xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Vật lí gắn với thực tiễn trong dạy học chương "các định luật bảo toàn"

Khóa luận tốt nghiệp đạt loại xuất sắc của sinh viên sư phạm Vật lí. Khóa luận bao gồm: Cở sở lí luận của việc dạy học gắn với thực tiễn, phát triển năng lực của học sinh; Hệ thống bài tập gắn với thực tiễn và lời giải chi tiết; Hệ thống tiến trình dạy học chi tiết chương "các định luật bảo toàn". Khóa luận được tiến hành thực nghiệm và tổng kết một cách sâu sắc, xác thực.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC  LÊ HOÀNG PHƯỚC HIỀN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP GẮN VỚI THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” - VẬT LÍ 10 KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Hà Nội – 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC  XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP GẮN VỚI THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN” - VẬT LÍ 10 KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Thị Thu Hiền Sinh viên thực khóa luận: Lê Hồng Phước Hiền Hà Nội – 2017 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành tốt Khố luận tốt nghiệp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc Gia Hà Nội tận tình giảng dạy giúp đỡ em trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô giáo học sinh trường THPT Chuyên Ngoại ngữ - Đại học Ngoại ngữ - ĐHQGHN tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình thực nghiệm đề tài Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Thị Thu Hiền, người trực tiếp hướng dẫn, bảo, động viên, tận tình giúp đỡ em suốt thời gian thực khoá luận Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè người thân giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hồn thành khố luận trường Hà Nội, tháng 04 năm 2017 Tác giả Lê Hoàng Phước Hiền i QUY ƯỚC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI Viết tắt Viết đầy đủ BTVL: Bài tập vật lí BTTT: Bài tập thực tiễn DH: Dạy học ĐLBTĐL: Định luật bảo toàn động lượng GD: Giáo dục GV: Giáo viên GQVĐ: Giải vấn đề HS: Học sinh NL: Năng lực NXB: Nhà xuất MPN: Mặt phẳng nghiêng PPDH: Phương pháp dạy học SGK: Sách giáo khoa TH: Tự học THPT: Trung học phổ thông TN: Thực nghiệm KT: Kiểm tra ii DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu, hình vẽ Trang Bảng 1.1: Kết khảo sát việc dạy học tập Vật lí HS 27 Bảng 3.1 Phân bố điểm kiểm tra HS trước TN 75 Biểu đồ 3.1: Biểu đồ tần số điểm HS trước TNSP 76 Hình 3.1: Các nhóm học sinh tích cực thảo luận học 77 Hình 3.2: Học sinh hăng hái xung phong làm BTTT 77 Hình 3.3: Kết thảo luận nhóm “Cơng cơng suất” 78 Hình 3.4: Học sinh ý, hứng thú tiết học với tập thực tiễn 78 Bảng 3.2: Phân bố điểm HS sau TN 79 Biểu đồ 3.2: Biểu đồ tần số điểm HS sau TNSP 79 Bảng 3.3: Phân bố tần số luỹ tích hội tụ lùi nhóm HS trước sau TN 80 Biểu đồ 3.3 Biểu đồ biểu diễn đường tần suất luỹ tích hội tụ lùi nhóm HS sau TN 80 Bảng 3.4 Bảng kết tham số thống kê 81 Bảng 3.5: Kết điều tra HS dạy TNSP 82 iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Cấu trúc khoá luận Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP VẬT LÍ GẮN VỚI THỰC TIỄN 1.1 Mục tiêu giáo dục giai đoạn 1.1.1 Mục tiêu chung giáo dục phổ thông 1.1.2 Mục tiêu giáo dục mơn Vật lí trường trung học phổ thông 1.2 Dạy học vật lí gắn với thực tiễn 1.2.1 Khái niệm thực tiễn 1.2.2 Dạy học gắn với thực tiễn 1.2.3 Dạy học vật lí gắn với thực tiễn trường trung học phổ thông 1.3 Bài tập vật lí 12 1.3.1 Khái niệm tập vật lí 12 1.3.2 Vai trị tập q trình dạy học Vật lí 13 1.3.3 Phân loại tập vật lí 13 1.3.3.1.Phân loại theo nội dung 14 1.3.3.2.Phân loại theo phương pháp giải 15 1.3.4 Phương pháp giải tập vật lí 16 1.3.4.1.Phương pháp giải tập vật lí định tính 17 iv 1.3.4.2.Phương pháp giải tập vật lí định lượng 18 1.4 Bài tập vật lí gắn với thực tiễn 19 1.4.1 Khái niệm tập vật lí gắn với thực tiễn 19 1.4.2 Phân loại tập vật lí gắn với thực tiễn 19 1.4.2.1.Phân loại theo tính chất tập 19 1.4.2.2.Phân loại dựa vào mức độ nhận thức học sinh 20 1.4.3 Quy trình xây dựng tập Vật lí gắn với thực tiễn 21 1.4.4 Các hình thức thể tập vật lí gắn với thực tiễn 22 1.4.5 Hướng dẫn giải tập Vật lí gắn với thực tiễn 23 1.4.6 Các hình thức sử dụng tập Vật lí gắn với thực tiễn 24 1.5 Thực trạng việc sử dụng tập Vật lí gắn với thực tiễn dạy học Vật lí trường trung học phổ thông 26 1.5.1 Mục đích khảo sát 26 1.5.2 Đối tượng thời gian khảo sát 26 1.5.3 Nội dung khảo sát 26 1.5.4 Phương pháp khảo sát 27 1.5.5 Kết khảo sát 27 1.6 Kết luận chương 30 Chương 31 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP GẮN VỚI THỰC TIỄN TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN” – VẬT LÍ 10 31 2.1 Phân tích nội dung cấu trúc chương “Các định luật bảo tồn” - vật lí 10 31 2.2 Xây dựng tập có nội dung gắn với thực tiễn chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 34 2.2.1 Động lượng Định luật bảo toàn động lượng 34 2.2.2 Công Công suất 38 2.2.3 Động 42 v 2.2.4 Thế 45 2.2.5 Cơ 49 2.3 Xây dựng số giảng sử dụng tập gắn với thực tiễn dạy học số kiến thức chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 53 2.3.1 Tiến trình dạy học bài: “Cơng công suất” 53 2.3.2 Tiến trình dạy học bài: “Động năng” 63 2.4 Kết luận chương 72 Chương 73 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 73 3.1 Mục đích thực nghiệm nhiệm vụ thực nghiệm 73 3.1.1 Mục đích thực nghiệm 73 3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm 73 3.2 Đối tượng, thời gian phương pháp thực nghiệm sư phạm 73 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 73 3.2.2 Thời gian địa điểm thực nghiệm sư phạm 73 3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 74 3.3.1 Phương pháp điều tra 74 3.3.2 Phương pháp quan sát 74 3.3.3 Phương pháp thống kê toán học 74 3.3.4 Xây dựng phương thức tiêu chí đánh giá 74 3.3.4.1 Phương thức tiêu chí đánh giá mặt định tính 74 3.3.4.2 Phương thức tiêu chí đánh giá mặt định lượng 74 3.4 Nội dung thực nghiệm 75 3.4.1 Tài liệu cách thức thực nghiệm sư phạm 75 3.4.2 Chọn mẫu thực nghiệm sư phạm 75 3.5 Kết thực nghiệm sư phạm 76 3.5.1 Đánh giá mặt định tính 76 3.5.2 Đánh giá mặt định lượng 79 vi 3.6 Kết điều tra học sinh tập thực tiễn xây dựng tiến trình dạy học thực nghiệm sư phạm 82 3.7 Kết luận chương 83 KẾT LUẬN 84 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nghị Đại hội Đảng Cộng sản Việt Nam khoá XI rõ: “Tiếp tục nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, đổi nội dung phương pháp dạy học… phát huy tinh thần độc lập suy nghĩ sáng tạo học sinh, sinh viên, đề cao lực tự học, tự hoàn thiện học vấn tay nghề” [8] Luật Giáo dục năm 2005 yêu cầu “Phương pháp giáo dục phổ thơng phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo học sinh, phù hợp với đặc điểm lớp học, môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kỹ thực hành vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hứng thú học tập cho học sinh” [8] Trong xu đổi phương pháp dạy học nhà trường nay, việc rèn luyện phát huy lực người học vấn đề quan trọng dạy học nói chung dạy học mơn Vật lí nói riêng Để dạy học đạt kết cao, người giáo viên phải lựa chọn phương pháp giảng dạy phù hợp giúp học sinh vừa phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo đồng thời phát triển nhận thức cho học sinh Đặc biệt, Vật lí môn khoa học thực nghiệm, việc xây dựng phương pháp giảng dạy giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn cần thiết Và tập Vật lí thực tiễn cơng cụ hữu ích kiểm tra – đánh giá, đồng thời công cụ giúp giáo viên dạy học tích cực theo xu hướng đổi Việc sử dụng tập Vật lí thực tiễn trình dạy học giúp phát triển lực người học, giúp người học phát giải vấn đề trình học tập vận dụng kiến thức để giải vấn đề sống Chương “Các định luật bảo tồn” Vật lí 10 THPT chương quan trọng, có nhiều ứng dụng hay hữu ích Tuy nhiên, q trình dạy học chương thường gặp nhiều khó khăn giáo viên không gây hứng thú cho học sinh học sinh thường gặp khó khăn việc giải vật, đầu giữ cố đinh Bằng thực nghiệm lí thuyết, người ta chứng minh rằng, đưa lò xo từ trạng thái biến dạng trạng thái không biến dạng, lực đàn hồi thực cơng: A = ½ k(∆𝑙)2 Với ∆𝑙 độ biến dạng lò xo (m) Và lò xo vật giữ trạng thái biến dạng hệ lị xo vật Tương tự trọng trường, đàn hồi công lực đàn hồi Hoạt động 6: Củng cố vận dụng (8 phút) Hoạt động GV - Củng cố: + Thế dạng lượng vật, có dạng: dạng phụ thuộc vào vị trí tương đối vật trọng trường gọi trọng trường, dạng phụ thuộc vào độ biến dạng vật gọi đàn hồi + Công trọng lực đoạn đường hiệu điểm đầu điểm cuối đoạn đường Page 31 Hoạt động HS + Trọng lực lực thế, công lực khơng phụ thuộc vào hình dạng đường mà phụ thuộc vào vị trí điểm đầu điểm cuối vật trình chuyển động - Vận dụng: H10: Người ta vác bó củi lên tầng ba đốt bó TL10: Khơng củi Khi mang bó củi lên tầng 3, bó củi có Nhiệt tỏa đốt Khi ta đốt bó củi, theo ĐLBT lương củi chỗ lượng khơng thể tự nên phần Khi đốt củi tầng ba mà bó củi thu phải biến thành nhiệt Vậy củi đốt củi cao nhiệt lượng tỏa lớn chuyển thành Điều khẳng định có khơng ? Giải thích ? sản phẩm cháy Tiến trình dạy học bài: “Cơ năng” I MỤC TIÊU Về kiến thức - Phát biểu được định nghĩa viết biểu thức - Phát biểu định luật bảo toàn viết biểu thức định luật Về kỹ - Giải được các bài tập có liên quan - Giải thích tượng thực tế kiến thức học - Thiết kế phương án thí nghiệm tính tốn đại lượng cần thiết dựa vào kiến thức học Về thái độ - Học sinh tích cực, chủ động, sáng tạo, hứng thú với học Hăng hái xây dựng Page 32 II CHUẨN BỊ Giáo viên - Chuẩn bị câu hỏi, tình thực tiễn liên quan đến học, câu hỏi phiếu hoạt động nhóm Học sinh - Ôn lại kiến thức học lớp - Ơn lại kiến thức cơng trọng lực, III TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1: Kiểm tra cũ, toán mở đầu (10 phút) Hoạt động GV - Ổn định trật tự Hoạt động HS Nội dung - Lớp trưởng báo cáo sĩ số H1: Quan sát lắc TL1: Động tăng đồng hồ, giảm động thay ngược lại Cơ đổi nào? + Là lượng học - Ở lớp vật, có độ lớn học dạng tổng động lượng học liên quan vật tới động W = Wđ + Wt năng ½ mv2 H2: Nhắc lại khái niệm TL2: Cơ năng biểu thức lượng học tính năng? mgz ½ k(∆𝑙)2 Vật chịu tác dụng trọng lực: vật có độ lớn W = ½ mv2 + mgz - Nếu vật chịu tác dụng tổng động I Vật chịu tác dụng của trọng lực lực vật Page 33 lực đàn hồi: đàn hồi (con lắc lò xo W = Wđ + Wt treo) vật Wđh = ½ mv2 + ½ k(∆𝑙)2 Bài tốn lúc tính bằng: W= ½ mv2 + mgz + ½ k(∆𝑙)2 - Vận dụng kiến thức học để làm toán sau: Vật khối lượng m, H3: Cho vật khối lượng TL3: m chuyển động a Định lí động năng: trọng trường từ vị trí T AP = Wđs – Wđt tới vị trí S (hình vẽ) Ở b Mối quan hệ vị trí T vật có độ cao zt, cơng trọng lực vận tốc vt so với mặt đất hiệu năng: Ở vị trí S, vật có độ cao AP = Wtt – Wts zs, vận tốc vs a Tìm mối quan hệ WtT WtS? b Tìm mối quan hệ WđT WđS?  Wđs – Wđt = Wtt – Wts  Wđt + Wtt = Wđs + Wts  WT = WS c Tìm mối quan hệ chịu tác dụng trọng lực Tại T: zt, vt Tại S: zs, vs Tìm mối quan hệ giữa: a WtT WtS? b WđT WđS? c WT WS? LG: a Áp dụng định lí động năng: AP = Wđs – Wđt b WT WS? AP = Wtt – Wts c Từ a b:  Wđs – Wđt = Wtt – Wts  Wđt + Wtt = Wđs + Wts  WT = WS Page 34 Hay: ½ mvt2 + mgzt = ½ mvs2 + mgzs (1)  Nhận xét: Khi vật chịu tác dụng trọng lực, vật đại lượng bảo tồn H4: Nhìn biểu thức (1), TL4: Cơ vật nhận xét chịu tác dụng của vật chịu tác dụng trọng lực vị trí bất trọng lực vị trí kỳ trình q trình chuyển động có giá trị chuyển động? Hoạt động 2: Tìm hiểu ĐLBTCN (10 phút) Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung - Như biết, trọng lực lực có cơng khơng phụ thuộc vào hình dạng đường cách tương tự trên, người ta chứng minh Định luật bảo toàn vật chịu tác dụng lực đại + Cơ vật lượng bảo toàn Tức chịu tác dụng lực đàn hồi lực (lực đàn đại lượng hồi, trọng lực ) ln bảo tồn bảo tồn Page 35 - Đây nội W = ½ mv2 + mgz = HS dung định luật bảo Wđh = ½ mv2 + ½ k(∆𝑙)2 tồn năng: vật = HS chịu tác dụng lực * Chú ý: vật + Nếu vật chịu tác dụng đại lượng bảo toàn nhiều lực H5: Phát biểu định luật TL5: Cơ lực sinh cơng bảo tồn năng? vật chịu tác vật - Có thể mở rộng ra, dụng lực bảo toàn vật chịu tác dụng bảo * Hệ nhiều lực có tồn Trong q trình chuyển lực sinh cơng động vật: vật + Wđ tăng Wt giảm bảo tồn (Wđ chuyển hóa thành - Từ ĐLBTCN Wt) ngược lại thấy rằng: tổng động + Khi Wđ cực đại Wt vật đại cực tiểu ngược lại lượng không đổi, động tăng giảm, động chuyển hóa thành ngược lại Hay động cực đại cực tiểu ngược lại Đây hệ rút từ ĐLBTCN Page 36 Hoạt động 3: Tìm hiểu biến thiên vật (10 phút) Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung - Trong thực tế, vật chịu tác dụng lực lực như: lực căng T, lực đẩy, lực kéo, lực ma sát (hay lực cản nói chung) đó, vật khơng cịn đại lượng bảo tồn Mà lượng đại lượng bảo tồn, phần chuyển hóa thành gì? Nháp: - Theo định lí động năng, tổng công lực tác dụng lên vật (bao gồm lực lực không thế) độ biến thiên động vật vật di chuyển từ vị trí tới vị trí 2: Cơng ∑ 𝐴 = ∑ 𝐴𝑡ℎế + ∑ 𝐴𝑘 𝑡ℎế lực lực = 𝑊đ𝑠 − 𝑊đ𝑡 + Mặt khác, công lực + Khi vật chịu thêm lại hiệu vật: tác dụng ∑ 𝐴𝑡ℎế = 𝑊𝑡𝑡 − 𝑊𝑡𝑠 lực lực  ∑ 𝐴𝑘 𝑡ℎế = ∑ 𝐴 − ∑ 𝐴𝑡ℎế (lực ma sát, lực Page 37 = 𝑊đ𝑠 − 𝑊đ𝑡 − 𝑊𝑡𝑡 + 𝑊𝑡𝑠 cản, lực căng T ) = (𝑊đ𝑠 + 𝑊𝑡𝑠 ) − (𝑊đ𝑡 + 𝑊𝑡𝑡 ) cơng lực = 𝑊𝑠 − 𝑊𝑡 độ biến H6: Nhận xét tổng công TL6: Tổng công thiên của lực lực lực lực vật độ biến thiên độ biến thiên ∑ 𝐴𝑘 𝑡ℎế = 𝑊𝑠 − 𝑊𝑡 vật vật? Hoạt động 4: Củng cố vận dụng (15 phút) Hoạt động GV Hoạt động HS - Củng cố: + Cơ vật lượng học tổng động vật + Cơ vật chịu tác dụng lực đại lượng bảo tồn + Cơng lực khơng phải lực độ biến thiên vật - Vận dụng (thảo luận nhóm) H7: Cho dụng cụ sau: TL7: + Một mặt phẳng nghiêng + Lý thuyết áp dụng: công lực ma + Một khối gỗ có khối lượng m sát độ biến thiên biết vật Chọn gốc chân MPN + Một thước có vạch chia tới mm ta có: + Một đồng hồ bấm Tại vị trí đỉnh MPN vật có vận tốc Hãy thiết kế phương án thí => Wt = Wt = mgh nghiệm để xác định cơng Tại chân MPN, vật có độ cao Page 38 lực ma sát vật trượt mặt phẳng nghiêng? => Ws = Wđ = ½ mv2 Khi vật chuyển động từ đỉnh tới chân MPN: Ams = Ws – Wt = ½ mv2 – mgh  Cần đo v h + Tiến trình thí nghiệm: o Đo h: h chiều cao MPN => đo thước mm o Đo v: vật CĐNDĐ nên áp dụng công thức: v2 = 2as mà s = ½ at2 Nên: v2 = 4s/t2  S = độ dài MPN đo thước; t thời gian vật trượt MPN đo đồng hồ bấm Page 39 Phụ lục 6: CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Page 40 Page 41 Page 42 Page 43 Page 44 Page 45 ... sở lí luận thực tiễn việc xây dựng sử dụng tập Vật lí gắn với thực tiễn - Chương 2: Xây dựng sử dụng tập gắn với thực tiễn dạy học số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 - Chương. .. trình xây dựng sử dụng tập Vật lí gắn với thực tiễn q trình dạy học Vật lí - Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng tập Vật lí gắn với thực tiễn để dạy học số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” – Vật. .. lí luận: Góp phần hệ thống hố sở lý luận việc sử dụng tập Vật lí nói chung tập Vật lí gắn với thực tiễn nói riêng dạy học Vật lí - Về thực tiễn: Xây dựng tập gắn với thực tiễn tiến trình sử dụng