Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm chương động lực học chất điểm vật lý lớp 10 theo tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  TRẦN QUANG HIỆU XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VẬT LÝ LỚP 10 THEO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC PHÁT HIỆN VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÝ Mã số: 60.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS VŨ THỊ KIM LIÊN - 2013 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Vũ Thị Kim Liên tận tình dạy bảo, hướng dẫn giúp đỡ trình hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới tập thể thầy cô giáo tổ Phương pháp giảng dạy vật lý, Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, phòng Sau đại học, Trường ĐHSP – Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện giúp đỡ cho nhiều ý kiến dẫn quý báu suốt trình học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô giáo trường THPT Bắc Sơn, THPT Lê Hồng Phong, THPT Phổ Yên – Tỉnh Thái Nguyên tạo điều kiện sẵn sàng giúp đỡ hoàn thành chương trình học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè người thân, anh chị động viên giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2013 Tác giả: Trần Quang Hiệu Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN Giáo dục đào tạo GD&ĐT Phƣơng pháp giảng dạy PPGD Giáo viên GV Học sinh HS Trung học phổ thông THPT Sách giáo khoa SGK Thí nghiệm TN Chuyển động CĐ Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH 2.1 Bộ thí nghiệm tổng hợp phân tích lực 43 2.2 Mô tả thí nghiệm lịch sử Galile 44 2.3 Hình vẽ SGK mô tả tƣơng tác vật 45 2.4 Thí nghiệm lực đàn hồi 46 2.5 Hình vẽ SGK lực ma sát lăn 47 2.6 Thí nghiệm lực hƣớng tâm 47 2.7 Hình vẽ SGK mô tả chuyển động ném ngang 48 2.8 Bộ thí nghiệm tổng hợp lực .50 2.9 Bộ thí nghiệm phân tích lực 50 2.10 Thí nghiệm Định luật I Newton .51 2.11 Thí nghiệm Galile 51 2.12 Thí nghiệm khảo sát định tính định luật II Newton (gia tốc tỉ lệ với lực tác dụng) 52 2.13 Thí nghiệm khảo sát định tính định luật II Newton (gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lƣợng vật) 53 2.14 Thí nghiệm định luật III Newton (Khi cân thăng bằng) .55 2.15 Thí nghiệm định luật III Newton (Khi cân thăng bằng) 55 2.16 Thí nghiệm mô tả đinh luật III Newton 56 2.17 Thí nghiệm mô tả đinh luật III Newton 56 2.18 Bộ thí nghiệm lực ma sát 57 2.19 Bộ thí nghiệm mô tả tồn lực ma sát trƣợt .58 2.20 Bộ thí nghiệm mô tả giá trị lực ma sát trƣợt không phụ thuộc diện tích mặt tiếp xúc 58 2.21 Bộ thí nghiệm mô tả giá trị lực ma sát trƣợt phụ thuộc tình trạng bề mặt tiếp xúc 59 2.22 Bộ thí nghiệm tìm hiểu có mặt ma sát lăn .59 2.23 Bộ thí chứng tỏ ma sát lăn nhỏ nhiều so với ma sát trƣợt 60 2.24 Thí nghiệm khảo vận tốc theo phƣơng ngang vật CĐ ném ngang 61 2.25 Thí nghiệm khảo vận tốc theo phƣơng thẳng đứng vật CĐ ném ngang 63 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Giả thuyết khoa học Khách thể đối tƣợng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đóng góp luận văn CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC VẬN DỤNG PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC PHÁT HIỆN VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ĐỂ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 1.1 Thí nghiệm dạy học vật lý 1.1.1 Các đặc điểm thí nghiệm Vật lý 1.1.2 Các chức thí nghiệm theo quan điểm lí luận nhận thức 1.1.3 Các thiết bị thí nghiệm Vật lý 1.1.3.1 Thiết bị thí nghiệm biểu diễn 1.1.3.2 Thiết bị thí nghiệm thực hành 1.1.4 Những yêu cầu chung việc sử dụng thí nghiệm 1.2 Dạy học phát giải vấn đề 10 1.2.1 Bản chất dạy học phát giải vấn đề 10 1.2.2 Tình có vấn đề 10 1.2.3 Cấu trúc dạy học phát giải vấn đề 11 1.2.4 Ƣu điểm phƣơng pháp dạy học phát giải vấn đề 15 1.2.5 Các mức độ dạy học phát giải vấn đề 15 1.3 Vấn đề tự làm thiết bị dạy học 15 1.4 Sử dụng thiết bị theo tinh thần dạy học phát giải vấn đề 18 1.4.1 Cơ sở lý luận việc sử dụng thiết bị dạy học theo tinh thần dạy học phát giải vấn đề 18 1.4.1.1 Yêu cầu tình có vấn đề 18 1.4.1.2 Cách tạo mâu thuẫn 19 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 1.4.1.3 Cách tạo hứng thú 20 1.4.2 Sáng tạo thiết bị dạy học 24 1.4.2.1 Tính chất dụng cụ dạy học tự làm 24 1.4.2.2 Lĩnh vực tự làm hiệu 24 1.4.2.3 Tổ chức tự làm 25 1.4.2.4 Chế tạo thiết bị cho lên lớp 25 1.5 Thực tế tình hình sử dụng thiết bị thí nghiệm theo tinh thần dạy học phát giải vấn đề trƣờng THPT Tỉnh Thái Nguyên 28 1.5.1 Mục đích điều tra 28 1.5.2 Phƣơng pháp điều tra 28 1.5.3 Nội dung kết điều tra 29 1.5.3.1 Tình hình dạy học chƣơng “Động lực học chất điểm” 29 1.5.3.2 Những khó khăn sai lầm mà HS gặp phải học chƣơng “Động lực học chất điểm” 30 1.5.3.3 Nguyên nhân dẫn tới khó khăn sai lầm HS 30 KẾT LUẬN CHƢƠNG I 32 CHƢƠNG II: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM TỰ TẠO CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM BỘ MÔN VẬT LÝ LỚP 10 THPT 33 2.1 Đặc điểm môn vật lý 33 - - 33 33 34 2.2.2.1 Chuẩn kiến thức, kĩ chƣơng trình 34 2.2.2.2 Hƣớng dẫn thực 35 2.3 Xây dựng số thí nghiệm chƣơng “Động lực học chất điểm” 44 2.3.1 Những nội dung kiến thức chƣơng “Động lực học chất điểm” cần có thí nghiệm trạng thiết bị thí nghiệm trƣờng THPT tỉnh Thái Nguyên 44 2.3.2 Thí nghiệm tổng hợp phân tích lực Điều kiện cân chất điểm 50 2.3.3 Thí nghiệm định luật Newton 52 2.3.4 Thí nghiệm lực ma sát 57 2.3.5 Thí nghiệm chuyển động ném ngang 62 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 2.4 Sử dụng thí nghiệm xây dựng để thiết kế giảng "Động lực học chất điểm" theo tiến trình dạy học "phát giải vấn đề" 66 2.4.1 Bài soạn số 1: Tổng hợp phân tích lực Điều kiện cân chất điểm 66 2.4.2 Bài soạn số 2: Ba định luật Newton (tiết 1) 74 2.4.3 Bài soạn số 3: Ba định luật Newton (tiết 2) 84 2.4.4 Bài soạn số 4: Chuyển động ném ngang 94 KẾT LUẬN CHƢƠNG II 108 CHƢƠNG III: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 109 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm 109 3.2 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 109 3.3 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 110 3.4 Thời điểm làm thực tập sƣ phạm 110 3.5 Phân tích kết thực nghiệm sƣ phạm 110 3.5.1 Tiêu chí để đánh giá 110 3.5.2 Thực nghiệm sƣ phạm 111 3.5.2.1 Kế hoạch đối tƣợng thực nghiệm 112 3.5.2.2 Tiến hành thực nghiệm 112 , tự chủ, 112 3.5.3.1 Mục đích kiểm tra 112 3.5.3.2 Đối tƣợng kiểm tra hình thức kiểm tra 112 3.5.4.3 Bài kiểm tra 112 3.5.4.4 Sử dụng phƣơng pháp thống kê toán học để xử lí kết kiểm tra 113 KẾT LUẬN CHƢƠNG III 118 KẾT LUẬN CHUNG 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 CÁC PHỤ LỤC 12 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, đổi phƣơng pháp dạy học nhiệm vụ trọng tâm ngành giáo dục đào tạo Đổi phƣơng pháp dạy học không nhận đƣợc quan tâm lớn nhà giáo dục mà vấn đề đƣợc xã hội bậc phụ huynh, em học sinh quan tâm Kết luận số 51-KL/TW ngày 29/10/2012 Hội nghị lần thứ sáu khóa XI Đề án “Đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, đại hóa điều kiện kinh tế thị trƣờng định hƣớng xã hội chủ nghĩa hội nhập quốc tế” rằng: “Trƣớc mắt, cấp ủy đảng, quyền cần tiếp tục quán triệt sâu sắc thực nghiêm túc Nghị Trung ƣơng khóa VIII, Kết luận Trung ƣơng khóa IX…” Nghị trung ƣơng khóa VIII (12/1996) khẳng định: “Đổi mạnh mẽ phƣơng pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ chiều, rèn luyện thành nếp tƣ sáng tạo ngƣời học Từng bƣớc áp dụng phƣơng pháp tiên tiến phƣơng tiện đại vào trình dạy học, đảm bảo thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh” [20] Đại hội Đảng lần IX (2001) khẳng định: “Đổi phƣơng pháp dạy học phát huy tƣ duy, sáng tạo lực tự đào tạo ngƣời học, coi trọng thực hành, thực nghiệm, ngoại khóa, làm chủ kiến thức, tránh nhồi nhét, học vẹt, học chay”[19] Để tạo điều kiện cho học sinh nắm vững xác, sâu sắc kiến thức, phát triển lực nhận thức hình thành nhân cách học sinh phƣơng tiện dạy học đóng vai trò quan trọng Phƣơng tiện dạy học tốt giúp cho học sinh dễ nhớ, dễ hiểu, dễ tiếp thu kiến thức lôi học sinh tham gia tích cực vào hoạt động nhận thức Vật lý học môn khoa học thực nghiệm thí nghiệm vật lý đóng vai trò quan trọng nghiên cứu, dạy học vật lý Dụng cụ thí nghiệm phƣơng tiện dạy học quan trọng của môn vật lý Hiện nay, chƣơng trình Vật Lý trung học phổ thông, thí nghiệm đƣợc định tối thiểu có thiết bị kèm, nhiều nội dung thí nghiệm khác sách giáo khoa chƣa có dụng cụ thí nghiệm Đồng thời, nhiều trƣờng hợp, thiết bị thí nghiệm đại che lấp chất vật lý tƣợng xảy thí nghiệm Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ mà học sinh cần quan sát Do đó, để tạo phong phú cho hệ thống dụng cụ thí nghiệm phục vụ nội dung học, việc giáo viên học sinh tự làm đồ dùng dạy học hoạt động có ý nghĩa việc dạy học Vật lý trƣờng phổ thông Việc giáo viên học sinh tự thiết kế, chế tạo sử dụng dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành thí nghiệm Vật lý có nhiều tác dụng nhƣ: Tăng cƣờng tính trực quan, góp phần nâng cao chất lƣợng lĩnh hội nắm vững kiến thức, phát triển nâng cao lực tƣ duy, độc lập sáng tạo học sinh Việc tiến hành thí nghiệm, giải thích tiên đoán kết thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải tích cực tƣ duy, huy động kiến thức học nhiều lĩnh vực khác môn Vật lý Do đó, kiến thức mà học sinh lĩnh hội đƣợc củng cố, mở rộng hệ thống hoá Vì việc tạo sử dụng dụng cụ thí nghiệm tự tạo dạy học Vật lý trung học phổ thông cần thiết Mặc dù thí nghiệm vật lý đƣợc sử dụng giai đoạn khác trình dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức, kỹ mới, củng cố kiến thức, kỹ thu đƣợc kiểm tra, đánh giá kiến thức kỹ học sinh[1] Nhƣng để tạo tình có vấn đề cho học sinh phƣơng pháp sử dụng thí nghiệm mở đầu số phƣơng pháp hiệu Bởi tƣ thực bắt đầu đầu học sinh xuất câu hỏi mà chƣa có lời giải đáp ngay, họ gặp phải mâu thuẫn bên nhu cầu, nhiệm vụ nhận thức phải giải bên trình độ kiến thức có không đủ để giải nhiệm vụ đó, cần phải xây dựng kiến thức mới, tìm giải pháp mới[1] Các thí nghiệm nhằm giới thiệu cho học sinh biết qua tƣợng nghiên cứu, kiểm chứng lại tính đắn lý thuyết để tạo tình có vân đề tạo hứng thú học tập cho học sinh, lôi học sinh vào hoạt động nhận thức Cũng nhƣ nhiều địa phƣơng nƣớc, trƣờng THPT tỉnh Thái Nguyên đƣợc cung cấp thiết bị thí nghiệm Vật lý từ Sở GD&ĐT Các thiết bị thƣờng không đầy đủ cho tất Chƣa đáp ứng hết nhu cầu quan sát trực quan nhiều nội dung kiến thức, đặc biệt chƣơng Động lực học chất điểm lớp 10 THPT Để đáp ứng nhu cầu thiết bị thí nghiệm cho việc thiết kế giảng chƣơng Động lực học chất điểm (Vật lý lớp 10) theo hƣớng phát huy tính tích cực Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ học sinh, chọn đề tài “Xây dựng sử dụng số thí nghiệm chƣơng động lực học chất điểm vật lý lớp 10 theo tiến trình dạy học phát giải vấn đề” Mục tiêu nghiên cứu Vận dụng phƣơng pháp dạy học “phát giải vấn đề” để sử dụng có hiệu thiết bị thí nghiệm vật lý THPT có xây dựng thiết bị thí nghiệm phù hợp với mục đích dạy chƣơng Động lực học chất điểm lớp 10 THPT, nhằm nâng cao tính tích cực, tự lực, sáng tạo nhu cầu nâng cao kiến thức học sinh THPT Giả thiết khoa học Nếu thiết kế giảng có kèm thí nghiệm, đồng thời xây dựng đƣợc phƣơng pháp sử dụng thí nghiệm theo hƣớng “tạo tình có vấn đề” tạo hứng thú học tập cho học sinh, lôi học sinh vào hoạt động nhận thức, giúp học sinh tự lực, sáng tạo, việc tiếp nhận tri thức Khách thể đối tƣợng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các thí nghiệm mở thuộc nội dung kiến thức Vật lý lớp 10 THPT - Khách thể nghiên cứu: Học sinh trƣờng THPT tỉnh Thái Nguyên Phạm vi nghiên cứu - Các thí nghiệm vật lý ứng dụng để dạy học THPT áp dụng học sinh trƣờng THPT Tỉnh Thái Nguyên Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết + Mục tiêu dạy học vật lý giai đoạn nay, việc rèn luyện tƣ duy, lực sáng tạo cho học sinh + Về nguyên tắc chế tạo ứng dụng thí nghiệm vật lý dạy học tích cực + Nghiên cứu tài liệu việc cải tiến thiết bị thí nghiệm theo hƣớng tích cực hóa hoạt động học sinh THPT + Nghiên cứu chƣơng trình, sách giáo khoa, sách giáo viên, sách tập (định tính định lƣợng) Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ - Phương pháp điều tra + Tìm hiểu việc dạy học thông qua dự giờ, trao đổi với giáo viên học sinh trƣờng THPT để nắm bắt thực trạng việc sử dụng thiết bị thí nghiệm việc dạy học môn Vật lý + Xây dựng mẫu phiếu điều tra để có sở cho việc cần đổi phƣơng pháp sử dụng nhƣ cần sáng tạo thêm thiết bị thí nghiệm cho môn Vật lý cấp THPT, đồng thời đánh giá đƣợc hiệu việc đổi phƣơng pháp - Phương pháp thực nghiệm + Thực nghiệm thiết kế số thí nghiệm + Thực nghiệm sƣ phạm - Phương pháp thống kê toán học + Sử dụng thống kê toán học để trình bày kết thực nghiệm sƣ phạm, kiểm định giả thiết, thống kê khác biệt kết học tập hai nhóm đối chứng thực nghiệm Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng đƣợc phƣơng pháp chung để thiết kế sử dụng thiết bị thí nghiệm vật lý theo hƣớng “phát giải vấn đề” - Vận dụng phƣơng pháp nêu để áp dụng vào thực nghiệm thiết kế số thí nghiệm chƣơng “Động lực học chất điểm” - Vật lý 10 - Sử dụng thiết bị thí nghiệm để thiết kế số giảng chƣơng “Động lực học chất điểm” - Vật lý 10 theo hƣớng phát giải vấn đề - Thực nghiệm sƣ phạm rút ƣu nhƣợc điểm để hoàn thiện thêm phƣơng pháp sử dụng hình thức thiết kế thí nghiệm Đóng góp đề tài - Thiết kế thí nghiệm góp phần mở rộng hệ thống thí nghiệm có, phục vụ việc giảng dạy, đảm bảo coi trọng thực nghiệm - Xây dựng sử dụng thí nghiệm chƣơng "Động lực học chất điểm" để thiết kế giảng theo tinh thần dạy học "phát giải vấn đề" - Là tài liệu tham khảo cho giáo viên trƣờng trung học phổ thông việc giảng dạy tự thiết kế chế tạo đồ dùng dạy học Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ [...]... phát hiện và giải quyết vấn đề - Vận dụng phƣơng pháp đã nêu trên để áp dụng vào thực nghiệm thiết kế một số thí nghiệm trong chƣơng Động lực học chất điểm - Vật lý 10 - Sử dụng các thiết bị thí nghiệm để thiết kế một số bài giảng trong chƣơng Động lực học chất điểm - Vật lý 10 theo hƣớng phát hiện và giải quyết vấn đề - Thực nghiệm sƣ phạm và rút ra ƣu nhƣợc điểm để hoàn thiện thêm phƣơng pháp sử. .. sử dụng và hình thức thiết kế các thí nghiệm 8 Đóng góp của đề tài - Thiết kế thí nghiệm mới góp phần mở rộng hơn hệ thống các thí nghiệm đã có, phục vụ việc giảng dạy, đảm bảo coi trọng thực nghiệm - Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm chƣơng "Động lực học chất điểm" để thiết kế bài giảng theo tinh thần dạy học "phát hiện và giải quyết vấn đề" - Là tài liệu tham khảo cho giáo viên các trƣờng trung học. .. nghiệm + Thực nghiệm thiết kế một số thí nghiệm + Thực nghiệm sƣ phạm - Phương pháp thống kê toán học + Sử dụng thống kê toán học để trình bày kết quả thực nghiệm sƣ phạm, kiểm định giả thiết, thống kê về sự khác biệt trong kết quả học tập của hai nhóm đối chứng và thực nghiệm 7 Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng đƣợc phƣơng pháp chung để thiết kế và sử dụng các thiết bị thí nghiệm vật lý theo hƣớng phát. .. Phương pháp điều tra + Tìm hiểu việc dạy và học thông qua dự giờ, trao đổi với giáo viên và học sinh ở các trƣờng THPT để nắm bắt thực trạng của việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm trong việc dạy học bộ môn Vật lý + Xây dựng các mẫu phiếu điều tra để có cơ sở cho việc cần đổi mới phƣơng pháp sử dụng cũng nhƣ cần sáng tạo thêm các thiết bị thí nghiệm cho môn Vật lý cấp THPT, đồng thời cũng đánh giá... điểm" để thiết kế bài giảng theo tinh thần dạy học "phát hiện và giải quyết vấn đề" - Là tài liệu tham khảo cho giáo viên các trƣờng trung học phổ thông trong việc giảng dạy và tự thiết kế chế tạo đồ dùng dạy học 4 Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/