6) Quan niệm mô hình vừa là phương tiện, vừa là nội dung nhận thức: 13/39 (chiếm 33,3%).
7) Các mô hình thường được giáo viên sử dụng trong dạy học: Mô hình chuyển động Braonơ, mô hình đường cảm ứng từ của nam châm thẳng, mô hình máy phát điện xoay chiều 1 pha, 3 pha, mẫu hành tinh nguyên tử Rơzơfo, mô hình đường sức điện trường, mô hình đường cảm ứng từ và mô hình thuyết động học phân tử chất khí.
Từ các kết quả điều tra như trên, chúng ta có thể thấy rằng:
- Có gần tới một nửa trong tổng số giáo viên được hỏi cho rằng mô hình là một sự vật hiện tượng cụ thể nhằm minh hoạ cho ta hiểu rõ hơn một hiện tượng khác nào đó.
- Họ cho rằng mô hình là phương tiện dạy học, phương tiện nhận thức mà không thấy được rằng mô hình vừa là nội dung nhận thức, vừa là phương tiện nhận thức.
- Chỉ có khoảng trên 30% hiểu được đầy đủ vai trò của mô hình trong dạy học vật lý và trong nghiên cứu vật lý.
1.4.5.3. Thực tế sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý
Qua phiếu tìm hiểu như ở phụ lục 1 và quá trình phỏng vấn chúng tôi thấy được rằng:
chỉ là những mô hình vật chất đơn giản.
- Nhiều giáo viên không coi trọng việc sử dụng PPMH trong giảng dạy vật lí, họ cho rằng phương pháp thực nghiệm mới là quan trọng.
- Chỉ một số ít giáo viên giảng dạy bằng PPMH một cách tường minh. - Các mô hình được họ sử dụng chủ yếu vẫn là mô hình vật chất (mô hình chuyển động Braonơ, mô hình máy phát điện xoay chiều ba pha). Một số mô hình hình lý thuyết cũng đã được sử dụng nhưng còn rất hạn chế.
Kết luận chương 1
Dạy học vật lí có nhiều phương pháp để phát huy tính tích cực, chủ động và rèn luyện tư duy sáng tạo nhằm nâng cao chất lượng học tập của học sinh. Bồi dưỡng cho học sinh phương pháp nhận thức bộ môn là nhiệm vụ dạy học ở trường phổ thông. PPMH là phương pháp đặc thù của nhận thức vật lý, cần thiết phải đưa vào nội dung của dạy học vật lý. Dạy học theo PPMH sẽ nâng cao được chất lượng nắm vững kiến thức, tạo cơ sở ban đầu cho việc phát triển năng lực sáng tạo của học sinh.
Việc sử dụng PPMH có nhiều mức độ khác nhau, trên cơ sở lí luận và thực tiễn chúng tôi nhận thấy: PPMH chưa được các giáo viên vật lí coi trọng bởi vì nó khá trừu tượng và khó vận dụng. Để thực hiện tốt PPMH thì người dạy phải nắm vững phương pháp, vận dụng linh hoạt và phù hợp theo từng mức độ nhất định khi áp dụng với các đơn vị kiến thức khác nhau thì mới phát huy được năng lực sáng tạo của học sinh.
Chương 2
Tổ chức dạy học chương “chất khí” vật lý lớp 10 Trung học phổ thông theo phương pháp mô hình
2.1. Vị trí, mục tiêu của chương “ Chất khí ”
Trong chương trình vật lý trung học phổ thông ban Cơ bản, phần vật lý phân tử và nhiệt học gồm 3 chương. Chương “Chất khí”, chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” và chương “ Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể”.
Chương “Chất khí”- nghiên cứu tính chất của chất khí và các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí. Mục tiêu chính của chương là:
a) Kiến thức:
Yêu cầu học sinh nắm được các kiến thức sau đây:
- Các khái niệm: mô hình, khí lý tưởng, khí thực, trạng thái, quá trình, quá trình đẳng nhiệt, quá trình đẳng tích, quá trình đẳng áp, “độ không tuyệt đối” và nhiệt độ tuyệt đối, phương trình Cla-pê-rôn.
- Các định luật: Bôilơ-Mariôt, Sáclơ.
- Các mô hình: lực tương tác phân tử, thuyết động học phân tử chất khí, thể rắn, thể lỏng, thể khí, khí lý tưởng. Các mô hình toán học về định luật Bôilơ-Mariôt, định luật Sáclơ, quá trình đẳng áp, phương trình trạng thái của khí lý tưởng. Các mô hình ký hiệu (đồ thị) biểu diễn các định luật Bôilơ- mariôt, định luật Sáclơ, quá trình đẳng áp.
- Phương pháp vật lý: sử phương pháp mô hình trong chương ở mức độ 2 và mức độ 3 đối với mô hình biểu tượng; mức độ 4 và mức độ 5 đối với mô hình ký hiệu.
b) Về kỹ năng:
- Kỹ năng xây dựng và vận hành mô hình vật lý: giải thích và tiên đoán các hiện tượng.
- Kỹ năng thực hành thí nghiệm kiểm tra. - Kỹ năng giải một số bài tập vật lý về chất khí. c) Về thái độ:
- Hứng thú với việc phát hiện ra quy luật của vô số các hiện tượng xảy một cách hoàn toàn ngẫu nhiên; bước đầu hiểu được bản chất vật lý, cơ chế của một số khái niệm, hiện tượng.
- Có thái độ đúng đắn hơn đối với vai trò của lý thuyết vật lý. - Có sự thích thú khi dùng suy diễn tìm ra được một quy luật. 2.2. Nội dung, cấu trúc của chương “Chất khí”
2.2.1. Nội dung, cấu trúc theo sách giáo khoa vật lý lớp 10 hiện hành (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chương này kế thừa và phát triển những kiến thức học sinh đã có ở trường Trung học cơ sở về cấu tạo chất, đặc điểm của lực tương tác giữa các phân tử, các thể rắn, lỏng, khí, từ đó xây dựng lên Thuyết động học phân tử chất khí, dùng thuyết này để tìm hiểu các tính chất của khí lý tưởng. Chương gồm hai nội dung chính:
- Nội dung chính thứ nhất là Thuyết động học phân tử chất khí. ở đây chỉ yêu cầu học sinh nắm chắc những quan điểm cơ bản của thuyết, không đưa ra phương trình cơ bản cũng như các hằng số cơ bản của thuyết. Việc dùng Thuyết động học phân tử chất khí để giải thích cơ chế của các định luật thực nghiệm của chất khí không phải là nội dung chính của chương, vì không thể dùng những quan điểm cơ bản của thuyết để giải thích một cách định lượng các định luật này.
- Nội dung chính thứ hai và là nội dung cơ bản nhất của chương là các định luật thực nghiệm về khí lý tưởng và phương trình trạng thái của khí lý tưởng.
trạng thái của khí lý tưởng viết theo nhiệt độ K, sách giáo khoa trình bày những nội dung trên theo cấu trúc sau đây:
+ Quá trình đẳng nhiệt, Định luật Bôilơ-Mariôt. + Quá Trình đẳng tích. Định luật Saclơ.
+ Phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
Từ định luật Bôilơ-Mariôt và Định luật Saclơ xây dựng phương trình trạng thái của khí lý tưởng. Từ phương trình trạng thái của khí lí tưởng suy ra quá trình đẳng áp và từ đường đẳng áp xác định được “Độ không tuyệt đối”.
Nội dung chương coi trọng việc biểu diễn các đẳng quá trình trong hệ toạ độ p,V.
Như vậy, chúng ta có thể lập grap nội dung của chương theo sách giáo khoa vật lý lớp 10 hiện hành như ở hình 2.1 dưới đây:
Theo chúng tôi, với cách sắp xếp cấu trúc nội dung như vậy ta hoàn toàn có thể triển khai dạy học theo quan điểm (phương pháp) mô hình.
2.2.2. Nội dung - cấu trúc của chương theo quan điểm mô hình
Chúng tôi đã sắp xếp được nội dung và xây dựng được cấu trúc của chương “Chất khí” theo quan điểm mô hình, phương pháp mô hình được sử dụng trong từng nội dung của bài học cụ thể. Nội dung cụ thể theo quan điểm mô hình như sau:
- Mô hình thuyết động học phân tử chất khí. - Mô hình khí lý tưởng.
- Dựa vào hai mô hình đó, bằng suy luận lôgic học sinh dự đoán được mối quan hệ giữa áp xuất và thể tích của một khối khí khi nhiệt độ không đổi,
Quá trình đẳng nhiệt Định luật Bôilơ-Mariôt Thuyết động học phân tử chất khí và khí lí tưởng Quá trình đẳng tích Định luật Saclơ Phương trình trạng tháI của khí lí tưởng Quá trình đẳng áp “Độ không tuyệt đối”
Hình2.1: Sơ đồ cấu trúc chương “Chất khí” theo sách giáo khoa vật lý lớp 10 hiện hành.
mối quan hệ giữa áp xuất và nhiệt độ khi thể tích của một khối khí không đổi. Từ dự đoán đó học sinh sẽ đưa ra được phương án thực nghiệm để kiểm tra qua đó tìm ra định luật Bôilơ-Mariôt và định luật Saclơ.
- Mô hình phương trình trạng thái của khí lý tưởng được xây dựng trên cơ sở các mô hình phương trình diễn tả định luật Bôilơ-Mariôt và định luật Sáclơ.
- Từ mô hình đồ thị của định luật Saclơ và mô hình đồ thị của quá trình đẳng áp giúp cho học sinh hiểu rõ khái niệm “độ không tuyệt đối”.
2.3. Các loại mô hình sử dụng trong dạy học của chương “ Chất khí”
2.3.1. Mô hình vật chất
Mô hình vật chất chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức, khi cần hình thành những biểu tượng hoặc thu thập kiến thức có tính chất kinh nghiệm. Tuy ít mang lại thông tin mới khi thao tác trên mô hình nhưng trong dạy học, nhiều mô hình lại có tác dụng quan trọng làm cho học sinh hiểu được những cái không quan sát trực tiếp được.
Những mô hình vật chất có thể đưa vào dạy học chương “Chất khí” là mô hình mô phỏng lực tương tác giưa các phân tử , mô hình mô phỏng các trạng thái cấu tạo chất (do máy tính thực hiện).
Để hình dung được sự tồn tại đồng thời của lực hút và lực đẩy phân tử ta coi hai phân tử đứng cạnh nhau như hai quả cầu, coi liên kết giữa hai phân tử như một lò so nối hai phân tử (hình 2.2). Khi lò so bị dãn có xu hướng co lại, tổng hợp lực liên kết phân tử là lực hút. Khi lò so bị nén có xu hướng dãn ra, tổng hợp lực liên kết phân tử là lực đẩy.
Hình 2.2: Mô hình lực tương tác phân tử
2.3.2. Mô hình biểu tượng
Mô hình biểu tượng là loại mô hình được sử dụng phổ biến trong vật lý học nhưng rất khó. Trong chương “Chất khí”, mô hình này vừa là đối tượng nhận thức của học sinh (nội dung dạy học), vừa là phương tiện nhận thức (để học sinh hình dung cấu trúc vật chất).
Mô hình 1: Mô hình thuyết động học phân tử chất khí:
- Chất khí được cấu tạo từ các phân tử riêng rẽ, có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng.
- Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng; chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ chất khí càng cao. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khi chuyển động hỗn loạn các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình.
- Mỗi phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình môt lực không đáng kể, nhưng vô số phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực đáng kể. Lực này gây nên áp suất của chất khí lên thành bình.
Mô hình 2: Mô hình khí lý tưởng:
- Vì thể tích riêng của các phân tử khí không đáng kể so với thể tích của bình chứa nên ta có thể bỏ qua tích riêng của các phân tử, coi chúng như các chất điểm.
- Vì các phân tử khí ở rất xa nhau, lực tương tác giữa chúng rất yếu. Do đó người ta coi các phân tử khí chỉ tương tác khi va chạm, còn khi chưa va chạm thì tương tác giữa chúng có thể bỏ qua.
- Va chạm giữa các phân tử khí với nhau hoặc với thành bình là va chạm tuyệt đối đàn hồi.
Mô hình ký hiệu là dạng cụ thể của mô hình lý thuyết. Đó là hệ thống những ký hiệu dùng với tư cách như mô hình: hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các công thức, các phương trình toán học. Trong chương này, các mô hình ký hiệu được sử dụng là: mô hình định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt , mô hình định luật Sác-lơ, mô hình liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp, mô hình phương trình trạng thái của khí lý tưởng, đường đẳng nhiệt, đường đẳng tích, đường đẳng áp.
Đối với mô hình đồ thị, chúng ta cần tìm hiểu đặc điểm của đồ thị vật lý, cách xây dựng và sử dụng đồ thị như một mô hình. ở chương này phương pháp mô hình đồ thị được sử dụng ở các mức độ 4, 5: học sinh tự lực xây dựng và sử dụng mô hình đồ thị.
2.3.3.1. Mô hình đồ thị
Khái niệm đồ thị thường được chúng ta sử dụng trong toán học, đó là một đường biểu diễn một mối tương quan nhất định của hai biến số. Đối với vật lý học thì các biến số là những giá trị của các đại lượng vật lý khác nhau. Nhưng từ lâu nay trong dạy học vật lý người ta quen sử dụng đồ thị như một dạng tương đương của một công thức, một phương trình toán học, suy ra từ một công thức hay một phương trình, ít khi sử dụng đồ thị như một mô hình độc lập. Đồ thị không những không kém phần quan trọng hơn các công thức toán học mà trong thực tế nghiên cứu khoa học vật lý, nhiều khi người ta xây dựng đồ thị trước rồi sau đó mới tìm công thức toán học tương ứng. Mô hình đồ thị nhiều khi dễ sử dụng, trực quan hơn các công thức, phương trình, nhất là trong nghiên cứu thực nghiệm. Có những trường hợp dựa vào các số liệu thực nghiệm người ta xây dựng được đồ thị biểu diễn một mối quan hệ nào đó nhưng chưa đưa ra được một công thức biểu diễn mối quan hệ đó được vì quá phức tạp.
cũng sử dụng đồ thị, thí dụ đồ thị biểu diễn hành trình của một đoàn xe lửa, đồ thị biểu diễn sự phát triển dân số, sự tăng trưởng thu nhập quốc dân hằng năm v.v...
Riêng trong vật lý ngoài chức năng biểu diễn trực quan một mối quan hệ, đồ thị còn có chức năng dự đoán, ngoại suy những kết quả ở ngoài vùng khảo sát thực nghiệm, thí dụ dựa vào đồ thị (p,T) của quá trình đẳng tích và đồ thị (V,T) của quá trình đẳng áp của khí lý tưởng có thể dự đoán nhiệt độ 0K là nhiệt độ thấp nhất có thể đạt được và gọi là “độ không tuyệt đối”.
Mô hình đồ thị vật lý có những đặc điểm sau đây:
1. Đồ thị biểu diễn một mối quan hệ định lượng giữa hai hay nhiều đại lượng từ đơn giản đến phức tạp. Bởi thế mô hình đồ thị là một phương tiện rất quan trọng được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả hơn tất cả các phương tiện khác trong chức năng này.
2. Những đồ thị xây dựng trên các dữ liệu thực nghiệm có thể giúp ta hình dung được sự phụ thuộc lẫn nhau của các đại lượng trong những quá trình biến đổi rất phức tạp. Trong nhiều trường hợp nhờ đồ thị ta có thể tìm ra những công thức đơn giản ứng với một giai đoạn nhất định của quá trình biến đổi rất phức tạp.
3. Đồ thị được xây dựng dựa trên các số liệu của một phạm vi thực nghiệm, nhưng có thể dựa vào dạng của đồ thị mà dự đoán về mối quan hệ ngoài phạm vi đã được khảo sát, thu được những thông tin mới.
4. Trên đồ thị biểu diễn tường minh mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý, nhưng cũng có thể suy ra đại lượng thứ ba dưới dạng ẩn đang có liên quan đến hai đại lượng trên. Thí dụ: quãng đường đi được của vật chuyển động thẳng biến đổi đều trong khoảng t trên đồ thị vận tốc-thời gian trong hệ tọa
độ (v,t) có giá trị bằng diện tích của hình giới hạn bởi trục tọa độ (0t) và đồ thị vận tốc với hai đường thẳng song song với (0v) đi qua t và t t.
số xác định với những số liệu quan sát càng chính xác, tinh vi thì mô hình đồ