Sử dụng thí nghiệm, phần mềm mô phỏng và bản đồ tư duy trong dạy học chương điện tích điện trường vật lí 11

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––– NGUYỄN THU THỦY SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MƠ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƯ DUY TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG” - VẬT LÍ 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - NGUYỄN THU THỦY SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƯ DUY TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG” - VẬT LÍ 11 Chuyên ngành: LL&PPDH Bộ môn Vật lý Mã số: 60.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Đức Vượng THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn hồn tồn trung thực, chưa cơng bố cơng trình tác giả khác Thái Nguyên, tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thu Thủy Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN i http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Trần Đức Vượng, tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Sau đại học, khoa Vật lí, thầy giáo giảng dạy tồn thể bạn học viên lớp cao học K21 trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên tận tình giảng dạy, góp nhiều ý kiến q báu cho tơi suốt trình học tập, nghiên cứu khoa học làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô giáo em học sinh trường THPT Lương Thế Vinh- Cẩm Phả- Quảng Ninh giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Chân thành cảm ơn tình cảm quý báu người thân, bạn bè, đồng nghiệp cổ vũ, động viên, góp ý tiếp thêm động lực để tơi hồn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng, thời gian có hạn lực thân nhiều hạn chế kinh nghiệm nghiên cứu, nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp, bảo thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp Thái Nguyên, tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thu Thủy Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ii http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn .ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình vi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƯ DUY ĐỂ PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC NHẬN THỨC CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2 Hoạt động nhận thức tính tích cực hoạt động nhận thức HS 1.2.1 Hoạt động nhận thức học sinh 1.2.2 Tính tích cực hoạt động nhận thức học sinh 1.2.3 Các biện pháp chung phát huy tính tích cực nhận thức học sinh 13 1.3 Dạy học nêu giải vấn đề dạy học Vật lí 13 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iii http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.3.1 Khái niệm dạy học giải vấn đề 13 1.3.2 Tổ chức tiến trình dạy học theo pha thích hợp 15 1.3.3 Trình bày giáo án 16 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iii http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.4 Thí nghiệm dạy học vật lí 17 1.4.1 Khái niệm thí nghiệm vật lí 17 1.4.2 Phân loại thí nghiệm vật lí trường phổ thơng 17 1.4.3 Vai trò thí nghiệm dạy học Vật lí 18 1.5 Phần mềm mô dạy học vật lí 18 1.5.1 Khái niệm phần mềm mô 18 1.5.2 Các loại phần mềm mô dạy học Vật lí 18 1.5.3 Vai trò phần mềm mơ dạy học Vật lí 19 1.6 Bản đồ tư 19 1.6.1 Khái niệm đồ tư 19 1.6.2 Cách đọc đồ tư 19 1.6.3 Cách vẽ đồ tư 20 1.6.4 Các ứng dụng đồ tư dạy học 21 1.7 Thực trạng việc sử dụng TN, PMMP BĐTD trường THPT 24 1.7.1 Về sở vật chất trường THPT Lương Thế Vinh , thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh 24 1.7.2 Về phía giáo viên 24 1.7.3 Về phía học sinh 25 1.7.4 Khả sử dụng TN, PMMP BĐTD dạy học Vật lí 26 1.7.5 Một số khó khăn sử dụng TN, PMMP BĐTD dạy học 27 1.8 Kết luận chương 27 Chương 2: XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƯƠNG “ ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG ” - VẬT LÝ 11 VỚI VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƯ DUY 28 2.1 Đặc điểm chương “Điện tích- Điện trường”- Vật lí 11 28 2.1.1 Đặc điểm cấu trúc nội dung chương “Điện tích- Điện trường”- Vật lí 11 28 2.1.2 Chuẩn kiến thức kĩ chương “ Điện tích- Điện trường”- Vật lí 11 29 2.1.3 Nội dung dạy học chương “Điện tích- Điện trường” 30 2.2 Một số định hướng việc tổ chức hoạt động nhận thức với hỗ trợ đồ tư để phát huy tính tích cực nhận thức cho học sinh 42 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv 2.2.1 Chú ý hướng dẫn rèn luyện kỹ xây dựng BĐTD cho HS 42 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 2.2.2 Lựa chọn đắn chủ đề để phát huy tính tích cực nhận thức HS với hỗ trợ BĐTD 43 2.2.3 Hướng dẫn học sinh kỹ vẽ đồ tư 43 2.2.4 Một số biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức HS với hỗ trợ BĐTD 45 2.3 Thiết kế tiến trình dạy học số cụ thể chương “Điện tích - Điện trường” - Vật lí 11 theo hướng nghiên cứu đề tài 47 2.4 Kết luận chương 63 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 64 3.1 Mục đích nhiệm vụ TNSP 64 3.1.1 Mục đích 64 3.1.2 Nhiệm vụ 64 3.2 Đối tượng nội dung TNSP 65 3.2.1 Đối tượng 65 3.2.2 Nội dung 65 3.3 Phương pháp TNSP 65 3.4 Đánh giá thực nghiệm sư phạm (TNSP) 66 3.4.1 Phương pháp đánh giá kết TNSP 66 3.4.2 Kết xử lí kết TNSP 67 3.5 Kết luận chương 75 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 76 Kết luận 76 Khuyến nghị 77 Hướng phát triển đề tài 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt BĐTD Bản đồ tư CNTT Công nghệ thông tin ĐC ĐHSP GD & ĐT GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất PGS Phó giáo sư 10 PMMP Phần mềm mô 11 PPDH Phương pháp dạy học 12 PTDH Phương tiện dạy học 13 SGK Sách giáo khoa 14 THCS Trung học sở 15 THPT Trung học phổ thông 16 TN 17 TNSP 18 TS 19 TTCNT Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Viết đầy đủ Đối chứng Đại học sư phạm Giáo dục Đào tạo Thực nghiệm Thực nghiệm sư phạm Tiến sỹ Tính tích cực nhận thức iv http://www.lrc.tnu.edu.vn Học sinh: - Ôn tập kiến thức cu to ca nguyờn t Trong chơng trình vật lÝ THCS chóng ta ®· học lớp - Chuẩn bị bút vẽ, giấy khổ lớn, bút màu, tẩy III PHƯƠNG PHÁP VÀ HÌNH THỨC TỔ CHỨC DẠY HC - Phng phỏp dy hc: Nêu vấn đề, thực nghiệm, hỏi đáp gợi mở, đàm thoại - Hỡnh thức tổ chức dạy học: Tổ chức nhóm IV KIẾN THỨC TRỌNG TÂM - Cấu tạo nguyên tử phương diện điện Điện tích nguyên tố :  Cấu tạo nguyên tử : + Nguyên tử nguyên tố gồm hạt nhân mang điện dương nằm trung tâm êlectrôn mang điện âm chuyển động xung quanh hạt nhân + Hạt nhân có cấu tạo gồm hai loại hạt prôtôn mang điện dương nơtrơn khơng mang điện + Êlectron có điện tích -1,6 10 -19 + Proton có điện tích +1,6 10 C khối lượng 9,1 10 -19 -31 kg C khối lượng 1,67 10 -27 kg Khối lượng nơtron xấp xỉ khối lượng prôtôn + Trong nguyên tử : số prôtôn số êlectrôn nguyên tử nên nguyên tử trung hòa điện  Điện tích ngun tố : + Điện tích ngun tố điện tích prơtơn điện tích êlectrơn nhỏ khơng thể phân chia q0 = e = 1,6 10 -19 C + Vật nhiễm điện có điện tích : q = ne, n Є Z -Thuyết eelectron :  Cơ sở lý thuyết : Dựa vào cư trú di chuyển êlectron để giải thích tượng điện tính chất điện vật  Nội dung : + Iôn dương : Nguyên tử bị êlectron + Iôn âm : Nguyên tử nhận thêm êlectron + Vật nhiễm điện âm số êlectron số proton Vật nhiễm điện dương số êlectron proton nhỏ số - Bản chất số tượng điện: + Vật (chất) dẫn điện vật chứa nhiều điện tích tự (electron iơn) Vật (chất) cách điện vật có chứa điện tích tự + Hiện tượng nhiễm điện vật: + Cọ xát: electron từ nguyên tử vật chuyển sang vật khác cọ xát hai vật, kết hai vật mang điện trái dấu + Tiếp xúc: electron chuyển từ vật sang vật khác cho vật trung hòa điện tiếp xúc với vật khác mang điện, kết hai vật mang điện dấu + Hưởng ứng: electron dịch chuyển vật dẫn làm cho vật có phân bố lại điện tích vật đặt gần vật mang điện khác - Trong tượng nhiễm điện cọ xát, điện tích hai vật cọ xát độ lớn trái dấu Trong tượng nhiễm điện tiếp xúc, vật tiếp xúc nhiễm điện dấu Trong tượng nhiễm điện hưởng ứng, điện tích phân bố lại hai đầu vật độ lớn trái dấu V TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Ổn định tổ chức, kiểm tra cũ (2 phút) -Phát biểu viết biểu thức định định luật Cu-lông? Nội dung : Hoạt động 1: (2 phút): Tạo tình học tập: GV Muốn hiểu chất tượng điện ta phải hiểu chế cuả tượng đó, nghĩa phải hiểu cấu trúc bên vật Mọi vật cấu tạo từ ngun tử ,phân tử Do ngun tử có kích thước nhỏ nên quan sát mắt thường, muốn hiểu cấu tạo nguyên tử cần phải đưa mơ hình ngun tử Mơ hình mơ hình phù hợp với kiện thực nghiệm liên quan dùng để giải thích kiện thực nghiệm GV yêu cầu HS nêu nội dung sơ lược cấu tạo nguyên tử ? GV chương trình Vật lí THCS tìm hiểu sơ lược nội dung này, để hiểu kỹ nội dung ứng dụng việc giải thích tượng nhiễm điện vào học hôm Hoạt động 2: (14 phút) Tìm hiểu thuyết electron Trợ giúp giáo viên Hoạt động học sinh - GV yêu cầu HS đọc SGK tìm - HS tiếp nhận nhiệm vụ, nghiên cứu SGK hiểu cấu tạo ngun tử phương với quan sát mơ hình nguyên tử diện điện kết hợp trình chiếu cho HS xem mơ hình ngun tử - GV kiểm tra tiếp thu kiến thức HS thông qua câu hỏi: (?) Hãy nêu hiểu biết em cấu tạo nguyên tử? - HS: Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện dương electron mang điện âm lớp vỏ Tổng điện tích electron hạt nhân khơng Ngun tử trung hồ điện (?) Nêu hiểu biết em - Êlectron có điện tích -1,6 10 êlectron? 9,1 10 (?)Em có biết hạt nhân cấu tạo không? -31 -19 C khối lượng kg - HS: Hạt nhân gồm hạt proton mang điện dương nơtron khơng mang điện Proton có điện tích +1,6 10 -19 C khối lượng 1,67 10 -27 kg Điện tích proton giá trị tuyệt đối trái dấu với điện tích electron Khối lượng nơtron xấp xỉ khối lượng prơtơn (?) Ngun tử trung hồ điện - HS: Chứng tỏ tổng số proton tổng số chứng tỏ hạt mang điện electron nguyên tử quan hệ với nào? - GV: Cấu trúc nguyên tử mà - HS tiếp thu kiến thức, quan sát mơ hình em vừa nêu phù hợp với mơ ngun tử hình ngun tử chấp nhận ngày nay, mẫu nguyên tử Bo Vật lý học đại xây dựng mơ hình nguyên tử phức tạp giải tốt tốn vi mơ Tuy nhiên, mơ hình Bo giúp ta giải thích nhiều tượng điện thực tế Các em quan sát lại hình vẽ mơ tả mẫu ngun tử - Cá nhân ghi nhận khái niệm điện tích nguyên tố GV: Đưa khái niệm điện tích nguyên tố - Cá nhân tìm hiểu câu trả lời GV: Phát triển từ nội dung sơ lược cấu tạo nguyên tử, ta có thuyết êlectron GV yêu cầu HS đọc SGK tìm hiểu thuyết êlectron thơng qua gợi ý: (?) Nêu sở lý thuyết thuyết êlectron? HS: Dựa vào cư trú di chuyển êlectron để giải thích tượng điện (?) Từ em cho biết iơn tính chất điện dương, iơn âm tạo thành vật nào? GV dùng PMMP tạo thành iôn dương, âm iôn - Iôn dương : Ngun tử bị (Mơ hình ngun tử bớt êlectron - Iôn âm : Nguyên tử nhận thêm êlectron) (?) Hãy cho biết êlectron - Vật nhiễm điện âm số êlectron số vật mang điện âm dương? proton Vật nhiễm điện dương số êlectron nhỏ số proton GV nhận xét câu trả lời HS GV: Đó nội dung thuyết electron Vận dụng nội dung thuyết cho phép giải thích nhiều tượng điện thực tế Hoạt động 3: (15 phút) Vận dụng thuyết êlectron Trợ giúp giáo viên Hoạt động học sinh GV yêu cầu HS đọc SGK tìm hiểu Chất dẫn điện chất cách điện GV: Khái niệm chất cách điện chất dẫn điện đề - HS tiếp nhận nhiệm vụ, nghiên cứu SGK cập đến chương trình Vật Lý lớp THCS (?)Thế vật (chất) dẫn điện, - Vật (chất) dẫn điện vật (chất) cho dòng điện Thế vật(chất) cách điện? qua - Vật(chất) cách điện (vật) chất khơng cho dòng điện qua (?) Dựa vào cấu trúc điện vật - Vật dẫn điện vật chứa nhiều điện tích tự liệu, em phân biệt lại hai khái Vật cách điện vật chứa điện tích tự niệm này? Nếu HS không trả lời được, GV gợi ý: - Cá nhân ghi nhận - Dòng điện dòng chuyển dời có hướng điện tích Những điện tích di chuyển qua khoảng cách lớn kích thước phân tử vật gọi điện tích - Cá nhân tìm hiểu câu trả lời tự (?) Vậy dựa vào tính dẫn điện chất đó, phân biệt hai loại - Vật dẫn điện vật chứa nhiều điện tích tự Vật cách điện vật chứa điện tích tự vật liệu đó? Nêu ví dụ? - Ví dụ: + Đồng, dung dịch axít, dung dịch muối chất dẫn điện GV: Mọi trình nhiễm điện + Sứ, thủy tinh, gỗ… chất cách điện trình tách điện tích dương âm phân bố lại điện tích vật phần vật GV: Dựa vào thuyết electron, giải thích tượng nhiễm điện, từ nêu chất tượng nhiễm điện ? Giải thích ba tượng nhiễm điện GV chia lớp thành nhóm u cầu nhóm giải thích tượng nhiễm điện: + Nhiễm điện cọ xát - Các nhóm thảo luận để đưa kết luận Thanh thước làm cao su sau chung cọ xát vào lơng thú có khả hút vật nhẹ + Nhiễm điện tếp xúc Nếu vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật nhiễm điện bị nhiễm điện dấu với vật + Nhiễm điện hưởng ứng Khi đưa kim loại trung hòa điện lại gần cầu nhiễm điện âm Vì kim loại nhiễm điện kim loại nhiễm điện - GV bao quát lớp kiểm tra công - Các nhóm cử đại diện lên báo cáo việc nhóm - Sau yêu cầu đại diện nhóm báo cáo kết GV: Nhận xét báo cáo kèm theo trình chiếu PMMP để minh họa cho việc giải thích tượng nhiễm điện Giải thích + Nhiễm điện cọ xát Khi cọ xát vào lông thú, số electron lông thú chuyển sang thước Cây thước trạng thái không mang điện, nhận electron bị nhiễm điện âm + Nhiễm điện tếp xúc Khi vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật nhiễm điện, ví dụ vật nhiễm điện âm phần electron thừa vật nhiễm điện âm truyền sang vật chưa nhiễm điện Vì vật chưa nhiễm điện thừa electron nên nhiễm điện âm + Nhiễm điện hưởng ứng Khi đưa kim loại trung hòa điện lại gần cầu nhiễm điện âm cầu đẩy electron tự kim loại xa làm cho electron tập trung nhiều phía xa cầu nên kim loại nhiễm điện âm, phía gần cầu nên kim loại thiếu nhiều electron nên nhiễm điện dương Hoạt động 4: (6 phút) Tìm hiểu định luật bảo toàn điện tch Trợ giúp giáo viên Hoạt động học sinh GV: Khi cọ xát vật với sau tách hai vật ra, chúng tích điện, trái dấu (?) Nếu hai vật khơng trao đổi điện HS: điện tích dương xuất vật tích với vật khác (hai vật lập độ lớn điện tích âm xuất vật thành hệ lập), chứng tỏ độ lớn điện tích xuất hai vật quan hệ với nào? GV: Lúc đầu, hai vật có điện tích tổng cộng không, vật HS: Tổng đại số điện tích hai vật hệ khơng trung hòa điện Sau cọ xát với nhau, hai vật nhiễm điện, điện tích tổng cộng hai vật bao nhiêu? GV : Như kết luận chất trình nhiễm điện? HS: Như chất nhiễm điện trình nhiễm điện thực chất trình tách điện tích âm dương phân bố lại điện tích vật hay phần tử vật HS: Trong hệ kín (khơng có trao đổi với bên ngoài) tổng đại số điện tích ln ln số GV: Từ nhận xét ta đưa đến kết luận xét cho hệ lập điện? GV: Thơng báo nội dung định luật bảo tồn điện tích HS: Ghi nhận Hoạt động 5: (05 phút) Củng cố, hệ thống hoá học Trợ giúp giáo viên Hoạt động học sinh - Giáo viên yêu cầu nhóm dùng - Các nhóm thảo luận, thiết lập BĐTD BĐTD để hệ thống hoá lại kiến thức trọng tâm học - Các nhóm cử đại diện trình bày - GV chiếu BĐTD để HS tham khảo Hình 2.7 BĐTD tổng kết “Thuyết êlectron Định luật bảo tồn điện tích” Hoạt động 6: (01 phút) Dặn dò giao nhiệm vụ nhà Trợ giúp giáo viên Hoạt động học sinh - Nêu câu hỏi tập nhà - Ghi câu hỏi tập nhà - Yêu cầu: HS chuẩn bị sau - Ghi chuẩn bị cho sau VI RÚT KINH NGHIỆM Phụ lục 7: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM ... TRÌNH DẠY HỌC CHƯƠNG “ ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG ” - VẬT LÝ 11 VỚI VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƯ DUY 28 2.1 Đặc điểm chương Điện tích- Điện trường - Vật lí 11 ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - NGUYỄN THU THỦY SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MƠ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƯ DUY TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG” - VẬT LÍ 11 Chuyên... dụng thí nghiệm, phần mềm mô đồ tư dạy học chương Điện tích - Điện trường - Vật lí 11 làm đề tài luận văn thạc sĩ Mục đích nghiên cứu Xây dựng tiến trình dạy học chương Điện tích - Điện trường