Sử dụng sơ đồ suy luận ngược hướng dẫn giải bài tập vật lý THPT, nhằm nâng cao hiệu quả học tập bộ môn của học sinh

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT LANG CHÁNH SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG SƠ ĐỒ SUY LUẬN NGƯỢC HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ THPT, NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỌC TẬP BỘ MÔN CỦA HỌC SINH Người thực hiện: Phạm Văn Tiến Chức vụ: Tổ phó CM SKKN thuộc lĩnh mực: Vật lý THANH HOÁ NĂM 2017 MỤC LỤC Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Những điểm SKKN 2 Nội dung 2.1 Cơ sở lý luận 2.1.1 Vai trò tập vật lý 2.1.2 Phương pháp chung để giải tập vật lý 2.1.3 Hình thức tổ chức tiết dạy giải tập vật lý 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng phương pháp dạy học sơ đồ suy luận ngược 2.3 Giải pháp tiến hành để giải vấn đề 2.3.1 Xây dựng sơ đồ suy luận ngược để giải tập vật lý 2.3.2 Các bước tiến hành để nghiên cứu hiệu đề tài 2.3.3 Một số ví dụ sơ đồ suy luận ngược 2.4 Kết áp dụng đề tài vào thực tế dạy học 10 Kết luận kiến nghị 11 3.1 Kết luận 11 3.2 Kiến nghị 12 Tài liệu tham khảo 13 Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài Trong việc nâng cao chất lượng giáo dục nói chung chất lượng mơn Vật lí nói riêng, việc cải tiến phương pháp dạy học nhân tố quan trọng bên cạnh việc bồi dưỡng kiến thức chuyên môn để phát huy tính tích cực, phát triển ý thức lực tư duy, bồi dưỡng phương pháp tự học học sinh Bài tập vật lí phổ thơng thường vấn đề khơng q phức tạp, giải suy luận logic, tính tốn thực nghiệm dựa sở quy tắc vật lí, phương pháp vật lí biết Nhưng tập Vật lí lại khâu quan trọng trình dạy học, có vai trò tác động tới tư duy, nhận thức, tình cảm khoa học mơn vật lí học sinh Việc giải tập vật lí giúp củng cố đào sâu, mở rộng kiến thức, xây dựng củng cố kỹ kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, biện pháp quý báu để phát triển lực tư học sinh Vì việc giải tập vật lí mục đích khơng phải tìm đáp số, điều quan trọng cần thiết, mục đích việc giải tập chỗ người làm tập hiểu sâu sắc khái niệm, định luật vật lí, vận dụng chúng vào vấn đề thực tế sống, lao động Qua thực tế giảng dạy Vật lí trường THPT, tơi nhận thấy học sinh gặp nhiều khó khăn, lúng túng giải tập vật lí, điều nhiều ảnh hưởng đến chất lượng dạy học Xuất phát từ lí trên, năm học 2009- 2010 định chọn đề tài: "Sử dụng phương pháp suy ngược để hướng dẫn giải tập vật lý" trường THPT Lang Chánh làm đề tài nghiên cứu kết nghiên cứu áp dụng cho nhiều tín hiệu tốt, nhiên đề tài chưa áp dụng rộng rãi Trong năm lại việc điều chỉnh mức độ câu hỏi đề thi làm cho đề tài ngày ảnh hưởng nhiều tới dạng tập đề thi Do vậy, năm học 2016 - 2017 định nâng cấp đề tài thành đề tài: “Sử dụng sơ đồ suy luận ngược hướng dẫn giải tập vật lý THPT, nhằm nâng cao hiệu học tập môn học sinh” làm đề tài nghiên cứu mình, với hy vọng kết nhiên cứu làm sở, phương pháp để học sinh áp dụng tốt trình học tập, qua nâng cao chất lượng học tập mơn 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài Đề tài hướng tới việc tìm phương pháp, cách thức, nhằm giúp học sinh nắm chắc, hiểu sâu kiến thức, có tư suy luận logic, có kỹ sử dụng kiến thức toán học để giải tập vật lý, đặc biệt dạng tập có bước suy luận theo chuổi phổ biến chương trình học cấp THPT nay, từ góp phần nâng cao chất lượng dạy học mơn vật lí trường THPT nói chung 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu việc giải số dạng tập vật lý lớp 12, ưu nhược điểm cách tiếp cận khác nhau, từ tổng kết nên sơ đồ tổng quát phương pháp suy luận ngược, nhằm áp dụng để dẫn dắt trình tiếp cận, giải tập vật lý đạt hiệu cao 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nghiên đề tài thân áp dụng số phương pháp sau đây: - Phương pháp xây dựng sở lý thuyết - Phương pháp khảo sát thực tế - Phương pháp thống kê xử lý số liệu 1.5 Những điểm SKKN Phát triển SKKN thân xếp loại trước đó, tơi trọng vào khắc phục hai hạn chế đề tài trước, cụ thể là: - Thay dừng lại việc nêu quy tắc thực giải tốn, đề tài nêu rõ bước cụ thể phải thực để giải toán vật lý, đồng thời sơ đồ hóa phương pháp thành sơ đồ tư duy, nhằm giúp học sinh tiếp cận nhanh, xác đặc biệt khả khắc sâu quy tắc chung - Thay dừng lại phạm vi chương 1, vật lý lớp 10, đề tài hướng dẫn áp dụng cho nhiều chương chương trình vật lý THPT áp dụng rộng cho tất chương, phần Nội dung 2.1 Cơ sở lý luận Việc dạy học vật lí trường phổ thơng chưa phát huy hết vai trò tập vật lí thực nhiệm vụ dạy học Dạy học sinh giải tập vật lí cơng việc khó khăn bộc lộ rõ trình độ người giáo viên việc hướng dẫn hoạt động nhận thức, tư học sinh 2.1.1 Vai trò tập vật lý Bài tập vật lý có vai trò quan trọng khơng so với khái niệm vật lý, định luật vật lý, tượng vật lý, thí nghiệm vật lý Khả học sinh giải tập vật lý khâu quan trọng trình dạy học học Bài tập vật lý có vai trò sau: - Bài tập Vật lí giúp cho học sinh ơn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức Bài tập vật lí phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động Khi giải tập vật lí học sinh phải nhớ lại kiến thức học, có phải sử dụng tổng hợp kiến thức nhiều chương nhiều phần chương trình - Bài tập điểm khởi đầu để dẫn đến kiến thức Nhiều tập sử dụng khéo léo dẫn học sinh đến suy nghĩ tượng xây dựng khái niệm để giải thích tượng tập phát - Giải tập vật lý rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát - Giải tập hình thức làm việc tự lực cao học sinh Trong làm tập phải tự phân tích điều kiện đầu bài, tự xây dựng lập luận nên từ học sinh phát triển lực làm việc tự lực nâng cao, tính kiên trì phát triển - Giải tập góp phần làm phát triển tư sáng tạo học sinh Có nhiều tập vật lý khơng dừng lại phạm vi vận dụng kiến thức học mà giúp bồi dưỡng cho học sinh tư sáng tạo Đặc biệt tập giải thích tượng, tập thí nghiệm - Giải tập vật lý phương tiện để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức học sinh Tùy theo cách tập ta phân loại mức độ nắm vững kiến thức học sinh giúp việc đánh giá chất lượng học sinh xác 2.1.2 Phương pháp chung để giải tập vật lý Bước 1: Tìm hiểu đầu Đọc kỹ đầu bài, vừa đọc vừa tóm tắt kiện cho, cần phải tính Trong bước này, ý phân tích kỹ để hiểu rõ thuật ngữ đặc biệt Bước 2: Phân tích tượng vật lý Trong bước phải vẽ hình, điền thơng số hình vẽ, phân tích xem trình vật lý xảy nào, liên quan đến tượng, định luật học Bước 3: Lập phương trình liên quan giải Dựa vào tượng, định luật mà toán liên quan ta thiết lập phương trình tương ứng Bước 4: Biện luận Xét xem nghiệm toán học tìm có phù hợp với ý nghĩa vật lý không, loại bỏ nghiệm không phù hợp với vật lý 2.1.3 Hình thức tổ chức tiết dạy giải tập vật lý Hình thức 1: Gọi học sinh lên bảng trình bày lời giải Đây hoạt động thường giáo viên áp dụng nhiều tập Ở hoạt động giáo viên nêu tập, gọi học sinh lên bảng tóm tắt trình bày lời giải, gọi học sinh khác nhận xét lời giải, giáo viên tổng kết giải kết luận Hình thức 2: Hướng dẫn lớp giải chung tập Đây hoạt động khả phổ biến tập Ở hoạt động giáo viên hướng dẫn học sinh lớp giải chung tập thông qua hệ thống câu hỏi Hoạt động thường tiến hành có tập phức tạp, phải giải qua nhiều bước, lớp có số học sinh giải Hình thức 3: Giao phiếu học tập chia nhóm để học sinh giải tập lớp Ở hoạt động này, GV chuẩn bị tập phiếu học tập, chia lớp thành nhóm để làm tập 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng phương pháp dạy học sơ đồ suy luận ngược Trước thực đề tài qua giảng dạy trường THPT Lang Chánh, qua tìm hiểu trao đổi với đồng nghiệp, qua kết tiết tập, qua điểm số kiểm tra cho thấy đa số học sinh ngại học mơn vật lí Bởi chương trình vật lí có nhiều cơng thức, nhiều định luật, đơn vị, tập vật lí đòi hỏi nhiều tư duy, làm tập vật lí em thường lúng túng việc định hướng giải, nói em chưa biết cách giải trình bày lời giải Từ biểu cụ thể đúc kết lại học sinh gặp phải số khó khăn sau giải tập vật lý: - Học sinh không hiểu ý đồ tốn, tóm tắt tốn khơng Do khơng nhận thấy tốn cho giả thiết nào, cần xác định đại lượng - Kĩ vận dụng kiến thức toán học cho việc giải tập hạn chế phận không nhỏ học sinh - Học sinh không nhớ kiến thức vật lý học - Học sinh khơng định hướng hướng giải vấn đề, rơi vào trường hợp bế tắc lòng vòng - Giáo viên chưa hướng dẫn cho học sinh cách tự đặt câu hỏi suy luận cách logic để học sinh tìm cơng việc giải tập đâu 2.3.Giải pháp tiến hành để giải vấn đề 2.3.1 Xây dựng sơ đồ suy luận ngược để gải tập vật lý Từ khó khăn học sinh trình giải tập, cần thiết người dạy phải hướng dẫn cho học sinh phương pháp suy luận để tìm hướng giải vấn đề Một cách hướng dẫn cho học sinh xây dựng Sơ đồ suy luận ngược để giải tập vật lý Một cách tổng quát, sơ đồ suy luận ngược (SĐSLN) mơ hình hóa bước cụ thể, phép toán cụ thể để giải tập Xây dựng SĐSLN trình xác định hệ thống biểu thức cần thực hiện, từ đại lượng ẩn số cần xác định đến biểu thức cuối không chứa ẩn thực giải tốn theo trình tự ngược lại với q trình xác định biểu thức, với hệ thống câu hỏi gợi mở để xác định nhiệm vụ cụ thể trình giải tập Hệ thống câu hỏi dẫn dắt, gợi mở trình xây dựng SĐSLN có vai trò quan trọng Giáo viên phải tập cho học sinh có thói quen đặt câu hỏi định hướng Các nhiệm vụ cụ thể, công thức, định luật để xác định đại lượng trung gian thể thành SĐSLN theo quy ước kí hiệu chung - Các bước thực phương pháp: + Bước 1: Viết biểu thức số xác định đại lượng cần tìm Trong biểu thức xuất đại lượng ẩn trung gian + Bước 2: Viết biểu thức số thích hợp để xác định ấn trung gian + Bước 3: Thay số đủ liệu; tiếp tục xuất ẩn trung gian mới, thực bước tương tự quy trình bước Trình bày tốn theo trình tự đánh số ngược lại (từ lớn đến nhỏ) - Mơ hình hóa sơ đồ suy luận ngược: a = f(x) x = g(y) y = p(z) z = q(t) Thay số đủ kiện 2.3.2 Các bước tiến hành để nghiên cứu hiệu đề tài Để kiểm tra tính khả thi đề tài nghiên cứu, tác giả dùng phương pháp thực nghiệm tác động lên đối tượng lớp 12A2 gồm có 36 HS 12A3 gồm có 35 HS trường THPT Lang Chánh Phương pháp tiến hành: + Bước 1: Kiểm tra chất lượng lớp trước tiến hành tác động cách cho HS lớp làm kiểm tra 45 phút + Bước 2: Tác động lên đối tượng cách hướng dẫn cho HS lớp 12A2 giải tập vật lí phương pháp dùng sơ đồ suy luận ngược gữi nguyên hình thức cũ HS hớp 12A3 + Bước 3: Kiểm tra tính hiệu đề tài sau tác động lên đối tượng cách cho HS lớp làm kiểm tra 45 phút + Bước 4: Thống kê số liệu rút nhận xét tính khả thi đề tài 2.3.3 Một số ví dụ sơ đồ suy luận ngược Ví dụ 1: Một vật chuyển động thẳng nhanh dần với vận tốc ban đầu v = (m/s) Sau thời gian t = 10 (s) đạt vận tốc v = 12 (m/s) Tìm quãng đường vật thời gian - Ta có sơ đồ: Thay số đủ kiện - Giải: + Gia tốc vật (2): a = v − v0 12 − = =1 t 10 (m/s ) + Quãng đường vật thời gian (1): s= v − v02 12 − 2 = = 70 (m) 2.a 2.1 Ví dụ 2: Một vật m = kg kéo lực F = (N) theo phương ngang, sàn nhà phẳng Vật chuyển động nhanh dần từ nghỉ, sau quãng đường s = (m), đạt vận tốc v = (m/s) Lấy g = 10 (m/s 2) Xác định hệ số ma sát vật mặt sàn - Ta có sơ đồ: Thay số đủ kiện - Giải: + Gia tốc vật (3): a= v − v02 42 −0 = =1 2.s (m/s ) + Độ lớn lực ma sát vật sàn (2): F ms = F − m.a = - 2.1 = 2(N) + Hệ số ma sát vật mặt sàn là: µ= Fms = = 0,1 mg 2.10 Ví dụ 3: Vật m = kg chuyển động thẳng với vận tốc v = (m/s), chịu tác dụng ngoại lực phát động sinh công tổng cộng cho vật A = 16 (J) Xác định vận tốc vật đạt nhận cơng - Ta có sơ đồ: Thay số đủ kiện - Giải: + Động ban đầu vật (3): Wd = m.v0 = 2( J ) + Áp dụng liên hệ biến thiên động cơng ngoại lực ta có (2): Wd = Wd + A = + 16 = 18( J ) + Vận tốc vật đạt cuối trình (1): v= 2.Wd 2.18 = = 6(m / s ) m Ví dụ 4: Một vật m = 100 (g) đồng thời tham gia dao động điều hòa π π phương, tần số x1 = 3.cos(2.π t - )(cm) x = 4.cos(2.π t + )(cm) Xác định vật - Ta có sơ đồ: Thay số đủ kiện - Giải: + Biên độ dao động vật (2): A = A12 + A22 = + = 5(cm) + Cơ vật (1): W = 1 m.ω A = 0,1.0,05 = 0,125( mJ ) 2 Ví dụ 5: Mạch chọn sóng gồm cuộn cảm L tụ điện điện dung C0, thu sóng có bước sóng 2m, để thu sóng có bước sóng 6m phải ghép thêm vào mạch tụ điện có điên dung C lần C0 ghép nào? - Vì bước sóng tăng nên điện dung phải tăng Vậy phải ghép C song song với C0 - Ta có sơ đồ: Thay số C = Cb - C đủ kiện - Giải: + Điện dung tụ (2): Cb = λb2 λ20 = = 9C0 4.π L 4.π L + Điện dung tụ ghép thêm (1): C = Cb - C0 = C0 + Vậy phải ghép song song với C0 tụ C = 8C0 10 Ví dụ 6: Hạt nhân 238 92 U phân rã phóng xạ thành hạt nhân 234 90 Th hạt α Sau t = 2T bán rã người ta thu 6.72 lít H e (đktc) Xác định khối lượng 238 92 U ban đầu - Ta có sơ đồ: Thay số đủ kiện - Giải: + Vì tỉ lệ số hạt He tạo số hạt U 1:1, nên số mol U ∆n = n H e = (3): V = 0,3(mol ) 22,4 + Số mol U ban đầu (2): n0 = ∆n 0,3 = = 0,4( mol ) 1 (1 − t ) (1 − ) 2 T + Khối lượng U ban đầu (1): m0 = n0 A = 0,4.238 = 95,2 (g) 2.4 Kết áp dụng đề tài vào thực tế dạy học Sau hướng dẫn HS xây dựng SĐLG trình giải tập vật lý, kết cho thấy đa số HS giảm bớt tâm lý e ngại học môn vật lý, khơng khí lớp học bớt căng thẳng Chất lượng HS thơng qua điểm số kiểm tra có cao so với trước Kết thông qua điểm số kiểm tra Trước tác động Điểm 10 12A2 11 12A3 10 2 Sau tác động lên HS 12A2 Điể 10 12A2 2 11 0 12A3 m 11 Sau tác động lên đối tượng, kết kiểm tra, chất lượng học tập mơn vật lý HS lớp 12A2 có tiến rõ rệt, HS lớp 12A3 gần khơng có biến chuyển Qua thống kê kiểm tra học sinh, nhận định sau: - Chất lượng nắm vững kiến thức lớp tốt hơn, qua giúp học sinh có cách học mới, tư việc tiếp cận kiến thức - Kết kiểm tra với lực học sinh từ giúp cho giáo viên phân hóa học sinh - Giúp học sinh phát huy tính tích cực nhận thức, niềm yêu thích học mơn vật lí, tăng cường tính sáng tạo học tập, vận dụng kiến thức vào giải tập Vậy đề tài có tính khả thi áp dụng cho đối tượng HS khối khác môn học khác Kết luận kiến nghị 3.1 Kết luận Trong thời gian nghiên cứu áp dụng đề tài cho đối tượng HS khối 12 trường THPT Lang Chánh nhận thấy kết học tập, tư suy luận, kĩ trình bày, kĩ đặt câu hỏi HS cài thiện tích cực Có thể tóm lược nội dung tác động tích cực đề tài đến trình học tập học sinh số ý sau đây: - Giúp học sinh có thói quen phân tích đầu bài, hình dung bước giải tập - Kích thích hứng thú, say mê học tập cho học sinh rèn thói quen tìm tòi lời giải hay cho tốn Vật lí - Khắc sâu kiến thức vật lí cho học sinh đồng thời nắm kiến thức bổ trợ khác 12 - Khả ứng dụng đề tài cao, triển khai đơn giản, khơng đòi hỏi kinh phí thời gian, nên triển khai diện rộng nhiều khối, nhiều trình độ, đối tượng học sinh khác 3.2 Kiến nghị: Phát triển đề tài đề tài "Sử dụng phương pháp suy ngược để hướng dẫn giải tập vật lý" trường THPT Lang Chánh, hội đồng khoa học Sở GD ĐT Thanh Hóa xếp loại C, nhiên thời gian qua chưa thực nhân rộng, hy vọng đề tài tối ưu đánh giá tốt lần nữa, qua làm sở để đề tài tiếp cận gần với đồng chí, đồng nghiệp mơn, góp phần nhỏ cải thiện chất lượng môn Vật lý trường THPT, đặc biệt huyện vùng cao, vùng sâu XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 20 tháng 05 năm2017 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Phạm Văn Tiến 13 Tài liệu tham khảo Phạm Văn Tiến- GV trường THPT Lang Chánh- Lang Chánh- Thanh Hóa: "Sử dụng phương pháp suy ngược hướng dẫn giải tập vật lý" trường THPT Lang Chánh, năm 2009-2010 Bộ GD&ĐT (2006), Vật lí 12, NXB Giáo dục Bộ GD&ĐT (2006), Bài tập Vật lí 12, NXB Giáo dục Bộ GD&ĐT (2006), Sách giáo viên Vật lí 12, NXB Giáo dục PGS.Nguyễn Đức Thâm, TS.Nguyễn Ngọc Hưng, TS.Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học Vật lý trường phổ thông, NXB ĐH Sư phạm Phạm Hữu Tòng (1994), Bài tập phương pháp dạy tập vật lí, NXB Giáo dục Lê Công Triêm, Nguyễn Đức Vũ (2004), Phương pháp nghiên cứu khoa học giáo dục, NXB ĐH Sư phạm Thái Duy Tuyên (2010), Phương pháp dạy học truyền thống đổi mới, NXB Giáo dục Việt Nam 14 DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Phạm Văn Tiến Chức vụ đơn vị công tác: TPCM - Trường THPT Lang Chánh TT Tên đề tài SKKN Sử dụng phương pháp suy Kết Cấp đánh đánh giá giá xếp loại xếp loại (Phòng, Sở, (A, B, Tỉnh ) C) Năm học đánh giá xếp loại ngược việc giải tập Sở vật lý GD ĐT C 2009 - 2010 C 2010 - 2011 ( Vật lý 10- Cơ - trường THPT Lang Chánh) Một phương pháp thống phương trình phức tạp phần ghép dụng cụ, mạch, hệ Sở dao động thành phương GD ĐT trình đơn giản, nhằm nâng cao hiệu làm trắc nghiệm * Liệt kê tên đề tài theo thứ tự năm học, kể từ tác giả tuyển dụng vào Ngành thời điểm 15 ... niệm vật lý, định luật vật lý, tượng vật lý, thí nghiệm vật lý Khả học sinh giải tập vật lý khâu quan trọng trình dạy học học Bài tập vật lý có vai trò sau: - Bài tập Vật lí giúp cho học sinh. .. Do vậy, năm học 2016 - 2017 định nâng cấp đề tài thành đề tài: Sử dụng sơ đồ suy luận ngược hướng dẫn giải tập vật lý THPT, nhằm nâng cao hiệu học tập môn học sinh làm đề tài nghiên cứu mình,... vật lý Từ khó khăn học sinh q trình giải tập, cần thiết người dạy phải hướng dẫn cho học sinh phương pháp suy luận để tìm hướng giải vấn đề Một cách hướng dẫn cho học sinh xây dựng Sơ đồ suy luận