Nghiên Cứu Xây Dựng Và Sử Dụng Hệ Thống Bài Tập Sáng Tạo Trong Dạy Học Phần Cơ Học Lớp 10, Trung Học Phổ Thông.pdf

MỞ ĐẦU BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH VŨ THỊ MINH Nghiên cứu xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo trong dạy học phần cơ học lớp 10 trung học phổ thông LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH VŨ THỊ MINH Nghiên cứu xây dựng sử dụng hệ thống tập sáng tạo dạy học phần học lớp 10 - trung học phổ thông LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC VINH - 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH VŨ THỊ MINH Nghiên cứu xây dựng sử dụng hệ thống tập sáng tạo dạy học phần học lớp 10 - trung học phổ thông CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PPDH BỘ MƠN VẬT LÍ MÃ SỐ: 62.14.10.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS HÀ VĂN HÙNG PGS TS PHẠM THỊ PHÚ VINH - 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực, khách quan chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khoa học khác Tác giả Vũ Thị Minh LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Sau đại học, khoa Vật lí Bộ mơn phƣơng pháp giảng dạy vật lí trƣờng Đại học Vinh Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Hà Văn Hùng PGS TS Phạm Thị Phú tận tình hƣớng dẫn, động viên, giúp đỡ tác giả suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu giáo viên vật lí trƣờng THPT Lê Viết Thuật - TP Vinh - Nghệ An, trƣờng THPT Nguyễn Trãi - TP Vinh - Nghệ An, trƣờng THPT Nguyễn Công Trứ Nghi Xuân - Hà Tĩnh tạo điều kiện để tác giả tiến hành khảo sát thực tế thực nghiệm sƣ phạm đề tài Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè ngƣời thân giúp đỡ, động viên tác giả q trình nghiên cứu hồn thành luận án Vinh, tháng năm 2011 Tác giả MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Tổng quan vấn đề nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài 10 Cấu trúc luận án 11 Chƣơng CƠ SỞ LÝ LUẬN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ THPT 12 1.1 Năng lực tƣ sáng tạo 12 1.1.1 Năng lực 12 1.1.2 Tƣ 12 1.1.3 Sáng tạo 16 1.1.4 Năng lực tƣ sáng tạo 17 1.1.5 Những yếu tố ảnh hƣởng đến lực tƣ sáng tạo học sinh 18 1.1.6 Tính ì tâm lý ảnh hƣởng TDST 22 1.1.7 Các biện pháp rèn luyện TDST 25 1.2 Dạy học sáng tạo dạy học vật lí 26 1.2.1 Cơ sở tâm lí học dạy học sáng tạo 27 1.2.2 Cơ sở lí luận dạy học dạy học sáng tạo 28 1.2.3 Các biện pháp dạy học sáng tạo mơn vật lí trƣờng phổ thông 29 1.3 TRIZ việc vận dụng nguyên tắc sáng tạo TRIZ vào dạy học vật lí 32 1.3.1 Tìm hiểu TRIZ 32 1.3.2 Phân loại mức độ khó tốn mức sáng tạo 35 1.3.3 Các phƣơng pháp tích cực hố tƣ vận dụng dạy học sáng tạo 37 1.4 Bài tập sáng tạo vật lí - phƣơng tiện dạy học sáng tạo mơn vật lí trƣờng phổ thơng 46 1.4.1 Khái niệm 46 1.4.2 Phân biệt BTST với tập luyện tập 47 1.4.3 Các dấu hiệu nhận biết BTST vật lí 47 1.4.4 Vận dụng nguyên tắc sáng tạo TRIZ vào việc xây dựng hệ thống BTST phần học lớp 10 50 1.4.5 Áp dụng NTST TRIZ vào hƣớng dẫn HS giải BTST nhằm bồi dƣỡng lực TDST cho học sinh 53 1.4.6 Những biện pháp sƣ phạm cần thiết tiến trình sử dụng BTST vào dạy học 56 1.5 Xây dựng thang đo đánh giá lực TDST HS dạy học BTST vật lí 59 1.5.1 Đánh giá theo tiêu chí 59 1.5.2 Cơ sở xây dựng tiêu chí đánh giá lực TDST 59 1.5.3 Cách đánh giá 60 1.5.4 Thang đo 61 1.5.5 Kiểm chứng thang đo 64 Kết luận chƣơng 66 Chƣơng XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO PHẦN CƠ HỌC LỚP 10 THPT 67 2.1 Phân tích nội dung dạy học phần học lớp 10 67 2.1.1 Mục tiêu nội dung dạy học phần học lớp 10 67 2.1.2 Phân phối chƣơng trình phần học lớp 10 theo chƣơng trình vật lí THPT hành 68 2.2 Điều tra thực trạng dạy học tập vật lí nói chung, BTST vật lí nói riêng trƣờng phổ thông 69 2.2.1 Mục đích điều tra 69 2.2.2 Đối tƣợng điều tra 69 2.2.3 Kết điều tra 70 2.2.4 Nguyên nhân thực trạng 71 2.2.5 Kết luận 72 2.3 Xây dựng hệ thống BTST hƣớng dẫn HS giải BTST phần học lớp 10 73 2.4 Các hình thức sử dụng BTST dạy học vật lí trƣờng THPT lớp 10 102 2.4.1 Sử dụng BTST vào tiết tập 102 2.4.2 Sử dụng BTST vào tiết thực hành thí nghiệm dạy khơng khố 108 Kết luận chƣơng 123 Chƣơng THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 124 3.1 Mục đích, nhiệm vụ TNSP 124 3.2 Nội dung TNSP 124 3.2.1 Công tác chuẩn bị TNSP 124 3.2.2 Chọn đối tƣợng TNSP 125 3.2.3 Tiến hành TNSP 132 3.3 Kết TNSP 132 3.3.1 Đánh giá định tính 133 3.3.2 Đánh giá định lƣợng thơng qua xử lí, phân tích kiểm tra phƣơng pháp thống kê kiểm định 133 3.3.3 Đánh giá định lƣợng lực TDST HS thơng qua tiêu chí 138 Kết luận chƣơng 143 KẾT LUẬN 145 Những kết đạt đƣợc 145 Kết luận 145 Kiến nghị 146 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ ĐƢỢC CÔNG BỐ 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO 149 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BT Bài tập BTST: Bài tập sáng tạo BTXP: Bài tập xuất phát DHST Dạy học sáng tạo DHVL: Dạy học vật lí ĐC: Đối chứng GĐ Giai đoạn GV: Giáo viên HS: Học sinh NT: Nguyên tắc NTST: Nguyên tắc sáng tạo Nxb: Nhà xuất PP Phƣơng pháp PTTH Phổ thông trung học SGK: Sách giáo khoa TDST Tƣ sáng tạo THCS Trung học sở THPT: Trung học phổ thông TN: Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sƣ phạm TRIZ Lí thuyết giải toán sáng chế MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ở Việt Nam, giai đoạn cuối kỷ XX đầu kỷ XXI với phát triển ngày nhanh ngành khoa học kỹ thuật việc đẩy mạnh cơng nghiệp hóa đại hóa đất nƣớc Để thực thành cơng nghiệp này, nhân tố định thắng lợi nguồn lực ngƣời Việt Nam Điều đƣợc xác định rõ Luật giáo dục (2005), điều 27.1: “Mục tiêu giáo dục phổ thông giúp HS phát triển tồn diện đạo đức, trí tuệ, thể chất, thẩm mĩ kỹ bản, phát triển lực cá nhân, tính động sáng tạo, hình thành nhân cách ngƣời Việt Nam xã hội chủ nghĩa, xây dựng tƣ cách trách nhiệm công dân, chuẩn bị cho HS tiếp tục học lên vào sống lao động tham gia xây dựng bảo vệ Tổ quốc” Luật Giáo dục số 38/2005/QH11 ngày 14/6/2005, điều 28.2 ghi: "Phƣơng pháp giáo dục phổ thơng phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo học sinh; phù hợp với đặc điểm lớp học; bồi dƣỡng phƣơng pháp tự học, rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh" Có thể nói, thời khắc chuyển kinh tế đất nƣớc nhƣ nay, việc đào tạo nên ngƣời thực động, sáng tạo điều vơ cần thiết, "tất bắt nguồn từ sáng tạo " [99] Thế kỷ XXI kỷ cạnh tranh chất xám sáng tạo sáng tạo nguồn tài nguyên ngƣời, nguồn tài nguyên đặc biệt mà theo nhà khoa học Mỹ George Kozmetsky: “Bạn sử dụng nhiều có nhiều hơn” Từ ta thấy, giáo dục rèn luyện tính sáng tạo ngày đóng vai trị quan trọng nhƣ John Dewey nhận xét: “Mục đích giáo dục trẻ em thông tin giá trị khứ mà sáng tạo giá trị tƣơng lai” [61] Vật m1 trƣợt mặt phẳng nghiêng với hệ số sát k Thả cho hệ thống chuyển động Tính vận tốc m2 dây dịch chuyển xuống h Giải: Giả sử m2 xuống, m1 lên Chọn trục toạ độ nhƣ hình vẽ    Phƣơng trình định luật II Newton: P  T  m2a     P1 T  Fms  m1a  m g  T  m 2a Chiều lên chiều chuyển động Ox:  m1gsin  T  Fms  m1a Giải hệ phƣơng trình ta đƣợc:  V 2(m2  m1 sin   km1 cos gh m1  m2 - Phƣơng pháp định luật bảo toàn Áp dụng định luật bảo tồn lƣợng: Ta có: Wt +Wđ + A = Viết biểu thức Wt, Wđ, A ta tính đƣợc:  V [2(m2  m1 sin )  km1 cos ]gh m1  m2 v = m  m1 sin   k cos   v > m2  m1 sin   k cos   v < m  m1 sin  k cos   m2  sin   k cos  m1 m2  sin  k cos  m1 m2  sin  k cos  m1 Hƣớng dẫn: Ngoài phƣơng pháp động lực học cịn phƣơng pháp xác định vận tốc v? (NT linh động) p50 BTST 9: Một vật ném xiên từ điểm O cách mặt đất độ cao h với vận tốc v = 10 m/s, tạo góc   300 so với phƣơng ngang Tính độ cao cực đại vật so với mặt đất Cách 1: Sử dụng cơng thức 18.10 SGK vật lí 10 – nâng cao ta tính đƣợc độ cao cực đại mà vật đạt đƣợc so với mặt đất: Hmax  h  v sin  2g Cách 2: Áp dụng ĐLBT mv mv cos2  WO = WA suy  mgh   mgHmax 2 Suy Hmax  h  v sin  2g Hƣóng dẫn: Có thể tính độ cao cực đại mà vật đạt đƣợc từ cách nào? (Chỉ cơng thức tính đƣợc độ cao cực đại Hmax (NT linh động) BTST 10: Một viên đạn đƣợc bắn lên từ mặt đất theo phƣơng thẳng đứng Xác định vận tốc viên đạn xuống vị trí A nửa chiều cao cực đại mà vật đạt đƣợc Giải B Cách 1: Phƣơng pháp động lực học Từ công thức: v = gt với t thời gian vật rơi từ B A v vận tốc vật A A H gt với H độ cao cực đại mà vật đạt đƣợc  2 Suy v  gH Cách 2: Phƣơng pháp định luật bảo toàn p51 WB = WA Suy ra: mgH  mv mgH  2 Suy v  gH Hƣớng dẫn: Có thể tính vận tốc vật rơi tự vị trí từ cách nào? (Chỉ cơng thức tính đƣợc vận tốc A (NT linh động) Bài phần phụ lục trang p45 ta giải công thức cộng vận tốc nhƣ sau: Coi ô tô từ A đến B đứng n, tơ từ B A chuyển động với vận tốc v = v1 + v2 = 60 + 75 = 135 (km/h) Thời gian gặp là: 270 : 135 = h Quãng đƣờng xe gặp nhau: 2.60 = 120 (km) Bài phần phụ lục trang p46 giải công thức cộng vận tốc nhƣ sau: Chọn thời điểm ga tàu làm gốc thời gian Khi ô tô bắt đầu chuyển động tơ cách tàu khoảng: 45  30 (km) Vận tốc ô tô nhanh tàu: 60 - 45 = 15 (km/h) Vậy thời gian ô tô đuổi kịp tàu là: 30:15 = h Vị trí hai xe gặp là: 2.60 = 120 (km) Bài tập có hình thức tương tự nội dung biến đổi Đây loại tập thƣờng có hai ba câu hỏi Với câu hỏi tập luyện tập Sử dụng ngun tắc thay đổi thơng số lí - hố ta thay đổi thơng số tốn (thay đổi lƣợng) cho toán thay đổi (dẫn đến thay đổi chất) Bài tập luyện tập chuyển thành BTST HS áp dụng phƣơng pháp giải câu vào giải câu sau đƣợc GV cho HS cách xây dựng BTST loại để qua dạy cho em cách không tƣờng minh nguyên tắc thay đổi thông số hố - lí, ngun tắc linh động Giải tập loại HS p52 đƣợc bồi dƣỡng tính linh hoạt, nhìn nhận vấn đề tồn diện (ngun tắc linh động), khắc phục tính ì tâm lí, bồi dƣỡng nhận thức tƣ theo lối mòn nhiều trƣờng hợp dẫn đến bế tắc BTST 11: Một vật chuyển động tới vận tốc v = 15 m/s trƣợt lên dốc dài 30 m, cao m Cho hệ số ma sát k = 0,1; g = 10 m/s2 a) Tìm vận tốc vật trƣợt đƣợc dốc b) Giải tập trƣờng hợp hệ số ma sát k = 0,4 Giải Dùng phƣơng pháp động lực học ta tính đƣợc a = -g (sin  + kcos  ) +  N  Fms sin   ; cos  5 m1 m1  Thay số: x  P m1 1 6   2,98m / s a  10  0,1  5 2 V  V02  2a l  152  2(2,98) .30  10,3(m / s) 3 V = 10,3 m/s b) Thay k = 0,4 1 6 a  10   0,4   5,9(m / s )  5  Quãng đƣờng xa mà vật đƣợc là: 02 - 152 = 2as  S  p53 152  19,06 (m) 2.5,9  19,06  vận tốc vị trí 2 30  l vật dừng lại  không tồn giá trị 3 dốc Hƣớng dẫn : Có thể sử dụng cách giải câu a) hay áp dụng kết câu a) vào giải câu b) đƣợc không? (NT linh động) Khi k = 0,4 chuyển động vật có thay đổi? (NT thay đổi thơng số hố - lí) BTST 12: Vật m1 có khối lƣợng m1 = 10 kg, trƣợt khơng ma sát mặt phẳng ngang Đặt lên m1 vật m2 khối lƣợng kg Hệ số ma sát m1 m2 k = 0,2 N/m Tác dụng lên m2 lực F = N theo phƣơng ngang để m2 trƣợt m1, cho g = 10 m/s2 a) Tính gia tốc a1 = ? F m2 m1 a2 = ? b) Giải tập trƣờng hợp F = 4,5 N Giải: y a) Phƣơng trình định luật II Newton      P2  N12 F Fms12  m2a      Fms P1  N21  N Fms21  m1a1 N 12 F P2 a) N1 O Fms1  Chiều lên phƣơng F : c) F - Fms = m2 a2 Fms = m1a1 N 21 P1 Thay số giải ra: a1 = 0,4 (m/s ); a2 = 0,5 (m/s ) b) Học sinh cho rằng: Fms = 0,2 10 = (N) F = 4,5 N > Fms  m2 trƣợt m1 Thực tế nhƣ m2 trƣợt m1 a2 > a1 p54 b) Nếu áp dụng F = 4,5 N tƣơng tự câu a) thì: a1  Fms km2g 0,2.2.10    0,4(m / s ) m1 m1 10 a2  F  Fms 4,5  0,2.2.10   0,25(m / s ) m2 Nhƣ a2 < a1  m2 không trƣợt m1 Khì = 4,5 N lực ma sát nghỉ Khi gia tốc a1 = a2 = a = F 4,5   0,375(m / s ) m1  m 10  Hƣớng dẫn: - Khi F = 4,5 N áp dụng cơng thức tính a1 a2 câu a) vào giải câu b) không? (NT linh động) - Lực kéo F tăng vật m2 chuyển động nhƣ nào? Vậy ngƣợc lại lực kéo giảm m2 chuyển động sao? (NT quan hệ phản hồi) BTST 13: Xe có khối lƣợng m1 = 20 kg chuyển động không ma sát mặt phẳng ngang Ta đặt xe vật m2 = kg Hệ số ma sát m1 m2 k = 0,2 Tác dụng lên m2 lực F theo phƣơng ngang Tìm gia tốc m1 m2 lực ma sát hai vật trƣờng hợp sau: a) F=2N b) F = 20 N c) F = 12 N g = 10 m/s2 Giải : Giải tƣơng tự : Lƣu ý a) F = N lực ma sát nghỉ b) F = 20 N lực ma sát trƣợt c) Sai lầm câu c) học sinh nghĩ Fms< F vật trƣợt p55 Thực tế: Vật trƣợt vật a2 > a1 Hay: F  km2 g km2 g  m2 m1  F  km2 g ( m2  1)  12,5 N m1 F = 12 N < 12,5 N nên ma sát ma sát nghỉ Nghĩa vật không trƣợt vật Phân tích: Bài tốn với câu a,b tập luyện tập Nếu thêm câu c) tập chuyển thành tập sáng tạo Hƣớng dẫn: - Hãy xem tất khả chuyển động m2 tác dụng lực F với gíá trị khác (NT thay đổi thơng số hố - lí, NT linh động) - Khi gia tốc vật phải thoả mãn điều kiện vật trƣợt vật (NT quan hệ phản hồi) BTST 14: Cho khối hình hộp khối lƣợng m =20 kg, cạnh a = 0.5 m, chiều cao b = m, đƣợc đặt mặt sàn nằm ngang Tác dụng lực F theo phƣơng ngang đặt vào trọng tâm hộp Cho hệ số ma sát khối hộp sàn k = 0.4 Q a) Tìm F để khối hộp bắt đầu trƣợt? a b) Cho F = 110 N Tìm gia tốc a? b F Fms P Giải O a) Phƣơng trình định luật Newton là: F  F ms  Q  P  ma Khi hộp bắt đầu trƣợt: a = Giải ta đƣợc F = 80 N p56 b) Thông thƣờng học sinh thay giá trị F = 110 N vào cơng thức để tính a  F  Fms  1,5(m / s ) m Tuy nhiên, ta suy nghĩ đến khả vật bị lật thì: M (F) = M (P) Hay (F.b/2) = P (a/2) Suy ra: F = m.g (a/b) = 100 N Vậy F = 100 N vật bị lật Với giá trị F = 110 N khơng tồn gia tốc a nhƣ tìm Hƣớng dẫn: Hãy xem xét tất khả chuyển động khối hộp ta tác dụng lực F nhƣ hình vẽ với F nhận giá trị khác (NT linh động, NT thay đổi thơng số hố - lí) Từ BTXP, sử dụng NT linh động (thay đổi kiện toán), NT kết hợp (tổng quát hoá tập), NT đảo ngƣợc (chuyển giả thiết thành kết lụân ngƣợc lại) chuyển BTXP thành BTST: BTST 15: Cho khối hộp chữ nhật làm gỗ cạnh lớn cạnh lại Chỉ dùng thƣớc, xác định hệ số ma sát hộp gỗ với mặt sàn? Giải: C Khi tác động lực Fk theo a B Phƣơng ngang thoả mãn: Fk  Fmsnm hộp bắt đầu trƣợt O Fk Mặt khác vật rắn Nếu giá trị Fk cánh tay D Đòn h thoả mãn: F h  P h Fmsn quay quanh A A a hộp khơng trƣợt mà quay quanh A theo chiều kim đông hồ (hộp bị lật) Điều kiện giới hạn: Fh  P suy ra: k  a Fk = Fmsnmax = Fmst = kP a Sử dụng thƣớc ta xác định a h Từ ta tính đƣợc k 2h p57 Tuy nhiên, việc xác định hệ số ma sát nêu đƣợc thực độ cao b hộp gỗ thoả mãn: b  a 2k Hƣớng dẫn: Bài tập nên sử dụng sau HS làm tập - Lực F phải mãn điều kiện khối hộp trƣợt? - Thay đổi điểm đặt lực F lên cao dần hộp có thay đổi tính chất chuyển động khơng? (NT linh động, NT thay đổi thơng số - hố lí) - Để hộp khơng bị lật, b phải thoả mãn điều kiện gì? (NT quan hệ phản hồi) BTXP: Một bàn tròn bán kính R= 35 cm, quay quanh trục thẳng đứng với vận tốc  = rad/s Hỏi ta đặt vật nhỏ vùng bàn mà vật không bị văng xa tâm bàn Hệ số ma sát nghỉ vật bàn  n  0,25 Giải Vật không bị văng lực ma sát nghỉ mặt bàn đủ để đóng vai trị lực hƣớng tâm: Fmsn  Fht Mà Fmsn   n mg ; Fht  m r Ở r khoảng cách từ vật đến tâm bàn, Hình 2.4 Từ đó: m r   n mg O R  g 0,25.9,8 r  n2   0,27m (