Nâng cao hiệu quả dạy học vật lí bằng việc xây dựng và vận dụng hệ thống bài tập chương mắt và các dụng cụ quang học trong chương trình vật lí trung học phổ thông

Mở đầu 0.1. Lý do chọn đề tài. Phát triển mạnh Giáo dục - Đào tạo có ý nghĩa quyết định đối với sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc, nhằm mục tiêu dân giàu nớc mạnh xã hội công bằng văn minh, vững bớc đi lên chủ nghĩa xã hội. Nghị quyết hội nghị lần thứ 4 BCH Trung ơng Đảng cộng sản Việt nam (khoá VII) đã nêu rõ quan điểm chỉ đạo : Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dỡng nhân tài. Đó là mục tiêu lớn của sự nghiệp Giáo dục - Đào tạo. Nghị quyết Trung ơng 4 (khoá VII) chỉ rõ: Phải khuyến khích tự học, phải áp dụng những phơng pháp giáo dục hiện đại để bồi dỡng cho học sinh năng lực t duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề. Phơng pháp giáo dục phải coi trọng việc bồi dỡng năng lực tự học tự nghiên cứu . Trong dạy học vật lý, hệ thống bài tập có vai trò rất quan trọng trong việc khắc sâu kiến thức và rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức đã học. Nó vừa có tác dụng làm cho học sinh nắm vững kiến thức, kỹ năng, vừa làm cho học sinh phát triển năng lực t duy độc lập. Bài tập là một trong những phơng tiện dạy học vật lý rất quan trọng. Nhiều tài liệu lý luận dạy học vật lý(DHVL) coi bài tập vật lý(BTVL) là một trong những phơng tiện thực hành. Có tài liệu còn coi bài tập vật lý nh là một trong những ph- ơng pháp DHVL. Dựa vào mức độ và tính chất của hoạt động nhận thức của học sinh trong DHVL để xây dựng các phơng pháp dạy học(PPDH) bộ môn, chúng ta có thể coi BTVLvới tính cách là một PPDH giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ DHVL ở trờng phổ thông. Đứng trớc một bài tập vật lý, năng lực nhận biết, tìm tòi và phát hiện vấn đề của học sinh phần lớn là đang mập mờ. Trong dạy học truyền thống theo kiểu bình quân - đồng loạt, học sinh chỉ quan tâm học thuộc lòng định nghĩa, định lý 1 cùng một số bài toán trong sách giáo khoa để đối phó. Cơ hội tìm tòi và phát hiện vấn đề là rất hiếm hoi. Kiểu học nh vậy làm thui chột khả năng tự tìm kiếm, tự phát hiện của học sinh. Hiện nay trong nghiên cứu lý luận và thực tiễn dạy học đang hớng đến việc tích cực hoá ngời học, biến quá trình dạy học thành tự học có hớng dẫn thì việc rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo trong giải bài tập vật lý càng đặt biệt có ý nghĩa cho cả ngời dạy lẫn ngời học. Trên cơ sở đó việc giảng dạy vật lý để hình thành những kiến thức vật lý cơ bản và năng lực nhận thức, năng lực tự học, tự nghiên cứu cho học sinh trong dạy học vật lý ở trờng THPT là rất quan trọng và hết sức cần thiết. Phơng châm đó phải đợc giáo viên quán triệt sâu sắc khi tiến hành giảng dạy ở bất kỳ đề tài nào của chơng trình vật lý. Đề tài Mắt và các dụng cụ quang học là một đề tài ứng dụng các định luật Quang hình học. Học sinh nói chung gặp nhiều khó khăn khi làm các bài tập phần này. Việc nghiên cứu hệ thống và đa ra phơng pháp giải các dạng bài tập của phần này nhằm giúp học sinh củng cố lý thuyết một cách chắc chắn, làm cơ sở cho việc giải các bài tập, giúp học sinh phát triển t duy sáng tạo, góp phần nâng cao năng lực tự học tự nghiên cứu các phần khác nhau của chơng trình vật lý là hết sức cần thiết. Chính vì những lý do trình bày ở trên mà chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là: Nâng cao hiệu quả dạy học vật lý bằng việc xây dựng và vận dụng hệ thống bài tập chơng Mắt và các dụng cụ quang học trong chơng trình vật lý trung học phổ thông. 0.2. Mục đích nghiên cứu. Xây dựng hệ thống bài tập Mắt và các dụng cụ quang học, và vận dụng hệ thống bài tập này trong việc nâng cao hiệu quả dạy học phần Quang học. 0.3. Giả thuyết khoa học . 2 Nếu xây dựng đợc một hệ thống hoàn chỉnh các bài tập phần Mắt và các dụng cụ quang học dựa trên những tiêu chí cụ thể, thì có thể nâng cao hiệu quả dạy học vật lý nói chung và phần Quang học nói riêng. 0.4. Nhiệm vụ nghiên cứu. 0.4.1. Nghiên cứu lý luận về vai trò của bài tập trong dạy học vật lý nói chung và phần Quang học nói riêng. 0.4.2. Phân tích thực trạng dạy học chơng Mắt và các dụng cụ quang học. 0.4.3. Nghiên cứu nội dung chơng trình sách giáo khoa vật lý 12 chơng Mắt và các dụng cụ Quang học. 0.4.4. Xác định các tiêu chí để phân loại bài tập phần Mắt và các dụng cụ quang học. 0.4.5. Xây dựng hệ thống các bài tập Mắt và các dụng cụ quang học và phơng pháp vận dụng dạy học phần quang học. 0.4.6.Thực nghiệm s phạm để đánh giá kết quả nghiên cứu. 0.5. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu . Học sinh lớp 12 ở một số trờng THPT trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh. 0.6. Phơng pháp nghiên cứu. 0.6.1. Nghiên cứu lý thuyết. - Cơ sở lý luận về vai trò và vị trí của bài tập vật lý trong dạy học vật lý nói chung và Quang học nói riêng. - Các tiêu chí và cơ sở của việc phân loại bài tập cũng nh xây dựng hệ thống bài tập chơng Mắt và các dụng cụ quang học. 0.6.2. Nghiên cứu thực nghiệm. - Thực nghiệm s phạm ở một số lớp 12 ở các trờng THPT. 3 - Phân tích kết quả thực nghiệm s phạm, đánh giá và rút ra kết luận. 0.7. Cấu trúc luận văn. Mở đầu. Chơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng hệ thống bài tập phần mắt và các dụng cụ quang học. Chơng 2: Hệ thống các bài tập Mắt và các dụng cụ quang học. Chơng 3: Một số phơng án dạy học sử dụng hệ thống bài tập Mắt và các dụng cụ quang học. Chơng 4: Thực nghiệm s phạm. Kết luận. Phụ lục. Tài liệu tham khảo. Chơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng hệ thống bài tập Mắt và các dụng cụ quang học. 1.1 . Tác dụng của bài tập vật lý trong việc dạy học vật lý. Bài tập vật lý là một khâu quan trọng không thể thiếu trong quá trình dạy học vật lý ở trờng phổ thông. Việc giải bài tập vật lý có những tác dụng sau đây: - Bài tập vật lý là một hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hoá kiến thức một cách sinh động. Khi giải bài tập buộc HS phải nhớ lại những kiến thức đã học và mối liên hệ giữa chúng, phải phân tích, tổng hợp và suy luận. Những thao tác t duy đó sẽ góp phần củng cố, khắc sâu và mở rộng kiến thức cho học sinh. - Bài tập vật lý là phơng tiện rất tốt để phát triển năng lực t duy, khả năng sáng tạo cho học sinh, bồi dỡng cho HS phơng pháp nghiên cứu khoa học. Trong khi giải bài tập HS phải làm việc một cách độc lập, tự tìm hiểu, phân tích sự kiện, đề 4 ra phơng án giải và thực hiện tính toán. Đặc biệt các bài tập thí nghiệm HS có thể phải tự thiết kế thí nghiệm, tiến hành đo đạc và rút ra kết luận. Trong những điều kiện đó t duy lôgic, t duy sáng tạo của học sinh đợc phát triển, hiệu suất học tập đợc nâng cao. - Bài tập vật lý là một phơng tiện rất tốt để gắn lý thuyết với thực tiễn, giúp học sinh giải thích các hiện tợng vật lý xảy ra xung quanh mình, giải quyết các bài toán thực tiễn, từ đó có tác dụng giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh. - Bài tập vật lý còn có tác dụng rất lớn trong việc giáo dục phẩm chất t tởng đạo đức cho học sinh. Qua các bài tập có tính lịch sử có thể cho học sinh thấy quá trình phát sinh những t tởng khoa học khác nhau, những phát minh, những đóng góp của các nhà khoa học vật lý vào việc hình thành nhân sinh quan, thế giới quan khoa học, đặc biệt các thành tựu của khoa học vật lý trong thế kỷ XX đã đóng góp phần quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật. Qua đó rèn luyện cho học sinh phẩm chất độc lập suy nghĩ, tính kiên trì dũng cảm khắc phục khó khăn, tính chính xác khoa học, kích thích hứng thú học tập bộ môn. - Bài tập vật lý còn là phơng tiện rất hiệu quả để kiểm tra kiến thức, kỹ năng kỹ xảo vận dụng kiến thức, kiểm tra năng lực t duy, năng lực sáng tạo của học sinh. Qua những vấn đề đã trình bày ở trên cho thấy bài tập vật lý có tác dụng giáo dục và giáo dỡng to lớn. Vì vậy việc giải bài tập vật lý không đơn thuần là tìm ra đáp số của bài toán mà thông qua đó ngời học sinh nắm vững các kiến thức đã học, hiểu đợc một cách sâu sắc và đầy đủ hơn các hiện tợng, khái niệm, định luật vật lý và vận dụng nó trong việc giải quyết các bài toán của đời sống và kỹ thuật. Quá trình giải bài tập rèn luyện tính kiên trì, lòng say mê, tính sáng tạo và hình thành nhân cách tốt đẹp. 1.2. Phân loại các bài tập vật lý. 5 Việc phân loại bài tập vật lý có thể dựa vào các tiêu chí khác nhau. Có nhiều kiểu để phân loại bài tập vật lý nh: Phân loại theo nội dung, theo mục đích dạy học, theo mức độ khó dễ, theo đặc điểm và PPNC vấn đề, theo phơng thức giải hay phơng thức cho điều kiện, theo hình thức lập luận lôgic. 1.2.1. Phân loại theo nội dung. Dựa vào nội dung dạy học, ngời ta đã phân loại bài tập theo các cách thức khác nhau. - Phân loại theo nội dung vật lý. - Phân loại theo tính chất cụ thể hay trừu tợng. - Phân loại theo tính chất lịch sử (các bài tập mà các dữ kiện lấy từ các thí nghiệm vật lý, các công trình nghiên cứu vật lý có từ trớc). - Các bài tập mà nội dung chứa đựng những số liệu về kỹ thuật (các bài tập kỹ thuật tổng hợp). 1.2.2. Phân loại theo mục đích dạy học. Các bài tập đợc phân loại theo các dạng: - Bài tập luyện tập: Là các bài tập để học sinh luyện tập áp dụng những kiến thức cơ bản trong việc giải các bài tập theo một mẫu xác định đã đợc chỉ dẫn. - Bài tập sáng tạo: Là loại bài tập tổng hợp không có khuôn mẫu nhất định và lời giải sẵn, đòi hỏi sự hiểu biết rộng và t duy sáng tạo trong quá trình tìm hiểu và giải quyết vấn đề. Trong bài tập sáng tạo có thể phân ra: + Bài tập nghiên cứu. (Tại sao?). + Bài tập thiết kế. (Làm thế nào?). - Bài tập kiểm tra. 6 1.2.3. Phân loại theo mức độ khó dễ. - Bài tập đơn giản. - Bài tập phức tạp. - Bài tập phối hợp. 1.2.4. Phân loại theo đặc điểm và PPNC vấn đề. - Bài tập định tính: Trong bài tập định tính có thể chia ra: + Bài tập đơn giản. + Bài tập phức tạp. - Bài tập định lợng: Trong bài tập định lợng có thể chia ra: + Bài tập tập dợt. + Bài tập tổng hợp. 1.2.5. Phân loại theo phơng thức giải. - Bài tập bằng lời: Dùng ngôn ngữ để diễn tả, lập luận, giải thích và đi đến kết luận. - Bài tập tính toán: Dựa vào các công thức, định lý, định luật biểu thị mối liên hệ giữa các đại lợng vật lý từ đó tính toán suy ra kết quả cần tìm. - Bài tập thực nghiệm: Là bài tập trong quá trình giải phải tiến hành thí nghiệm. - Bài tập đồ thị: Là bài tập yêu cầu học sinh phải biết đọc đồ thị hoặc xây dựng đồ thị mô tả sự tơng quan hàm số giữa các đại lợng vật lý. 1.2.6. Phân loại theo hình thức lập luận lôgic. - Bài tập dự đoán hiện tợng. - Bài tập giải thích hiện tợng. - Bài tập tổng hợp. Ta thấy có nhiều cách phân loại bài tập vật lý. Tuy nhiên cho đến nay vẫn cha có sự thống nhất về tiêu chuẩn phân loại bài tập vật lý, vì trong bất kỳ loại bài tập 7 nào cũng chứa đựng một vài yếu tố của một hay nhiều loại bài tập khác. Điều này nói lên sự đa dạng phong phú của bài tập vật lý, đồng thời cũng vạch ra nhiệm vụ cần giải quyết của bộ môn phơng pháp giảng dạy vật lý. Đặc biệt có cách phân loại chỉ mang tính chất bề ngoài, cha đề cập gì tới chủ thể giải bài tập là học sinh và hoạt động tự lực của họ trong quá trình tìm kiếm lời giải bài tập vật lý. 1.3. Phơng pháp giải bài tập vật lý. 1.3.1. Hai phơng pháp suy luận để giải bài tập vật lý. Xét về tính chất của các thao tác t duy khi giải bài tập vật lý ngời ta thờng dùng phơng pháp phân tích và phơng pháp tổng hợp. - Giải bài tập theo phơng pháp phân tích: Theo phơmg pháp này, xuất phát điểm suy luận là đại lợng cần tìm. Từ đại lợng cần tìm liên hệ với các đại lợng đã biết thực chất là phân tích để tìm ra mối liên hệ đó. - Giải bài tập bằng phơng pháp tổng hợp: Theo phơng pháp này, suy luận không bắt đầu từ đại lợng cần tìm mà bắt đầu từ các đại lợng đã biết có nêu trong bài. Dùng công thức liên hệ các đại lợng này với các đại lợng cha biết dẫn đến công thức cuối cùng, trong đó chỉ có một đại lợng cha biết là đại lợng cần tìm. Nhìn chung khi giải bất kỳ một bài toán vật lý nào ta thờng đều phải sử dụng cả hai phơng pháp phân tích và tổng hợp. 1.3.2. Trình tự giải các bài tập vật lý: (theo phơng pháp truyến thống). Phơng pháp giải cụ thể một bài tập vật lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: Mục đích - Yêu cầu của bài tập, nội dung của nó, trình độ của học sinh Tuy nhiên trong cách giải phần lớn các bài tập vật lý cũng có những đặc điểm chung. Trên cơ sở kinh nghiệm của nhiều giáo viên giỏi và kinh nghiệm của bản thân, dới đây tạm nêu lên một lợc đồ chung về cách giải đối với phần lớn các bài tập vật lý. Trong những điều kiện cụ thể của bài tập lợc đồ này có thể thêm bớt, thay đổi. L- ợc đồ gồm 4 bớc sau: 8 a. Tìm hiểu kỹ đầu bài, tóm tắt đầu bài. b. Phân tích nội dung bài tập và vạch kế hoạch. c. Thực hiện kế hoạch giải. d. Kiểm tra lại lời giải, đánh giá tính chất thực tế của kết quả. Lu ý: Mỗi bớc gồm một số khâu cụ thể, một số việc cụ thể. 1.4. Nội dung vật lý chơng Mắt và các dụng cụ quang học SGK Vật lý 12 THPT. I. Máy ảnh: 1. Định nghĩa: Máy ảnh là dụng cụ quang học dùng để thu đợc một ảnh thật (nhỏ hơn vật) của vật cần chụp trên một phim ảnh. 2. Cấu tạo: Hai bộ phận cơ bản là buồng tối và vật kính. - Vật kính L: Là thấu kính hội tụ có tiêu cự khoảng 10cm. - Phim: Đặt sát thành trong của buồng tối. Khoảng cách từ vật kính đến phim thay đổi đợc. - Màn chắn M: Luôn đóng chỉ mở ra khi chụp. - Lổ tròn C: Đờng kính thay đổi đợc dùng để điều chỉnh chùm ánh sáng chiếu vào phim. 3. Cách điều chỉnh: Để có ảnh rõ nét trên phim, ta xê dịch vật kính để thay đổi khoảng cách từ đó đến phim. II. Mắt. 1. Cấu tạo: Về phơng diện quang hình học, mắt giống nh máy ảnh. - Thủy tinh thể: Là một thấu kính hội tụ có độ tụ hay tiêu cự thay đổi đợc. - Võng mạc coi nh một màn ảnh. 9 - Khoảng cách từ quang tâm của thủy tinh thể đến võng mạc là không đổi. 2. Sự điều tiết của mắt: a) Định nghĩa: Là sự thay đổi độ cong của thủy tinh thể (do đó thay đổi độ tụ hay tiêu cự của nó) để làm cho ảnh của vật cần quan sát hiện rõ nét trên võng mạc. b) Điểm cực cận, điểm cực viễn. - Điểm cực cận C c : Là điểm gần nhất mà mắt có thể nhìn rõ đợc, mắt điều tiết tối đa. - Điểm cực viễn C v : Là điểm xa nhất mà mắt có thể nhìn rõ đợc, mắt không điều tiết. c) Giới hạn nhìn rõ của mắt: Là khoảng cách từ điểm cực cận đến điểm cực viễn của mắt. 3) Mắt bình thờng: - Điểm cực cận cách mắt từ 10cm đến 20cm. - Điểm cực viễn ở vô cực. - Khi không điều tiết tiêu điểm của mắt nằm ngay trên võng mạc. 4) Mắt cận thị: Là mắt khi không điều tiết có tiêu điểm nằm trớc võng mạc. - Đặc điểm: Điểm cực cận và điểm cực viễn gần hơn so với mắt bình thờng. - Cách sửa: Đeo thấu kính phân kì sao cho ảnh của các vật ở vô cực qua kính hiện lên ở điểm cực viễn của mắt. 5) Mắt viễn thị: Là mắt khi không điều tiết có tiêu điểm nằm sau võng mạc. - Đặc điểm: Điểm cực cận ở xa hơn so với mắt thờng và điểm cực viễn là điểm ảo (sau mắt). 10 . các dụng cụ quang học trong chơng trình vật lý trung học phổ thông. 0.2. Mục đích nghiên cứu. Xây dựng hệ thống bài tập Mắt và các dụng cụ quang học, và. bài tập phần mắt và các dụng cụ quang học. Chơng 2: Hệ thống các bài tập Mắt và các dụng cụ quang học. Chơng 3: Một số phơng án dạy học sử dụng hệ thống bài