Ứng dụng phương pháp mô hình trong dạy học chương dòng điện trong các môi trường vật lý lớp 11 trung học phổ thông

Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học vinh - - PHAN ĐĂNG SƠN VậN DụNG PHƯƠNG PHáP MÔ HìNH TRONG DạY HọC CHƯƠNG DòNG ĐIệN TRONG CáC MÔI TRƯờng vật lí lớp 11 trung học phổ thông Luận văn thạc sĩ giáo dục học Vinh - 2010 Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học vinh - - Phan đăng sơn VậN DụNG PHƯƠNG PHáP MÔ HìNH TRONG DạY HọC CHƯƠNG DòNG ĐIệN TRONG CáC MÔI TRƯờng vật lí lớp 11 trung học phổ thông Chuyên ngành: lý luận ph-ơng pháp dạy học vật lý MÃ số: 60.14.10 Luận văn thạc sĩ giáo dục học Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: TS trịnh đức đạt Vinh - 2010 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập hoàn thành luận văn, tác giả nhận giúp đỡ tận tình tổ chức, thầy giáo, cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè người thân Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Nhà giáo - Tiến sĩ Trịnh Đức Đạt, người tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tác giả suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo, cô giáo tổ PPGD Vật lí trường Đại học Vinh, thầy cô giáo khoa Sau Đại học trường Đại học Vinh, thầy giáo giảng dạy khoa Vật lí trường Đại học Vinh Xin cảm ơn tới Ban Giám hiệu, tổ Vật lí, đồng nghiệp trường THPT Thái Lão Nghệ An thầy cô giáo môn Vật lí trường THPT hợp tác, tạo điều kiện cho tác giả trình tìm hiểu, khảo sát triển khai đề tài Xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc gia đình, người thân bạn bè động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả PHAN ĐĂNG SƠN MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng đồ thị Danh mục hình vẽ Mở đầu Lí chọn đề tài…………………………………………… ………………… Mục đích nghiên cứu………………… …………………… ……………… Đối tượng phạm vi nghiên cứu…………………… ………………… Giả thuyết khoa học…………………… …………………… …………… … Nhiệm vụ nghiên cứu………………………………………… ……………… Phương pháp nghiên cứu…………………………… … …… ……… …… Kết đóng góp đề tài……………………………….… ………….… Cấu trúc luận văn………………………… ……… …………… ….…… … Chƣơng Cơ sở lí luận việc vận dụng PPMH dạy học Vật lí trƣờng THPT 1.1 Phát triển hoạt động nhận thức tích cực, chủ động học sinh dạy học ……………………………………….……………………… … 1.1.1 Tính tích cực, chủ động hoạt động nhận thức học sinh 1.1.2 Phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ, sáng tạo học sinh dạy học……………………………… 1.2 10 Tiến trình dạy học Vật lí phát triển hoạt động nhận thức tích cực, chủ động học sinh……………………………………… …………… 14 1.2.1 Vấn đề thiết lập sơ đồ nhận thức khoa học kiến thức cần dạy…………………………………………… …………………………………… 14 1.2.2 Định hướng khái qt chương trình hóa hành động nhận thức tích cực, chủ động học sinh…………………………………………… 16 Mơ hình……………………………………………… …………… …….…… 19 1.3.1 Khái niệm mơ hình…………………………………………… …… ….… 19 1.3.2 Các loại mơ hình sử dụng vật lí học……………………….… … 20 Phương pháp mơ hình vật lí học…………… ……… …….…… 24 1.4.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp mơ hình… ………………… …… 24 1.4.2 Cấu trúc phương pháp mơ hình vật lí học…………… 25 Phương pháp mơ hình dạy học vật lí………………… …… … 29 1.5.1 Vai trị phương pháp mơ hình dạy học vật lí………….… 29 1.5.2 Tổ chức dạy học theo phương pháp mơ hình…………………… … 31 1.5.3 Các mức độ sử dụng phương pháp mô hình dạy học vật lí 32 1.3 1.4 1.5 Kết luận chương 1……… …………………….… 36 Chƣơng Tổ chức dạy học chƣơng “Dịng điện mơi trƣờng”-Vật lí lớp 11 THPT chƣơng trình nâng cao theo PPMH 2.1 37 Vị trí, mục tiêu chương “Dịng điện mơi trường” Vật lí lớp 11 THPT……………………………….………… …… ………… 37 2.2 Nội dung, lơgic trình bày kiến thức chương “Dịng điện mơi trường” – Vật lí lớp 11 THPT……………………….………… …… 40 2.2.1 Những kiến thức nghiên cứu chương “Dịng điện mơi trường” – Vật lí lớp 11 THPT……………………….…… …… 40 2.2.2 Cấu trúc nội dung chương “Dịng điện mơi trường”…… 46 2.3 Tìm hiểu thực trạng nhận thức PPMH sử dụng PPMH dạy học vật lí trường phổ thông.……………………………………….… 50 2.3.1 Nhận thức giáo viên mơ hình phương pháp mơ hình …… 50 2.3.2 Thực tế sử dụng phương pháp mơ hình dạy học vật lí…… … 51 2.3.3 Nguyên nhân thực trạng………………………….……… ………….… 51 2.3.4 Giải pháp khắc phục………………………………………………………….… 52 2.4 Những khó khăn, hạn chế HS học chương “Dịng điện mơi trường” hướng khắc phục……………… … … …… 52 2.4.1 Những khó khăn hạn chế………………………… ……………………… … 52 2.4.2 Hướng khắc phục……………………………………….…………………….… 54 2.5 Thiết kế tiến trình dạy học số kiến thức chương “Dịng điện mơi trường” chương trình nâng cao việc sử dụng PPMH …………………………………………………………… 54 2.5.1 Giáo án số 1: Bài 17 Dòng điện kim loại……………….……… 55 2.5.2 Giáo án số 2: Bài 19 Dòng điện chất điện phân Định luật Fa-ra-đây…….………………………………….……………………………….… 63 Kết luận chương 2………………………….………… 73 Chƣơng Thực nghiệm sƣ phạm 75 3.1 Mục đích……………………………….………… ………………………… … 3.2 Phương pháp thực nghiệm………………………… …………………… … 75 3.3 Đối tượng thực nghiệm……………………… ……………………………… 75 3.4 Tiến trình thực nghiệm sư phạm………………… …………………… … 3.5 Kết thực nghiệm…………………………………………………………… 76 3.5.1 Lựa chọn tiêu chí đánh giá……………………….……………………… … 75 76 76 3.5.2 Đánh giá kết quả…………………………………… ……………………… … 77 Kết luận chương 3……………….…………………… 82 Kết luận chung luận văn 83 Tài liệu tham khảo 84 Phụ lục P1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT HS Học sinh GV Giáo viên PPMH Phương pháp mơ hình SGK Sách giáo khoa THCS Trung học sở THPT Trung học phổ thơng TN Thí nghiệm DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ Trang Bảng 3.1 Kết kiểm tra trước thực nghiệm …… Bảng 3.2 Bảng kết kiểm tra (cuối đợt thực nghiệm) 76 tính tần suất………………………………….………… 78 Bảng 3.3 Bảng phân phối tần suất luỹ tích ….…… … ……… 79 Bảng 3.4 Bảng thông số thống kê …………… ….… …… 80 Biểu đồ 3.1 Phân phối tần suất luỹ tích ………… … …… …… 79 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Chu trình sáng tạo khoa học theo G.Razumovxki… 12 Hình 1.2 Các loại mơ hình sử dụng vật lí………… … 24 Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc PPMH………………………………… 28 Hình 2.1 Cấu trúc lơgic chương "Dịng điện mơi trường" SGK Vật lí 11chương trình nâng cao…… Hình 2.2 Cấu trúc lơgic chương "Dịng điện mơi trường" SGK Vật lí 11 chương trình chuẩn……….… Hình 2.3 48 49 Sơ đồ giai đoạn xây dựng kiến thức PPMH ……………………………………………………… … 55 -1- `MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước mục tiêu hàng đầu đường lối xây dựng phát triển nước ta, "Đến năm 2020 đất nước ta phải trở thành nước công nghiệp"[7] Muốn thực thành công nghiệp này, phải thấy rõ nhân tố định thắng lợi nguồn nhân lực người Việt Nam Nền giáo dục nước ta khơng có nhiệm vụ đào tạo cho đủ số lượng mà cần quan tâm đặc biệt đến chất lượng đào tạo nguồn nhân lực Để đạt mục đích đó, cần phải nghiên cứu, áp dụng liên tục cải tiến phương pháp giảng dạy Ngành giáo dục nước ta sử dụng số phương pháp dạy học mang lại hiệu định phương pháp thực nghiệm, phương pháp đàm thoại nêu vấn đề, phương pháp diễn giảng PPMH phương pháp nhận thức khoa học vận dụng vào dạy học PPMH ngày trở nên quan trọng Vật lí mà ngành khoa học tự nhiên xã hội khác Khi nghiên cứu tượng Vật lí xảy giới vi mơ, dạy học vật lí, chúng tơi đặc biệt quan tâm tới PPMH Trong chương trình Vật lí THPT, kiến thức vật lí chương “Dịng điện mơi trường” trừu tượng, khó hiểu học sinh có nhiều ứng dụng thực tế thiết bị thí nghiệm dạy học cịn thiếu chất lượng nên trình dạy học giáo viên thường khó khăn việc đưa phương pháp dạy học hợp lí để phát huy tính tích cực, chủ động hoạt động nhận thức học sinh Nhưng bên cạnh mạch kiến thức chương lại có tính logic cao trình tự xây dựng kiến thức dịng điện mơi trường nên lợi cho việc sử dụng PPMH dạy học kiến thức -2- chương Chính vậy, chọn đề tài: Vận dụng phương pháp mô hình dạy học chương “Dịng điện mơi trường” - Vật lí lớp 11 trung học phổ thơng Mục đích nghiên cứu Vận dụng PPMH dạy học số kiến thức chương “Dòng điện mơi trường” nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lí trường THPT Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - PPMH: Trong nghiên cứu vật lí dạy học vật lí - Hoạt động dạy học kiến thức thuộc chương “Dòng điện mơi trường” Vật lí 11 THPT chương trình nâng cao giáo viên học sinh trường THPT 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Chương trình Vật lí THPT - Q trình dạy học vật lí chương “Dịng điện mơi trường” lớp 11 thuộc trường địa bàn huyện Hưng Nguyên - tỉnh Nghệ An vùng phụ cận Giả thuyết khoa học Vận dụng PPMH dạy học cách hợp lý phát huy tính tích cực, chủ động hoạt động nhận thức học sinh, từ góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương “Dòng điện mơi trường” - Vật lí lớp 11 THPT chương trình nâng cao Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu sở việc phát triển hoạt động nhận thức tích cực, chủ động HS dạy học Lý việc vận dụng hay chưa vận dụng? (sau trả lời câu 6) ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Theo Thầy (Cơ) PPMH dạy học Vật lí trường THPT A cần vận dụng  B cần vận dụng  C khơng cần thiết  Các mơ hình học mà Thầy (Cô) thường vận dụng PPMH dạy học Vật lí trường THPT ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 10 Trong dạy học chương “Dòng điện mơi trường” (Vật lí lớp 11 THPT), theo Thầy (Cơ) nội dung kiến thức khó dạy? Lí do? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Xin cám ơn Thầy (Cô) cho ý kiến thiết thực! Kính chúc Thầy (Cơ) mạnh khỏe, thành cơng công tác! Phụ lục 2: Giáo án số 3: Bài 21 Dịng điện chân khơng * Lý chọn dạy: - Đây địi hỏi tính động, sáng tạo cao HS việc xây dựng mơ hình - Về nội dung: Dịng điện chân khơng, đặc biệt tính chất tia catốt ứng dụng nhiều đời sống hàng ngày - Bản chất dịng điện chân khơng, tính chất tia catốt giải thích định tính, khơng trực quan Tuy nhiên với việc sử dụng máy vi tính để mơ gây hướng thú, tạo tình có vấn đề q trình dạy học Mục tiêu học a) Kiến thức - Hiểu chất tính chất dịng điện chân khơng - Hiểu đặc tuyến vơn-ampe dịng điện chân không - Hiểu chất ứng dụng tia catốt b) Kỹ - Kỹ vận dụng chất tính chất tia catốt để giải thích ứng dụng bản, đơn giản liên quan Chuẩn bị a Giáo viên - Vẽ phóng to hình 21.1, 21.2, 21.6 SGK giấy khổ to - Đọc SGK vật lý THCS Vật lý 10 phần liên quan đến chất khí, chuyển động phân tử khí, khái niệm chân khơng - Các mơ động trình chiếu mơ hình dịng điện chân khơng - Bộ dụng cụ TN dịng điện chân khơng - Sưu tầm đèn hình (cũ) để làm giáo cụ trực quan b Học sinh Ơn lại mơ hình dịng điện kim loại, chất điện phân ôn lại SGK THCS Vật lý lớp 10 khái niệm chân không Tổ chức hoạt động dạy học Sự kiện khởi đầu: số tính chất chân không (vật gốc) Hoạt động GV Hoạt động HS - Nêu chất chất dòng điện - Trả lời theo kiến thức học chất điện phân? Giải thích? - Trong trước nghiên cứu mơ hình dịng điện kim loại dòng điện chất điện phân Bản chất hạt tải điện môi trường phụ thuộc vào cấu trúc vật chất môi trường Hơm nghiên cứu mơi trường chân khơng xem điều kiện để có dịng điện chân khơng gì, chất dịng điện chân không - Nếu đặt chân khơng vào - Sẽ khơng có dịng điện chân điện trường trì khơng chân khơng khơng có có xuất dịng điện chân hạt tải điện không hay không? Vì sao? - Bằng cách đưa - HS suy nghĩ để tìm phương án hạt tải điện vào bình chân khơng chân không dẫn điện - Chúng ta biết kim loại - Cung cấp lượng cho có sẵn electron tự do, điều kiện electron để chúng thắng liên kết thường electron tự chuyển bề mặt kim loại động nhiệt hỗn độn khối kim loại mà bứt khỏi bề mặt kim loại chúng không đủ lượng để thắng liên kết tạ bề mặt Làm để bứt electron tự khỏi bề mặt kim loại? - Nếu ta cung cấp lượng - Một số electron bề mặt dây kim cách nung nóng dây kim loại loại có đủ lượng để thắng liên tượng xẩy với kết bề mặt ngồi dây electron bề mặt dây? kim loại - Các electron ngồi trở thành electron tự khối kim loại Hiện tượng gọi phát xạ nhiệt electron - Nếu bình chân khơng ta đặt hai- - Làm phát xạ nhiệt electron điện cực kim loại (anốt catốt), cách nung nóng dây kim loại làm làm để có electron tự catốt bình chân khơng? - Với cách làm ta tạo dịng điện chân khơng hay khơng phải kiểm tra thí nghiệm - Giới thiệu dụng cụ, bố trí tiến hành TN hình vẽ 21.1 SGK Lưu- - Quan sát ghi nhận kết TN ý dụng cụ điôt chân không - - Hãy nêu mô hình giả định dịng- - Suy nghĩ tìm phương án điện chân khơng? Xây dựng mơ hình giả định: Hoạt động GV Hoạt động HS - - Hướng dẫn HS xây dựng mơ hình giả- - Chân khơng mơi trường khơng định có hạt tải điện Bằng cách đốt nóng - - Trình chiếu mơ dịng điện catốt kim loại có bình chân khơng: chân khơng, electron catốt bị phát xạ nhiệt trở thành electron chân không Dưới tác dụng điện trường đặt vào chân khơng electron chuyển dời có hướng từ catốt sang anơt tạo thành dịng điện chân khơng Hệ suy từ mơ hình: Hoạt động GV - - Với catôt định, số electron phát xạ nhiệt đơn vị thời gian phụ thuộc vào nhiệt độ catôt Hoạt động HS - - Trong điều kiện nhiệt độ catôt- - Nếu tăng UAK cường độ điện khơng đổi, số electron từ catôt chuyển trường điôt chân không tăng sang anôt phụ thuộc vào làm tăng lực điện tác dụng lên hiệu điện UAK? Từ dự đốn electron tự chân không dẫn phụ thuộc I qua điôt chân không đến số electron di chuyển từ catốt vào UAK trường hợp nhiệt độ sang anôt đơn vị thời gian catốt không đổi? tăng lên tức I tăng - - Nếu tăng UAK đến giá trị đó- - I khơng tăng có electron bị bứt khỏi catốt (do tượng phát xạ nhiệt) đơn vị thời gian dịch chuyển hết sang anốt thời gian đó, tiếp tục tăng UAK I thay đổi nào? - - Khi I đạt giá trị lớn khơng đổi gọi I bão hịa (Ibh) TN kiểm tra: Hoạt động GV Hoạt động HS - - Giới thiệu tiến hành TN hình 21.1- - Quan sát ghi nhận kết TN SGK - - Lập bảng số liệu vẽ đường đặc trưng vơn – ampe (Hình 21.2 SGK) Mơ hình xác nhận: Hoạt động GV Hoạt động HS - - Hãy nêu mơ hình dịng điện - - Khi catôt kim loại chân chân khơng? khơng bị đốt nóng, electron bị phát xạ nhiệt chân khơng Dịng điện chân khơng dịng chuyển dời có hướng electron phát xạ nhiệt từ catôt tác dụng điện trường Vận dụng mơ hình: Hoạt động GV Hoạt động HS - - Ibh phụ thuộc vào nhiệt- - Khi nhiệt độ catơt tăng Ibh độ catơt? Vì sao? tăng Vì số electron phát xạ nhiệt đơn vị thời gian tăng theo nhiệt độ nên số electron di chuyển từ catôt đến anôt đơn vị thời gian tăng - - Làm TN để xác nhận dự đốn Ibh tăng - - Thơng báo q trình phóng điện- - Ghi nhận kiến thức tự lực khái niệm tia catơt tính chất tia catơt, ứng dụng - - Tổng kết bài, kết luận kiến thức - - Phát phiếu học tập giao tập- - Tiếp nhận nhiệm vụ nhà Phụ lục 3: Đề kiểm tra đợt thực nghiệm sƣ phạm chƣơng “Dòng điện môi trƣờng” P.3.1 Đề số (Thời gian làm 15 phút) Họ tên : Lớp: Câu Đáp án Câu 1: Phát biểu sau không đúng? A Trong kim loại có hạt mang điện tích âm hạt mang điện tích dương B Hạt mang điện tự kim loại electron C Hạt mang điện tự kim loại ion dương D Điện trở suất kim loại tăng theo nhiệt độ Câu 2: Về tính dẫn điện kim loại, phát biểu sau sai? A Kim loại dẫn điện tốt B Tất kim loại dẫn điện giống C Điện trở sợi dây kim loại tăng theo nhiệt độ D Điện trở suất kim loại khác khác Câu 3: Bản chất dòng điện chất điện phân dòng chuyển dời có hướng A electron ngược chiều điện trường B ion dương chiều điện trường C ion âm ngược chiều điện trường D ion dương chiều điện trường ion âm ngược chiều điện trường Câu 4: Định luật Ôm áp dụng cho trường hợp A dòng điện sợi dây kim loại có nhiệt độ thay đổi B dịng điện bình điện phân có dương cực trơ C dịng điện bình điện phân có dương cực tan D dịng điện bình điện phân dung dịch axít Câu 5: Điện phân dung dịch muối CuSO4 dịng điện có cường độ 5A thời gian 3h13min Khối lượng Cu (A=64) giải phóng catốt A 19,2g B 38,4g C 19,2kg D 38,4kg P.3.2 Đề số (Thời gian làm 45 phút) Họ tên : Lớp: A Phần trắc nghiệm khách quan: Trả lời vào phiếu sau: Câu Đáp án Câu 1: Dòng điện mơi trường sau dịng chuyển dời có hướng nhiều loại hạt tải điện nhất? A Kim loại C Chất khí B Chất điện phân D Chân không Câu 2: Phát biểu sau không đúng? A Khi nhiệt độ tăng điện trở dây đồng tăng B Khi nhiệt độ tăng điện trở bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 giảm C Khi nhiệt độ tăng độ dẫn điện nhơm giảm D Khi nhiệt độ tăng độ dẫn điện dung dịch AgNO3 giảm Câu 3: Trong tượng điện phân dung dịch CuSO4, xét khoảng thời gian khối lượng đồng giải phóng catốt số ion dương chuyển qua dung dịch A C tỉ lệ thuận với B tỉ lệ nghịch với D khơng có quan hệ với Câu 4: Dịng điện mơi trường có cường độ bão hồ? A Kim loại chất khí B Chất điện phân kim loại C Chất điện phân chân khơng D Chất khí chân khơng Câu 5: Một bình chân khơng có hai điện cực anôt (A) catốt (K) kim loại Đặt hiệu điện không đổi UAK=U vào hai điện cực Trong trường hợp sau có dịng điện qua bình chân khơng? A U>0 B U>0 K khơng nung nóng C U>0 K nung nóng D U