Xây dựng tiến trình dạy học theo phương pháp problem posing một số kiến thức chương cảm ứng điện từ Vật lý lớp 11 THPT

Cấu trúc và nhiệm vụ của quá trình dạy học

Mục đích của họat động được thể hiện ở nhiệm vụ cụ thể của mỗi môn học, mỗi phần của môn học và cụ thể nhất là ở mỗi bài học; đó là mục tiêu cụ thể mà HS phải đạt được sau mỗi bài học, mỗi chương, mỗi phần, mỗi môn học mà ta có thể đánh giá được. Đối với những thao tác chân tay, ta có thể quan sát được quá trình thực hiện nên có thể can thiệp trực tiếp và quá trình đó để rèn luyện những kĩ năng, kĩ xảo của HS, giúp họ thực hiện một cách đúng đắn có hiệu quả.

PPTN trong nghiên cứu khoa học và trong nghiên cứu vật lý

+ Đến Thế kỷ 17 Galilee xây dựng PPTN: “Quan sát tự nhiên → xác định vấn đề cần nghiên cứu → đưa ra cách giải quyết lý thuyết có tính dự đoán → rút ra kết luận có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm → làm thí nghiệm → đối chiếu kết quả thu được bằng thực nghiệm với lý thuyết → kết luận. Nhiệm vụ của nhà vật lý thực nghiệm lúc này là từ giả thuyết đã suy ra một hệ quả có thể kiểm tra được và tìm cách bố trí một thí nghiệm khéo léo tinh vi để quan sát hiện tượng do lý thuyết dự đoán và thực hiện các phép đo chính xác.

Thiết kế phương án dạy học

• Phương pháp soạn thảo tiến trình dạy học một kiến thức vật lý cụ thể .1 Xác định một mục tiêu dạy học của một kiến thức vật lý [6]
• Kết quả điều tra

- Dụng cụ đến tay HS phải có độ bền cần thiết, đảm bảo an toàn. Tuy nhiên dụng cụ thí nghiệm cho HS không thể đòi hỏi độ chính xác cao mà chỉ yêu cầu sai số tương đối không quá 10%. * Tìm hiểu các phương án thí nghiệm có thể sử dụng trong bài học, lựa chọn phương án khả thi phù hợp với trình độ học sinh, với cơ sở vật chất hiện có cuả nhà trường. a) Kỹ năng đưa ra dự doán vμ kỹ năng đề xuất phương án thí nghiệm. b) Kỹ năng bố trí tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo cơ bản, thu thập thông tin cần thiết. - Xác định mục đích thí nghiệm. - Dự kiến bố trí thí nghiệm. - Kỹ năng thực hiện các phép đo cơ bản. - Kỹ năng làm thay đổi các yếu tố tác động theo ý định có trước. - Kỹ năng thu thập thông tin. c) Kỹ năng xử lý thông tin. Tình huống này đặt ra vấn đề (câu hỏi) cần giải quyết. Tác dụng của tình huống này là tập cho HS hành động phát hiện vấn đề tạo động cơ nhận thức, kích thích HS tích cực tư duy [15]. Trong tình huống này, kiến thức đóng vai trò công cụ để giải quyết một vấn đề thực tiễn hoặc lý luận. Một số trường hợp có thể bỏ qua bước này. - Tiếp theo là tạo ra tình huống vật lý cơ bản. Tình huống này có tác dụng chỉ ra mục tiêu của hành động, làm cho HS tự hành động xây dựng tìm kiếm kiến thức mới. Đó là hành động sáng tạo cần rèn luyện nhất cho HS. - Bài toán cơ bản bổ sung dữ kiện còn thiếu cho vấn đề cơ bản trên. Với sự nỗ lực của cá nhân, sự sáng tạo trong phạm vi nhất định, qua bài toán cơ bản HS cần. đưa ra được một mô hình giả thuyết, tức là đưa ra câu trả lời sơ bộ cho vấn đề nhận thức. - Để kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết, cần xây dựng tình huống kiểm tra, tình huống này HS phải suy ra được các hệ quả của giả thuyết. Những hệ quả này có thể sử dụng thí nghiệm để kiểm tra được. - Tình huống để HS thiết kế phương án kiểm tra thể hiện dưới dạng “bài toán phương án kiểm tra”. HS phải vẽ ra sơ đồ thí nghiệm, nêu được những dụng cụ thí nghiệm cần thiết, chọn phương án thí nghiệm để phù hợp với thí nghiệm đó. Sau đó tiến hành thí nghiệm kiểm tra đối chiếu kết quả thí nghiệm với mô hình giả thuyết. Nếu đúng thì đi đến kết luận kiến thức. - Cung cấp các bài tập vận dụng kiến thức đã được hợp thức hóa. a) Mục tiêu về kiến thức - Mục tiêu trong khi học - Mục tiêu sau khi học b) Mục tiêu về kỹ năng - Kỹ năng trong khi học - Kỹ năng sau khi học. c) Mục tiêu về tình cảm thái độ. Để thiết kế phương án dạy học một kiến thức vật lý cụ thể thì trước hết phải phân tích cấu trúc nội dung, tìm hiểu xem có thể chia nội dung kiến thức của bài học thành những đơn vị kiến thức nào? Mỗi đơn vị kiến thức sẽ được xây dựng tiến trình nhận thức như thế nào? Lập sơ đồ tiến trình xây dựng mỗi đơn vị kiến thức. - Kiến thức cần xây dựng là gì? Được diễn đạt như thế nào? Nó là câu trả lời được rút ra từ việc giải bài toán cụ thể?. - Lựa chọn giải pháp nào cho bài toán?. - Chứng tỏ tính hợp thức khoa học của câu trả lời đó như thế nào. Có những vấn đề vận dụng cụ thể nào cho kiến thức được xây dựng nào?. - Trình tự logic của các kiến thức đó như thế nào cho phù hợp với tiến trình nhận thức khoa học?. Dưới đây là sơ đồ tiến trình xây dựng một kiến thức vật lý. BÀI TOÁN CƠ BẢN Phương pháp. giải bài toán. Kết quả và kết luận. Kiến thức được xác lập Bài toán vận dụng kiến thức Bài toán giới hạn áp dụng kiến thức. Vấn đề nhận thức cần giải quyết Dữ kiện. Để dạy học theo tiến trình nhận thức khoa học thì vai trò của thiết bị dạy học vô cùng quan trọng. Các thiết bị dạy học chủ yếu là các thiết bị thí nghiệm. Trong tiến trình xây dựng kiến thức cần những dụng cụ thí nghiệm gì, mỗi dụng cụ cần bao nhiêu bộ. Những dụng cụ và phương án thí nghiệm có gì giống và khác so với SGK?. Một số trường hợp dụng cụ và phương án thí nghiệm khó có điều kiện thực hiện thì cần sự hỗ trợ của các trang thiết bị khác như tranh vẽ, phần mềm mô phỏng, máy vi tính…. a) Sự chuẩn bị của GV.

Sơ đồ logic trình bày các kiến thức trong chương "Cảm ứng điện từ"

Cụ thể, trong trường hợp đưa nam châm lại gần, ra xa ống dây ta thấy từ trường của dòng điện cảm ứng trong ống dây như muốn ngăn cản nam châm lại gần hoặc ra xa nó, ở đây ta dùng định luật Len-xơ để xác định chiều dòng điện cảm ứng. * Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong các dây dẫn của mạch điện kín khi  qua mạch biến thiên, suy luận được: khi khối vật dẫn chuyển động trong từ trường hay từ trường qua nó biến thiên theo thời gian thì trong nó cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là dòng Fu-cô.

Thiết kế phương án dạy học các bài học cụ thể

• Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động .1 Mục tiêu của bài học [1], [2], [17], [18]
• Dòng điện Fu – cô
• Hiện tượng tự cảm

+ Nam châm để tạo ra từ trường (chữ U hoặc nam châm điện). + Giá và dây treo miếng nhôm. + Đồng hồ bấm giây để đo thời gian miếng nhôm dao động. + Nhiệt kế để đo nhiệt độ của miếng nhôm. * Thảo luận, đưa ra trình tự các bước tiến hành thí nghiệm. * Nhận xét câu trả lời của HS. Đề nghị HS chỉ tiến hành thí nghiệm 1 và 2. Lí do không đủ thời gian và dụng cụ đo nhiệt độ khó khăn. *Phát các bộ thí nghiệm cho HS. Yêu cầu HS tiến hành. *Yêu cầu các nhóm trình bày kết quả thí nghiệm trước lớp. - TN1: Treo miếng nhôm lên giá cho nó dao động. Dùng đồng hồ bấm giây xác định thời gian dao động. - TN2: Treo miếng nhôm lên giá cho nó dao động trong từ trường, bấm đồng hồ bấm giây đo thời gian dao động. So sánh thời gian trong hai thí nghiệm trên và rút ra nhận xét. - TN3: Đo nhiệt độ của miếng nhôm khi nó dao động không có từ trường ngoài. Cho miếng nhôm dao động trong từ trường. Đo nhiệt độ miếng nhôm sau khi nó dao động trong từ trường. So sánh kết quả và rút ra nhận xét. * Tiến hành thí nghiệm theo nhóm. *Các nhóm HS trình bày kết quả thí nghiệm trước lớp. Hoạt động 4: Rút ra kết luận về khái niệm dòng điện Foucault. *Yêu cầu HS đối chiếu kết quả thí nghiệm với giả thuyết và nêu kết luận. * Thông báo: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong trường hợp vừa nêu là dòng điện Foucault. * Kết quả mong đợi: Khối kim loại đặt trong từ trường biến thiên hoặc chuyển động trong từ trường sẽ có dòng điện cảm ứng xuất hiện. * Phát biểu định nghĩa dòng điện. Đề nghị HS đánh dấu định nghĩa dòng điện Foucault ở SGK. *Yêu cầu HS đọc SGK sau phần định nghĩa dòng điện Foucault để rút ra câu trả lời cho những vấn đề:. - Đặc tính căn bản của dòng điện Foucault là gì?. - Tính chất của dòng điện Foucault là gì?. * Làm thí nghiệm cho tấm nhôm liền khối và tấm nhôm xẻ rãnh lần lượt dao động trong từ trường để minh họa cho tính chất xoáy của dòng điện Foucault. Từ đó rút ra nhận xét: Để làm giảm hao phí năng lượng do dòng Foucault có thể tăng điện trở khối kim loại. *Đọc SGK trong 2 phút và trả lời lần lượt các câu hỏi. - Đặc tính chung của các dòng điện Foucault là tính chất xoáy. - Tính chất của dòng điện Foucault:. Làm xuất hiện lực hãm điện từ trong khối vật dẫn chuyển động trong từ trường. - Gây hiệu ứng tỏa nhiệt trong khối vật dẫn chuyển động trong từ trường hoặc được đặt trong từ trường biến thiên. b) Đơn vị kiến thức 2: Lợi ích và tác hại của dòng điện Foucault. * Dòng điện Foucault có lợi hay có hại?. * Đề nghị HS đọc SGK và thảo luận nhóm, trả lời các câu hỏi. - Kể những ứng dụng của dòng điện Foucault?. - Kể những tác hại của dòng Foucault. * Trao đổi với bạn trả lời câu hỏi:. - Những ứng dụng của dòng điện Foucault:. -Tác hại của dòng điện Foucault:. + Dòng điện Foucault chống lại sự quay của các động cơ điện → giảm công suất. + Dũng điện Foucault làm núng lừi sắt trong mỏy biến thế → Lừi sắt của mỏy biến thế gồm nhiều lá sắt silic mỏng ghép cách điện với nhau. + Nêu được dự đoán cho vấn đề khi dòng điện qua mạch biến thiên thì trong thời gian dòng điện biến thiên trong mạch có sinh ra dòng điện cảm ứng hay không. + Suy luận được hệ quả của giả thuyết: Khi đóng mạch hoặc ngắt mạch điện cường độ dòng điện biến thiên nên trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng → dòng điện cảm ứng. + Nêu được bản chất của hiện tượng tự cảm khi đóng mạch, khi ngắt mạch. + Nêu được các công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây, công thức xác định suất điện tự cảm. + Vận dụng được các công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây, công thức xác định suất điện động tự cảm. + Đề xuất được phương án kiểm tra của hệ quả, tiến hành thí nghiệm và rút ra được nhận xét. c) Tình cảm, thái độ. Kết luận: Nếu dòng điện qua một mạch kín biến thiên thì trong thời gian dòng điện biến thiên trong mạch sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng ta gọi là hiện tượng tự cảm (ứng). Vấn đề: trong thời gian dòng điện biến thiên thì trong mạch có sinh ra dòng điện cảm ứng hay không?. trong thời gian dòng điện biến thiên thì trong mạch có sinh ra dòng điện cảm ứng. Hệ quả: Nếu đóng hoặc ngắt khóa K của mạch điện thì cường độ dòng điện trong mạch thay đổi. → trong mạch xuất hiện ic. Vận dụng: Giải thích nguyên nhân dụng cụ điện trong nhà dễ bị hư khi ngắt mạch điện hơn khi đóng mạch điện. Thí nghiệm kiểm tra:. b) Đơn vị kiến thức 2: Suất điện động tự cảm. L của ống dây dài đặt trong khong khí:. logic Trường hợp đặc biệt Dòng điện i của. mạch riêng của mạch:. Với hai thí nghiệm kiểm tra hiện tượng tự cảm khi đóng mạch và hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch, mỗi bộ cần những dụng cụ sau:. Phương án 1: Có thể biến mạch đã lắp ráp cho hiện tượng tự cảm khi đóng mạch thành hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch bằng cách thay bóng đèn nối với cuộn cảm bằng một dây nối. Phương án 2: Cũng có thể ráp mạch điện như hình vẽ sau:. Trước khi làm thí nghiệm kiểm tra hiện tượng tự cảm khi đóng mạch, ta đóng K1, K2 ngắt K3, sử dụng K để đóng mạch điện. Khi muốn tiến hành thí nghiệm kiểm tra hiện tượng khi ngắt mạch, ta đóng K2,. Sử dụng K để ngắt mạch. - Chuẩn bị đủ các phiếu học tập cho HS với các nội dung sau:. Hiện tượng tự cảm. Mục đích của thí nghiệm: .. Sơ đồ thí nghiệm kiểm tra: .. Kết quả thí nghiệm: .. Kết luận: hiện tượng.. Suất điện động tự cảm:. 1.Từ thông do mạch điện sinh ra gởi qua mạch diện tích giới hạn bởi chính mạch điện đó: .. Hệ số tự cảm của một ống dây đặt trong không khí:.. Suất điện động tự cảm .. Câu 1: Có một ống dây dẫn dài l, tiết diện S, gồm N vòng dây, trong đó có dòng điện cường độ i chạy qua. Tính L của ống dây. Đèn này tạo bởi hai điện cực cách nhau 1- 2 cm nằm trong khí neon áp suất thấp. Nếu hiệu điện thế hai cực của bóng đèn đạt 80V thì đèn lóe sáng do có hiện tượng phóng điện. Hãy đề nghị một phương án lắp ráp thí nghiệm để kiểm tra hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch. Vẽ sơ đồ mạch điện đó. Trong mạch điện bóng đèn neon được kí hiệu. Trong sơ đồ mạch điện vừa đề nghị ở trên, khi đóng K thì đèn neon có sáng không?. Giả sử trong mạch điện trên, dòng điện ổn định có cường độ i = 0,2A. Khi mở K thì đèn lóe sáng. Xác định thời gian lóe sáng. Ôn tập về hiện tượng cảm ứng điện từ và suất điện động cảm ứng. Câu hỏi 1: Hiện tượng tự cảm là gì? Nêu một vài ví dụ về hiện tượng tự cảm. - Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra. - Ví dụ: Hiện tượng tự cảm khi đóng mạch, hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch, hiện tượng tự cảm khi dòng điện trong mạch biến đổi. Câu hỏi 2: Biểu thức tính từ thông qua diện tích của mạch do từ trường của dòng điện trong mạch đó sinh ra?. Câu hỏi 3: Biểu thức tính hệ số tự cảm của ống dây dài đặt trong không khí?. Câu hỏi 4: Biểu thức xác định suất điện động tự cảm?. - Hiện tượng tự cảm. - Xây dựng công thức tính suất điện động tự cảm. Đơn vị kiến thức 1 được xây dựng theo các giai đoạn của PPTN. Đơn vị kiến thứ 2 được xây dựng theo con đường suy luận toán học. a) Đơn vị kiến thức 1: Tìm hiểu và xây dựng khái niệm hiện tượng tự cảm Hoạt động 1: Tổ chức tình huống học tập làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu.

Thời điểm TNSP Tháng 3 năm 2009

• Diễn biến quá trình TNSP
• Đánh giá kết quả TN

+ Chúng tôi hướng HS thay vòng dây nối với ampe kế (trong thí ngiệm 2) bằng ống dây nối với đèn led đã có sẵn, có thể đặt hai ống dây đối diện. Đa số HS đều đưa ra được câu trả lời: thay đổi B bằng cách đưa nam châm lại gần hoặc ra xa vòng dây, đóng ngắt khóa K của nam châm điện đặt gần ống dây;. thay đổi S của vòng dây; thay đổi  bằng cách quay vòng dây trong từ trường của nam châm. Chúng tôi hỏi HS cách thay đổi S của vòng dây thì HS lúng túng. Chúng tôi gợi ý cho HS là có thể bóp méo, kéo căng vòng dây. + Phần thí nghiệm tiến hành kiểm tra chúng tôi làm thí nghiệm biểu diễn để tiết kiệm thời gian. + Các khái niệm suất điện động cảm ứng, dòng diện cảm ứng, hiện tượng cảm ứng điện từ được xây dựng bằng con đường thông báo. Tuy nhiên HS đã tự đọc SGK để thông báo các khái niệm này trước lớp. + Với câu hỏi “Khi đóng hay mở ngắt điện trong thí nghiệm thì kim điện kế có lệch khỏi vạch 0 không? Giải thích.” Một số HS có câu trả lời: Kim điện kế không lệch khỏi vạch 0 vì từ thông qua S không đổi. Một số HS trả lời kim điện kế lệch. khỏi vạch 0 vì khi đóng hoặc ngắt mạch thì i tăng hoặc giảm đột ngột nên B thay đổi do đó thay đổi sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng. + Với câu hỏi “Từ thông qua diện tích S bằng số đường sức từ qua diện tích đó. Nói thế đúng hay sai?”. Đa số HS có câu trả lời là đúng. Một số ít có câu trả lời là đúng trong trường hợp S được đặt vuông góc với đường sức. b) Đơn vị kiến thức 2: Chiều của dòng điện cảm ứng. + Chúng tôi yêu cầu mỗi nhóm giải thích lý do chọn phương án và cách phát hiện dòng điện cảm ứng (nếu có) trong khối vật dẫn. Những nhóm đưa ra phương án thứ nhất giải thích đưa miếng nhôm chuyển động so với nam châm là làm cho từ thông qua miếng nhôm thay đổi. Nối miếng nhôm với ampe kế. Nếu có dòng điện qua miếng nhôm thì kim ampe kế lệch khỏi số 0. Nhóm HS đưa ra phương án 2 giải thích: Cho miếng nhôm dao động trong từ trường cũng làm cho từ thông qua miếng nhôm thay đổi. Để phát hiện dòng điện trong miếng nhôm thì dựa vào tác dụng của dòng điện. Dòng điện qua vật dẫn làm vật dẫn nóng lên. Dùng tay sờ vào miếng nhôm hoặc nhiệt kế đo nhiệt độ miếng nhôm khi dao động không có từ trường ngoài và khi có từ trường ngoài. + Chúng tôi yêu cầu HS trình bày các tác dụng của dòng điện cảm ứng và sử dụng câu hỏi gợi ý số 4. Sau đó các nhóm đã đưa ra được phương án thí ghiệm 1, 2. Chúng tôi phát các dụng cụ đã thống nhất như đã dự kiến cho các nhóm. Các nhóm tiến hành thí nghiệm tốt. Sau 3 phút thí nghiệm, HS trình bày kết quả thí nghiệm như dự định của chúng tôi. - Hoạt động 4: Rút ra kết luận về khái niệm dòng điện Foucault. + Các HS đối chiếu kết quả thí nghiệm với giả thuyết. Tất cả HS cho rằng kết quả thí nghiệm xác nhận giả thuyết. + Chúng tôi thông báo dòng điện cảm ứng xuất hiện trong trường hợp vừa nêu là dòng điện Foucault và yêu cầu HS định nghĩa dòng điện Foucault. Các HS đều phát biểu được định nghĩa. + Chúng tôi yêu cầu HS đọc SGK để nêu đặc tính căn bản, tính chất của dòng điện Foucault. Tất cả các HS đều phát biểu chính xác. + Chúng tôi gọi 2 HS cùng làm thí nghiệm cho 2 tấm nhôm liền khối và tấm nhôm xẻ rãnh cùng dao động trong từ trường để minh họa cho tính chất xoáy của dòng điện. Chúng tôi yêu cầu HS nhận xét cách giảm hao phí năng lượng do dòng điện Foucault gây ra. Một số HS nêu nhận xét là tăng điện trở của khối vật dẫn. b) Đơn vị kiến thức 2: Lợi ích và tác hại của dòng điện Foucault + HS tự đọc SGK và trả lời tốt các câu hỏi đã soạn thảo của chúng tôi. Nhận xét sau giờ dạy - Ưu điểm:. + HS sôi nổi, thích thú, tích cực chủ động thảo luận nêu giả thuyết, đề xuất phương án, tiến hành thí nghiệm. + HS đưa ra phương thí nghiệm sáng tạo hơn giờ học trước. Chúng tôi chưa tìm được cách để HS tự nêu lên vấn đề nghiên cứu của bài học. a) Đơn vị kiến thức 1: Hiện tượng tự cảm.