suy logic và các phương pháp nhận thức vật lí. Những kĩ xảo chủ yếu đối với vật lí chia làm hai nhóm: 1) Thực nghiệm; 2) Áp dụng các phương pháp toán học và các phương tiện phụ trợ.  3.2.1. Khái niệm nắm vững kiến thức. 3.2.2. Các mức độ nắm vững kiến thức. Sự nắm vững kiến thức có thể phân biệt ở ba mức độ: biết, hiểu, vận dụng được. - Biết một kiến thức nào đó nghĩa là nhận ra được nó, phân biệt được nó với các kiến thức khác. Đây là mức độ tối thiểu HS cần đạt trong học tập. Phương pháp giải bài tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học L Lu Vn Xuân. THPT Chuyê- 9 - - Hiểu một kiến thức là gắn được kiến thức ấy vào những kiến thức đã biết, đưa được nó vào trong hệ thống vốn kinh nghiệm của bản thân. Xác lập được mối quan hệ giữa nó với hệ thống kiến thức khác và vận dụng được trực tiếp kiến thức ấy vào những tình huống quan thuộc dẫn đến có khả năng vận dụng nó một cách linh hoạt, sáng tạo. - Vận dụng kiến thức ấy vào việc giải quyết các nhiệm vụ của thực tiễn nghĩa là phải tìm được kiến thức thích hợp trong vốn kiến thức đã có để giải quyết một nhiệm vụ mới. Chính trong lúc vận dụng, quá trình nắm vững kiến thức thêm sâu sắc, càng làm cho những nét bản chất, mới của kiến thức được bộc lộ; càng làm cho quá trình nắm kiến thức thêm tự giác, sáng tạo; làm cho giữa kiến thức lí thuyết và kiến thức thực tiễn có mối liên hệ bên trong sâu sắc. Ngoài ra trong khi vận dụng kiến thức, những thao tác tư duy được trau dồi, củng cố và một số kĩ năng, kĩ xảo được hình thành, hứng thú học tập của HS được nâng cao.  Chất lượng nắm vững từng kiến thức bước đầu thể hiện ở chất lượng giải các BTCB về một đề tài, chương, phần của chương trình phản ánh chất lượng nắm vững những kiến thức và các mối quan hệ của chúng trong đề tài, chương, phần đó với nhau và vận dụng chúng trong những tình huống phức tạp, mới.  HS.   ng,   Năng lực giải quyết vấn đề của HS được hình thành và phát triển trong hoạt động giải BTVL. Để đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS trong khi giải BTVL, chúng tôi dựa vào các tiểu chuẩn sau: 1) Xác định chính xác vấn đề cần giải quyết, những cái đã cho và cái phải tìm; 2) Nhanh chóng phát hiện ra cái quen thuộc đã biết, cái mới phải tìm trong khi giải mỗi BTVL. Phương pháp giải bài tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học L Lu Vn Xuân. THPT Chuyê- 10 - 3) Phác thảo, dự kiến những con đường chung (giải pháp) có thể có từ đầu đến cuối trước khi tính toán, xây dựng lập luận cụ thể; 4) Hoàn thành công việc theo từng giải pháp đã dự kiến trong một thời gian ngắn, chọn lựa trong số đó giải pháp tối ưu; 5) Nhanh chóng qua một số ít bài, tự rút ra một sơ đồ định hướng giải các bài tập cùng loại; 6) Chuyển tải được sơ đồ định hướng hành động giải các BTPH thuộc loại nào đó sang sơ đồ định hướng giải các kiểu, phân kiểu BTPH khác. 5. S    5.1.1. SĐĐH khái quát giải BTVL bao gồm các giai đoạn (bước) và yêu cầu khi giải bất kì BTVL nào. Trên cơ sở xem xét chúng, có thể đưa ra một trong những phương án khả dĩ của sơ đồ này bao gồm những giai đoạn, hành động sau: 1) Nghiên cứu đầu bài: - Đọc kĩ đầu bài; - Mã hoá đầu bài bằng những kí hiệu quen thuộc; - Đổi đơn vị của các đại lượng trong cùng một hệ thống thống nhất (thường là trong hệ SI); - Vẽ hình hoặc sơ đồ. 2) Phân tích hiện tượng, quá trình vật lí và lập kế hoạch giải: - Mô tả hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra trong tình huống nêu lên trong đầu bài; - Vạch ra các quy tắc, định luật chi phối hiện tượng, quá trình ấy; - Dự kiến lập luận, biến đổi toán học cần thực hiện nhằm xác lập được mối quan hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm. 3) Trình bày lời giải: - Viết phương trình của các định luật và giải hệ phương trình có được để tìm ẩn số dưới dạng tổng quát, biểu diễn các đại lượng cần tìm qua các đại lượng đã cho; - Thay giá trị bằng số của các đại lượng đã cho để tìm ẩn số, thực hiện các phép tính với độ chính xác cho phép. 4) Kiểm tra và biện luận kết quả. . trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi 15 Chủ đề 1: Xác định cảm ứng từ của dòng điện 15 Chủ đề 2: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện 40 Chủ đề 3: Lực Lorentz 64 Chủ đề 4: Cảm ứng. bài tập nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi trong các kì thi HSG tỉnh, HSG Quốc gia và ôn thi đại học – cao đẳng . Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài : “ . diễn giải được vấn đề ấy. - Mong muốn giải quyết vấn đề đó và có khả năng giải quyết được. Phương pháp giải bài tập phần từ trường Bồi dưỡng HSG, ôn thi đại học L Lu Vn Xuân. THPT