Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành kiến thức mới trong dạy học chương 1- Điện tích, điện trường của học sinh lớp 11 THPT

Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành kiến thức mới trong dạy học chương 1- Điện tích, điện trường của họ...

PHẦN 1: MỞ ĐẦU1.Lý do chọn đề tài.

Công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đòi hỏi đất nước taphải đổi mới để có thể đáp ứng được nhu cầu của thời đại; đòi hỏingành giáo dục phải đổi mới đồng bộ cả mục đích, nội dung, phươngpháp và phương tiện dạy học.Trong đó đổi mới về phương pháp dạyhọc là đặc biệt quan trọng

Giải bài tập vật lí (BTVL) là một trong các phương pháp dạyhọc đã được xác định từ lâu và giành được sự quan tâm tất yếu củamọi giáo viên phổ thông

Việc giải bài tập hình thành kiến thức mới giúp học sinh củng

cố kiến thức đã học, vận dụng những kiến thức đã học phát hiện rakiến thức mới, góp phần phát triển tư duy và năng lực sáng tạo Tuynhiên, việc xây dựng hệ thống bài tập hình thành kiến thức mới trongtrường trung học phổ thông (THPT) hiện chưa được nhiều ngườiquan tâm

Trong chương trình vật lí 11 THPT, chương “ Điện tích, Điện trường” là một chương rất quan trọng bởi nó cung cấp những kiến

thức ban đầu của phần điện, từ trường để học sinh nghiên cứu cácphần sau

Xuất phát từ đó, chúng tôi đã nghiên cứu đề tài “ Xây dựng và

sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành kiến thức mới trong dạy học chương 1: Điện tích, điện trường của học sinh lớp 11 THPT”.

2.Mục đích nghiên cứu.

Xây dựng hệ thống bài tập chương 1: “ Điện tích, Điện trường”

và đề ra cách sử dụng nó trong việc hình thành kiến thức, mới gópphần nâng cao chất lượng dạy học bộ môn vật lí 11 THPT

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

3.1.Nghiên cứu lý luận về BTVL trong dạy học ở THPT

3.2.Điều tra thực trạng dạy học bài tập chương 1 “ Điện tích, Điện trường” của giáo viên và học sinh lớp 11THPT.

3.3 Xác định mức độ yêu cầu nắm vững chương 1 “ Điện tích, Điện trường”

3.4 Xây dựng hệ thống bài tập nhằm hình thành kiến thức mới

trong dạy học chương 1 “ Điện tích, Điện trường” và đề ra cách sử

dụng nó nhằm nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở lớp 11 THPT bankhoa học tự nhiên

4 Đối tượng nghiên cứu.

Hoạt động dạy học BTVL nhằm hình thành kiến thức mới củagiáo viên và học sinh lớp 11 THPT ban khoa học tự nhiên

5 Phương pháp nghiên cứu.

Trong luận văn, chúng tôi sử dụng phối hợp hai phương phápnghiên cứu chủ yếu là nghiên cứu lý luận và điều tra cơ bản dướihình thức dự giờ, trò chuyện với giáo viên và học sinh

PHẦN 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 1 LÝ LUẬN VỀ BTVL1.1 Quan niệm về BTVL.

Trong các định nghĩa về BTVL, nhiều nhà nghiên cứu và giáo viênhay dùng định nghĩa của X.E cammenetxki, V.P.Ôrekhôv như sau:Trong thực tế dạy học, BTVL là một vấn đề không lớn mà trongmột số trường hợp tổng quát được giải quyết nhờ suy luận logicnhững phép toán và những thí nghiệm trên cơ sở phương pháp thựcnghiệm

Trong tài liệu về phương pháp dạy học, BTVL là những bài luyệntập được lựa chọn phù hợp với mục đích nghiên cứu các hiện tượngvật lý nhằm hình thành kỹ năng phát triển tử duy vật lý của học sinh

và hình thành các kĩ năng vận dụng của họ vào thực tiễn

Hiểu theo nghĩa rộng thì BTVL là bát kì vấn đề nào xuất hiệntrong quá trình nghiên cứu sách giáo khoa vật lý ở các giờ học trênlớp Hay nói một cách khác sự tư duy định hướng một cách tích cựcđến một vấn đề nào đó luôn là việc giải bài tập

Từ các điều trên có nhận xét BTVL có hai chức năng chủ yếu làvận dụng kiến thức cũ và hình thành kiến thức mới

1.2 Tác dụng chủ yếu của BTVL trong dạy học

1.2.1 Hình thành và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng vàothực tiễn

1.2.2 Hình thành kiến thức mới:

- Kiến thức mới là kiến thức học sinh chưa biết chính xác lànhững kiến thức cho ta những hiểu biết mới về kiến thức đã học.Phương pháp hành động đã sử dụng hay cho thấy rõ giới hạn của nó.

- Các BTVL hình thành kiến thức mới tuân theo một số yêu cầusau:

+ Bài tập có chứa vấn đề cần giải quyết và vừa sức học sinh.+ Bài tập phải chứa đựng yếu tố mới mà để giải quyết nó họcsinh phải tìm câu trả lời từ thiên nhiên

+ Mỗi bài tập phải chú ý tới các mặt

- Tình huống đưa ra bài tập

- Nội dung bài tập

1.2.4 Phát triển tư duy vật lý của học sinh phổ thông

1.2.5 Kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo

1.2.6 Giáo dục tư tưởng, đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướngnghiệp học sinh

1.3 Phân loại BTVL

Có nhiều cách phân loại BTVL theo nhiều dấu hiệu khác nhautrong đó có hai cách phổ biến sau:

1.3.1 Theo nội dung BTVL đưcợ phân chia theo các dấu hiệutài liệu vật lý, nội dung trừu tượng hay cụ thể theo nội dung lịch sử,theo tính chất vật lý, theo nội dung thực tế kĩ thuật và theo tính chấtgiả tạo của các sự kiện.

1.3.2 Theo phương thức giải, BTVL được chia làm bốn loại:Bài tập định tính (hay bài tập câu hỏi, bài tập lĩnh hội, bài tập lôgic);bài tập định lượng (hay bài tập tính toán); bài tập thí nghiệm; bài tập

đồ thị

Hiện nay chưa có mật độ sự thống nhất về tiêu chuẩn phân loại,bởi vì trong bất cứ loại bài tập nào cũng có một vài yếu tố của bàitập khác

1.4 Nguyên tắc lựa chọn hệ thống bài tập cho mỗi đề tài, chương phần của giáo trình vật lí phổ thông.

- Các bài tập trong hệ thống phải được sắp xếp từ dễ đến khó,

từ đơn giản đến phức tạp về mối quan hệ giữa các đại lượng và kháiniệm đặc trưng cho quá trình hoặc hiện tượng sao dần từng bước họcsinh hiểu được kiến thức, nắm vững và có kĩ năng vận dụng kiếnthức đó

-Mỗi loại bài tập được chọn phải là mắt xích trong hệ thống cácbài tập, đóng góp được phần nào vào việc hoàn chỉnh các kiến thứccủa học sinh, giúp họ hiểu được mối quan hệ giữa các đại lượng; cụthể hoá các khái niệm và vạch ra những nét mới nào đó chưa đượclàm sáng tỏ, phải khắc phục được những khó khăn chủ yếu, nhữngsai lầm phổ biến của họ trong quá tình chiếm lĩnh và vận dụng kiếnthức

- Hệ thống bài tập được lựa chọn phải giúp học sinh nắm đượcphương pháp giải từng loại bài tập cụ thể

- Số lượng bài tập được chọn phải phù hợp với thời gian quyđịnh của chương trình và thời gian học ở nhà của học sinh.

1.5 Phương pháp giải BTVL

Giải một BTVL thông thường được tiến hành theo các bước như sau:

Bước 1 : Tìm hiểu đầu bài

- Đọc ghi ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và cái phải tìm

- Mô tả lại tình huống được nêu trong đầu bài, vẽ hình minh hoạ

và đổi đơn vị (nếu cần)

- Nếu đầu bài yêu cầu thì phải làm thí nghiệm hoặc vẽ đồ thị đểthu được dữ kiện

Bước 2 : Xác lập mối liên hệ của các dữ kiện xuất phát với cái

phải tìm

- Đối chiếu với các dữ kiện xuất phát và cái phải tìm xem xét bảnchất vật lí của tình huống đã cho để nhận ra các định luật cáccông thức lý thuyết có liên quan

- Xác lập mối liên hệ cơ bản, cho thấy sự liên hệ của cái phải tìmvới dữ kiện xuất phát từ đó có thể rút ra cái phải tìm

Bước 3 : Rút ra kết quả cần tìm

Từ các mối liên hệ cơ bản đã xác lập được, tiếp tục luận giải,tính toán rút ra kết quả cần tìm

Bước 4 : Kiểm tra, xác nhận kết qua vừa tìm được, cần kiểm tra

lại việc giải và kết quả theo một hoặc một số cách sau:

- Kiểm tra xem đã thực hiện hết các yêu cầu của bài toán đặt rachưa

- Kiểm tra việc tính toán đã đúng chưa (dấu đại số, kết quả làmtròn, )?

- Kiểm tra xem thứ nguyên có phù hợp không?

- Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế có phù hợp không?

- Giải bài tập theo cách khác xem có cho cùng kết quả không?

Tuy nhiên do mỗi loại bài tập có đặc điểm riêng, nên có một sốkhâu được cụ thể hoá, không sử dụng tới Có bước đã được tự độnghoá sau khi giải nhiều loại bài tập

1.6 Các cách hướng dẫn học sinh giải một BTVL

1.6.1 Hướng dẫn theo mẫu (Hướng dẫn Algorit)

- Aglorit được hiểu là một bản chỉ dẫn gồm các thao tác (haycòn gọi là các hành động sơ cấp được học sinh hiểu một cách đơngiản và nắm vững) được xác định một cách rõ ràng và chặt chẽ, trong

đó chỉ rõ cần thực hiện các thao tác nào để đi tới kết quả

- Hướng dẫn Algorit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh nhữngthao tác cần thực hiện và trình tự cần thực hiện để đi đến kết quảmong muốn

- Kiểu hướng dẫn này được áp dụng trong trường hợp cần dạycho học sinh phương pháp giải từng loại bài tập cơ bản và điển hìnhđồng thời luyện tập cho học sinh kĩ năng giải từng loại bài tập trên

cơ sở học sinh nắm được Algorit giải

* ưu điểm: Học sinh tìm được kết quả một cách nhanh chóng vàrèn luyện cho học sinh kĩ năng giải bài tập

* Hạn chế: ít có tác dụng tạo cho học sinh khả năng tìm tòisáng tạo

1.6.2 Kiểu hướng dẫn tìm tòi (hướng dẫn orixtic) là kiểu

hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh tìm tòi, suy nghĩ, pháthiện cách giải quyết vấn đề

Được áp dụng khi cần giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn đểgiải bài tập đồng thời vẫn đảm bảo cho học sinh phát triển tư duy vàrèn luyện được cho học sinh kĩ năng tìm tòi được cách giải quyết vấnđề.

* Ưu điểm : Tránh được tình trạng giáo viên giải theo học sinh trongviệc giải bài toán

* Hạn chế: Không phải bào giờ cũng đảm bảo cho học sinh giải đượcbài tập một cách chắc chắn

1.6.3 Kiểu hướng dẫn định hướng khái quát chương trình hoá

là kiểu hướng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết cụ thể tức

là giáo viên định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đườnglối khái quát của việc giải quyết vấn đề Sự định hướng ban đầu đòihỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết của học sinh Nếu học sinh không đápứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển địnhhướng khái quát ban đầu; cụ thể hoá thêm một bước bằng cách gợi ýthêm cho học sinh để thu hẹp hơn phạm vi phải tìm tòi giải quyết chovừa sức với học sinh Nếu học sinh vẫn không đủ khả năng tự lực tìmtòi giải quyết thì sự hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thànhhướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành được yêucầu của một bước Sau đó tiếp tục yêu cầu học sinh tự lực tìm tòigiải quyết bước tiếp theo Nếu cần thì giáo viên lại giúp đỡ thêm, cứnhư vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra

Được áp dụng khi giáo viên có điều kiện hướng dẫn toàn bộquá tình giải một BTVL của học sinh nhằm giúp học sinh tự lực giảiđược BTVL đó, đồng thời dạy cho các em cách suy nghĩ trong quátrình giải bài tập và tự rút ra phương pháp giải các bài tập cùng loại

*Ưu điểm: Rèn luyện tư duy của học sinh trong quá trình tìm lời giảiBTVL và đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã ra

* Hạn chế: Đòi hỏi sự hướng dẫn phải theo sát tiến trình hoạt độnggiải bài tập của học sinh Nghĩa là không thể chỉ dựa vào những lờisoạn đã chọn sẵn mà phải kết hợp với trình độ học sinh để điểu chỉnh

sự giúp đỡ cho thích hợp

Trong khoá luận, chúng tôi hướng dẫn học sinh giải bài tập chủyếu theo kiểu hướng dẫn theo mẫu và hướng dẫn tìm tòi

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG BÀI TẬP HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 11THPT CHƯƠNG I “ ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG”

2.1 Mức độ yêu cầu nắm vững chương “ Điện tích điện trường”

2 1.1 Điện tích, định luật bảo toàn điện tích

- Trong tự nhiên có hai loại điện tích: điẹn tích âm và điện tíchdương

- Electron (điện tử) là phần tử bền vững mang điện tích nguyên tố âm

2.1.2 Tác dụng giữa các điện tích Định luật culông

Các điện tích tác dụng lẫn nhau: điện tích cùng dấu đẩy nhau,điện tích trái dấu hút nhau;lực tác dụng giữa hai điện tích điểm cóphương trùng với phương của đường thẳng nối hai điện tích điểm(hình 1) và độ lớn tính theo định luật culông

r

2 2 1 0 2 2 1 0 2

q q F

Trong đó: q1, q2 là độ lớn của các điện tích tình

bằng đơn vị culông cc; r là khoảng cách giữa hai

Trong một số điều kiện nguyên tử có thể mất electron và trởthành ion dương Nguyên tử cũng có thể nhận thêm electron và trởthành ion âm

2.1.4 Điện trường

- Điện trường là dạng vật chất tồn tại xung quanhcác điện tích và tácdụng lực lên các điện tích khác đặt trong nó

- Tương tác giữa hai điện tích là do điện trường của chúng điện trường của điện tích này tác dụng lực lên điện tích kia

Vctơ cường độ điện trường E tại một điểm là đại lượng đo bằng tỷ

số giữa lực tác dụng F của điện trường lên điện

tích thử đặt tại điểm đang xét và độ lớn của điện tích thử q0 : q0

F

E 

. vectơ cường độ điện trường đặc trưng cho điện trường về phương diện tac dụng lực

vectơ cường độ điện trường gây ra bởi một điện tích điểm có phương chiều như (hình 2) và có độ lớn:

2

9 2 0 10 9 4 1 r q r q E      trong đó q là độ lớn của điện tích điểm gây ra điện trường  : hằng số điện môi của môi trường

r: khoảng cách từ điện tích tới điểm

M mà ta tính cường độ điện trường

q M

E: là cường độ điện trường tại điểm

đang xét, đơn vị vôn/ mét (v/m)

q q

+ vectơ cường độ điện trường gây ra bởi một hệ nhiều điện tíchđiểm bằng tổng các vectơ cường độ điện trường gây ra bởi từng điệntích điểm

2.1.5 Công của lực điện trường - Hiệu điện thế

- Công của lực điện trường khi dịch chuyển một điện tích q0 trongđiện trường, lực điện trường sẽ thực hiệ công A phụ thuộc độ lớn củađiện tích dịch chuyển không phụ thuộc vào dạng của đường đi mà chỉphụ thuộc vào vị trí của điểm đầu và cuối

- Điện thế là đại lượng vật lí đặc trưng cho khả năng thực hiện côngcủa điện trường, có trị số bằng tỷ số giữa công củalực điện trườngtrong sự dịch chuyển điện tích q0 từ điểm đang xét đến vô cùng

V A q M

M  

Trong đó: A M là công của lực điện trường khi dịch chuyển q0 từđiểm M ra xa vô cùng, được tính bằng đơn vị Jun (J), q0 là điện tích

dịch chuyển tính bằng culông và VM là điện thế tại điểm M tính bằngđơn vị vôn (V).

Hiệu điện thế : giữa hai điểm M và N trong điện trường đượctính bởi công thức:

0

q

A V V

1







Trong đó q là điện tích gây ra điện thế, r là khoảng cách từ điện tích

q tới điểm cần tính điện thế,  là hằng số điện môi của môi trường

Nếu q > 0 (điện tích dương), điện thế có giá trị dương (V > 0) q< 0 (điện tích âm) điện thế có giá trị âm (V < 0)

Công của lực điện trường khi dịch chuyển điện tích q0 giữa hai điểm

có hiệu điện thế U, điện trường thực hiện một công A = q0 U

2.1.6 Liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế

Trong điện trường đều, cường độ điện trường liên hệ với hiệuđiện thế bởi công thức: E  U d (V/m)

(trong đó u là hiệu điện thế giữa hai điểm nằm trên cùng một đườngsức và cách nhau một khoảng d)

2.1.7 Vật dẫn và điện môi trong điện trường

Vật dẫn trong điện trường ở mọi điểm trong vật dẫn cân bằngđiện , cường độ điện trường bằng không ở mọi điểm trên bề mặt vậtdẫn Trong vật dẫn có các điện tích tự do (điện tích tự do trong kimloại là các electron)

Điện thế tại mọi điểm của vật dẫn cân bằng điện đều bằngnhau, vật dẫn cân bằng điện là vật đẳng thế.

Nếu vật dẫn cân bằng điện có mang điện thì điện tích chỉ phân

bố trên mặt ngoài của vật dẫn và tập trung ở chỗ lồi nhất của vật

- Điện dung của tụ điện : điện dung của một vật (hay một hệ vật) làmột đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng tích điện của vật (hay

hệ vật đó)

+ Điện dung của một vật dẫn cô lập C  u q trong đó: q là điệntích của vật dẫn, tính bằng culông; U hiệu điện thế giữa hai bản tụđiện tính bằng vôn; C tính bằng Fara (F)

+ Điện dung của tụ điện phẳng

d

S C





4 10

9 9



trong đó: S là diện tích mỗi bản tụ điện

d là khoảng cách giữa hai bản

 là hằng số điện môi của chất chứa đầy khaỏng giữa haibản tụ

2.1.9 Ghép tụ điện - Năng lượng điện trường

- Ghép tụ điện

+ Ghép song song: cách ghép song song cho phép tạo ra

bộ tụ điện có điện dung lớn hơn điện dung của từng tụ

Các công thức U1 = U 2 = U 3=….= U n  Qb Q1 Q2  và Cb  C1C2 

+ Ghép nối tiếp: cách ghép nối tiếp cho phép tạo ra bộ tụđiện có điện dung nhỏ hơn điện dung của từng tụ nhưng có điện thếgiới hạn cao hơn

C

Q CU

QU

2

1 2

1 2

.

2

1 2

1

9

2 2

0

V E CU

V là thể tích không gian có điện trường đều E giữa hai bản tụ

2.1.10 Các laọi bài tập chủ yếu và phương pháp giải chúng

- Loại 1: Xác định lực tác dụng lên điện tích điểm từ điểmkhác

Phương pháp giải: