Khắc phục quan niệm sai lệch của sinh viên nhờ tiến trình dạy học phối hợp giữa kiểu “thông báo - tái hiện” với kiểu “đặt vấn đề - giải quyết từng phần” để nâng cao hiệu quả dạy học khái niệm công cơ học

Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 02/2007 Trường Đại học Nha Trang VẤN ĐỀ TRAO ĐỔI KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LỆCH CỦA SINH VIÊN NHỜ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC PHỐI HỢP GIỮA KIỂU “THƠNG BÁO - TÁI HIỆN” VỚI KIỂU “ĐẶT VẤN ĐỀ - GIẢI QUYẾT TỪNG PHẦN” ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY HỌC KHÁI NIỆM CÔNG CƠ HỌC TS Lê Phước Lượng Khoa Khoa học Cơ - Trường Đại học Nha Trang Bài báo đề cập đến quan niệm sai lệch sinh viên khái niệm “công” phương pháp dạy học nhằm khắc phục quan niệm sai lệch ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thực tiễn dạy học (DH) cấp học bậc học, lối DH truyền thụ chiều từ giáo viên (GV) nên học sinh (HS) sinh viên (SV) thường thụ động chấp nhận cách máy móc kiến thức từ sách giáo khoa, tài liệu học tập từ phía GV Từ đó, làm giảm tính độc lập, tự chủ nhận thức HS, SV làm gia tăng quan niệm sai lệch cố hữu họ Ta thử xét toán thực tế công sau đây: Dùng sợi dây có phương song song với mặt nghiêng kéo thùng hàng khối lượng 30 kg mặt phẳng nghiêng góc α với chiều dài l = 5m, chiều cao h = 2.5m (bỏ qua ma sát) Tính lực kéo F ? Tính cơng lực kéo F thực ? Nếu kéo thùng hàng nói trên, lên mặt phẳng nghiêng khác (bỏ qua ma sát) có độ cao h = 2.5m cơng thực ? Nếu kéo thùng hàng lên độ cao h = 2.5m theo phương thẳng đứng cơng lực kéo ? Tính cơng trọng lực ? F l h Kết nghiên cứu thử nghiệm nhiều khoá SV Trường ĐH Nha Trang cho thấy: khái niệm “công” dạy học qua nhiều lần cấp học, bậc học cịn trình trạng có khoảng từ 15% đến 30% số SV thụ động, máy móc mắc sai lầm vận dụng công thức tính cơng l2 - h lực F là: A = F.s.cos α = F.s l công trọng lực P kéo thẳng thùng rr hàng lên phía là: A = - P.h Vấn đề đặt tìm nguyên nhân quan niệm sai lệch nói SV để từ đề xuất biện pháp sư phạm kết hợp với tiến trình DH thích hợp nhằm khắc phục nâng cao hiệu trình DH cho SV VỀ DẠY HỌC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CÔNG CƠ HỌC Trước hết, điểm qua số đặc điểm thiết kế nội dung sách giáo khoa giáo trình dạy học cơng học: Ở sách Vật lý 10 (Cơ bản) [1], tiến trình dạy học trình bày theo bước: - Khái niệm cơng: nhắc lại kiến thức công lớp 8: Một lực sinh cơng tác dụng lên vật điểm đặt lực chuyển dời Khi r điểm đặt lực F chuyển dời đoạn theo hướng lực cơng lực sinh là: A = F s - Định nghĩa công trường hợp tổng qt: thơng qua ví dụ máy kéo, kéo gỗ r r r phân tích thành thành phần Fn Fs : r r r r F = Fn + Fs với Fn vng góc với phương r chuyển dời, Fs nằm theo phương chuyển dời đường sợi dây căng Lực kéo F 59 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 02/2007 Khi có thành phần r r Fs lực F sinh công: A = Fs s = F cosα s r Vậy: Khi lực F không đổi tác dụng lên vật điểm đặt lực chuyển dời đoạn s theo hướng hợp với hướng lực góc α cơng thực lực tính theo cơng thức: A = Fscosα - Biện luận công: a) α nhọn, cosα > suy A > 0: A gọi cơng phát động b) α = 90 , cosα = , suy A = 0: điểm đặt lực chuyển dời theo phương vng góc với lực lực sinh cơng A = 0 Ở sách Vật lý 10 (Nâng cao) [4], tiến trình dạy học theo lơgic sau: r - Khi vật chịu tác dụng lực F dịch chuyển theo phương lực thì: r Cơng A lực F không đổi thực đại lượng tích độ lớn F lực với độ dời s điểm đặt lực (có phương với lực): A = F.s (1) r - Trường hợp F không phương với độ dời s (Ví dụ: toa gng chuyển động r đường ray chịu tác dụng lực kéo F hợp với hướng độ dời góc α ) ta r r phân tích lực F thành thành phần: F1 r phương với độ dời F2 vuông góc với độ r dời Khi đó, có thành phần F1 thực công A = F1.s = F cosα s (2), mà s.cosα hình chiếu độ dời phương lực Mặt khác, theo (2) cơng A cịn rr biểu diễn dạng: A = F s Đây cơng thức tốn học tổng quát công học r Công học lực tác dụng F dịch r r s tích vơ hướng véc tơ F rr r s : A = F s Biểu thức học sinh chuyển học chương trình tốn hình học (chương trình nâng cao) Trường Đại học Nha Trang lực hình chiếu độ dời điểm đặt phương lực - Theo (2) cơng đại lượng vơ hướng có giá trị đại số tuỳ theo dấu cos α : π cosα > ( α < ) A > gọi công phát động; cosα < ( 60 < α ≤ π ) A < π π ( α = ) A = tức 2 dù có lực tác dụng cơng khơng thực Ở sách Vật lý đại cương dùng cho SV trường đại học kỹ thuật [2], trình bày: r Công lực F thực đoạn chuyển dời thẳng MM’ = s là: r uuuuur A = F.MM '.cos (F, MM ') = F.s.cos α = Fs s hay rr A = F.s với Fs = F.cos α Ở sách Cơ sở vật lý Halliday [3], trình bày sau: r - Trường hợp lực F phương chiều với dịch chuyển (ví dụ đẩy xe giường mặt nằm ngang) cơng: A = F.s r - Trường hợp F khác phương với dịch chuyển thì: A=(Fcos α).s =F.(scos α) = Fs.s = F.sF (3) Ở giáo trình này, tác giả phân biệt rõ hai trường hợp tính cơng có liên quan đến: hình chiếu r r lực F phương dịch chuyển s hình chiếu r r s phương lực tác dụng F Tóm lại, để phù hợp với trình độ nhận thức khác HS, SV mà tác giả sách giáo khoa, giáo trình trình bày nội dung DH khái niệm cơng nhiều hình thức khác nêu hai cách tính cơng r lực F sau: 1) Công độ lớn độ dịch chuyển nhân với thành phần lực theo hướng độ dịch chuyển: A = s.Fs r 2) Công độ lớn lực F nhân với thành phần độ dịch chuyển theo hướng lực: A = F F s F α F gọi công cản; α = F lực không Vậy: công thực đổi đại lượng đo tích độ lớn α π F Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 02/2007 NGUYÊN NHÂN CỦA CÁC QUAN NIỆM SAI LỆCH Qua kết khảo sát nhiều khoá SV trường quan niệm sai lệch vốn có SV nhận thức khái niệm định nghĩa công, thu số nhận xét sau đây: - Khái niệm, định nghĩa cách tính cơng lực nhiều sách giáo khoa giáo trình trình bày đa dạng, phong phú phù hợp với trình độ nhận thức đối tượng HS, SV cấp học, bậc học Tuy nhiên, số SV hiểu vận dụng sai - Các tác giả sách giáo khoa, giáo trình cố gắng nhiều việc kết hợp gắn liền lý thuyết với thực tế thông qua ví dụ cụ thể mang tính thực tế - Hầu hết GV cịn nặng DH theo kiểu "Thơng báo - Tái hiện" truyền thống - Vì nhiều lý nên HS, SV dùng sách giáo khoa nhất, chưa tham khảo thêm tài liệu liên quan nên nhận thức họ dễ bị phiến diện, máy móc Quan niệm sai lệch chủ yếu SV học nội dung “công” là: r 1) Công lực F phụ thuộc vào “hướng” tác dụng mà khơng xét r mối quan hệ hướng lực F với hướng r r véc tơ dịch chuyển s : F hướng theo phương nằm ngang, hướng theo phương xiên góc với mặt phẳng nằm ngang (ví dụ r ( r) trường hợp trên: góc F , s = cịn góc r lực F với mặt nằm ngang α ) 2) Công học tương tự “cơng thơng thường” Do đó, quan niệm sai lệch SV thường biểu dạng sau đây: - SV hiểu áp dụng cách máy móc r cơng thức tính cơng lực tác dụng F , nên có mặt nghiêng áp dụng công thức: A = F s cos α = F.s l2 − h2 (câu 2) l - SV chưa hiểu vận dụng định nghĩa biểu thức tốn học tổng qt cơng Trường Đại học Nha Trang lực Thể câu 4: công trọng r r lực (hướng xuống đất) A = P.h cơng lực kéo thẳng đứng lên phía là: r r A = − P.h ) - SV chưa hiểu vận dụng ngun lý bảo tồn cơng học phổ thông (câu 4) NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM DẠY HỌC VÀ KẾT QUẢ Để khắc phục quan niệm sai lệch vốn có SV góp phần nâng cao hiệu DH khái niệm công, tiến hành: - Vận dụng tiến trình DH phối hợp kiểu PP "Thông báo - Tái hiện" với kiểu PP "Đặt vấn đề - Giải phần" Với tiến trình DH này, GV khơng cung cấp, thơng báo thơng tin kiến thức mà cịn phải tổ chức, điều khiển nhóm SV thảo luận, giải tình có “vấn đề” liên quan đến khái niệm “công” mà GV đặt - Thông qua nhóm SV, GV tổ chức tạo điều kiện giúp đỡ họ tự chiếm lĩnh kiến thức, kỹ cần thiết nhiều biện pháp sư phạm thích hợp khác Cụ thể là: Dạy khái niệm, định nghĩa cơng thơng qua ví dụ cụ thể có liên quan đến thực tế Với biện pháp SV ham thích việc tìm hiểu, khám phá tượng vật lý có liên quan đến “Công” GV hướng dẫn SV phân biệt trường hợp riêng xét công lực tác dụng, từ giúp họ khái quát hóa định nghĩa cơng thức tính cơng (theo phương pháp D Halliday) Với biện pháp GV bước hướng dẫn SV thực hành thao tác tư từ đơn giản đến phức tạp, từ cụ thể đến trừu tượng khái quát hóa vấn đề GV hướng dẫn SV tính cơng tốn thực tế nhờ thơng qua ví dụ cụ thể thực tế; từ giúp họ hiểu rõ phân biệt khái niệm “công học” với “công thông thường” (chẳng hạn như: đứng yên chỗ, dùng tay nâng (hoặc hạ xuống) vật theo phương thẳng đứng ơm vật dịch chuyển theo phương nằm ngang sang phải sang trái, hỏi công cánh tay thực được?) 61 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 02/2007 SV liên hệ tìm ví dụ vận dụng khác kỹ thuật thực tiễn Thông qua hoạt động GV hướng dẫn SV tự ôn luyện kiến thức chiếm lĩnh nâng cao kĩ vận dụng vào thực tế họ Kết thử nghiệm DH cho thấy: - Đối với lớp SV dạy theo phương pháp truyền thống (mẫu đối chứng): có nhiều SV (tối thiểu: 15.85% mẫu K46 tối đa: 21.79% mẫu K44) hiểu vận dụng sai lầm, máy móc cơng thức tính cơng: A = F S cos α với α góc mặt phẳng nghiêng với mặt nằm ngang; không Trường Đại học Nha Trang phân biệt góc α phải góc véc tơ r r lực F với véc tơ dịch chuyển s - Đối với lớp SV dạy theo phương pháp (mẫu thực nghiệm): đa số SV hiểu vận dụng linh hoạt cơng thức tính cơng dạng (3) Trong mẫu thực nghiệm 6.82% SV (ở mẫu K44) cao có 9.64% SV (ở mẫu K45) hiểu vận dụng sai cơng thức tính cơng Đặc biệt thông qua Test kiểm chứng, nhận thấy SV nhóm thực nghiệm hiểu vận dụng khái niệm cách sâu sắc bền vững K.44 (N = 332) Tỷ lệ % sai lệch (Đối chứng) N = 156; 21.79 % Tỷ lệ % sai lệch (Thực nghiệm) N = 176; 6.82 % K.45 (N = 336) N = 170; 18.82 % N = 166; 9.64 % K.46 (N = 346) N = 164; 15.85 % N = 182; 7.69 % Mẫu sinh viên KẾT LUẬN Tóm lại, q trình DH việc tổ chức hướng dẫn SV tự lực học tập, người GV nhận biết dự đoán sớm sai lệch mắc phải HS, SV quan trọng Trên sở đó, người GV có thêm sở khoa học để bổ sung nội dung kiến thức kỹ DH; đồng thời có kế hoạch cải tiến PPDH kịp thời nhằm khắc phục sai lệch góp phần nâng cao hiệu q trình DH mơn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên kiêm chủ biên) - Nguyễn Xuân Chi - Tô Giang - Bùi Gia Thịnh (2006), Vật lý 10 (Cơ bản), NXB Giáo dục [2] Lương Duyên Bình (2005) (chủ biên), Vật lý đại cương, Tập 1, NXB Giáo dục (tái lần thứ 11) [3] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker (1996), Cơ sở vật lý, Tập 1, NXB Giáo dục [4] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) - Phạm Quý Tư (Chủ biên) - Lương Tất Đạt - Lê Chân Hùng - Nguyễn Ngọc Hưng - Phạm Đình Thiết - Bùi Trọng Tuân - Lê Trọng Tường (2006), Vật lý 10 (Nâng cao) NXB Giáo dục [5] Lê Công Triêm, Nguyễn Đức Vũ, Trần Thị Tú Anh (2002), Một số vấn đề phương pháp dạy học đại học, NXB Giáo dục OVERCOMING STUDENTS’ MISCONCEPTION OF WORK THANKS TO THE PROCESS OF TEACHING - LEARNING COMBINED THE “LECTURE – WARMING _ UP” METHOD WITH “PROBLEM RAISING - PARTLY PROBLEM SOLVING” ONE AIMED AT ENHANCING THE EFFECT OF TEACHING - LEARNING OF THE CONCEPT OF WORK Abstract 62 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 02/2007 Trường Đại học Nha Trang The article present the students’ misconception of Work and the methods of teaching - learning for overcoming this misconception 63 ... tồn cơng học phổ thơng (câu 4) NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM DẠY HỌC VÀ KẾT QUẢ Để khắc phục quan niệm sai lệch vốn có SV góp phần nâng cao hiệu DH khái niệm công, tiến hành: - Vận dụng tiến trình DH phối. .. chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 02/2007 NGUYÊN NHÂN CỦA CÁC QUAN NIỆM SAI LỆCH Qua kết khảo sát nhiều khoá SV trường quan niệm sai lệch vốn có SV nhận thức khái niệm định nghĩa công, thu... hành: - Vận dụng tiến trình DH phối hợp kiểu PP "Thông báo - Tái hiện" với kiểu PP "Đặt vấn đề - Giải phần" Với tiến trình DH này, GV khơng cung cấp, thơng báo thơng tin kiến thức mà cịn phải