Luận văn thạc sĩ sử dụng thí nghiệm, phần mềm mô phỏng và bản đồ tư duy trong dạy học chương điện tích điện trường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM –––––––––––––––––––– NGUYỄN THU THỦY SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MƠ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƢỜNG” - VẬT LÍ 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM - NGUYỄN THU THỦY SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƢỜNG” - VẬT LÍ 11 Chuyên ngành: LL&PPDH Bộ môn Vật lý Mã số: 60.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Trần Đức Vƣợng THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn hồn tồn trung thực, chưa cơng bố cơng trình tác giả khác Thái Nguyên, tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thu Thủy Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN i http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Trần Đức Vƣợng, tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Sau đại học, khoa Vật lí, thầy giáo giảng dạy tồn thể bạn học viên lớp cao học K21 trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên tận tình giảng dạy, góp nhiều ý kiến q báu cho tơi suốt trình học tập, nghiên cứu khoa học làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô giáo em học sinh trường THPT Lương Thế Vinh- Cẩm Phả- Quảng Ninh giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Chân thành cảm ơn tình cảm quý báu người thân, bạn bè, đồng nghiệp cổ vũ, động viên, góp ý tiếp thêm động lực để tơi hồn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng, thời gian có hạn lực thân nhiều hạn chế kinh nghiệm nghiên cứu, nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp, bảo thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp Thái Nguyên, tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thu Thủy Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ii http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình vi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MƠ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY ĐỂ PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC NHẬN THỨC CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2 Hoạt động nhận thức tính tích cực hoạt động nhận thức HS 1.2.1 Hoạt động nhận thức học sinh 1.2.2 Tính tích cực hoạt động nhận thức học sinh 1.2.3 Các biện pháp chung phát huy tính tích cực nhận thức học sinh .13 1.3 Dạy học nêu giải vấn đề dạy học Vật lí 13 1.3.1 Khái niệm dạy học giải vấn đề 13 1.3.2 Tổ chức tiến trình dạy học theo pha thích hợp 15 1.3.3 Trình bày giáo án 16 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iii http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.4 Thí nghiệm dạy học vật lí 17 1.4.1 Khái niệm thí nghiệm vật lí 17 1.4.2 Phân loại thí nghiệm vật lí trường phổ thông 17 1.4.3 Vai trị thí nghiệm dạy học Vật lí 18 1.5 Phần mềm mơ dạy học vật lí 18 1.5.1 Khái niệm phần mềm mô 18 1.5.2 Các loại phần mềm mô dạy học Vật lí 18 1.5.3 Vai trị phần mềm mơ dạy học Vật lí 19 1.6 Bản đồ tư 19 1.6.1 Khái niệm đồ tư 19 1.6.2 Cách đọc đồ tư 19 1.6.3 Cách vẽ đồ tư 20 1.6.4 Các ứng dụng đồ tư dạy học 21 1.7 Thực trạng việc sử dụng TN, PMMP BĐTD trường THPT 24 1.7.1 Về sở vật chất trường THPT Lương Thế Vinh, thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh 24 1.7.2 Về phía giáo viên 24 1.7.3 Về phía học sinh 25 1.7.4 Khả sử dụng TN, PMMP BĐTD dạy học Vật lí 26 1.7.5 Một số khó khăn sử dụng TN, PMMP BĐTD dạy học 27 1.8 Kết luận chương 27 Chƣơng 2: XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƢƠNG “ ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƢỜNG ” - VẬT LÝ 11 VỚI VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MƠ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY 28 2.1 Đặc điểm chương “Điện tích- Điện trường”- Vật lí 11 28 2.1.1 Đặc điểm cấu trúc nội dung chương “Điện tích- Điện trường”- Vật lí 11 28 2.1.2 Chuẩn kiến thức kĩ chương “ Điện tích- Điện trường”- Vật lí 11 .29 2.1.3 Nội dung dạy học chương “Điện tích- Điện trường” 30 2.2 Một số định hướng việc tổ chức hoạt động nhận thức với hỗ trợ đồ tư để phát huy tính tích cực nhận thức cho học sinh .42 2.2.1 Chú ý hướng dẫn rèn luyện kỹ xây dựng BĐTD cho HS 42 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn 2.2.2 Lựa chọn đắn chủ đề để phát huy tính tích cực nhận thức HS với hỗ trợ BĐTD 43 2.2.3 Hướng dẫn học sinh kỹ vẽ đồ tư 43 2.2.4 Một số biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức HS với hỗ trợ BĐTD 45 2.3 Thiết kế tiến trình dạy học số cụ thể chương “Điện tích - Điện trường” - Vật lí 11 theo hướng nghiên cứu đề tài 47 2.4 Kết luận chương 63 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 64 3.1 Mục đích nhiệm vụ TNSP 64 3.1.1 Mục đích 64 3.1.2 Nhiệm vụ 64 3.2 Đối tượng nội dung TNSP 65 3.2.1 Đối tượng 65 3.2.2 Nội dung 65 3.3 Phương pháp TNSP 65 3.4 Đánh giá thực nghiệm sư phạm (TNSP) 66 3.4.1 Phương pháp đánh giá kết TNSP 66 3.4.2 Kết xử lí kết TNSP 67 3.5 Kết luận chương 75 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 76 Kết luận 76 Khuyến nghị 77 Hướng phát triển đề tài 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng điều tra phương pháp dạy học giáo viên 24 Bảng 1.2 Bảng khảo sát thực trạng học tập HS với môn Vật lí 25 Bảng 1.3 Bảng khảo sát khả nhận thức, mức độ tích cực học sinh 25 Bảng 3.1 Bảng số liệu HS chọn làm mẫu TNSP 66 Bảng 3.2 Thống kê biểu tính tích cực, tự lực HS 68 Bảng 3.3 Ý kiến GV sau dự tổ chức dạy học có sử dụng TN, PMMP BĐTD 69 Bảng 3.4 Ý kiến HS sau học Vật lí có sử dụng TN, PMMP BĐTD 69 Bảng 3.5 Bảng thống kê điểm số Xi (Yi) kiểm tra ( phân bố tần số) 71 Bảng 3.6 Xếp loại điểm kiểm tra 71 Bảng 3.7 Bảng phân bố tần suất 72 Bảng 3.8 Bảng lũy tích hội tụ 73 Bảng 3.9 Bảng tổng hợp tham số thống kê 74 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ pha tiến trình dạy học theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức nghiên cứu khoa học 15 Hình 1.2 Cách đọc đồ tư 19 Hình 2.1 BĐTD chương “ Điện tích- Điện trường ” 30 Hình 2.2 Vẽ hình ảnh trung tâm “ Bài “ Điện tích Định luật Cu-Lơng ” 44 Hình 2.3 Vẽ nhánh cấp “Bài “Định luật Cu-lơng” 44 Hình 2.4 Vẽ nhánh cấp 2, cấp “Bài “Thuyết eelectron Định luật bảo tồn điện tích”” 45 Hình 2.5 BĐTD định luật Cu-lông 61 Hình 2.6 BĐTD tổng kết Điện tích Định luật Cu-lơng 62 Hình 3.1 Biểu đồ xếp loại kiểm tra 71 Hình 3.2 Đồ thị phân bố tần suất 72 Hình 3.3 Đồ thị lũy tích hội tụ 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN vi http://www.lrc.tnu.edu.vn Học sinh: -Ôn tập kiến thức cấu tạo nguyờn t Trong ch-ơng trình vật lí THCS ®· học lớp - Chuẩn bị bút vẽ, giấy khổ lớn, bút màu, tẩy III PHƢƠNG PHÁP VÀ HÌNH THỨC TỔ CHỨC DẠY HỌC - Phương phỏp dy hc: Nêu vấn đề, thực nghiệm, hỏi đáp gợi mở, đàm thoại - Hỡnh thc t chc dạy học: Tổ chức nhóm IV KIẾN THỨC TRỌNG TÂM - Cấu tạo nguyên tử phương diện điện Điện tích nguyên tố :  Cấu tạo nguyên tử : + Nguyên tử nguyên tố gồm hạt nhân mang điện dương nằm trung tâm êlectrôn mang điện âm chuyển động xung quanh hạt nhân + Hạt nhân có cấu tạo gồm hai loại hạt prôtôn mang điện dương nơtrôn không mang điện + Êlectron có điện tích -1,6 10 + Proton có điện tích +1,6 10 -19 -19 C khối lượng 9,1 10 C khối lượng 1,67 10 -31 -27 kg kg Khối lượng nơtron xấp xỉ khối lượng prôtôn + Trong nguyên tử : số prôtôn số êlectrôn nguyên tử nên nguyên tử trung hòa điện  Điện tích nguyên tố : + Điện tích nguyên tố điện tích prơtơn điện tích êlectrôn nhỏ phân chia q0 = e = 1,6 10-19 C + Vật nhiễm điện có điện tích : q = ne, n Є Z -Thuyết eelectron :  Cơ sở lý thuyết : Dựa vào cư trú di chuyển êlectron để giải thích tượng điện tính chất điện vật  + Nội dung : Iôn dương : Nguyên tử bị êlectron + Iôn âm : Nguyên tử nhận thêm êlectron + Vật nhiễm điện âm số êlectron số proton Vật nhiễm điện dương số êlectron nhỏ số proton - Bản chất số tượng điện: + Vật (chất) dẫn điện vật chứa nhiều điện tích tự (electron iơn) Vật (chất) cách điện vật có chứa điện tích tự + Hiện tượng nhiễm điện vật: + Cọ xát: electron từ nguyên tử vật chuyển sang vật khác cọ xát hai vật, kết hai vật mang điện trái dấu + Tiếp xúc: electron chuyển từ vật sang vật khác cho vật trung hòa điện tiếp xúc với vật khác mang điện, kết hai vật mang điện dấu + Hưởng ứng: electron dịch chuyển vật dẫn làm cho vật có phân bố lại điện tích vật đặt gần vật mang điện khác - Trong tượng nhiễm điện cọ xát, điện tích hai vật cọ xát độ lớn trái dấu Trong tượng nhiễm điện tiếp xúc, vật tiếp xúc nhiễm điện dấu Trong tượng nhiễm điện hưởng ứng, điện tích phân bố lại hai đầu vật độ lớn trái dấu V TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Ổn định tổ chức, kiểm tra cũ (2 phút) -Phát biểu viết biểu thức định định luật Cu-lông? Nội dung : Hoạt động 1: (2 phút): Tạo tình học tập: GV Muốn hiểu chất tượng điện ta phải hiểu chế cuả tượng đó, nghĩa phải hiểu cấu trúc bên vật Mọi vật cấu tạo từ nguyên tử ,phân tử Do ngun tử có kích thước nhỏ nên quan sát mắt thường, muốn hiểu cấu tạo nguyên tử cần phải đưa mô hình ngun tử Mơ hình mơ hình phù hợp với kiện thực nghiệm liên quan dùng để giải thích kiện thực nghiệm GV yêu cầu HS nêu nội dung sơ lược cấu tạo nguyên tử ? GV chương trình Vật lí THCS tìm hiểu sơ lược nội dung này, để hiểu kỹ nội dung ứng dụng việc giải thích tượng nhiễm điện vào học hôm Hoạt động 2: (14 phút) Tìm hiểu thuyết electron Trợ giúp giáo viên - GV yêu cầu HS đọc SGK tìm - HS tiếp nhận nhiệm vụ, nghiên cứu SGK hiểu cấu tạo nguyên tử phương với quan sát mơ hình ngun tử diện điện kết hợp trình chiếu cho HS xem mơ hình ngun tử - GV kiểm tra tiếp thu kiến thức HS thông qua câu hỏi: ( Hãy nêu hiểu biết - HS: Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện em cấu tạo nguyên tử? (?) Nêu hiểu biết em êlectron? (?)Em có biết hạt nhân cấu tạo không? ( ( Nguyên tử trung hoà điện chứng tỏ hạt mang điện nguyên tử quan hệ với nào? - GV: Cấu trúc nguyên tử mà em vừa nêu phù hợp với mơ hình ngun tử chấp nhận ngày nay, mẫu nguyên tử Bo Vật lý học đại xây dựng mơ hình ngun tử phức tạp giải tốt tốn vi mơ Tuy nhiên, mơ hình Bo giúp ta giải thích nhiều tượng điện thực tế Các em quan sát lại hình vẽ mơ tả mẫu ngun tử GV: Đưa khái niệm điện tích nguyên tố GV: Phát triển từ nội dung sơ lược cấu tạo nguyên tử, ta có thuyết êlectron GV yêu cầu HS đọc SGK tìm hiểu thuyết êlectron thông qua gợi ý: Nêu sở lý thuyết thuyết êlectron? xấp xỉ khối lượng prôtôn - HS: Chứng tỏ tổng số proton tổng số electron - Cá nhân ghi nhận khái niệm điện tích nguyên tố - HS tiếp thu kiến thức, quan sát mơ hình ngun tử - Cá nhân tìm hiểu câu trả lời HS: Dựa vào cư trú di chuyển êlectron để giải thích tượng điện ( iơn Từ em cho biết dương, iôn âm tạo thành nào? GV dùng PMMP tạo thành iôn dương, iơn âm (Mơ hình ngun tử bớt êlectron) (?) Hãy cho biết vật mang điện âm dương? GV nhận xét câu trả lời HS GV: Đó nội dung thuyết electron Vận dụng nội dung thuyết cho phép giải thích nhiều tượng điện thực tế tính chất điện vật - Iơn âm : Nguyên tử nhận thêm êlectron Vật nhiễm điện âm số êlectron số proton Vật nhiễm điện dương số êlectron nhỏ số proton Iôn dương : Nguyên tử bị êlectron Hoạt động 3: (15 phút) Vận dụng thuyết êlectron Trợ giúp giáo viên GV yêu cầu HS đọc SGK tìm hiểu Chất dẫn điện ch ất cách điện SGK GV: Khái niệm chất cách điện chất dẫn điện đề cập đến chương trình Vật Lý lớp THCS (?)Thế vật (chất) dẫn điện, Thế vật(chất) cách điện? - HS tiếp nhận nhiệm vụ, nghiên cứu hướng điện tích Những điện tích di chuyển qua khoảng cách lớn kích thước phân tử vật gọi điện tích tự ( Vậy dựa vào tính dẫn điện chất đó, phân biệt hai loại vật liệu ( Dựa vào cấu trúc điện vật liệu, em phân biệt lại hai khái niệm này? Nếu HS không trả lời được, GV gợi ý: - Dịng điện dịng chuyển dời có đó? Nêu ví dụ? GV: Mọi q trình nhiễm điện q trình tách điện tích dương âm phân bố lại điện tích vật phần vật GV: Dựa vào thuyết electron, giải thích tượng nhiễm điện, từ Vật (chất) dẫn điện vật (chất) cho dòng điện qua - Vật(chất) cách điện (vật) chất khơng cho dịng điện qua - Vật dẫn điện vật chứa nhiều điện tích tự Vật cách điện vật chứa điện tích tự - Cá nhân ghi nhận - Cá nhân tìm hiểu câu trả lời - Vật dẫn điện vật chứa nhiều điện tích tự Vật cách điện vật chứa điện tích tự - Ví dụ: + Đồng, dung dịch axít, dung dịch muối chất dẫn điện nêu chất tượng nhiễm + Sứ, thủy tinh, gỗ… chất cách điện + Nhiễm điện cọ xát điện? Thanh thước làm cao su sau cọ Giải thích ba tƣợng nhiễm xát vào lơng thú có khả hút điện vật nhẹ GV chia lớp thành nhóm yêu cầu + Nhiễm điện tiếp xúc nhóm giải thích tượng nhiễm điện: Nếu vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật nhiễm điện bị nhiễm điện dấu với vật + Nhiễm điện hƣởng ứng Khi đưa kim loại trung hòa điện lại gần cầu nhiễm điện âm Vì kim loại nhiễm điện kim loại nhiễm điện - GV bao quát lớp kiểm tra cơng việc nhóm - Các nhóm thảo luận để đưa kết luận chung - Sau yêu cầu đại diện nhóm báo cáo kết GV: Nhận xét báo cáo kèm theo trình chiếu PMMP để minh họa cho việc giải thích tượng nhiễm điện - Các nhóm cử đại diện lên báo cáo Giải thích + Nhiễm điện cọ xát Khi cọ xát vào lông thú, số electron lông thú chuyển sang thước Cây thước trạng thái không mang điện, nhận electron bị nhiễm điện âm + Nhiễm điện tiếp xúc Khi vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật nhiễm điện, ví dụ vật nhiễm điện âm phần electron thừa vật nhiễm điện âm truyền sang vật chưa nhiễm điện Vì vật chưa nhiễm điện thừa electron nên nhiễm điện âm + Nhiễm điện hƣởng ứng Khi đưa kim loại trung hòa điện lại gần cầu nhiễm điện âm cầu đẩy electron tự kim loại xa làm cho electron tập trung nhiều phía xa cầu nên kim loại nhiễm điện âm, cịn phía gần cầu nên kim loại thiếu nhiều electron nên nhiễm điện dương Hoạt động 4: (6 phút) Tìm hiểu định luật bảo tồn điện tích Trợ giúp giáo viên GV: Khi cọ xát vật với sau tách hai vật ra, chúng tích điện, trái dấu (?) Nếu hai vật khơng trao đổi điện tích với vật khác (hai vật lập thành hệ lập), chứng tỏ độ lớn điện tích xuất hai vật quan hệ với nào? GV: Lúc đầu, hai vật có điện tích tổng cộng khơng, vật trung hịa điện Sau cọ xát với nhau, hai vật nhiễm điện, điện tích tổng cộng hai vật bao nhiêu? GV : Như kết luận chất trình nhiễm điện? GV: Từ nhận xét ta đưa đến kết luận xét cho hệ lập điện? GV: Thơng báo nội dung định luật bảo tồn điện tích Hoạt động 5: (05 phút) Củng cố, hệ thống hoá học Trợ giúp giáo viên - Giáo viên yêu cầu nhóm dùng BĐTD để hệ thống hoá lại kiến thức trọng tâm học - GV chiếu BĐTD để HS tham khảo Hình 2.7 BĐTD tổng kết “Thuyết êlectron Định luật bảo tồn điện tích” Hoạt động 6: (01 phút) Dặn dò giao nhiệm vụ nhà Trợ giúp giáo viên - Nêu câu hỏi tập nhà - Yêu cầu: HS chuẩn bị sau VI RÚT KINH NGHIỆM Phụ lục 7: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM ... DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƢƠNG “ ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƢỜNG ” - VẬT LÝ 11 VỚI VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MƠ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY 28 2.1 Đặc điểm chương ? ?Điện tích- Điện trường? ??- Vật lí... thí nghiệm, phần mềm mô đồ tƣ dạy học chƣơng ? ?Điện tích - Điện trường? ??- Vật lí 11” làm đề tài luận văn thạc sĩ Mục đích nghiên cứu Xây dựng tiến trình dạy học chương ? ?Điện tích - Điện trường? ?? -... trúc luận văn Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MƠ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY ĐỂ PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC NHẬN THỨC CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT