Bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy học giải bài tập chương sóng ánh sáng vật lý 12 trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐẶNG VĂN ĐẾN BỒI DƯỠNG TƯ DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÝ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐẶNG VĂN ĐẾN BỒI DƯỠNG TƯ DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÝ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Lý luận PPDH mơn Vật lí Mã số: 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC NGHỆ AN 2017 i LỜI CẢM ƠN Để hồn thành cơng trình nghiên cứu này, ngồi nổ lực thân, nhận nhiều ủng hộ, động viên giúp đỡ thầy cô, bạn bè người thân Tôi xin trân trọng cám ơn tới: - Gia đình, người thân, tổ vật lý trường THPT Hiếu Phụng động viên giúp đỡ mặt suốt trình học tập nghiên cứu đề tài - Quý Thầy Cô tham gia giảng dạy chuyên đề chương trình sau đại học trường Đại Học Vinh - Đặc biệt, xin gửi lời cám ơn đến thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đình Thước người tận tình giúp đỡ, bảo tơi q trình hồn thành luận văn Với tất lịng biết ơn sâu sắc mình, lần tơi xin chúc người mạnh khỏe, hạnh phúc thành công Vĩnh Long, tháng năm 2018 Đặng Văn Đến ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Viết tắt Viết thành câu SGK Sách giáo khoa BTST Bài tập sáng tạo BTĐT Bài tập định tính HS Học sinh THPT Trung học phổ thông BTVL Bài tập vật lý iii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1: Bảng thống kê số điểm kiểm tra .58 Bảng 3.2: Bảng phân phối tần suất 59 Bảng 3.3: Bảng tần suất tích lũy 59 Bảng 3.4: Bảng thông số thống kê 60 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Sơ đồ chu trình sáng tạo khoa học V.G RaZumốpxki .10 Hình 1.2: Quy trình sử dụng tập sáng tạo trình dạy học 13 Hình 2: Sơ đồ cấu trúc nội dung chương sóng ánh sáng 25 Hình 3.1: Đồ thị tổng số điểm học sinh 60 Hình 3.2: Đồ thị phân phối tần suất 61 Hình 3.3: Đồ thị phân phối tần suất tích lũy 62 v MỤC LỤC Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 6.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 6.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm .3 6.4 Phương pháp thống kê toán học Đóng góp luận văn Cấu trúc luận văn NỘI DUNG Chương 1: Cơ sở lý luận thực tiễn bồi dưỡng tư sáng tạo học sinh dạy học tập vật lý 1.1 Bài tập vật lý 1.1.1 Khái niệm tập vật lý .4 1.1.2 Vai trò, chức tập vật lý 1.1.3 Phân loại tập vật lý 1.2.2 Cơ sở lý thuyết tập sáng tạo 10 1.2.3 Các dấu hiệu tập sáng tạo .11 1.2.3 Quy trình sử dụng tập sáng tạo vào trình dạy học 13 1.3 Tư sáng tạo 14 vi 1.3.1 Khái niệm tư sáng tạo 14 1.3.2 Đặc trưng tư sáng tạo .14 1.3.3 Các biện pháp bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh 16 1.4 Thực trạng dạy học tập vật lý trường THPT 19 1.4.1 Thực trạng hoạt động dạy giải tập vật lý trường Trung học phổ thông Hiếu Phụng 19 1.4.2 Nguyên nhân khó khăn, trở ngại bồi dưỡng tư sáng tạo học sinh thông qua việc hướng dẫn giải tập chương Sóng ánh sáng phương hướng khắc phục .21 Chương Xây dựng sử dụng tập sáng tạo dạy học chương Sóng ánh sáng 24 2.1 Cấu trúc nội dung chương “Sóng ánh sáng” Vật lý lớp 12 24 2.1.1 Vị trí chương “Sóng ánh sáng” chương trình vật lý phổ thơng .24 2.1.3 Mục tiêu dạy học .25 2.2 Xây dựng hệ thống tập sáng tạo chương “Sóng ánh sáng” Vật lý lớp 12 .28 2.2.1 Nguyên tắc xây dựng hệ thống tập sáng tạo .28 2.2.2 Hệ thống tập sáng tạo chương “Sóng ánh sáng” Vật lý lớp 12 29 2.3.1 Bài học luyện giải tập lớp 41 2.3.2 Bài học thực hành thí nghiệm 52 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 56 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 56 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 56 3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 56 3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 56 3.4.1 Chọn mẫu thực nghiệm 56 3.5 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm .57 3.5.1 Đánh giá định tính 57 Đánh giá định lượng .58 vii KẾT LUẬN CHUNG 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC PL1 viii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, phát triển mạnh mẽ kinh tế - xã hội, khoa học kỹ thuật, việc đổi giáo dục đào tạo vấn đề cấp thiết Nghị Hội nghị TW khóa XI đổi bản, tồn diện giáo dục đào tạo đặt mục tiêu tổng quát là: “ Tạo chuyển biến bản, mạnh mẽ chất lượng, hiệu giáo dục, đào tạo đáp ứng ngày tốt công xây dựng, bảo vệ Tổ quốc nhu cầu học tập nhân dân Giáo dục người Việt Nam phát triển toàn diện phát huy tốt tiềm năng, khả sáng tạo cá nhân yêu gia đình, yêu Tổ quốc, yêu đồng bào sống tốt làm việc hiệu ” Với mục tiêu đó, giáo dục đào tạo tiếp tục đổi mạnh mẽ phương pháp dạy học theo hướng đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo vận dụng kiến thức kỹ người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo sở để người học tự cập nhật đổi tri thức, kỹ năng, phát triển lực Dạy học theo định hướng phát triển lực ngày trở thành xu hướng giáo dục quốc tế Giáo dục định hướng lực nhằm mục tiêu phát triển lực người học, phát triển toàn diện phẩm chất nhân cách, trọng lực vận dụng tri thức tình thực tiễn nhằm chuẩn bị cho người lực giải tình sống nghề nghiệp Vật lý môn học tự nhiên không cung cấp cho người học hiểu biết tượng tự nhiên, kỹ thuật mà cịn mơn học giúp người học phát triển lực tư thông qua suy luận có tính lơgic qua hệ thống tập mà chương trình mơn học đưa Trong đó, chương “Sóng ánh sáng” thuộc chương trình Vật lý lớp 12 nội dung hàm chứa tương đối nhiều kiến thức với hệ thống phong phú tập Điều gây trở ngại lớn cho người học phải tiếp cận với nội dung chương Nếu khơng có tư sáng tạo linh hoạt việc giải mảng tập thuộc chương này, tập nâng cao khó khăn Từ suy nghĩ đó, chúng tơi mong muốn tìm hiểu đề tài “Bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh dạy học giải tập chương “Sóng ánh sáng” - Vật lý 12 Trung học phổ thông” tạo Theo Thầy (Cơ) có cần thiết đưa A Có 85.71 tập sáng tạo vào giảng dạy rèn B Khơng luyện cho học sinh ? Vì sao? 14.29 Theo Thầy (Cô) sử dụng A Thiếu nguồn tài liệu 14.29 BTST vào dạy học, gặp tham khảo khó khăn ? B Mất nhiều thời 14.29 gian C Cả hai ý PL8 71.42 Phụ lục CÁC ĐỀ KIỂM TRA Đề, đáp án kiểm tra ( thời gian 15 phút) Câu Bước sóng xạ màu lục có trị số A 0,55 nm C 0,55 μm B 0,55 mm D 55 nm Câu Một dải sóng điện từ chân khơng có tần số từ 4,0.1014 Hz đến 7,5.1014 Hz Biết vận tốc ánh sáng chân không c = 3.108 m/s Dải sóng thuộc vùng thang sóng điện từ? A Vùng tia Rơnghen B Vùng tia tử ngoại C Vùng ánh sáng nhìn thấy D Vùng tia hồng ngoại Câu Thực thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc màu lam ta quan sát hệ vân giao thoa Nếu thay ánh sáng đơn sắc màu lam ánh sáng đơn sắc màu vàng điều kiện khác thí nghiệm giữ ngun A khoảng vân tăng lên B khoảng vân giảm xuống C vị trí vân trung tâm thay đổi D khoảng vân không thay đổi Câu 4: Chiếu xiên từ khơng khí vào nước chùm sáng song song hẹp (coi tia sáng) gồm ba thành phần đơn sắc: đỏ, lam tím Gọi rđ, r , rt góc khúc xạ ứng với tia màu đỏ, tia màu lam tia màu tím Hệ thức A r = rt = rđ B rt < r < rđ C rđ < r < rt D rt < rđ < r Câu 5: Chiếu từ nước khơng khí chùm tia sáng song song hẹp (coi tia sáng) gồm thành phần đơn sắc: tím, lam, đỏ, lục, vàng Tia ló đơn sắc màu lục là mặt nước (sát với mặt phân cách hai môi trường) Không kể tia đơn sắc màu lục, tia ló ngồi khơng khí tia đơn sắc màu: A lam, tím B đỏ, vàng, lam C đỏ, vàng PL9 D tím, lam, đỏ Câu Trong thí nghiệm Iâng (Y-âng) giao thoa ánh sáng, hai khe hẹp cách khoảng a = 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát D = 1,5 m Hai khe chiếu xạ có bước sóng λ = 0,6 μm Trên thu hình ảnh giao thoa Tại điểm M cách vân sáng trung tâm (chính giữa) khoảng 5,4 mm có vân sáng bậc (thứ) A B C D Câu Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến 2m Trong hệ vân màn, vân sáng bậc cách vân trung tâm 2,4 mm Bước sóng ánh sáng đơn sắc dùng thí nghiệm A 0,5 m B 0,7 m C 0,4 m D 0,6 m Câu 8.Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 40, đặt khơng khí Chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ tím 1,643 1,685 Chiếu chùm tia sáng song song, hẹp gồm hai xạ đỏ tím vào mặt bên lăng kính theo phương vng góc với mặt Góc tạo tia đỏ tia tím sau ló khỏi mặt bên lăng kính xấp xỉ A 1,4160 B 0,3360 C 13,3120 D 0,1680 Câu Trong thí nghiệm Y- âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu sáng đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng 1  Trên quan sát có vân sáng bậc 12 1 trùng với vân sáng bậc 10  Tỉ số A B C 1 2 D Câu 10 Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai xạ đơn sắc, xạ màu đỏ có bước sóng 720nm xạ màu lục có bước sóng  (có giá trị khoảng từ 500nm đến 575nm) Trên quan sát, hai vân sáng gần màu với vân sáng trung tâm có vân sáng màu lục Giá trị  PL10 A 500 nm B 520 nm C 540 nm D 560 nm Đáp án biểu điểm kiểm tra 15 phút Đáp án: C; 2.C; A; B; 5.C; A; C; D; C; 10.D Biểu điểm: Từ câu đến câu 10, câu điểm: điểm x 10 = 10 điểm Tổng 10 điểm Đề, đáp án kiểm tra ( thời gian 45 phút) Câu 1: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6m Khoảng cách hai khe 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới quan sát 2,5m, bề rộng miền giao thoa 1,25cm Tính tổng số vân sáng vân tối có miền giao thoa ? Câu 2: Một lăng kính có góc chiết quang A = 60 (coi góc nhỏ) đặt khơng khí Chiếu chùm ánh sáng trắng song song, hẹp vào mặt bên lăng kính theo phương vng góc với mặt phẳng phân giác góc chiết quang, gần cạnh lăng kính Đặt E sau lăng kính, vng góc với phương chùm tia tới cách mặt phẳng phân giác góc chiết quang 1,2 m Chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ nđ = 1,642 ánh sáng tím nt = 1,685 Độ rộng từ màu đỏ đến màu tím quang phổ liên tục quan sát màn? Câu 3: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng trắng có bước sóng từ 380nm đến 760nm Khoảng cách hai khe 0,8mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2m Trên màn, vị trí cách vân trung tâm 3mm có vân sáng xạ với bước sóng bao nhiêu? Câu 4: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng khe Y-âng, khoảng cách khe a =1mm, khoảng cách hai khe tới D = 2m.Chiếu ánh sáng trắng có bước PL11 sóng thỏa mãn 0,39m   0,76 m Khoảng cách gần từ nơi có hai vạch màu đơn sắc khác trùng đến vân sáng trung tâm ?: Câu 5: Một học sinh làm thí nghiệm đo bước song ánh sáng thí nghiệm giao thoa qua khe Y- âng Kết đo ghi vào bảng số liệu sau: Khoảng cách hai khe a=0,15  0,01mm Lần đo D(m) L(mm) (Khoảng cách vân sáng liên tiếp) 0,40 9,12 0,43 9,21 0,42 9,20 0,41 9,01 0,43 9,07 Trung bình Bỏ qua sai số dụng cụ Kết đo bước sóng học sinh bao nhiêu?: Câu 6: Thực thí nghiệm Y- âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng  Khoảng cách hai khe hẹp 1mm Trên quan sát, điểm M cách vân trung tâm 4,2mm có vân sáng bậc Giữ cố định điều kiện khác, di chuyển dần quan sát dọc theo đường thẳng vng góc với mặt phẳng chứa hai khe xa vân giao thoa M chuyển thành vân tối lần thứ hai khoảng dịch 0,6 m Tính bước sóng  ánh sáng đơn sắc Đáp án biểu điểm kiểm tra 45 phút Câu 1: ( 1điểm) Khoảng vân: i = D = 1,5mm a ( 0,5đ) PL12  L 12,5 =  8,33 i 1,5  có vân sáng, vân tối  có 17 vân ( 0,5đ) Câu 2: ( 1,5 điểm) O I Cách 1: Độ rộng quang phổ: D A ^ + OD=I0 tan OID =1,2tan (1,642 − 1)6 = 80,8mm ( 0,75đ) T + OT = OI tan OITˆ =1,2tan (1,685 − 1)6 = 86,23mm DT = OT − OD = 5, 43mm Cách 2: ĐT = d.A(nt - nđ) = 1,2.6 ( 0,75đ)  180 (1,685 - 1,642)  5,4.10-3 m = 5,4 (mm) Câu 3: ( 1,5 điểm) x=k D a  = ax 1,2 −6 1200 = 10 (m) = (nm) D k k 380nm    760nm  k = ( 1đ) ( 1đ) Câu 4: ( điểm) Vị trí trùng hai vạch màu đơn sắc x = k1i1 = k2i2 -> k11 = k22 ( 0,5đ) Vị trí gần vân trung tâm ứng với hai xạ đơn sắc màu tím -> k1t = k >  = > < 0,39k1 0,39k1 > 0,39m <  =  0,76 m k k k1  1,95 > k < k1 < 2k: k > xmin = k1min t D a = k1min = Khi k = 0,39.10 −6 2,34.10-3 m = 2,34 mm −3 10 Câu 5: ( điểm) Áp dụng công thức: λ = aL L = (i= ) D 5D PL13 ( 0,5đ) ( 0,5đ) ( 0,5đ)  =  a D  L a D  i + + = + + L D D a a i Khoảng cách hai khe a = 0,15  0,01mm Lần đo D D (m) (m) L (mm) L (mm) i i λ λ (mm) (mm) (m) (m) 0,40 0,018 9,12 0,002 1,824 0,004 0,684 0,43 0,012 9,21 0,088 1,842 0,0176 0,643 0,42 9,20 0,078 1,84 0,0156 0,657 0,41 0,008 9,01 0,112 1,802 0,0244 0,659 0,43 0,012 9,07 0,052 1,814 0,0104 0,633 Trung bình 0,418 0,010 9,122 0,0664 1,8244 0,0144 0,6546 0,064 Dn = Dtb – Dn   = = a D  L a D  i + + = + + L i D D a a 0,01 0,01 0,0144 + + = 0,0984 0,15 0,418 1,8244 λ =   ( 1,5đ) λ = 0,0984.0,6546 = 0,0644 Do vậy: λ = 0,65  0,06 (m) ( 0,5đ ) Câu 6: ( điểm) A =1mm, x = 4,2mm Lúc đầ u vân sáng k = 5: x = k D (1) a PL14 Khi màn xa dầ n thì D và kéo theo i tăng dầ n, lúc M là vân tố i lầ n thứ thì nó là vân tố i thứ 4: k’= và D’= D +0,6m  x= (k '+ 0,5) ( D + 0, 6) (2) a ( 1đ ) Từ (1) và (2) suy ra: 5D = 3,5(D+0,6)  D = 1,4m Từ (1)   = ax = 0,6.10−6m = 0,6 m kD Bài làm học sinh Bài làm 15 phút PL15 ( 0,5đ ) ( 0,5đ ) PL16 Bài làm 45 phút PL17 PL18 PL19 Phụ lục HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM - Ảnh trường: Giáo viên hệ thống lại kiến thức chương sóng ánh sáng PL20 Học sinh hệ thống lại công thức Học sinh tham gia thảo luận giải tập PL21 PL22 ... nghiên cứu - Bồi dưỡng tư sáng tạo qua dạy học tập ? ?Sóng ánh sáng ” Giả thuyết khoa học Nếu sử dụng tập sáng tạo dạy học chương ? ?Sóng ánh sáng? ?? Vật lý 12 THPT bồi dưỡng tư sáng tạo học sinh góp phần... ? ?Bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh dạy học giải tập chương ? ?Sóng ánh sáng? ?? - Vật lý 12 Trung học phổ thơng” Mục đích nghiên cứu Xây dựng sử dụng hệ thống tập chương ? ?Sóng ánh sáng? ?? vật lý 12. .. chương ? ?Sóng ánh sáng ” Vật lý lớp 12 5.4 Tìm hiểu thực trạng dạy học bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh dạy học vật lý trường THPT 5.5 Xây dựng hệ thống tập sáng tạo chương ? ?Sóng ánh sáng? ?? Vật