Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng sơ, Vật lý lớp 12 nâng cao

Giả thuyết nghiên cứu Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao sẽ giúp học sinh tích cực, chủ động trong việc hệ thống hó

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

HÀ THỊ MINH PHƯỢNG

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GRAPH HƯỚNG DẪN HỌC SINH

GIẢI BÀI TẬP PHẦN GIAO THOA SÓNG CƠ,

v

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn……… i

Danh mục viết tắt……… ii

Danh mục bảng biểu……… iii

Danh mục sơ đồ, hình vẽ……… iv

Mục lục……… v

MỞ ĐẦU……… 1

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU………

5 1.1 Bài tập vật lí và vai trò trong dạy học vật lí ……… 5

1.1.1 Bài tập vật lí ……… 5

1.1.2 Phân loại bài tập vật lí ……… 6

1.2 Phương pháp giải bài tập vật lí ……… 8

1.2.1 Các bước giải bài tập vật lí……… 8

1.2.2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập tính toán ……… 10

1.3 Phương pháp Graph trong dạy học vật lí ……… 13

1.3.1 Graph……… 13

1.3.2 Phân loại Graph……… 14

1.3.3 Các bước lập graph giải bài tập vật lí……… 16

1.3.4 Giải bài tập vật lí bằng Graph……… 17

1.4 Một số nguyên tắc sử dụng graph trong DH vật lí ở trường THPT 20 1.5 Thực trạng việc sử dụng phương pháp Graph trong dạy học vật lí 21 1.5.1 Mục đích điều tra tìm hiểu……… 21

1.5.2 Nội dung tìm hiểu……… 21

1.5.3 Phương pháp điều tra tìm hiểu……… 22

1.5.4 Kết quả điều tra tìm hiểu……… 22

1.5.5 Nhận xét chung……… 26

1.6 Kết luận chương 1……… 27

vi

Chương 2: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GRAPH HƯỚNG DẪN

HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN GIAO THOA SÓNG CƠ VẬT

LÍ LỚP 12 NÂNG CAO ……… 29

2.1 Yêu cầu về kiến thức, kỹ năng ……… 29

2.1.1 Yêu cầu về kiến thức ……… 29

2.1.2 Yêu cầu về kỹ năng ……… 30

2.2 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí bằng Graph……… 31

2.3 Xây dựng hệ thống bài tập và Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ……… 33

2.3.1 Kiến thức, kĩ năng cần thiết để giải bài tập chương Sóng cơ… 33

2.3.2 Các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí 12 nâng cao……… 41

2.4 Xây dựng tiến trình dạy học giải bài tập vật lí bằng Graph……… 54

2.5 Kết luận chương 2……… 57

Chương 3: THỰC NGHIỆP SƯ PHẠM……… 59

3.1 Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng thực nghiệm sư phạm……… 59

3.1.1 Mục đích của thực nghiệm……… 59

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm……… 59

3.1.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm……… 59

3.2 Cách thức tiến hành thực nghiệm sư phạm ……… 60

3.3 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ……… 61

3.3.1 Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP 61

3.3.2 Phân tích bài kiểm tra……… 65

3.3.3 Hiệu quả của phương pháp Graph đối với việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí……… 69

3.4 Kết luận chương 3……… 70

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ……… 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 74

PHỤ LỤC……… 76

iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 3.1 Kết quả kiểm tra chương “Dao động cơ”…… ……… 60

Bảng 3.2 Bảng tần suất điểm - Lớp đối chứng ……… 66

Bảng 3.3 Bảng tần suất điểm - Lớp thực nghiệm …… ……… 66

Bảng 3.4 Các tham số thống kê ……… 68

Bảng 3.5: Bảng kiểm định kết quả kiểm tra T – test……… 68

iv

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Trang

Sơ đồ 1.1 Giải bài tập theo phương pháp phân tích ……… … 11

Sơ đồ 1.2 Giải bài tập theo phương pháp tổng hợp ……… … 12

Sơ đồ 1.3 Hai cách thể hiện khác nhau của một graph ……… 13

Sơ đồ 1.4 Đỉnh C là một graph con.……… 14

Sơ đồ 1.5 Graph vô hướng.……… 14

Sơ đồ 1.6.Graph vô hướng có đỉnh cô lập.……… 15

Sơ đồ 1.7 Graph có hướng.……… 15

Sơ đồ 1.8 Graph có hướng có đỉnh cô lập.……… 16

Sơ đồ 1.9 Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph vô hướng 19

Sơ đồ 1.10 Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph có hướng 20

Sơ đồ 2.1 Sử dụng Graph vô hướng để phân tích bài toán ……… … 32

Sơ đồ 2.2 Sử dụng Graph có hướng xác định bước giải bài toán…… 33

Sơ đồ 2.3 Graph vô hướng bài toán 1.……… 42

Sơ đồ 2.4 Graph có hướng bài toán 1 ……… 42

Sơ đồ 2.5 Graph vô hướng bài toán 2.……… 44

Sơ đồ 2.6 Graph có hướng bài toán 2.……….……… 44

Sơ đồ 2.7 Graph vô hướng bài toán 3.………… ……… 46

Sơ đồ 2.8 Graph có hướng bài toán 3.… ……… 47

Sơ đồ 2.9 Graph vô hướng bài toán 6.……… ……… 49

Sơ đồ 2.10 Graph có hướng bài toán 6.……… 50

Sơ đồ 2.11 Graph vô hướng bài toán 7.……… 51

Sơ đồ 2.12 Graph có hướng bài toán 7.……… 52 Hình 3.1 Đồ thị tần suất điểm số lớp thực nghiệm và lớp đối chứng… 67

Nghiên cứu thực tế việc giảng dạy BTVL ở các trường trung học phổ thông (THPT) cho thấy cách làm việc của thầy và trò xung quanh vấn đề hướng dẫn học sinh giải bài tập vẫn còn rập khuôn theo các dạng bài và vận dụng công thức toán học để giải các bài tập Việc vận dụng kiến thức vật lí

và các phương pháp nhận thức của vật lí để giải các bài tập đó còn hạn chế

Việc giải BTVL không chỉ đơn thuần là áp dụng các công thức toán về các khái niệm, định luật để giải quyết yêu cầu bài tập đưa ra, đặc biệt ngày nay, việc áp dụng thi trắc nghiệm, nhiều giáo viên và học sinh coi trọng vận dụng toán học để giải BTVL mà ít quan tâm đến phát triển tư duy vật lí

Phương pháp Graph là phương pháp khoa học sử dụng graph để mô tả

sự vật và hoạt động, cho phép hình dung một cách trực quan các mối liên hệ

2

giữa các yếu tố trong cấu trúc của sự vật, cấu trúc lôgíc của qui trình triển khai hoạt động (con đường từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc hoạt động) giúp con người qui hoạch tối ưu, điều khiển tối ưu các hoạt động Phương pháp Graph có thể giúp xây dựng lôgíc tiến trình giải bài tập với tốc độ nhanh, hiệu quả Hiện nay, có một số công trình nghiên cứu sử dụng Graph trong dạy lí thuyết, trong ôn tập, tuy nhiên việc nghiên cứu sử dụng Graph trong hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí còn hạn chế

Trong chương trình vật lí lớp 12 nâng cao, chương “Sóng cơ” có vai trò quan trọng trong việc tạo nền tảng kiến thức về các hiện tượng vật lí có bản chất sóng như sóng điện từ, sóng ánh sáng mà học sinh sẽ được học ở các phần sau, việc dạy và học phần này có hiệu quả, sẽ giúp cho học sinh học các phần sau dễ dàng và hiệu quả hơn

Từ những lí do trên tôi chọn đề tài “Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao nhằm nâng cao kĩ năng giải bài tập cho học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông hiện hành, các dạng BTVL phần giao thoa sóng cơ Hệ thống hoá các dạng bài tập và phương pháp giải các bài tập phần này

- Vận dụng phương pháp Graph để xây dựng các dạng graph giúp học sinh giải các bài tập hiệu quả

- Xây dựng tiến trình dạy học hướng dẫn học sinh giải bài tập theo phương pháp Graph

5 Giả thuyết nghiên cứu

Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao sẽ giúp học sinh tích cực, chủ động trong việc hệ thống hóa kiến thức và nâng cao hiệu quả của quá trình giải bài tập

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò của phương pháp Graph trong dạy học vật lí

- Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông hiện hành, nội dung sách giáo khoa cơ bản và nâng cao, các giáo trình, tài liệu hướng dẫn về phần giao thoa sóng cơ và những tài liệu tham khảo có liên quan để xác định mức độ nội

dung kiến thức và yêu cầu học sinh cần nắm vững

6.2 Nghiên cứu thực tiễn

- Điều tra thực tiễn việc sử dụng phương pháp Graph trong quá trình dạy của giáo viên để hướng dẫn học sinh giải bài tập, phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao tại trường THPT

4

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, luận văn dự kiến được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2: Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

5

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Bài tập vật lí và vai trò trong dạy học vật lí

1.1.1 Bài tập vật lí

Bài tập vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận lôgíc, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí [10, tr 99] Thực ra, trong các giờ học vật lí, mỗi một vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong các tiết học chính là một bài tập đối với học sinh Hiểu theo nghĩa rộng thì sự tư duy định hướng một cách tích cực luôn luôn là việc giải bài tập Bài tập vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích, chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lí của học sinh và rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn [15, tr 89]

Trong thực tế dạy học, người ta thường gọi một vấn đề (hay là một câu hỏi) cần được giải đáp nhờ lập luận logíc, suy luận Toán học hay thực nghiệm Vật lí trên cơ sở sử dụng các định luật và các phương pháp của Vật lí học là bài toán Vật lí [6, tr 103]

Bài toán Vật lí, hay đơn giản gọi là các bài tập Vật lí, là một phần hữu

cơ của quá trình dạy học Vật lí vì nó cho phép hình thành và làm phong phú các khái niệm Vật lí, phát triển tư duy Vật lí và thói quen vận dụng kiến thức Vật lí vào thực tế Ngày nay trong thực tiễn dạy học Vật lí, người ta ngày càng chú ý tăng cường các bài toán Vật lí vì chúng đóng vai trò quan trọng trong dạy học và giáo dục học sinh đặc biệt trong việc thực hiện các nhiệm

vụ giáo dục kĩ thuật tổng hợp

dự đoán một hiện tượng xảy ra trong những điều kiện xác định Muốn giải những bài tập định tính, học sinh phải thực hiện những phép suy luận lôgíc,

do đó phải hiểu rõ bản chất của các khái niệm, định luật vật lí và nhận biết được những biểu hiện của chúng trong những trường hợp cụ thể

Phương pháp giải những bài tập định tính bao gồm việc xây dựng những suy luận lôgíc dựa trên các định luật vật lí nên chúng là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy của học sinh Bài tập định tính giúp đưa lí thuyết học sinh được học lại gần với đời sống xung quanh, làm tăng thêm ở học sinh hứng thú với môn học, tạo điều kiện phát triển óc quan sát của học sinh Việc giải các bài tập đó rèn luyện cho học sinh hiểu rõ được bản chất của các hiện tượng vật lí và những quy luật của chúng, dạy cho học sinh biết áp dụng kiến thức vào thực tiễn Việc giải các bài tập định tính này rèn luyện cho học sinh chú ý đến việc phân tích nội dung vật lí của các bài tập tính toán Do có tác dụng về nhiều mặt như trên nên bài tập định tính được sử dụng ưu tiên hàng đầu sau khi học xong lí thuyết và trong khi luyện tập, ôn tập về vật lí Bài tập định tính có thể là bài tập đơn giản, trong đó chỉ áp dụng một định luật, một qui tắc, một phép suy luận lôgíc Thí dụ như: Giải thích tại sao thành ngoài của một cốc đựng nước đá lại ướt, mặc dầu trước khi đổ nước đá vào cốc, ta đã lau khô cốc cẩn thận Rất nhiều bài tập định tính có thể sử dụng một hình vẽ đơn giản

7

1.1.2.2 Bài tập tính toán

Bài tập tính toán là phải thực hiện một loạt phép tính và kết quả là thu được một đáp số định lượng, tìm giá trị của một số đại lượng vật lí Có thể chia bài tập tính toán ra làm hai loại: bài tập tập dượt và bài tập tổng hợp:

- Bài tập tính toán tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ đề cập đến một hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép tính đơn giản Những bài tập này có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, làm cho học sinh hiểu rõ ý nghĩa của các định luật và các công thức biểu diễn chúng, sử dụng các đơn vị vật lí và thói quen cần thiết để giải những bài tập phức tạp hơn

- Bài tập tính toán tổng hợp là bài tập mà muốn giải nó thì phải vận dụng nhiều khái niệm, định luật, dùng nhiều công thức Những kiến thức cần sử dụng trong việc giải bài tập tổng hợp có thể là những kiến thức đã học trong nhiều bài trước Loại bài tập này có tác dụng đặc biệt giúp học sinh đào sâu,

mở rộng kiến thức, thấy rõ những mối liên hệ khác nhau giữa các phần của chương trình vật lí, tập cho học sinh biết phân tích những hiện tượng thực tế phức tạp ra thành những phần đơn giản tuân theo một định luật xác định

1.1.2.3 Bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lí thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập Những thí nghiệm này thường là những thí nghiệm đơn giản có thể làm

ở nhà, với những dụng cụ đơn giản dễ tìm hoặc dễ tự làm được Để giải các bài tập thí nghiệm, đôi khi cũng cần đến những thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải tới phòng thí nghiệm vật lí của trường phổ thông để thực hiện, nhưng

dù sao cũng vẫn là những thí nghiệm đơn giản Bài tập thí nghiệm cũng có thể có dạng định tính hoặc định lượng Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng

Ta đã biết: đồ thị là một hình thức để biểu đạt mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lí, tương đương với cách biểu đạt bằng lời hay bằng công thức Nhiều khi nhờ vẽ được chính xác đồ thị biểu diễn các số liệu thực nghiệm

mà ta có thể tìm được định luật vật lí mới Bởi vậy, các bài tập luyện tập sử dụng đồ thị hoặc xây dựng đồ thị có vị trí ngày càng quan trọng trong dạy học vật lí [6, tr102-109], [13, tr 340-347]

1.2 Phương pháp giải bài tập vật lí

1.2.1 Các bước giải bài tập vật lí

Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học không những giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kĩ năng suy luận chính xác, linh hoạt, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch

Những bước giải bài tập như sau:

Bước 1: Tìm hiểu đầu bài

Bước này gồm việc xác định ý nghĩa vật lí của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện Trong rất nhiều trường hợp, ngôn ngữ trong đầu bài không hoàn toàn trùng với ngôn ngữ dùng trong lời phát biểu các định nghĩa, các định luật, các qui tắc vật lí, cần phải chuyển sang ngôn ngữ vật lí tương ứng thì mới dễ áp dụng các định nghĩa, qui tắc, định luật vật lí

Với những bài tập tính toán, sau khi tìm hiểu đầu bài, cần dùng các kí hiệu để tóm tắt đầu bài cho gọn Trong trường hợp cần thiết, phải vẽ hình

9

diễn đạt những điều kiện của đầu bài Nhiều khi hình vẽ giúp học sinh dễ nhận biết diễn biến của hiện tượng, mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí

Bước 2: Phân tích hiện tượng

Trước hết là nhận biết những dữ kiện cho trong đầu bài có liên quan đến những khái niệm nào, hiện tượng nào, qui tắc nào, định luật nào trong vật lí Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong đầu bài, mỗi giai đoạn bị chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào Cần phải hình dung rõ toàn bộ diễn biến của hiện tượng và các định luật chi phối nó trước khi xây dựng bài giải cụ thể, chi tiết Có thế mới hiểu rõ được bản chất

của hiện tượng, tránh được sự mò mẫn, máy móc áp dụng các công thức Bước 3: Xây dựng lập luận

Thực chất của bước này là tìm quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho Đối với những bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp xây dựng lập luận để giải: phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp Theo phương pháp phân tích thì xuất phát từ ẩn số của bài tập, tìm ra mối quan hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng nào đó theo một định luật đã xác định ở bước 2, diễn đạt bằng một công thức có chứa ẩn số Sau đó, tiếp tục phát triển lập luận hoặc biến đổi công thức này theo các dữ kiện đã cho Cuối cùng, tìm được một công thức chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số với các dữ kiện đã cho Theo phương pháp tổng hợp thì trình tự làm ngược lại: điểm xuất phát không phải từ ẩn số mà từ những dữ kiện của đầu bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi các công thức diễn đạt mối quan hệ giữa các dữ kiện đã cho với các đại lượng khác để tiến dần đến công thức cuối cùng có chứa ẩn

số và các dữ kiện đã cho Cả hai phương pháp đều có giá trị, nhiều khi chúng

bổ sung cho nhau Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của quá trình vận dụng kiến thức để giải bài tập thì phương pháp phân tích dễ thực hiện hơn đối với học sinh vì mục tiêu của lập luận rõ ràng hơn

10

Bước 4: Biện luận

Trong bước này, ta phải phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện đầu bài tập hoặc không phù hợp với thực tế Việc biện luận này cũng là một cách để kiểm tra sự đúng đắn của quá trình lập luận Đôi khi, nhờ sự biện luận này mà học sinh có thể tự phát hiện ra những sai lầm của quá trình lập luận, do sự vô lí của kết quả thu được Việc giải tất cả các loại bài tập đều phải trải qua bước 1 và bước 2 để giảm bớt sự mò mẫn, quanh co trong các bước sau Tuy nhiên, việc xây dựng

lập luận có thể có những nét khác nhau [6, tr 110-111], [14, tr 347]

1.2.2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập tính toán

Xây dựng lập luận trong giải bài tập phải vận dụng những định luật vật lí, những qui tắc, những công thức để thiết lập mối quan hệ giữa đại lượng cần tìm, hiện tượng cần giải thích hay dự đoán với những dữ kiện cụ thể đã cho trong đầu bài Muốn làm được điều đó, cần phải thực hiện những suy luận lôgíc hoặc những biến đổi toán học thích hợp Có rất nhiều cách lập luận tuỳ theo loại bài tập hay đặc điểm của từng bài tập Tuy nhiên, trong phạm vi đề tài luận văn, ta xét đến phương pháp xây dựng lập luận giải bài tập tính toán

Muốn giải được bài tập tính toán, trước hết phải hiểu rõ hiện tượng xảy ra, diễn biến của nó từ đầu đến cuối Có thể có hai phương pháp xây dựng lập luận: phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp, các phương pháp giải bài tập cụ thể như sau:

1.2.2.1 Phương pháp phân tích

Phương pháp phân tích là phân tích một bài toán phức tạp thành nhiều bài toán đơn giản hơn Bắt đầu bằng việc tìm một định luật, một qui tắc diễn đạt bằng một công thức có chứa đại lượng cần tìm và một vài đại lượng khác chưa biết Tiếp theo là tiếp tục tìm những định luật, công thức khác cho biết

11

mối quan hệ giữa những đại lượng chưa biết này với các đại lượng đã biết trong đầu bài Cuối cùng, ta tìm được một công thức trong đó chỉ chứa đại lượng cần tìm với các đại lượng đã biết Có thể diễn đạt phương pháp phân tích theo sơ đồ sau:

Sơ đồ 1.1 Giải bài tập theo phương pháp phân tích [13, tr365]

Trong sơ đồ 1.1, x là đại lượng phải tìm; p, y và z là những đại lượng không cho trực tiếp trong đầu bài; còn a, b, c là những đại lượng đã cho Theo định luật 1 hay công thức 1, ta có mối liên hệ giữa đại lượng x với một

số đại lượng nào đó y, z Ta bảo x là một hàm số của y và z: x = f(y,z) Ta phải tìm một định luật 2 hay công thức 2 nêu lên mối quan hệ giữa đại lượng

y chưa biết với đại lượng a đã cho trong đầu bài, mối quan hệ đó là: y=f(a,p)

Vì đại lượng p chưa biết nên ta lại phải tìm định luật 3 hay công thức 3 cho biết mối quan hệ giữa p với đại lượng b đã cho Cứ như thế tiếp tục, cuối cùng thay vào công thức 1, ta thu được một công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm x và các đại lượng đã cho a, b, c: x = f(a,b,c)

Định luật 1

x = f(y,z) Công thức 1

Định luật 2

y = f(a,p) Công thức 2

Định luật 3

p = f(b) Công thức 3

Định luật 4

z = f(c) Công thức 4

Kết quả

x = f(a,b,c)

Sơ đồ 1.2 Giải bài tập theo phương pháp tổng hợp [13, tr 359]

Trên đây là hai phương pháp xây dựng lập luận để cho việc lập luận được chặt chẽ Trong thực tế giải bài tập, hai phương pháp đó không tách rời nhau

mà thường xen kẽ, hỗ trợ lẫn nhau Phương pháp tổng hợp đòi hỏi người giải bài tập có kiến thức rộng rãi, kinh nghiệm phong phú để có thể dự đoán được con đường đi từ những dữ kiện lẻ tẻ, thoạt mới nhìn hình như không có quan

hệ gì chặt chẽ tới một kết quả có liên quan đến tất cả những điều đã cho Bởi vậy, ở giai đoạn đầu của việc giải bài tập thuộc một dạng nào đó, do học sinh chưa có nhiều kinh nghiệm, thường nên bắt đầu bằng câu hỏi đặt ra trong bài tập rỗi gỡ dần, làm sáng tỏ dần những yếu tố có liên quan đến đại lượng cần

Định luật 1

x = f(y,z) Công thức 1

Định luật 2

y = f(a,p) Công thức 2

Định luật 3

p = f(b) Công thức 3

Định luật 4 x=f(y,z)=f(a,b,c) Công thức 4 (Kết quả)

13

tìm, nghĩa là dùng phương pháp phân tích Trong những bài tập tính toán tổng hợp, hiện tượng xảy ra do nhiều nguyên nhân, trải qua nhiều giai đoạn, khi xây dựng lập luận, có thể phối hợp hai phương pháp [14, tr 349-360], [16, tr 57]

1.3 Phương pháp Graph trong dạy học vật lí

Trong mỗi graph điều quan trọng không phải là các cạnh của graph thẳng hay cong, dài hay ngắn, các đỉnh ở vị trí nào mà là graph có bao nhiêu cạnh và đỉnh nào được nối với đỉnh nào Xét một đỉnh của graph, số cạnh tới đỉnh đó được gọi là bậc (degrée) của đỉnh

Một graph được gọi là phẳng nếu nó có thể vẽ được trên một mặt phẳng mà không có cạnh nào cắt nhau (ở một đ iểm không phải là điểm mút của các cạnh) Hình vẽ như thế được gọi là một biểu diễn phẳng của grap h

Mỗi graph có thể có nhiều biểu diễn phẳng khác nhau nhưng dù trong biểu diễn nài thì cũng phải chỉ rõ mối quan hệ giữa các đỉnh Graph có thể biểu diễn được dưới dạng sơ đồ, biểu đồ quan hệ hoặc dạng bảng (ma trận)

Ví dụ:

Sơ đồ 1.3 Hai cách thể hiện khác nhau của một graph

14

Trong một graph có thể có đỉnh lại là một graph thì những đỉnh đó gọi là graph con

Ví dụ:

Sơ đồ 1.4 Đỉnh C là một graph con

1.3.2 Phân loại Graph

1.3.2.1 Graph vô hướng

Một graph vô hướng G = (V,E) gồm một tập V ≠ Ø mà các phần tử của nó gọi là các đỉnh và một tập E mà các phần tử của nó gọ i là các cạnh,

đó là các cặp không có thứ tự của các đỉnh có thể chứa cạnh bội nhưng không có khuyên

Ví dụ:

V = {A, B, C, ,D, E, G}

E = {(A, B), (B, C), (A, D), (A, E), (E, C), (B, D)}

Sơ đồ 1.5 Graph vô hướng

Hai đỉnh u và v trong graph vô hướng được gọi là liền kề nếu (u,v) E

E D

15

Nếu e = (u,v) thì e gọi là cạnh liên thuộc với các đỉnh u và v Cạnh e cũng là cạnh nối các đỉnh u và v Các đỉnh u và v gọi là các điểm đầu mút của cạnh e

Bậc của đỉnh v trong graph kí hiệu deg(v) là số cạnh liên thuộc với

nó, riêng khuyên tại một đỉnh được tính hai lần cho bậc của nó

Đỉnh v được gọi là đỉnh treo nếu deg(v) = 1 và gọi là đỉnh cô lập nếu deg(v) = 0

Đỉnh u được gọi là nố i tới v hay v được gọi là nố i tới u trong graph

có hướng nếu (u,v) là một cung của graph Đỉnh u gọi là đỉnh đầu còn đỉnh v gọi là đỉnh cuối của cung này

F D

A

G

Deg(A) = 3; deg(B) = 2 Deg(C) = 4; deg(D) = 4 Deg(F) = 1 ( F là đỉnh treo) Deg(G) = 0 ( G là đỉnh cô lập)

A

Nếu deg+ (v) = deg- (v) = 0 thì v là đỉnh cô lập

Nếu deg+ (v) = 1 và deg- (v) = 0 thì v là đỉnh treo

Trong dạy học người ta thường chỉ quan tâm đến graph có hướng vì graph có hướng cho biết cấu trúc của đối tượng nghiên cứu

1.3.3 Các bước lập graph giải bài tập vật lí

* Bước 1: Xác định các đỉnh của graph

- Lựa chọn những kiến thức cơ bản của nội dung bài học

- Mã hoá chúng sao cho thật súc tích, khoa học (có thể dùng các kí hiệu để quy ước)

- Đặt chúng vào các đỉnh của graph

* Bước 2: Thiết lập các cung

- Thiết lập các mối quan hệ giữa các đỉnh của grap h, nối chúng bằng các mũi tên để diễn tả mối liên hệ giữa nội dung các đỉnh với nhau

17

- Các mối quan hệ đó phải bảo đảm tính lôgíc khoa học, tuân theo những quy luật khách quan và tính hệ thống của nộ i dung kiến thức

* Bước 3: Hoàn thiện graph (bố trí các đỉnh và các cung)

Khi đã xác định được các đỉnh (đơn vị kiến thức) và mố i quan hệ giữa chúng, có thể xếp các đỉnh lên mặt phẳng theo một lôgíc khoa học, đảm bảo các yêu cầu sau:

- Trung thành với nội dung được mô hình hoá về cấu trúc lôgíc

- Phải chú ý đến tính khoa học (phản ánh được lôgíc phát triển bên trong của tài liệu)

- Phải đảm bảo tính sư phạm (đảm bảo tính trực quan, không nên lập những graph phức tạp, rắc rối làm cho học sinh khó hiểu)

Việc xây dựng graph đòi hỏi phải kết hợp hài hoà các mặt khoa học,

sư phạm và hình thức bố cục trình bày [4, tr 116 - 127]

1.3.4 Giải bài tập vật lí bằng Graph

Phương pháp Graph là phương pháp khoa học sử dụng graph để mô

tả sự vật, hoạt động, cho phép hình dung một cách trực quan các mối liên hệ giữa các yếu tố trong cấu trúc của sự vật, cấu trúc lôgíc của qui trình triển khai hoạt động (con đường từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc hoạt động) giúp con người qui hoạch tối ưu, điều khiển tối ưu các hoạt động Vì vậy sử dụng phương pháp graph trong dạy học đang là một hướng đ i trong việc đổi mới phương pháp dạy học

Graph có tác dụng mô hình hoá các đối tượng nghiên cứu và mã hoá các đối tượng đó bằng một loại “ngôn ngữ” vừa trực quan, vừa cụ thể và cô đọng Vì vậy dạy học bằng graph có tác dụng nâng cao hiệu quả truyền thông tin nhanh chóng và chính xác hơn Giúp học sinh thu nhận kiến thức một cách khoa học hơn, hiểu vấn đề một cách khái quát hơn

có thể thêm kí hiệu ?), thông qua các cái chưa biết (Kí hiệu chữ thường: a,b,c , có thể thêm kí hiệu ?)

Trên cơ sở các quy ước trên, chúng tôi xây dựng các Graph mô hình hóa giải bài tập vật lí theo hai dạng Graph vô hướng và Graph có hướng, cụ thể như sau:

1.3.4.1 Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph vô hướng

* Bước 1: Xác định các đỉnh của graph

- Tóm tắt, phân tích đầu bài toán, xác định tập V {X, A, B, C } là tập các đại lượng

đã cho và đại lượng cần tìm

- Mã hoá, dùng các kí hiệu để quy ước như trên

- Đặt chúng vào các đỉnh của graph

* Bước 2: Thiết lập các cung

- Dựa vào các mối quan hệ giữa các đỉnh của gra ph, nối chúng lại để diễn

tả mối liên hệ giữa nội dung các đỉnh với nhau

- Các mối quan hệ đó phải bảo đảm tính lôgíc khoa học, tuân theo những quy luật, định luật và tính hệ thống của nội dung kiến thức, thường các đường nối sẽ tạo ra một Graph con, từ đó thiết lập được một phương trình en = fn(A,B,C,a,b,c) là tập En{A,B,C, , a, b, c} Tập hợp các tập

E tạo ra Graph hoàn chỉnh

* Bước 3: Hoàn thiện graph

Xếp các đỉnh lên mặt phẳng theo một lôgíc khoa học, sao cho nhận biết rõ ràng các mối quan hệ từ đó xác định cách giải bài toán Có thể

19

sử dụng các kí hiệu, các nhãn gắn cho các đường nối để chi ra mối quan hệ giữa các đại lượng

Sơ đồ 1.9 Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph vô hướng

Như vậy, từ bước tóm tắt đầu bài đã có thể bắt đầu xây dựng Graph, căn

cứ vào dữ kiện đã cho, cái cần tìm, Graph giúp tìm mối liên hệ giữa chúng, qua đó tìm phương án giải bài toán Tuy nhiên, qua Graph vô hướng vẫn chưa thấy được tiến trình giải bài toán, vì vậy cần có Graph có hướng để tìm ra các bước giải cũng như cách trình bày bài toán

1.3.4.2 Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph có hướng

* Bước 1: Xác định các đỉnh của graph

Thực hiện tương tự với việc xây dựng Graph vô hướng Sự khác biệt

là các đỉnh được thiết lập từ các Graph con, cụ thể là bắt đầu từ các Graph con G1, G2, G3

* Bước 2: Thiết lập các cung

- Thiết lập các cung nối chỉ ra mối liên hệ giữa các Graph con thông qua các đỉnh A, B, C, a,b,c trong các Graph con

- Các mối quan hệ đó phải bảo đảm tính lôgíc, kết hợp các Graph con để xác định được các đỉnh trong Graph con đó C ụ t hể hơ n là t hô n g q u a

20

các p hư ơ n g t r ìn h en = fn(A,B,C,a,b,c) là tập En{A,B,C, , a, b, c} sao cho tìm ra X

* Bước 3: Hoàn thiện graph

Xếp các đỉnh lên mặt phẳng theo một lôgíc khoa học, sao cho nhận biết rõ ràng các mối quan hệ từ đó xác định cách giải bài toán Có thể

sử dụng các kí hiệu hoặc viết trực tiếp nội dung kiến thức, các biểu thức toán vào các đỉnh hoặc các nhãn gắn cho các đường nối để chỉ ra mối quan hệ giữa các đại lượng

Ví dụ: Từ Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph vô hướng (sơ đồ 1.10) xác định các graph con đặt bên trái

Sơ đồ 1.10.Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph có hướng

Từ mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph có hướng cho thấy các bước giải cụ thể đồng thời dựa trên Graph này có thể thấy rõ cách để trình bày lời

giải bài toán

1.4 Một số nguyên tắc sử dụng graph trong dạy học vật lí ở trường THPT

- Phương pháp Graph là một phương pháp tư duy thuộc nhóm phương pháp riêng rộng, vì vậy phải dùng phương pháp Graph phối hợp với các phương pháp dạy học hoặc phương tiện kỹ thuật để nâng cao hiệu quả của phương pháp dạy học

21

- Tránh tính hình thức trong việc lập và sử dụng grap h vì:

+ Tính hình thức sẽ dẫn đến tình trạng học sinh chỉ ghi nhớ kiến thức một cách máy móc, chỉ thấy quan hệ bên ngoài, không hiểu bản chất của kiến thức

+ Học sinh không thấy được mối quan hệ giữa các thành phần kiến thức, không thiết lập được mối liên hệ giữa các kiến thức đã biết với kiến thức mới cần tiếp thu, học sinh không biết sử dụng những kiến thức đã có như là những thông tin tư liệu minh hoạ làm cơ sở để tiếp nhận kiến thức mới Sau khi học xong các chương, các phần, học sinh không thấy tính hệ thống của kiến thức

+ Học sinh không thấy được nguồn gốc của kiến thức khoa học, không thấy được ý nghĩa của kiến thức được vận dụng vào thực tiễn

- Tránh lạm dụng graph Graph chỉ có tác dụng là phương tiện tư duy nhằm xác định mối quan hệ của các đối tượng được nghiên cứu trong một hệ thống nhất định, qua đó nâng cao chất lượng học tập, vì vậy phải kết hợp một cách khoa học giữa graph với các phương tiện dạy học để nâng cao hơn nữa chất lượng dạy học

1.5 Thực trạng việc sử dụng phương pháp Graph trong dạy học vật lí

1.5.1 Mục đích điều tra tìm hiểu

Để chuẩn bị cho việc xây dựng Graph hỗ trợ hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí, chúng tôi tiến hành tìm hiểu tình hình dạy và học bài tập vật lí nói chung và phần giao thoa sóng cơ học, vật lí lớp 12 nâng cao nói riêng ở trường THPT Thái Phiên thành phố Hải Phòng với mục đích tìm ra các ưu, nhược điểm của thực trạng dạy học phần kiến thức này, đồng thời tìm hiểu thực trạng của việc sử dụng Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

1.5.2 Nội dung tìm hiểu

Chúng tôi tiến hành tìm hiểu:

lí nói chung và phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao nói riêng

- Tình hình học tập của học sinh: tìm hiểu tình hình học tập trên lớp và ở nhà; những khó khăn sai lầm phổ biến của học sinh trong quá trình học tập phần phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao

- Tìm hiểu thực trạng của việc ứng dụng Graph vào hướng dẫn HS giải bài tập vật lí nói chung và phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao nói riêng

1.5.3 Phương pháp điều tra tìm hiểu

Qúa trình điều tra, tìm hiểu được tiến hành tại trường THPT Thái Phiên, thành phố Hải phòng

- Gặp gỡ lãnh đạo nhà trường, trao đổi

- Dự giờ, gặp và trao đổi với tổ trưởng bộ môn và giáo viên bộ môn

- Nghiên cứu giáo án của các giáo viên trong tổ khi dạy về giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao

- Trao đổi trực tiếp với học sinh lớp 12 của trường

- Nghiên cứu vở bài tập của học sinh về phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao

- Dự giờ, quan sát học sinh học trên lớp khi học về phương pháp giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao

1.5.4 Kết quả điều tra tìm hiểu

Qua tìm hiểu chúng tôi thấy:

- Trường THPT Thái Phiên thành phố Hải Phòng là một trường THPT được thành lập từ năm 1960, là ngôi trường đầu tiên của thành phố Hài Phòng, có

23

cơ sở vật chất tương đối đầy đủ, có truyền thống dạy và học tốt nhiều năm liên tục Đội ngũ giáo viên giảng dạy có nhiều kinh nghiệm, được mời từ các trường đại học và các trường THPT có tiếng ở Hải Phòng, được học sinh

và phụ huynh học sinh tin tưởng và tôn trọng

- Về hoạt động dạy của giáo viên, qua tìm hiểu cho thấy :

+ Phương pháp dạy học mà giáo viên sử dụng chủ yếu là thuyết trình Các giờ học bộ môn (cụ thể ở phần giao thoa sóng cơ) giáo viên thường là người nêu vấn đề sau đó thuyết trình theo trình tự nội dung SGK, các câu hỏi được giáo viên ít chú ý tới việc “gợi mở” để học sinh tự tìm tòi, tự lực giải quyết vấn đề hoặc thảo luận đề xuất ý kiến xây dựng bài

+ Giảng dạy và học tập bộ môn vật lí cần phải có thí nghiệm và rèn luyện cho học sinh phương pháp thực nghiệm Tuy nhiên, khi dạy phần này giáo viên chỉ mô tả lại thí nghiệm bằng hình vẽ hoặc mô tả các hiện tượng theo trình tự TLGKđã trình bày

+ Khi trao đổi về việc sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập thì có khoảng 95% chưa từng áp dụng trong dạy học mặc

dù có được nghe giới thiệu đến phương pháp này trên báo, internet, Còn 05% số giáo viên đã có sử dụng phương pháp Graph trong dạy học nhưng

để xây dựng kiến thức mới trong giờ lí thuyết, trong giờ ôn tập chứ chưa sử dụng phương pháp Graph để hướng dẫn học sinh giải bài tập

+ Nghiên cứu giáo án của giáo viên, kết quả cho thấy 95% giáo án thiết kế tiến trình dạy học theo phương pháp truyền thống trong đó sử dụng phương pháp thuyết trình có giảng giải và phương pháp vấn đáp là chính, các phương pháp dạy học mới hay các kỹ thuật dạy học hiện đại chưa được

áp dụng nhiều Trong giáo án việc học tập của học sinh còn thụ động, quá trình đi tìm kiến thức và vận dụng kiến thức vào giải bài tập còn phụ thuộc

+ Về kĩ năng: học sinh thường tỏ ra lúng túng khi cần phải trình bày các vấn đề, biểu hiện ở chỗ dùng từ ngữ không chuẩn xác, chưa đúng nghĩa hoặc câu trình bày không đúng ngữ pháp; đặc biệt học sinh e ngại bộc lộ quan điểm riêng trước một vấn đề cần phải chọn lựa Khi học phần giao thoa sóng cơ, học sinh thường nhầm lẫn và thấy khó khăn khi giải bài tập vì có rất nhiều dạng, nhiều công thức

+ Phương pháp học của phần đông các em là thuộc lòng lí thuyết, học sinh thường tiếp thu bài học một cách thụ động, ít động não và ít có cơ hội được tham gia vào các hoạt động tích cực, tự lực chiếm lĩnh kiến thức Chính

vì vậy khi vận dụng vào việc giải bài tập học sinh gặp rất nhiều khó khăn Nhiều học sinh ham mê môn vật lí, thích tìm hiểu về các hiện tượng vật lí nhưng khi giải bài tập vật lí thường lúng túng trong việc định hướng phương pháp giải sao cho ngắn gọn, nhanh và chính xác nhất

Tóm lại, sự tiếp thu kiến thức vật lí nói chung và phần giao thoa sóng

cơ, vật lí lớp 12 nâng cao nói riêng của học sinh chỉ ở mức hình thức, chưa nắm vững được các khái niệm cơ bản trong phần này, vận dụng một cách khó khăn trong việc giải bài tập

25

Để tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến thực trạng trên, qua trao đổi với giáo viên của trường cho thấy có nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan, phần đông đều có chung một ý kiến phản ánh:

- Do nội dung thi (tốt nghiệp và tuyển sinh vào các trường trung học chuyên nghiệp, cao đẳng và đại học) ở nước ta hiện nay vẫn nặng về kiểm tra lí thuyết và giải toán Vì vậy, trong khi lên lớp giáo viên thường phải quan tâm trước nhất tới việc làm thế nào để truyền tải đủ kiến thức TLGK cho học sinh Phần đông có tâm lý rằng nếu sử dụng các phương pháp khác ngoài phương pháp truyền thống như phương pháp Graph, tổ chức thảo luận nhóm,… thì phần lớn các em đã quen với cách học thụ động, ít chịu tự lực suy nghĩ, không chịu bộc lộ suy nghĩ của mình, hoặc ngại đưa ra ý kiến của mình, do đó mất nhiều thời gian trên lớp, ảnh hưởng tới tiến độ bài giảng

- Học sinh chưa có phương pháp tổng quan về việc giải bài tập vật lí Trong các tiết bài tập, có học sinh còn chưa chú ý, có học sinh chỉ cần kết quả để đối chiếu, thậm chí có học sinh còn chưa biết tóm tắt bài toán bằng các kí hiệu vật lí, các công thức tính toán chuyển đổi giữa các đại lượng không nắm vững Đa số học sinh cố gắng nhớ các dạng bài tập và công thức kèm theo Chính vì vậy khi gặp các dạng bài không quen thuộc các em gặp khó khăn trong việc định hướng và giải

- Phần đông giáo viên chưa nhận thức được tác dụng của việc sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập nói chung và bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao nói riêng

- Do phân phối chương trình hiện nay thì số giờ luyện tập của học sinh không nhiều Nội dung cấu trúc chương trình SGK mới cũng không dành nhiều thời gian cho việc hướng dẫn học sinh giải bài tập hay luyện tập Việc này thường được lồng ghép trong tiết lí thuyết dẫn đến học sinh không có

26

điều kiện bổ sung, mở rộng và nâng cao kiến thức cũng như được hướng dẫn

để hình thành phương pháp và kỹ năng giải bài tập vật lí

- Đa số các em năng động, thích tìm tòi, khám phá các vấn đề xảy ra xung quanh, ham học hỏi

- Phương tiện dạy học phong phú, tạo cho học sinh có hứng thú trong học tập

- Đội ngũ giáo viên yêu nghề, có năng lực chuyên môn vững vàng, ham học hỏi, luôn cầu tiến Bên cạnh đó giáo viên còn thường xuyên được học hỏi qua các đợt học tập chuyên đề, bồi dưỡng thường xuyên đóng góp nhiều cho việc nâng cao chất lượng giảng dạy của giáo viên

1.5.5.2 Khó khăn

Môn Vật lí là môn học có nội dung chương trình môn học với lượng kiến thức lớn, bài tập nhiều nhưng phân phối thời gian dành cho những tiết luyện tập ít do đó học sinh thường cảm thấy khó khăn khi học tập bộ môn này, điều này cũng một phần là do là do:

+ Các em chưa hiểu khái niệm, các định luật vật lí sâu sắc

+ Các kĩ năng như xác định các đại lượng, mối quan hệ giữa các đại lượng dựa trên việc phân tích hiện tượng vật lí liên quan còn hạn chế

Trước những thực trạng: kiến thức giáo khoa của các môn học nói chung và ở môn vật lí nói riêng là lớn, hệ thống bài tập thì đa dạng mà thời lượng chữa bài tập và hướng dẫn học sinh giải bài tập không nhiều Vậy làm thế nào để học sinh có thể lĩnh hội, khắc sâu được nội dung kiến thức và vận dụng được linh hoạt vào quá trình giải bài tập vật lí và tránh được tình trạng khi giáo viên giao bài tập vật lí cho học sinh thì như đang đưa học sinh vào một "mê cung" không lối ra, tôi xin được đưa ra một số giải pháp để áp dụng Graph vào quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao

1.6 Kết luận chương 1

Bài tập vật lí có vai trò quan trọng trong việc rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vật lí giải quyết các vấn đề thực tiễn, việc giải bài tập vật lí đòi hỏi những suy luận lôgíc, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí Việc giải bài tập đòi hỏi sự tư duy định hướng một cách tích cực

Phương pháp Graph là phương pháp khoa học sử dụng graph để mô tả

sự vật, hoạt động, cho phép hình dung một cách trực quan các mối liên hệ

28

giữa các yếu tố trong cấu trúc của sự vật, cấu trúc lôgíc của qui trình triển khai hoạt động (con đường từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc hoạt động) giúp con người qui hoạch tối ưu, điều khiển tối ưu các hoạt động Graph có tác dụng mô hình hoá các đối tượng nghiên cứu và mã hoá các đối tượng đó bằng một loại “ngôn ngữ” vừa trực quan, vừa cụ thể và cô đọng

Việc sử dụng Graph trong hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí giúp học sinh thu nhận kiến thức một cách khoa học hơn, hiểu vấn đề một cách khái quát hơn

Trên cơ sở nghiên cứu lí thuyết về Graph, đề tài nghiên cứu sử dụng

vô hướng và graph có hướng để hỗ trợ việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí, cụ thể là sử dụng graph vô hướng để tìm mối quan hệ giữa các đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm, từ đó xây dựng graph có hướng để xác định các bước giải bài tập vật lí

Trên cơ sở tìm hiểu tình hình dạy và học bài tập vật lí nói chung và phần giao thoa sóng cơ học, vật lí lớp 12 nâng cao nói riêng ở trường THPT Thái Phiên thành phố Hải Phòng, xác định khó khăn của giáo viên khi dạy và học sinh khi học giải bài tập vật lí, đồng thời tìm hiểu thực trạng của việc sử dụng Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí Từ đó xây dựng phương

án xây dựng Graph hỗ trợ hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

29

CHƯƠNG 2

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GRAPH HƯỚNG DẪN HỌC SINH

GIẢI BÀI TẬP PHẦN GIAO THOA SÓNG CƠ

VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO

2.1 Yêu cầu về kiến thức, kỹ năng

2.1.1 Yêu cầu về kiến thức

Trên cơ sở nghiên cứu chương trình, nội dung và các dạng bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao, để học sinh giải tốt các bài tập vật lí phần này yêu cầu học sinh cần nắm vững các kiến thức như sau:

- Nêu được các định nghĩa về sóng cơ, sóng ngang, sóng dọc, nêu được các

ví dụ để phân biệt sóng ngang, sóng dọc và giải thích được nguyên nhân tạo thành sóng cơ học

- Nêu được các định nghĩa và ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ: tốc độ truyền sóng, chu kì sóng (tần số sóng), bước sóng, biên độ sóng

và năng lượng sóng

- Lập được phương trình sóng khi biết các đại lượng đặc trưng cho qúa trình sóng và ngược lại, xác định được các đại lượng đặc trưng cho quá trình sóng khi biết phương trình sóng Nêu được tính tuần hoàn theo không gian và thời gian truyển sóng

- Hiểu được hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước, cụ thể là:

+ Nêu được hiện tượng giao thoa sóng cơ

+ Nêu được hình dạng vân giao thoa và giải thích được sự tạo thành vân giao thoa trên mặt nước

+ Thiết lập được công thức xác định vị trí các điểm dao động với biên

độ cực đại, cực tiểu trong miền giao thoa của hai sóng

+ Xác định được điều kiện để có hiện tượng giao thoa sóng

30

+ Hiểu được những ứng dụng quan trọng của hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước trong đời sống

- Hiểu được hiện tượng giao thoa sóng dừng trên dây, cụ thể là:

+ Nêu được đặc điểm của sóng tới, sóng phản xạ, sóng dừng và giải thích được sự tạo thành sóng dừng trên dây đàn hồi

+ Xác định được điều kiện để có sóng dừng trên dây đàn hồi

+ Áp dụng được hiện tượng sóng dừng để tính tốc độ truyền sóng trên dây đàn hồi

- Hiểu được về sóng âm, cụ thể là:

+ Nêu được nguồn gốc của âm, cảm giác về âm, cường độ âm, mức cường độ âm và đơn vị của mức cường độ âm

+ Nêu được mối quan hệ giữa các đặc trưng vật lí và các đặc trưng sinh lí của âm

+ Giải thích được tại sao các nhạc cụ lại phát ra âm có tần số và âm sắc khác nhau Phân biệt được âm cơ bản và họa âm

+ Nêu được tác dụng của hộp cộng hưởng

2.1.2 Yêu cầu về kỹ năng

Các kĩ năng học sinh cần có khi giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12, nâng cao như sau:

- Thiết lập được phương trình sóng ở nhiều dạng theo chu kì, tần số hoặc tần

số góc, xác định được các đại lượng đặc trưng cho sóng từ phương trình sóng và ngược lại

- Tính được tốc độ truyền sóng trên dây đàn hồi từ hiện tượng sóng dừng trên dây đàn hồi

- Xác định được số vân giao thoa cực đại, cực tiểu từ hiện tượng giao thoa sóng

- Xác định được mức cường độ âm và tần số của âm phát ra từ các nhạc cụ

31

- Biết thu thập thông tin: tìm, đọc, tóm tắt

- Biết xử lí thông tin: phân tích, so sánh, tổng hợp

- Biết truyền đạt thông tin: thảo luận, báo cáo kết quả

- Ứng dụng được các kiến thức đã học để giải thích các hiện tượng đơn giản

về sóng cơ trong đời sống

Một trong những yếu tố khác cũng rất quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của việc dạy học giải bài tập vật lí là học sinh cần có thái độ học tập nghiêm túc, tự giác, cẩn thận, khách quan, trung thực, nỗ lực phấn đấu vì thành tích học tập của bản thân Giáo viên cũng cần tạo được bầu không khí học tập, vui vẻ, từ đó tạo hứng thú trong giờ học vật lí, yêu thích tìm tòi khoa học cho học sinh

2.2 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí bằng Graph

Căn cứ vào các kiểu Graph và cách xây dựng Graph cũng như tác dụng của các Graph đó, kết hợp với các bước giải BTVL nói chung, chúng tôi xây dựng quy trình hướng dẫn học sinh giải BTVL gồm 4 bước như sau:

* Bước 1 Phân tích bài toán, xây dựng graph vô hướng định hướng tìm lời giải

Trong bước này, giáo viên hướng dẫn học sinh đọc và tóm tắt đầu bài, dựa vào tóm tắt đầu bài và yêu cầu bài toán xác định các đỉnh

* Bước 2 Thiết lập các phương trình, xây dựng Graph có hướng xác định các bước giải

Căn cứ trên Graph vô hướng, chỉ ra hướng để giải bài toán, xây dựng graph có hướng

* Bước 3 Giải bài toán theo các bước đã lập

Từ Graph có hướng dễ thấy được các phương trình cần lập, lập các phương trình và giải để tìm ra ẩn số

* Bước 4 Trình bày lời giải

32

Căn cứ vào Graph có hướng và kết quả tính toán để giải bài toán

Ví dụ: Trong thí nghiệm giao thoa trên mặt nước có 2 nguồn kết hợp S1, S2

dao động cùng pha, cùng tần số f = 10 Hz Tại điểm M cách S1, S2 lần lượt là

d1 = 16cm, d2 = 10cm có một cực đại Giữa M và đường trung trực S1S2 có hai cực đại khác Tìm tốc độ truyền sóng

* Bước 1 Phân tích bài toán, xây dựng graph vô hướng định hướng tìm lời giải

Sơ đồ 2.1 Sử dụng Graph vô hướng để phân tích bài toán

f d1

E2 G1

G2

33

* Bước 2 Thiết lập các phương trình, xây dựng Graph có hướng xác định

các bước giải

Sơ đồ 2.2 Sử dụng Graph có hướng xác định bước giải bài toán

* Bước 3 Giải bài toán theo các bước đã lập

1 2 1 2 1

d d n

* Bước 4 Trình bày lời giải

Ta có giữa đường trung trực S1S2 và M có k cực đại , suy ra n = k +1

Điều kiện cực đại:

1

1 2 1 2 1

d d n

2.3 Xây dựng hệ thống bài tập và Graph hướng dẫn học sinh giải bài

tập phần giao thoa sóng cơ

2.3.1 Kiến thức, kĩ năng cần thiết để giải bài tập chương Sóng cơ

Theo chương trình môn Vật lí lớp 12 THPT (nâng cao), những kiến

thức, kĩ năng cơ bản phần sóng cơ như sau:

34

1 Xác định bước sóng

Bước sóng là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kì dao động Như vậy, có thể hiểu bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó là cùng pha

v: tốc độ truyền sóng (có đơn vị tương ứng với đơn vị của )

Như vậy, để xác định bước sóng  cần xác định vận tốc truyền sóng v và tần

số f của sóng, ở đây đơn vị bước sóng và đơn vị của vận tốc phải tương ứng, học sinh có thể tính đúng giá trị bước sóng nhưng cũng có thể xác định sai đơn vị đo của nó

2 Thiết lập phương trình sóng

Phương trình sóng là phương trình dao động của một phần tử vật chất

khi có sóng truyền qua

Tại điểm M cách O một đoạn x trên phương truyền sóng

Giả sử phương trình sóng tại nguồn O là: