Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo trong dạy học chương các định luật bảo toàn vật lí 10

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lương Bích Trâm Anh XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”- VẬT LÍ 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Thành phố Hồ Chí Minh – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lương Bích Trâm Anh XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN”- VẬT LÍ 10 Chuyên ngành : Lí luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ANH THUẤN Thành phố Hồ Chí Minh - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục với đề tài: “Xây dựng vàsử dụng hệ thống tập sáng tạo dạy học chương “Các định luật bảo tồn” Vật lí 10 ” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các nội dung kết luận văn hồn tồn trung thực chưa cơng bố công khác Tác giả Lương Bích Trâm Anh LỜI CẢM ƠN Trong trình hồn thành luận văn này, tơi nhận nhiều quan tâm, động viên giúp đỡ từ quý Thầy cô, đồng nghiệp, em học sinh, bạn bè gia đình Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới: - TS Nguyễn Anh Thuấn, người động viên định hướng cho thực nghiên cứu, tiến hành hồn thành luận văn - Ban Giám hiệu, Phịng Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Vật lí tổ mơn Lí luận Phương pháp dạy học mơn Vật lí trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho tơi thực luận văn - Ban Giám hiệu trường THPT Củ Chi, huyện Củ Chi toàn thể quý thầy tổ mơn Vật lí em học sinh lớp 10A4 tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt thời gian thực nghiệm sư phạm Do điều kiện thực đề tài có giới hạn thời gian đối tượng nên khơng thể tránh thiếu sót, tơi kính mong nhận góp ý từ thầy anh chị học viên để đề tài hoàn thiện Tôi xin chân thành cám ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 Tác giả Lương Bích Trâm Anh MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình – sơ đồ - biểu đồ MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 1.1 Năng lực giải vấn đề sáng tạo 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cấu trúc lực giải vấn đề sáng tạo 1.2 Bài tập sáng tạo 10 1.2.1 Khái niệm 10 1.2.2 Phân loại tập sáng tạo 10 1.2.3 Xây dựng hệ thống tập sáng tạo nhằm phát triển lực giải vấn đề sáng tạo học sinh 13 1.2.4 Sử dụng hệ thống tập sáng tạo nhằm phát triển lực giải vấn đề sáng tạo học sinh 14 1.3 Kết luận chương 15 Chương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN” - VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TẠO NĂNG CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 17 2.1 Sơ đồ cấu trúc kiến thức mục tiêu dạy học chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 17 2.1.1 Sơ đồ cấu trúc kiến thức chương “Các định luật bảo tồn”- Vật lí 10 17 2.1.2 Mục tiêu dạy học chương “Các định luật bảo tồn”- Vật lí 10 .18 2.1.3 Cách xây dựng kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 20 2.1.4 Thực trạng việc dạy học chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 25 2.2 Xây dựng hệ thống tập sáng tạo chương “Các định luật bảo tồn” Vật lí 10 26 2.3 Sử dụng hệ thống tập sáng tạo dạy học chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 51 2.3.1 Sử dụng hệ thống tập sáng tạo xây dựng kiến thức 51 2.3.2 Sử dụng hệ thống tập sáng tạo ôn tập chương “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 67 2.4 Kết luận chương 76 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 77 3.1 Mục đích, đối tượng, thời gian, địa điểm, phương pháp nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 77 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 77 3.1.2 Thời gian, đối tượng địa điểm thực nghiệm sư phạm 77 3.1.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 77 3.1.4 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 78 3.2 Tiến trình thực nghiệm sư phạm 78 3.2.1 Chuẩn bị 78 3.2.2 Tiến hành thực nghiệm 78 3.2.3 Kết TNSP 79 3.3 Kết luận chương 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT 10 11 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các biểu hiện/ tiêu chí NLGQVĐ&ST Bảng 1.2 Các mức độ đo số hành vi NLGQVĐ&ST Bảng 1.3 Phân loại tập sáng tạo đặc điểm loại 10 Bảng 2.1 Bảng ma trận thành tố NLGQVĐ&ST mà HS đạt giải hệ thống BTST 50 Bảng 3.1 Kết kiểm tra chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 .89 DANH MỤC CÁC HÌNH – SƠ ĐỒ - BIỂU ĐỒ Hình 2.1 Bộ thí nghiệm đệm khơng khí 32 Hình 2.2 Bộ thí nghiệm cần rung điện 32 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ cấu trúc kiến thức chương “Các định luật bảo tồn”- Vật lí 10 Sơ đồ 2.2 17 Sơ đồ tiến trình dạy học kiến thức “Định luật bảo toàn động lượng 53 Sơ đồ 2.3 Sơ đồ tiến trình dạy học kiến thức “Định lí động năng” 61 Biểu đồ 3.1 Biểu đồ kết kiểm tra chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 90 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu giáo dục phổ thông hướng tới phát triển lực cần thiết cho người học, có lực giải vấn đề sáng tạo Mục tiêu thể rõ dự thảo trình giáo dục tổng thể: “Mục tiêu bậc THPT giúp học sinh tiếp tục phát triển phẩm chất, lực cần thiết người lao động, ý thức nhân cách công dân; khả tự học ý thức học tập suốt đời; khả lựa chọn nghề nghiệp phù hợp với lực sở thích, điều kiện hoàn cảnh thân để tiếp tục học lên, học nghề tham gia vào sống lao động; khả thích ứng với đổi thay bối cảnh tồn cầu hóa cách mạng cơng nghiệp mới”.Theo đó, chương trình giáo dục phổ thơng hình thành phát triển cho học sinh lực cốt lõi sau: - Những lực chung: lực tự chủ tự học, lực giao tiếp hợp tác, lực giải vấn đề sáng tạo - Những lực chuyên môn: lực ngơn ngữ, lực tính tốn, lực tìm hiểu tự nhiên xã hội, lực công nghệ, lực tin học, lực thẩm mỹ, lực thể chất Bên cạnh việc hình thành, phát triển lực cốt lõi, chương trình giáo dục phổ thơng cịn góp phần phát hiện, bồi dưỡng lực đặc biệt (năng khiếu) học sinh Để đạt mục tiêu này, Giáo viên phải thực tích cực chủ động việc đổi phương pháp dạy học mình.Giáo viên tự nghiên cứu đề phương pháp tham khảo nghiên cứu có sẵn tác giả như: Lê Đức Hậu “Phát triển lực GQVĐ cho học sinh thông qua dạy học chương Cảm ứng điện từ -Vật lý 11 THPT ” (luận văn Thạc sĩ), Nguyễn Minh Ngọc “Xây dựng sử dụng hệ thống tập có nội dung thực tiễn chương “Cơ học chất lưu” Vật lí 10 nhằm phát triển lực giải vấn đề học sinh” (luận văn Thạc sĩ), Phạm Thúy Diễm “Xây dựng sử dụng hệ thống tập phần “Quang hình học” lớp 11 THPT nhằm bồi dưỡng lực thực nghiệm cho học sinh” (luận văn Thạc sĩ), Nguyễn Ngọc Hương Mỹ “Tổ chức hoạt động học tập theo tiến trình nhận thức khoa học phần PL19 Hướng dẫn trả lời: - Theo cơng thức tính cơng lớp 8, ta có : A= F.s - Với cơng thực qng đường s lớn lực F nhỏ ngược lại - Để tăng quãng đường s, ta kéo vật mặt phẳng nghiêng hay dùng rịng rọc kép - Giải thích: Giả sử thùng gô chuyển động thẳng đều: F = P = mg + Trường hợp 1: Khi kéo theo phương thẳng đứng, công lực kéo A = mg.h + Trường hợp 2: Khi kéo mặt phẳng nghiêng có độ cao h nghiêng góc α so với phương ngang, công lực kéo A = (mgsinα) s =mgh + Trường hợp 3: Khi kéo rịng rọc kép, cơng lực kéo A = (mg/2).(2h) - Trong trường hợp ta thấy lực kéo nhỏ trọng lượng thùng gơ, cịn qng đường kéo dài hơn.Vậy mặt phẳng nghiêng rịng rọc kép có tác dụng làm giảm lực tác dụng thực công - Tuy nhiên thực tế ln có ma sát nên sử dụng mặt phẳng nghiêng hay ròng rọc ta phải thực công nhiều không sử dụng chúng Bài 14: Trong môn nhảy cao phải dùng nệm dày đặt xà để vận động viên rơi xuống nệm Tại phải làm vậy? Hướng dẫn trả lời: - Độ biến thiên động vật q trình tổng cơng thực lực tác dụng lên vật trình - Trường hợp động người thay đổi Khi rơi xuống nệm dày, lực va chạm giảm bớt nhờ thời gian va chạm (hoặc đoạn đường va chạm) gia tăng Nếu rơi lên nệm phần động rơi tiêu hao vào công làm biến dạng nệm PL20 - Tương tự, găng tay vận động viên đấm bốc có tác dụng làm tăng thời gian va chạm, theo định lí biến thiên động lượng, lực tác dụng vào tay người giảm, hạn chế chấn thương cho tay Bài 15 : Chứng minh ném bóng thẳng góc vào tường bật ngược trở lại với vận tốc cũ?(bỏ qua mát lượng) Hướng dẫn trả lời: - Gọi: v1, v’1 : vận tốc bóng trước sau va chạm v2, v’2 : vận tốc tường trước sau va chạm m1: khối lượng bóng m2: khối lượng tường - Cách 1: dùng định luật III Newton → → F12 = − F21 → → → →  m1 v1 + m2 v2 = m1 v '1 + m2 v '2 + Theo định luật bảo toàn lượng: 2 m1v1 = 1 '2 '2 m1v1 + m2 v2 (2) + Từ (1) (2) ta có: v' v ' + Vì m2 >>m1 Từ (3)⇒v’1= -v1⇒quả bóng bật ngược trở lại với vận tốc cũ - Cách 2: dùng định luật bảo tồn động lượng + Ta có: → + Do : v2 =0⇒ m1 v1 + Theo định luật bảo toàn lượng: (1) PL21 (2) + Từ (1) (2) ta có: v' + Vì m2 >>m1 v Từ (3)⇒v’1= -v1⇒quả bóng bật ngược trở lại với vận tốc cũ Bài 16: Người ta đưa bó củi từ tầng lên lầu 3, tăng lên Nếu đốt theo định luật bảo tồn lượng, tỏa lượng lớn đốt tầng mà có lầu so với tầng cũng biến thành lượng nhiệt Như muốn bó củi tỏa lượng nhiệt lớn phải nâng lên cao? Lập luận có khơng? Hướng dẫn trả lời: Lập luận chưa Giải thích: + Theo định luật bảo toàn lượng, phần củi trước đốt chuyển thành nhiệt lượng sản phẩm cháy + Ta có, nhiệt lượng tỏa bó củi là:Q = mc∆t + Vì nhiệt lượng vật xác định phụ thuộc vào độ biến thiên nhiệt độ, khơng phụ thuộc vào vị trí vật nên nhiệt lượng tỏa đốt củi vị trí cũng Bài 17: Thả viên bi thép rơi xuống tảng đá cứng, thấy bi nảy lên số lần, đơi có số lần nảy lên đó, bi lại có độ cao lớn lần nảy trước (nhưng thấp độ cao ban đầu) Trong lần thế, liệu có vi phạm khơng q trình chuyển hóa lượng? Hướng dẫn trả lời: Hịn bi nảy lên rời khỏi tảng đá bị quay, nảy lên bi có thành phần động năng: động chuyển động tịnh tiến động chuyển động quay Kết vận tốc bi nảy lên không lớn đập vào mặt PL22 đá bi nảy lên không đến độ cao ban đầu Nếu va chạm vị trí bất thường mà bi khơng quay nảy lên lần bi đạt độ cao lớn độ cao trước động quay trước chuyển thành động tịnh tiến Tuy nhiên, sau mơi lần nảy lên lượng bi giảm phần chuyển thành nội làm nóng bi mặt đá Do khơng có vi phạm q trình chuyển hóa lượng Bài 18: Bằng dụng cụ đơn giản trình bày phương án có khảnăng thực hiện, để xác định khối lượng vật A cách cho vật A va chạm với vật B có khối lượng mo biết trước Hướng dẫn thực hiện: - Các dụng cụ cần dùng: Một máng nghiêng có phần ngắn nằm ngang kẹp giữ độ cao h mặt bàn, thước đo - Tiến trình thực phương án: + Chưa sử dụng vật A cho vật B lăn từ đỉnh mặt phẳng nghiêng xuống, B chạm bàn vị trí Đo tầm xa S1, suy vận tốc v1 B thời cuối máng nghiêng (đây vận tốc B trước va chạm với A đặt phần nằm ngang máng): + Đặt A phần nằm ngang máng, cho B lăn xuống va chạm với A, B chạm bàn vị trí (1’), A chạm bàn vị trí (2’) Đo tầm xa S 1’ S2’ suy vận tốc A B sau va chạm PL23 v + Áp dụng định luật bảo toàn động lượng va chạm A B m o Hay Suy  m o S = m o S ' + m S ' Cuối cùng: m = mo ( S1 − Nhân vế phương trình (1) với thời gian t cần thiết để người S ' từ mũi đến cuối thuyền, ta được: m1 v1 t+ m2 v2 t= ) S Vậy: Để xác định khối lượng m vật A biết trước khối lượng mo vật B, ta y phải đo tầm xa S thay vào biểu m1 s1 + m2 s2 = thức Bài 19: Một người muốn xác định khối lượng xuồng mà đứng Hỏi người làm tay có thước dây biết khối lượng Một người đứng yên mũi xuồng cố định Tổng động lượng người thuyền Khi người từ mũi thuyền đến cuối thuyền, theo định luật bảo tồn động lượng, ta có: m1v1 + m2 v2 =0 (1) lượt khối lượng người thuyền v1, v2 vận tốc người thuyền Suy ra: −m1 s Hướng dẫn trả lời: Trong m1, m2 lần s m2 = PL24 Dấu “- ” có nghĩa xuồng dịch chuyển ngược chiều với người, bỏ qua, ta viết: m (2) Với s1, s2 độ dịch chuyển người xuồng mặt nước cố định Người dịch chuyển xuồng khoảng cách l theo công thức: l=s (3) Từ (2), (3) ta được: m Do đo chiều dài xuồng quãng đường mà được, ta tính khối lượng xuồng, khối lượng người biết Bài 20 : Ở sân trượt patanh, bé muốn so sánh trọng lượng với Hỏi chúng phải làm chúng có thước dây decimét? Hướng dẫn trả lời: Hai bé cần phải đẩy đo tới chô bé dừng lại hồn tồn Cơng thực lực ma sát: A1 = km1gs1 A2 = km2gs2 Áp dụng định lí động năng: 2 Theo định luật II Newton, ta có: khoảng cách s1 s2 từ chơ đẩy (1) (2) F Theo định luật III Niuton: F1 = F2 ⇔ m1∆v1 = m2 ∆v2 Theo định luật bảo toàn động lượng (ngay trước lúc đẩy đứa bé đứng yên) PL25 (3) ⇔ = Từ (1), (2), (3) suy ra: P = s P s S1 s2 đo thước dây Bài 21: Hãy đề xuất phương án xác định vận tốc người xe máy gây tainạn đường quan sát thấy vết trượt bánh xe nơi xảy tai nạn Hướng dẫn trả lời: Áp dụng định lí động năng, ta có độ giảm động cơng lực ma sát: ½ mv = µmgs Với: v vận tốc chạy xe, µ hệ số ma sát trượt bánh xe mặt đường, s độ dài vết trượt bánh xe Người cảnh sát giao thông đo vết trượt s xe Sử dụng xe máy người gây tai nạn để xác định hệ số ma sát lốp xe mặt đường Từ xác định vận tốc người gây tai nạn thời điểm xảy tai nạn Bài 22: Hãy trình bày giải thích phương án thí nghiệm để xác định nhiệt lượng tỏa khối gô trượt mặt phẳng nghiêng (khơng có vận tốc ban đầu) Hướng dẫn trả lời: Lực ma sát sinh công cản làm cho khối gô giảm trượt Do ta có: Q = |Ac| = W1 – W2 Gọi h chiều cao mặt phẳng nghiêng, l chiều dài mặt phẳng nghiêng Nhiệt lượng tỏa khối gô trượt mặt phẳng nghiêng (khơng có vận tốc đầu) là: Với : PL26 Suy ra: Q = m(gh - Dụng cụ thí nghiệm: - Một mặt phẳng nghiêng - Một khối gơ có khối lượng m biết trước - Một thước có độ chia tới mm - Một đồng hồ có kim giây Phương án thí nghiệm: - Thả cho vật trượt từ đỉnh mặt phẳng nghiêng đến chân mặt phẳng nghiêng - Đo khối lượng m khối gô - Đo h thước, đo t đồng hồ tính Q Chú ý làm thí nghiệm: khối gơ thường chuyển động khơng thẳng nên ảnh hưởng đến kết đo PL27 Phụ lục 2.5 Đề kiểm tra chương “Các định luật bảo toàn” ĐỀ KIỂM TRA CHƯƠNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN (TG: 30 phút) Câu 1: Tại ta tự nắm tóc mà nhấc lên được? Câu 2:Trong mơn nhảy cao phải dùng nệm dày đặt xà để vận động viên rơi xuống nệm Tại phải làm vậy? Câu 3: Hãy đề xuất phương án xác định vận tốc người xe máy gây tainạn đường quan sát thấy vết trượt bánh xe nơi xảy tai nạn Yêu cầu Mơi tập HS cần phải: + Phân tích rõ vấn đề toán + Xác định vấn đề cần giải + Xác định kiến thức cần giải + Trình bày cách giải/phương án + Nêu cách giải/phương án thực khác (nếu có) ... ? ?Xây dựng sử dụng hệ thống tập sáng tạo dạy học chương ? ?Các định luật bảo toàn? ?? – Vật lý 10? ?? Mục đích nghiên cứu Xây dựng sử dụng hệ thống tập sáng tạo chương ? ?Các định luật bảo tồn”- Vật lí 10. .. tập sáng tạo chương ? ?Các định luật bảo tồn” Vật lí 10 26 2.3 Sử dụng hệ thống tập sáng tạo dạy học chương ? ?Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 51 2.3.1 Sử dụng hệ thống tập. .. ứng dụng định luật bảo toàn thực tiễn 2.2 Xây dựng hệ thống tập sáng tạo chương ? ?Các định luật bảo toàn? ?? - Vật lí 10 Vận dụng sở lí luận quy trình xây dựng hệ thống tập chương 1, tiến hành xây dựng