Biên soạn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TPHCM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý ĐỀ TÀI: BIÊN SOẠN VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG SVTH: Đinh Trung Hưng MSSV: 41.01.102.040 GVHD: TS Đỗ Văn Năng TP Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2019 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Đỗ Văn Năng tận tình hướng dẫn động viên suốt q trình thực khóa luận tốt nghiệp Xin gửi lời cảm ơn đến Ban Chủ Nhiệm Khoa Vật Lý Trường Đại Học Sư Phạm – TP Hồ Chí Minh, Thầy (Cơ) em học sinh Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong - TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện để khóa luận tốt nghiệp thực thực nghiệm sư phạm Xin gửi lời cảm ơn đến Thầy (Cô) thuộc Khoa Vật Lý Trường Đại Học Sư Phạm – TP Hồ Chí Minh giảng dạy kiến thức chun mơn, phần giúp cho khóa luận tốt nghiệp hồn thiện TP Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 04 năm 2019 Sinh viên Đinh Trung Hưng DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các sở, dấu hiệu nhận biết tập vật lý dạng đồ thị .17 Bảng 1.2 Tám cách thể kiện, thông số đồ thị 22 Bảng 2.1 Trình tự xếp hệ thống tập chủ đề tập vật lý dạng đồ thị 29 Bảng 2.2 Các câu hỏi gợi ý bước quy trình hướng dẫn học sinh (trình độ trung bình yếu) giải tập vật lý dạng đồ thị 116 Bảng 2.3 Các câu hỏi gợi ý bước quy trình hướng dẫn học sinh (trình độ trung bình khá) giải tập vật lý dạng đồ thị 118 Bảng 2.4 Các câu hỏi gợi ý bước quy trình hướng dẫn học sinh (trình độ giỏi) giải tập vật lý dạng đồ thị 120 Bảng 3.1 Thống kê số học sinh đạt điểm số kiểm tra đầu vào 138 Bảng 3.2 Thống kê số học sinh đạt điểm số kiểm tra đầu 138 Bảng 3.3 Kết thông số thống kê 139 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Phương pháp giải tập vật lý 11 Sơ đồ 2.1 Quy trình giải tập vật lý dạng đồ thị 115 Sơ đồ 2.2 Quy trình hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ thị 121 MỤC LỤC Lí chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Giả thuyết khoa học .2 Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu .3 Phương pháp nghiên cứu .3 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN, THỰC TIỄN HOẠT ĐỘNG GIẢI, HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ Ở TRƯỜNG THPT 1.1 Bài tập vật lý 1.1.1 Bài tập vật lý 1.1.2 Vai trò tập vật lý 1.1.3 Phân loại tập vật lý 1.1.4 Phương pháp giải tập vật lý .9 1.2 Bài tập vật lý dạng đồ thị 12 1.2.1 Đồ thị 12 1.2.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ hai đại lượng vật lý .13 1.2.3 Các sở, dấu hiệu nhận biết tập vật lý dạng đồ thị 14 1.2.4 Một số cách thể kiện, thông số đồ thị tập vật lý dạng đồ thị dạng ngược 18 1.3 Thực trạng hoạt động hướng dẫn giải, giải hệ thống tập vật lý dạng đồ thị trường THPT 23 1.3.1 Thực trạng 23 1.3.2 Một số thuận lợi khó khăn 26 1.3.3 Phương hướng khắc phục 27 CHƯƠNG 2: BIÊN SOẠN HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ VÀ QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ 28 2.1 Biên soạn hệ thống tập vật lý dạng đồ thị 28 2.1.1 Tiêu chí biên soạn hệ thống tập vật lý dạng đồ thị 28 2.1.2 Hệ thống tập vật lý dạng đồ thị 30 2.2 Quy trình hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ thị .110 2.2.1 Quy trình giải tập vật lý dạng đồ thị 110 2.2.2 Quy trình hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ thị 115 2.3 Vận dụng quy trình hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ thị 122 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 137 3.1 Mục tiêu thực nghiệm sư phạm 137 3.2 Phạm vi đối tượng thực nghiệm sư phạm 137 3.2.1 Phạm vi thực nghiệm 137 3.2.2 Đối tượng thực nghiệm 137 3.3 Tiến trình thực nghiệm 137 3.3.1 Chọn mẫu thực nghiệm 137 3.3.2 Tổ chức thực nghiệm 137 3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 137 3.4.1 Phương pháp định lượng 137 3.5 Kết thực nghiệm sư phạm 138 3.6 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 139 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO 141 PHỤ LỤC 142 1 Lí chọn đề tài Giải tập vật lý kĩ rèn luyện chủ yếu chiếm nhiều thời gian nhiều kĩ mà môn vật lý bồi dưỡng cho học sinh, việc giải tập vật lý mang lại nhiều tác dụng tích cực giúp cho việc ơn tập, củng cố mở rộng kiến thức, kĩ cho học sinh, tập khởi đầu cho kiến thức phát triển lực tự lực làm việc học sinh, phát triển tư sáng tạo học sinh,… [2] Bài tập vật lý phân loại rõ ràng để giáo viên dễ dàng lựa chọn sử dụng hợp lí tập vật lý dạy học, phân loại dựa tiêu chí phương thức giải tập vật lý chia làm bốn loại tập định tính, tập định lượng, tập thí nghiệm tập đồ thị (bài tập vật lý dạng đồ thị) [3] Có nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề giải tập vật lý Nhìn chung nghiên cứu có, dựa ngun tắc sử dụng phần kiến thức cụ thể vật lý học “cơ học” “dao động cơ” “dịng điện xoay chiều”, từ phân loại dạng tập, nêu phương pháp giải, xây dựng quy trình hướng dẫn giải phát triển lực khác học sinh thơng qua q trình giải tập Ưu điểm nghiên cứu có giúp cho giáo viên, học sinh có nguồn tập để rèn luyện, giúp cho giáo viên áp dụng tiến trình dạy học để hướng dẫn học sinh giải tập vật lý logic hiệu quả, thông qua việc giải tập vật lý mà học sinh nâng cao kĩ năng, lực khác Tuy nhiên nghiên cứu có cịn dựa nhiều vào hai loại tập định tính định lượng mà chưa có nhiều nghiên cứu hai loại tập thí nghiệm tập đồ thị, đặc biệt loại tập đồ thị Trong đồ thị cơng cụ tốn học quan trọng, đồ thị có nhiều ứng dụng môn khoa học đời sống, chẳng hạn phát bệnh liên quan đến tim mạch dựa vào “điện tâm đồ”, tiên đoán tiên đề Bo dựa vào “quang phổ”, phát đại lượng vật lý dựa vào việc vẽ đồ thị kết thực nghiệm, đồ thị giúp giải dễ dàng toán chuyển động thực tế… Những điều thể rõ ràng năm gần đây, đề thi trung học phổ thông quốc gia (THPTQG) môn vật lý trọng đến tập vật lý dạng đồ thị, điều gây khơng khó khăn cho học sinh quen với cách giải hai loại tập định tính định lượng, đa số học sinh khơng có kĩ lấy kiện, thông số từ đồ thị giải tập vật lý dạng đồ thị Hiện tập vật lý dạng đồ thị rời rạc, chưa có hệ thống tập đồ thị riêng biệt để giáo viên, học sinh tham khảo, tập vật lý dạng đồ thị chủ yếu mảng nhỏ kiến thức vật lý phổ thơng dao động điều hịa, điện xoay chiều,… Chính lí kể trên, việc nghiên cứu đề tài “Biên soạn hướng dẫn học sinh giải hệ thống tập vật lý dạng đồ thị trung học phổ thông” cần thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài + Biên soạn hệ thống tập vật lý dạng đồ thị + Xây dựng quy trình hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ thị + Giả thuyết khoa học Nếu biên soạn hệ thống tập vật lý dạng đồ thị hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ thị giúp cho học sinh có nguồn tập vật lý dạng đồ thị phong phú nâng cao khả giải tập vật lý dạng đồ thị Nhiệm vụ nghiên cứu + Nghiên cứu sở lý luận tập vật lý, nghiên cứu sở lý thuyết đồ thị - hàm số Toán + Xác định sở, dấu hiệu nhận biết tập vật lý dạng đồ thị cách thể kiện, thông số đồ thị, từ biên soạn hệ thống tập vật lý dạng đồ thị + thị Xây dựng quy trình hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ + Vận dụng quy trình để hướng dẫn học sinh giải số tập vật lý dạng đồ thị + Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra đánh giá quy trình hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ thị Đối tượng nghiên cứu + Bài tập vật lý dạng đồ thị + Quy trình hướng dẫn giải tập vật lý dạng đồ thị + Học sinh trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, quận 5, TPHCM Phạm vi nghiên cứu + Địa bàn nghiên cứu: trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, quận 5, TPHCM + Nội dung chương trình: Kiến thức vật lý chương trình vật lý phổ thơng + Thời gian: Khoảng tháng Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: + Nghiên cứu sách, giáo trình, tạp chí, nghiên cứu liên quan đến đề tài nghiên cứu * + + Nghiên cứu phần “Đồ thị - hàm số” Toán + Nghiên cứu kiến thức vật lý chương trình vật lý phổ thông Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Điều tra, thu thập ý kiến thực trạng hoạt động giải, hướng dẫn giải tập vật lý dạng đồ thị giáo viên học sinh * Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: + Thực nghiệm trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, quận 5, TPHCM   C đồ thị mô tả tượng vật lý D cách lấy kiện từ đồ thị E Ý kiến khác: …………………………………………………………… Câu 7: Theo Thầy (Cô), việc giải tập vật lý dạng đồ thị  A quan trọng môn vật lý môn khoa học thực nghiệm, nhờ có đồ thị mà nhà khoa học tìm đại lượng vật lý  B quan trọng đồ thị mơ tả tượng vật lý rõ ràng, giúp học sinh thấy tượng vật lý cách trực quan  C quan trọng đáp ứng kì thi quan trọng THPTQG  D khơng cần thiết học sinh dựa vào “thủ thuật” để lấy kiện từ đồ thị, làm học sinh không hiểu sâu chất vật lý  E khơng cần thiết gây cho học sinh nhiều khó khăn lấy kiện từ đồ thị đề thi THPTQG có vài câu F Ý kiến khác: …………………………………………………………… Câu 8: Theo Thầy (Cô), so với tập vật lý dạng khác, giải tập vật lý dạng đồ thị, đa số học sinh     A hứng thú B hứng thú C không hứng thú D không hứng thú E Ý kiến khác:………………………………………………………………… Câu 9: Trong năm gần tập vật lý dạng đồ thị xuất nhiều đề thi    A học kì B học sinh giỏi C THPTQG D Ý kiến khác:………………………………………………………………… Câu 10: Trong đề kiểm tra lớp (đề kiểm tra 15 phút tiết,…), Thầy Cô thường xuyên cho tập vật lý dạng  A thí nghiệm  B đồ thị  C định tính  D định lượng D Ý kiến khác:………………………………………………………………… Câu 11: Các tập vật lý dạng đồ thị mà Thầy (Cô) sử dụng để hướng dẫn học sinh giải lấy cấp  A hệ thống tập (gồm nhiều dạng tập vật lý) tổ chuyên môn cung  B đề thi học sinh giỏi, THPTQG,…   C tập vật lý dạng đồ thị rãi rác mạng D tập vật lý dạng đồ thị Thầy (Cơ) biên soạn E Ý kiến khác: …………………………………………………………… Câu 12: Các tập vật lý dạng đồ thị mà Thầy (Cơ) có  A đa dạng phong phú, trải từ lớp 10 đến lớp 12  B nhiều số chủ đề kiến thức vật lý quan trọng chuyển động thẳng đều, biến đổi đều, dao động điều hịa, điện xoay chiều,…  C khơng có nhiều, rãi rác số chủ đề kiến thức vật lý D Ý kiến khác: …………………………………………………………… Bảng P3.1 Tổng hợp kết khảo sát giáo viên Chọn Câu 10 11 12 PHIẾU KHẢO SÁT HỌC SINH PHIẾU KHẢO SÁT THỰC TRẠNG HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ CỦA HỌC SINH TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ HỒNG PHONG Chân thành cảm ơn em thực bảng khảo sát để chúng tơi thu thập thông tin khách quan Các em vui lịng đánh dấu X vào lựa chọn (có thể nhiều lựa chọn) mà em thực cho hợp lí Câu 1: Theo em, tập vật lý dạng đồ thị  A Dạng tập liên quan đến yếu tố thực nghiệm  B Dạng tập mà phải lấy kiện từ đồ thị tính tốn thơng thường  C Dạng tập mà tượng vật lý mô tả hình dạng đồ thị D Ý kiến khác: …………………………………………………………… Câu 2: Trong tiết tập, Thầy (Cô) dành đa số thời gian để hướng dẫn cho em giải tập vật lý dạng     A Liên quan đến thí nghiệm B Liên quan đến đồ thị C Liên quan đến tượng D Liên quan đến tính tốn thơng thường E Ý kiến khác: …………………………………………………………… Câu 3: Khi Thầy (Cô) hướng dẫn em giải tập vật lý dạng đồ thị, Thầy (Cô)  A Cho em đọc đề tự giải Sau khoảng thời gian định Thầy (Cơ) sửa bảng  B Cho em đọc đề tự giải Trong q trình giải Thầy (Cơ) quan sát, giúp đỡ yêu cầu học sinh lên bảng sửa  C Thông báo phương pháp giải cụ thể, nhấn mạnh số đặc điểm khác biệt tập vật lý dạng đồ thị tập vật lý dạng khác, em tự giải Thầy (Cô) sửa D Ý kiến khác:………………………………………………………………… Câu 4: Em có tìm thêm tập vật lý dạng đồ thị để rèn luyện thêm không?     A Thường xuyên B Thỉnh thoảng C Hiếm D Không E Ý kiến khác: …………………………………………………………… Câu 5: Khi giải tập vật lý dạng đồ thị, em  A có phương pháp giải cụ thể áp dụng cho tập vật lý dạng đồ thị  B chưa có phương pháp giải cụ thể giải đa số tập vật lý dạng đồ thị  C chưa có phương pháp giải cụ thể gặp nhiều lúng túng giải tập vật lý dạng đồ thị D Ý kiến khác: ………………………………………………………………    A không viết biểu thức vật lý ứng với hình dạng đồ thị B khơng biết đồ thị mô tả tượng vật lý C cách lấy kiện từ đồ thị D Ý kiến khác: ………………………………………………………………… Câu 7: Mặc dù có số khó khăn giải tập vật lý dạng đồ thị em  A Hứng thú tập vật lý dạng đồ thị lạ, thú vị giảm nhàm chán giải tập vật lý tính tốn thơng thường  B Hứng thú tập vật lý dạng đồ thị mơ tả tượng cách trực quan  C Hứng thú tập vật lý dạng đồ thị ngày xuất nhiều đề thi quan trọng trung học phổ thông quốc gia (đề thi đại học) D Ý kiến khác:………………………………………………………………… Câu 8: Theo em, so với tập vật lý dạng khác, giải tập vật lý dạng đồ thị  A Giúp em hạn chế việc đọc đề dài  B Giúp em nhận biết tượng vật lý dễ dàng    C giúp em hạn chế việc tiếp nhận nhiều kiện D Giúp em hạn chế việc tính tốn phức tạp E khơng giúp ích gì, tập trung vào việc tìm liệu từ đồ thị tính tốn F Ý kiến khác:………………………………………………………………… Câu 9: Em thấy tập vật lý dạng đồ thị đề thi    A Học kì B Học sinh giỏi C Trung học phổ thông quốc gia (đề thi đại học) D Ý kiến khác: ……………………………………………………………… Câu 10: Trong q trình học, em Thầy (Cơ) cung cấp nhiều tập vật lý     A Liên quan đến thí nghiệm B Liên quan đến đồ thị C Liên quan đến tượng D Liên quan đến tính tốn thơng thường E Ý kiến khác: ……………………………………………………………… Câu 11: Em có mong muốn cung cấp thêm nhiều tập vật lý dạng đồ thị?    A Rất muốn B Muốn C Không cần thiết D Ý kiến khác: ………………………………………………………………… Câu 12: Em mong muốn Thầy (Cô) dành nhiều thời gian để hướng dẫn em giải tập vật lý dạng đồ thị  A Bài tập vật lý dạng đồ thị lạ, thú vị, giảm nhàm chán giải tập vật lý tính tồn thơng thường  B Trong đề thi quan trọng đề thi trung học phổ thông quốc gia (đề thi đại học) năm gần xuất nhiều  thị C Môn vật lý môn khoa học thực nghiệm, môn gắn liền với đồ D Ý kiến khác: …………………………………………………………… Bảng P4.1 Tổng hợp kết khảo sát học sinh Chọn Câu 10 11 12 HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM ... HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ VÀ QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ 2.1 Biên soạn hệ thống tập vật lý dạng đồ thị 2.1.1 Tiêu chí biên soạn hệ thống tập vật lý dạng. .. hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ thị + Giả thuyết khoa học Nếu biên soạn hệ thống tập vật lý dạng đồ thị hướng dẫn học sinh giải tập vật lý dạng đồ thị giúp cho học sinh có nguồn tập vật. .. CHƯƠNG 2: BIÊN SOẠN HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ VÀ QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ 28 2.1 Biên soạn hệ thống tập vật lý dạng đồ thị