Vận dụng lý thuyết kiến tạo trong dạy học chương cảm ứng điện từ vật lí 11 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan vấn đề trình bày luận văn cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Thái nguyên, tháng năm 2018 Tác giả luận văn Phạm Văn Hải i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập làm luận văn thạc sĩ, thân cố gắng, nhiên để có kết học tập làm luận văn ngày hôm nay, giúp đỡ học viên cao học lớp, quan quản lí trường THPT Hiệp Hòa số 3, thày giáo, khoa Vật lí, Phòng Đào tạo trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, thày hướng dẫn TS Lương Việt Thái - Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể bạn học viên, thày cô giáo, khoa, trường THPT giúp đỡ thời gian qua, đặc biệt cảm ơn thày hướng dẫn TS Lương Việt Thái tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận văn, tạo điều kiện tốt giúp bảo vệ thành công luận văn Thái Nguyên, tháng năm 2018 Người cảm ơn Phạm Văn Hải ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ẢNH CHỤP, ĐỒ THỊ vi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết lý chọn đề tài Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Giả thuyết khoa học Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VẬN DỤNG LÝ THUYẾT KIẾN TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH 1.1 Lý thuyết kiến tạo dạy học 1.1.1 Cơ sở tâm lý học lý thuyết kiến tạo 1.1.2 Cơ sở triết học lý thuyết kiến tạo 1.1.3 Một số luận điểm lý thuyết kiến tạo dạy học 1.1.4 Dạy học kiến tạo 1.2 Vận dụng lý thuyết kiến tạo dạy học Vật lý trường phổ thông 15 1.2.1 Đặc thù môn Vật lý [10] 15 iii 1.2.2 Điều kiện cần thiết để tổ chức dạy học Vật lý theo quan điểm kiến tạo 16 iii 1.3 Phát triển lực GQVĐ dạy học Vật lý 16 1.3.1 Năng lực GQVĐ phát triển NLGQVĐ 16 1.3.2 Năng lực GQVĐ học tập Vật lý 18 1.3.3 Vận dụng lý thuyết kiến tạo dạy học Vật lý nhằm phát triển NL GQVĐ cho học sinh 20 1.3.4 Tiến trình chung việc vận dụng lý thuyết kiến tạo dạy học Vật lý trường phổ thông nhằm phát triển lực giải vấn đề cho học sinh 21 Chương THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” THEO LÝ THUYẾT KIẾN TẠO NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN DỀ CHO HỌC SINH 24 2.1 Mục tiêu dạy học chương “Cảm ứng điện từ” vật lí 11 24 2.1.1 Chuẩn kiến thức, kĩ chương “Cảm ứng điện từ” 24 Chủ đề 24 Mức độ cần đạt 24 2.1.2 Hướng dẫn thực 25 2.2 Phân tch cấu trúc, nội dung dạy học chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 29 2.2.1 Bảng cấu trúc nội dung chương trình chương “cảm ứng điện từ” Vật lí 11 29 2.2.2 Nội dung dạy học chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 29 2.3 NL GQVĐ học tập chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 30 2.3.1 Các vấn đề học tập chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 30 2.3.2 Các nhiệm vụ học sinh phải làm nhằm GQVĐ nêu 31 2.3.3 Năng lực GQVĐ học sinh ứng với nhiệm vụ 31 2.4 Thiết bị dạy học đáp ứng yêu cầu dạy học theo lý thuyết kiến tạo 31 2.4.1 Đồ dùng thí nghiệm 31 2.4.2 Một số sản phẩm ứng dụng 32 iv 2.5 Tìm hiểu thực trạng dạy học chương “Cảm ứng điện từ” trường THPT 32 2.5.1 Phạm vi tìm hiểu: Tại trường THPT Hiệp Hòa số trường THPT địa bàn huyện Hiệp Hòa tỉnh Bắc Giang 32 2.5.2 Phương pháp tìm hiểu: Thông qua dự GV dạy, thông qua trao đổi Kết cụ thể: 32 2.5.3 Các kết luận 34 2.6 Điều tra khó khăn học sinh kiến thức liên quan đến Cảm ứng điện từ trước học chương “Cảm ứng điện từ” vật lí 11 34 2.7 Thiết kế tến trình dạy học số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” vật lí 11 theo lý thuyết kiến tạo nhằm phát triển lực giải vấn đề cho HS 35 2.7.1 Ý tưởng sư phạm dạy học số kiến thức 35 2.7.2 Thiết kế tến trình dạy học kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” vật lí 11 39 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 50 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 50 3.2 Đối tượng phương pháp thực nghiệm sư phạm 50 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 50 3.2.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 50 3.3 Nội dung thực nghiệm 51 3.3.1 Chuẩn bị trước tiến hành thực nghiệm sư phạm 51 3.3.2 Tiến hành TN Sư phạm 52 3.4 Kết thực nghiệm sư phạm 55 3.4.1 Xử lý kết TN sư phạm 55 3.4.2 Tính tham số đặc trưng thống kê 58 3.4.3 Nhận xét 58 3.4.4 Kết định tính diễn biến q trình thực nghiệm 58 KẾT LUẬN 62 KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐC Đối chứng GQVĐ Giải vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh LTKT Lý thuyết kiến tạo NL GQVĐ Năng lực giải vấn đề PPDH Phương pháp dạy học SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thơng TN Thực nghiệm VD Ví dụ iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Cấu trúc lực GQVĐ 18 Bảng 1.2 Cấu trúc tổ chức thực hoạt động GV HS theo lý thuyết kiến tạo dạy học Vật lý nhằm phát triển NL GQVĐ cho học sinh 20 Bảng 2.1 Chuẩn kiến thức, kĩ chương “Cảm ứng điện từ” 24 Bảng 2.2 Hướng dẫn thực chuẩn kiến thức, kĩ mơn Vật lí lớp 11 25 Bảng 2.3 Cấu trúc nội dung chương trình chương “cảm ứng điện từ” Vật lí 11 29 Bảng 2.4 Kết phiếu điều tra 34 Bảng 2.5 Ý tưởng dạy học kiến thức “hiện tượng cảm ứng điện từ” theo lý thuyết kiến tạo nhằm phát triển lực giải vấn đề cho HS 35 Bảng 2.6 Ý tưởng dạy học kiến thức “định luật len xơ” theo lý thuyết kiến tạo nhằm phát triển lực giải vấn đề cho HS 37 Bảng 3.1 Kết học tập mơn vật lí học sinh hai lớp 11A2, 11A3 học kì I năm học 2017-2018 trường THPT Hiệp Hòa số 52 Bảng 3.2 Kết kiểm tra HS sau bài: Từ thông Cảm ứng điện từ 54 Bảng 3.3 Kết kiểm tra HS sau bài: Suất điện động cảm ứng 55 Bảng 3.4 Kết kiểm tra HS sau bài: Tự cảm 55 Bảng 3.5 Thống kê điểm số, tần số tần số tích lũy kiểm tra cuối chương hai lớp TN ĐC 56 Bảng 3.6 Các tham số đặc trưng thống kê nhóm ĐC TN 58 v Dòng điện Foucault không xuất trường hợp sau đây? A Khối đồng chuyển động từ trường cắt đường sức từ; B Lá nhôm dao động từ trường; C Khối thủy ngân nằm từ trường biến thiên; D Khối lưu huỳnh nằm từ trường biến thiên Ứng dụng sau liên quan đến dòng Foucault? A phanh điện từ; B nấu chảy kim loại cách để từ trường biến thiên; C lõi máy biến ghép từ thép mỏng cách điện với nhau; D đèn hình TV Đáp án: Câu 1: D; Câu 2: D; Câu 3: A ; Câu 4: D; Câu 5: D Tiết Suất điện động cảm ứng Phiếu học tập Tìm hiểu suất điện động cảm ứng mạch kín - Nghiện cứu tài liệu SGK suất điện động, thảo luận nhóm trả lời câu hỏi: + Khái niệm? + Biểu thức tnh ? + Chú thích đại lượng biểu thức ? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phiếu học tập Tìm mối liên hệ suất điện động cảm ứng định luật len xơ HS thảo luận giải thích dấu trừ biểu thức suất điện động cảm ứng: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Phiếu học tập Tìm hiểu chuyển hóa lượng tượng cảm ứng điện từ Đọc SGK, làm lại thí nghiệm: + Phân tch chuyển hóa lượng tượng cảm ứng điện từ + Lấy ví dụ đời sống kĩ thuật? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phiếu học tập ứng dụng CNTT dùng Suất điện động cảm ứng suất điện động A sinh dòng điện cảm ứng mạch kín B sinh dòng điện mạch kín C sinh nguồn điện hóa học D sinh dòng điện cảm ứng Độ lớn suất điện động cảm ứng mạch kín tỉ lệ với A tốc độ biến thiên từ thông qua mạch C điện trở mạch B độ lớn từ thông qua mạch D diện tch mạch Khi cho nam châm chuyển động qua mạch kín, mạch xuất dòng điện cảm ứng Điện dòng điện chuyển hóa từ A hóa B C quang D nhiệt Một khung dây hình vng cạnh 20 cm nằm tồn từ trường vng góc với đường cảm ứng Trong thời gian 1/5 s, cảm ứng từ từ trường giảm từ 1,2 T suất điện động cảm ứng khung dây thời gian có độ lớn A 240 mV B 240 V C 2,4 V D 1,2 V Một khung dây hình tròn bán kính 20 cm nằm toàn từ trường mà đường sức từ vng với mặt phẳng vòng dây Trong cảm ứng từ tăng từ 0,1 T đến 1,1 T khung dây có suất điện động không đổi với độ lớn 0,2 V thời gian trì suất điện động A 0,2 s B 0,2 π s C s D chưa đủ kiện để xác định Đáp án: Câu 1: A; Câu 2: A; Câu 3: B; Câu 4: A; Câu 5: B; Tiết Tự cảm Phiếu học tập Tìm hiểu từ thơng mạch điện kín Đọc SGK, thảo luận nhóm, trả lời câu hỏi: + Từ thơng riêng mạch kín gì? + Từ thông riêng phụ thuộc vào yếu tố nào? + Biểu thức từ thông riêng? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phiếu học tập Tìm hiểu tượng tự cảm Thảo luận nhóm, nghe gợi ý GV trả lời câu hỏi: + Giả thuyết tượng tự cảm? + Phương án kiểm chứng? + Hiện tượng tự cảm gì? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phiếu học tập Xây dựng biểu thức tính suất điện động tự của ống dây HS làm việc nhóm, từ biểu thức tnh suất điện động cảm ứng, từ thông riêng, tìm biểu thức tnh suất điện động tự cảm? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phiếu học tập ứng dụng CNTT dùng Từ thông riêng mạch kín phụ thuộc vào A cường độ dòng điện qua mạch B điện trở mạch C chiều dài dây dẫn D tết diện dây dẫn Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ biến thiên từ thông qua mạch gây A biến thiên cường độ điện trường mạch B chuyển động nam châm với mạch C chuyển động mạch với nam châm D biến thiên từ trường Trái Đất Suất điện động tự cảm mạch điện tỉ lệ với A điện trở mạch B từ thông cực đại qua mạch C từ thông cực tểu qua mạch D tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua mạch Năng lượng ống dây tự cảm tỉ lệ với A cường độ dòng điện qua ống dây B bình phương cường độ dòng điện ống dây C bậc hai lần cường độ dòng điện ống dây D bình phương cường độ dòng điện ống dây Ống dây có tết diện với ống dây chiều dài ống số vòng dây nhiều gấp đôi Tỉ sộ hệ số tự cảm ống với ống A B C D Đáp án Câu 1: A; Câu 2: A; Câu 3: D; Câu 4: B; Câu 5: B; PHỤ LỤC DỰ KIẾN VIẾT BẢNG CÁC TIẾT DẠY THỰC NGHIỆM Bài 23 Từ thông - Cảm ứng từ I Từ thông Định nghĩa từ thông Đơn vị đo từ thông II Hiện tượng cảm ứng điện từ Các TN Kết luận III Định luật Len - xơ chiều dòng điện cảm ứng Các TN Các nhận xét Kết luận Trường hợp từ thơng qua mạch kín biến thiên chuyển động IV Dòng điện Foucault TN TN Giải thích Tính chất cơng dụng dòng điện Foucault Bài 24 Suất điện động cảm ứng I Suất điện động cảm ứng mạch kín 1.Định nghĩa Định luật Faraday II Suất điện động cảm ứng định luật Len - xơ III Chuyển hóa lượng tượng cảm ứng điện từ Bài 25 Tự cảm I Từ thông riêng mạch kín II Hiện tượng tự cảm Định nghĩa Một số ví dụ tượng tự cảm III Suất điện động tự cảm Biểu thức suất điện động tự cảm Năng lượng từ trường ống dây tự cảm PHỤ LỤC ĐỀ KHẢO SÁT HỌC SINH LỚP TN VÀ LỚP ĐC SAU KHI HỌC CHƯƠNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Câu Véc tơ pháp tuyến diện tích S véc tơ A có độ lớn đơn vị có phương vng góc với diện tch cho B có độ lớn đơn vị song song với diện tch cho C có độ lớn đơn vị tạo với diện tch cho góc khơng đổi D có độ lớn số tạo với diện tch cho góc khơng đổi Câu Cho véc tơ pháp tuyến diện tch vng góc với đường sức từ độ lớn cảm ứng từ tăng lần, từ thông A B tăng lần C tăng lần D giảm lần Câu vêbe A T.m2 B T/m C T.m D T/ m2 Câu Độ lớn suất điện động cảm ứng mạch kín xác định theo công thức: A e c   t C e c  B e c  .t Câu Khung dây dẫn ABCD đặt từ trường hình vẽ 5.7 Coi bên t  D e c   M  t N x x’ A B ngồi vùng MNPQ khơng có từ trường Khung chuyển động dọc theo hai đường xx’, yy’ Trong khung xuất dòng điện cảm ứng khi: y y’ B D C A Khung chuyển động vùng NMPQ B Khung chuyển động vùng NMPQ C Khung chuyển động vào vùng NMPQ D Khung chuyển động đến gần vùng NMPQ Câu Một khung dây đặt cố định từ trường mà cảm ứng từ có độ lớn ban đầu xác định Trong thời gian 0,2 s từ trường giảm thời gian khung dây xuất suất điện động với độ lớn 100 mV Nếu từ trường giảm thời gian 0,5 s suất điện động thời gian A 40 mV B 250 mV C 2,5 V D 20 mV Câu Một khung dây dẫn điện trở Ω hình vng cạch 20 cm nằm từ trường cạnh vng góc với đường sức Khi cảm ứng từ giảm từ T thời gian 0,1 s cường độ dòng điện dây dẫn A 0,2 A B A C mA D 20 mA Câu Phát biểu sau khơng đúng? A Khi có biến đổi từ thơng qua mặt giới hạn mạch điện, mạch xuất suất điện động cảm ứng Hiện tượng gọi tượng cảm ứng điện từ B Dòng điện xuất có biến thiên từ thơng qua mạch điện kín gọi dòng điện cảm ứng C Dòng điện cảm ứng có chiều cho từ trường sinh ln ngược chiều với chiều từ trường sinh D Dòng điện cảm ứng có chiều cho từ trường sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh Câu Một khung dây phẳng, diện tch 20 (cm2), gồm 10 vòng dây đặt từ trường Vectơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng khung dây góc 30 có độ lớn B = 2.10-4 (T) Người ta làm cho từ trường giảm đến không khoảng thời gian 0,01 (s) Suất điện động cảm ứng xuất khung dây khoảng thời gian từ trường biến đổi là: A 3,46.10-4 (V) C 4.10-4 (V) B 0,2 (mV) D (mV) Câu 10 Một khung dây phẳng, diện tích 25 (cm2) gồm 10 vòng dây, khung dây đặt từ trường có cảm ứng từ vng góc với mặt phẳng khung có độ lớn tăng dần từ đến 2,4.10-3 (T) khoảng thời gian 0,4 (s) Suất điện động cảm ứng xuất khung khoảng thời gian có từ trường biến thiên là: A 1,5.10-2 (mV) B 1,5.10-5 (V) C 0,15 (mV) D 0,15 (  V) Câu 11 Một khung dây cứng, đặt từ trường tăng dần hình vẽ 5.14 Dòng điện cảm ứng khung có chiều: B B B I I A B I B I C D Câu 12 Điều sau không nói hệ số tự cảm ống dây? A phụ thuộc vào số vòng dây ống; B phụ thuộc tết diện ống; C không phụ thuộc vào môi trường xung quanh; D có đơn vị H (henry) Câu 13 Một ống dây tết diện 10 cm2, chiều dài 20 cm có 1000 vòng dây Hệ số tự cảm ống dây (không lõi, đặt không khí) A 0,2π H B 0,2π mH C mH D 0,2 mH Câu 14 Một dây dẫn có chiều dài xác định trên ống dây dài l tiết diện S có hệ số tự cảm 0,2 mH Nếu lượng dây dẫn trên ống có tết diện chiều dài tăng lên gấp đơi hệ số tự cảm cảm ống dây A 0,1 H B 0,1 mH C 0,4 mH D 0,2 mH Câu 15 Một dây dẫn có chiều dài xác định trên ống dây dài l bán kính ống r có hệ số tự cảm 0,2 mH Nếu lượng dây dẫn trên ống có chiều dài tết diện tăng gấp đơi hệ số từ cảm ống A 0,1 mH B 0,2 mH C 0,4 mH D 0,8 mH Câu 16 Một ống dây có hệ số tự cảm 20 mH có dòng điện với cường độ A chạy qua Trong thời gian 0,1 s dòng điện giảm Suất điện động tự cảm ống dây có độ lớn A 100 V B 1V C 0,1 V D 0,01 V Câu 17 Một ống dây có hệ số tự cảm 0,1 H có dòng điện 200 mA chạy qua Năng lượng từ tch lũy ống dây A mJ B mJ C 2000 mJ D J Câu 18 Một ống dây 0,4 H tích lũy lượng mJ Dòng điện qua A A B 2 A C A D A Câu 19 Một khung dây phẳng có diện tích 25 (cm2) gồm 100 vòng dây đặt từ trường có vectơ cảm ứng từ vng góc với mặt phẳng khung dây có độ lớn 2,4.10-3 (T) Người ta cho từ trường giảm đặn đến khoảng thời gian 0,4 (s) Suất điện động cảm ứng xuất khung là: A 1,5 (mV) B 15 (mV) C 15 (V) D 150 (V) Câu 20 Dòng điện qua ống dây giảm theo thời gian từ I1 = 1,2 (A) đến I2 = 0,4 (A) thời gian 0,2 (s) Ống dây có hệ số tự cảm L = 0,4 (H) Suất điện động tự cảm ống dây là: A 0,8 (V) B 1,6 (V) C 2,4 (V) D 3,2 (V) * Đáp án: Câu 1: A; Câu 2: A; Câu 3: A; Câu 4: A Câu 5: C; Câu 6: A; Câu 7: A; Câu 8: Câu 8: C; Câu 9: B; Câu 10: C; Câu 11: A; Câu 12: C; Câu 13: B; Câu 14: B; Câu 15: B; Câu 16: B; Câu 17: A; Câu 18: B; Câu 19:A; Câu 20: B MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM ... TRƯỜNG PHỔ THÔNG NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH 1.1 Lý thuyết kiến tạo dạy học 1.1.1 Cơ sở tâm lý học lý thuyết kiến tạo Lý thuyết kiến tạo dạy học xuất phát từ quan điểm... Quá trình dạy học vật lý lớp 11 THPT - Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy chương Cảm ứng điện từ - Vật lí 11 vận dụng lý thuyết kiến tạo nhằm phát triển lực giải vấn đề cho học sinh 4.2 Phạm... Cảm ứng điện từ theo lý thuyết kiến tạo nhằm phát triển lực giải vấn dề cho học sinh Chương 3: Thực nghiệm sư phạm Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VẬN DỤNG LÝ THUYẾT KIẾN TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở