PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LỆCH CỦA HỌC SINH TRONG CHƯƠNG “TĨNH HỌC VẬT RẮN” VẬT LÝ 10 THPT

Kinh Tế - Quản Lý - Thạc sĩ - Cao học - Kỹ thuật UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH ---------- NGUYỄN THỊ THU HÀ PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LỆCH CỦA HỌC SINH TRONG CHƯƠNG “TĨNH HỌC VẬT RẮN” VẬT LÝ 10 THPT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng 4 năm 2017 UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH ---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LỆCH CỦA HỌC SINH TRONG CHƯƠNG “TĨNH HỌC VẬT RẮN” VẬT LÝ 10 THPT Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ THU HÀ MSSV: 2113010210 CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ KHÓA: 2013 – 1017 Cán bộ hướng dẫn: Th.S NGUYỄN THỊ VÂN SA MSCB: ................... Quảng Nam, tháng 4 năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nghiên cứu nêu trong khóa luận là trung thực và chưa từng công bố trong bất kì công trình nghiên cứu nào khác. Người thực hiện Nguyễn Thị Thu Hà LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô giáo Th.S Nguyễn Thị vân Sa – người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn chỉnh bài khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu cùng quý thầy cô giáo tổ Vật lý – khoa Lý- Hóa- Sinh – Trường Đại Học Quảng Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt bài khóa luận này cũng như đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu cùng tập thể quý thầy cô giáo, tập thể lớp 10A1 và 10A2 trường THPT Huỳnh Thúc Kháng đã nhiệt tình giúp đỡ, trao đổi và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tiến hành khảo sát thực tế và thực nghiệm sư phạm đề tài này. Cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn Người thực hiện Nguyễn Thị Thu Hà MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Mục tiêu của đề tài........................................................................................ 2 3. Lịch sử nghiên cứu đề tài ............................................................................. 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................... 2 5. Giả thiết khoa học ......................................................................................... 3 6. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 3 7. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 3 8. Cấu trúc và nội dung khóa luận ................................................................. 4 NỘI DUNG ........................................................................................................ 5 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ QUAN NIỆM SAI LỆCH CỦA HỌC SINH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TRONG QUÁ TRÌNH DẠY HỌC ..... 5 1.1. Quan niệm và quan niệm của học sinh ................................................... 5 1.1.1. Quan niệm ................................................................................................ 5 1.1.2. Quan niệm của học sinh .......................................................................... 5 1.2. Quan niệm sai lệch .................................................................................... 6 1.3. Nguồn gốc quan niệm sai lệch của học sinh ............................................ 6 1.3.1. Thực tế đời sống hàng ngày - nguồn gốc chủ yế u hình thành quan niệm sai lệch của học sinh ................................................................................ 6 1.3.2. Sự phong phú về ngôn ngữ - một nguyên nhân hình thành quan niệ m sai lệch của học sinh .......................................................................................... 7 1.3.3. Kiến thức từ những môn học khác hay từ những giờ học trước - mộ t trong những nguyên nhân hình thành quan niệm sai lệch của học sinh ...... 8 1.4. Đặc điểm quan niệm sai lệch của học sinh .............................................. 8 1.5. Vai trò quan niệm sai lệch của học sinh trong dạy học vật lí ............... 9 1.6. Sự cần thiết sử dụng những quan niệm sai lệch của học sinh và việc khắc phục những quan niệm sai lệch của học sinh trong dạy học vật lý..... 9 1.7. Biện pháp khắc phục quan niệm sai lệch của học sinh ............................. 10 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ............................................................................... 11 CHƯƠNG 2. PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LỆCH CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “TĨNH HỌC VẬT RẮN” VẬT LÝ 10 THPT ............................................................................... 12 2.1. Đặc điểm cấu trúc, nội dung kiến thức chương “Tĩnh học vật rắn” vật lý 10 THPT ...................................................................................................... 12 2.1.1. Cấu trúc nội dung .................................................................................. 12 2.1.2. Nội dung của chương ............................................................................ 14 2.1.3. Nội dung kiến thức của chương ............................................................ 14 2.1.4. Điều tra quan niệm sai lệch của học sinh về các kiến thức liên quan đến cân bằng và chuyển động của vật rắn trước khi dạy học chương “Tĩ nh học vật rắn” (Xem phụ lục 1 từ trang P1 đến P7)............................................ 16 2.2. Những quan niệm sai lệch phổ biến của học sinh trong dạy học chương “Tĩnh học vật rắn” vật lý 10 THPT................................................. 16 2.3. Soạn thảo tiến trình dạy học một số bài cụ thể ..................................... 30 2.3.1. Tiến trình dạy bài “Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lự c. Trọng tâm” ....................................................................................................... 30 2.3.2. Giáo án bài “Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực. Trọ ng tâm”(Xem phụ lục 2 từ trang P8 đến P18) ....................................................... 31 2.3.3. Tiến trình dạy bài “Momen của lực. Điều kiện cân bằng của một vậ t có trục quay cố định”....................................................................................... 31 2.3.4. Giáo án bài “Momen của lực. Điều kiện cân bằng của một vật có trụ c quay cố định”(Xem phụ lục 2 từ trang P18 đến P27) ...................................... 33 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................... 33 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ................................................. 34 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ............................... 34 3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ..................................................... 34 3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm .................................................... 34 3.2. Nội dung và phương pháp của thực nghiệm sư phạm ......................... 35 3.2.1. Nội dung của thực nghiệm sư phạm ..................................................... 35 3.2.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ..................................................... 35 3.2.2.1.Chọn mẫu thực nghiệm ....................................................................... 35 3.2.2.2.Phương pháp tiến hành ....................................................................... 35 3.3. Kết quả thực nghiệm sư phạm ............................................................... 36 3.3.1. Đánh giá định tính ................................................................................. 36 3.3.2. Đánh giá kết quả định lượng................................................................. 37 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................... 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 48 PHỤ LỤC......................................................................................................... p1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh PĐT Phiếu điều tra PHT Phiếu học tập PPDH Phương pháp dạy học SGK Sách giáo khoa STT Số thứ tự THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, BẢNG 1. Danh mục các biểu đồ Biểu đồ 3.1. Biểu đồ biểu diễn điểm số kiểm tra của hai nhóm ĐC và TN.........38 Biểu đồ 3.2. Biểu đồ phân phối tần suất...............................................................40 Biểu đồ 3.3. Biểu đồ phân phối tần suất tích lũy..................................................41 Biểu đồ 3.4. Biểu đồ phân loại theo học lực của hai nhóm ĐC và TN.................43 2. Danh mục các đồ thị Đồ thị 3.1. Đồ thị biễu diễn điểm số kiểm tra của hai nhóm ĐC và TN..............39 Đồ thị 3.2. Đồ thị phân phối tần số.......................................................................40 Đồ thị 3.3. Đồ thị phân phối tần suất tích lũy.......................................................42 Đồ thị 3.4. Đồ thị phân loại theo học lực của hai nhóm ĐC và TN.....................43 3. Danh mục các bảng Bảng 3.1.Bảng phân bố tần số điểm số (Xi ) bài kiểm tra của hai nhóm ĐC và TN.......,38 Bảng 3.2. Bảng phân phối tần suất bài kiểm tra của hai nhóm ĐC và TN...........39 Bảng 3.3.Bảng phân phối tần suất tích lũy của hai nhóm ĐC và TN...................41 Bảng 3.4. Bảng phân loại học lực của hai nhóm..................................................42 Bảng 3.5. Bảng các tham số thống kê của bài kiểm tra sau thực nghiệm............44 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vật lý là một chuyên ngành của khoa học tự nhiên nghiên cứu về các dạng vận động của vật chất. Bằng sự đam mê tìm tòi con người đã khám phá và phát hiện ra những điều mới mẽ cũng như những ứng dụng vô cùng quan trọng của nó. Một trong những ứng dụng đó đã được áp dụng rất phổ biến trong lĩnh vực công nghệ hiện đại và trong lĩnh vực đời sống. Đa số các học sinh khi bắt đầu học các môn về khoa học tự nhiên nói chung và môn vật lý nói riêng đều có những quan niệm riêng về một số khái niệm, kiến thức mà học sinh biết được do tiếp xúc với cuộc sống hàng ngày hoặc do ảnh hưởng từ kiến thức các lớp dưới đã ăn sâu vào kiến thức và đem chúng để tiếp thu những kiến thức mà giáo viên truyền đạt trên lớp. Tuy nhiên, một số các quan niệm này có phần sai lệch với các bản chất của các khái niệm, các hiện tượng, các định luật vật lý. Vì vậy đã gây không ít khó khăn, trở ngại trong quá trình dạy học của giáo viên và quá trình nhận thức của học sinh. Quan niệm sai lệch đó như những vật cản trên con đường nhận thức sự vật hiện tượng vật lý. Cho nên việc khắc phục, sửa đổi những quan niệm đó là hết sức cần thiết. Theo lí luận dạy học hiện đại thì một trong những nhiệm vụ quan trọng của quá trình dạy học là nhằm chuyển những quan niệm sai lệch của học sinh thành những quan niệm khoa học. Vì vậy nên hiểu rõ những quan niệm sai lệch của học sinh và tìm ra phương pháp phù hợp để khắc phục những quan niệm đó là việc cần làm của người thầy. Cùng với việc nghiên cứu các biện pháp khắc phục quan niệm sai lệch của học sinh cũng giúp cho chúng tôi có những biện pháp mới phù hợp nhằm làm cho giờ học hấp dẫn và hiệu quả hơn. 2 Chính vì lý do trên mà tôi chọn đề tài “Phát hiện và khắc phục quan niệm sai lệch của học sinh trong chương “Tĩnh học vật rắn” vât lý 10 THPT. Tôi hy vọng những phát hiện cũng như những biện pháp để khắc phục những quan niệm sai lệch đó của học sinh sẽ góp một phần nào đó vào việc nâng cao chất lượng dạy học vật lý ở các trường THPT. 2 2. Mục tiêu của đề tài Phát hiện các quan niệm sai lệch của học sinh về một số khái niệm, hiện tượng, định luật vật lý trong chương “Tĩnh học vật rắn” vật lý 10 THPT. Trên cơ sở đó đề xuất một số phương pháp nhằm khắc phục quan niệm sai lệch của học sinh trong dạy học vật lý. 3. Lịch sử nghiên cứu đề tài - Năm 1995, tác giả Nguyễn Tín Hiền đã nghiên cứu một số quan niệm của học sinh phần âm thanh và ánh sáng. - Năm 1999, các tác giả Trần Thị Cát, Đồng Thị Diện cũng nghiên cứu quan niệm của HS về các khái niệm vật lý thuộc phần Quang học, Điện học ở một số trường THCS thuộc khu vực Đà Nẵng, Quảng Bình... Tuy nhiên các nghiên cứu này mới chỉ dừng lại ở việc tìm hiểu các quan niệm của HS mà chưa đưa ra biện pháp khắc phục cho những quan niệm đó. - Năm 2001, tác giả Lê Văn Giáo đã nghiên cứu quan niệm của HS về một số khái niệm vật lý phần Quang học, Điện học và đề ra biện pháp khắc phục trong việc dạy các khái niệm đó ở trường THCS. - Năm 2014, tác giả Nguyễn Thị Minh Tuệ đã nghiên cứu một số quan niệm sai lệch của HS trong hai chương “Động học chất điểm” và “Động lực học chất điểm” và đề ra biện pháp khắc phục trong việc dạy các quan niệm sai lệch đó ở trường THPT. Cho đến nay, theo tài liệu chúng tôi tìm hiểu được, chưa có tác giả nào nghiên cứu một cách đầy đủ và chi tiết về các quan niệm sai lệch của HS trong chương “Tĩnh học vật rắn” vật lý 10 THPT. Vì vậy việc phát hiện và khắc phục quan niệm sai lệch của HS trong chương này là rất cần thiết. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Hoạt động dạy và học chương “Tĩnh học vật rắn” vật lý 10 THPT, trong đó chú ý đến việc phát hiện và khắc phục quan niệm sai lệch của học sinh. - Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu dạy học chương “Tĩnh học vật rắn” vậ t lý 10 ở trường phổ thông Huỳnh Thúc Kháng. 3 5. Giả thiết khoa học Nếu GV phát hiện được những quan niệm của học sinh về những hiện tượng, khái niệm liên quan đến nội dung giờ học và đề xuất được những giải pháp sư phạm hợp lý thì có thể khắc phục được những quan niệm sai lệch đồng thời làm cho quá trình dạy học sẽ có tác dụng tích cực trong việc kích thích hứng thú, tạo thái độ học tập tích cực của học sinh, làm cho tiết học hấp dẫn hơn..., góp phần nâng cao được hiệu quả giờ học vật lý ở trường phổ thông. 6. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu xây dựng cơ sở lí luận của đề tài. - Điều tra phát hiện các quan niệm sai lệch của học sinh về một số khái niệm trong chương “Tĩnh học vật rắn” trong chương trình vật lý THPT. - Xây dựng tiến trình học với những biện pháp sư phạm cụ thể nhằm khắc phục những quan niệm sai lệch của học sinh. - Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi của tiến trình đề xuất và đánh giá tính hiệu quả của những biện pháp sư phạm trong việc khắc phục những quan niệm sai lệch của HS. 7. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận: tâm lí học, giáo dục học, tâm lí sư phạm… Nghiên cứu chương trình, sách giáo khoa, sách giáo viên, sách bài tập để xác định nội dung, cấu trúc logic của các kiến thức mà học sinh cần nắm vững. - Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế dạy học chương “Tĩnh học vật rắn”. Tìm hiểu thực tế dạy học chương thông qua dự giờ, trao đổi với giáo viên, sử dụng phiếu điều tra, phân tích kết quả và đề xuất một số nguyên nhân của những khó khăn, sai lầm và hướng khắc phục. - Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm sư phạm có đối chứng tại trường THPT Huỳnh Thúc Kháng để đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học khắc phục quan niệm sai lệch của HS. Tổng hợp kinh nghiệm của bản thân, tham khảo ý kiến của thầy cô, bạn bè để đưa ra những biện pháp khắc phục quan niệm sai lệch của HS. 4 8. Cấu trúc và nội dung khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, khóa luận gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận về quan niệm sai lệch của học sinh và ảnh hưởng của nó trong quá trình dạy học. Chương 2: Phát hiện và khắc phục quan niệm sai lệch của học sinh trong chương “Tĩnh học vật rắn” Vật lý 10 THPT. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 5 NỘI DUNG CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ QUAN NIỆM SAI LỆCH CỦA HỌC SINH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TRONG QUÁ TRÌNH DẠY HỌC 1.1. Quan niệm và quan niệm của học sinh 1.1.1. Quan niệm Theo từ điển Tiếng Việt (1992) của Viện khoa học Việt Nam, quan niệm là sự nhận thức như thế nào đó về một vấn đề, một sự kiện.3 Theo từ điển Petit Robert của Paul Robert (1997), quan niệm là sự hình thành một khái niệm, một ý nghĩa khái quát trong óc con người, quan niệm là kết quả của hoạt động trí tuệ.3 Về phương diện lí luận dạy học, theo Gaston Bachelard, nhà sư phạm nổi tiếng ở Pháp thì quan niệm là những hiểu biết được hình thành qua kinh nghiệm. Có nhiều cách định nghĩa khác nhau về quan niệm, tuy nhiên có thể hiểu rằng: Quan niệm là sự hiểu biết của con người về các sự vật, hiện tượ ng, khái niệm và các quá trình tự nhiên thông qua đời sống, sinh hoạt và sản xuất hằ ng ngày mà có. Quan niệm là hiểu biết của mỗi cá nhân nên nó có tính cá biệt rất cao. Vì mỗi người có một tầm hiểu biết khác nhau và có cách nhìn nhận dưới một góc độ riêng nên sẽ có những quan niệm hoàn toàn khác nhau về cùng một sự vật, hiện tượng. Những quan niệm cá nhân được hình thành tự phát và mang yếu tố chủ quan của mỗi người nên thường thiếu khách quan và không khoa học. Đối với học sinh, người ta gọi đó là quan niệm của học sinh để phân biệt với quan niệm khoa học, quan niệm vật lý. Trong những quan niệm của học sinh có những quan niệm không phản ánh đúng với bản chất vật lý, người ta gọi đó là những quan niệm sai lệch của học sinh.3 1.1.2. Quan niệm của học sinh Nhiều nhà lí luận dạy học như: H. Helm, J. D. Novak, J. Piaget, R. Duit…khi nghiên cứu quan niệm của học sinh và những ảnh hưởng của nó đối với quá trình dạy học đều lên tiếng cảnh báo: “Đã đến lúc chúng ta không được phép xem học sinh là những “tờ giấy trắng” mà thầy giáo là người đầu tiên ghi lên trên đó tri thức khoa học, trái lại khi đến trường học sinh đã mang theo mình một “tài sản 6 riêng”, đó là những quan niệm của học sinh đã có trước giờ học về những hiện tượng, khái niệm vật lý mà các em nghiên cứu trong giờ học”.3 Những hiểu biết ban đầu đó người ta gọi là quan niệm của học sinh và đã được R. Duit định nghĩa: “Quan niệm của học sinh là những hiểu biết mà họ c sinh có trước giờ học”.3 1.2. Quan niệm sai lệch Quan niệm sai lệch là sự hiểu biết sai lệch của con người về các sự vật, hiện tượng, khái niệm và các quá trình tự nhiên thông qua đời sống, sinh hoạt và sản xuất hằng ngày mà có. Trong những quan niệm của học sinh, có những quan niệm không phản ánh đúng với bản chất vật lý, bản chất khoa học vốn có của sự vật, hiện tượng, ta gọi đó là những "quan niệm sai lệch của học sinh". 1.3. Nguồn gốc quan niệm sai lệch của học sinh Quan niệm sai lệch của học sinh được hình thành do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó có hai nguyên nhân chủ yếu: Qua thực tế trong đời sống hàng ngày và xuất phát từ sự phong phú của ngôn ngữ. Ngoài ra, những kiến thức có được từ những môn học khác, hoặc từ những giờ học trước đó cũng có thể đưa đến cho học sinh những hiểu biết không đầy đủ về một khái niệm mới nào đó. Đây cũng là một trong những nguyên nhân hình thành quan niệm sai lệch của học sinh. 8 1.3.1. Thực tế đời sống hàng ngày - nguồn gốc chủ yếu hình thành quan niệ m sai lệch của học sinh Ngay từ bé, trẻ em đã được tiếp xúc với môi trường tự nhiên, xã hội và giao tiếp với người lớn xung quanh, nhờ đó sự hiểu biết và tư duy của trẻ không ngừng được mở rộng. Tuy nhiên, những kiến thức ban đầu của trẻ được tích lũy qua cuộc sống mới chỉ là những kiến thức kinh nghiệm. Khi đến trường, qua học tập, sự hiểu biết và trí tuệ của học sinh mới thực sự phát triển, kiến thức của các em mới dần đầy đủ và có tính chính xác. Có thể nói, sự học của con người không chỉ diễn ra trong nhà trường, mà còn diễn ra cả trong đời sống nữa. Điểm đáng chú ý là việc học trong đời sống hàng 7 ngày chỉ đem lại cho con người những kiến thức tiền khoa học, đó chính là vốn sống, vốn hiểu biết riêng của mỗi cá nhân và trên cơ sở đó quan niệm của học sinh về các sự vật, hiện tượng dần được hình thành trong tư duy của các em. Đây là ví dụ minh họa. Quan sát thực tế chúng ta thấy vật càng nặng càng đứng vững hay vật càng cao càng dễ ngã. Vì thế, chúng ta khẳng định điều kiện cân bằng của vật rắn có mặt chân đế là mặt tiếp xúc lớn. Sau này, qua học tập trong trường lớp, tư duy của học sinh mới thực sự phát triển và hiểu biết của các em mới thực sự đầy đủ và chính xác về điều kiện cân bằng của một vật rắn có mặt chân đế: đường thẳng đứng qua trọng tâm của vật gặp mặt chân đế. Như vậy, kinh nghiệm thực tiễn là nguồn gốc chủ yếu hình thành quan niệm của HS. Và chính những kinh nghiệm này sẽ trở thành những quan niệm bền vững và rất khó khắc phục trong giờ học. 1.3.2. Sự phong phú về ngôn ngữ - một nguyên nhân hình thành quan niệ m sai lệch của học sinh Trước hết, có thể khẳng định ngôn ngữ tiếng Việt là hết sức phong phú. Với cùng một từ nhưng người ta có thể diễn đạt nhiều vấn đề khác nhau và ngược lại với cùng một vấn đề cũng có thể dùng nhiều từ ngữ khác nhau để diễn đạt. 8 Trong Vật lý học, có không ít các thuật ngữ diễn đạt các khái niệm và hiện tượng vật lý trùng với những thuật ngữ thường dùng để diễn đạt những vấn đề trong đời sống. Những thuật ngữ như vậy thường mang hai ý nghĩa: ý nghĩa trong sinh hoạt, trong dân gian và ý nghĩa khoa học. Trong nhiều trường hợp, do quá quen thuộc với cách dùng và cách hiểu các thuật ngữ trong đời sống, nên khi gặp lại các thuật ngữ ấy với tư cách là tên gọi của một khái niệm hay hiện tượng vật lý, thì học sinh khó có thể tránh được những quan niệm sai lệch về bản chất khoa học của chúng. Đây là ví dụ minh họa. Trong cuộc sống, thuật ngữ "cân bằng" được sử dụng khá rộng rãi. Quan niệm thông thường về cân bằng là đứng yên: Khi xe ô tô đỗ trong bến xe, đu quay chưa hoạt động ... đó là những trạng thái cân bằng. Còn xe ô tô chuyển động thẳng đều trên đường, đu quay quay tròn đều... đó không là những trạng thái cân bằng. Trong Vật lý học, "cân bằng" được định nghĩa chuẩn xác về mặt khoa học với tư cách là một khái niệm 8 vật lý: Gia tốc của vật bằng không thì trạng thái của vật được gọi là trạng thái cân bằng. Chính vì cách quan niệm theo kiểu cuộc sống về "cân bằng" đã ăn sâu vào tiềm thức của các em, nên khi học vật lý rất nhiều học sinh đã vận dụng một cách sai lệch bản chất của các khái niệm "cân bằng”. 8 Có thể nói chính sự phong phú và đa dạng của ngôn ngữ đã góp phần hình thành ở các em những quan niệm theo cách hiểu của riêng mình, nhiều lúc gây ra sự lẫn lộn, dẫn đến những hiểu biết sai lệch của học sinh về các khái niệm, các hiện tượng vật lý. 1.3.3. Kiến thức từ những môn học khác hay từ những giờ học trước - mộ t trong những nguyên nhân hình thành quan niệm sai lệch của học sinh Những kiến thức HS được học từ các môn học khác hay từ các tiết học trước có liên quan đến kiến thức sắp học nhưng không được tìm hiểu kĩ cũng có thể làm cho HS hiểu không đầy đủ hoặc hiểu sai về một khái niệm mới nào đó. Đây cũng là một trong những nguyên nhân hình thành quan niệm của học sinh và thường là những quan niệm sai lệch, không trùng với kiến thức khoa học. Hai là có thể có học sinh hiểu sai vấn đề vì nhiều lí do. Ba là hiểu biết ấy hoàn toàn không đủ để hiểu biết những vấn đề sẽ được nghiên cứu trong giáo trình vật lí ở trường phổ thông. 1.4. Đặc điểm quan niệm sai lệch của học sinh - Quan niệm sai lệch của học sinh rất bền vững, khó thay đổi : do những kiến thức có tính chất kinh nghiệm, những hiểu biết tự phát ở học sinh được hình thành và tích lũy dần dần ngày càng nhiều, ngày này sang ngày khác, ngày càng được khắc sâu và trở thành vốn hiểu biết riêng của mỗi cá nhân.8 - Đa số quan niệm của học sinh đều sai lệch hoặc chưa hoàn chỉnh, chư a chính xác so với những cái mà học sinh cần phải học: do quan niệm của học sinh được hình thành một cách tự phát.8 - Có tính phổ biến : ví dụ như học sinh ở Việt Nam cũng như ở nước ngoài đều mắc phải sai lầm: Cân bằng là đứng yên.8 9 Như vậy, có thể nói phần lớn quan niệm của học sinh là sai lệch so với bản chất vật lý, mặt khác chúng có đặc điểm rất bền vững nên đa số quan niệm của HS thường gây ra những khó khăn trong việc dạy và học vật lý ở trường THPT. 1.5. Vai trò quan niệm sai lệch của học sinh trong dạy học vật lý a. Mặt tích cực Đối với những quan niệm không sai lệch, nhưng chưa hoàn chỉnh hoặc chưa thật chính xác, nghĩa là những quan niệm phù hợp với bản chất vật lý thì chúng có vai trò tích cực trong dạy học. b. Mặt tiêu cực Như chúng ta đã biết, quan niệm của học sinh là vốn hiểu biết riêng của cá nhân nên chúng rất bền vững, khó thay đổi và đa số quan niệm này thường sai lệch với những cái mà học sinh cần phải học, gây khó khăn trong quá trình dạy học vật lý ở trường phổ thông. Nhiều nghiên cứu cùng có một khẳng định: “Một trong những trở ngại lớn nhất cho hoạt động nhận thức của học sinh chính là những quan niệm sai lầm mà họ có được do đời sống hàng ngày mang lại”. Vì thế, không thể coi những hiểu biết ấy là cơ sở để nghiên cứu vật lý vì những lí do sau đây: 8 - Một là những hiểu biết ấy có thể rất khác nhau ở những học sinh khác nhau, cùng một vấn đề nhưng mỗi học sinh có thể hiểu theo cách riêng của họ. - Hai là có thể có học sinh hiểu sai vấn đề vì nhiều lí do. - Ba là hiểu biết ấy hoàn toàn không đủ để hiểu biết những vấn đề sẽ được nghiên cứu trong giáo trình vật lý ở trường phổ thông. 1.6. Sự cần thiết sử dụng những quan niệm của học sinh và việc khắc phục những quan niệm sai lệch của học sinh trong dạy học vật lý 8 - Tri thức mới được xây dựng dựa trên các tri thức đã có và đồng thời phải đối chọi lại với các quan niệm đã có nhưng lại là trở lực (quan niệm sai lầm) đối với sự hình thành tri thức mới. Tri thức mới, chỉ có thể thực sự được xác lập, hòa nhập vào vốn hiểu biết riêng của học sinh khi mà nó được xây dựng trên cơ sở tri thức đã có của học sinh, đồng thời làm biến đổi và khắc phục được các quan niệm sai lệch của học sinh, cách hiểu cũ sai lạc, trái ngược với nó. Bởi vậy, trong 10 dạy học cần nghiên cứu, tìm hiểu nắm bắt các quan niệm sai lệch hoặc cách hiểu sai lầm vốn có của học sinh có liên quan với các tri thức cần xây dựng. Chúng có thể là chỗ dựa nhưng đồng thời cũng có thể là trở lực tất yếu cần khắc phục đối với quá trình xây dựng tri thức mới của học sinh. - Hoạt động dạy học là tạo ra những tình huống có vấn đề kích thích khả năng nhận thức của học sinh. Vì vậy, cần sử dụng những quan niệm vốn có của học sinh vào việc xây dựng tình huống có vấn đề một cách hữu hiệu sao cho tạo được điều kiện thuận lợi cho những quan niệm đó được học sinh vận dụng, khiến cho học sinh tự nhận thấy chỗ sai lầm và cần thiết phải thay đổi quan niệm, khắc phục sai lầm để xây dựng tri thức mới phù hợp. 1.7. Biện pháp khắc phục quan niệm sai lệch của học sinh Để khắc phục các quan niệm sai lệch của học sinh trong quá trình dạy học Vật lý người thầy giáo có thể sử dụng các biện pháp sau: - Sử dụng các thí nghiệm đơn giản, dễ làm: Đây là biện pháp đặc thù, là thế mạnh của bộ môn vật lý. Bằng các thí nghiệm có sẵn ở trường hoặc các thí nghiệm đơn giản do giáo viên tự tạo sẽ thuyết phục học sinh về những quan niệm sai lầm của mình. Ví dụ bằng thí nghiệm với các dạng hình học khác nhau sẽ giúp học sinh có những hiểu biết rõ hơn về cách xác định trọng tâm của các vật rắn phẳng mỏng bất kì. - Nhấn mạnh các kiến thức khoa học: Với những lập luận chặt chẽ dựa vào các kiến thức khoa học đã biết giáo viên có thể giúp học sinh có những nhận thức, hiểu biết đúng đắn về một hiện tượng, một khái niệm vật lý. - Sử dụng các bài tập đơn giản: Thông qua các bài tập đơn giản có thể đưa vào cuối giờ học hay trong các bài kiểm tra, giáo viên cũng có thể khắc phục được những quan niệm của hoạc sinh. Trong ba biện pháp trên thì biện pháp sử dụng các thí nghiệm vẫn là biện pháp quan trọng có tính thuyết phục cao. Trong quá trình dạy học Vật lý, người thầy giáo nên tìm cách khai thác biện pháp này. 11 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong chương này chúng tôi đã tập trung nghiên cứu và trình bày một cách có hệ thống những cơ sở lý luận về QN sai lệch của HS, đặc biệt làm rõ các QN sai lệch của học sinh đối với việc dạy học vật lý trường THPT. Những nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn về quan niệm sai lệch của học sinh có thể được tóm tắt qua các kết luận sau: - Học sinh trước khi đến lớp đã có những hiểu biết, những quan niệm sai lệch về các hiện tượng, khái niệm và quá trình vật lý sắp được nghiên cứu trong giờ học. - QN sai lệch của HS được hình thành dần dần theo thời gian và do nhiều nguyên nhân khác nhau, nhưng chủ yếu vẫn là do: kinh nghiệm trong đời sống, kinh nghiệm hoạt động thực tế và sự phong phú của ngôn ngữ. - Đa số các QN của HS đều lệch khỏi bản chất vật lý của các khái niệm, hiện tượng và quá trình vật lý sẽ được nghiên cứu trong giờ học. Bên cạnh đó do chúng có đặc điểm rất bền vững nên quá trình khắc phục những QN sai lệch đó thường gặp khó khăn. Trên cơ sở nghiên cứu đặc điểm, nguồn gốc cũng như ảnh hưởng của QN sai lệch của học sinh đến quá trình dạy học vật lý, chúng tôi đề xuất những biện pháp cụ thể nhằm chuyển những QN sai lệch của HS thành những quan niệm khoa học. 12 CHƯƠNG 2. PHÁT HIỆN VÀ KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LỆCH CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “TĨNH HỌC VẬT RẮN” VẬT LÝ 10 THPT 2.1. Đặc điểm cấu trúc, nội dung kiến thức chương “Tĩnh học vật rắn” vật lý 10 THPT 2.1.1. Cấu trúc nội dung Ở chương I và II của sách giáo khoa Vật lý 10 THPT ban nâng cao, học sinh đã được tìm hiểu và khảo sát điều kiện cân bằng và chuyển động của những vật được xem là chất điểm. Nhưng chất điểm là một khái niệm rất trừu tượng còn trong thực tế chúng ta chủ yếu tiếp xúc với các vật rắn. Chính vì vậy, việc đưa chương III “Tĩnh học vật rắn” nối tiếp chương I và II là điều cần thiết và hết sức hợp lý. Nội dung của chương chủ yếu tập trung vào điều kiện cân bằng của vật rắn. Trong chương trình SGK vật lý lớp 10, chương “Tĩnh học vật rắn” thuộc phần cơ học. Phần cơ học gồm 5 chương và chương “Tĩnh học vật rắn” được xếp sau chương “Động lực học chất điểm”. Chương này được giảng dạy trong 8 tiết trong đó có 4 tiết lý thuyết, 2 tiết bài tập và 2 tiết thực hành. Chương “Tĩnh học vật rắn” nghiên cứu trạng thái cân bằng để tìm điều kiện đứng yên cho vật rắn. Theo quan niệm động lực học thì đứng yên chỉ là trường hợp đặc biệt của trạng thái cân bằng khi vận tốc bằng không. Do vậy có thể sử dụng các biểu thức của chương “Động lực học chất điểm” để nghiên cứu điều kiện cân bằng. Chính vì vậy mà chương “Tĩnh học vật rắn” được xếp sau chương “Động lực học chất điểm”. Mở đầu chương là các thí nghiệm về cân bằng, từ đó khái quát dần đến những điều kiện cân bằng ngày càng phức tạp hơn. Như vậy, kiến thức trong chương này được hình thành một phần từ thực nghiệm, một phần được xây dựng thông qua các lập luận chặt chẽ. Bên cạnh đó các thí nghiệm trong chương này rất dễ thực hiện. 13  Sơ đồ cấu trúc nội dung của chương: TĨNH HỌC ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN Cùng chiều Quy tắc hợp hai lực song song Quy tắc hợp hai lực đồng quy VẬT RẮN ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN KHÔNG QUAY ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN CHỈ QUAY Quy tắc momen lực Ngược chiều 14 2.1.2. Nội dung của chương 5 Chương “Tĩnh học vật rắn” bao gồm các kiến thức cơ bản sau: - Các quy tắc hợp lực: + Quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy. + Quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều. - Các điều kiện cân bằng của một vật rắn : + Vật rắn chịu tác dụng của hai lực. + Vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song. + Vật rắn quay quanh một trục. + Vật rắn có mặt chân đế. - Các khái niệm: trọng tâm, momen lực, mặt chân đế, các dạng cân bằng. - Chuyển động của vật rắn: + Chuyển động tịnh tiến. + Chuyển động quay quanh một trục. + Tác dụng của ngẫu lực đối với vật rắn. Chương gồm 5 bài, được phân phối trong 8 tiết. Trong đó có 4 tiết lý thuyết, 2 tiết bài tập và 2 tiết thực hành. Bài 1: Cân bằng những vật rắn dưới tác dụng của hai lực. Trọng tâm Bài 2: Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song Bài 3: Quy tắc hợp lực song song. Điều kiện cân bằng của một vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song Bài 4: Momen của lực. Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định Bài 5: Thực hành: Tổng hợp hai lực 2.1.3. Nội dung kiến thức của chươ ng Bài 1: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực. Trọng tâm - Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực là hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều (hai lực trực đối). - Khái niệm trọng tâm và cách xác định trọng tâm của vật rắn phẳng mỏng. - Có ba dạng cân bằng: cân bằng bền, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định. 15 + Cân bằng bền: trọng tâm của vật ở vị trí thấp nhất so với các vị trí khác. Khi một vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng bền thì tự nó có thể trở về vị trí đó. + Cân bằng không bền: trọng tâm của vật ở vị trí cao nhất so với các vị trí khác. Khi một vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng không bền thì không thể tự trở về vị trí đó được. + Cân bằng phiếm định: vị trí trọng tâm không thay đổi hay trọng tâm có độ cao không thay đổi. Vật đứng yên ở mọi vị trí. - Mặt chân đế: là hình đa giác lồi nhỏ nhất chứa các điểm tiếp xúc. - Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế: giá của trọng lực phải đi qua mặt chân đế (hay trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế). - Mức vững vàng của cân bằng: Muốn tăng mức vững vàng của cân bằng, người ta tăng diện tích mặt chân đế và hạ thấp trọng tâm của vật. Bài 2: Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song - Quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy: Muốn tổng hợp hai lực có giá đồng quy, trước hết ta phải trượt hai vecto lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng quy rồi áp dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực. - Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song: + Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy. + Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba Bài 3: Quy tắc hợp lực song song. Điều kiện cân bằng của một vật rắn dướ i tác dụng của ba lực song song - Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều và có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực ấy. - Giá của hợp lực chia khoảng cách giữa hai giá của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy. - Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song là hợp lực của hai lực bất kì cân bằng với lực thứ ba. - Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều và có độ lớn bằng hiệu độ lớn của hai lực thành phần. 16 - Giá của hợp lực là khoảng cách giữa giá của hợp lực với giá của hai lực thành phần. Bài 4: Momen lực. Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định - Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó: M = Fd. - Điều kiện cân bằng của một vật quay quanh trục: Tổng các momen lực có xu hướng làm cho vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ. - Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật gọi là ngẫu lực. - Ngẫu lực tác dụng vào một vật chỉ làm vật quay chứ không tịnh tiến. - Momen của ngẫu lực: M = F.d - Momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực. 2.1.4. Điều tra quan niệm sai lệch của học sinh về các kiến thức liên quan đế n cân bằng và chuyển động của vật rắn trước khi dạy học chương “Tĩnh học vậ t rắn” (Xem phụ lục 1 từ trang P1 đến P7) Tôi đã tham khảo và chọn ra được 18 câu trắc nghiệm bao gồm câu đúng sai và câu 4 lựa chọn và tiến hành điều tra trên 80 học sinh thuộc hai lớp 10A1 và 10A2. 5 Nhận xét: Qua việc thống kê phiếu điều tra tôi đã xác định được 10 quan niệm sai lệch phổ biến ở HS. Những quan niệm sai lệch này phần lớn xuất phát từ thực tế, một phần do tiến trình dạy học trước đây, hoặc hình thành do logic nhận thức của HS, do đó tồn tại trong ý thức của HS dẫn đến những sai lầm của HS khi trả lời các câu hỏi trong quá trình làm việc với GV, chỉ khi có tác động từ bên ngoài mới làm cho HS tự nguyện thay đổi. 2.2. Những quan niệm sai lệch phổ biến của học sinh trong dạy học chương “Tĩnh học vật rắn” vật lý 10 THPT Quan niệm 1. Khái niệm vật rắn Quan niệm sai lệch: Học sinh thường nhầm lẫn giữa vật rắn và chất điểm 17 Cách phát hiện: GV đưa ra các câu hỏi thực tế, các sự vật hiện tượng gần gũi trong đời sống để HS bộc lộ quan niệm. - Con tàu trên biển. - Khối sắt đang đặt trên bàn. - Trái Đất quay trên quỹ đạo quanh Mặt Trời. - Chiếc xe ôtô đang chạy trên đường. Hãy cho biết: con tàu, khối sắt, Trái Đất, chiếc xe thì đâu được xem là vật rắn, đâu được xem là chất điểm. Theo khảo sát thực tế trong giờ học thì đa số các em nghĩ vật có khối lượng, ta nhìn thấy được như các ví dụ trên đều là vật rắn. Còn chất điểm thì các em nghĩ đó là những cái gì đó có kích thước rất nhỏ. Quan niệm vật lý: Vật rắn là những vật có kích thước đáng kể và hầu như không bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Chất điểm là một khái niệm vật lý lý thuyết chỉ những vật có khối lượng đáng kể nhưng kích thước có thể bỏ qua trong quá trình khảo sát các tính chất vật lý của chúng. Cách khắc phục: Nhấn mạnh các kiến thức khoa học Sở dĩ các em có quan niệm sai như vậy là do một phần chưa hiểu rõ về khái niệm của vật rắn và chất điểm, một phần là do giáo viên chưa có những ví dụ cụ thể để học sinh dễ phân biệt hai khái niệm này. Có thể khắc phục quan niệm trên bằng cách từ những lập luận chặt chẽ, dựa vào các kiến thức khoa học đã biết có thể giúp học sinh có những nhận thức, hiểu biết đúng đắn về một khái niệm vật lý bằng việc phân tích các ví dụ cụ thể.  Vật rắn là những vật có kích thước đáng kể và không bị biến dạng khi chịu tác dụng của các ngoại lực có nghĩa là ta xét vật rắn đó có kích thước xác định. Ví dụ: Khối sắt đang đặt trên bàn.  Chất điểm chỉ những vật có khối lượng đáng kể nhưng kích thước có thể bỏ qua trong quá trình khảo sát các tính chất vật lý của chúng nghĩa là có khối 18 lượng xác định còn kích thước của nó là không đáng kể so với khoảng cách mà nó đạt được. Tùy thuộc vào từng hoàn cảnh mà chất điểm có thể là mô hình xấp xỉ của các vật thể trong các bài toán lý thuyết như: - Hòn đá được ném theo một phương nào đó so với mặt đất – kích thước của nó là không đáng kể so với khoảng cách mà nó đạt được, cũng như so với sai số trong đo đạc. - Con tàu trên biển – kích thước của nó là không đáng kể so với kích cỡ của biển. - Trái Đất quay trên quỹ đạo quanh Mặt Trời – thì kích thước của nó (bán kính khoảng 6370 km) cũng không đáng kể so với bán kính của quỹ đạo (150 triệu km). Quan niệm 2. Trạng thái cân bằng Quan niệm sai lệch: Học sinh nghĩ cân bằng là đứng yên Cách phát hiện: GV đưa ra câu hỏi trắc nghiệm yêu cầu HS chọn câu đúng bằng cách đưa ra biểu quyết để bộc lộ quan niệm sai lệch. Trạng thái cân bằng A. là trạng thái đứng yên B. là trạng thái chuyển động thẳng đều. C. là trạng thái quay đều D. là 3 trạng thái nêu ở trên Kết quả điều tra cho thấy, đã có 68,29 số học sinh lớp 10 được hỏi chọn phương án A và 31,71 chọn phương án D, không có HS nào chọn phương án B và C. Quan niệm vật lý: Khi gia tốc của vật bằng 0 thì trạng thái của vật được gọi là trạng thái cân bằng (Ngoài trạng thái đứng yên và trạng thái chuyển động thẳng đều ra, trạng thái quay đều cũng được gọi là trạng thái cân bằng). Nguyên nhân: Sở dĩ các em có quan niệm sai lệch như vậy vì theo kinh nghiệm sống thực tế, các em cho rằng nếu một vật đứng yên thì nó cân bằng. Do đó thuật ngữ “cân bằng” được hiểu trong thực tế khác với định nghĩa trong vật lý. 19 Cách khắc phục: Có thể khắc phục quan niệm trên bằng cách đưa ra ví dụ cụ thể để chứng minh cho học sinh thấy quan niệm sai lệch của mình. - Đứng yên ở đây chỉ là trường hợp đặc biệt của trạng thái cân bằng khi vận tốc bằng không. Vậy thì lúc này gia tốc của vật bằng bao nhiêu? - Nếu xét vật ở trạng thái chuyển động thẳng đều hoặc vật ở trạng thái quay đều thì gia tốc của vật bằng bao nhiêu? Trả lời được các câu hỏi trên là các em đã có thể hiểu được thuật ngữ “cân bằng” theo quan niệm vật lý. Quan niệm 3. Vectơ lực Quan niệm sai lệch: Nhiều học sinh quan niệm sai về giá và phương (cho rằng giá và phương đồng nhất) nên cho rằng khi vật rắn chịu tác dụng của hai lực thì để vật rắn cân bằng hai lực đó phải cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn. Cách phát hiện: GV đưa ra câu hỏi trắc nghiệm yêu cầu HS chọn câu đúng bằng cách đưa ra biểu quyết để bộc lộ quan niệm sai lệch. Vật rắn chịu tác dụng của hai lực cân bằng khi: A. hai lực cùng phương, cùng chiều, cùng độ lớn. B. hai lực cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn. C. hai lực cùng giá, cùng chiều, cùng độ lớn. D. hai lực cùng giá, ngược chiều, cùng độ lớn. Kết quả điều tra cho thấy, đã có 48,78 số học sinh lớp 10 được hỏi chọn phương án B và 46,34 chọn phương án D, có 3,66 HS chọn phương án A và 1,22 chọn phương án C. Quan niệm vật lý: Giá là đường thẳng chứa vectơ lực. Phương là hướng đi của vật biểu thị khuynh hướng chuyển động mà lực đó gây ra cho vật. => Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực: hai lực phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. Cách khắc phục: Có thể khắc phục quan niệm này bằng cách đưa ra các hình vẽ lý thuyết. (Hình 2.1) 20 Hình 2.1 Quan sát hình ta thấy giá của vật là đường thẳng chứa hai vectơ lực ܨ ଵ ሬሬሬԦ và ܨ ଶ ሬሬሬԦ . Mặc khác ta thấy phương của hai dây cùng nằm trên một đường thẳng nghĩa là hai lực này cùng phương với nhau.  phương của chúng trùng với giá của lực (ở đây phương của vật ta đang xét là phương ngang). ܨ ଵ ሬሬሬԦ = - ܨ ଶ ሬሬሬԦ hai lực tác dụng vào vật rắn cùng phương, ngược chiều nhau. Quan niệm 4. Khái niệm trọng tâm Quan niệm sai lệch: Học sinh nghĩ trọng tâm của vật nào phải nằm trên vật đó và nằm tại tâm hình học của vật rắn hoặc là điểm chính giữa vật. Cách phát hiện: GV đưa ra câu hỏi trắc nghiệm yêu cầu HS chọn câu đúng bằng cách đưa ra biểu quyết để bộc lộ quan niệm sai lệch. 1. Vị trí trọng tâm của vật rắn là: A. tâm hình học của vật rắn. B. điểm chính giữa vật. C. điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật. D. điểm bất kỳ trên vật. 2. Trọng tâm của vật nào thì phải luôn nằm trên vật đó. A. Đúng B. Sai Kết quả điều tra cho thấy ở câu 1 đã có 7,32 số học sinh lớp 10 được hỏi chọn phương án A, 92,68 chọn phương án C, không có học sinh nào chọn phương án B và D. Còn ở câu 2 đã có 15,85 số học sinh được hỏi chọn phương án A và 84,15 chọn phương án B. 21 Quan niệm vật lý: Trọng tâm của một vật chính là điểm đặt của trọng lực, trọng tâm có thể nằm trên vật hoặc ngoài phần vật chất của vật. Cách khắc phục: Có thể khắc phục quan niệm này bằng một thí nghiệm tự tạo đơn giản. Ta sử dụng một chiếc nhẫn đồng chất và làm thí nghiệm xác định trọng tâm của nó thì học sinh sẽ thấy được trọng tâm của chiếc nhẫn rơi ở bên ngoài vật. Từ thí nghiệm trên học sinh sẽ tự bác bỏ quan niệm sai đồng thời tự điều chỉnh để đưa ra quan niệm đúng về khái niệm trọng tâm. Quan niệm 5. Điều kiện cân bằng của vật rắn có mặt chân đế Quan niệm sai lệch: HS thường nghĩ vật càng nặng càng đứng vững hay vật càng cao càng dễ ngã. Cách phát hiện: GV đưa ra câu hỏi trắc nghiệm yêu cầu HS chọn câu đúng bằng cách đưa ra biểu quyết để bộc lộ quan niệm sai lệch. 1. Vật càng nặng càng đứng vững. A. Đúng B. Sai 2. Vật càng cao càng dễ ngã. A. Đúng B. Sai Kết quả điều tra cho thấy, ở câu 1 đã có 78,05 số học sinh lớp 10 được hỏi chọn phương án A và 21,95 chọn phương án B. Còn ở câu 2 thì có 79,27 học sinh chọn phương án A và 20,73 chọn phương án B. Quan niệm vật lý: Điều kiện cân bằng của vật rắn có mặt chân đế: Đường thẳng đứng qua trọng tâm của vật gặp mặt chân đế. Cách khắc phục: 1. Giáo viên đưa ra bức tranh về tháp nghiêng Pi –da rồi đặt câu hỏi: Các em có biết công trình kiến trúc này tên là gì không? Học sinh tranh luận. Các em biết gì về công trình kiến trúc độc đáo này? 22 Vậy tại sao tháp nghiêng cao như vậy mà không bi đổ? Hay điều kiện cân bằng của nó là gì? Trả lời: Tháp Pisa (Ý) nghiêng nhưng không bị đổ xuống vì trọng tâm rơi trên mặt chân đế nên tháp ở trạng thái cân bằng 2. - GV: Yêu cầu tất cả HS trong lớp ngồi ở tư thế thẳng lưng, đùi vuông góc với chân sau đó yêu cầu các em đứng dậy nhưng với điều kiện không được chúi người về phía trước hoặc co chân về phía sau. - HS: HS bất ngờ khi thấy mình không đứng dậy được. - GV: Đặt câu hỏi: Tại sao khi đang ngồi trên ghế nếu muốn đứng dậy ta phải cúi người về phía trước hoặc co chân về phía sau? - HS: Tự tìm hiểu để trả lời câu hỏi trên từ đó sẽ tự bác bỏ quan niệm sai đồng thời học sinh tự điều chỉnh quan niệm của mình. 3. Làm thí nghiệm với 1 khúc gỗ và một khối sắt. Làm thí nghiệm với một vật có độ cao thấp nhưng mặt chân đế nhỏ còn phía trên đặt một vật nặng và có diện tích rộng => mâu thuẫn: vật sẽ đứng không vững hoặc có khi bị đỗ. Quan niệm 6. Tác dụng của lực đối với vật rắn Quan niệm sai lệch: Đa số học sinh đều quan niệm rằng tác dụng của một lực lên một vật là không đổi khi độ lớn của lực không đổi nhưng phương của lực thay đổi. Cách phát hiện: GV đưa ra câu hỏi trắc nghiệm yêu cầu HS chọn câu đúng bằng cách đưa ra biểu quyết để bộc lộ quan niệm sai lệch. Tác dụng của một lực lên vật rắn là không đổi khi: A. lực đó trượt trên giá của nó. B. giá của lực quay một góc 900 . C. lực đó dịch chuyển sao cho phương của lực không đổi. D. độ lớn của lực không thay đổi nhưng phương của lực thay đổi. Kết quả điều tra cho thấy, đã có 67,07 số học sinh lớp 10 được hỏi chọn phương án A; 0 chọn phương án B; 1,22 chọn phương án C và 31,71 chọn phương án D. 23 Quan niệm vật lý: Tác dụng của một lực lên một vật là không đổi khi lực đó trượt trên giá của chúng. Cách khắc phục: Vận hành quan niệm sai để kiểm tra bằng thực nghiệm thì thấy mâu thuẫn: trạng thái của vật đã bị thay đổi. Mô tả thí nghiệm cho học sinh thấy rằng: khi lực trượt trên giá của nó thì trạng thái của vật không thay đổi. Ví dụ: Ta dùng một chiếc ô tô nhựa, gắn sợi dây vào một điểm A bất kì trên nó (Hình 2.2). Ta dùng một lực F = 2N kéo xe về phía trước theo phương ngang thì xe sẽ chuyển động một đoạn s. Nếu: - Ta gắn sợi dây vào một điểm B cùng nằm trên giá đi qua điểm A (Hình 2.3), tác dụng một lực F = 2N thì lúc này xe có chuyển động như thế nào? - Ta cũng gắn sợi dây vào điểm A, tác dụng một lực F = 2N có phương thẳng đứng (Hình 2.4), thì lúc này xe sẽ chuyển động như thế nào? Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Trả lời được các câu hỏi trên là các em đã có thể hiểu được quan niệm vật lý. Quan niệm 7. Đặc điểm của lực làm quay vật Quan niệm sai lệch: Lực có giá song song với trục quay, lực có giá cắt trục quay hoặc lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và cắt trục quay thì làm cho vật quay quanh trục. 24 Cách phát hiện: GV đưa ra câu hỏi trắc nghiệm yêu cầu HS chọn câu đúng bằng cách đưa ra biểu quyết để bộc lộ quan niệm sai lệch. Lực có tác dụng làm cho vật quay quanh trục khi: A. lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và cắt trục quay B. lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay. C. lực có giá song song với trục quay. D. Lực có giá cắt trục quay. Kết quả điều tra cho thấy, đã có 45,12 số học sinh lớp 10 được hỏi chọn phương án A; 51,22 chọn phương án B; 1,22 học sinh chọn phương án C và 2,44 chọn phương án D. Quan niệm vật lý: Lực có tác dụng làm vật quay quanh trục khi lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay. Cách khắc phục: Vận hành quan niệm sai để kiểm tra bằng thực nghiệm thì thấy mâu thuẫn: vật không quay. Thiết kế thí nghiệm tự tạo đơn giản cho học sinh làm để bác bỏ quan niệm sai đồng thời học sinh tự điều chỉnh để đưa ra quan niệm đúng về điều kiện để lực làm quay một vật. Mục đích: Xác định điều kiện để lực có tác dụng làm quay vật. Dụng cụ: Vật có trục quay cố định có đục 4 lỗ có chốt để gắn sợi dây, giá đỡ trục quay. Tiến hành thí nghiệm: + Dùng tay tác dụng lực kéo vào dây nối với chốt O1 theo phương song song trục quay (Hình 2.5). Quan sát. + Dùng tay tác dụng lực kéo vào dây nối với chốt O2 theo phương cắt trục quay (Hình 2.6). Quan sát. + Dùng tay tác dụng lực kéo vào dây nối với chốt O3 nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và cắt trục quay (Hình 2.7). Quan sát. + Dùng tay tác dụng lực kéo vào dây nối với chốt O4 nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay (Hình 2.8). Quan sát. 25 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Cho học sinh quan sát thí nghiệm và đưa ra được ở hình nào vật không quay và ở hình nào vật quay quanh trục để từ đó học sinh tự bác bỏ quan niệm sai lệch của mình để đưa ra quan niệm đúng. Quan niệm 8. Khái niệm cánh tay đòn Quan niệm sai lệch: HS nhầm cánh tay đòn là khoảng cách từ trục quay đến điểm đặt lực. Cách phát hiện: GV đưa ra câu hỏi trắc nghiệm yêu cầu HS chọn câu đúng bằng cách đưa ra biểu quyết để bộc lộ quan niệm sai lệch. 1. Một cái cân có hai cánh tay đòn không bằng nhau. Nếu người bán hàng đặt quả cân vào đĩa cân có cánh tay đòn dài thì có ai bị thiệt không? A. Người mua thiệt. B. Người bán thiệt. C. Không ai thiệt cả. D. Cả hai người đều bị thiệt. 2. Thanh gỗ đồng chất, 1 đầu to, 1 đầu nhỏ. Dùng một sợi dây mảnh buộc gậy ở một vị trí mà khi treo dây lên thì gậy nằm ngang. Cưa đôi gậy ở chỗ buộc dây thành 2 phần. Kết luận nào sau đây về trọng lượng của 2 phần gậy là đúng: A. Trọng lượng phần có đầu nhỏ lớn hơn phần kia vì dài hơn B. Trọng lượng phần có đầu to lớn hơn C. Không chắc chắn phần nào có trọng lượng lớn hơn D. Trọng lượng hai phần bằng nhau 26 Kết quả điều tra cho thấy, ở câu 1 đã có 24,39 số học sinh lớp 10 được hỏi chọn phương án A; 48,78 chọn phương án B; 25,61 học sinh chọn phương án C và 1,22 chọn phương án D. Còn ở câu 2có 23,17 số học sinh lớp 10 được hỏi chọn phương án A; 9,76 chọn phương án B; 3,66 học sinh chọn phương án C và 63,41 chọn phương án D. Quan niệm vật lý: Cánh tay đòn là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực. Cách khắc phục: Dùng thí nghiệm đơn giản cùng với những hình ảnh thực tế để giải thích cho HS thấy sự sai lầm của mình.  Thứ nhất Ở hình 2.9 này nếu HS không hiểu rõ về cánh tay đòn thì sẽ xác định d1 như hình vẽ là từ tâm O đến điểm đặt của lực F1 , còn d2 là từ tâm O đến điểm đặt của lực F2 (nét đỏ). Do khoảng cách từ tâm O đến điểm đặt của lực F1 trùng với khoảng cách từ tâm O đến giá của lực nên HS xác định đúng d 1 , còn đối với d2 thì ta phải xác định như hình vẽ bên: đó là khoảng cách từ tâm O đến giá của lực F2 chứ không phải d2 như ta xác định ở trên. Đó chính là điều HS dễ bị nhầm lẫn khi xác định cánh tay đòn, vì thế trong quá trình dạy học GV phải nhấn mạnh kĩ về khái niệm cánh tay đòn. Hình 2.9 27  Thứ hai Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12a Hình 2.12b - Thanh gỗ đồng chất, 1 đầu to, 1 đầu nhỏ. . Dùng một thanh gỗ tròn được đóng một cây đinh nhỏ ở đỉnh, sau đó ta buộc gậy ở một vị trí mà khi gắn đinh vào thì gậy nằm ngang (hình 2.10). - Ta dùng 2 lực treo vào hai bên g