Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn học sinh tự học chương chất khí vật lí lớp 10 cơ bản nhằm phát triển năng lực tự học của học sinh trung học phổ thông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC VƢƠNG THỊ HUẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN HỌC SINH TỰ HỌC CHƢƠNG “CHẤT KHÍ" VẬT LÍ LỚP 10 CƠ BẢN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC VƢƠNG THỊ HUẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN HỌC SINH TỰ HỌC CHƢƠNG “CHẤT KHÍ" VẬT LÍ LỚP 10 CƠ BẢN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: Lý luận phƣơng pháp dạy học (Bộ mơn Vật lí) Mã số: 8140111 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Huy Sinh HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình học tập hồn thành luận văn này, nhận ủng hộ, giúp đỡ quý báu thầy cô giáo, cán phụ trách gia đình, bạn bè tơi Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Các thầy cô giáo Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Trƣờng Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội toàn thể thầy cô giáo tham gia giảng dạy, giúp đỡ tơi trưởng thành suốt q trình học tập trường, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi hồn thành luận văn GS TS Nguyễn Huy Sinh, người thầy đáng kính hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn, động viên bảo cho tận tình suốt trình thực luận văn Ban giám hiệu, thầy cô giáo giảng dạy mơn vật lí em học sinh trƣờng THPT Lƣơng Tài 2, Bắc Ninh nhiệt tình cộng tác, giúp đỡ tơi q trình thực nghiệm sư phạm Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè tơi bên động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt giúp tơi suốt q trình học tập hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 2017 Tác giả Vƣơng Thị Huế I tháng năm DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ GD: Giáo dục GQVĐ: Giải vấn đề GV: Giáo viên HS: Học sinh NLTH: Năng lực tự học Nxb: Nhà xuất PPDH: Phương pháp dạy học SGK: Sách giáo khoa SBT: Sách tập TH: Tự học THPT: Trung học phổ thông B-M: Bôi – lơ – Ma – ri - ốt II MỤC LỤC Lời cảm ơn i Danh mục chữ viết tắt ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục đồ thị vii MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phương pháp nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đóng góp luận văn Cấu trúc luận văn Chƣơng CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Vài nét lịch nghiên cứu vấn đề tự học 1.1.1 Những nghiên cứu nước 1.1.2 Những nghiên cứu nước 1.2 Dạy học xu hướng đổi phương pháp dạy học 1.2.1 Những quan điểm dạy học 1.2.2.Một số khái niệm tự học 1.2.3 Quá trình tự học 1.2.4 Vai trò tự học hoạt động học tập 12 1.2.5 Các hình thức tự học HS 13 1.2.6 Tự học có hướng dẫn 14 1.3 Hướng dẫn tự học nhằm phát triển lực tự học HS THPT 14 1.3.1 Năng lực tự học vật lí HS THPT 14 1.3.2 Phát triển lực tự học Vật lí học sinh THPT thơng qua hệ thống tập III 18 1.3.3 Phương pháp chung để giải tập vật lí 20 1.3.4 Phương pháp giải tập định tính 22 1.3.5 Phương pháp giải tập định lượng 24 1.4 Thực trạngvề vấn đề tự học học sinh môn Vật lí học trường THPT 25 1.4.1 Thực trạng hoạt động tự học học sinh THPT 25 1.4.2 Thực trạng sử dụng hệ thống tập Vật lí trường THPT Lương Tài – Bắc Ninh 26 1.4.3 Thực trạng dạy học chương “chất khí” trường THPT Lương Tài – Bắc Ninh 29 1.5 Tiểu kết chương 31 Chƣơng 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN HỌC SINH TỰ HỌC CHƢƠNG "CHẤT KHÍ", VẬT LÍ 10 CƠ BẢN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 32 2.1 Vài nét tổng quan dạy học chương "Chất khí" trường THPT 32 2.1.1 Vai trò, vị trí chương "Chất khí", Vật lí 10 chương trình mơn Vật lí lớp 10 32 2.1.2 Nội dung kiến thức chương "Chất khí", Vật lí 10cơ 33 2.1.3 Mục tiêu cần đạt sau học chương “Chất khí” 34 2.1.3 Một số khó khăn dạy học tập chương "Chất khí", Vật lí 10 bảncho học sinh THPT 36 2.2 Xây dựng hệ thống tập hỗ trợ học sinh tự học chương "Chất khí", Vật lí 10 nhằm phát triển lực tự học 37 2.2.1 Nguyên tắc xây dựng hệ thống tập 37 2.2.2 Nguyên tắc sử dụng hệ thống tập 38 2.2.3 Hệ thống tập hỗ trợ học sinh tự học chương "Chất khí", Vật lí 10 38 2.3 Hướng dẫn học sinh tự học chương "Chất khí", Vật lí lớp 10 bảnnhằm phát triển lực tự học cho học sinh 56 IV 2.4 Tiểu kết chương 56 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 56 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm 56 3.2 Đối tượng thực nghiệm 57 3.3 Tổ chức thực nghiệm 57 3.4.Phân tích đánh giá kết thực nghiệm 60 3.4.1 Phân tích định tính q trình TNSP 60 3.4.2 Phân tích định lượng 61 3.4.3 Kết TNSP 62 3.5 Hiệu hệ thống tập soạn thảo 67 3.6 Kết luận chương 69 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 74 V DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1a Phiếu điều tra GV trường 27 Bảng 1.1b Phiếu điều tra HS khối 10 trường THPT Lương Tài (Bắc Ninh) .28 Bảng 1.2a Phiếu điều tra GV dạy Vật lí trường THPT Lương Tài – Bắc Ninh 29 Bảng 1.2b Phiếu điều tra 440 HS khối 10 trường THPT Lương Tài – Bắc Ninh 30 Bảng 3.1 Tiêu chí đánh giá mức độ đạt lực tự học vật lí HS THPT 58 Bảng 3.2a Bảng thống kê điểm số kiểm tra trước TNSP 62 Bảng 3.2b Bảng thống kê điểm số kiểm tra sau TNSP .63 Bảng 3.3a Bảng thống kê số % kiểm tra đạt điểm Xi trước TNSP 64 Bảng 3.3b Bảng thống kê số % kiểm tra đạt điểm Xi sau TNSP 65 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp tham số nhóm TN nhóm ĐC kiểm tra sau TNSP 66 VI DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ Hình 1.1 Chu trình tự học .12 Hình 1.2 Sơ đồ phát triển lực tự học học sinh THPT 18 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống tập vật lí .25 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Chất khí” 36 Hình 3.1 Biểu đồ phân bố điểm kiểm tra trước TNSP 63 Hình 3.2 Biểu đồ phân bố điểm kiểm tra sau TNSP 64 Hình 3.3 Biểu đồ phân bố tần suất kiểm tra lớp TN ĐC trước TNSP .65 Hình 3.4 Biểu đồ phân bố tần suất kiểm tra lớp TN ĐC sau TNSP .66 VII VIII 24 Phạm Hoài Thu (2016), Tổ chức dạy học chương “Động lực học chất điểm”, Vật lí 10 theo hướng phát triển lực tự học học sinh, Luận văn thạc sĩ sư phạm vật lí, Trường Đại học giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội 25 Rubakin N.A (1982), Tự học nào, Nxb Thanh niên 73 PHỤ LỤC 1:HƢỚNG DẪN HS TỰ HỌC BÀI TẬP VỀ THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ A Mục tiêu + Kiến thức: Củng cố kiến thức chất khí, thuyết động học phân tử chất khí + Kĩ năng: Vận dụng thuyết động học phân tử chất khí để giải thích tượng liên quan đến chất khí B Chuẩn bị Hệ thống tập chương “Chất khí” C Tiến trình giảng dạy Kiểm tra cũ: Phiếu học tập Câu 1: Hãy ghép nội dung cột bên trái với nội dung phù hợp cộtphải Khi so sánh lực tương tác a) hỗn loạn không ngừng phân tử lực Khi phân tử gần b) tương tác phân tử chất khí nhỏ Các phân tử chất khí chuyển động c) khơng đáng kể so với thể tích bình chứa chúng Các phân tử chất rắn d) lực hút phân tử nhỏ lực đẩy Chất khí lí tưởng tích riêng e) dao động xung quanh vị phân tử trí cân xácđịnh Một lượng chất thể khí f) khơng tích hình dạng xác định Các phân tử khí lí tưởng g) lớn so với kích thước chúng Khoảng cách phân tử h) tương tác với va chạm chất khí với 74 Hoạt động 2: Vận dụng thuyết động học phân tử chất khí để giải tập Hoạt Nội dung Ghi động thầy trò Nhắc - Thuyết động học phân tử chất khí: - Tó lại nội + Các chất có cấu tạo gián đoạn gồm số lớn phân tử m dung Các phân tử lạiđượccấutạotừcácnguyêntử tắt lí thuyết + Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng (chuyển động thuy động nhiệt) Các phân tử chuyển động nhanh nhiệt độ chất khí ết học cao phân + Kích thước phân tử nhỏ (khoảng 10-10 cm) so với khoảng cách tử chúng chất + Số phân tử thể tích định lớn Trong nhiều khí trường hợp bỏ qua kích thước phân tử coi phân tử chất điểm + Các phân tử không tương tác với trừ lúc va chạm Sự va chạm phân tử phân tử với thành bình tuân theo định luật va chạm đàn hồi học Newton Các giả thuyết a,b với chất khí giả thuyết c,dchỉ đúngvớichấtkhílýtưởng Ápsuất: p  F S - Áp suất: Lực phân tử chất khí tác dụng lên đơn vị diện tích thành bình áp suất chất khí Đơn vị ápsuất: Trong hệ SI, đơn vị áp suất N/m2hay Pascal, kí hiệu làPa: 1N/m2=1Pa Ngồi ra, áp suất đo bằng: Atmơtphe kỹ thuật, ký hiệu at: 75 1at = 0,981.105 N/m2= 736 mmHg Atmôtphe vật lý, ký hiệu atm: 1atm = 1,013.105 N/m2= 760 mmHg = 1,033 at - Thế áp suất ? đơn 76 vị áp suất - Phát Bài 1: Dùng thuyết động học phân tử giải thích định luật Boyle – cho Mariotte (B –M)? HS hệ thốn g tập định tính xây dựn g - Yêu cầu HS, tập mẫu tiến hành trao 77 đổi, thảo luận để giải tập - Trao đổi, thảo Bài 2: Vìsaokhiphanướcchanhngườitathườnglàmchođườngtantrướcrồimớicho đá lạnhvào? luận để giải tập Bài tập nhà: Hoàn thành tập nâng cao tài liệu xây dựng HƢỚNG DẪN HS TỰ HỌC BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ VÀ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƢỞNG A Mục tiêu học + Kiến thức: 78 Củng cố kiến thức cho HS đẳng q trình, định luật chất khí phương trình trạng thái khí lí tưởng Hệ thống tập định luật chất khí lí tưởng phương trình trạng thái khí lí tưởng + Kĩ năng: Giải tập định luật chất khí lí tưởng phương trình trạng thái khí lí tưởng B Chuẩn bị: Hệ thống tập định luật chất khí lí tưởng phương trình trạng thái khí lí tưởng C Tiến trình dạy học: Hoạt động 1: Kiểm tra cũ Câu 1: Vận dụng thuyết động học phân tử để giải thích định luật Sác – lơ Hoạt động 2: Vận dụng để giải tập định luật chất khí phương trình trạng thái khí lí tưởng Hoạt động thầy Nội dung Ghi trò - Nhắc lại định nghĩa - Q trình đẳng nhiệt: q trình biến -Tóm tắt q trình đẳng nhiệt - Nhắc lại nội dung định luật B – M - Hướng dẫn HS đưa đổi trạng thái nhiệt độ giữ lí thuyết - Phương không đổi - Định luật B - M: Trong trình biến pháp giải đổi đẳng nhiệt lượng khí phương pháp giải định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích: tập định lượng P.V = số hay P1.V1 = P2.V2 định luật B – M - Xác định thông số P, V, T chất khí lí tưởng trạng thái - Xác định xác trạng thái 1, trạng thái 2, trạng thái trung gian 79 (nếu có) - Xác định trình biến đổi trạng thái thơng số giữ khơng đổi từ xác định đẳng q trình định luật chất khí áp dụng Tóm tắt? - Xác định thơng số biết chưa biết trạng thái? Có Bài 1: Khí nén đẳng nhiệt từ thể tích lít đến thể tích lít, áp suất khí tăng thêm 0,75 atm Tìm áp suất ban đầu khí? trạng thái trung gian hay khơng? - Xác định trình biến đổi trạng thái đẳng trình nào? - Áp dụng định luật chất khí để tìm thơng số chưa biết? - Tóm tắt? Bài 2: Người ta điều chế khí Hydro chứa vào bình lớn áp suất 80 - Xác định thông số biết chưa biết trạng thái?, có trạng thái trung gian atm nhiệt độ 20C Tính thể tích khí phải lấy từ bình lớn để nạp vào bình nhỏ thể tích 20 lít áp suất 25 atm Coi q trình đẳng nhiệt hay khơng? - Xác định q trình biến đổi trạng thái đẳng trình nào? - Áp dụng định luật để tìm thơng số chưa biết? - Nhắc lại định nghĩa - Quá trình đẳng tích: q trình biến đổi - Tóm tắt q trình đẳng tích - Nhắc lại nội dung định luật Sác- lơ trạng thái thể tích giữ lí thuyết - Phương khơng đổi - Định luật Sác – lơ: Trong trình biến pháp Hướng dẫn HS đưa đổi đẳng tích lượng khí phương pháp giải định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ - T (K) = tập định lượng định tuyệt đối luật Sác - lơ chất khí lí tưởng Tóm tắt? giải t (ºC) + P P P = số hay  T1 T2 T Bài 1:: Trong bình chứa khí nhiệt - Xác định thông số độ 27 ºC áp suất atm Khi nung nóng biết chưa biết đẳng tích khí bình lên đến 87 ºC trạng thái?Có áp suất khí lúc bao nhiêu? trạng thái trung gian 81 273 hay khơng? - Xác định q trình biến đổi trạng thái đẳng trình nào? - Áp dụng định luật để tìm thơng số chưa biết? Tóm tắt Bài 2: Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ, - Xác định thơng số biết chưa biết trạng thái?Có trạng thái trung gian đèn sáng nhiệt độ bóng đèn 400 ºC, áp suất bóng đèn áp suất khí 1atm Tính áp suất khí bóng đèn đèn chưa sáng 22 ºC hay không? - Xác định trình biến đổi trạng thái đẳng trình nào? - Áp dụng định để tìm thơng số chưa biết? - Nhắc lại định nghĩa - Quá trình đẳng áp: Là trình biến đổi - Tóm tắt q trình đẳng áp - Nhắc lại nội dung định trạng thái áp suất giữ khơng đổi lí thuyết - Phương luật Gay Luy - xác - Định luật Gay Luy - xác: Trong trình pháp Hướng dẫn HS đưa biến đổi đẳng áp lượng khí giải phương pháp giải tập định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ 82 định lượng định luật Gay Luy – xác tuyệt đối: - T (K) = V V V = số hay  T1 T2 T Tóm tắt? Bài 1: Một khối khí đem giãn nở đẳng - - Xác định thông số biết chưa biết trạng thái? Có trạng thái trung gian nhiệt từ nhiệt độ t1=32 ºC đến nhiệt độ t2= 117 ºC, thể tích khối khí tăng thêm 1,7 lít Tìm thể tích khối khí trước sau giãn nở hay không? - Xác định trình biến đổi trạng thái đẳng trình nào? - Áp dụng định luật chất khí để tìm thơng số chưa biết? Tóm tắt? Bài 2: Đun nóng lượng khơng khí - Xác định thơng số biết chưa biết trạng thái?Có trạng thái trung gín hay điều kiện đẳng áp nhiệt độ tăng thêm K, thể tích tăng thêm 1% so với thể tích ban đầu Tính nhiệt độ ban đầu khí? khơng? - Xác định q trình biến đổi trạng thái đẳng trình nào? - Áp dụng định để 83 (tºC) + 27 tìm thơng số chưa biết? - Nhắc lại phương trình trạng thái khí lí tưởng từ hướng dẫn Phươngtrìnhtrạngtháikhílýtưởng: P1.V1 P2 V2  T1 T2 lí thuyết - Phương HS tìm phương pháp pháp giải giải Tóm tắt? Bài 1:Nếu thể tích lượng khí giảm - Xác định thông số biết chưa biết - Tóm tắt trạng thái?Có 1/10, nhiệt độ tăng thêm 16 ºC áp suất tăng 2/10 so với áp suất ban đầu Tính nhiệt độ ban đầu trạng thái trung gian hay không? - Xác định trình biến đổi trạng thái đẳng trình nào? - Áp dụng cơng thức để tìm thơng số chưa biết? Tóm tắt? - Xác định thông số biết chưa biết trạng thái? Có Bài 2:: Một lượng khí đựng xilanh có pittơng chuyển động Các thơng số trạng thái lượng khí là: at, 15lít, 300 K Khi pittơng nén khí, áp 84 trạng thái trung gian suất khí tăng lên tới 3,5 at, thể tích hay khơng? giảm 12 lít Nhiệt độ khí nén? - Xác định q trình biến đổi trạng thái đẳng q trình nào? - Áp dụng cơng thức để tìm thơng số chưa biết? Bài tập nhà: Hoàn thành tập nâng cao phần định lượng PHỤ LỤC 2: ĐỀ KIỂM TRA TRƢỚC KHI THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 85 Câu1 (2 điểm): Viết biểu thức định luật bảo toàn trường hợp vật chịu tác dụng trọng lực (Giải thích nêu đơn vị đại lượng công thức) Câu (3 điểm):Một vật có khối lượng m = 50g trượt khơng vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng xuống mặt phẳng nằm ngang Ma sát mặt phẳng nghiêng không đáng kể Chiều dài mặt phẳng nghiêng l = 10cm, góc tạo mặt phẳng nghiêng mặt phẳng nằm ngang 30º Lấy g = 10 m/s2 a Tính vận tốc chân mặt phẳng nghiêng b Tính công trọng lực Câu (3 điểm): Thả rơi tự vật khối lượng 200 g từ độ cao 10 m xuống đất, lấy g = 10 m/s2 Vận tốc vật vừa chạm đất bao nhiêu? Vật lún sâu vào đất đoạn bao nhiêu? Biết lực cản đất F = 400N Câu (2 điểm):Một viên đạn có khối lượng m = 50 g bay theo phương ngang với vận tốc 200 găm vào bao cát treo dây dài 1m, bao cát có khối lượng 4950g đứng yên.( Coi va chạm vật hệ kín) Tính vận tốc hệ sau va chạm ? Góc lệch tối đa dây treo bao cát so với phương thẳng đứng ? PHỤ LỤC 3: ĐỀ KIỂM TRA SAU KHI THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM Bài 1(2 điểm): Trình bày nội dung thuyết động học phân tử chất khí? 86 Hãy giải thích chất khí gây áp suất lên thànhbình? Bài (3 điểm): Thế trình đẳng nhiệt ? Quan hệ áp suất thể tích lượng khí lí tưởng q trình biến đổi đẳng nhiệt tuân theo định luật nào? Hãy phát biểu viết biểu thức định luật Áp dụng: Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 10 lít áp suất atm đến thể tích lít áp suất bao nhiêu? Bài (3 điểm): Một khối khí lí tưởng tích 10 lít, nhiệt độ 27 ºC, áp suất atm biến đổi qua trình : Q trình 1: đẳng tích, áp suất tăng gấp lần Q trình 2: đẳng áp, thể tích sau 15 lít a Tìm thể tích sau khí b Vẽ đồ thị biểu diễn trình biến đổi khí hệ tọa độ (V,T) Bài (2 điểm): Một bọt khí tích 1mm3 đáy hồ nước có độ sâu h, nhiệt độ đáy hồ ºC, sát mặt hồ 27 ºC Khi lên sát mặt hồ thể tích bọt khí tăng lên lần Lấy g = 10 m/s2, khối lượng riêng nước D = 103 kg/m3, áp suất mặt thoáng 105 Pa Xác định h 87 ... hướng dẫn học sinh tự học chương "Chất khí" Vật lí lớp 10 nhằm phát triển lực tự học học sinh trung học phổ thông" Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu sở lí luận tự học để xây dựng hệ thống tập hướng dẫn. .. khăn dạy học tập chương "Chất khí" , Vật lí 10 bảncho học sinh THPT 36 2.2 Xây dựng hệ thống tập hỗ trợ học sinh tự học chương "Chất khí" , Vật lí 10 nhằm phát triển lực tự học ... Xây dựng hệ thống tập hỗ trợ dạy học chương Chất khí Vật lí 10 THPT + Hướng dẫn học sinh sử dụng tập tự học chương "Chất khí" , Vật lí 10 THPT Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng hệ thống tập hướng