Dạy học những ứng dụng kĩ thuật trong vật lý

Dạy học những ứng dụng kĩ thuật trong vật lý

Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh Khoa Vật lý Seminar Thiết kế dạy Vật lý Đề tài: D ọc ứng dụng kĩ t uật Vật lý Sin viên t ực đề tài: Nguyễn Lê Anh Nguyễn Ngọc Phương Dung Nguyễn Tố Ái Trịnh Ngọc Diểm Trần Hữu Cầu Giảng viên ướng dẫn: Mai Hoàng Phương Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Lời mở đầu “Kiến thức chết cứng, trường học phục vụ sống” - Albert Einstein - Một nhiệm vụ trường phổ thông đào tạo người mới, người lao động có tri thức có lực thực hành, tự chủ động sáng tạo, sẵn sàng tham gia lao động sản xuất hoạt động xã hội,… Nguyên tắc kĩ thuật tổng hợp đảm bảo cho nhà trường gắn liền với thực tế sống, với sản xuất – xã hội, học đôi với hành; Nó có ý nghĩa đặc biệt, quy định cấu trúc học vấn phát triển toàn diện người học sinh Sự tiến không ngừng khoa học công nghệ ảnh hưởng trực tiếp đến nguyên tắc, chức kĩ thuật, chức sản xuất chức lao động người Khoa học kĩ thuật trở thành lực lượng sản xuất trực tiếp, tiền đề vật chất đẩy nhanh phát triển kinh tế xã hội loài người Vai trò người sản xuất đại quy việc kiểm tra, điều khiển hệ thống sản xuất tự động, quản lý điều chỉnh mối quan hệ yếu tố kinh tế – xã hội,… Điều đòi hỏi người phải có trình độ kiến thức tổng hợp, toàn diện, đồng thời có chuyên môn sâu lĩnh vực nghề nghiệp Môn Vật lý với đặc điểm phương pháp riêng đóng vai trò việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý có vai trò to lớn việc hình thành kiến thức Vật lý kĩ giải vấn đề học sinh Nhóm tác giả Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý I Giáo dục kĩ t uật tổng hợp d y học Vật lý Nội dung giáo dục kĩ t uật tổng hợp d y học Vật lý Vật lý gắn bó mật thiết với khoa học công nghệ, sở nhiều ngành kĩ thuật sản xuất, sở nội dung giáo dục kĩ thuật tổng hợp Trong dạy học Vật lý cần làm cho học sinh hiểu nắm vững vấn đề sau: a Những nguyên tắc khoa học, kĩ thuật công nghệ bản, chung trình sản xuất Trong trình dạy học Vật lý, cần phân tích để làm sáng tỏ nguyên tắc Vật lý hoạt động thiết bị khác nhau, nguyên lý điều khiển máy, phương tiện kĩ thuật, thiết bị thông tin liên lạc, thiết bị quang học,… Giới thiệu để học sinh hiểu sở lượng học, kĩ thuật điện tử học kĩ thuật tính toán, kĩ thuật nhiệt, kĩ thuật liên quan đến quốc phòng,… Các nguyên lí bảo toàn, nguyên lí cực tiểu, nguyên lí nổi, bay,… Nguyên lí chế tạo, sử dụng công cụ lao động, thiết kế chế tạo dụng cụ thí nghiệm, mẫu sản phẩm, vật dụng,… Qua việc nghiên cứu khả năng, hình thức phương pháp ứng dụng định luật lí thuyết Vật lý cần cho học sinh hiểu nắm nguyên lý khoa học chung trình sản xuất như: Quá trình sản xuất khí, sản xuất tự động, trình sản xuất gia công vật liệu, sản xuất, truyền tải sử dụng điện năng,… Bằng việc thực thí nghiệm Vật lý, giải toán kĩ thuật, tổ chức tham quan, ngoại khóa,… cần bồi dưỡng tri thức, kĩ tổ chức lao động khoa học quản lý kinh tế – kĩ thuật, đồng thời cho học sinh hiểu biết thêm nguyên lý kĩ thuật chung, hiểu đối tượng lao động, công cụ lao động sức lao động trình sản xuất xã hội b Các phương hướng tiến khoa học – kĩ thuật Cùng với việc chiếm lĩnh nguyên lý khoa học, kĩ thuật công nghệ, cần làm cho học sinh lĩnh hội vấn đề kinh tế – xã hội kĩ thuật, phương hướng tiến khoa học – kĩ thuật, bao gồm: Các yếu tố cấu trúc hệ kĩ thuật, nguyên tắc chức kĩ thuật mới, sở tiến khoa học công nghệ, phương pháp sản xuất Ví dụ: Nghiên cứu đối tượng trình kĩ thuật vật dẫn, điện môi, nam châm điện, máy biến thế, thiết bị điện khác nhau,… Giáo viên cần phân tích rõ dạng sản xuất máy móc vật liệu tương ứng loại vật liệu điện, dụng cụ, thiết bị điện tử,… Từ đó, cho thấy xu hướng tiến kĩ thuật chúng, điện tử học điện kĩ thuật, sở trình sản xuất bán tự động tự động,… Các tư tưởng khoa học đại xu hướng phát triển kĩ thuật công nghệ sản xuất như: Cơ khí hóa sản xuất quốc dân, sản xuất truyền tải điện năng, sản xuất gia công vật liệu mới, sử dụng lượng nguyên tử, tự động hóa sản xuất, quang cụ kĩ thuật đo lường, điện tử tin học,… Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Việc giới thiệu đặc điểm, phương hướng phát triển số ngành nghề kinh tế quốc dân, tiến khoa học – kĩ thuật dự báo nhu cầu thời đại,… có ý nghĩa to lớn việc bồi dưỡng tri thức, chuẩn bị sở tâm lý hướng nghiệp cho học sinh c Rèn luyện kĩ thói quen thực hành Rèn luyện kĩ sử dụng dụng cụ thí nghiệm Vật lý, công cụ sản xuất phổ biến như: Hệ thống thao tác đo đạc, đọc giá trị, lựa chọn dụng cụ với cấp độ xác thích hợp,… quy tắc lắp ráp, kiểm tra, vận hành bảo quản thiết bị, động cơ, máy móc,… Cần cho học sinh hiểu chất Vật lý cấu trúc kĩ thuật, làm quen với việc thực yêu cầu kĩ thuật kế hoạch làm việc Rèn luyện kĩ tính toán, sử dụng vẽ, đồ thị, tự thiết kế chế tạo dụng cụ, mô hình phục vụ học tập, giải toán kĩ thuật,… nhằm phát triển lực sáng tạo rèn luyện thói quen thực hành cho học sinh Việc vận dụng kiến thức Vật lý vào giải nhiệm vụ kĩ thuật rèn luyện kĩ yếu tố cần thiết để rèn luyện tác phong làm việc khoa học, xây dựng ý thức thói quen thực hành, bồi dưỡng lực hoạt động thực tiễn cho học sinh Các biện p áp giáo dục kĩ t uật tổng hợp d y học Vật lý a Giảng dạy kiến thức Vật lý đảm bảo tính hệ thống, vững chắc, liên hệ chặt chẽ với kĩ thuật, sản xuất đời sống Việc lựa chọn tài liệu học tập có giá trị khoa học lớn có xu hướng thực tiễn, đặc biệt kĩ thuật công nghệ cho đề tài, học Vật lý cần thiết, muốn vận dụng kiến thức khoa học vào thực hành điều trước tiên phải hiểu nắm vững kiến thức Muốn giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh làm cho họ nắm vững hệ thống kiến thức Vật lý mà nhận thức nguyên lý kĩ thuật bản, thấy đường vận dụng định luật vào cấu trúc hoạt động máy móc, dụng cụ Việc lựa chọn giải toán kĩ thuật, việc mở rộng học điều kiện sản xuất cụ thể, với số liệu kĩ thuật xác định, cho phép học sinh làm quen với tình sản xuất, với hoạt động kinh tế – kĩ thuật địa phương, từ rèn luyện kĩ cần thiết phát triển tư kĩ thuật cho họ b Lựa chọn phương pháp dạy học góp phần phát triển lực sáng tạo kĩ thuật học sinh Sử dụng rộng rãi sơ đồ, mô hình, thiết bị kĩ thuật, phim, video trình sản xuất kĩ thuật,… Chỉ rõ cho học sinh hiểu nguyên lí khoa học – kĩ thuật trình sản xuất, tiến khoa học – kĩ thuật – công nghệ Giải tập có nội dung kĩ thuật sản xuất Tổ chức sưu tầm, lựa chọn giải tập có tính kĩ thuật, số liệu rút từ sản xuất địa phương, phù hợp với thực tế… Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Cho học sinh tìm hiểu, sưu tập chuẩn bị báo cáo bổ sung cho học, trao đổi nhóm, tổ chức hoạt động ngoại khóa Tham gia nghiên cứu thiết kế chế tạo cải tiến dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, mô hình phục vụ học tập,… Tổ chức học Vật lý trường, sở sản xuất, trung tâm khoa học kĩ thuật với nội dung hình thức phù hợp Học sinh nghiên cứu nguyên tắc Vật lý máy móc, dụng cụ mà trực tiếp thấy rõ trình sản xuất thực tế hoạt động thiết bị, máy móc c Tăng cường công tác thực hành, làm thí nghiệm Vật lý rèn luyện kĩ thực hành cho học sinh Thí nghiệm thực hành Vật lý có ý nghĩa đặc biệt quan trọng không rèn luyện kĩ sử dụng dụng cụ đo lường, đọc vẽ sơ đồ kĩ thuật, tính toán mà hình thành thói quen thực hành, rèn luyện tác phong làm việc khoa học cho học sinh Song song với công tác thực nghiệm lớp phòng thí nghiệm, cần thiết cho học sinh làm tập nhà, tập thực hành bắt buộc tự chọn có nội dung kĩ thuật d Giới thiệu phương hướng phát triển tiến khoa học kĩ thuật Tùy theo đặc điểm yêu cầu học Vật lý, đề tài cụ thể, cần giới thiệu cho học sinh hiểu biết phương hướng phát triển sau: Cơ học sở phát triển ngành kĩ thuật khí, Vật lý phân tử nhiệt học sở phát triển ngành gia công vật liệu mới, Điện học sở phát triển ngành Kĩ thuật điện Điện tử…cùng dạng sản xuất, đối tượng trình kĩ thuật tương ứng Việc giới thiệu tiến khoa học – kĩ thuật thong tin phát triển kinh tế, kĩ thuật cảu đất nước địa phương có tác dụng củng cố niềm tin, kích thích hứng thú học tập, sở định hướng nghề nghiệp cho học sinh e Tổ chức hoạt động tham quan, ngoại khóa Vật lý – kĩ thuật Tổ chức tham quan sở sản xuất, trung tâm nghiên cứu ứng dụng tiến kĩ thuật, cho phép học sinh làm quen với thực tế tổ chức sản xuất, trình công nghệ, hoạt động thiết bị máy móc Việc tổ chức sinh hoạt nhóm ngoại khóa, học sinh sưu tập, nghiên cứu sách báo, tạp chí kĩ thuật, nghe báo báo cáo khoa học, thi sáng tạo kĩ thuật, trò chơi Vật lý có tác dụng rèn luyện kĩ thực hành, phát triển hứng thú lực sáng tạo kĩ thuật học sinh II Ứng dụng kĩ t uật Vật lý K niệm ứng dụng kĩ t uật Vật lý Các ứng dụng định luật, nguyên lý, hiệu ứng,… Vật lý kĩ thuật đời sống (gọi ứng dụng kĩ thuật) hiểu đối tượng, thiết bị máy móc (hoặc hệ thống đối tượng thiết bị máy móc) chế tạo sử dụng với mục đích kĩ thuật đời sống mà nguyên tắc hoạt động chúng dựa định luật, nguyên lý, hiệu ứng Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Với quan niệm ứng dụng kĩ thuật chương trình Vật lý phổ thông có nhiều ứng dụng kĩ thuật nghiên cứu Ví dụ như:  Các máy phát điện, động điện, relay điện từ,… mà nguyên tắc hoạt động dựa tượng điện từ  Máy ảnh, kính hiển vi, kính thiên văn, kính lúp,… ứng dụng quy luật đường tia sáng qua lăng kính, gương, thấu kính (sự tạo ảnh qua lăng kính, gương, thấu kính) Vai trò việc nghiên cứu ứng dụng kĩ t uật d y học Vật lý Xét ứng dụng kĩ thuật không áp dụng định luật Vật lý mà cần phải có đề xuất giải pháp đặc biệt để làm cho tượng Vật lý có hiệu cao, cho thiết bị sử dụng thuận tiện đời sống sản xuất Để đạt mục đích nghiên cứu, học sinh phải vận dụng định luật Vật lý vừa thiết lập mà phải vận dụng tổng hợp hiểu biết, kinh nghiệm nhiều lĩnh vực khác Vật lý Học sinh làm quen với nguyên lý chủ yếu ngành sản xuất chính, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo cần thiết lao động sản xuất, việc sử dụng công cụ đơn giản lao động sản xuất Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật Vật lý cầu nối lý thuyết thực tiễn, học Vật lý đời sống Xét phương diện dạy học việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật giai đoạn củng cố định luật (hay nguyên lý, hiệu ứng, ) Vật lý thông qua việc vận dụng trường hợp cụ thể Bởi ứng dụng kĩ thuật thiết kế chế tạo dựa định luật, nguyên lý Vật lý, dựa sở hiểu sâu sắc chúng hiểu thiết bị hoạt động nguyên tắc nào, chế tạo, thiết kế thiết bị ứng dụng kĩ thuật Qua hiểu biết học sinh kiến thức Vật lý sâu sắc, mềm dẻo Đồng thời, nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật tạo điều kiện xác lập tính thống trừu tượng (định luật, nguyên lý, khái niệm,…) cụ thể (các ứng dụng kĩ thuật) Trong trình nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật, học sinh làm quen dần với việc tự lực chuyển kiến thức học (định luật, nguyên lý,… Vật lý) vào tình (giải thích hoạt động ứng dụng kĩ thuật hay đưa dự án thiết kế ứng dụng kĩ thuật) thông qua hoạt động học sinh như: Mô tả giải thích ngôn ngữ nói, viết; thực thao tác kĩ thuật từ mức đơn giản lắp ráp theo sơ đồ có sẵn đến mức cao tự đề xuất, chọn lựa phương án thiết kế tối ưu ứng dụng kĩ thuật Qua góp phần làm tư ngôn ngữ, óc sáng tạo Vật lý – kĩ thuật học sinh phát triển Bằng việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật để vai trò ngày tăng việc áp dung Vật lý học vào công nghiện sản xuất đại, phát triển cao (như kĩ thuật Laze, Vật lý nguyên tử hạt nhân, vũ trụ học, thông tin liên lạc,…) qua học sinh thấy đươc ý nghĩa to lớn việc phát minh định luật nguyên lý Vật lý ứng dụng quan trọng chúng sống hàng ngày; họ tin tưởng hứng thú học tập, thói quen yêu lao động, quý trọng người lao động củng cố phát triển Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Bản chất việc ng iên cứu ứng dụng kĩ t uật Vật lý d y học Dạy học ứng dụng kĩ thuật thông qua việc phân tích thí dụ kĩ thuật cần phải quan tâm đến việc làm sáng tỏ nguyên tắc Vật lý hoạt động thiết bị Vật lý khác Khi biết nguyên tắc hoạt động số loại thiết bị học sinh tìm thấy ứng dụng chúng máy khác, phân tích ưu nhược điểm dụng cụ khác Ở giáo viên nên sử dụng rông rãi sơ đồ, đồ án, hình vẽ kĩ thuật, nghĩa nói với học sinh ngôn ngữ kĩ thuật Kết việc học sinh nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật Vật lý phải lĩnh hội vững khái quát hóa kĩ thuật Trong việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật, học sinh tìm hiểu lĩnh vực kĩ thuật chủ yếu nắm sở Vật lý đối tượng kĩ thuật khác qui trình công nghệ sản xuất Những hiểu biết nhằm mối quan hệ tương đối gắn bó phát triển Vật lý kĩ thuật phát triển xã hội Theo phân tích cho thấy Vật lý coi tảng kĩ thuật Tuy nhiên thực tế, kĩ thuật có vai trò thúc đẩy nghiên cứu khoa học, thực công nghiệp hóa khoa học Vật lý, tạo phương tiện kĩ thuật để nghiên cứu Vật lý Việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật Vật lý dạy học thực chất việc “sắp xếp” kiến thức Vật lý mối quan hệ khác nhau, mối liên hệ có tính chất Vật lý kĩ thuật Thông qua việc nghiên cứu cấu tạo, hoạt động thiết bị kĩ thuật, học sinh xác định mối quan hệ có tính qui luật Vật lý tồn hoạt động thiết bị, giải thích hoạt động sở định luật, nguyên lý Vật lý biết Trong ứng dụng kĩ thuật Vật lý, kiến thức Vật lý cụ thể hóa điều kiện xác định Các lo i mô ìn t ường sử dụng d y học ứng dụng kĩ thuật: Trong dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý thường sử dụng hai loại mô hình: mô hình vật chất chức mô hình hình vẽ (mô hình ký hiệu) Qua việc tìm hiểu sở lý luận việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật chương trình Vật lý phổ thông việc nghiên cứu vai trò mô hình dạy học Vật lý cho thấy mô hình cần thiết nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật, mô hình tạo điều kiện cho trình tư dễ thành công  Mô hình hình vẽ: Là dạng mô hình ký hiệu, loại mô hình lý tưởng Mô hình hình vẽ có chức năng:  Để mô tả nét cấu trúc vật thể hay cấu kĩ thuật lược bỏ chi tiết kĩ thuật không cần thiết (ví dụ: hình vẽ máy ảnh, hình vẽ cách bố trí thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng,…) Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý  Sơ đồ hóa ký hiệu chuyên biệt thiết bị (ví dụ: hình vẽ sơ đồ mạch điện, sơ đồ máy thu…)  Để biểu diễn giai đoạn khác trình diễn biến tượng (ví dụ: giai đoạn động đốt trong), từ hình vẽ suy dự đoán tượng giống ta thao tác mô hình Ưu nhược điểm sử dụng mô hình vẽ:  Ưu điểm: Có thể đại diện cho vật gốc số mặt, nhờ mà sử dụng mô hình để dự đoán giải thích số tượng (chẳng hạn sử dụng mô hình hình vẽ để dự kiến thiết kế thiết bị quang học đòi hỏi đáp ứng yêu cầu cho trước Ví dụ: để quan sát vật từ xa phải dùng ống kính dài kính thiên văn quan sát vật xa dùng ống kính ngắn ống nhòm Dựa mô hình ta thiết kế chừng)  Nhược điểm: Mỗi mô hình phản ánh số tính chất định vật gốc Bởi mô hình có giới hạn ứng dụng suy hệ lý thuyết có không hoàn toàn phù hợp với thực tiễn Ví dụ: Mô hình đường truyền tia sáng qua thấu kính mà không kể đến tính chất quang sai thấu kính dựa mô hình ta tạo kính lúp, kính hiển vi có độ phóng đại lớn tùy ý Nhưng thấu kính thực tế gặp phải vấn đề quang sai hay tượng nhiễu xạ số phóng đại kính quang học có giới hạn Cho nên sử dụng mô hình có điều kiên giáo biên nên cho học sinh thấy giới hạn để tính trường hợp ngoại suy mô hình giới hạn ứng dụng dẫn đến sai lầm đáng tiếc không phù hợp thực tế  Mô hình vật chất ứng dụng kĩ thuật hoạt động đối tượng gốc (thực chức năng), tạo sử dụng với mục đích phương tiện nhận thức dùng sống Đặc điểm mô hình vật chất chức năng:  Được chế tạo để thay vật gốc mà nguyên tắc hoạt động dựa định luật, nguyên lý, hiệu ứng, tượng Vật lý (ví dụ: mô hình máy phát điện chế tạo thay cho máy phát điện xoay chiều pha, nguyên tắc hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ)  Trình tự hoạt động mô hình vật chất chức theo thời gian xảy giống trình tự hoạt động vật gốc (hơn chế tạo phân chia thành giai đoạn nhỏ tạo điều kiện cho việc giảng dạy) Do ta tách yếu tố riêng biệt đối tượng nghiên cứu giúp cho học sinh nhìn thấy đối tượng kĩ thuật mà thực tế thường bị che kín, quan sát trình động học xảy với nhịp điệu chậm hơn, tái lại trình nghiên cứu với số lần cần thiết, hình dung cụ thể đối tượng cảm giác  Ở mô hình vật chất chức vấn đề tối ưu hóa kĩ thuật, kinh tế chưa cần đặt Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Vai trò mô hình vật chất chức năng:  Mang tính trực quan mô hình hình vẽ Học sinh nhìn thấy phận đối tượng kĩ thuật mà hình vẽ không diễn tả hết cụ thể  Nghiên cứu đối tượng tượng kĩ thuật có điều kiện nhà trường  Khi mô hình vận hành phân chia thành giai đoạn tạo điều kiện cho học sinh thấy hoạt động thiết bị dễ phát mối quan hệ có tính qui luật  Minh họa trình hoạt động thực thiết bị Ưu, nhược điểm mô hình vật chất chức năng: Ưu điểm:     Mô hình vật chất chức (VCCN) đại diện vật gốc nên giúp ta hiểu rõ đối tượng nghiên cứu cách cụ thể Một mô hình VCCN dùng để dạy nhiều loại kiến thức khác Một mô hình VCCN phản ánh nhiều mặt vật gốc Dùng mô hình VCCN giúp học sinh hiểu cách nhanh chóng, cặn kẽ nguyên tắc hoạt động cấu tạo chế vận chuyển máy móc dụng cụ, hiểu cách trực quan tượng chế trừu tượng, trực tiếp quan sát Qua giúp học sinh hiểu sâu sắc tượng, định luật Vật lý ứng dụng thực tế chúng Mô hình VCCN đóng vai trò thí nghiệm kiểm tra giả thiết (dự án thiết kế ứng dụng kĩ thuật), nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật Vật lý Nhược điểm: Bên cạnh ưu điểm mô hình vật chất chức có số hạn chế sau:    III Có tính gần tạm thời Tuy phản ánh “vật gốc” thay hoàn toàn “vật gốc” mà có giá trị phương tiện, công cụ Mỗi mô hình có hiệu lực giới hạn nêu Các đường ng iên cứu ứng dụng kĩ t uật Vật lý d y học Xuất phát từ phân tích mặt chất việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật dạy học Vật lý cho phép ta xác định: việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật dạy học Vật lý trường phổ thông diễn theo đường sau: Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý  Con đường thứ nhất: sở có sẵn ứng dụng kĩ thuật (thiết bị, máy móc,…) nhiệm vụ học sinh nghiên cứu cấu tạo giải thích nguyên tắc hoạt động ứng dụng kĩ thuật sở định luật, nguyên lý… Vật lý biết  Con đường thứ 2: dựa định luật, nguyên lý… Vật lý biết, nhiệm vụ học sinh đưa phương án thiết kế thiết bị nhằm giải yêu cầu kĩ thuật  Dạy học ứng dụng kĩ thuật theo đường thứ nhất:  Thực chất giải bảo toàn “hộp trắng”: biết đầu vào, đầu ra, cấu tạo bên hộp, giải thích đầu vào này, nhờ thiết bị lại cho đâu vậy? để đưa lời giải thích đúng, điều quan trọng trước tiên học sinh phải xác định “điều cần phải giải thích” Ví dụ: Đối với việc nghiên cứu máy biến lớp điều cần giải thích là: nói hai đầu dây sơ cấp với hiệu điện xoay chiều thu hai đầu cuộn thứ cấp điện áp xoay chiều mạch hở dòng điện xoay chiều mạch kín (sgk lớp – 1996) Được định hướng từ “điều cần giải thích” này, học sinh tìm đường giải thích theo phương pháp tư điều kiện cụ thể qui định cấu tạo thiết bị Khó khăn học sinh là: từ cấu tạo ứng dụng kĩ thuật nghiên cứu vận hành phải phát mối quan hệ có chất Vật lý, mối quan hệ có tính qui luật Vật lý biết tồn đối tượng cụ thể nghiên cứu, trình đòi hỏi học sinh phải tiến hành thao tác tư phân tích, tổng hợp đặc biệt tư diễn dịch Để tạo điều kiện cho học sinh thực trình thành công việc giáo viên đưa mô hình thay cho đối tượng nghiên cứu có ý nghĩa Thường sử dụng mô hình dạng hình vẽ hay mô hình vật chất chức kết hợp hai Việc sử dụng mô hình vật chất chức mang tính chất trực quan Khi mô hình vận hành tạo điều kiện cho học sinh dễ dàng phát mối quan hệ Vật lý cách quy luật tiềm ẩn Hơn nữa, qua mô hình loại minh họa trình hoạt động thực thiết bị (ví dụ mô hình động điện chiều cho học sinh thấy cho dòng điện chiều chạy khung quan sát thấy khung dây quay thật sự) kích thích hứng thú học tập học sinh Con đường giải thích nguyên tắc hoạt động ứng dụng kĩ thuật bao gồm chuỗi quan hệ Vật lý theo logic nhân hay quan hệ Vật lý có tính qui luật (được phát biểu dạng định luật, nguyên lý…) có bao gồm hai Ví dụ: Khi giải thích nguyên tắc hoạt động máy biến quan hệ có tính nhân là:  Dòng điện cuộn dây sơ cấp cho lõi sắt bị nhiễm từ  Vì dòng điện từ hóa lõi sắt dòng điện xoay chiều nên từ trường lõi sắt từ trường biến đổi 10 Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Còn quan hệ có tính qui luật là:  Tù trường biến đổi xuyên qua cuộn dây thứ cấp tạo cuộn dây dòng điện cảm ứng xoay chiều (nếu mạch kín) hiệu điện xoay chiều (nếu mạch hở) Trên sở phân tích nêu cho thấy việc giảng dạy ứng dụng kĩ thuật theo đường thứ tiến hành theo bước sau:    Bước 1: Cho học sinh quan sát thiết bị gốc (nếu có thể) Trình bày mục đích sử dụng Bước 2: Nghiên cứu cấu tạo thiết bị gốc để đưa mô hình (có thể mô hình vẽ hay mô hình vật chất chức hai loại trên) Bước 3: Sử dụng mô hình để giải thích nguyên tắc hoạt động thiết bị sở vận dụng mối quan hệ nhân mối quan hệ có tính qui luật Vật lý biết Nếu bước đưa mô hình vật chất chức bước cần cho vận hành để minh họa nguyên lý hoạt động thiết bị  Dạy học ứng dụng kĩ thuật theo đường thứ 2: Nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật theo đường thứ thức chất làm nhiệm vụ thiết kế thiết bị có chức kĩ thuật dựa mối quan hế có tính nhân mối quan hệ có tính qui luật Vật lý biết Để việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật theo đường có hiệu mối quan hệ có tính qui luật Vật lý (định luật, nguyên lý) cần phải ôn tập kĩ lưỡng, sau giáo viên phải đặt nhiệm vụ nhận thức trước học sinh: Thiết kế chế tạo thiết bị có chức Xuất phát từ định luật, nguyên lý Vật lý khái quát để thiết kế thiết bị kĩ thuật đòi hỏi học sinh có trình độ tư diễn dịch tư Vật lý kĩ thuật cao Ở giáo viên cần ý rằng: trường hợp riêng định luật, nguyên lý Vật lý nghiên cứu (dùng làm sở để khái quát nên định luật) lại có ý nghĩa định hướng tốt đa số học sinh việc đề phương án thiết kế thiết bị Ví dụ: Khi nghiên cứu định luật cảm ứng điện từ, trường hợp riêng trường hợp dây dẫn (hoặc khung dây dẫn) chuyển động cắt đường cảm ứng từ tạo nên dây dẫn (hoặc khung dây dẫn) dòng điện Nó sở định hướng sát học sinh thiết kế máy phát điện Còn việc sáng tạo phận để đưa dòng điện việc thiết kế chi tiết kĩ thuật Trong trình học sinh đề xuất phương án thiết kế ứng dụng kĩ thuật, giúp đỡ, hướng dẫn giáo viên học sinh hành thảo luận theo nhóm trước lớp dẫn tới chọn ý tưởng để chế tạo thiết bị mong muốn 11 Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Để kiểm tra tính đắn ý tưởng việc đưa mô hình vật chất chức tương ứng cho vận hành (xem có đạt chức dự kiến không) giai đoạn quan trọng trình nhận thức Để học sinh có hiểu biết đầy đủ thiết bị ứng dụng kĩ thuật, việc làm giáo viên trình bày bổ sung vào mô hình chi tiết mặt kĩ thuật thiết bị sử dụng thực tiễn cho học sinh quan sát vật thật với tất chi tiết phức tạp quan sát theo mô hình có thêm chi tiết kĩ thuật Các phân tích cho thấy, dạy học ứng dụng kĩ thuật theo đường thứ hai tiến hành theo bước sau:      Bước 1: Ôn tập định luật nguyên lí Vật lý (trong trường hợp yêu cầu cần thiết nhắc lại trường hợp riêng chúng) mà nguyên tắc hoạt động thiết bị định luật, nguyên lý… (hoặc trường hợp riêng này) Bước 2: Đưa nhiệm vụ thiết kế thiết bị có chức trước học sinh Bước 3: Hướng dẫn học sinh vận dụng mối quan hệ có tính qui luật, có tính nhân Vật lý biết để đề xuất dự án thiết kế thiết bị Tổ chức cho học sinh thảo luận dự án thiết kế thiết bị đề xuất để chọn phương án khả thi Bước 4: Đưa mô hình vật chất chức tương ứng với dự án thiết kế lựa chọn cho mô hình vận hành để kiểm tra tính đắn thiết kế Bước 5: Bổ sung hoàn thiện mô hình phương diện kĩ thuật, phù hợp thực tiễn đưa vật thật mô hình có thêm chi tiết kĩ thuật để học sinh hiểu biết đầy đủ ứng dụng kĩ thuật Cuối tóm tắt lại chức năng, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động ứng dụng kĩ thuật vừa nghiên cứu Xét theo quan điểm lý luận dạy học nay, việc dạy học theo đường thứ hai có tác dụng tốt việc phát huy lực sáng tạo học sinh Việc dạy học ứng dụng kĩ thuật mà nhiệm vụ thiết kế chúng không phức tạp, phù hợp với trình độ học sinh theo đường Tất nhiên, trình giải nhiệm vụ nhận thức, học sinh gặp khó khăn, giáo viên hướng dẫn, giúp đỡ Việc dạy học theo đường tùy thuộc vào nội dung kiến thức ứng dụng kĩ thuật bậc học, tình hình trang thiết bị trường phổ thông trình độ học sinh Trong nhiều trường hợp, nhiệm vụ thiết kế phức tạp, vượt trình độ học sinh vượt yêu cầu nội dung kiến thức bậc học nên theo đường thứ Nhưng dạy học ứng dụng kĩ thuật theo đường này, giáo viên cần tránh thông báo, áp đặt mà cần hướng dẫn học sinh tự lực thực công việc mà học sinh làm 12 Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý IV Ví dụ d y học ứng dụng kĩ t uật Bài: Má ảnh Trên sở vấn đề đặt là: Thiết kế dụng cụ dùng để thu ảnh thật vật phim ảnh nhỏ vật nhiều; vào kiến thức học học sinh khái niệm: Tia sáng, tượng khúc xạ phản xạ, cách dựng ảnh vật qua dụng cụ quang học… học sinh đề xuất phương án (dung dụng cụ như: gương, thấu kính…) tạo ảnh thật vật thỏa mãn điều kiện nhỏ vật nhiều lần phim từ tự lực xây dựng phương án thiết kế máy ảnh đáp ứng yêu cầu Sau giáo viên giới thiệu cho học sinh chức (về phương diện quang học), cấu tạo đặc điểm mắt việc so sánh mắt với máy ảnh Vì vậy, phần máy ảnh ta dạy học theo đường thứ hai Dự kiến học sinh tự lực đề xuất hai phương án hợp lý sau:  Phương án 1: Dùng gương cầu lõm đặt trước vật, điều chỉnh vị trí gương cho khoảng cách từ vật tới gương lớn hai lần chiều dài tiêu cự gương thu ảnh vật thật, ngược chiều nhỏ vật Tại vị trí cho ảnh thật ta đặt phim ảnh để thu giữ hình ảnh vật  Phương án 2: Dùng thấu kính hội tụ đặt trước vật cho khoảng cách từ vật tới thấu kính lớn hai lần độ dài tiêu cự thấu kính, ảnh thu có tính chất phương án 13 Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Trong trình phân tích, lựa chọn phương án cho thấy phương án tối ưu dùng để chế tạo máy ảnh Để ôn tập củng cố thấu kính gương cầu, giáo viên nêu đặc điểm tạo ảnh vật sáng vật đặt trước gương cầu (lồi - lõm)? Một gương phẳng? Một thấu kính (lồi – lõm)? Học sinh cần trình bày tính chất tạo ảnh vật qua dụng cụ quang học, rõ quan hệ vị trí đặt vật so với dụng cụ tính chất ảnh tạo tương ứng với vị trí Giáo viên định nghĩa: Máy ảnh dụng cụ để thu ảnh thật (nhỏ vật) vật cần chụp phim ảnh Dựa vào đặc điểm tạo ảnh vật sáng dụng cụ quang học biết, trước hết đưa phương án thiết kế thiết bị tạo ảnh vật thật, nhỏ vật đó?  Phương án 1: Dùng gương cầu lõm tạo ảnh thật, nhỏ vật cách đặt gương cho vật nằm vị trí cách gương khoảng cách lớn lần tiêu cự gương Ảnh ngược chiều so với vật  Phương án 2: Dùng thấu kính hội tụ đặt thấu kính vị trí cách vật khoảng lớn lần tiêu cự thấu kính Giáo viên tiến hành thí nghiệm, HS quan sát đến kết luận khẳng định ta đề xuất hai phương án nêu  Thảo luận lựa chọn phương án tối ưu: Về mặt lý thuyết coi phương án dùng để chế tạo máy ảnh ta đặt phim ảnh vào vị trí hứng ảnh để thu giữ hình ảnh vật Tuy nhiên, thực tế để ảnh vật thu phim coi đạt chất lượng tốt ảnh phải thỏa mãn yêu cầu sau: Ảnh thật nhỏ vật nhiều lần, rõ nét, đạt độ tương phản cao Bây vào yêu cầu chất lượng ảnh thu phân tích ưu, nhược điểm phương án lựa chọn phương án thiết kế tốt  Hoàn thiện, bổ sung chi tiết: Dựa phương án thiết kế em, lắp mô hình máy ảnh Nghĩ máy ảnh thật đơn giản phải không em? 14 Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Chính với kiến thức Vật lý phổ thông, em nghĩ máy chụp ảnh mà ngày nhiều người dùng Tuy nhiên để chụp ảnh có chất lượng cao, đẹp thiết kế cần hoàn thiện sau: Các phận máy ảnh gồm:    Một thấu kính hội tụ (hay hệ thấu kính có độ tụ dương) để tạo ảnh quang học thật gọi vật kính Phim nhạy sáng để thu ảnh Buồng tối (Buồng máy): ngăn ánh sáng lọt vào phim tạo khoảng cách thích hợp từ vật kính tới phim GV cho HS xem sơ đồ máy ảnh, quan sát máy ảnh thật rõ chức phận khác máy ảnh như: Cửa sập (M); Màn chắn (C); Bộ phận “Điều chỉnh cự li chụp”; Hệ thống kính ngắm Ngoài ra, có thời gian GV giới thiệu cho HS biết: Ở máy ảnh tự động việc điều chỉnh d’, thời gian phơi sáng phim, độ mở cửa điều sáng… tự động hóa -Hết - Tài liệu tham khảo Phương pháp dạy học vật lý trường trung học phổ thông – Ph m Kim Chung ĐHQG Hà Nội, 2008 Lý luận dạy học Vật lý trường THPT – Nguyễn Văn K ải – NXB Giáo dục 15 Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý Mục lục Lời mở đầu Giáo dục kĩ thuật tổng hợp dạy học Vật lý I Nội dung giáo dục kĩ thuật tổng hợp dạy học Vật lý a Những nguyên tắc khoa học, kĩ thuật công nghệ bản, chung trình sản xuất b Các phương hướng tiến khoa học – kĩ thuật c Rèn luyện kĩ thói quen thực hành Các biện pháp giáo dục kĩ thuật tổng hợp dạy học Vật lý a Giảng dạy kiến thức Vật lý đảm bảo tính hệ thống, vững chắc, liên hệ chặt chẽ với kĩ thuật, sản xuất đời sống b Lựa chọn phương pháp dạy học góp phần phát triển lực sáng tạo kĩ thuật học sinh c Tăng cường công tác thực hành, làm thí nghiệm Vật lý rèn luyện kĩ thực hành cho học sinh d Giới thiệu phương hướng phát triển tiến khoa học kĩ thuật e Tổ chức hoạt động tham quan, ngoại khóa Vật lý – kĩ thuật Ứng dụng kĩ thuật Vật lý II Khái niệm ứng dụng kĩ thuật Vật lý Vai trò việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật dạy học Vật lý Bản chất việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật Vật lý dạy học Các loại mô hình thường sử dụng dạy học ứng dụng kĩ thuật: III Các đường nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật Vật lý dạy học IV Ví dụ dạy học ứng dụng kĩ thuật 13 Tài liệu tham khảo 15 Mục lục 16 16 [...]... pháp dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông – Ph m Kim Chung ĐHQG Hà Nội, 2008 2 Lý luận dạy học Vật lý ở trường THPT – Nguyễn Văn K ải – NXB Giáo dục 15 Dạy học những ứng dụng kĩ thuật của Vật lý Mục lục Lời mở đầu 2 Giáo dục kĩ thuật tổng hợp trong dạy học Vật lý 3 I Nội dung giáo dục kĩ thuật tổng hợp trong dạy học Vật lý 3 1 a Những nguyên tắc khoa học, kĩ thuật. .. thí nghiệm Vật lý và rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh 5 d Giới thiệu các phương hướng phát triển và tiến bộ khoa học kĩ thuật 5 e Tổ chức các hoạt động tham quan, ngoại khóa về Vật lý – kĩ thuật 5 Ứng dụng kĩ thuật trong Vật lý 5 II 1 Khái niệm về ứng dụng kĩ thuật của Vật lý 5 2 Vai trò của việc nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật trong dạy học Vật lý 6 3 Bản... các ứng dụng kĩ thuật trong dạy học Vật lý 6 3 Bản chất của việc nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của Vật lý trong dạy học 7 4 Các loại mô hình thường được sử dụng trong dạy học các ứng dụng kĩ thuật: 7 III Các con đường nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật của Vật lý trong dạy học 9 IV Ví dụ về dạy học các ứng dụng kĩ thuật 13 Tài liệu tham khảo 15 Mục lục 16 16... cơ bản của tiến bộ khoa học – kĩ thuật 3 c Rèn luyện các kĩ năng và thói quen thực hành 4 Các biện pháp giáo dục kĩ thuật tổng hợp trong dạy học Vật lý 4 2 a Giảng dạy kiến thức Vật lý đảm bảo tính hệ thống, vững chắc, liên hệ chặt chẽ với kĩ thuật, sản xuất và đời sống 4 b Lựa chọn phương pháp dạy học góp phần phát triển năng lực sáng tạo kĩ thuật của học sinh ... thông báo, áp đặt mà cần hướng dẫn học sinh tự lực thực hiện các công việc mà học sinh có thể làm được 12 Dạy học những ứng dụng kĩ thuật của Vật lý IV Ví dụ về d y học các ứng dụng kĩ t uật Bài: Má ảnh Trên cơ sở của vấn đề đặt ra là: Thiết kế một dụng cụ dùng để thu được một ảnh thật của vật trên một phim ảnh nhỏ hơn vật rất nhiều; căn cứ vào các kiến thức đã học của học sinh về các khái niệm: Tia sáng,... đưa ra mô hình vật chất chức năng thì ở bước 3 này cần cho nó vận hành để minh họa nguyên lý hoạt động của thiết bị  Dạy học của ứng dụng kĩ thuật theo con đường thứ 2: Nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật theo con đường thứ 2 thức chất là làm nhiệm vụ thiết kế một thiết bị có chức năng kĩ thuật nào đó dựa trên những mối quan hế có tính nhân quả và những mối quan hệ có tính qui luật về Vật lý đã biết Để việc... chế tạo thiết bị mong muốn 11 Dạy học những ứng dụng kĩ thuật của Vật lý Để kiểm tra tính đúng đắn của các ý tưởng đó thì việc đưa ra một mô hình vật chất chức năng tương ứng và cho nó vận hành (xem nó có đạt được đúng chức năng như dự kiến không) là giai đoạn hết sức quan trọng trong quá trình nhận thức Để học sinh có được sự hiểu biết đầy đủ về thiết bị ứng dụng kĩ thuật, việc làm tiếp theo của giáo... các chi tiết về mặt kĩ thuật của thiết bị được sử dụng trong thực tiễn và cho học sinh quan sát vật thật với tất cả các chi tiết phức tạp của nó hoặc quan sát theo mô hình có thêm chi tiết kĩ thuật Các phân tích ở trên cho thấy, dạy học các ứng dụng kĩ thuật theo con đường thứ hai có thể tiến hành theo các bước cơ bản sau:      Bước 1: Ôn tập các định luật nguyên lí Vật lý (trong trường hợp yêu... giúp đỡ Việc dạy học theo con đường này còn tùy thuộc vào nội dung kiến thức về ứng dụng kĩ thuật ở các bậc học, tình hình trang thiết bị ở trường phổ thông và trình độ của học sinh Trong nhiều trường hợp, nhiệm vụ thiết kế quá phức tạp, vượt quá trình độ của học sinh hoặc vượt quá yêu cầu nội dung của kiến thức ở bậc học thì nên theo con đường thứ nhất Nhưng khi dạy học các ứng dụng kĩ thuật theo con.. .Dạy học những ứng dụng kĩ thuật của Vật lý Còn quan hệ có tính qui luật ở đây là:  Tù trường biến đổi này xuyên qua cuộn dây thứ cấp sẽ tạo ra trong cuộn dây một dòng điện cảm ứng xoay chiều (nếu mạch kín) hoặc một hiệu điện thế xoay chiều (nếu mạch hở) Trên cơ sở những phân tích đã nêu ở trên cho thấy việc giảng dạy các ứng dụng kĩ thuật theo con đường thứ nhất được ... nguyên lý Vật lý biết Trong ứng dụng kĩ thuật Vật lý, kiến thức Vật lý cụ thể hóa điều kiện xác định Các lo i mô ìn t ường sử dụng d y học ứng dụng kĩ thuật: Trong dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý. .. niệm ứng dụng kĩ thuật Vật lý Vai trò việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật dạy học Vật lý Bản chất việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật Vật lý dạy học Các loại mô hình thường sử dụng dạy học. .. dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý có vai trò to lớn việc hình thành kiến thức Vật lý kĩ giải vấn đề học sinh Nhóm tác giả Dạy học ứng dụng kĩ thuật Vật lý I