Bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy học phần cơ học lớp 10 THPT
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ
PHẠM THỊ TƯƠI
BỔI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP HỘP ĐEN CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC
PHẦN CƠ HỌC LỚP 10 THPT KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ
PHẠM THỊ TƯƠI
BOI DUONG PHUONG PHAP HOP DEN CHO HOC SINH TRONG DAY HOC
PHAN CO HOC LOP 10 THPT KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC
CHUYEN NGANH PHUONG PHAP GIANG DAY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
Trang 3HÀ NỘI - 2009
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành khoá luận, em đã nhận được sự quan tâm, tạo điều kiện về vật chất và tinh thần của các Thầy, Cô giáo trong tổ phương pháp của khoa Vật Lý cùng sự hỗ trợ, động viên của các bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quí báu này
Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo thạc sĩ Dương xuân Quý đã tân tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thới gian qua để em có
thể hoàn thành khoá luận
Mặc dù đã cố gắng nhưng những vấn đề em trình bày trong khoá luận không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em kính mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy, cô giáo và sự đóng góp ý kiến của các bạn sinh viên để
khoá luận của em có thể hoàn thiện hơn nữa
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2009
Sinh viên:
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan những vấn đề em trình bày trong khoá luận là kết quả nghiên cứu của bản thân em dưới sự hướng dẫn tận tình của thạc sĩ Dương Xuân Quý Không trùng với kết quả của các tác giả khác
Nếu sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm
Sinh viên:
Trang 5MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 3 Các nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 5 Giả thuyết khoa học
NỘI DUNG:
Chương Ï:
CƠ SƠ LÝ LUẬN CỦA VIỆC BỔI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP HỘP ĐEN CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC
VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG
1.1 Hoạt động dạy học và việc hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề
trong học tập
1.1.1 Hoạt động dạy học
1.1.2 Hướng dẫn học sinh giảI quyết ván đề trong học tập
1.2 Bồi dưỡng các phương pháp nhận thức vật lý cho học sinh 1.3 Bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy học vật lý
Trang 61.3.2 Các bước của phương pháp hộp đen Kết luận chương 1
Trang Chương 2:
SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH BỔI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP
HỘP ĐEN CHO HỌC SINH THÔNG QUA VIỆC GIẢI MỘT SỐ
BÀI TẬP VỀ MÁY CƠ ĐƠN GIẢN
2.1 Những yêu cầu về nội dung kiến thức, kỹ năng phần cơ học mà học sinh cần chiếm lĩnh
2.2 Ý đô sư phạm của việc bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy phần cơ học lớp 10
2.3 Chế tạo hộp đen sử dụng cho các bài tập hộp đen phần cơ học
2.4 Soạn thảo tiến trình hướng dẫn học sỉnh giải bốn bài tập hộp đen
cơ học
Bài 1: Bài tập hộp đen chứa một ròng rọc cố định
Bài 2: Bài tập hộp đen chứa đòn bẩy
Trang 7MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài:
Chúng ta đang sống trong thời đại bùng nổ tri thức khoa học và công nghệ Xã hội mới phồn vinh ở thế kỉ 21 phải là một xã hội “ Dựa vào tri thức”, vào tư
duy sáng tạo, vào tài năng sáng chế của con người Để có một xã hội phát triển
kịp thời đại thì vấn đề đặt lên hàng đầu là phải tạo ra những con người đáp ứng những yêu cầu của xã hội Nhiệm vụ cơ bản của giáo dục - đào tạo là “ xây dựng những con người làm chủ tri thức khoa học và công nghệ, có tư duy sáng
tạo, có kỹ năng thực hành giỏi” Muốn vậy phải “Đổi mới mạnh mẽ phương
pháp giáo dục - đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của ngưòi học”
Bộ môn vật lý là một trong những bộ môn cơ bản ở trường phổ thông mà đặc trưng của nó là một môn khoa học thực nghiệm Trong xu thế phát triển chung của thời đại, việc dạy học môn vật lý ở trường phổ thông cũng đã và
đang được sửa đổi, điều chỉnh thông qua việc đổi mới nội dung và phương
Trang 8học, kỹ thuật Đồng thời nó cũng có tác động rất lớn trong việc chiếm lĩnh kiến thức, phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
Chính vì những điều đã trình bày ở trên, chúng tôi chọn đề tài “ Bồi dưỡng
phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy học phần cơ học lớp 10 PTTH”
để làm đề tài nghiên cứu của mình
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh lớp 10 phổ thông trung học thông qua việc giải bài tập hộp đen phần cơ học nhằm nâng cao chất lượng, nắm vững kiến thức, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh
3 Các nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài:
Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ nghiên cứu sau: - Nghiên cứu lý luận hiện đại về hoạt động dạy học, lý luận về sử dụng
phương pháp nhận thức vật lý nói chung và phương pháp hộp đen nói riêng trong dạy học vật lý
- xác định các yêu cầu về mặt nội dung kiến thức, kỹ năng phần cơ học
- Soạn thảo nội dung và tiến trình hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề một số bài tập phần cơ học để bồi đưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh
- Chế tạo hộp đen và xây dựng các bài tập hộp đen dùng cho dạy học
4 Các phương pháp nghiên cứu của đề tài:
Để hoàn thành các nhiệm vụ nghiên cứu trên, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Nghiên cứu lý luận:
+ Các tài liệu lý luận dạy học và các tài liệu về phương pháp nhận thức vật lý
+ Các tài liệu có liên quan đến hộp đen và phương pháp hộp đen
Trang 9- Thử nghiệm ở phòng thí nghiệm: chế tạo hộp đen và thử nghiệm các phương án tiến hành thí nghiệm dùng cho các bài tập hộp đen phần cơ học
5 Giả thuyết khoa học:
Nếu chế tạo được các hộp đen để tạo được các bài tập hộp đen và sử dụng được tiến trình hướng dẫn hợp lý thì sẽ tạo điều kiện cho học sinh được rèn luyện phương pháp hộp đen, từ đó góp phần nâng cao chất lượng, nắm vững kỹ thuật và rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh
NỘI DUNG Chương ]:
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC BỔI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP
HỘP ĐEN CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG
PHỔ THÔNG
1.1 Hoạt động dạy học và việc hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề
1.1.1 Hoạt động dạy học
Qúa trình dạy học các tri thức thuộc một môn khoa học cụ thể là quá trình phức tạp, về cơ bản đó là quá trình tương tác thống nhất, biện chứng giữ ba thành phần trong hệ dạy học bao gồm: Giáo viên - học sinh - tư liệu hoạt động dạy học Trong quá trình đó tồn tại hai loại hoạt động, đó là: Hoạt động dạy của giáo viên và hoạt động học của học sinh
Dựa trên các quan điểm tâm lý học hoạt động và tâm lý học xã hội, người
Trang 10“ Học là hành động của chủ thể thích ứng với tình huống, qua đó chủ thể
chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách cá nhân”
“ Dạy học là hành động ( hành động chiếm lĩnh tri thức và hành động vận dụng tri thức ) và do đó, trong dạy học giáo viên cần tổ chức các tình huống học tập đòi hỏi sự thích ứng của học sinh để qua đó học sinh chiếm lĩnh được tri thức, đồng thời phát triển trí tuệ và nhân cách toàn diện của mình”
Như vậy trong dạy học giáo viên là người tổ chức, hướng dẫn hoạt động của học sinh để thông qua hoạt động đó học sinnh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức cho mình Do bản chất của hoạt động dạy học là như vậy nên trong dạy học, chúng ta cần đưa học sinh vào vị trí chủ thể hoạt động nhận thức Thông qua hoạt động tự giác, tích cực, tự lực của bản thân mình mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo
Quá trình học tập của học sinh thực chất là quá trình học sinh hoạt động tự lực trong sự phối hợp với tập thể và sự giúp đỡ của giáo viên, liên tiếp giải
quyết những vấn đề do nhiệm vụ học tập đề ra
1.1.2 Hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề trong hoc tap
1.1.2.1 Vấn đề học tập
Khái niệm “ Vấn để” dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức
mà học sinh không thể giải quyết được chỉ bằng kinh nghiệm sẵn có và theo một khuôn mẫu sẵn có Học sinh không thể dùng tư duy tái tạo đơn thuần để
giải quyết mà phải tìm tòi sáng tạo để giải quyết và khi giải quyết được là
người học đã thu được kiến thức, kỹ năng mới
Trong đề tài của chúng tôi ““ vấn đề học tập” được hiểu là vấn đề chứa đựng
câu hỏi về một cái chưa biết, câu hỏi mà câu trả lời không chỉ đơn thuần yêu cầu phải nhớ lại kiến thức đã có mà là câu hỏi đòi hỏi học sinh phải vận dụng được các kiến thức, kỹ năng cũ vào tình huống mới lạ
Trang 11Lý luận dạy học hiện đại khẳng định: cần phải tổ chức quá trình học tập
của học sinh tương tự như quá trình tìm tòi nghiên cứu của các nhà khoa học
Cụ thể trong quá trình dạy học, giáo viên cần hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề theo các cách mà các nhà khoa học tiến hành giải quyết các vấn đề
khoa học Dựa theo những cách mà nhà khoa học thường dùng để giải quyết
vấn đề khoa học Hiện nay, kiểu dạy học đó được gọi là kiểu dạy học giải
quyết vấn đề Dựa theo những cách mà nhà khoa học thường dùng để giải
quyết những vấn đề khoa học, giáo viên có thể có những kiểu hướng dẫn học
sinh giải quyết vấn đề sau: - Hướng dẫn theo mẫu đã biết:
Là kiểu hướng dẫn sau khi học sinh đã được học một số kiến thức, kỹ năng cơ bản Giáo viên có thể giao nhiệm vụ học tập mà học sinh chỉ cần thực
hiện theo mẫu đã biết là giải được
- Hướng dẫn tìm tòi qui về kiến thức, phương pháp đã biết
Kiểu hướng dẫn này được giáo viên áp dụng khi học sinh mới tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết Học sinh không thấy ngay mối quan hệ của nó với những cái đã biết, không thể áp ngay một quy tắc, một định luật hay một cách làm đã biết mà phải tìm ra những dấu hiệu tương tự với cái đã biết Lúc này, giáo viên cần gợi ý để học sinh tự tìm ra phương pháp, quy trình hữu hiệu
- Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần
Kiểu hướng dẫn này thường được sử dụng khi nghiên cứu taì liệu mới, học sinh được giao nhiệm vụ phát hiện những tính chất mới, những mối liên hệ có tính quy luật mà trước đây học sinh chưa biết hoặc biết chưa đầy đủ
Trang 12- Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát
Ở kiểu hướng dẫn này, giáo viên chỉ hướng dẫn học sinh xác định phương
hướng chung giải quyết vấn đề, còn việc vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện kế hoạch đó do học sinh tự làm Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi học sinh không những tính tự lực cao mà phải có vốn kiến thức kỹ năng, kỹ xảo vững vàng và có một số kinh nghiệm hoạt động sáng tạo ( kiểu hướng dẫn này thường áp dụng cho đối tượng học sinh khá và giỏi ) Trong điều kiện không thể tách học
sinh khá ra thành một lớp riêng, giáo viên cũng có thể sử dụng kiểu hướng dẫn
này kết hợp với kiểu hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần Học sinh khá thì có thể tích cực tham gia thảo luận ngay từ khi xác định phương hướng chung và
lập kế hoạch tổng thể, còn học sinh yếu hơn thì có thể tham gia vào giải quyết từng phần cụ thể của kế hoạch đó
Các kiểu hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề vừa nêu trên được chúng tôi vận dụng vào việc hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề học tập khi học sinh giải các bái tập hộp đen cơ học
Trong khi giải quyết các vấn đề học tập, chúng tôi xác định sẽ luôn đặt ra
yêu cầu với sự tự lực cao nhất có thể được của học sinh, nghĩa là lúc đầu giáo viên sẽ hướng dẫn học sinh theo kiểu tìm tòi sáng tạo khái quát Nếu học sinh gặp khó khăn, giáo viên sẽ thu hẹp dần phạm vi tìm tòi (áp dụng kiểu hướng
dẫn tìm tòi từng phần) Sau đó, nếu học sinh tiếp tục gặp khó khăn thì giáo viên sẽ hướng dẫn học theo mẫu đã biết
1.2 Bồi dưỡng các phương pháp nhận thức vật lý cho học sinh
Trang 13giải quyết được những vấn đề đặt ra trong cuộc sống lao động sản xuất sau khi ra trường
phương pháp nhận thức khoa học là những con đường, những thủ pháp, những cách thức để đạt được chân lý khoa học
VỊ trí của phương pháp nhận thức khoa học trong quá trình nhận thức được
thể hiện qua sơ đồ sau (hình 1.1) Thựctễn | _—y | Phương pháp | _——>y Nhận Khách quan nhận thức thức Hình 1.1 Hình 1.1: Sơ đồ vị trí của phương pháp nhận thức khoa học trong quá trình nhận thức
Một tính chất của mỗi phương pháp nhận thức khoa học đó là sự thống nhất biện chứng giữa chủ quan và khách quan, từ đó ta có thể rút ra mấy yêu
cầu sau đây về việc bồi dưỡng phương pháp nhận thức khoa học cho học sinh:
- Việc dạy phương pháp khoa học không thể tách rời việc dạy nội dung khoa học mà phải thực hiện hai việc đó đồng thời Vì nội dung khoa học cơ bản sẽ quyết định phương pháp khoa học tương ứng nên trong trương trình học tập không thể quy định việc giảng dạy phương pháp khoa học một cách tuỳ tiện được
- Việc bồi dương phương pháp nhận thức khoa học cho học sinh khác với việc truyền thụ kiến thức khoa học đơn thuần cho các em Kiến thức khoa học đơn thuần là phản ánh của chính những thực tại khách quan diễn ra trước mắt ( hoặc trong trí tưởng tượng ) của học sinh nên đối với các em, nó ít nhiều có tính chất cụ thể Còn phương pháp nhận thức khoa học còn ít nhiều trờu
tượng hơn các kiến thức khoa học Ta chỉ thực sự nắm được phương pháp khoa
Trang 14luyện phương pháp khoa học cho học sinh và việc rèn luyện kỹ năng cho các em; chẳng hạn như việc dạy phương pháp thực nghiệm với việc rèn luyện kỹ năng thực hành Cần nhấn mạnh rắng: Muốn rèn luyện phương pháp khoa học
cho các em cần phải có sự đầu tư thích đáng về thời gian, thiết bị thí nghiệm
cũng như về công sức của giáo viên
- Vì phương pháp nhận thức khoa học gắn mật thiết với nội dung khoa học nên mỗi khoa học có một hệ thống phương pháp nhận thức đặc thù của nó
Bộ môn vật lý cũng có những phương pháp nhận thức riêng, đó là phương pháp nhận thức vật lý: phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình, phương pháp tương tự, phương pháp thí nghiệm tưởng tượng,
Qua việc tìm hiểu các tài liệu, và trong chương trình vật lý phổ thông
chúng tôi nhận thấy, ở mỗi phần kiến thức (điện - quang) người ta đã xây dựng được ít nhiều những bài tập kiểu hộp đen (bằng hình vẽ hoặc các bài thí nghiệm thực hành) Với những kiểu bài tập này học sinh có điều kiện để phát triển tư duy, phát triển kỹ năng thí nghiệm và đặc biệt là có tác dụng đào sâu,
củng cố kiến thức, phát triển ở học sinh hứng thú nhận thức vật lý Việc giải quyết vấn đề trong các bài tập hộp đen của học sinh không thể dẫn ra một cách tuỳ tiện theo cách thử đúng và sai mà cần phải trang bị cho học sinh một quy trình nghiên cứu có kế hoạch, có hệ thống tức là cần trang bị cho học sinh phương pháp nhận thức vật lý, đó là phương pháp hộp đen Trong khi bồi dưỡng cho học sinh phương pháp hộp đen, chúng ta phải kết hợp nhiều phương pháp nhận thức khác Phải phối hợp các phương pháp suy luận logic như: Phân
tích, quy nạp, diễn dịch
1.3 Bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy học vật lý 1.3.1.Phương pháp hộp đen trong khoa học kỹ thuật
Một “hộp đen” là một hệ (một máy kỹ thuật, một hệ vật lý) mà ta hoàn toàn chưa biết hoặc chỉ biết một phần cấu trúc của nó Do đặc tính của hệ, ta
Trang 15bên trong của nó Người ta sử dụng phương pháp hộp đen, đó là một phương pháp nhận thức khoa học nhằm phát hiện chức năng hoặc cấu trúc của hộp đen
Thông qua thực nghiệm (thay đổi có chủ định đầu vào, thâu tóm đầu ra) và suy
luận, phát hiện mối liên hệ giữa các đại lượng ở đầu vào và các đại lượng ở đầu ra
Phương pháp hộp đen có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau (hình1.2)
Đầu vào Hộp đen Đầu ra
Tuỳ theo đầu ra mà Các kết quả
Thay đổi đầu vào quan sát được
Người nghiên cứu
Hình 1.2: Sơ đồ phương pháp hộp đen
Trong khoa học kỹ thuật, người ta sử dụng phương pháp hộp đen với những mục đích nhận thức sau:
- Phát hiện xem một hệ sẽ hoạt động như thế nào, “Phản ứng” ra sao khi chịu những tác động nhất định Nhiệm vụ này được dặt ra nếu như người ta cần
tìm hiểu chức năng của một dụng cụ kỹ thuật chỉ nhằm để biết sử dụng nó, mà
không cần biết cấu tạo bên trong của các dụng cụ
Ví dụ: Tìm hiểu cách sử dụng đồng hồ, dao động ký điện tử chỉ cần xoay
các núm bên ngoài và quan sát xem chúng “phản ứng” như thế nào
- Nghiên cứu xem có thể thu nhận những kết luận định tính hoặc định
Trang 16Ví dụ: Đối với nhà kỹ thuật, qua tiếng động của động cơ đang chạy có thể phát hiện những hư hỏng nhẹ Từ hình ảnh trên màn hình, có thể dự đoán
hỏng hóc bên trong ti vi Có thể kiểm tra độ an toàn của máy bay nhờ các máy
chuyên dụng
Phương pháp hộp đen tuy có điểm chung với phương pháp thử và sai là
đều thu nhận thông tin về những đặc điểm của đối tượng cần nghiên cứu bằng
thực nghiệm nhưng khác với phương pháp thử và sai (một quá trình mò mẫm),
ở phương pháp hộp đen diễn ra một quá trình nghiên cứu có kế hoạch, có hệ
thống
1.3.2 Các bước sử dụng phương pháp hộp đen
1.3.2.1 Các bước sử dụng phương pháp hộp đen trong dạy học vật lý - Xác định hộp đen thuộc vào hệ vật lý nào: Điện, quang, cơ
Xác định đầu vào và những cách thức để thâu tóm đầu ra
Lần lượt thay đổi đầu vào, quan sát và ghi chép đầu ra
Lập bảng biểu thị mối quan hệ gữa đại lượng đi vào và đại lượng đi ra Từ mối liên hệ này, dự đoán cấu trúc, chức năng của hộp đen
Suy ra các hệ quả của dự đoán trên
Kiểm tra bằng thực nghiệm các hệ quả đã rút ra
Đối chiếu các kết quả thực nghiệm với dự đoán để xác nhận hoặc phủ
định tính đúng đắn của nó
- Vận dụng nhiều lần các bước nêu trên để dẫn đến những kết luận chính
xác về cấu trúc và chức năng của hệ
1.3.2.2 Các khả năng sử dụng phương pháp hộp đen trong dạy học vật lý
- Trong chương trình vật lý ở trường phổ thông, có nhiều nội dung kiến
thức (ví dụ: Phần quang điện, quang hình .), giáo viên có thể ra cho học sinh những bài tập hộp đen, chỉ đòi hỏi sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản,
Trang 17- Giáo viên có thể sử dụng bài tập hộp đen ở nhiều khâu của quá trình dạy học như:
+ Tạo tình huống học tập:
Ví dụ: Sau khi học sinh học xong định luật bảo toàn công phần cơ học, cộng với những kiến thức đã có về các máy cơ đơn giản mà học sinh đã được học ở THCS Giáo viên có thể cho học sinh làm bài tập về hộp đen:
Dùng các qủa gia trọng, lực kế, thước đo xác định xem trong hộp đen chứa máy cơ nào: Mặt phẳng nghiêng , đòn bẩy, ròng rọc (cố định, ròng rọc động, ròng rọc kép)
2 ˆ ` * ~ A z 7 2 ~ "Ww À z z nx
O bai này, học sinh sẽ vận dụng các kiến thức đã biết về các máy cơ đề giải quyết Sau khi tiến hành một số thí nghiệm, học sinh sẽ xác định được loại máy cơ trong hộp đen Lúc này học sinh đã ở vào tình huống học tập
+ Đào sâu, mở rộng hoặc hệ thống hoá kiến thức đã học
Ví dụ: Với những bài tập hộp đen, xác định tên của máy cơ đơn giản
trong hộp đen Dựa vào mối liên hệ giữa đầu vào và đầu ra, dựa vào sự thay đổi
về lực, đường đi đòi hỏi học sinh phải huy động nhiều kiến thức kỹ năng đã biết mới giải quyết được bài toán Những bài tập này giúp đào sâu, hệ thống hoá kiến thức đã biết, đặc biẹt là kích thích hứng thú học tập của học sinh hơn là chỉ yêu cầu học sinh nêu lên tính chất của các máy cơ đơn giản
+ Các bài tập hộp đen không những gây hứng thú học tập, khêu gợi
tính tò mò tự nhiên mà còn tạo điều kiện bồi dưỡng năng lực đề xuất dự đoán,
Trang 18KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Ở chương 1 chúng tôi đã đê cập đến hoạt động dạy học, vấn đề học tập và
đưa ra những kiểu hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề Bồi dưỡng được phương pháp nhận thức vật lý cho học sinh và đặc biệt là bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy học vật lý
Sau đây chúng tôi sẽ soạn thảo tiến trình hướng dẫn học sinh áp dụng
Trang 19Chương 2:
SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH BỔI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP HỘP ĐEN
CHO HỌC SINH THÔNG QUA VIỆC GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP
VỀ MÁY CƠ ĐƠN GIẢN
2.1 Những yêu câu về nội dung kiến thức, kỹ năng phần cơ học mà học sinh cần chiếm lĩnh
Cơ học là một nội dung quan trọng trong toàn bộ bức tranh vật lý học
mà học sinh phổ thông cần chiếm lĩnh, bao gồm:
+ Các khái niệm cơ bản: quãng đường (s), vận tốc (v), gia tốc (a) khối
lượng (m), lực (F),
+ Các định luật cơ bản: Định luật I, định luật II, định luật HI NewTon; định luật vạn vật hấp dẫn,
+ Một số ứng dụng kỹ thuật trong xây dựng , chế tạo máy
Trang 20Học sinh phải có kỹ năng vận dụng các kiến thức để giải các bài tập có
liên quan cả về định tính cũng như định lượng
2.2 Ý đô sư phạm của việc bôi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy học phần cơ học lớp 10
Trên cơ sở những yêu cầu nội dung kiến thức, kỹ năng phần cơ học và dựa trên điều kiện thực tế về các bộ thực hành cơ ở các trường phổ thông,
chúng tôi dự kiến xây dựng bốn bài tập hộp đen với ý đồ sư phạm sau:
- Các bài tập hộp đen được xây dựng là các bài tập xác định cấu trúc của máy cơ đơn giản được đặt sẵn trong hộp Để làm được điều này, học sinh phải vận dụng được rất nhiều kiến thức; vận dụng các phương pháp suy luận, các năng lực hoạt động thì mới giải quyết được Nhờ vậy, học sinh được rèn luyện
rất nhiều phẩm chất hoạt động, kiến thức mà họ nắm được sẽ trở nên sâu sắc
hơn Nếu những bài tập này giao cho học sinh dưới dạng “hộp trắng” và yêu
cầu học sinh tìm mối liên hệ về hướng và cường độ của lực hoặc mối liên hệ về
đường di giữa đầu ra và đầu vào qua các máy cơ thì không gây khó khăn đối
với nhiều học sinh
- Để bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh thông qua qua trình dạy học phần cơ học, chúng tôi dự kiến
+ Trước khi giao nhiệm vụ cụ thể cần hướng dẫn cho học sinh sơ bộ
biết qui trình giải một bài tập hộp đen theo phương pháp hộp đen
+_ Chia lớp thành các nhóm nhỏ theo số lượng hộp và giao nhiệm vụ cho học sinh tự lực thực hiện
+ Để giải được các bài tập trên, học sinh lựa chọn các phương án thí nghiệm thay đổi lực đầu vào, xác định lực đầu ra tương ứng dựa vào sự cân
Trang 21- _ Để có thể ra cho học sinh bốn bài tập hộp đen, việc thiết kế, chế tạo
hộp đen chứa máy cơ đơn giản là cần thiết Các đồ dùng để chế tạo hộp đen rất
dễ kiếm
- Tất cả các thí nghiệm cần tiến hành trong quá trình vận dụng phương pháp hộp đen để giải các bài tập đều cho học sinh tự làm Giáo viên giúp đỡ thông qua những gợi ý khi học sinh gặp khó khăn
- Hoc sinh trong lớp được chia thành 4 nhóm, mỗi nhóm được phát: 1hộp đựng các quả nặng, 1 hộp đen, lực kế lò xo, thước đo độ dài để tiến hành thí
nghiệm, đề ra dự đoán
- Với những bài tập hộp đen cơ học, không những củng cố thêm kiến thức lý thuyết cho học sinh mà còn giúp họ vận dụng kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống
Để thực hiện ý đồ sư phạm trên chúng tôi xây dựng 4 bài tập hộp đen: + Bài 1: Bài tập hộp đen chứa 1 ròng rọc cố định
+ Bài 2: Bài tập hộp đen chứa đòn bẩy
+ Bài 3: Bài tập hộp đen chứa ròng rọc kép theo tỉ lệ bán kính là 1: 3
+ Bài 4: Bài tập hộp đen chứa hệ thống : 1 ròng rọc cố định và một ròng rọc động hoặc chứa ròng rọc kép theo tỉ lệ bán kính là 1: 2
2.3 Chế tạo hộp đen sử dụng cho các bài tập hộp đen phần cơ học
Trang 22
Rồng rọc cố định (1) ; ròng rọc động (2); đòn bẩy (3); ròng rọc kép (4); các
dây nối; hộp gỗ
Với hộp này chúng tôi có thể tạo ra tối đa là 4 bài tập Tuỳ theo việc bố trí của giáo viên mà các nhóm học sinh sẽ nhận được các bài tập với cấu trúc hệ khác nhau
* Ưu điểm của hộp đen dùng cho các bài tập hộp đen cơ học
- - Hộp đen ở trên được chế tạo từ những vật liệu đơn giản, dễ kiếm, tốn ít kinh phí
- Công cụ dùng để gia công thông dụng (cưa, kìm, thước, .), các thao tác
gia cong đơn giản tốn ít thời gian
- Ít ch tiết, dễ lắp ráp, dễ tháo rời và đặc biệt chỉ cần một hộp đen cũng có
thể tiến hành giải quyết cả bốn bài tập nêu trên bằng cách mở nắp hộp để thay
thế những máy cơ học cần dùng cho bài toán Đây là ưu điểm nổi bật nhất vì không cần chế tạo nhiều hộp
- Dễ bảo quản, dễ vận chuyển và an toàn trong chế tạo cũng như trong khi
Trang 23- Việc bố trí và tiến hành thí nghiệm với hộp đen đơn giản, không tốn
nhiều thời gian
- Hiện tượng vật lý diễn ra trong thí nghiệm rõ ràng, dễ quan sát
2.4 Soạn thảo tiến trình hướng dẫn học sinh giải bốn bài tập nhằm bồi
dưỡng phương pháp hộp đen
Bốn bài tập trên cũng có thể hiểu là một bài tập với bốn phương án trả
lời khác nhau và đều có một qui trình hướng dẫn chung: đó là thực hiện các
bước của phương pháp hộp đen Để có thể cho các nhóm học sinh làm việc
hiệu quả, trước hết giáo viên phải giới thiệu chung về hộp đen, bài tập hộp đen trong vật lý, kỹ thuật và các bước giải bài tập hộp đen Sau đó giáo viên giao bài tập cho các nhóm và có thể đưa ra một số hướng dẫn chung như sau:
- Hộp đen ta đang xét là một hệ cơ
- Đầu vào là thông tin về trọng lượng các quả nặng, đầu ra là giá trị của lực trên lực kế khi hệ cân bằng
- Để xác định được tên máy cơ trong hộp, ta lần lượt thay đổi trọng lượng
của các quả nặng và xác định lực đầu ra về hướng, độ lớn tương ứng - Tiến hành thí nghiệm và dự đoán tên máy cơ
- Kiểm tra dự đoán, có thể dựa vào quan hệ đường đi của vật và của đầu
lực kế khi kéo chậm, đều
Bài 1: Bài tập hộp đen chứa ròng rọc cố định Đầu vào Đầu ra Dự đoán Hình vẽ lý giải Treo quả nặng có | Móc lực kế | Ròng rọc cố
khối lượng 50g |vào đầu dây |định hoặc vào một bên dây, |ra còn lại, | đồn bẩy có
làm đầu vào của | giữ cố định | trục quay ở hộp theo phương | chính giữa
thắng đứng
Trang 24
ta đọc được giá tri cua luc 14 0,5N 50g 0,5N
Van ding qua Giữ lực kế 05
nặng khối lượng theo phương | Ròng rọc cố 50g ngang ta van | dinh
được giá trị
của lực là 50g
0,5N
- Từ dự đoán máy cơ trong hộp là một ròng rọc cố định, ta có nhận xét về
nguyên lý hoạt động của nó: ròng rọc cố định chỉ làm thay đổi hướng của lực,
không làm lợi về cường độ của lực hay đường đi
- Vì đã xét quan hệ về lực nên để kiểm tra dự đoán ta dựa vào quan hệ về đường đi
Đầu vào Dự đoán Đầu ra Hình vẽ lý giải
Treo quả nặng | Ròng rọc cố | Kéo lực kế theo khối lượng | định nhiều phương khác
100g vào đầu nhau để đo giá trị
Trang 25
Qua thí nghiệm chứng tỏ dự đoán rút ra ở trên là đúng Vậy máy cơ đặt trong hộp đen là ròng rọc cố định
* Trong khi học sinh nêu cách xác định máy cơ trong hộp, có thể các em sé làm theo phương án dựa vào mối quan hệ về đường đi trước Khi đó giáo viên
hướng dẫn học sinh dựa vào mối quan hệ về lực để kiểm tra Bài 2: Bài tập hộp đen chứa đòn bầy
Chúng tôi sử dụng đòm bẩy dài 10 cm, với các vị trí đã được đánh dấu xác định tỉ lệ cách tay đòn là: 1:1; 1:2; 1:3; 1:4 Bây giờ ta xét ví dụ về bài tập hộp đen chứa đòn bẩy có tỉ lệ cánh tay đòn là 1:4
Đầu vào | Đầu ra Dự đoán Hình vẽ lý giải - Treo vật | Móc lực | Các máy cơ ( ry
100g vào |kế vào | làm thay đổi `
một đầu |đầu dây cường độ
Trang 26Vẫn dùng vật 100g và thay đổi phương kéo lực kế 0,25N kéo lực kế theo các phương khác nhau, giá trị của lực khác nhau Don bay 100g 100g 0,25N > 0.25N - _ Dựa vào các thí nghiệm ta dự đoán được máy cơ đơn giản trong hộp là đòn bay
Trang 27- _ Để kiểm tra dự đoán ta tiến hành thí nghiệm xét mối quan hệ về đường di giữa đầu ra và đầu vào
Đầu vào Dự đoán Đầu ra Hình vẽ lý giải
- Treo vật Kéo lực kế theo 1
100g vào | Đòn bẩy phương thẳng
đầu vào và đứng ta được giá qT S,
đánh dấu vị trị của đường đi | |
trí ban đầu S,, do duong di cua vat S, va so sánh ° VỚI S,
Kết quả thí nghiệm kiểm tra dự đoán cho ta: quãng đường đi được của hai
đầu tỉ lệ nghịch với lực của chúng
Vậy thí nghiệm chứng tỏ dự đoán trên là đúng Máy cơ trong hộp là đòn
bay
* Trong qua trinh hoc sinh dua ra các phương án xác định tên máy cơ trong hộp, sẽ có nhóm học sinh sử dụng thông tin về đường đi để đưa ra các dự đoán ban đầu, cũng có thể học sinh sẽ đưa ra phương án đổi vị trí treo vật và lực kế
để kiểm tra dự đoán
Bài 3: Bài tập hộp đen chứa ròng rọc kép theo tỉ lệ bán kính 1: 3 Đầu vào Đầu ra Dự đoán Hình vẽ lý giải Treo vật|Móc lực kế | Ròng rọc kép tỉ lệ
nặng 150g |vào đầu dây | bán kính1: 3 hoặc
Trang 28phuong thang đứng ta được giá trỊ của lực là 0,5N 0,5N 150g ` Z ⁄ ` / Vẫn dùng | Thay đổi | Òng rọc kép có NT ⁄ vat 150g phương của tỉ lệ bán kính 1: 3 lực kế giá trị 150g \ \ , 0.5N của lực không đổi - Qua các thí nghiệm ta dự đoán được máy cơ đơn giản trong hộp là ròng rọc kép có tỉ lệ bán kính là 1: 3 - Từ dự đoán này ta có hệ quả : tỉ lệ quãng đường đi được của vật đúng bằng tỉ lệ bán kính các ròng rọc
- Tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán: dựa vào mối quan hệ về đường di
Trang 29Treo vật|Ròng rọc |kéo lực kế nặng vào | kép có tỉ lệ | và xác định đầu vào và |bán kính | quãng đánh dấu | 1:3 đường di vị trí ban S53 do đầu của đường đi vật s, cua vat nặng và so ở sánh với s,
Kết quả thí nghiệm cho ta s, =3s,
Vậy thí nghiệm chứng tỏ dự đoán trên là đúng Máy cơ trong hộp là ròng rọc kép với tỉ lệ bán kính 1: 3
Bài toán về ròng rọc kép, giáo viên còn có thể thay đổi ròng rọc với các tỉ lệ
khác nhau về bán kính
Bài 4: Bài tập hộp đen chứa hệ thống: một ròng rọc cố định và một ròng rọc động hoặc chứa ròng rọc kép với tỉ lệ bán kính là 1: 2
Với bài tập này, những bước tiến hành thí nghiệm tương tự như ở các bài
tập trên
- Thí nghiệm 1: Giữ lực kế theo phương thẳng đứng để đọc giá trị của lực cho bởi lực kế, so sánh với trọng lượng của vật để đưa ra dự đoán về máy cơ: ròng
rọc kép, hệ có một ròng rọc động, hoặc đòn bẩy
- Thí nghiệm 2: Thay đổi phương kéo của lực kế, giá trị của lực đầu ra không đổi Ta đưa ra dự đoán: ròng rọc kép hoặc hệ có một ròng rọc động
- Thí nghiệm 3: Để kiểm tra dự đoán, ta dựa vào mối liên hệ về đường đi giữa đường đi của đầu ra và đầu vào
Phạm Thị Tươi K31A- Lý
Trang 30Ta thấy ròng rọc kép với tỉ lệ bán kính 1: 2 và hệ một ròng rọc động có tính chất giống nhau Sau này ta có thể làm thêm bài toán với hệ ròng rọc có từ hai ròng rọc động trở lên, hoặc bài tập về hệ thống palăng,
%) Sau mỗi bài dự kiến các hướng dẫn của giáo viên để hoc sinh dự đoán về
cấu trúc của máy cơ
- Mức 1: Từ dữ liệu đề bài cho các em sử dụng những dụng cụ thí nghiệm nào, từ đó các em hãy suy ra cách làm để xác định máy cơ trong hộp
- Mức 2: Xác định mối quan hệ về giá trị lực đầu vào và đầu ra khi giữ cho
hệ cân bằng
- - Mức 3: Xác định lực đầu ra về cả hướng và độ lớn
- - Mức 4: Có thể dựa vào mối quan hệ về đường đi để kiểm tra dự đoán
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Chúng tôi đã nêu ngắn gọn những yêu cầu về nội dung kiến thức, kỹ năng
phần cơ học Đưa ra ý đồ sư phạm của việc bồi dưỡng phương pháp hộp đen
Trang 31KẾT LUẬN CHUNG
Đối chiếu mục đích nghiên cứu và các nhiệm vụ cần giải quyết của đề tài,
chúng tôi đã đạt được những kết quả sau đây:
1, làm rõ cơ sở lý luận của việc bồi dưỡng phương pháp nhận thức vật lý nói chung và phương pháp bồi dưỡng phương pháp nhận thức hộp đen nói riêng cho học sinh
- Nêu ra được các yếu tố cần thiết phải bồi dưỡng phương pháp nhận thức
khoa học cho học sinh và các yêu cầu khi bồi dưỡng phương pháp nhận thức khoa học đó
- Tóm tắt lý luận về phương pháp hộp đen, định nghĩa hộp đen và các khả năng sử dụng phương pháp hộp đen trong dạy học vật lý
2, Thiết kế được mẫu và chế tạo được hộp đen từ các vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền
Đặc biệt là có thể cho học sinh tự chế tạo và sử dụng hộp đen để tiến hành các
Trang 323, Nêu tiến trình giải và tóm tắt những hướng dẫn cho học sinh giải một hệ thống gồm 4 bài tập hộp đen cơ học nhằm bồi dưỡng cho học sinh phương
pháp hộp đen
Tuy nhiên do điều kiện thời gian thực hiện đề tài không có nhiều và không
tổ chức thực nghiệm sư phạm được Vì vậy không đánh giá được hiệu quả của phương pháp Chúng tôi mong rằng sẽ tiếp tục giải quyết vấn đề này trong thời gian tới và tổ chức thực nghiệm sư phạm ở trường phổ thông khi ra giảng dạy
Luận văn không khỏi có những hạn chế và thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn sinh viên
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1, Nguyễn Đức Hiệp, Lê Cao Phan ( 2003), “ Bài tập cơ bản và nâng cao vật lí 6”, NXBGD
2, Nguyễn Ngọc Hưng ( 3.1997), “ S dụng phương pháp hộp đen trong dạy học vật lý”, Thông báo khoa học tháng 3.1997, Trường ĐHSP - ĐHQG Hà
Nội
3, Nguyễn Ngọc Hưng (1998), “ Thiết kế chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí
nghiệm đơn giản trong dạy học vật lý ở trường THPT” ,Thông báo khoa học của trường ĐH — KHƠD