Tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học chương chất khí vật lý lớp 10 nâng cao theo hướng dạy học giải quyết vấn đề luận văn thạc sỹ vật lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN THỊ LÊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN THỊ LÊ Chuyên ngành: LL&PPDH VẬT LÝ Mã số: 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN ĐÌNH THƢỚC NGHỆ AN - 2012 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực Luận văn, nhận động viên giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn PGS TS Nguyễn Đình Thước, người hướng dẫn tơi suốt thời gian qua Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc giúp đỡ quý báu Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Sau Đại học khoa Vật lý trường Đại học Vinh nhiệt tình giảng dạy bảo cho tơi suốt khóa học Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu giáo viên Trường THPT Hà Trung tạo điều kiện tốt để tiến hành thực nghiệm đề tài Do thời gian khơng nhiều, trình độ khả thân nhiều hạn chế, luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong muốn nhận ý kiến đóng góp chân thành quan tâm Vinh, tháng 10 năm 2012 Tác giả Nguyễn Thị Lê MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài 2 Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp luận văn Cấu trúc luận văn NỘI DUNG Chƣơng DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VẬN DỤNG TRONG MÔN VẬT LÝ Ở TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 1.1 Tích cực hoạt động nhận thức học sinh dạy học 1.1.1 Khái niệm tính tích cực nhận thức 1.1.2 Đặc điểm, cấu trúc, dấu hiệu nhận biết tính tích cực nhận thức học sinh 1.1.3 Dạy học phát triển tính tích cực nhận thức học sinh 10 1.2 Dạy học giải vấn đề 16 1.2.1 Bản chất DHGQVĐ 16 1.2.2 Vấn đề, tình có vấn đề 17 1.2.3 Cấu trúc dạy học giải vấn đề 22 1.2.4 Các mức độ dạy học giải vấn đề 25 1.2.5 Điều kiện đảm bảo cho việc thực dạy học giải vấn đề môn vật lý trường Trung học phổ thông 30 1.2.6 DHGQVĐ loại học vật lý 33 1.3 Thực trạng dạy học giải vấn đề môn Vật lý trường phổ thông 38 Kết luận chương 41 Chƣơng TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG “CHẤT KHÍ” THEO ĐỊNH HƢỚNG DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 42 2.1 Đặc điểm chương ―Chất khí‖ 42 2.1.1 Vị trí, cấu trúc chương 42 2.1.2 Vai trò chương 42 2.2 Kiến thức khoa học chương ―Chất khí‖ Vật lý 10 nâng cao 43 2.3 Mục tiêu dạy học chương ―Chất khí‖ Vật lý 10 nâng cao 48 2.3.1 Về kiến thức 48 2.3.2 Về kỹ 48 2.3.3 Về thái độ 48 2.4 Cấu trúc logic nội dung dạy học chương ―Chất khí‖ Vật lý 10 nâng cao 48 2.5 Grap tiến trình nội dung dạy học chương ―Chất khí‖ Vật lý 10 nâng cao 50 2.6 Chuẩn bị điều kiện cần thiết để triển khai dạy học chương ―Chất khí‖ Vật lý 10 nâng cao theo định hướng DHGQVĐ 51 2.7 Thiết kế tiến trình dạy học số chương ―Chất khí‖ Vật lý 10 nâng cao theo hướng dạy học giải vấn đề 55 2.7.1 Thiết kế tiến trình dạy học Thuyết động học phân tử chất khí Cấu tạo chất‖ 55 2.7.2 Thiết kế tiến trình dạy học Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 69 Kết luận chương 81 Chƣơng 3.1 THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 82 Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 82 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 82 3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 82 3.2 Đối tượng thực 82 3.3 Tiến trình nội dung thực nghiệm sư phạm 82 3.3.1 Lựa chọn lớp đối chứng lớp thực nghiệm 82 3.3.2 Tiến hành thực nghiệm 83 3.4 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 84 3.4.1 Phân tích định tính 84 3.4.2 Phân tích định lượng 84 Kết luận chương 96 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC P1 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CH Câu hỏi DH Dạy học ĐC Đối chứng ĐHPT Động học phân tử ĐL Định luật GQVĐ Giải vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh KLR Khối lượng riêng 10 PP Phương pháp 11 SGK Sách giáo khoa 12 SL Số lượng 13 THPT Trung học phổ thông 14 TN Thực nghiệm 15 TNVL Thí nghiệm vật lý 16 VL Vật lý P2 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Xã hội phát triển xuất nhiều vấn đề tiềm ẩn khía cạnh khác đời sống Biết phát tìm cách giải hợp lý vấn đề lực cần thiết đảm bảo cho thành công sống Rèn luyện bồi dưỡng lực cho HS trình dạy học vật lý cần thiết DHGQVĐ phương pháp dạy học tích cực Trong dạy học, HS tìm hiểu, chiếm lĩnh kiến thức cách chủ động, rèn luyện kĩ phát giải vấn đề môn học Thơng qua q trình DH, HS hình thành phát triển tư khoa học, lực sáng tạo Nhờ vậy, HS có khả thích ứng với thay đổi đời sống xã hội Thực tiễn dạy học vật lý trường THPT có nhiều chuyển biến đổi phương pháp dạy học, GV có sử dụng DHGQVĐ chất lượng hiệu cịn hạn chế Chương ―Chất khí‖ chương phần II - Nhiệt học chương trình Vật lý bậc THPT nên sở, tảng quan trọng để nghiên cứu phần kiến thức phần lên đại học sau Từ sở lý luận thực tiễn nói trên, tơi lựa chọn đề tài nghiên cứu: Tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh dạy học chƣơng “Chất khí” Vật lý lớp 10 nâng cao theo định hƣớng dạy học giải vấn đề Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu DHGQVĐ vào dạy học chương ―Chất khí‖ Vật lý 10 nâng cao nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức, góp phần bồi dưỡng lực sáng tạo cho học sinh THPT P3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Lý luận dạy học giải vấn đề - Quá trình dạy học vật lý trường THPT 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Học sinh lớp 10 THPT - Q trình dạy học chương ―Chất khí‖ Vật lý lớp 10 nâng cao Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng dạy học giải vấn đề cách khoa học dạy học chương ―Chất khí‖ Vật lý lớp 10 nâng cao tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh, góp phần nâng cao chất lượng học tập Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu sở lí luận dạy học giải vấn đề 5.2 Tìm hiểu thực trạng DHGQVĐ trường THPT tỉnh Thanh Hóa 5.3 Nghiên cứu chương trình THPT chương ―Chất khí‖ 5.4 Thiết kế tiến trình dạy học số đơn vị kiến thức chương ―Chất khí‖ sách giáo khoa Vật lý lớp 10 nâng cao theo định hướng DHGQVĐ 5.5 Thực nghiệm sư phạm, đánh giá kết nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp đọc sách tài liệu tham khảo - Nghiên cứu tài liệu làm sáng tỏ mặt lý luận vấn đề có liên quan đến đề tài - Nghiên cứu sách văn kiện Đảng, Nhà Nước, Bộ Giáo Dục việc nâng cao chất lượng giáo dục - Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách tập, sách giáo viên, tài liệu tham khảo để phân tích cấu trúc logic, nội dung kiến thức P102 Học sinh: - Ôn lại kiến thức, đặc biệt công thức chương - Các dụng cụ học tập IV TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1: Kiểm tra, ôn tập lại kiến thức học (8 phút) © Xét lượng khí xác định; trạng thái cân áp suất p, thể tích V, nhiệt độ T khí có giá trị xác định Khi chất khí biến đổi, chuyển từ trạng thái cân sang trạng thái cân khác, ba đại lượng biến đổi Gọi thông số trạng thái ban đầu lượng khí p 1, V 1, T1; sau trình biến đổi, trạng thái cuối thơng số có giá trị p ,V2 ,T ? Nếu trình biến đổi trạng thái khí có thơng số trạng thái khơng đổi q trình gì? Biểu thức tính tương ứng sao?  HS độc lập suy nghĩ trả lời: - Nếu nhiệt độ không đổi ( trình đẳng nhiệt) T = số hay T1 =T2 Áp dụng dụng định luật Bôilơ- Mariốt viết dạng: PV= const hay P1 V1 = P2 V2 - Nếu thể tích khơng đổi (q trình dẳng tích ) V = số hay V1 = V2 Áp dụng định luật Sắc-lơ viết dạng: P T P = const hay  P2 T2 T - Nếu áp suất khơng đổi (q trình đẳng áp) p = số hay p1 = p2 Áp dụng định luật Gay-luy-xac : V V V = const hay  T1 T2 T ? Nếu ba thông số thay đổi không quan tâm đến khối lượng khơng khí áp dụng phương trình nào?  Nếu ba thơng số thay đổi không quan tâm đến khối lượng không khí áp dụng phương trạng thái khí lí tưởng Phương trình có dạng : PV PV PV = const hay 1 = 2 T1 T2 T P103 ? Nếu cần tính khối lượng chất khí, cho khối lượng chất khí làm kiện để tính đại lượng khác ta dùng phương trình gì?  Nếu cần tính khối lượng chất khí, cho khối lượng chất khí làm kiện để tính đại lượng khác ta dùng phương trình Cla-pêrơn – Men-đê-lê-ép Phương trình có dạng: pV = m  RT ; R = 8,31 J/mol.K © GV trình chiếu bảng sau giải thích thêm: Như ba thơng số trạng thái lượng khí p; V; T, q trình biến đổi, chúng phụ thuộc lẫn theo định luật (1); (2); (3) theo phương trình (4); (5) Và logic hình thành định luật phương trình chương mà học P104 Chất khí đặc trưng ba thông số trạng thái p, V, T T không đổi pV = số (1) pV  số T (5) V không đổi p  số T (2) p không đổi V  số T (3) pV = Ở nhiệt độ C áp suất 1atm Thể tích mol = 22,4 lít (4) m  RT R = 8,31 J/mol.K (1): Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt (4): Điều kiện (2): Định luật Sáclơ (5): Phương trình trạng thái (3): Định luật Gay luy xác (6): Phương trình Men-đê-lê-ep (6)  HS tiếp nhận vấn đề © GV Trong dạng tập chương chất khí chia sau: - Bài tập định tính - Bài tập định lượng - Bài tập vẽ đồ thị P105 Để vào tập cụ thể phải nắm vững kiến thức mà cần nắm đựơc phương pháp làm từ định hướng cụ thể cách làm cho Hoạt động 2: Làm tập (25 phút)  Dạng 1: + Bài tập định tính © Đối với dạng em cần nắm vững kiến thức tính chất chất khí; thuyến động học phân tử chất khí thuyết cấu tạo chất Sau tập ví dụ GV trình chiếu nội dung lên hình  Bài 1: Tại người ta không nên để chai nước uống cịn đầy có nút chai lên tủ lạnh? GV u cầu nhóm tìm lời giải đáp hay ngắn gọn  HS chia làm nhóm làm việc độc lập Một nhóm đại diện trả lời câu hỏi Các nhóm khác nhận xét, bổ sung + Bài tập định lượng Phương pháp giải - Bước 1: Nghiên cứu đề tóm tắt kiện - Bước 2: Phân tích tựợng , xác định hệ thức liên hệ - Bước 3: Tiến hành giải - Bước 4: Kiểm tra kết © GV trình chiếu nội dung lên hình  Bài 2: Có bơm khơng khí có áp suất khí 1at Mỗi lần bơm đưa 125 cm3 đưa vào bóng Hỏi sau 12 lần bơm áp suất bóng bao nhiêu? Biết dung tích bóng khơng đổi V= 2,5l Nhiệt độ khơng khí q trình bơm coi khơng đổi © GV : Bài tốn cho bắt tìm gì?  HS Tóm tắt đề Cho: pkq = 1at, V0 = 125 cm3 , V = 2,5l, n = 12 lần, T = const P106 Tìm: P2 = ? © GV phân tích nội dung toán, thiết lập mối quan hệ ? Mỗi lần bơm ta đưa lượng khí có áp suất thể tích vào bóng?  Mỗi lần bơm ta đưa lượng khí có áp suất p = pkq thể tích V0 = 125 cm3 ? Sau 12 lần bơm áp suất thể tích khí xác định mhư nào?  Vì dung tích bóng V khơng đổi Kết thúc q trình bơm, thể tích V thể tích khí bị nén P2 , nên V = V2 ? Lượng khí đựơc nén bóng lúc ban có thơng số xác định nào?  Trạng thái đầu lượng khí có thông số là: V1 = n.V0 + V; p1 = pkq = 1at ? Sự biến đổi tuân theo định luật chất khí?  Sự biến đổi tuân theo định luật Bơi-lơ – Ma-ri-ốt © Dựa vào phân tích giáo viên yêu cầu HS làm việc cá nhân đồng loạt  HS Tiếp nhận nhiệm vụ tiến hành giả toán Một bạn lên bảng trình bày Giải Vì T =.Const Áp dụng dụng định luật Bôilơ- Mariốt viết dạng P1 V1 = P2 V2 pkq ( n V0 + V )= P2 V => P2 = n V0 n V0 + V pkq + pkq pkq = V V Thay số ta có: P2 = 1,6 (at) P107 © GV Nhận xét kết học sinh Từ kết nhận ta thấy phần thứ nguyên P2 hoàn toàn phù hợp Hơn P2 > P khí bị nén  HS ghi nhận ? Có em cịn cách giải khác? (Nếu có cho HS trình bày) © Bài tốn cịn cách giải khác, em nhà tự tìm hiểu + Bài tập vẽ đồ thị Bài 3: Cho đồ thị ( p, T) sau biểu diễn chu trình biến đổi trạng thái khối lượng khí lý tưởng sang đồ thị (p ,V) ; (V, T) p p1 p3 T1 T2 T  HS ghi đề tiếp nhận nhiệm vụ làm việc cá nhân đồng loạt + hai HS lên bảng trình bày giải + Các bạn cịn lại nhận xét kết trình bày Ý kiến là: p p1 p3 V1 V2 V P108 V V2 V1 T1 T2 T Hoạt động 3: Vận dụng củng cố (13 phút) © GV phát phiếu học tập yêu cầu HS làm việc độc lập  HS Học sinh nhận nhiệm vụ làm viêc © GV Thu phiếu học tập © GV nhận xét buổi học giao tập nhà P109 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH GIÁO ÁN THỰC NGHIỆM CÁC HÌNH ẢNH CHO BÀI: THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ CẤU TẠO CHẤT Hình 1: Hình ảnh thí nghiệm ảo mơ tả bành trướng khí Clo - thí nghiệm 41.1 SGK) Hình 2: Hình ảnh video mơ tả nén thể rắn, lỏng, khí Hình 3: Hình ảnh phân tử gồm nguyên tử; phân tử gồm hai nguyên tử; phân tử gồm ba nguyên tử P110 Hình 4: Hình ảnh video chuyển động nhiệt ph ân tử khí hai nhiệt độ Hình 5: Chuyển động tập hợp phân tử khoảng thời gian ngắn- Hình 44.3b SGK 20 C 40 C Hình 6: Hình ảnh video va chạm phân tử khí vào thành bình Hình 7: hình ảnh mơ khoảng cách vị trí cân phân tử ba thể rắn, lỏng, khí P111 CÁC HÌNH ẢNH CHO BÀI: ĐỊNH LUẬT BƠI-LƠ – MA-RI-ỐT Hình 1: Hình ảnh thí nghiệm định luật Bơi-lơ – Ma-ri-ốt p P2 t2>t1 t2 t1 P1 V1=V2 Hình 3: Hình ảnh đồ thị p-V Hình 2: Hình ảnh đồ thị p-V V P112 P113 PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHIẾU HỌC TẬP PHIẾU HỌC TẬP CHO GIÁO ÁN SỐ Bài 44: Thuyết động học phân tử chất khí Họ Tên: Lớp: Hãy điền đặc điểm thể vào bảng sau: Các thể Khoảng cách nguyên tử, phân tử Lực tương tác phân tử, nguyên tử Chuyển động phân tử Hình dạng Thể tích Thể rắn Thể lỏng Thể khí P114 PHIẾU HỌC TẬP CHO GIÁO ÁN SỐ Bài 45: Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt Họ Tên: Lớp: Hãy điền kết thí nghiệm quan sát vào bảng sau? Lần đo p (105 Pa) V (10 cm3) p/V p.V + Xác định sai số: = Sai số tỉ đối: = = Hãy vẽ đồ thị p-V theo số liệu quan sát được: p (105 Pa) V (10 cm3) P115 PHIẾU HỌC TẬP CHO GIÁO ÁN SỐ BÀI TẬP VỀ CHẤT KHÍ Họ tên: Lớp: ĐỀ BÀI Bài tập tự luận: Bài 1: Có g Ôxi áp suất atm, sau hơ nóng đẳng áp chiếm thể tích lít Tìm nhiệt độ Ơxi sau hơ nóng Coi khí Ơxi khí lí tưởng Bài tập trắc nghiệm: Bài : Các đồ thị sau diễn tả định luật V p V p T T A Gay Luy-xắc B Sác-lơ C Cả ba đồ thị diễn tả định luật Sác-lơ, Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, Gay Luy-xắc D Bôi-lơ – Ma-ri-ốt Bài 2: Trong q trình sau đây, ba thơng số trạng thái lượng khí thay đổi? A Quả bóng trịn phơi ngồi nắng B Bơm từ từ khơng khí vào bóng C Nung nóng khí nồi áp suất D Hỗn hợp khí, xăng xi lanh động đốt ... khoa học Nếu vận dụng dạy học giải vấn đề cách khoa học dạy học chương ? ?Chất khí? ?? Vật lý lớp 10 nâng cao tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh, góp phần nâng cao chất lượng học tập Nhiệm vụ nghiên... chọn đề tài nghiên cứu: Tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh dạy học chƣơng ? ?Chất khí? ?? Vật lý lớp 10 nâng cao theo định hƣớng dạy học giải vấn đề Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu DHGQVĐ vào dạy. .. Lý luận dạy học giải vấn đề - Quá trình dạy học vật lý trường THPT 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Học sinh lớp 10 THPT - Quá trình dạy học chương ? ?Chất khí? ?? Vật lý lớp 10 nâng cao Giả thuyết khoa học