Nghiên cứu các phương pháp toán học tiên tiến trong việc nâng cao chất lượng khôi phục ảnh y sinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ ===***=== ĐỖ THỊ HẠNH XÂY DỰNG BÀI TẬP VẬT LÍ CÓ NỘI DUNG THỰC TIỄN ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC “CHUYỂN ĐỘNG NÉM” – VẬT LÍ 10 KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ ===***=== ĐỖ THỊ HẠNH XÂY DỰNG BÀI TẬP VẬT LÍ CÓ NỘI DUNG THỰC TIỄN ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC “CHUYỂN ĐỘNG NÉM” – VẬT LÍ 10 Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học TS. Nguyễn Anh Thuấn HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Anh Thuấn - người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, định hướng để tôi có thể hoàn thành khoá luận. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy, cô giáo trong khoa Vật lý - trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành khoá luận của mình. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy giáo, cô giáo trong khoa Vật lý, các thầy cô giáo trong trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 những người đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên thực hiện Đỗ Thị Hạnh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Xây dựng bài tập vật lí có nội dung thực tiễn để sử dụng trong dạy học “Chuyển động ném” - Vật lí 10” là kết quả của sự nỗ lực cố gắng nghiên cứu, tìm tòi, tra cứu tài liệu và sự giúp đỡ, định hướng tận tình của TS. Nguyễn Anh Thuấn cùng các thầy, cô giáo trong khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2. Các kết quả được nêu trong khóa luận này là trung thực và không được sao chép trong một tài liệu nào. Kết quả nghiên cứu không trùng với kết quả của tác giả khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những gì mình khẳng định trên đây. Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên thực hiện Đỗ Thị Hạnh DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ HS Học sinh GV Giáo viên BT Bài tập BTVL Bài tập vật lí PPDH Phương pháp dạy học Nxb Nhà xuất bản MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1 PHẦN II: NỘI DUNG ..................................................................................... 6 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BTVL TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG ............................................................................................................ 6 1.1. Dạy học BTVL theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh ............................................................................................................ 6 1.1.1. Phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh ..................................... 6 1.1.2. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh .............................................. 8 1.1.3. Dạy học giải quyết vấn đề .................................................................... 10 1.2. Bài tập vật lí. ............................................................................................ 13 1.2.1.Quan niệm về bài tập vật lí ................................................................... 13 1.2.2.Phân loại bài tập vật lí ........................................................................... 14 1.3.Xây dựng và sử dụng bài tập trong dạy học vật lí ở trường phổ thông ......14 1.3.1.Xây dựng bài tập trong dạy học vật lí ................................................... 14 1.3.2.Sử dụng bài tập trong dạy học vật lí ..................................................... 15 1.4. Thực tiễn của việc dạy học và sử dụng BT vật lí ở trường THPT .......... 17 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1............................................................................... 20 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG BTVL CÓ NỘI DUNG THỰC TIỄN VÀ SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI 15: “BÀI TOÁN VỀ CHUYỂN ĐỘNG NÉM NGANG” – VẬT LÍ 10 ......................................... 21 2.1.Mục tiêu kiến thức, kĩ năng về chuyển động ném ngang ........................ 21 2.1.1.Mục tiêu kiến thức................................................................................. 21 2.1.2.Mục tiêu kĩ năng.................................................................................... 21 2.2. Nội dung kiến thức về chuyển động ném ............................................... 22 2.2.1.Chuyển động ném xiên ......................................................................... 22 2.2.2.Chuyển động ném ngang....................................................................... 24 2.3. Xây dựng bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về “Chuyển động ném” – Vật lí 10 ............................................................................................. 26 2.3.1. Sự cần thiết phải xây dựng các bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném....................................................................................... 26 2.3.2. Yêu cầu về xây dựng các bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném ........................................................................................... 26 2.3.3. Xây dựng các bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném ......................................................................................................................27 2.4. Hướng dẫn hoạt động giải các bài tập có nội dung thực tiễn về chuyển động ném ........................................................................................... 29 2.5. Soạn thảo tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 trong đó có sử dụng bài tập đã xây dựng ................. 46 2.5.1. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 .......................................................................... 46 2.5.2. Tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” – Vật lí 10 ....................................................................................................... 47 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2............................................................................... 53 CHƯƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM................................. 54 PHẦN III. KẾT LUẬN .................................................................................. 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 58 PHỤ LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hiện nay, chúng ta đang trong thời kỳ xây dựng, đổi mới và đẩy mạnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Giai đoạn này đòi hỏi năng lực sáng tạo của con người Việt Nam cao hơn bất kỳ giai đoạn nào khác. Để đáp ứng được nhu cầu của xã hội, ngành Giáo dục đã có sự thay đổi về mọi mặt và đặc biệt là về PPDH. Nhiệm vụ quan trọng đặt ra cho các môn học trong trường phổ thông là phải làm sao cho khi vào đời, bắt tay tham gia vào lao động sản xuất, HS có thể nhanh chóng tiếp thu được cái mới với trình độ hiện đại của khoa học kĩ thuật. Do đó, trong giảng dạy các môn học trong trường phổ thông, việc áp dụng các PPDH tích cực nhằm phát triến tư duy, năng lực sáng tạo cho học sinh là vô cùng quan trọng. Trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, việc giảng dạy BTVL là một việc làm vô cùng cần thiết. Thông qua dạy học về BTVL, GV có thể giúp HS nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật lí, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn. Từ đó, giúp các em vận dụng những kiến thức đã học để giải quyết tốt những nhiệm vụ học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra. BTVL chính là một trong những phương tiện rất quan trọng trong việc rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức đã thu nhận được để giải quyết các vấn đề của thực tiễn. Có thể xây dựng được rất nhiều bài tập có nội dung thực tiễn, trong đó yêu cầu HS phải vận dụng kiến thức lí thuyết để giải thích các hiện tượng hoặc dự đoán các hiện tượng có thể xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước. Tuy nhiên, việc giải BTVL không phải là một công việc nhẹ nhàng, nó đòi hỏi sự làm việc căng thẳng, tích cực của HS, một sự vận dụng tổng hợp những kiến thức, kinh nghiệm đã có để tìm 1 lời giải nêu ra trong bài tập. Khi giải thành công một BT nó sẽ đem đến cho HS niềm phấn khởi, sẵn sàng đón nhận những BT mới ở mức độ cao hơn. Tuy nhiên, không phải cứ cho HS làm BT là chúng ta đạt được ngay các kết quả như mong muốn. BTVL chỉ phát huy tác dụng của nó trong những điều kiện sư phạm nhất định. Kết quả rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo giải BT phụ thuộc rất nhiều vào việc có hay không một hệ thống BT được lựa chọn và sắp xếp phù hợp với mục đích dạy học, với yêu cầu rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo cho người học. Trên thực tế đã có một số tác giả nghiên cứu về việc lựa chọn và sử dụng hệ thống BT chương: “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 trong dạy học như đề tài: “Hình thành phương pháp giải BT chương: “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT” của tác giả Vũ Thị Kim Phúc; đề tài: “Xây dựng và hướng dẫn HS lớp 10 THPT giải hệ thống BT chương: “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 nâng cao theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề” của tác giả Đặng Thị Thu Thuỷ… Nhưng những đề tài này thì chưa đề cập đến việc lựa chọn, xây dựng và sử dụng các BT có nội dung thực tiễn trong dạy học. Bản thân mỗi bài tập vật lí đã là một tình huống vận dụng tích cực. Song tính tích cực của nó còn được nâng cao hơn khi nó được sử dụng như là nguồn kiến thức để học sinh tìm tòi rèn luyện khả năng tư duy sáng tạo. Do đó, BTVL có nội dung thực tiễn thực sự là một phương tiện hữu hiệu để tích cực hóa hoạt động phát triển tư duy của HS trong việc quan sát và giải thích các hiện tượng thực tiễn. Qua việc nghiên cứu các tài liệu và xuất phát từ thực tiễn chúng tôi nhận thấy chuyển động của vật bị ném là một phần khó trong chương: “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10, mặc dù HS có thể dễ dàng quan sát và dễ hình dung. Tuy nhiên kiến thức về chuyển động ném bao trùm cả các kiến thức về chuyển động đều, chuyển động biến đổi đều, tổng hợp chuyển động, có thể 2 kết hợp với các nội dung khác khác như: va chạm, chuyển động tương đối, chuyển động trong điện trường đều. Chúng tôi còn nhận thấy rằng việc dạy học vật lí ở trường phổ thông chủ yếu mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu tài liệu lí thuyết trên lớp. HS rất ít khi được quan sát hay tiến hành các thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức lí thuyết đã được học. Bằng việc giải các BT có nội dung thực tiễn, HS sẽ có hứng thú tìm tòi, khám phá thế giới và có điều kiện rèn luyện khả năng tư duy vật lí một cách logic. HS biết vận dụng những lí thuyết đã được học để giải thích các tình huống trong các thí nghiệm, các quá trình trong thực tiễn và kĩ thuật. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi nhận thấy việc xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực tiễn về chuyển động ném là vô cùng cần thiết và chúng tôi đã quyết định chọn đề tài: “Xây dựng bài tập vật lí có nội dung thực tiễn để sử dụng trong dạy học “Chuyển động ném” - Vật lí 10” làm đề tài nghiên cứu của mình. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài - Xây dựng bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném Vật lí 10. - Soạn thảo tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 trong đó có sử dụng các BT đã xây dựng theo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài - Quá trình dạy và học về chuyển động ném - Vật lí 10. - Các BTVL có nội dung thực tiễn được sử dụng trong quá trình dạy học về chuyển động ném - Vật lí 10. 4. Giả thuyết khoa học của đề tài Nếu vận dụng quan điểm dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề để xây dựng các BT có nội dung thực tiễn và sử dụng chúng trong tiến trình dạy học 3 về chuyển động ném - Vật lí 10 thì có thể phát huy được tính tích cực và phát triển được năng lực sáng tạo của HS. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có nhiệm vụ chủ yếu sau: - Nghiên cứu cơ sở lí luận về việc dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS. Đặc biệt là lí luận về dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, xây dựng và sử dụng BT trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. - Nghiên cứu mục tiêu kiến thức, kĩ năng về chuyển động ném ngang và nội dung kiến thức khi dạy học về chuyển động ném - Vật lí 10, để từ đó xác định các BT cần thiết phải xây dựng trong quá trình dạy kiến thức này. - Xây dựng các BT có nội dung thực tiễn về chuyển động ném. - Soạn thảo tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề, trong đó có sử dụng BT đã xây dựng. 6. Phương pháp nghiên cứu của đề tài Để thực hiện được các nhiệm vụ trên, chúng tôi sử dụng phương pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu sách, báo, tài liệu tham khảo để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài, các căn cứ cho những đề xuất về tiến trình dạy học. - Phương pháp quan sát sư phạm. - Phương pháp điều tra cơ bản. 7. Đóng góp của khóa luận - Xây dựng được các bài tập có nội dung thực tiễn về chuyển động ném. - Soạn thảo được tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 theo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề. 4 8. Cấu trúc của khóa luận Ngoài danh mục chữ cái viết tắt, phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phần phụ lục, khóa luận gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng BTVL trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông. Chương 2: Xây dựng BTVL có nội dung thực tiễn và soạn thảo tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10. Chương 3: Dự kiến thực nghiệm sư phạm. 5 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BTVL TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1. Dạy học BTVL theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh 1.1.1. Phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh Hoạt động học là hoạt động đặc thù của con người nhằm tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm mà loài người đã tích lũy được, đồng thời phát triển những phẩm chất năng lực của người học. Mục đích chính của việc tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm là sử dụng chúng trong hoạt động thực tiễn. Cách tốt nhất để hiểu được chính là vận dụng. Trong quá trình nhận thức vật lí, HS luôn phải thực hiện các thao tác chân tay (như: bố trí các dụng cụ thí nghiệm, sử dụng các dụng cụ đo, thực hiện các phép đo), các thao tác tư duy (phân tích, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa, cụ thể hóa) và các hành động nhận thức (xác định đặc tính bản chất của sự vật hiện tượng, tìm nguyên nhân, xác định mối quan hệ). Để HS có thể tự lực hoạt động nhận thức có kết quả và hoạt động với tốc độ ngày càng nhanh thì GV luôn phải có kế hoạch rèn luyện năng lực nhận thức cho HS. Ở trường phổ thông, việc rèn luyện năng lực nhận thức cho HS thông qua việc giải BT là một phần không thể thiếu. Với việc giải bài tập, người học có thể nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật lí, biết cách phân tích chúng và vận dụng chúng để giải quyết những vấn đề thực tiễn. Trong nhiều trường hợp, dù GV cố gắng trình bày tài liệu một cách mạch lạc, logic, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng các yêu cầu và cho kết quả chính xác thì đấy mới là điều kiện 6 cần chứ chưa phải là điều kiện đủ để hiểu sâu và nắm vững kiến thức. Chỉ có thông qua các BTVL ở hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho HS vận dụng linh hoạt các kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc, hoàn thiện và trở thành vốn riêng của người học. Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra HS phải phân tích đề bài, phải tái hiện kiến thức, vận dụng các thao tác tư duy như: so sánh, phân tích, tổng hợp, trừu tượng hóa, khái quát hóa để xác lập mối quan hệ giữa các đại lượng, lập luận, tính toán, có khi phải tiến hành thí nghiệm, đo đạc, kiểm tra, kết luận. Vì thế BTVL sẽ là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, bồi dưỡng hứng thú học tập và phương pháp nghiên cứu khoa học cho người học. Đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của các hiện tượng vật lí được trình bày dưới dạng các tình huống vấn đề. Do đó, nếu các bài tập được GV lựa chọn một cách cẩn thận có thể tối đa hóa khả năng nhận thức và tính tò mò của HS thay vì những bài tập chỉ đòi hỏi áp dụng một cách đơn giản các công thức, định luật. Các bài tập này sẽ rèn luyện cho HS tính sáng tạo, độc lập trong suy nghĩ, đức tính kiên trì khắc phục khó khăn và sự yêu thích môn học. * Biểu hiện của tính tích cực nhận thức - HS say mê với việc tìm ra kiến thức mới, hay tích cực, chủ động tham gia vào các hoạt động học tập. - HS có hứng thú, tò mò muốn tìm lời giải cho một kiến thức khoa học. - HS tự lực hoạt động để xây dựng, chiếm lĩnh kiến thức. - Trước một vấn đề mới được giải quyết một phần HS có nhu cầu tiếp tục phát triển, hoàn chỉnh, mở rộng kiến thức sang phạm vi mới, lĩnh vực mới. - HS độc lập trong suy nghĩ, tự mình khắc phục khó khăn và nếu cần mới nhờ tới sự giúp đỡ của GV. 7 - Hiểu bài và diễn đạt hay theo cách hiểu của mình. Chính những biểu hiện trên đây là tiêu chí đánh giá tính tích cực nhận thức của HS trong học tập. Từ đó, giúp các em vận dụng những kiến thức đã có để giải quyết tốt nhiệm vụ học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra. 1.1.2. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh * Khái niệm năng lực Theo tâm lí học, “Năng lực là tổng hợp những thuộc tính độc đáo của cá nhân phù hợp với những yêu cầu của một hoạt động nhất định nhằm đảm bảo việc hoàn thành có kết quả tốt trong lĩnh vực hoạt động ấy”. Như vậy năng lực là những thuộc tính tâm lí riêng của cá nhân, nhờ những thuộc tính này mà con người hoàn thành tốt đẹp một hoạt động nào đó, chỉ phải bỏ ra ít sức lao động mà đạt hiệu quả cao. Năng lực của HS sẽ là đích cuối cùng của dạy học, giáo dục. Bởi vậy, những yêu cầu về phát triển năng lực của HS cần đặt đúng chỗ của nó trong mục đích dạy học. Năng lực của mỗi người một phần dựa trên cơ sở tư chất. Nhưng chủ yếu năng lực được hình thành, phát triển và thể hiện trong hoạt động tích cực của con người dưới sự tác động, rèn luyện, dạy học và giáo dục. Việc hình thành và phát triển phẩm chất nhân cách là phương tiện có hiệu quả nhất để phát triển năng lực. * Khái niệm sáng tạo Sáng tạo là một hoạt động mà kết quả của nó là một sản phẩm tinh thần hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị giúp giải quyết một khó khăn, bế tắc nhất định [5]. Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất, tinh thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới [5]. 8 Đối với HS, năng lực sáng tạo trong học tập chính là năng lực biết giải quyết vấn đề học tập để tìm ra cái mới ở một mức độ nào đó thể hiện được khuynh hướng, năng lực, kinh nghiệm của cá nhân HS. HS sáng tạo cái mới đối với chúng nhưng thường không có giá trị cho xã hội. Để có sáng tạo, chủ thể phải tìm cách giải quyết mâu thuẫn nhận thức hoặc hành động và kết quả là đề ra được phương án giải quyết không giống bình thường mà có tính mới mẻ đối với loài người. Năng lực nói chung và năng lực sáng tạo nói riêng không phải chỉ do bẩm sinh mà được hình thành và phát triển trong suốt hoạt động của chủ thể. Bởi vậy, muốn hình thành năng lực học tập sáng tạo, phải chuẩn bị cho HS những điều kiện cần thiết để có thể thực hiện thành công với một số kết quả mới mẻ nhất định của hoạt động đó. Vậy sản phẩm của sự sáng tạo không thể suy ra từ cái đã biết bằng cách suy luận logic hay bắt chước làm theo. * Biểu hiện của sự sáng tạo Trong học tập, sự sáng tạo của HS được biểu hiện qua các hành động cụ thể như sau: - Từ những kinh nghiệm thực tiễn, từ kiến thức đã có HS nêu được giả thuyết. Trong chế tạo dụng cụ thí nghiệm thì HS đưa ra được các phương án thiết kế, chế tạo dụng cụ và cùng một thí nghiệm đưa ra nhiều cách chế tạo khác nhau. Đề xuất được những sáng kiến kĩ thuật để thí nghiệm chính xác hơn, dụng cụ bền đẹp hơn. - HS đưa ra được dự đoán kết quả của giả thuyết. Cụ thể là HS đưa ra dự đoán kết quả của thí nghiệm, dự đoán được phương án nào chính xác nhất, phương án nào ít mắc sai số nhất, vì sao. 9 - Đề xuất được những phương án dùng những dụng cụ thí nghiệm đã chế tạo để làm thí nghiệm kiểm tra các dự đoán trên và kiểm nghiệm lại kiến thức lí thuyết đã học. - Vận dụng kiến thức lí thuyết vào thực tiễn một cách linh hoạt như giải thích một số hiện tượng vật lí và một số ứng dụng kĩ thuật có liên quan. Chính những biểu hiện trên đây là tiêu chí để đánh giá tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS. 1.1.3. Dạy học giải quyết vấn đề 1.1.3.1. Hướng dẫn HS giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí Khái niệm vấn đề dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà HS không thể giải quyết được chỉ bằng kinh nghiệm sẵn có, theo một khuôn mẫu có sẵn. Nghĩa là không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần các kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động đã có mà phải tìm tòi sáng tạo mới giải quyết được và khi giải quyết được thì HS đã thu được kiến thức, kĩ năng cách thức hành động mới. Vấn đề chứa đựng câu hỏi, nhưng đó là câu hỏi về một cái chưa biết, câu hỏi mà câu trả lời là một cái mới (kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động mới) phải tìm tòi, sáng tạo mới xây dựng được chứ không phải câu hỏi chỉ đơn thuần yêu cầu nhớ lại các kiến thức đã có. Hoạt động nhận thức của con người chỉ thực sự bắt đầu khi con người gặp phải mâu thuẫn: một bên là trình độ hiểu biết đang có, bên kia là nhiệm vụ mới phải giải quyết một vấn đề mà những kiến thức, kĩ năng đã có không đủ. Để giải quyết được nhiệm vụ nhận thức mới, khắc phục được những mâu thuẫn trên thì phải xây dựng kiến thức mới, phương pháp mới, kĩ năng mới. Như vậy, hoạt động nhận thức của HS trong học tập thực chất là giải quyết vấn đề nhận thức. 10 Tình huống có vấn đề là tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà HS tham gia thì gặp khó khăn, HS ý thức được vấn đề, mong muốn giải quyết vấn đề đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hi vọng có thể giải quyết được, do đó bắt tay vào giải quyết vấn đề đó. Nghĩa là tình huống này kích thích hoạt động nhận thức tích cực của HS đề xuất vấn đề và giải quyết vấn đề đã đề xuất. Có nhiều cách tạo tình huống có vấn đề: từ kinh nghiệm cuộc sống, quan sát tự nhiên, thí nghiệm, kể chuyện lịch sử, giải BTVL… Tổ chức tình huống có vấn đề chính là tạo ra hoàn cảnh để HS tự ý thức được vấn đề cần giải quyết, có nhu cầu, có hứng thú giải quyết, biết được mình cần phải làm gì và sơ bộ xác định được làm như thế nào. Trong dạy học cần thiết kế mỗi bài học thành một chuỗi tình huống có vấn đề liên tiếp, được sắp đặt theo một trình tự hợp lí của sự phát triển vấn đề cần nghiên cứu, nhằm đưa HS tiến dần từ chỗ chưa biết đến biết, từ biết không đầy đủ đến biết đầy đủ và nâng cao dần năng lực giải quyết vấn đề của HS. 1.1.3.2. Quan hệ giữa giải bài tập vật lí với phát triển năng lực giải quyết vấn đề Giải bài tập là một hình thức tự lực giải quyết một vấn đề nào đó nêu ra trong đầu bài. Ở trình độ thấp là nhận biết những điều kiện có thể áp dụng một giải pháp đã biết vào một tình huống tương tự với các tình huống quen thuộc. Ở trình độ cao hơn, phải thực hiện một loạt những phân tích và biến đổi để có thể áp dụng được giải pháp cơ bản đã biết. Và cuối cùng ở trình độ sáng tạo, phải tìm ra giải pháp mới mà trước đây chưa biết. Với đa số HS phổ thông hiện nay, cần cố gắng đạt đến trình độ thứ hai. Năng lực giải quyết vấn đề của HS được hình thành và phát triển trong giải BTVL. Sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS khi giải BTVL được biểu hiện như sau: 11 - Xác định được chính xác vấn đề cần giải quyết, những cái đã cho và cái phải tìm. - Nhanh chóng phát hiện ra cái quen thuộc đã biết, cái mới phải tìm trong khi giải mỗi BTVL. Hay nhanh chóng phát hiện ra các bài tập cơ bản trong một bài tập phức hợp, quy một bài tập phức hợp về các bài tập cơ bản đã biết, đã thành thạo, xuất hiện trong quá trình giải. - Phác thảo, dự kiến những con đường chung có thể có từ đầu đến cuối trước khi tính toán, xây dựng lập luận cụ thể. - Hoàn thành công việc theo từng giải pháp đã dự kiến trong một thời gian ngắn, chọn lựa trong số đó giải pháp tối ưu. - Nhanh chóng qua một số ít bài, tự rút ra một sơ đồ định hướng giải các bài tập cùng loại. - Chuyển tải được sơ đồ định hướng hành động giải các bài tập phức hợp thuộc loại nào đó sang sơ đồ định hướng giải các kiểu, phân kiểu bài tập phức hợp khác. 1.1.3.3. Tiến trình dạy học theo hướng phát hiện và giải quyết vấn đề Dạy học giải quyết vấn đề gồm 2 giai đoạn chủ yếu: đó là xây dựng (tạo) tình huống có vấn đề và giải quyết vấn đề. Cũng có thể coi tiến trình dạy học giải quyết vấn đề bao gồm bốn giai đoạn: - Giai đoạn làm xuất hiện vấn đề: GV mô tả một ví dụ cụ thể để xây dựng tình huống có vấn đề, phát triển và nhận dạng vấn đề nảy sinh. - Vấn đề (câu hỏi): GV nêu ra câu hỏi có vấn đề, phát biểu vấn đề cần giải quyết. - Giai đoạn giải quyết vấn đề: gồm 3 bước 1. Đề xuất các giả thuyết 2. Lập kế hoạch giải quyết vấn đề. 3. Thực hiện kế hoạch. 12 - Giai đoạn kết luận, vận dụng: gồm 4 bước 1. Thảo luận kết quả và đánh giá. 2. Xác nhận hay bác bỏ giả thuyết đã nêu. 3. Phát biểu kết luận. 4. Đề xuất vấn đề mới. Vận dụng lí luận về dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, chúng tôi có thể xây dựng được tiến trình dạy học một bài học cụ thể trong chương trình vật lí ở THPT. 1.2. Bài tập vật lí. 1.2.1. Quan niệm về bài tập vật lí Trong thực tiễn dạy học, BTVL là một vấn đề không lớn mà trong trường hợp tổng quát được giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở các định luật và phương pháp vật lí, [5]. Thông thường trong sách giáo khoa và tài liệu lí luận dạy học bộ môn, người ta hiểu những BTVL 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 HS và rèn luyện kĩ năng vận dụng các kiến thức vào thực tiễn. Hiểu theo nghĩa rộng thì sự tư duy định hướng tích cực luôn là việc giải BT. Về thực chất, mỗi vấn đề mới xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong các tiết học vật lí chính là một bài tập đối với HS. Quan niệm trên về BTVL cho thấy BTVL có hai chức năng chủ yếu là vận dụng kiến thức đã học và hình thành kiến thức mới. 13 1.2.2. Phân loại bài tập vật lí Có nhiều cách phân loại các BTVL theo các dấu hiệu khác nhau. Trong đó có hai cách phổ biến hơn cả là phân loại theo nội dung, theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải. Theo nội dung, BTVL được phân thành bốn loại: - BT theo tài liệu vật lí: đó là các BT về cơ học, điện học, nhiệt học, quang học. - BT có nội dung cụ thể, trừu tượng - BT có nội dung kĩ thuật tổng hợp: bao gồm các BT chứa đựng những tài liệu về kĩ thuật sản xuất, giao thông vận tải… - BT có nội dung lịch sử: đó là các BT liên quan đến các thí nghiệm vật lí cổ điển, các phát minh có tính chất lịch sử. Tuy nhiên đến nay vẫn chưa thực sự có sự thống nhất về tiêu chuẩn phân loại, vì trong bất kì loại BT nào cũng chứa đựng một vài yếu tố của một hay nhiều loại khác và đặc biệt là các dấu hiệu phân loại chỉ mang tính chất bề ngoài, do chưa đề cập gì tới chủ thể giải BT là HS nói chung và hoạt động tự lực của họ trong quá trình tìm kiếm lời giải BTVL. 1.3. Xây dựng và sử dụng bài tập trong dạy học vật lí ở trường phổ thông 1.3.1. Xây dựng bài tập trong dạy học vật lí BTVL phải tạo thành một hệ thống nhất định, phù hợp với phương pháp lựa chọn và đáp ứng được một mục đích dạy học nhất định. Vì vậy, hệ thống BTVL xây dựng được phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp. Tính phức tạp tăng dần của mối quan hệ giữa những đại lượng và khái niệm đặc trưng cho quá trình hoặc hiện tượng mô tả trong các BTVL. - Số lượng các BTVL phải phù hợp với thời gian quy định của chương trình học. 14 - Mỗi BT phải là một mắt xích trong hệ thống BT, đóng góp một phần khắc phục những khó khăn chủ yếu, những sai lầm phổ biến của HS trong học tập. - Mỗi BT phải đóng góp một phần nào đó trong việc nắm bắt kiến thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thói quen vận dụng kiến thức, phát triển năng lực của HS trong việc giải quyết các vấn đề học tập và thực tiễn. Mỗi BT sau phải đem lại cho HS một điều mới lạ nhất định và một khó khăn vừa sức. Đồng thời việc giải BT trước là cơ sở cho việc giải BT sau. 1.3.2. Sử dụng bài tập trong dạy học vật lí Giải BTVL là một bộ phận của đa số các tiết học như: nghiên cứu tài liệu mới, luyện tập, ôn tập, kiểm tra. Nó có thể chiếm một phần hoặc toàn bộ tiết học. Đồng thời nó cũng được sử dụng trong cả chương trình ngoại khóa. Trong các hình thức ấy, BTVL được sử dụng nhiều hơn cả trong hai loại tiết học đó là: nghiên cứu tài liệu mới và luyện tập giải BT. 1.3.2.1.Tiết học nghiên cứu tài liệu mới Tiết học nghiên cứu tài liệu mới là tiết học trong đó HS thu được cái mà họ chưa biết từ trước đến nay hoặc chưa biết một cách rõ ràng, chính xác. Nói cách khác, đó là tiết học mà HS thu được kiến thức mới, hoặc tuy không thu được kiến thức mới nhưng có cách hiểu mới về kiến thức đã học, hoặc thấy rõ phạm vi, giới hạn áp dụng kiến thức. Trong các tiết học này, BTVL được sử dụng ở một trong các khâu: đề xuất vấn đề, giải quyết vấn đề, củng cố hoặc ở tất cả các khâu đó. Mỗi kiến thức khoa học đều là lời giải đáp cho một câu hỏi. Nếu không có việc nảy sinh câu hỏi thì sẽ không có nhu cầu giải đáp câu hỏi và vì thế sẽ không có kiến thức khoa học để giải đáp câu hỏi đó. Cho nên việc nghiên cứu tài liệu mới thường được bắt đầu bằng việc đặt vấn đề. Theo I.Ia.Lemer, vấn đề trong dạy học là một câu hỏi xuất hiện hay được đặt ra đối với người chưa 15 hề biết trước câu trả lời mà phải tìm tòi sáng tạo và để tìm ra câu trả lời đó người ta phải có những tài liệu nào đó làm cơ sở xuất phát. Có nhiều cách để làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu tìm cách giải quyết. Một trong số đó là sử dụng bài tập đề xuất vấn đề. Việc xây dựng các vấn đề trong dạy học bằng bài tập sẽ kích thích được hứng thú học tập của HS, tạo ra được khả năng củng cố kiến thức đã có và xây dựng mối quan hệ giữa kiến thức đã có và cả kiến thức mới. BT đề xuất vấn đề được sử dụng ở đầu giờ học. Nó không những có tác dụng xây dựng vấn đề dạy học mà còn có thể chuẩn bị cho việc nghiên cứu vấn đề. Trong dạy học, có không ít vấn đề được giải quyết bằng bài tập. Thông thường, sau khi nêu vấn đề, GV sẽ đưa ra một bài tập phức hợp, chia nó thành các bài tập bộ phận mà qua việc giải các bài tập đó, HS sẽ thu được kiến thức mới. Dựa vào phương thức giải, có thể chia BT giải quyết vấn đề ra làm hai loại: Giải bằng lập luận logic và biến đổi toán học trên cơ sở những kiến thức đã biết. Buộc phải quan sát, tiến hành thí nghiệm. Nói cách khác, trong quá trình giải BT việc sử dụng lập luận logic và toán học đã biết không dẫn tới câu trả lời cuối cùng, hoặc tuy dẫn tới kết quả cuối cùng nhưng không rõ có phù hợp với thực tiễn không thì người học buộc phải quan sát, làm thí nghiệm mới thu được câu trả lời của bài tập. Thông thường, GV sử dụng sử dụng BT củng cố ở cuối tiết học hay cuối phần học của mỗi bài giảng nhằm củng cố kiến thức mới, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo cho HS tùy theo yêu cầu của từng tiết học. 1.3.2.2. Tiết học luyện tập giải bài tập Trong các tiết học này, có hai hình thức tổ chức làm việc chủ yếu của lớp: GV hay một HS giải bài tập trên bảng để HS toàn lớp theo dõi hoặc HS 16 tự lực giải BT. Hình thức đầu được áp dụng khi GV hướng dẫn HS giải các BT loại mới gặp lần đầu hoặc khi cần giới thiệu định hướng giải BT mới để cả lớp tập trung, chủ động theo dõi và tích cực tham gia vào tìm kiếm lời giải bài tập trên bảng, cần lưu ý: khi giải thích sơ đồ định hướng, GV phải trình bày sao cho các em hiểu rõ từng thao tác, hành động và trật tự của chúng để tạo điều kiện giải các BT cùng loại. Hình thức sau thường được dùng để rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo và kiểm tra kết quả học tập của HS. Tính độc lập, tích cực của HS phụ thuộc rất nhiều vào mức độ phức tạp của BT. Vì thế, BT đề ra phải vừa sức, đủ phức tạp và gây được hứng thú cho HS. Trong khi HS tự lực giải, GV theo dõi từng em và nếu cần, giúp họ quy một bài tập phức tạp thành các BT cơ bản, áp dụng các sơ đồ định hướng đã biết để giải từng kiểu, phân kiểu BT. 1.4. Thực tiễn của việc dạy học và sử dụng BT vật lí ở trường THPT Qua quá trình học tập ở trường phổ thông và quá trình thực tập giảng dạy ở trường THPT và qua điều tra nghiên cứu, trao đổi cho thấy học sinh ở một số trường THPT có một số đặc điểm như sau: * Mục đích, động cơ, thái độ học tập - Đa số học sinh cho rằng môn học Vật lí là môn học trừu tượng, khó hiểu do đó chưa có hứng thú để học. - Một số thì cho rằng học vật lí là chỉ để thi đại học nên chỉ chú ý vào học thuộc lí thuyết, sau đó cố gắng làm nhiều bài tập là đủ. - Rất ít học sinh có hứng thú học tập thực sự vì chưa hiểu ý nghĩa thiết thực của bộ môn. - Nhìn chung trong các giờ học trên lớp thì học sinh còn e ngại, chưa hăng hái, hứng thú trong giờ học vật lí. Ngại bày tỏ quan điểm, chính kiến của mình trước vấn đề cần nghiên cứu. 17 - Cách thức học vật lí vốn là học theo vở ghi là chính, lười suy nghĩ tìm tòi, không chú tâm vào bài học, chủ yếu học theo kiểu đối phó (khi kiểm tra hoặc khi có giờ vật lí mới học). * Năng lực nhận thức, mức độ tích cực, tự lực trong học tập - Học sinh cho rằng vật lí là bộ môn khó và trừu tượng; lí thuyết đòi hỏi phải hiểu rõ bản chất của sự vật hiện tượng, không thể chỉ học thuộc lòng mà có thể hiểu được bản chất sự việc; bài tập thì yêu cầu phải có khả năng phân tích, tổng hợp, lập luận, biến đổi toán học phức tạp… - Nhiều học sinh học thuộc lòng lí thuyết, công thức song khi vận dụng vào giải BT thì lại không làm được vì không hiểu bản chất của sự vật, hiện tượng trong BT đó. - Khả năng tự học, mức độ tích cực, tự lực trong việc học tập bộ môn còn nhiều hạn chế. - Khả năng tư duy logic, phân tích, tổng hợp, khái quát hóa kiến thức còn khó khăn. - Qua việc dự giờ nhiều tiết dạy cũng như thực tập giảng dạy thì nhận thấy rằng đa số học sinh quen thụ động nghe giảng, chăm chú ghi chép trên bảng, ít động não suy nghĩ, khả năng diễn đạt trình bày còn yếu. - Tìm hiểu nguyên nhân ảnh hưởng đến quá trình nhận thức vật lí thì 80% học sinh cho rằng môn vật lí trừu tượng, khó hiểu; 65% cho rằng do phương pháp giảng dạy của giáo viên và 70% cho rằng ít được làm thí nghiệm. * Phương pháp học tập. - Còn nặng về vấn đề học thuộc lòng, chưa biết tìm dấu hiệu bản chất, xác định trọng tâm vấn đề cần nghiên cứu. - Chưa chủ động trong học tập, còn rụt rè, nhút nhát, ít trao đổi với thầy cô, bạn bè. 18 - Khả năng tổ chức tự học còn yếu, chưa biết cách tự nghiên cứu thông qua sách vở, tài liệu hoặc có thể làm việc theo nhóm. - Chưa biết phân bố thời gian hợp lí, không biết lập kế hoạch học tập, tập trung vào môn học. * Vấn đề sử dụng BT trong dạy học vật lí - GV thường chỉ cho HS làm các BT đơn giản, áp dụng công thức, biểu thức của định luật để giải, chưa đi sâu vào bản chất của các hiện tượng vật lí trong các BT. - Các BT được GV lựa chọn mới chỉ dừng lại ở mức độ làm cho HS nhớ, hiểu, vận dụng các công thức đã học. Phần lớn HS chưa biết phân tích, đánh giá, thiết kế các phương án thí nghiệm để kiểm nghiệm những kiến thức đã được học. - Các BT được sử dụng ít đề cập tới việc kiểm nghiệm các kiến thức lí thuyết đã được học. - HS không biết vận dụng kiến thức lí thuyết để giải thích các hiện tượng, quá trình trong thực tiễn hoặc không biết dự đoán các hiện tượng xảy ra ở điều kiện cho trước. 19 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong chương này, chúng tôi đã nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn cần thiết cho việc nghiên cứu đề tài: Cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học BTVL theo hướng phát huy tính tích cực nhận thức, phát triển năng lực sáng tạo của HS. Nêu ra được các biểu hiện của sự sáng tạo của HS trong học tập. Lí luận về dạy học giải quyết vấn đề trong đó đặc biệt quan tâm đến các biểu hiện của sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS khi giải BT. Cơ sở lí luận về việc xây dựng BTVL, việc soạn thảo hệ thống BT và việc sử dụng các BT trong các tiết học vật lí. Chúng tôi sử dụng những kiến thức này để soạn thảo hệ thống bài tập về chuyển động ném và soạn thảo tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 mà nội dung cụ thể được thể hiện trong chương 2 của khóa luận. 20 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG BTVL CÓ NỘI DUNG THỰC TIỄN VÀ SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI 15: “BÀI TOÁN VỀ CHUYỂN ĐỘNG NÉM NGANG” – VẬT LÍ 10 2.1. Mục tiêu kiến thức, kĩ năng về chuyển động ném ngang 2.1.1. Mục tiêu kiến thức - Hiểu được khái niệm tầm ném xa của vật trong chuyển động ném ngang. - Thiết lập được phương trình chuyển động, phương trình quỹ đạo của vật ném ngang. - Viết được biểu thức tầm ném xa của vật chuyển động ném ngang. - Đề xuất được phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức về chuyển động ném ngang. 2.1.2. Mục tiêu kĩ năng - Biết cách chọn hệ quy chiếu thích hợp, biết cách phân tích chuyển động ném ngang thành các chuyển động thành phần, biết tổng hợp 2 chuyển động thành phần thành chuyển động tổng hợp. - Vẽ được (một cách định tính) quỹ đạo chuyển động của vật ném ngang. - Biết vận dụng những kiến thức đã học để giải thích các tình huống trong các thí nghiệm và các quá trình trong thực tiễn cuộc sống. - Biết vận dụng những kiến thức đã học để làm bài tập liên quan đến chuyển động ném ngang. - Biết cách lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm, tiến hành các thí nghiệm kiểm nghiệm và đưa ra những kết luận cần thiết. 21 2.2.Nội dung kiến thức về chuyển động ném 2.2.1. Chuyển động ném xiên Hình 1. Quỹ đạo của vật chuyển động ném xiên. Chuyển động ném xiên là chuyển động rất phổ biến liên quan đến nhiều hiện tượng xảy ra trong cuộc sống như: chuyển động của viên đạn khi rời khỏi nòng súng, chuyển động của những quả pháo hoa, chuyển động của trái bóng trong khi chơi bóng rổ, bóng chuyền, hay chuyển động của “trái còn” trong trò chơi ném còn của các dân tộc vùng núi…vv.  Nội dung kiến thức về chuyển động ném xiên bao gồm: - Phương trình chuyển động  Theo phương nằm ngang Ox: x  (v0 cos ) t (1) 1 2  Theo phương thẳng đứng Oy: y   v0 sin   t  gt 2 - Phương trình quỹ đạo: y  (tg)x  g x2 2 2v cos  2 0 (2) (3) - Phương trình vận tốc:  Theo phương nằm ngang Ox: vx  v0x  v0cos (4)  Theo phương thẳng đứng Oy: v y  v0 sin   gt (5) 22  Các giai đoạn nghiên cứu chuyển động ném xiên: thay vì nghiên cứu chuyển động cong phức tạp ta nghiên cứu chuyển động của hai hình chiếu của vật trên hai trục toạ độ: trục Ox nằm ngang, theo phương ngang vật không chịu tác dụng của lực nào. Trục Oy thẳng đứng, theo phương này vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực P . Chọn mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động. Kết quả là: Theo phương nằm ngang chuyển động của vật là chuyển động thẳng đều với gia tốc a x  0 Theo phương thẳng đứng chuyển động của vật là chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc a y  g  Một số đặc điểm của chuyển động ném xiên:  Thời gian chuyển động: t   Tầm bay cao H: H  ymax   Tầm bay xa L: L  x max  2v0 sin  g v02 sin 2  2g v02 sin 2  g (6) (7) (8) Vận tốc của vật tại thời điểm t bất kì: v  v2x  v2y (9) Dựa vào các đặc điểm của chuyển động ném xiên ta có thể xây dựng được các bài tập có nội dung thực tiễn và sử dụng chúng trong dạy học để kiểm nghiệm quy luật của chuyển động ném xiên. 23 2.2.2. Chuyển động ném ngang Hình 2: Quỹ đạo của vật chuyển động ném ngang. Chuyển động ném ngang là chuyển động phổ biến mà ta dễ gặp trong thực tiễn như: chuyển động của viên bi được bắn từ trên mặt bàn nằm ngang rơi xuống đất, chuyển động tia nước được phun ra từ một vòi phun nước đặt nằm ngang, chuyển động của viên đạn được bắn theo phương ngang từ một độ cao h so với mặt đất… vv.  Nội dung kiến thức về chuyển động ném ngang bao gồm: - Phương trình chuyển động  Theo phương nằm ngang Ox: x  v0 t (10) 1  Theo phương thẳng đứng Oy: y  gt 2 2 (11) - Phương trình quỹ đạo: y  - g 2 x 2v02 (12) Phương trình vận tốc:  Theo phương nằm ngang Ox: vx  v0x  v0 (13)  Theo phương thẳng đứng Oy: v y  gt (14) 24  Các giai đoạn nghiên cứu chuyển động ném ngang: thay vì nghiên cứu chuyển động cong phức tạp ta nghiên cứu chuyển động của hai hình chiếu của vật trên hai trục toạ độ: trục Ox nằm ngang, theo phương ngang vật không chịu tác dụng của lực nào. Trục Oy thẳng đứng, theo phương này vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực P . Chọn mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động. Kết quả là: Theo phương nằm ngang chuyển động của vật là chuyển động thẳng đều với gia tốc a x  0 Theo phương thẳng đứng chuyển động của vật là chuyển động rơi tự do với gia tốc a y  g  Một số đặc điểm của chuyển động ném ngang:  Thời gian chuyển động: t  2h g (15)  Tầm bay xa L: L  x max  v0 2h g (16)  Vận tốc của vật lúc chạm đất: vx  v0 ; v y  2 gh (17)  Vận tốc của vật tại thời điểm t bất kì: v  v2x  v2y  v02  (gt)2 (18) Dựa vào các đặc điểm của chuyển động ném ngang ta có thể xây dựng được các bài tập có nội dung thực tiễn và sử dụng chúng trong dạy học để kiểm nghiệm quy luật của chuyển động ném ngang. 25 2.3. Xây dựng bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về “Chuyển động ném” – Vật lí 10 2.3.1. Sự cần thiết phải xây dựng các bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném Bài tập có nội dung thực tiễn là bài tập đề cập tới những vấn đề có trong đời sống, kĩ thuật. Dĩ nhiên những vấn đề đó cần được thu hẹp và đơn giản hóa đi nhiều so với thực tiễn. Bản thân mỗi BTVL đã là một tình huống vận dụng tích cực. Song tính tích cực của nó còn được nâng cao hơn khi nó được sử dụng để giúp HS tìm tòi, rèn luyện khả năng tư duy sáng tạo. Do đó, BTVL có nội dung thực tiễn thực sự là một phương tiện hữu hiệu để tích cực hóa hoạt động phát triển tư duy của HS trong việc quan sát và giải thích các hiện tượng trong cuộc sống. Thông qua việc giải các BT có nội dung thực tiễn, HS không những có hứng thú tìm tòi, khám phá thế giới mà còn có điều kiện rèn luyện, phát triển năng lực sáng tạo. HS biết vận dụng những lí thuyết đã được học để giải thích các tình huống trong các thí nghiệm, các quá trình trong thực tiễn và kĩ thuật. Còn chuyển động ném tuy dễ quan sát, dễ hình dung nhưng lại bao trùm nhiều kiến thức và có thể kết hợp với những kiến thức khác. Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi nhận thấy việc xây dựng hệ thống BT có nội dung thực tiễn về chuyển động ném là vô cùng cần thiết. 2.3.2. Yêu cầu về xây dựng các bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném BTVL có nội dung thực tiễn về chuyển động ném là những bài tập được lựa chọn sao cho chúng phải thỏa mãn những yêu cầu chung của việc lựa chọn, xây dựng hệ thống bài tập, đồng thời những BT đó phải đáp ứng được những yêu cầu sau: 26 - Bài tập phải đề cập đến chuyển động của những vật bị ném trong thực tiễn. - Bài tập về chuyển động của vật bị ném phải có ứng dụng rộng rãi trong đời sống. - Số liệu trong bài tập phải phù hợp với thực tiễn. - Kết quả của bài tập phải có tác dụng thực tiễn, tức là phải đáp ứng một vấn đề thực tiễn nào đó. - Các bài tập phải kiểm nghiệm được quy luật chuyển động của chuyển động ném. 2.3.3. Xây dựng các bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném Trong tài liệu này chúng tôi sẽ tập trung vào các biểu hiện của tính tích cực, năng lực sáng tạo của HS trong học tập và các đặc điểm của chuyển động ném ngang, ném xiên để xây dựng các bài tập có nội dung thực tiễn như sau: Bài 1: Trong lúc đang chơi đùa với một số chai nhựa đựng nước thì Nam vô tình phát hiện tia nước từ lỗ hở ở thân chai được phun ra không chạm đất ở vị trí sát mép chân bàn mà nó chạm đất ở một vị trí cách xa chân bàn. Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm quy luật chuyển động của tia nước? Bài 2: Thời gian rơi của viên bi được ném theo phương ngang bằng thời gian rơi của viên bi rơi tự do ở cùng độ cao. Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm nhận định trên. Bài 3: Người ta bắn một viên bi đặt trên mặt bàn nằm ngang với vận tốc v0 sao cho v0 có hướng đi qua vị trí đặt một đồng xu được buộc vào một sợi dây treo thẳng đứng cách mép bàn một khoảng l (như hình 3). Khi viên bi được bắn đi thì đồng thời cắt dây treo đồng xu. Hỏi viên bi có chạm vào đồng xu hay không? 27 L Hình 3. Thí nghiệm bắn viên bi theo phương ngang và thả đồng xu rơi tự do. Bài 4: Tìm sự phụ thuộc của vận tốc tia nước tại lỗ hở ở thành bình của một bình nhựa vào độ cao h của lỗ hở đối với mức mà ta đánh dấu điểm rơi của tia nước. Từ đó hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm để tiến hành thí nghiệm xác định vận tốc của tia nước tại lỗ hở của bình? Bài 5: Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm ném xa trong chuyển động ném ngang vào vận tốc ban đầu v0 của vật. Bài 6: Hãy tìm trong thực tiễn cuộc sống một vài ví dụ liên quan đến chuyển động ném ngang để chứng minh cho nhận định: “Chuyển động ném ngang xét theo phương nằm ngang là chuyển động thẳng đều”. Bài 7: Sử dụng kiến thức về chuyển động ném ngang đã được học hãy giải thích: a) Tại sao phần đập tràn của nhà máy thuỷ điện ở phía hạ lưu được xây theo dạng cong cong như hình vòi nước? b) Tại sao con khỉ bắt được quả chuối trong trường hợp một người đứng trên bục cao trong vườn thú ném quả chuối theo phương ngang về phía con khỉ. Giả thiết rằng khi người bắt đầu ném quả chuối thì con khỉ buông tay rơi xuống. Biết quả chuối được cung cấp vận tốc ban đầu sao cho phương của v0 đi qua vị trí ban đầu của con khỉ. Bài 8: Từ các dụng cụ sau hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức về đặc điểm tầm bay xa cực đại của 28 chuyển động ném xiên: chai nhựa hoặc bình chứa, ống nhựa, bảng chia độ, thước, giá đỡ và thanh sắt. Bài 9: Hãy đề xuất phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức về đặc điểm tầm bay cao cực đại của chuyển động ném xiên. Bài 10: Dựa vào các kiến thức về chuyển động ném xiên đã được học hãy chứng minh rằng: “Trong các dịp lễ, tết khi bắn pháo hoa theo phương thẳng đứng thì pháo hoa sẽ đạt tới độ cao lớn nhất so với các trường hợp bắn theo các phương khác”. Bài 11: Trong bộ môn giáo dục quốc phòng, khi học bắn súng trường, ta phải đặt khẩu súng trong mặt phẳng đứng. Hãy giải thích tại sao khi ngắm bắn các mục tiêu ở xa ta phải nâng thước ngắm lên? Hãy tìm những ví dụ về các quá trình, các trò chơi liên quan đến chuyển động ném xiên trong thực tiễn. 2.4. Hướng dẫn hoạt động giải các bài tập có nội dung thực tiễn về chuyển động ném Bài 1:  Mục đích của bài tập: BT này được sử dụng trong giai đoạn giải quyết vấn đề của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” Vật lí 10 để kiểm nghiệm quy luật chuyển động của vật ném ngang.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS - Sau khi các phần tử nước rời khỏi lỗ hở, nếu bỏ qua lực cản của không khí có những lực nào tác dụng lên chúng? - Quỹ đạo chuyển động của mỗi phần tử nước có dạng như thế nào? - Hãy lập phương trình chuyển động của mỗi phần tử nước (quy luật toạ độ phụ thuộc vào thời gian)? - Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm quy luật chuyển động của tia nước? 29  Lời giải BT Khi được phun ra từ lỗ hở, các phần tử nước chuyển động trong không gian, lúc này chúng chịu tác dụng của trọng lực P và lực cản không khí. Nếu bỏ qua lực cản của không khí thì các phần tử nước chỉ chịu tác dụng của trọng lực hướng theo phương thẳng đứng, chiều hướng xuống. Sau một thời gian nhất định thì chúng chạm đất. Do đó, quỹ đạo của từng phần tử nước không phải là một đường thẳng mà là một đường cong. Ta có thể thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm quỹ đạo của từng phần tử nước như sau: Dùng một parabol hình học để kiểm tra quỹ đạo của từng phần tử nước. Nếu quỹ đạo của từng phần tử nước trùng với parabol hình học thì quỹ đạo của tia nước cũng là một parabol. Để có thể tiến hành được thí nghiệm kiểm nghiệm trên ta cần sử dụng các dụng cụ như: một chai nhựa được đục lỗ ở thân chai và nắp chai, ống hút nước (vòi phun) bằng nhựa, parabol hình học được tạo bởi đường cong đi qua tâm bốn hình tròn nhỏ được gắn cố định với bốn thanh sắt sao cho khoảng cách từ tâm bốn hình tròn đến một vị trí cố định trên thanh sắt có chiều dài theo tỉ lệ 1: 4: 9: 16, bốn thanh sắt được đặt cách đều nhau. Bố trí thí nghiệm như hình 4. 30 l l l Hình 4. Thí nghiệm kiểm nghiệm quỹ đạo của tia nước. Ta tiến hành thí nghiệm như sau: Lấy đầy nước vào chai nhựa, cắm ống nhựa (vòi phun) vào lỗ hở trên nắp chai, tia nước được phun ra tại lỗ hở ở thân chai chuyển động như một vật ném ngang. Quan sát quá trình chuyển động của tia nước, nếu tia nước đi qua cả bốn vòng tròn tạo bởi parabol hình học thì quỹ đạo của tia nước là một parabol. Bài 2:  Mục đích của bài tập: BT được sử dụng trong giai đoạn giải quyết vấn đề của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 để kiểm nghiệm kiến thức thời gian rơi của vật bị ném ngang bằng thời gian rơi của vật rơi tự do ở cùng độ cao. 31  Câu hỏi định hướng tư duy của HS - Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm để có thể tạo ra cả hai chuyển động là chuyển động ném ngang và rơi tự do? - Từ các dụng cụ thí nghiệm đã lựa chọn, hãy thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm nghiệm nhận định trên? - Hãy tiến hành thí nghiệm dựa vào phương án thí nghiệm đã thiết kế?  Lời giải BT Ta có thể lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm như sau: hai viên bi, 1 thanh thép đàn hồi, vật đỡ, búa. Có thể thiết kế phương án thí nghiệm như sau: cho hai viên bi A và B rơi cùng một thời điểm. Bi A chuyển động ném ngang còn bi B rơi tự do. Quan sát quá trình chuyển động của cả hai viên bi. Rút ra kết luận về thời gian rơi của chúng. Từ đó kiểm nghiệm được nhận định. Thí nghiệm được bố trí như hình 5. A B Hình 5. Thí nghiệm kiểm nghiệm thời gian rơi của viên bi chuyển động ném ngang. Tiến hành thí nghiệm: Dùng búa đập nhẹ vào thanh thép, lúc này hai viên bi rơi xuống đồng thời. Khi đó bi A chuyển động ném ngang còn bi B rơi tự do. Quan sát quá trình chuyển động của hai viên bi kết hợp dùng phương pháp chụp ảnh hoạt nghiệm để quan sát vị trí của hai viên bi ở từng thời điểm. 32 Kết quả thí nghiệm: Ta thấy hai viên bi ở mọi thời điểm luôn ở cùng một độ cao và chúng rơi xuống đất đồng thời. Bài 3:  Mục đích của bài tập: BT này được sử dụng để kiểm nghiệm kiến thức thời gian rơi của vật ném ngang bằng thời gian rơi của vật rơi tự do ở cùng độ cao. Được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10. Từ đó kiểm tra được kiến thức chuyển động ném ngang của viên bi xét theo phương thẳng đứng là chuyển động rơi tự do.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS - Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì viên bi và đồng xu chịu tác dụng của những lực nào? - Hãy mô tả chuyển động của viên bi và đồng xu? - Viên bi có thể va chạm với đồng xu hay không?  Lời giải BT Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì viên bi và đồng xu chỉ chịu tác dụng của trọng lực P . Ta chọn hệ trục toạ độ gắn với viên bi như hình 6 với mốc thời gian là lúc viên bi vừa rời khỏi mặt bàn, gốc toạ độ O tại vị trí viên bi rời khỏi mặt bàn, trục Ox hướng theo véc tơ v0 , trục Oy hướng theo véc tơ trọng lực P . v0 O x h y Hình 6. Hệ trục toạ độ gắn với vật chuyển động ném ngang. 33 Chuyển động của viên bi khi rời khỏi mặt bàn là chuyển động ném ngang với vận tốc ban đầu là v0 . Do trong quá trình chuyển động viên bi chỉ chịu tác dụng của trọng lực nên độ cao của bi giảm dần và sau một khoảng thời gian thì viên bi chạm đất. Ta phân tích chuyển động của viên bi thành 2 chuyển động thành phần theo các trục toạ độ đã chọn + Theo phương ngang Ox viên bi không chịu tác dụng của lực nào nên chuyển động của bi là chuyển động thẳng đều: x  v0t + Theo phương thẳng đứng Oy viên bi chỉ chịu tác dụng của trọng lực nên chuyển động của bi là chuyển động rơi tự do với gia tốc a = g, phương trình chuyển động: y = 1 2 gt 2 Chuyển động của đồng xu là chuyển động rơi tự do với gia tốc a = g. Khi viên bi được bắn đi thì đồng thời cắt dây treo đồng xu nên cả viên bi và đồng xu chuyển động ở cùng một thời điểm ban đầu. Chuyển động của viên bi theo phương thẳng đứng là chuyển động rơi tự do. Thời gian rơi của viên bi bằng thời gian rơi của đồng xu. Vì vậy viên bi có thể va chạm với đồng xu. Bài 4:  Mục đích của bài tập: BT này được sử dụng để tìm sự phụ thuộc của vận tốc tia nước tại lỗ hở ở thành bình vào độ cao h của lỗ hở trên thành bình so với điểm mà ta đánh dấu là điểm rơi của tia nước. BT được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” Vật lí 10.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS 34 - Vận tốc của tia nước tại lỗ hở có mối liên hệ như thế nào với tầm xa của tia nước? - Thời gian của vật chuyển động ném ngang phụ thuộc vào độ cao ban đầu của vật như thế nào? - Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm để có thể thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kết quả trên?  Lời giải BT Chọn hệ toạ độ như hình 6. Gốc O tại lỗ hở của thành bình, mốc thời gian là lúc tia nước bắt đầu rời khỏi lỗ hở, trục Ox hướng theo véc tơ vận tốc ban đầu, trục Oy thẳng đứng hướng theo véc tơ trọng lực. Gọi L là tầm xa của tia nước. Ta có vận tốc của tia nước phun ra từ lỗ v hở của bình: L t (19) 1 2h Khi các phần tử nước chạm đất ta có: y  h  gt 2  t  2 g (20) Từ (19) và (20) ta có giá trị của vận tốc của tia nước tại lỗ hở của bình: v L 2h g (21) Như vậy ta có thể xác định được vận tốc của tia nước tại lỗ hở thông qua việc xác định tầm ném xa của tia nước và độ cao h của lỗ hở so với điểm ta đánh dấu điểm rơi của tia nước. Từ kết quả trên ta thấy rằng có thể dùng thước để đo tầm xa của tia nước, đo độ cao của lỗ hở trên thành bình so với điểm mà ta đánh dấu là điểm rơi của tia nước. Sử dụng các kết quả đo được ta có thể tìm được vận tốc của tia nước dựa vào công thức (21). 35 Ta lựa chọn dụng cụ thí nghiệm như sau: Dùng thước đo độ cao của lỗ hở trên thành bình so với mặt đất, đo giá trị của tầm xa L, từ đó xác định được giá trị của v. Tiến hành thí nghiệm: Đo tầm xa L của tia nước ứng với h = 7,5 cm. Dựa vào công thức (21) để xác định v. Bài 5:  Mục đích của bài tập: BT này được sử dụng để kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm ném xa của vật ném ngang vào vận tốc ban đầu v0 ( L  x max  v0 2h ). BT được sử g dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS - Khi vật chạm đất, tầm ném xa của vật có mối liên hệ gì với vận tốc ban đầu của vật? - Hãy thiết kế phương án thí nghiệm để chứng tỏ rằng tầm ném xa của vật phụ thuộc vào vận tốc ban đầu? - Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm thích hợp và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm sự phụ thuộc đó?  Lời giải BT Đối với vật ném ngang khi vật chạm đất ta có: L  xmax  v0 2h g Từ đó ta thấy giá trị tầm ném xa của vật phụ thuộc vào vận tốc ban đầu v0 của vật và độ cao h của vật so với điểm mà vật chạm đất. Ta có thể thiết kế phương án thí nghiệm như sau: Xác định vận tốc của tia nước tại lỗ hở ở thành bình của một bình nhựa dựa vào độ cao h1, h2 của mức nước trên lỗ hở. Đo tầm xa của tia nước ứng 36 với hai độ cao h1, h2. Nếu thấy tỉ số L  v 2h = hằng số thì chứng tỏ tầm g ném xa của tia nước phụ thuộc vào vận tốc ban đầu của nó. Ta có thể lựa chọn dụng cụ thí nghiệm như sau: chai nhựa đục lỗ ở thân, thước đo và bố trí thí nghiệm như hình 7. 2h1 h1 h L1 L2 Hình 7. Thí nghiệm kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm ném xa của vật ném ngang vào vận tốc ban đầu. Tiến hành thí nghiệm: tiến hành thí nghiệm đo L1, L2 tương ứng với độ cao h1, h2. Sau đó ghi kết quả vào bảng 1. Bảng 1. Bảng ghi giá trị của L và v trong thí nghiệm kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm ném xa của vật ném ngang vào vận tốc ban đầu của vật. v L v1 = L1 = v2 = L2 = L/v Dựa vào kết quả thu được từ bảng 1, rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của tầm ném xa của vật ném ngang vào vận tốc ban đầu của vật. 37 Bài 6:  Mục đích của bài tập BT này được sử dụng để kiểm nghiệm kiến thức: chuyển động ném ngang xét theo phương nằm ngang là chuyển động thẳng đều. Được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 nhằm làm sáng tỏ kiến thức chuyển động ném ngang có thể được phân tích thành hai chuyển động thành phần theo phương thẳng đứng và theo nằm phương ngang.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS - Trong thực tiễn có những hiện tượng, quá trình, ứng dụng kĩ thuật nào liên quan đến chuyển động ném ngang? - Trong các ví dụ vừa kể trên, ví dụ nào cho thấy rõ nhất chuyển động ném ngang xét theo phương nằm ngang là chuyển động thẳng đều?  Lời giải BT Có thể kể ra một vài ví dụ như sau: - Vận động viên trong khi biểu diễn tiết mục “mô tô bay” có thể bay qua hào rộng và nhào lộn trên không rồi lại rơi trúng vào yên xe. - Diễn viên xiếc có thể cho xe mô tô bay qua hố cá sấu một cách an toàn sau khi rời khỏi xe và nhào lộn trên không. - Trong trường hợp máy bay chuyển động thẳng đều thả hàng cứu trợ thì khi thùng hàng rơi xuống mặt đất, máy bay sẽ bay qua vị trí trên đường thẳng đứng vẽ từ điểm chạm đất của thùng hàng. Bài 7:  Mục đích của bài tập BT này giúp HS vận dụng kiến thức về chuyển động ném ngang đã được học để giải thích các quá trình trong thực tiễn. BT được sử dụng trong 38 giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS - Quan sát mặt cắt ngang của mặt đập trên hình 8, liên hệ đến kiến thức về chuyển động ném ngang đã được học để giải thích? - Hãy mô tả quy luật chuyển động của quả chuối và của con khỉ? - Chuyển động của con khỉ và của quả chuối có xảy ra ở cùng một thời điểm ban đầu không? - Tại sao con khỉ lại bắt được quả chuối? Hình 8. Mặt cắt ngang phần đập tràn của nhà máy thuỷ điện phía hạ lưu.  Lời giải BT a) Phần đập tràn của nhà máy thuỷ điện ở phía hạ lưu được xây theo dạng cong cong như hình vòi nước để dòng nước chảy từ thượng lưu xuống bám sát mặt đập nhằm giảm động năng của dòng nước, dòng nước không dội thẳng xuống lòng sông ở hạ lưu, không gây sụt lún ở lòng sông và ảnh hưởng đến hệ thống đập xung quanh. b) Người đứng trên bục cao trong vườn thú ném quả chuối theo phương ngang với véc tơ vận tốc ban đầu v0 đi qua vị trí ban đầu của con khỉ thì chuyển động của quả chuối là chuyển động ném ngang với vận tốc ban đầu có được do lực duỗi cánh tay của người cung cấp. Ở thời điểm ban đầu con khỉ và quả chuối ở cùng một độ cao. Nếu đúng vào lúc người ném quả chuối mà con khỉ buông tay khỏi cành cây thì con khỉ và quả chuối chuyển động ở cùng một thời điểm ban đầu. Chuyển động của con khỉ là chuyển động rơi tự 39 do, chuyển động của quả chuối theo phương thẳng đứng cũng là chuyển động rơi tự do với gia tốc g. Vì vậy, tại mọi thời điểm quả chuối và con khỉ luôn ở cùng một độ cao. Do đó con khỉ bắt được quả chuối. Bài 8:  Mục đích của bài tập BT 8 được sử dụng để kiểm nghiệm kiến thức về đặc điểm tầm bay xa cực đại của vật chuyển động ném xiên. BT này được sử dụng trong giai đoạn giải quyết vấn đề của tiến trình dạy học bài 18: “Chuyển động của vật bị ném” - Vật lí 10 nâng cao.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS - Hãy dùng các dụng cụ đã có để thiết kế thí nghiệm nhằm kiểm nghiệm các kiến thức sau: + Kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm bay xa vào vận tốc ban đầu v0 + Kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm bay xa vào góc nghiêng  . Từ đó hãy thiết kế một phương án thí nghiệm để chứng minh Lmax khi   450  Lời giải BT Ta có tầm bay xa của vật ném xiên: L  xmax v02 sin 2  g (22) Từ công thức (22) ta thấy tầm bay xa của vật phụ thuộc vào vận tốc ban đầu và góc ném vật. Để tầm bay xa của vật đạt giá trị cực đại thì sin 2  1 (hay   450 ) Ta thấy khi góc ném vật hợp với phương ngang một góc   450 thì tầm bay xa của vật là lớn nhất. Từ kết quả này, ta có thể thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức về đặc điểm của tầm bay xa cực đại của vật ném xiên như sau: Đục một lỗ ở đáy của chai nhựa, lỗ hở được nối với một ống nhựa (vòi phun). Thay đổi góc nghiêng của tia nước được phun ra từ ống nhựa so với 40 phương nằm ngang để xác định sự phụ thuộc của tầm bay xa vào góc nghiêng. Quan sát quá trình chuyển động của tia nước, ứng với góc nghiêng  cho tầm bay xa L của tia nước lớn nhất, ghi lại giá trị của góc  . Giữ góc nghiêng  ở một giá trị nhất định, điều chỉnh độ cao của chai nhựa để thay đổi vận tốc v0. Sau đó xác định sự phụ thuộc của tầm bay xa vào vận tốc ban đầu. Ta bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm như hình 9. Hình 9. Thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức về đặc điểm tầm bay xa cực đại của vật chuyển động ném xiên. Tiến hành thí nghiệm: + Đặt góc   300 , nhận xét quỹ đạo chuyển động của các phần tử nước. Đọc giá trị tầm bay xa của tia nước. + Thay đổi góc nghiêng từ 00 đến 900, quan sát sự thay đổi của tầm bay xa, ghi giá trị góc  khi tầm bay xa đạt cực đại. + Giữ nguyên góc   300 dịch chuyển độ cao của bình chứa nước, quan sát và nhận xét sự phụ thuộc của tầm bay xa vào vận tốc ban đầu của tia nước. Bài 9:  Mục đích của bài tập 41 BT này được sử dụng để kiểm nghiệm kiến thức về đặc điểm tầm bay cao cực đại của chuyển động ném xiên. BT được sử dụng trong giai đoạn giải quyết vấn đề của tiến trình dạy học bài 18: “Chuyển động của vật bị ném” Vật lí 10 nâng cao.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS - Hãy thiết lập công thức tính tầm bay cao của một vật chuyển động ném xiên? - Dựa vào công thức vừa thiết lập hãy thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm bay cao cực đại vào góc ném và vận tốc ban đầu của vật?  Lời giải BT y ymax H v0 x O L xmax Hình 10. Hệ trục toạ độ gắn với vật chuyển động ném xiên. Chọn hệ trục toạ độ như hình 10. Gốc O tại vị trí ném vật, mốc thời gian là lúc bắt đầu ném vật, trục Ox nằm ngang, trục Oy thẳng đứng ngược chiều với véc tơ P . Ta có phương trình chuyển động của vật theo hai trục toạ độ là: Trục Ox: x  v0t cos  1 2 Trục Oy: y  v0t sin   gt 2 (23) 42 Phương trình vận tốc: Trục Ox: vx  v0x  v0cos Trục Oy: v y  v0 sin   gt Khi vật đạt tới độ cao cực đại thì vy = 0; y = h và ta có t  v0 sin  g (24) Từ (23) và (24) ta có công thức xác định tầm bay cao của vật: h v02 sin 2  2g (25) Từ phương trình (25) ta thấy tầm bay cao của vật phụ thuộc vào vận tốc ban đầu và góc ném vật. Có thể đề xuất phương án thí nghiệm như sau: Sử dụng các dụng cụ thí nghiệm và bố trí thí nghiệm giống như bài tập 8 thay đổi góc nghiêng  và giá trị của vận tốc v0 để xác định sự phụ thuộc của độ cao cực đại vào hai yếu tố này. Giữ cho vận tốc của tia nước không đổi, thay đổi góc nghiêng để xác định sự phụ thuộc của tầm bay cao vào góc nghiêng. Giữ góc nghiêng  ở một giá trị nhất định, điều chỉnh độ cao của chai nhựa để thay đổi vận tốc v0. Sau đó xác định sự phụ thuộc của tầm bay cao cực đại vào vận tốc ban đầu của tia nước. Bài 10:  Mục đích của bài tập BT này được sử dụng nhằm giải thích các hiện tượng thực tiễn liên quan đến kiến thức về tầm bay cao cực đại của chuyển động ném xiên. BT được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 18: “Chuyển động của vật bị ném” - Vật lí 10 nâng cao.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS - Biểu thức nào biểu diễn sự phụ thuộc của tầm bay cao trong chuyển động ném xiên vào góc ném và vận tốc ban đầu của vật? 43 - Để tầm bay cao của vật cực đại thì phải có điều kiện gì? - Tại sao trong các dịp lễ, tết khi bắn pháo hoa theo phương thẳng đứng thì pháo hoa sẽ đạt độ cao lớn nhất?  Lời giải BT Vận dụng kết quả của BT 9 ta thấy công thức (25) chính là biểu thức xác định độ cao của một vật ném xiên: h  ymax v02 sin 2   2g Từ đó ta thấy độ cao của một vật ném xiên phụ thuộc vào vận tốc ban đầu và góc ném vật. Để độ cao của vật đạt giá trị cực đại thì sin 2   1 (hay   900 ) Ta thấy khi góc ném vật hợp với phương ngang một góc   900 thì vật đạt độ cao lớn nhất. Từ đó giải thích được tại sao trong các dịp lễ, tết khi bắn pháo hoa theo phương thẳng đứng (phương hợp với phương nằm ngang một góc 900) thì pháo hoa sẽ đạt độ cao lớn nhất (điều phải chứng minh). Bài 11:  Mục đích của bài tập BT này được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 18: “Chuyển động của vật bị ném” - Vật lí 10 nâng cao, nhằm vận dụng kiến thức về chuyển động ném xiên đã được học để giải thích các quá trình liên quan đến chuyển động ném xiên diễn ra trong thực tiễn.  Câu hỏi định hướng tư duy của HS a) Hãy mô tả quỹ đạo chuyển động của viên đạn? - Vị trí của mục tiêu có ảnh hưởng như thế nào đến tầm ngắm của khẩu súng? b) HS dựa vào hiểu biết thực tế của mình để trả lời câu hỏi.  Lời giải BT 44 a) Khi bắn súng trường, người ta thường nghĩ rằng chỉ cần ngắm cho nòng súng hướng thẳng vào mục tiêu là được. Điều đó chỉ đúng nếu đạn đi thẳng. Tuy nhiên do có lực hút của trái đất nên so với hướng của nòng súng, đường đi của viên đạn hạ xuống thấp dần theo một đường cong đường (hình 11). A2 A’ 2 Hình 11. Quỹ đạo chuyển động của viên đạn. Do trọng lực của trái đất tác dụng lên viên đạn là không đổi nên theo định luật II Niu-tơn chuyển động rơi của viên đạn là nhanh dần đều. Do đó quãng đường rơi của viên đạn sau mỗi khoảng thời gian ngày càng lớn, nên quỹ đạo thực tế của viên đạn là một đường cong. Như vậy, mục tiêu càng xa thì đạn càng xuống thấp cho nên càng phải ngắm sao cho nòng súng hướng chếch lên càng nhiều. Để định sẵn mức nâng ứng với mỗi cự li, người ta làm sẵn thước ngắm gắn với nòng súng. Thước ngắm có những vạch ứng với những cự li khác nhau, có thể điều chỉnh được. Nếu đặt đúng cự li trên thước ngắm thì khi ngắm, mắt, khe thước ngắm, đầu ruồi (mấu nhô lên ở đầu nòng súng) và mục tiêu cùng trên một đường thẳng. b) Những ví dụ về các quá trình, các trò chơi liên quan đến chuyển động ném xiên trong thực tiễn có thể kể ra như: trò chơi ném còn, trò chơi lia gạch mỏng trên mặt nước, trò chơi ném bóng rổ, bóng chuyền, trò chơi ném tạ, ném lao, bắn cung tên, bắn pháo hoa…vv. 45 2.5. Soạn thảo tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 trong đó có sử dụng bài tập đã xây dựng 2.5.1. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 Làm xuất hiện vấn đề: Trong lúc đang chơi đùa với một số chai nhựa đựng nước thì Nam vô tình phát hiện tia nước từ lỗ hở ở thân chai được phun ra không chạm đất ở vị trí sát mép chân bàn mà nó chạm đất ở một vị trí cách xa chân bàn. Hãy tìm quy luật chuyển động của mỗi phần tử nước. Vấn đề: Toạ độ của vật ném ngang phụ thuộc vào thời gian theo quy luật nào? Giải quyết vấn đề: - Phân tích chuyển động ném ngang thành hai chuyển động thành phần theo hai trục toạ độ:  Trục Ox: chuyển động của vật là chuyển động thẳng đều: x  v0 t  Trục Oy: chuyển động của vật là chuyển động rơi tự do (với gia y tốc a = g): 1 2 gt 2 Từ đó ta tìm được phương trình quỹ đạo của vật chuyển động ném ngang: y  g 2 x 2 2v0 Kết luận, vận dụng: 1 - Phương trình của chuyển động ném ngang: x  v0 t và y  gt 2 2 - Vận dụng để giải quyết các tình huống trong các thí nghiệm, các quy trình trong thực tiễn và kĩ thuật. 46 2.5.2. Tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” – Vật lí 10 Trong bài toán về chuyển động ném ngang, kiến thức mà GV cần dạy cho HS đó chính là phương trình chuyển động của chuyển động ném ngang theo hai trục toạ độ:  Trục Ox: chuyển động của vật là chuyển động thẳng đều: x  v0 t 1  Trục Oy: chuyển động của vật là chuyển động rơi tự do: y  gt 2 2 Để đi đến kiến thức này thì cần sử dụng vấn đề (câu hỏi) như sau: toạ độ của vật ném ngang phụ thuộc vào thời gian theo quy luật nào? Để làm xuất hiện câu hỏi này ở HS thì tình huống làm xuất hiện vấn đề có thể là: Trong lúc đang chơi đùa với một số chai nhựa đựng nước thì Nam vô tình phát hiện tia nước từ lỗ hở ở thân chai được phun ra không chạm đất ở vị trí sát mép chân bàn mà nó chạm đất ở một vị trí cách xa chân bàn. Hãy tìm quy luật chuyển động của mỗi phần tử nước. Nhằm chuyển giao nhiệm vụ cho HS, GV yêu cầu HS xác định quy luật chuyển động của từng phần tử nước. Trước đó GV có thể sử dụng các tệp phim về chuyển động của vật bị ném ngang để HS có thể quan sát rõ hơn quá trình chuyển động của vật. Qua việc quan sát đó HS nhận thấy đây là một dạng chuyển động thường gặp trong cuộc sống hằng ngày. HS có thể thấy sơ bộ rằng hình như chuyển động của các vật đều tuân theo một quy luật nào đó và bắt tay vào việc tìm hiểu quy luật đó. Để trả lời cho vấn đề (câu hỏi) thì việc giải quyết vấn đề diễn ra như sau: Trước hết để có thể xác định được quy luật chuyển động của từng phần tử nước thì chúng ta phải xác định toạ độ của từng phần tử nước phụ thuộc vào thời gian theo quy luật nào. GV yêu cầu HS trả lời các câu hỏi sau: 47 GV: Sau khi các phần tử nước rời khỏi lỗ hở, nếu bỏ qua lực cản của không khí có những lực nào tác dụng lên chúng? HS: Chỉ có trọng lực tác dụng lên các phần tử nước. GV: Quỹ đạo của tia nước khi rời bàn có dạng như thế nào? HS: Quỹ đạo của tia nước có dạng một đường cong. GV: Để khảo sát chuyển động của một vật bất kì trong không gian thì trước hết chúng ta phải gắn vật với một hệ quy chiếu được chọn thích hợp. Vậy chúng ta sẽ chọn hệ quy chiếu như thế nào là thích hợp nhất? HS: Chọn hệ trục tọa độ xOy với gốc O tại vị trí ban đầu của vật, mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động. GV: Yêu cầu HS lên bảng vẽ hệ trục toạ độ. GV: Đúng vậy, thay vì phải nghiên cứu một chuyển động cong phức tạp, ta tiến hành nghiên cứu các chuyển động thành phần của hình chiếu của vật trên các trục toạ độ. Sau đó, tổng hợp các lời giải riêng rẽ theo các trục toạ độ, ta sẽ thu được lời giải đầy đủ cho chuyển động thực. Đó chính là các bước của phương pháp toạ độ dùng để khảo sát chuyển động của vật. GV: Muốn biết theo các trục toạ độ vật chuyển động như thế nào thì ta cần phải làm gì? HS: Viết phương trình định luật II Niu-tơn sau đó chiếu phương trình này lên hệ trục toạ độ đã chọn. GV: Từ định luật II Niu-tơn hãy xác định gia tốc của vật theo mỗi trục toạ độ? HS: Ta có phương trình định luật II Niu-tơn P  mg  ma chiếu lên 2 trục toạ độ ta có ax  0 và a y  g GV: Từ các giá trị của ax và ay, em có nhận xét gì về tính chất chuyển động của hình chiếu của vật theo các trục toạ độ? 48 HS: Theo phương Ox vật chuyển động thẳng đều, theo phương Oy vật chuyển động rơi tự do với gia tốc bằng g. GV: Hãy lập phương trình chuyển động của từng phần tử nước (quy luật toạ độ phụ thuộc vào thời gian)? HS: x  v0t và y = 1 2 gt 2 GV: Nếu như ở trên ta làm động tác phân tích chuyển động, nghĩa là thay thế chuyển động cong của các phần tử nước thành chuyển động thẳng của hình chiếu của chúng lên các trục tọa độ thì khi vật chuyển động hình chiếu của nó trên các trục toạ độ cũng di chuyển theo. Tiếp theo chúng ta sẽ xác định chuyển động thực của các phần tử nước dựa vào các phương trình chuyển động thành phần. Từ các phương trình chuyển động theo phương ngang và phương thẳng đứng các em hãy xác định phương trình quỹ đạo của chuyển động thực? HS: y g 2 x 2v02 (26) GV: Từ phương trình (26) hãy nhận xét về quỹ đạo chuyển động của từng phần tử nước? HS: Quỹ đạo chuyển động của từng phần tử nước là một nửa đường Parabol. GV: Kết quả này phù hợp với quan sát của các em lúc đầu, chuyển động cong của từng phần tử nước là một Parabol. Sau đó GV khái quát: Chúng ta thấy rằng chuyển động của vật ném ngang có thể được phân tích thành các chuyển động thành phần theo 2 phương độc lập để nghiên cứu một cách riêng rẽ. Sau khi tổng hợp các lời giải riêng biệt ta sẽ tìm được lời giải đầy đủ cho chuyển động thực. Kết quả cuối cùng ta sẽ tìm được phương trình quỹ đạo của vật ném ngang là một nửa đường Parabol. 49 GV đặt vấn đề tiếp: nhưng kết quả này liệu có phù hợp với thực tiễn? và làm thế nào để có thể kiểm nghiệm được kết quả này. Từ đó GV đưa ra BT 1, yêu cầu HS hoàn thành BT này. Bài 1: Trong lúc đang chơi đùa với một số chai nhựa đựng nước thì Nam vô tình phát hiện tia nước từ lỗ hở ở thân chai được phun ra không chạm đất ở vị trí sát mép chân bàn mà nó chạm đất ở một vị trí cách xa chân bàn. Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm quy luật chuyển động của tia nước? GV chia lớp thành 4 nhóm, yêu cầu HS thảo luận để thiết kế các phương án thí nghiệm kiểm nghiệm quy luật chuyển động của tia nước Sau khi tổ chức cho HS thảo luận nhóm và báo cáo kết quả, GV phân tích khả năng có thể thực hiện được của từng phương án thiết kế, thống nhất phương án thiết kế tối ưu nhất của cả lớp. Sau đó yêu cầu HS nêu các bước tiến hành thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm. HS: Tiến hành thảo luận, báo cáo kết quả, tiến hành thí nghiệm theo sự hướng dẫn của GV. Sau đó GV khẳng định lại kết quả thí nghiệm: Quỹ đạo của tia nước là một nửa đường Parabol. Như vậy kết quả mà chúng ta kiểm nghiệm bằng thí nghiệm phù hợp với lí thuyết. Khi nghiên cứu chuyển động của vật ném ngang ta cần xác định phương trình chuyển động, phương trình quỹ đạo, thời gian rơi, tầm ném xa.Vấn đề là làm thế nào để xác định được hai yếu tố còn lại? GV đưa ra bài tập 2 để định hướng cho HS xác định thời gian chuyển động của vật bị ném ngang: Bài 2: Thời gian rơi của viên bi được ném theo phương ngang bằng thời gian rơi của viên bi rơi tự do ở cùng độ cao. Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm tra nhận định trên. 50 Sau khi HS giải được BT này dưới sự định hướng của GV thì HS tự rút ra được kết luận: thời gian rơi của viên bi được ném theo phương ngang bằng thời gian rơi của viên bi rơi tự do ở cùng độ cao và HS sẽ tìm được công thức: t 2h . g GV: Khi viên bi M dừng lại nghĩa là viên bi chạm đất thì hình chiếu Mx, My cũng dừng lại. Do đó thời gian chuyển động của viên bi bằng thời gian chuyển động thành phần.Trong bài toán này thời gian chuyển động của viên bi bằng thời gian rơi tự do. GV có thể dùng một đoạn video để kiểm chứng lại quỹ đạo chuyển động của vật, chứng minh thời gian rơi của hai viên bi là như nhau. GV: Tại điểm tiếp đất thì hình chiếu Mx đi được quãng đường xa nhất. Gọi L là tầm ném xa của vật khi đó L = Xmax Hãy xác định tầm ném xa của vật dựa vào các phương trình chuyển động thành phần đã tìm được HS: L = Xmax = v0 t = v0 2h g GV: Theo các em, vận tốc ném ngang có vai trò gì đối với chuyển động của vật? HS: Đối với chuyển động ném ngang vận tốc ban đầu theo phương ngang không quyết định thời gian rơi của vật mà chỉ ảnh hưởng tới tầm ném xa của vật GV đưa ra bài tập 5 để cho HS kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm ném xa vào vận tốc ban đầu v0 của vật. Bài tập này rèn cho HS kĩ năng thiết kế các phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm để kiểm nghiệm kiến thức đã được học. 51 Bài 5: Hãy thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm bay xa của vật trong chuyển động ném ngang vào vận tốc ban đầu v0 của vật. GV: Chia lớp thành 4 nhóm, yêu cầu HS thảo luận tìm ra phương án thiết kế tối ưu mà có thể thực hiện được. GV định hướng, gợi ý, thống nhất kết quả thảo luận của HS. Sau đó hướng dẫn HS tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm. Trong phần kết luận, vận dụng kiến thức và định hướng hoạt động tiếp theo cho HS ở cuối tiết học, GV củng cố lại nội dung trọng tâm của bài học. Sau đó đưa ra BT 7, yêu cầu HS hoàn thành BT 7: Bài 7: Sử dụng kiến thức về chuyển động ném ngang đã được học hãy giải thích: a) Tại sao phần đập tràn của nhà máy thuỷ điện ở phía hạ lưu được xây theo dạng cong cong như hình vòi nước? b) Tại sao con khỉ bắt được quả chuối trong trường hợp một người đứng trên bục cao trong vườn thú ném quả chuối theo phương ngang về phía con khỉ. Giả thiết rằng khi người bắt đầu ném quả chuối thì con khỉ buông tay rơi xuống. Biết quả chuối được cung cấp vận tốc ban đầu sao cho phương của v0 đi qua vị trí ban đầu của con khỉ. Sau đó yêu cầu HS nêu một số ví dụ về chuyển động ném ngang thường gặp trong đời sống. GV có thể sử dụng bài tập 6 để giao nhiệm vụ về nhà cho HS. 52 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Trong chương này, chúng tôi đã vận dụng cơ sở lí thuyết của chương 1 để xây dựng các BTVL có nội dung thực tiễn và soạn thảo tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 cụ thể như sau: Tìm hiểu mục tiêu kiến thức, kĩ năng về chuyển động ném ngang và nội dung kiến thức khi dạy học về chuyển động ném - Vật lí 10, để từ đó xác định các BT cần thiết phải xây dựng trong quá trình dạy kiến thức này. Nêu được các yêu cầu của việc xây dựng BTVL có nội dung thực tiễn. Lựa chọn, xây dựng được hệ thống bài tập về chuyển động ném và nêu được cách sử dụng chúng trong mỗi quá trình của tiến trình dạy học. Nêu ra được các câu hỏi định hướng tư duy của HS trong quá trình giải BT và nêu được lời giải của BT đó. Soạn thảo được tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 theo tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong đó có sử dụng các bài tập đã xây dựng. Chúng tôi sử dụng những BT về chuyển động ném ngang để dạy học phần kiến thức về chuyển động ném ngang. Các BT về chuyển động ném xiên sẽ được sử dụng khi dạy bài 18: “Chuyển động của vật bị ném” - Vật lí 10 nâng cao. 53 CHƯƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Do hạn chế về thời gian, chúng tôi chỉ đề xuất cách thức dự kiến tiến hành thực nghiệm sư phạm bao gồm các nội dung sau: 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm Sử dụng các BTVL có nội dung thực tiễn về chuyển động ném mà chúng tôi đã xây dựng được để dạy học kiến thức về chuyển động ném - Vật lí 10. Hướng dẫn HS lớp 10 xây dựng kiến thức về chuyển động ném ngang theo tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS góp phần nâng cao chất lượng dạy học. 3.2. Nội dung thực nghiệm sư phạm Việc tổ chức thực nghiệm sư phạm bao gồm: Sử dụng các BTVL có nội dung thực tiễn về chuyển động ném. Xây dựng các kiến thức về chuyển động ném ngang trong bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10. 3.3. Đối tượng thực nghiệm sư phạm Trong khoá luận này, chúng tôi chỉ đề cập đến quá trình dạy và học về chuyển động ném của HS lớp 10 THPT. 3.4. Phương pháp thực nghiệm  Chuẩn bị thực nghiệm a. Chọn giáo viên thực nghiệm Trước khi dạy phần kiến thức liên quan đến chuyển động ném, chúng tôi sẽ trao đổi trực tiếp với các giáo viên trong tổ vật lí của một số trường THPT và chọn giáo viên cùng tham gia giảng dạy thực nghiệm. Giáo viên tham gia dạy thực nghiệm là giáo viên có trình độ chuyên môn nghiệp vụ vững vàng, có trách nhiệm cao và dạy ít nhất hai lớp 10 theo chương trình 54 chuẩn. Chúng tôi sẽ trao đổi với nhau về nhiệm vụ, mục đích và nội dung thực nghiệm. b. Chọn lớp thực nghiệm Chúng tôi sẽ chọn ra bốn lớp (mỗi lớp có khoảng 40-50 học sinh), hai lớp đối chứng và hai lớp thực nghiệm với trình độ nhận thức của học sinh gần như tương đương nhau không chỉ đối với môn vật lí mà còn cả các môn tự nhiên khác.  Quá trình tiến hành thực nghiệm sư phạm Lớp thử nghiệm và đối chứng được giảng dạy trong cùng thời gian học kì I, cùng nghiên cứu nội dung kiến thức về chuyển động ném. Quá trình thực nghiệm sư phạm được tiến hành hai vòng. Mỗi vòng tiến hành ở hai lớp, một lớp đối chứng và một lớp thưc nghiệm. Ở lớp đối chứng giáo viên sử dụng những BT, giáo án mà họ thường sử dụng. Ở lớp thực nghiệm sẽ sử dụng hệ thống kiến thức mà chúng tôi đã soạn thảo. Tiến hành dự giờ, theo dõi, ghi chép, nhận xét cách tổ chức hoạt động học tập của HS trong từng tiết học trên lớp, mỗi tiết chúng tôi trao đổi với giáo viên hướng dẫn để bổ sung, điều chỉnh tiến trình dạy học như đã dự kiến và rút kinh nghiệm kịp thời cho những tiết sau. Chúng tôi còn trực tiếp trao đổi với HS sau mỗi tiết học nhằm kiểm nghiệm những nhận xét của mình về tiết học. Chúng tôi chú trọng đến cách tổ chức các hoạt động nhận thức tự lực, sáng tạo, cách trao đổi, thảo luận, để khẳng định kiến thức của mình và vận dụng kiến thức vào thực tiễn. 55 PHẦN III. KẾT LUẬN Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và bắt tay vào thực hiện đề tài thì đề tài “Xây dựng bài tập vật lí có nội dung thực tiễn để sử dụng trong dạy học “Chuyển động ném” - Vật lí 10” đã được hoàn thành và chúng tôi đã thu được những kết quả như sau:  Tìm hiểu cơ sở lí luận về dạy học BTVL theo hướng phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo của HS, lí luận về dạy học giải quyết vấn đề trong đó đặc biệt quan tâm đến các biểu hiện của sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS khi giải BT. Đồng thời cũng tìm hiểu cơ sở lí luận về việc xây dựng BTVL, việc soạn thảo hệ thống BT và việc sử dụng các BT trong các tiết học vật lí.  Tìm hiểu mục tiêu kiến thức, kĩ năng về chuyển động ném ngang và nội dung kiến thức khi dạy học về chuyển động ném - Vật lí 10, để từ đó xác định các BT cần thiết phải xây dựng trong quá trình dạy kiến thức này.  Lựa chọn, xây dựng được hệ thống bài tập về chuyển động ném và nêu ra được cách sử dụng chúng trong mỗi giai đoạn của tiến trình dạy học.  Soạn thảo được tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 trong đó có sử dụng các bài tập đã xây dựng.  Thiết kế, chế tạo được một số dụng cụ thí nghiệm đơn giản để sử dụng trong các BT đã đề xuất.  Một cách cơ bản đã nắm rõ trình tự thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học. Đề tài “Xây dựng bài tập vật lí có nội dung thực tiễn để sử dụng trong dạy học “Chuyển động ném” - Vật lí 10” là một đề tài mang tính thực tiễn. Nếu có thể tiến hành vận dụng những kết quả nghiên cứu của đề tài vào việc giảng dạy ở trường trung học phổ thông thì có thể phát huy được tính tích cực 56 và phát triển năng lực sáng tạo của HS. Những kết quả nghiên cứu của đề tài có thể một phần nào đó sẽ giúp HS có cái nhìn toàn diện hơn về thế giới xung quanh, biết vận dụng linh hoạt những kiến thức lí thuyết khô khan để giải thích thế giới. Nếu có cơ hội được nghiên cứu tiếp, chúng tôi sẽ khai thác đề tài theo hướng tiếp cận các dạng khác của chuyển động cơ học. Khi đó chắc chắn rằng, chúng tôi sẽ có cái nhìn đầy đủ, toàn diện hơn về việc xây dựng và sử dụng các bài tập có nội dung thực tiễn trong dạy học. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lương Duyên Bình (chủ biên), Nguyễn Xuân Chi, Tô Giang, Vũ Quang, Bùi Gia Thịnh, SGK Vật lí 10, Nxb Giáo dục, 2006. 2. Trần Thuý Hằng, Đào Thị Thu Thuỷ, Thiết kế bài giảng vật lí 10, Nxb Hà Nội. 3. Ngô Văn Khoát, Nguyễn Đức Minh, Quan sát và giải thích hiện tượng vật lí, Nxb Giáo dục Việt Nam, 2010. 4. Nguyễn Thế Khôi, Lí luận dạy học vật lí, Nxb Đại học Sư phạm. 5. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế, Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, Nxb Đại học Sư phạm, 2002. 6. Đặng Thị Thu Thuỷ, Xây dựng và hướng dẫn học sinh lớp 10 THPT giải hệ thống bài tập chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 nâng cao theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề, luận văn Thạc sĩ khoa học Giáo dục, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2011. 7. Phạm Hữu Tòng, Bài tập về phương pháp dạy bài tập vật lí, Nxb Giáo dục, 1994. 8. Đỗ Hương Trà, Phạm Gia Phách, Dạy học bài tập Vật lí ở trường phổ thông, Nxb Đại học Sư phạm, 2009. 58 PHỤ LỤC Một số hình ảnh về thiết bị dạy học tự làm được sử dụng trong các BT. Hình 12. Thí nghiệm kiểm nghiệm dạng quỹ đạo của tia nước là một nửa đường Parabol. 2 1 Hình 13. Mô hình súng trường (dùng để ngắm bắn). 1. Đầu ruồi 2. Khe thước ngắm. [...]... khi d y học về chuyển động ném - Vật lí 10, để từ đó xác định các BT cần thiết phải x y dựng trong quá trình d y kiến thức n y - X y dựng các BT có nội dung thực tiễn về chuyển động ném - Soạn thảo tiến trình d y học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 theo kiểu d y học giải quyết vấn đề, trong đó có sử dụng BT đã x y dựng 6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài Để thực hiện được các. .. dụng phương pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu sách, báo, tài liệu tham khảo để x y dựng cơ sở lí luận của đề tài, các căn cứ cho những đề xuất về tiến trình d y học - Phương pháp quan sát sư phạm - Phương pháp điều tra cơ bản 7 Đóng góp của khóa luận - X y dựng được các bài tập có nội dung thực tiễn về chuyển động ném - Soạn thảo được tiến trình d y học bài 15: “Bài toán về chuyển... sử dụng trong d y học “Chuyển động ném” - Vật lí 10” làm đề tài nghiên cứu của mình 2 Mục đích nghiên cứu của đề tài - X y dựng bài tập vật lí có nội dung thực tiễn về chuyển động ném Vật lí 10 - Soạn thảo tiến trình d y học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 trong đó có sử dụng các BT đã x y dựng theo tiến trình d y học giải quyết vấn đề 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề... Theo phương thẳng đứng Oy: y  gt 2 2 (11) - Phương trình quỹ đạo: y  - g 2 x 2v02 (12) Phương trình vận tốc:  Theo phương nằm ngang Ox: vx  v0x  v0 (13)  Theo phương thẳng đứng Oy: v y  gt (14) 24  Các giai đoạn nghiên cứu chuyển động ném ngang: thay vì nghiên cứu chuyển động cong phức tạp ta nghiên cứu chuyển động của hai hình chiếu của vật trên hai trục toạ độ: trục Ox nằm ngang, theo phương. .. được sử dụng trong cả chương trình ngoại khóa Trong các hình thức y, BTVL được sử dụng nhiều hơn cả trong hai loại tiết học đó là: nghiên cứu tài liệu mới và luyện tập giải BT 1.3.2.1.Tiết học nghiên cứu tài liệu mới Tiết học nghiên cứu tài liệu mới là tiết học trong đó HS thu được cái mà họ chưa biết từ trước đến nay hoặc chưa biết một cách rõ ràng, chính xác Nói cách khác, đó là tiết học mà HS thu... tài - Quá trình d y và học về chuyển động ném - Vật lí 10 - Các BTVL có nội dung thực tiễn được sử dụng trong quá trình d y học về chuyển động ném - Vật lí 10 4 Giả thuyết khoa học của đề tài Nếu vận dụng quan điểm d y học phát hiện và giải quyết vấn đề để x y dựng các BT có nội dung thực tiễn và sử dụng chúng trong tiến trình d y học 3 về chuyển động ném - Vật lí 10 thì có thể phát huy được tính tích... thú học tập và phương pháp nghiên cứu khoa học cho người học Đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của các hiện tượng vật lí được trình b y dưới dạng các tình huống vấn đề Do đó, nếu các bài tập được GV lựa chọn một cách cẩn thận có thể tối đa hóa khả năng nhận thức và tính tò mò của HS thay vì những bài tập chỉ đòi hỏi áp dụng một cách đơn giản các công thức, định luật Các bài tập n y sẽ rèn luyện... vật lí Trong thực tiễn d y học, BTVL là một vấn đề không lớn mà trong trường hợp tổng quát được giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở các định luật và phương pháp vật lí, [5] Thông thường trong sách giáo khoa và tài liệu lí luận d y học bộ môn, người ta hiểu những BTVL là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ y u là nghiên cứu các hiện...kết hợp với các nội dung khác khác như: va chạm, chuyển động tương đối, chuyển động trong điện trường đều Chúng tôi còn nhận th y rằng việc d y học vật lí ở trường phổ thông chủ y u mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu tài liệu lí thuyết trên lớp HS rất ít khi được quan sát hay tiến hành các thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức lí thuyết đã được học Bằng việc giải các BT có nội dung thực tiễn,... gt 2 - Phương trình quỹ đạo: y  (tg)x  g x2 2 2v cos  2 0 (2) (3) - Phương trình vận tốc:  Theo phương nằm ngang Ox: vx  v0x  v0cos (4)  Theo phương thẳng đứng Oy: v y  v0 sin   gt (5) 22  Các giai đoạn nghiên cứu chuyển động ném xiên: thay vì nghiên cứu chuyển động cong phức tạp ta nghiên cứu chuyển động của hai hình chiếu của vật trên hai trục toạ độ: trục Ox nằm ngang, theo phương ngang ... dụng phương pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu sách, báo, tài liệu tham khảo để x y dựng sở lí luận đề tài, cho đề xuất tiến trình d y học - Phương pháp quan sát sư phạm - Phương. .. thực tiễn chuyển động ném - Soạn thảo tiến trình d y học 15: “Bài toán chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 theo kiểu d y học giải vấn đề, có sử dụng BT x y dựng Phương pháp nghiên cứu đề tài Để... Chúng nhận th y việc d y học vật lí trường phổ thông chủ y u dừng lại nghiên cứu tài liệu lí thuyết lớp HS quan sát hay tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức lí thuyết học Bằng việc giải BT