Vận dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lý THPT chương động lực học vật rắn ( chương trình nâng cao lớp 10 ) luận văn thạc sỹ giáo dục học

B GIO DC V O TO TRNG I HC VINH phan trần hải vận dụng phơng pháp tơng tự trong dạy học vật lý thpt chơng động lực học vật rắn (ch- ơng trình nâng cao lớp 12) Chuyờn ngnh: Lý lun v phng phỏp dy hc Vt lý Mó s: 60.14.10 LUN VN THC S GIO DC HC Ngi hng dn khoa hc: GS. TS. NGUYN QUANG LC VINH - 2011 LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Nguyễn Quang Lạc, người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm luận văn . Tôi xin chân thành cảm ơn: - Ban giám hiệu, khoa sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, và các thầy cô giáo trong tổ phương pháp giảng dạy Vật lý trường Đại học Vinh. - Ban giám hiệu, Tổ Vật lý trường THPT Thái Lão, các lớp học sinh 12A1, 12A2, đã tạo điều kiện về thời gian và cơ sở vật chất giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn - Xin cảm ơn các bạn học viên Cao học khóa 17 – chuyên ngành Phương pháp giảng dạy Vật lý và những bạn bè đồng nghiệp đã động viên giúp đõ tôi trong thời gian qua Hưng nguyên, ngày15 tháng 12 năm 2011 Tác giả PHAN TRẦN HẢI BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT DC D : Điểm trung bình của lớp đối chứng TN D : Điểm trung bình của lớp thực nghiệm tb d : Điểm trung bình các bài kiểm tra ĐC : Đối chứng GV : Giáo viên HS : Học sinh KT : Kiểm tra PPTT : Phương pháp tương tự SLTT : Suy luận tương tự THPT : Trung học phổ thông TN : Thực nghiệm MỤC LỤC Mở Đầu .1 1.Lý do chọn đề tài . 1 2. Mục Đích nghiên cứu . 2 3. Đối tượng nghiên cứu . 3 4. Giả thuyết khoa học 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu . 3 6. Phương pháp nghiên cứu 4 7. Đóng góp của luận văn 4 8. Cấu trúc luận văn . .5 Nội dung 6 Chương 1: Cơ sở lý luận phương pháp tương tự và việc phát triển năng lực tư duy của học sinh 6 1.1. Sự Tương tự và suy luận tương tự 6 1.2. Các dạng suy luận tương tự . 7 1.2.1. Suy luận tương tự về các tính chất đối tượng . 7 1.2.2. Suy luận tương tự về các mối quan hệ giữa các đối tượng 8 1.2.3. Suy luận tương tự về cấu trúc và chức năng 11 1.2.4. Đặc điểm của suy luận tương tự .12 1.3. Phương pháp tương tự và đặc điểm của nó .13 1.3.1. Phương pháp tương tự . 13 1.3.2. Đặc điểm của phương pháp tương tự 15 1.4. Phương pháp tương tự trong nghiên cứu vật lý 16 1.4.1. Vai trò của phương pháp tương tự trong nghiên cứu vật lý . 16 1.4.2. Những nguyên tắc của phương pháp tương tự . 17 1.4.3. Những hạn chế của phương pháp tương tự 18 1.5. Phương pháp tương tự trong dạy học vật lý . 18 1.5.1. S cn thit ca vic s phng phỏp tng t trong dy hc vt lý 18 1.5.2. Cỏc kh nng s dng phng phỏp tng t trong dy hc vt lý . 19 1.5.3. Mt s yờu cu khi s dng s tng t v phng phỏp tng t . 20 Kt lun chng 1 . 22 Chng 2 : Vn dng phng phỏp tng t vo dy hc phn ng lc hc vt rn . 23 2.1. Nhng vn chung khi ging dy chng ng lc hc vt rn 23 2.1.1. Thc trng v nhng khú khn khi dy hc ca giỏo viờn v tip thu kin thc mi ca hc sinh trong chng ng lc hc vt rn 23 2.1.2. Nhng iu cn lu ý khi dy chng ng lc hc vt rn 24 2.1.3. Nhng iu cn lu ý vi bi: Chuyn ng quay ca vt rn . 25 quanh trc c nh 2.1.4. Nhng iu cn lu ý vi bi Phng trỡnh ng lc hc ca vt rn quay quanh trc c nh . 25 2.1.5. Nhng iu cn lu ý vi bi Mụ men ng lng , nh lut bo ton mụ men ng lng . 26 2.1.6. Nhng iu cn lu ý vi bi ng nng ca vt rn quay quanh mt trc c nh 27 2.2. Phõn tớch s tng t gia ng hc cht im v ng hc vt rn . 28 2.2.1. S tng t gia chuyn ng thng v chuyn ng quay 28 2.2.2. S tng t gia ng lc hc cht im v ng lc hc vt rn 31 2.3. Vn dng phng phỏp tng t trong bi hc xõy dng kin thc mi 35 2.3.1. Bi hc: Chuyn ng quay ca vt rn quanh mt trc c nh .35 2.3.2 Bài học: Phơng trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định 42 2.3.3. Bài học:Mô men động lợng, định luật bảo toàn mô men động lợng . 48 2.3.4. Bi hc: Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định. .52 2.4. Vận dụng phơng pháp tơng tự để hớng dẫn học sinh giải bài tập . 56 2.4.1 . Phơng pháp giải bài tập vật lý 56 2.4.2 Bài tập về động học vật rắn 57 2.4.3 Bài tập về động lực học vật rắn 61 2.4.4. Nhận xét: . 67 Kt lun chng 2 . 67 Chng 3: Thc nghim s phm . 69 3.1. Mục đích của thực nghiệm s phạm . 69 3.2. Đối tợng thực nghiệm s phạm . 69 3.3. Nhiệm vụ của thực nghiệm s phạm .69 3.4. Nội dung thực nghiệm s phạm 69 3.4.1. Lựa chọn lớp đối chứng và lớp thực nghiệm 69 3.4.2. Ni dung thc nghim .70 3.4.3. Kt qu thc nghim . 71 Kt lun chng 3 76 Kt lun .76 Ti liu tham kho . 79 Ph lc M U 1.Lý do chọn đề tài Việc nâng cao chất lợng giáo dục phải gn lin với việc đổi mới mục tiêu, nội dung chơng trình, đổi mới về phơng pháp giảng dạy để học sinh có thể đáp ứng đợc những yêu cầu nhất định. trờng phổ thông học sinh không những nắm vững nội dung kiến thức môn học mà còn phải có khả năng vận dụng những kiến thức đó vào thực tế cuộc sống hoặc tiếp tục học lên các bậc học cao hơn Đối với việc dạy học môn vật lý ở trờng phổ thông, mục tiêu đó đợc cụ thể húa trong 4 nhiệm vụ: giáo dỡng, giáo dục, phát triển và giáo dục kỹ thuật tổng hợp. Trong đó phát triển năng lực và t duy của học sinh là nhiệm vụ đặc biệt quan trọng, là động lực giúp cho việc thực hiện có hiệu quả các nhiệm vụ còn lại. Nội dung phát triển năng lực t duy cho học sinh bao gồm: rèn luyện những thao tác hành động, ph- ơng pháp nhận thức cơ bản, công cụ để học sinh chiếm lĩnh kiến thức, vận dụng sáng tạo kiến thức để giải quyết vấn đề trong học tập và hoạt động thực tiễn Để phát triển năng lực nhận thức và t duy một cách toàn diện cho học sinh thì đòi hỏi giáo viên phải có phơng pháp truyền thụ kiến thức thích hợp mang tính hiệu quả và gây đợc sự hứng thú của học sinh. Trong từng bài giảng trong từng lớp học từng nhóm tổ học sinh, giáo viên phải vận dụng những phơng pháp truyền thụ thích hợp để học sinh tiếp thu kiến thức một cách chủ động và biết vận dụng kiến thức vào thực tế cuộc sống. Một trong những quá trình t duy của học sinh là quá trình suy luận tơng tự . Suy luận tơng tự có vai trò to lớn trong hoạt động thực tiễn và khoa học. Trong giai đoạn quan sát ban đầu để tìm phơng hớng hoạt động hoặc đề ra giả thuyt suy luận t- ơng tự chiếm u thế. Quan sát phát hiện sự tơng tự cho phép dự báo cỏch gii quyt. Phơng pháp tơng tự giúp nhanh chóng định hớng hành động khi cha có điều kiện kiểm tra, chứng minh khoa học. Chơng ộng lực học vật rắn là một chơng mới của chơng trình phân ban. Chơng này không có ở chơng trình cơ bản và không có trong chơng trình cải cách cũ. HS phải tiếp cận với nhiều kiến thức mới, khái niệm mới nh : chuyển động quay biến đổi đều của vật rắn, phơng trình động lực học vật rắn quay quanh trục cố định, mô men động lợng, định luật bảo toàn mô men động lợng, động năng của vật rắn quay quanh trục cố định. Để học sinh tiếp cận dễ dàng với các khái niệm mới, kiến thức mới cần phải cho học sinh tìm đợc mối liên hệ giữa kiến thức mới và kiến thức cũ đã học, tìm đợc sự tơng tự giữa kiến thức cũ và mới cú nh thế mi vừa giúp học sinh củng cố các khái niệm và kiến thức đã học góp phần khắc sâu chúng vừa tạo tiền đề cho quá trình nhận thức vấn đề mới mà không bị choán ngợp, ngỡ ngàng. Vận dụng tốt phơng pháp tơng tự không những làm cho học sinh tiếp thu tốt bài học mà còn giúp cho học sinh giải tốt nhiều bài tập. Từ những dạng bi tp cơ bản điển hình học sinh có phơng án giải nhiều bài tập cụ thể bằng cách đa ra những chuỗi suy luận tơng tự, những bài tập mình đang làm vận dụng những phơng pháp cơ bản nào, bài đó tơng tự với những dạng bài nào mình đã biết, mối liên hệ giữa chúng nh thế nào? từ đó có phơng pháp giải bài tập thích hợp. Vì vậy vấn đề đặt ra là cần hình thành và rèn luyện cho học sinh phơng pháp suy luận tơng tự thông qua các bài giảng trên lớp nhất là các bài giảng phần động lực học vật rắn một phần kiến thức vừa mới mẻ vừa khó trong chơng trình vật lý phổ thông. ó là lý do để tôi chọn đề tài Vận dụng phơng pháp tơng tự trong dạy hc vật lý THPT chơng I động lực học vật rắn (CT nâng cao lớp 12) 2. Mục đích nghiên cứu Nghiờn cu vn dng phng phỏp tng t vo dy hc chng ng lc hc vt rn (CT nõng cao lp 12) nhm nõng cao cht lng dy hc ni dung ng lc hc vt rn v gúp phn bi dng nng lc t duy cho hc sinh, giỳp hc sinh tip thu bi ging hiu qu hn, bit vn dng nhng kin thc ó hc gii bi tp v ỏp dng trong thc t cuc sng 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tợng nghiên cứu - Quỏ trỡnh dạy học vật lý ở trờng THPT - Học sinh THPT và giáo viên giảng dạy THPT - Phng phỏp tng t trong nhn thc vt lý v trong dy hc vt lý trng THPT 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Chơng động lực học vật rắn thuộc chơng trình vật lý 12 nâng cao THPT - Hoạt động dạy và học môn Vật lý của giáo viên và học sinh ở THPT ở chơng ộng lực học vật rắn theo phng phỏp tng t 4. Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng sáng tạo và nhuần nhuyễn phơng pháp tơng tự trong việc dạy hc sẽ góp phần phát huy tính tích cực chủ động của học sinh, từ đó góp phần nâng cao chất lợng dạy học Vật lý ở trờng phổ thông. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận của phơng pháp tng t - Tìm hiểu thực trạng của việc giảng dạy chơng Động lực học vật rắn và thực trạng học tập của học sinh đối với chơng động lực học vật rắn ở trờng phổ thông. - Nghiên cứu nội dung chơng trình vật lý đại cơng phần động học chất điểm, động lực học chất điểm và động lực học vật rắn, các kiến thức khoa học liên quan đến phần động lực học vật rắn . - Nghiên cứu mc tiờu v nội dung chơng trình vật lý phổ thông cỏc phần động học chất điểm , động lực học chất điểm v động lực học vật rắn . - Thiết kế các phơng án dạy học sử dụng phơng pháp tơng tự cho các bài học của ch- ơng động lực học vật rắn đó là các bài: Chuyển động quay của vật rắn quanh trục cố định, phơng trình động lực học của vật rắn quay quanh trục cố định, mô men động lợng, định luật bảo toàn mô men động lợng, động năng của vật rắn quay quanh trục cố định và bài tập về động lực học vật rắn. - Lập sơ đồ so sánh sự tơng tự giữa các kiến thức mới của từng bài với các kiến thức cũ liên quan tìm ra mối quan hệ chủ yếu, bản chất của từng đơn vị kiến thức. - Từ chơng động lực học vật rắn tổng quát hoá phơng pháp suy luận tơng tự cho các bài học khác của chơng trình vật lý phổ thông. - Xây dựng phơng pháp tơng tự cho việc giải bài tập động lực học vật rắn nói riêng và bài tập vật lý THPT nói chung. - Thực nghiệm s phạm tiến hành giảng dạy một vài bài của chơng, dự giờ đánh giá giờ dạy của đồng nghiệp, khảo sát sự tiếp thu của học sinh thông qua các bài dạy, điều chỉnh để có phơng án dạy hc hợp lý với từng đối tợng học sinh , t ú để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của phơng án ó điều chỉnh hoàn thiện bi hc ó thit k. 6. Phơng pháp nghiên cứu - Phng phỏp phõn tớch. - Phng phỏp tng hp - Phng phỏp so sỏnh - Phng phỏp thng kờ toỏn hc 7. Đóng góp của luận văn - Luận văn góp phần sáng tỏ sự tơng tự giữa phần động học chất điểm, động lực học chất điểm và phần động lực học vật rắn - Giúp cho học sinh tiếp cận kiến thức mới dễ dàng hơn từ đó hiểu sâu hơn kiến thức đã học, thông qua phơng pháp tơng tự hình thành cho HS một phơng pháp t duy mới khi tiếp thu khiến thức mới và khi làm bài tập không những chỉ có chơng động lực học vật rắn mà còn nhiều chơng khác nữa - Giúp cho giáo viên truyền thụ kiến thức của chơng động lực học vật rắn đợc d dàng hơn - Thiết kế đợc một số bài dạy trong chơng động lực học vật rắn theo tinh thần lấy ng- ời học làm trung tâm, phát huy tính chủ động sáng tạo của học sinh 8. cấu trúc luận văn