Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập chương cơ sở của nhiệt động lực học vật lý 10 nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC       TRẦN QUỐC ÂN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” VẬT LÝ 10 NÂNG CAO NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI       LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÝ Chuyên ngành: Lý luận phương pháp dạy học môn Vật lý Mã số: 60 14 01 11     HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC       TRẦN QUỐC ÂN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” VẬT LÝ 10 NÂNG CAO NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI     LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÝ Chuyên ngành: Lý luận phương pháp dạy học môn Vật lý Mã số: 60 14 01 11  Cán hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Huy Sinh HÀ NỘI - 2015   LỜI CẢM ƠN           Trong suốt q trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn này, tơi  đã nhận được  sự ủng  hộ, giúp  đỡ q báu của các thầy  cơ  giáo, các  cán bộ  phụ trách và bạn bè, những người thân của tơi. Với lịng kính trọng và biết ơn  sâu sắc, tơi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới:            Các  thầy  cơ  giáo  trong  Ban  giám  hiệu,  Phịng  đào  tạo  sau  đại  học,  Trường Đại học Giáo Dục - Đại học Quốc Gia Hà Nội cùng tồn thể các thầy  cơ giáo đã tham gia giảng dạy, giúp đỡ tơi trưởng thành trong q trình học  tập tại trường, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi  hồn thành luận văn.           GS.TS  Nguyễn  Huy  Sinh,  người  thầy  đáng  kính  đã  hết  lịng  giúp  đỡ,  hướng dẫn, động viên và tạo  mọi điều  kiện thuận lợi cho tơi  trong  suốt  q  trình học tập và q trình thực hiện đề tài.             Ban  giám  hiệu,  các  thầy  cô  giáo  giảng  dạy  bộ  môn  Vật  lí  tại  trường  THPT Ngơ Quyền Thành phố Hải Phịng, nơi tơi cơng tác đã cộng tác, động  viên  giúp  đỡ  và  chỉ    bảo  cho  tôi  rất  nhiều  trong  thời  gian  thực  nghiệm  sư  phạm tại trường.      Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè tơi  đã ln ở bên động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp tơi trong  suốt  q trình học tập và hồn thành luận văn.                                                          Hà Nội, tháng 11 năm 2014                                                                          Tác giả                                                                     Trần Quốc Ân         i  DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT   ĐC       :  Đối chứng  GD       :  Giáo dục  GV       :  Giáo viên HS       :   Học sinh  HSG    :   Học sinh giỏi  NĐLH :   Nhiệt động lực học  THPT :  Trung học phổ thông  TN       :   Thực nghiệm    ii  MỤC LỤC   Lời cảm ơn   i  Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt    ii  Mục lục  . iii  Danh mục các bảng   v  Danh mục các hình  . Error! Bookmark not defined.  MỞ ĐẦU  . 1 CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Ở TRƯỜNG THPT 1.1. Cơ sở lý luận   5  1.1.1.  Vài nét lịch sử về vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi trên thế giới và ở  nước ta   5  1.1.2.Phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi thơng qua tìm hiểu  năng lực và  phẩm chất của học sinh giỏi   8  1.1.3. Cơ sở lý luận về dạy và học bài tập Vật lí  ở trường THPT  . 11  1.1.4. Những vấn đề cơ bản về phương pháp dạy bài tập vật lí ở trường THPT   16  1.2. Cơ sở thực tiễn   28  1.2.1. Phương pháp điều tra, khảo sát thực trạng hoạt động dạy giải bài tập  nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí ở các trường THPT Thành phố Hải  Phịng.   28  1.2.2. Thực trạng hoạt động dạy giải bài tập nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi vật  lí ở các trường THPT thành phố Hải Phịng.  . 29  Tiểu kết chương 1   31  CHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI 32 2.1. Vị trí, vai trị và cấu trúc của chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”   32  2.1.1 Vị trí  chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”   32  2.1.2 Vai trò các kiến thức của chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”  . 33  2.1.3 Cấu trúc nội dung chương “Cơ sở của  nhiệt động lực học”  . 34    iii  2.2 Những kiến  thức trọng tâm của chương “Cơ sở của  nhiệt động lực học”    34  2.2.1.Các khái niệm cơ bản   34  2.2.2. Các nguyên lí NĐLH   43  2.2.3. Những hạn chế của ngun lý I địi hỏi sự ra đời của ngun lý II   49  2.3 Xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập chương “Cơ sở của nhiệt  động lực học” vật lí lớp  10 chương trình nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh  giỏi  . 56  2.3.1. Chủ đề 1: Áp dụng nguyên lý I tính các đại lượng  E , Q, A  trong các  quá trình nhiệt động.   57  2.3.2. Chủ đề 2: Kết hợp nguyên lý I với áp dụng nguyên lí II của nhiệt động  lực học để tính các đại lượng liên quan đến các máy nhiệt.   72  2.3.3. Chủ đề 3: Bài tập nâng cao cho tồn chương(Tính các đại lượng NĐLH  - vẽ và phân tích đồ thị).  . 83  Tiểu kết chương 2   102  CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 103 3.1. Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng và phương pháp của TN sư phạm  . 103  3.1.1. Mục đích của TN sư phạm   103  3.1.2. Nhiệm vụ của TN sư phạm  . 103  3.1.3. Đối tượng TN sư phạm   104  3.2. Tiến hành TN   104  3.3. Kết quả và xử lý kết quả   105  3.3.1. Xây dựng tiêu chí đánh giá  . 105  3.3.2. Nhận xét chung  về mặt định tính   106  3.3.3. Phân tích các kết quả về mặt định lượng   106  3.4. Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm   110  KẾT LUẬN CHƯƠNG Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113         iv  DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Phân phối chương trình giảng dạy chương “Cơ sở của nhiệt động  lực học” vật lý 10 THPT chương trình nâng cao  32  Bảng 2.2. Áp dụng ngun lý I cho các q trình nhiệt động của khí lý tưởng   48  Bảng 3.1. Thơng tin về các nhóm học sinh tham gia q trình TN sư phạm 104  Bảng 3.2: Bảng phân phối tần số, tần suất và tần suất tích lũy bài kiểm tra 108  Bảng 3.3: Tổng hợp các tham số đặc trưng  kiểm tra   110    v  MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài            Đất nước ta đang bước vào thời kì mới, thời kì cơng nghiệp hóa hiện  đại  hóa  đất  nước.  Mọi  nghành  nghề  đều  có  những  bước  thay  đổi  đáng  kể.Trong khơng khí hội nhập sâu rộng vào vào WTO, ngành giáo dục đang  tích cực từng bước đổi mới nội dung chương trình, đổi mới phương pháp dạy  học,  đổi  mới  cơng  tác  quản  lý  giáo  dục nâng  cao  chất  lượng  quản  lý  dạy  bồi dưỡng học sinh giỏi nhằm nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo, nhằm  hồn thành mục tiêu: “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài”.    Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, tồn  diện  giáo  dục  và  đào  tạo  đã  nhấn  mạnh  “Đối  với  giáo  dục  phổ  thông,  tập  trung phát triển trí  tuệ,  thể  chất, hình  thành  phẩm  chất, năng  lực cơng dân,  phát  hiện  và  bồi  dưỡng  năng  khiếu,  định  hướng  nghề  nghiệp  cho  học  sinh…” 8  Để đạt được mục tiêu đề ra hội nghị cũng chỉ rõ” tiếp tục đổi mới  mạnh  mẽ  phương pháp dạy  và  học  theo hướng  hiện đại;  phát  huy  tính  tích  cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc  phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách  học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và  đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực”.    Trong thời đại khoa học và cơng nghệ ngày nay, nhân lực có trình độ  cao khơng chỉ là tiền đề mà cịn là yếu tố có tính quyết định cho sự phát triển  của một đất nước. Nếu có nguồn nhân lực tốt thì họ có thể cải tiến,phát minh  ra  những  máy  móc,  có  phương  pháp  quản  lý  giúp  cho  năng  suất  lao  động  tăng lên gấp nhiều lần. Tuy nhiên để tạo nguồn nhân lực có trình độ cao thì  vấn  đề  phát hiện,  bồi dưỡng  và  sử  dụng người tài  có vai trị quan trọng và  phải được thực hiện ngay ở trường phổ thơng. Chính vì thế mà hầu như tất cả  các nước đều coi trọng vấn đề đào tạo và bồi dưỡng học sinh giỏi trong chiến  lược phát triển giáo dục phổ thơng.    1    Hiện nay ở các trường phổ thơng coi cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi  là mũi nhọn và trọng tâm. Nó có tác dụng thiết thực và mạnh mẽ làm nâng  cao  trình  độ  chun  mơn  nghiệp  vụ  của  đội  ngũ  giáo  viên,nâng  cao  chất  lượng giáo dục và khẳng định thương hiệu của nhà trường. Với học sinh nó  giúp các em có niềm đam mê, sự say sưa học tập và nghiên cứu, vươn lên để  đạt nhũng đỉnh cao trong học tập.    Lý luận dạy học xem bài tập là một phương pháp dạy học cụ thể, nó  được áp dụng phổ biến thường xun ở các cấp học, ở các loại hình học tập  khác nhau và được áp dụng trong tất cả các khâu của q trình dạy học. Đối  với mơn Vật lý bài tâp đóng vai trị là nội dung, là phương tiện để chuyển tải  kiến thức, rèn luyện tư duy và kĩ năng thực hành bộ mơn một cách hiệu quả  nhất, là  một trong  những phương  tiện  cơ bản  nhất để giảng dạy  và  học tập  mơn vật lý ở nhà trường THPT    Đã có rất nhiều các cơng trình khoa học nghiên cứu về bài tập vật lý,  đề cập tới nhiều mặt  như: lí luận dạy học bài tập vật lý, phận loại và phương  pháp  giải  bài  tập  vật  lý,  nghiên  cứu  các  tiến  trình  dạy  học  bài  tập  vật  lý….Đối với việc phân loại và phương pháp giải bài tập đã có nhiều tác giả  nghiên cứu và phát hành thành sách tham khảo nhưng chủ yếu phục vụ trực  tiếp cho sách giáo khoa và ơn luyện thi đại học, cao đẳng. Cịn các tài liệu  trình bày một cách hệ thống và phương pháp giải phục vụ cho cơng tác bồi  dưỡng học sinh giỏi cịn rất ít. Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập chương  “Cơ sở nhiệt động lực học” mới chỉ có các tác giả nghiên cứu cho đối  tượng là học sinh miền núi và đại trà.Với những lý do trên,  chúng tơi quyết  định lựa chọn đề tài: “Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập trong dạy học  chương  “Cơ sở nhiệt động lực học” vật  lý lớp 12  nâng  cao  nhằm  bồi  dưỡng học sinh giỏi”.  Mục đích nghiên cứu   -Xây dựng hệ thống bài tập chương “Cơ sở nhiệt động lực học” thuộc chương trình Vật lý lớp 10 nâng cao nhằm bồi dưỡng HS giỏi.     2     -Thiết  kế  tiến  trình  dạy  học  các  chương  “Cơ sở nhiệt động lực học” với việc sử dụng hệ thống bài tập đã xây dựng nhằm nâng cao năng lực  giải bài tập và tư duy sáng tạo cho HS.  Nhiệm vụ nghiên cứu   -Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về việc bồi dưỡng HS giỏi Vật  lý ở trường THPT.      -Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập chương “Cơ sở nhiệt động lực học” vật lý lớp 10 chương trình nâng cao nhằm bồi dưỡng  HS giỏi.     -Thực nghiệm sư phạm để đánh giá kết quả và tính khả thi của đề tài  thơng qua việc sử dụng hệ thống bài tập đã soạn thảo.    Đối tượng phạm vi nghiên cứu   Nội dung, phương pháp dạy  học  và  hệ  thống bài tập  chương  “Cơ sở nhiệt động lực học” vật lý 10 nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi.  Giả thuyết khoa học   -Cần  đổi  mới  phương  pháp  dạy  và  học  nhằm  nâng  cao  chất  lượng  trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi.    -Để  giải  quyết  vấn  đề  cần  phải  xây  dựng  được  một  hệ  thống  bài tập  phù  hợp  với  kiến  thức  và  trình  độ  học  sinh  nói  chung.  Mặt  khác  cần  xây  dựng một hệ thống bài tập riêng phù hợp với chương “Cơ sở nhiệt động lực học” và  sử dụng hệ thống bài tập đó vào việc bồi dưỡng học sinh giỏi  nhằm phát huy năng lực sáng tạo, nâng cao kiến thức và hiệu quả các kì thi  HSG.  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài:   - Ý nghĩa khoa học đề tài :   Góp phần làm rõ thêm hệ thống cơ sở lý luận về việc bồi dưỡng và đào  tạo học sinh giỏi ở nước ta và nhiều nước trên thế giới.    - Ý nghĩa thực tiễn đề tài :   3  ... 1: Cơ? ?sở? ?lý? ?luận? ?và? ?thực tiễn về việc? ?bồi? ?dưỡng? ?học? ?sinh? ?giỏi? ? ở trường THPT.    Chương 2:? ?Xây? ?dựng? ?hệ? ?thống? ?bài? ?tập? ?chương? ? ?Cơ sở nhiệt động lực học? ?? Vật? ?lý? ?10? ?chương? ?trình? ?nâng? ?cao? ?nhằm? ?bồi? ?dưỡng? ?HSG... -Nghiên cứu? ?cơ? ?sở? ?lý? ?luận? ?và? ?thực tiễn về việc? ?bồi? ?dưỡng? ?HS? ?giỏi? ?Vật? ? lý? ?ở trường THPT.      -Xây? ?dựng? ?và? ?sử? ?dụng? ?hệ? ?thống? ?bài? ?tập? ?chương? ?? ?Cơ sở nhiệt động lực học? ?? vật? ?lý? ?lớp? ?10? ?chương? ?trình? ?nâng? ?cao? ?nhằm? ?bồi? ?dưỡng? ? HS? ?giỏi.   ... cần  xây? ? dựng? ?một? ?hệ? ?thống? ?bài? ?tập? ?riêng phù hợp với? ?chương? ?? ?Cơ sở nhiệt động lực học? ?? và? ?? ?sử? ?dụng? ?hệ? ?thống? ?bài? ?tập? ?đó vào việc? ?bồi? ?dưỡng? ?học? ?sinh? ?giỏi? ? nhằm? ?phát huy năng? ?lực? ?sáng tạo,? ?nâng? ?cao? ?kiến thức? ?và? ?hiệu quả các kì thi