Nghiên cứu dạy học bài tập chương dòng điện xoay chiều vật lí trung học phổ thông ban cơ bản theo lý thuyết phát triển bài tập vật lý luận văn thạc sỹ giáo dục học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Lấ TH HU NGHIÊN CứU DạY HọC BàI TậP CHƯƠNG DòNG ĐIệN XOAY CHIềU VậT Lí 12 TRUNG HọC PHổ THÔNG BAN CƠ BảN THEO Lý THUYếT PHáT TRIểN BàI TËP VËT Lý Chuyên ngành: Lý luận phương pháp dạy học Vật lý Mã số: 60.14.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS PHẠM THỊ PHÚ VINH - 2011 LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới : PGS.TS Phạm Thị Phú, người định hướng đề tài, hướng dẫn khoa học động viên nghiên cứu hoàn thành luận văn Ban giám hiệu, khoa Sau đại học, quý thầy cô giáo khoa Vật lý Trường Đại học Vinh quý thầy cô giáo trực tiếp tham gia giảng dạy Ban giám hiệu, thầy cô giáo tổ Vật Lí - Tin, trường THPT Nguyễn Mộng Tuân - Thanh Hoá tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thời gian tiến hành thực nghiệm sư phạm Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc gia đình, quý bạn hữu đồng nghiệp hết lòng giúp đỡ, động viên tác giả hoàn thành luận văn Vinh, tháng 12 năm 2011 Tác giả Lê Thị Huệ MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .6 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .7 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN Chương DẠY HỌC BÀI TẬP THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÍ NHẰM PHÁT HUY HIỆU QUẢ CÁC CHỨC NĂNG LÝ LUẬN DẠY HỌC CỦA BÀI TẬP 10 1.1 Chức lý luận dạy học BTVL 10 1.1.1 Khái niệm tập vật lí 10 1.1.2 Chức BTVL .10 1.1.3 Phân loại tập vật lí 13 1.1.4 Các cách hướng dẫn HS giải BTVL 15 1.1.5 Các hình thức dạy học tập vật lí 17 1.2 Lý thuyết phát triển tập vật lí 22 1.2.1 Khái niệm phát triển tập vật lí .22 1.2.2 Nội dung lý thuyết phát triển tập vật lí 22 1.2.3 Tại dạy học BTVL cần vận dụng lý thuyết phát triển BTVL ? .26 1.2.4 Quy trình dạy học học BTVL theo lý thuyết phát triển DHVL 27 1.2.5 Quy trình thiết kế học BTVL theo lý thuyết phát triển DHVL 29 1.2.6 Cấu trúc học BTVL theo lý thuyết phát triển BTVL 29 1.2.7 Các hình thức dạy học BTVL theo lý thuyết phát triển BTVL 30 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 32 Chương DẠY HỌC BÀI TẬP CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BTVL 34 2.1 Vị trí, đặc điểm chương “Dịng điện xoay chiều” 34 2.1.1 Vị trí 34 2.1.2 Đặc điểm chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 THPT 35 2.2 Mục tiêu theo chuẩn kiến thức, kỹ .36 2.3 Nội dung dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” 37 2.3.1 Các đơn vị kiển thức chương “Dòng điện xoay chiều” 37 2.3.2 Cấu trúc lơgic chương “Dịng điện xoay chiều” chương trình chuẩn.39 2.4 Thực trạng dạy học tậpVật lí chương “Dòng điện xoay chiều” trường THPT 39 2.5 Xây dựng hệ thống BTVL chương “Dòng điện xoay chiều” theo lý thuyết phát triển tập nhằm phát huy chức LLDH BTVL 42 2.5.1 Lựa chọn tập 42 2.6 Sử dụng hệ thống tập chương “Dòng điện xoay chiều” theo lý thuyết phát triển BTVL .67 2.6.1 Bài học luyện tập giải tập 67 2.6.2 Giáo án tổng kết chương: ƠN TẬP CHƯƠNG DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU .74 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .80 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 80 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .80 3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm .80 3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 80 3.5 Nội dung thực nghiệm sư phạm 81 3.5.1 Lựa chọn lớp đối chứng lớp thực nghiệm 81 3.5.2 Tiến hành thực nghiệm .81 3.6 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm .82 3.6.1.Về phương pháp dạy học .82 3.6.2.Về kết kiểm tra đánh giá hai sau thực nghiệm sư phạm 82 3.7 Phân tích kết thực nghiệm 85 3.8 Kiểm định giả thiết ngẫu nhiên 86 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO .89 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong dạy học vật lí, tập phương tiện, phương pháp có hiệu thực nhiệm vụ giáo dưỡng, giáo dục, phát triển tư nhiệm vụ giáo dục kỹ thuật tổng hợp Chính thực tế, nhiều lúc, nhiều nơi tuyệt đối hóa tập vật lí, coi DHVL có nhiệm vụ dạy HS giải BTVL (đặc biệt lớp luyện thi tốt nghiệp, tuyển sinh Đại học, bồi dưỡng học sinh giỏi…); Trong hiệu sách ngồi sách giáo khoa (2 quyển) đa số sách tập loại, có nội dung vật lí có đến hàng chục sách tập nhiều tác giả; phụ huynh HS hoang mang trước thực trạng nhiều tập, làm để học hết tập mà thời gian hạn hẹp Thực tế đặt cho GV vật lí câu hỏi: Dạy tập để phát huy chức LLDH, chức nhận thức luận BTVL ? Nếu học xây dựng kiến thức mục tiêu, nội dung nêu tường minh SGV, SGK học tập vật lí hồn tồn GV xác định từ mục tiêu, nội dung đến phương pháp, phương tiện Thực tế cho thấy, nhiều giáo viên lúng túng nên dạy BTVL để đạt hiệu cao Cho nên đợt thao giảng, dự giờ, tiết dạy tập giáo viên lựa chọn Trong tiết dạy tập, thông thường giáo viên bám sát phân phối chương trình tập sách giáo khoa để tập cho học sinh hướng dẫn học sinh giải tập cho kết chuyển sang tập khác Chính mà học sinh học cách thụ động, không phát huy tính sáng tạo giải tập vật lí áp dụng không linh hoạt, ta cho tập khác dạng học sinh lúng túng khơng giải Bên cạnh đa số học sinh thụ động việc học tập mình, em học xoay quanh mà giáo viên cung cấp chủ động tìm tịi học tập điều ngồi thơng tin từ người thầy Trong q trình dạy BTVL địi hỏi người giáo viên phải chọn tập từ đơn giản đến phức tạp, tập phải liên hệ với cách có hệ thống làm để thông qua việc giải số tập bản, trang bị cho em phương pháp giải để em giải nhiều dạng tập khác Qua đó, học sinh nắm kiến thức vững vàng, sâu sắc, chủ động, mà không nhiều thời gian, phát huy mạnh tính sáng tạo học sinh Để giải vấn đề trên, tơi nhận thấy có lý thuyết xây dựng nhà nghiên cứu LLDHVL “Lý thuyết phát triển tập vật lí”; tinh thần lý thuyết từ tập phát triển thành tập tổng hợp khác theo nhiều phương án khác nhằm huy động kiến thức khác việc giải tập; GV xây dựng BT dạy cho HS xây dựng BT; phân tích tập tổng hợp thành tập bản; kết HS vừa củng cố kiến thức lý thuyết, vừa biết phương pháp giải BT đặc biệt HS biết tự đặt tập để giải theo yêu cầu GV; biến HS từ chỗ thụ động giải BT GV yêu cầu thành chủ động đặt BT để giải; cách cụ thể thực chiến lược dạy học tập trung vào người học Chương “Dòng điện xoay chiều” chương quan trọng chương trình Vật lí 12 THPT Lượng tập chương nhiều khó, nhiều học sinh cảm thấy khó khăn khơng biết giải tập Với lí chọn đề tài: Nghiên cứu dạy học tập chương “Dịng điện xoay chiều” Vật lí 12 THPT ban theo lý thuyết phát triển tập vật lí MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xây dựng hệ thống tập chương “Dòng điện xoay chiều” (Vật lí 12 bản) đề xuất phương án dạy học tập vật lí theo lý thuyết phát triển tập nhằm phát huy chức lý luận dạy học tập dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu đề tài - Bài tập vật lí, lý thuyết phát triển tập vật lí - Q trình dạy học vật lí 3.2 Phạm vi nghiên cứu Chương “ Dòng điện xoay chiều” vật lí lớp 12 ban GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Có thể xây dựng sử dụng hệ thống tập chương “Dòng điện xoay chiều” theo lý thuyết phát triển BTVL dạy học nhằm phát huy hiệu chức LLDH tập, từ góp phần nâng cao chất lượng dạy học NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu LLDH tập vật lí trường phổ thơng - Nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết phát triển tập vật lí - Tìm hiểu thực trạng dạy học tập vật lí số trường THPT tỉnh Thanh Hố - Tìm hiểu mục tiêu dạy học chương “Dịng điện xoay chiều” vật lí lớp 12 ban bản, nội dung dạy học chương - sở Vật lí cho việc xây dựng hệ thống tập vật lí theo lý thuyết phát triển tập chương “Dòng điện xoay chiều” - Xây dựng hệ thống tập chương “Dòng điện xoay chiều” - Đề xuất phương án dạy học sử dụng hệ thống BTVL theo lý thuyết phát triển tập xây dựng nhằm phát huy hiệu chức LLDH BTVL - Thực nghiệm sư phạm phương án dạy học thiết kế PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tài liệu lí luận dạy học tài liệu liên quan đến lý thuyết tập phát triển - Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa sách tập, tài liệu tham khảo - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm: kiểm tra giả thuyết khoa học đề tài - Phương pháp thống kê toán học ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN 7.1 Về lí luận - Chứng minh tính khả thi hiệu lý thuyết phát triển tập dạy học BTVL trường phổ thơng qua chương “Dịng điện xoay chiều” - Xây dựng quy trình vận dụng lý thuyết phát triển BT để thiết kế tập dạy tập nhằm phát huy hiệu chức LLDH BT DHVL 7.2 Về ứng dụng - Xây dựng hệ thống gồm BTCB, 30 tập điển hình minh hoạ dùng cho dạy học chương “Dịng điện xoay chiều” vật lí lớp 12 ban theo lý thuyết phát triển tập Vật lí - Xây dựng tiến trình dạy học gồm: học luyện tập giải BTVL; học tổng kết chương; học kiểm tra đánh giá; học giải BTVL nhà HS; học tự chọn học sinh giỏi theo lý thuyết phát triển BT phát huy chức LLDH BTVL Cấu trúc luận văn Mở đầu (4 trang) Nội dung chính: gồm chương Chương Dạy học tập theo lí thuyết phát triển tập vật lí nhằm phát huy hiệu chức lí luận dạy học tập DHVL (21 trang) Chương Dạy học tập chương “Dòng điện xoay chiều” theo lý thuyết phát triển BTVL (47 trang) Chương Thực nghiệm sư phạm (9 trang) Tài liệu tham khảo (2 trang) Phụ lục (21 trang) 10 Chương DẠY HỌC BÀI TẬP THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP VẬT LÍ NHẰM PHÁT HUY HIỆU QUẢ CÁC CHỨC NĂNG LÝ LUẬN DẠY HỌC CỦA BÀI TẬP 1.1 Chức lý luận dạy học BTVL 1.1.1 Khái niệm tập vật lí Bài tập vật lí hiểu vấn đề đặt địi hỏi phải giải nhỏ suy luận logic, phép tốn thí nghiệm dựa sở định luật phương pháp vật lí Hiểu theo nghĩa rộng vấn đề xuất nghiên cứu tài liệu giáo khoa tập học sinh Sự định hướng tư cách tích cực việc giải BTVL 1.1.2 Chức BTVL BTVL phương tiện dạy học vật lí quan trọng Thời gian dành cho việc sử dụng loại phương tiện chiếm tỷ trọng lớn so với tồn chương trình Nhiều tài liệu lí luận dạy học vật lí coi BTVL phương tiện thực hành Có tài liệu coi BTVL phương pháp dạy học vật lí Đề tài đề cập đến BTVL với kết hợp hai cách hiểu - Xét theo lí luận dạy học BTVL có chức sau: [9] + Củng cố trình độ tri thức kĩ xuất phát cho HS: Để thực chức BTVL phương tiện có hiệu Bằng cách giao cho HS giải tập có nội dung phương pháp gắn với nội dung phương pháp vấn đề nghiên cứu, GV giúp HS nhớ lại, củng cố kiến thức học cách vững Do họ vững vàng bước vào tiếp thu Hơn nữa, thấy liên quan logic tri thức kỹ cũ với vấn đề mới, HS hứng thú với việc tham gia xây dựng Bởi mặt họ thấy tính hữu ích tri thức học, mặt khác họ vững tin vào khả + Đặt vấn đề nhận thức: 16 2.6.5 Giáo án: BT tự chọn bồi dưỡng HS giỏi I Mục tiêu: - Vận dụng linh hoạt tổng hợp kiến thức đọc chương để giải BT nâng cao từ định luật Ôm cho đoạn mạch - Phát triển BTCB thành BTTH khó (theo PA4, PA5) giải tập đặt II Chuẩn bị Giáo viên - Chuẩn bị hệ thống BTPH khó: BT 10, BT 11, BT 12, BT 13, BT 26, BT 27 hệ thống 30 BT phát triển từ BTCB - Giấy bóng kính, máy chiếu hắt - Phiếu học tập Trường THPT Nguyễn Mộng Tuân PHIẾU HỌC TẬP Tổ : Vật lí – TIn (Câu hỏi ôn tập kiến thức) Bài1: Em đặt đề toán giải theo sơ đồ U Cho U, Z I= Z Tìm I Bài 2: Từ đề tập (BTCB), em đặt đề toán không cho trực tiếp U, Z mà thông qua đại lượng trung gian, đồng thời khơng tìm I mà u cầu tìm đại lượng khác thơng qua I ? Bài 3: Từ em đặt đề toán theo yêu cầu hoán vị giả thiết kết luận để tập ? Học sinh: - Nghiên cứu kiến thức lý thuyết học chương - Giải tập sách nâng cao, sách tham khảo dành cho học sinh giỏi 17 III Tiến trình dạy: Hoạt động Nêu kiến thức chương Hoạt động HS Hoạt động GV - HS nêu kiến thức - Yêu cầu học sinh nêu chương Nội dung kiến thức - HS khác theo dõi, nhận chương: xét - Nhận xét, bổ xung nội dung trả lời HS Hoạt động Đưa BTCB Hoạt động HS - Đặt đề theo sơ đồ Hoạt động GV - Yêu cầu HS đưa BTCB dựa vào sơ đồ sau: R,L,C,U Tìm I ? I= Cho U, Z Nội dung BTCB : TìmI Bài tập : - Một HS trình bày, HS khác nhận xét - Gọi HS trình bày - Yêu cầu HS khác nhận - Ghi nhận ghi vào xét tập bạn đặt - Nhận xét tập học sinh đưa Hoạt động Phát triển BTCB thành BTPH mức độ khó giải chúng Hoạt động HS Hoạt động GV Nội dung Cho 18 - Hướng dẫn HS phát Bài tập triển kết luận Cuộn dây có r = 20 ( Ω ) , BTCB L = ,191 ( H ) , - Tham khảo BT minh hoạ, khơng u cầu tìm I mà - Trả lời CH1 nêu PA giải CH1: Trong u cầu tìm đại lượng thơng qua I ? 10 −3 ( F ) , biến trở R C= 2π + Nhận xét câu trả lời HS - Đặt toán theo mẫu u = 100 sin 100πt (V ) Tìm R = ? để Pmax = ? + Đặt tập minh Giải: hoạ (VD tầp 11) Vẽ + Công suất tiêu thụ sơ đồ minh hoạ tồn mạch tính theo công - Theo dõi nhận xét đề + Yêu cầu HS đặt thức: phương án giải bạn toán theo mẫu + Nhận xét đề HS P= 10000 = max 1600 ( 20 + R ) ( 20 + R ) + đặt P = I ( R + r) = + Gọi đại diện nhóm nêu U ( R + r) (20 + R ) + tiến trình giải tốn đặt 1600 = (20 + R ) 1600 ⇔ 20 + R = 20 + R ⇔ R = 20Ω + Khi + Nhận xét giải HS ( r + R) + ( Z L − ZC ) Pmax = R = 20 ( Ω ) 10000 = 125 ( W ) 1600 ( 20 + R ) + ( 20 + R ) - Hoạt động cá nhân trả lời - Hướng dẫn HS phát Bài tập 3: Cho CH2 triển giả thiết kết luận - Nhận xét câu trả lời (PA4): bạn u AB = 120 sin 100πt (V ) , CH2: Trong BTCB R = 60 ( Ω ) , 19 ta cho U, Z thông qua đại lượng trung gian 10 −3 ( F ) UV1 = UV2 , C= 6π nào? Khơng u cầu tìm I - Nêu hướng giải BT ví dụ mà u cầu tìm đại lượng giáo viên nêu thông qua I ? - Hoạt động theo nhóm: đặt + Nhận xét câu trả lời đề toán theo PA4 HS π - Đại diện nhóm trình bày + Đặt tập minh ϕ = u /u đề tốn mới, nhóm hoạ (VD tập 20), Vẽ Tính i(t) =?, P = ? khác nhận xét sơ đồ minh hoạ V1 V2 + Yêu cầu HS đặt - Nêu phương án giải BT toán cách đặt (trình bày qua máy khơng cho U, Z trực tiếp chiếu hắt) mà qua đại lượng - Các nhóm khác nhận xét trung gian, đồng thời Giải giải khơng tìm I mà tìm đại + Số vôn kế - Ghi nhận nhận xét lượng khác qua I giáo viên, ghi vào nhau: U V = U V + Nhận xét đề HS ⇒ Z AM = Z MB đặt 2 ⇒ r + Z L = R2 + ZC ⇒ r + Z L = 120 + Gọi đại diện nhóm nêu tiến trình giải tốn + Vì u AM lệch pha so với đặt π u MB nên tgϕ AM tgϕ MB = −1 + Nhận xét giải ⇒ HS Z L − ZC Z = − ⇒ L = ( 2) r R r + Từ (1) (2) giải ra:  0,6  Z L = 60 (Ω ) ⇒ L =  π  r = 60(Ω )  20 + Tổng trở: ( R + r) + ( Z L − ZC ) Z= = 120 + Dòng điện cực đại chạy qua mạch: I0 = U 120 = = ( A) Z 120 + Độ lệch pha u i: - Nêu hướng giải BT ví dụ tgϕ = giáo viên nêu - Hoạt động theo nhóm: đặt ⇒ϕ = đề tốn theo PA5 - Đại diện nhóm trình bày π (rad ) 12 Mà đề tốn mới, nhóm khác nhận xét Z L − Z C 60 − 60 −1 = = ⇒ϕ = R+r 60 + 60 +1 - Hướng dẫn HS phát ϕu − ϕi = ϕ ⇔ − ϕi = triển giả thiết kết luận - Nêu phương án giải BT đồng thời hoán vị chúng π π ⇒ ϕi = − 12 12 + Biểu thức dòng điện: π   i = sin 100πt −  ( A) 12   + Từ tập em mới đặt (trình bày qua máy (PA5) chiếu hắt) - Các nhóm khác nhận xét đặt, em hốn vị Cơng suất mạch: giải giả thiết kết luận để P = I2(R + r) - Ghi nhận nhận xét tập giáo viên, ghi vào + Đặt tập minh = (60 + 60) ≈ hoạ (VD ), Vẽ sơ đồ 134W minh hoạ Bài tập : Cho biết: R nt cuộn dây nt tụ điện u = 65 cos 100πt V UAM = 13 V; UMN = 13V; + Nhận xét đề HS UNB= 65V; P = 25 W đặt Tìm R, L, C 21 + Gọi đại diện nhóm nêu tiến trình giải tốn đặt Giải: + Nhận xét giải HS Ta có:  U AM = U R = 13  2 2  U MN = U r + U L = 13   U NB = U C = 65  U = ( U + U ) + ( U − U ) = 652 R r L C  AB  U R = 13V  U = 12V  r ⇒   U C = 65V  U L = 5V  Công suất:P = UIcos ϕ I= P = U cos ϕ A ⇒ P =1 UR +Ur U U 22  UR = 13Ω R = I   UL Z L 5.10− H  Z L = = 5Ω ⇒ L = = I ω π   UC 10− = 65Ω ⇒ C = = F  ZC = I ωZC 65π  Hoạt động : Hướng dẫn tập nhà Hoạt động HS - Ghi tập nhà Hoạt động GV - Làm tập ví dụ: Nội dung BT10, 15, 12, 13, 26, 27 - Tìm thêm tài liệu nâng cao giải PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 23 Hoạt động dạy học Hướng dẫn học sinh làm tập HS phát biểu ý kiến xây dựng Tham gia xây dựng HS thảo luận giải tập Đại diện nhóm trình bày tập sau thảo luận 24 Đại diện nhận xét trình bày tập sau thảo luận HS làm tập ... chương Chương Dạy học tập theo lí thuyết phát triển tập vật lí nhằm phát huy hiệu chức lí luận dạy học tập DHVL (21 trang) Chương Dạy học tập chương ? ?Dòng điện xoay chiều? ?? theo lý thuyết phát triển. .. tiêu dạy học chương “Dịng điện xoay chiều? ?? vật lí lớp 12 ban bản, nội dung dạy học chương - sở Vật lí cho việc xây dựng hệ thống tập vật lí theo lý thuyết phát triển tập chương ? ?Dòng điện xoay chiều? ??... xoay chiều? ?? (Vật lí 12 bản) đề xuất phương án dạy học tập vật lí theo lý thuyết phát triển tập nhằm phát huy chức lý luận dạy học tập dạy học chương ? ?Dòng điện xoay chiều? ?? ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN