8. Cấu trúc luận văn
2.2.1 Phân tích đề thi học sinh giỏi quốc gia môn Vật lý
Kỳ thi HSG quốc gia tuyển chọn những HS tài năng và có năng khiếu thực sự, chính vì vậy đề thi của các kỳ thi này phải đảm bảo độ khó và tính sáng tạo cao.
Qua tìm hiểu và nghiên cứu các đề thi HSG quốc gia môn vật lý từ năm 2008 đến năm 2012 (Xem phụ lục 3 Đề thi HSG quốc gia môn Vật lý từ 2008 đến 2012), chúng tôi nhận thấy rằng:
- Về cấu trúc: Từ năm 2008 đến năm 2010 đề thi có 7 câu với thời gian làm bài 180 phút. Năm 2011 và năm 2012 thi hai ngày; mỗi ngày thi một đề không quá 5 câu.
- Về nội dung: Các đề thi HSG quốc gia gồm toàn bộ nội dung các phần của vật lý: Cơ, Nhiệt, Điện, Quang, Vật lý hiện đại và bài tập có thí nghiệm.
Để đánh giá tần suất bài tập Cơ học vật rắn trong đề thi HSG quốc gia chúng tôi căn cứ vào tỷ trọng bài tập có liên quan đến phần Cơ học vật rắn: Tỷ số giữa điểm dành cho bài tập có kiến thức phần Cơ học vật rắn so với tổng số điểm bài thi.
Bảng 1. Tỷ trọng và tần suất bài tập Cơ học vật rắn trong đề thi HSG quốc gia
Năm ngày thiSố trong đềSố câu Bài tập có liên quan đến phần Cơ học vật rắn Số câu Tổng điểmSố điểm/ Tỷ lệ
2008 1 ngày (180’) 7 1 3/20 15,0% 2009 1 ngày (180’) 7 0 0/20 0% 2010 1 ngày (180’) 7 1 3/20 15,0% 2011 Ngày 1(180’) 5 1 4,5/20 22,5% Ngày 2(180’) 4 1 4,5/20 22,5% 2012 Ngày 1(180’) 5 0 0/20 0% Ngày 2(180’) 5 1 4,5/20 22,5%
Qua bảng số liệu trên cho thấy trong đề thi HSG quốc gia hầu như năm nào cũng có một câu bài tập Cơ học vật rắn.
- Về phổ kiến thức đề thi vượt khỏi chuẩn KTKN của chương trình nâng cao môn Vật lý.
Trong các bài tập Cơ học vật rắn, kiến thức vượt chuẩn Vật lý phổ thông chương trình nâng cao trong đề thi HSG quốc gia 2008-2012 gồm:
+ Một số đại lượng vật lý trong chương trình phổ thông không được định nghĩa đầy đủ thông qua công cụ toán học như tích véctơ (định nghĩa momen động lượng), tích phân (định nghĩa momen quán tính). Hơn nữa, đến thời điểm dự thi (thường là cuối học kỳ I năm học lớp 12) HS chưa được học kiến thức toán về tích phân, tích véctơ nếu giáo viên Vật lý không bổ túc kiến thức toán cho các em.
+ Một số công thức không có trong chương trình phổ thông như: liên hệ giữa vận tốc, gia tốc của hai điểm trong một vật rắn chuyển động song phẳng.
+ Một số khái niệm không có trong chương trình phổ thông như: tâm quay tức thời, tâm va chạm, tâm quay gia tốc.
+ Một số định lý không được học trong chương trình phổ thông như: định lý Huyghens – Steiner, định lí Köenig, định lí biến thiên momen động lượng.
2.2.2. Phân tích đề thi học sinh giỏi Olympic 30-4 môn Vật lý
Kỳ thi Olympic HSG lớp 10 và 11 các tỉnh miền Nam, miền Trung và Tây nguyên nhằm phát hiện các HS năng khiếu giúp cho các tỉnh, thành phố tiếp tục bồi dưỡng tạo nguồn cho các kỳ thi HSG cấp Quốc gia, khu vực và các yêu cầu phát triển nhân tài cho các địa phương và đất nước.
Hàng năm, trường THPT đăng cai sẽ quy định nội dung và quy cách ra đề thi các bộ môn và gửi đến các đơn vị tham gia. Đề thi ra theo kiểu tự luận, được chọn ra từ ngân hàng đề thi đề nghị do các đoàn tham gia gửi đến. Mỗi địa phương chỉ được chọn tối đa một câu, tương đương với tối đa là 1/6 tổng kiến thức của toàn bộ đề thi.
Nội dung và quy cách ra đề thi Olympic 30-4 môn Vật lý từ năm 2008 đến năm 2012 (Xem phụ lục 4 Đề thi HSG Olympic môn Vật lý từ 2008 đến 2012), như sau :
Đề thi gồm 6 câu bao gồm các kiến thức trong nội dung chương trình thi: - Câu 1: Cơ học vật rắn
- Câu 2: Cơ học chất điểm –Dao động cơ & Sóng cơ - Câu 3: Điện học – Điện từ học
- Câu 4: Dòng điện xoay chiều - Câu 5: Quang hình học - Câu 6: Nhiệt học
điểm, cho điểm lẻ đến 0,25.
Để đánh giá tần suất bài tập Cơ học vật rắn trong đề thi Olympic 30-4 chúng tôi căn cứ vào tỷ trọng bài tập có liên quan đến phần Cơ học vật rắn: Tỷ số giữa điểm dành cho bài tập có kiến thức phần Cơ học vật rắn so với tổng số điểm bài thi.
Bảng 2. Tỷ trọng và tần suất bài tập Cơ học vật rắn trong đề thi Olympic 30-4
Năm Số câu
trong đề
Bài tập có liên quan đến phần Cơ học vật rắn Số câu Tổng điểmSố điểm/ Tỷ lệ
2008 6 1 5/30 16,7%
2009 6 1 5/30 16,7%
2010 6 1 5/30 16,7%
2011 6 1 5/30 16,7%
2012 6 1 5/30 16,7%
Như vật nội dung về Cơ học vật rắn luôn có mặt trong đề thi HSG Vật lý Olympic 30-4 và chiếm 1/6 tỷ trọng đề thi. Do đó bồi dưỡng HSG về Cơ học vật rắn là đòi hỏi có tính tất yếu trong chương trình bồi dưỡng HSG Vật lý.
- Về phổ kiến thức đề thi vượt khỏi chuẩn KTKN của chương trình nâng cao môn Vật lý : giống như đề thi HSG quốc gia.
Tuy nhiên, đề thi Olympic được ra theo ngân hàng đề do các đoàn tham dự gửi đến nên các bài toán có đôi khi sao chép từ đề thi HSG quốc gia. Nhìn chung độ khó, mức sáng tạo và tính mới thấp hơn yêu cầu đề thi HSG quốc gia.
2.2.3. Phân tích đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lý (Bình Thuận)
(Xem phụ lục 4. Một số đề thi HSG môn Vật lý tỉnh Bình Thuận)
Hàng năm Sở Giáo dục – Đào tạo Bình Thuận tổ chức kỳ thi chọn HSG lớp 12 THPT cấp tỉnh (vòng 1) và chọn đội tuyển dự thi HSG cấp quốc gia (vòng 2). Thời gian làm bài: 180 phút/01 môn/1 vòng.
- Về nội dung : Nội dung đề thi tuyển chọn HSG cấp tỉnh (vòng 1): Theo
chương trình Trung học phổ thông đang học đến thời điểm dự thi; Nội dung đề thi chọn đội tuyển dự thi HSG cấp quốc gia (vòng 2) là nội dung dạy học các môn chuyên của trường THPT chuyên (Ban hành kèm theo Công văn số 8968/THPT ngày 22/8/2001 của Bộ Giáo dục và Đào tạo).
- Về cấu trúc: đề thi HSG cấp tỉnh vòng 1 và vòng 2 thường không quá 5
Thông thường thì trong kỳ thi này số lượng bài tập Cơ học vật rắn chiếm từ 1 trong tổng số 5 câu của đề, tỉ lệ điểm từ 16% - 20% trong tổng điểm.
-Về nội dung: Đề thi HSG tỉnh các năm có nội dung gồm các phần: Cơ, Nhiệt, Điện, Quang các phần có tỷ lệ điểm bằng nhau (5 điểm/20%).
Nhìn chung đề thi chọn HSG cấp tỉnh Bình Thuận có độ khó vừa phải, đảm bảo được khuyến khích, động viên HS tham gia phong trào thi HSG, đồng thời đảm bảo tuyển chọn đủ số lượng HS tham gia đội tuyển dự thi HSG quốc gia. Tuy nhiên, “tính mới” và độ khó còn khá thấp so với đề thi HSG quốc gia.
2.3. Khảo sát đánh giá năng lực học sinh - đối tượng dạy học của chuyên đề.
Để xây dựng chuyên đề bồi dưỡng đội tuyển HSG phù hợp đối tượng, đạt mục tiêu và mục đích nghiên cứu trong qui trình đã nêu trên, sau khi xác định kiến thức cần bổ túc nâng cao, bước tiếp theo là khảo sát trình độ đội tuyển HSG.
Trường THPT chuyên Trần Hưng Đạo hàng năm có:
+ Đội tuyển dự thi HSG cấp tỉnh môn Vật lý gồm HS các khối lớp 11 và 12, số lượng khoảng 12 đến 15 học sinh.
+ Đội tuyển dự thi HSG Olympic môn Vật lý khối 10 có 03 em, khối 11 có 03 em.
+ Đội tuyển dự thi HSG quốc gia môn Vật lý do Sở tổ chức thi và tuyển chọn, với số lượng 06 em, nhưng những năm gần đây cả 06 HS được chọn vào đội tuyển HSG dự thi quốc gia môn Vật lý của tỉnh Bình Thuận đều thuộc về HS trường THPT chuyên Trần Hưng Đạo.
Vì có nhiều kỳ thi như thế nên nhà trường thành lập một đội tuyển chung cho khối 11 và 12 để bồi dưỡng, trong đó số HS lớp 11 khoảng 6 đến 10 em.
Mục tiêu bồi dưỡng cho đội tuyển HSG lớp 11 này là đạt giải trong kỳ thi HSG cấp tỉnh; đạt huy chương trong kỳ thi HSG Olympic 30-4; được chọn vào đội tuyển dự thi HSG quốc gia và tiếp tục tham gia kỳ thi HSG quốc gia năm học lớp 12 đạt giải.
Qua kết qua học tập và các kỳ thi HSG Vật lý ở lớp 10 có thể đánh giá kiến thức đầu vào đội tuyển HSG lớp 11 năm học 2012-2013 như sau:
+ Về kiến thức: có kiến thức cơ bản môn vật lý ở mức độ giỏi.
+ Kỹ năng: suy luận lôgic, có khả năng tập trung và tư duy vật lý tốt. + Thái độ: đa phần là HS có say mê môn học, yêu thích bộ môn.
Trường THPT chuyên Trần Hưng Đạo tỉnh Bình Thuận - Năm học 2012-2013. TT Họ và tên học sinh ĐTB môn Vật lý cuối năm lớp 10 ĐTB các môn học cuối năm lớp 10 Điểm thi chọn đội tuyển Olympic năm lớp 10 1 Nguyễn Thị Ngọc Duyên 8,6 8,4 10,00/20
2 Phan Anh Luân 9,0 9,0 14,00/20
3 Nguyễn Như Quỳnh 7,9 7,5 8,00/20
4 Trần Huy Thái 8,0 8,1 10,50/20
5 Trần Quốc Anh Tuấn 8,0 8,5 11,50/20
6 Trương Thị Bích Thảo 7,9 8,2 10,50/20
7 Đặng Lê Phương Uyên 9,2 9,3 16,00/20
8 Huỳnh Ngọc Bảo Vy 9,2 9,2 12,50/20
Các điểm số này cho thấy HS có kiến thức vững vàng, kỹ năng vận dụng tốt so với chuẩn KT-KN chương trình Vật lý THPT. Học sinh có tập trung học tập bộ môn Vật lý.
2.4. Xây dựng chuyên đề bồi dưỡng phần Cơ học vật rắn cho học sinh chuyên Vật lý trường THPT Chuyên Trần Hưng Đạo – tỉnh Bình Thuận chuyên Vật lý trường THPT Chuyên Trần Hưng Đạo – tỉnh Bình Thuận 2.4.1. Mục tiêu chung và cấu trúc của chuyên đề
2.4.1.1. Mục tiêu chung của chuyên đề
Về kiến thức
- Bổ sung phần kiến thức vượt chuẩn chương trình Vật lý phổ thông nâng cao mà trong các đề thi HSG có đề cập.
- Bổ sung những kiến thức liên quan thực tiễn cuộc sống và kỹ thuật. Về kỹ năng
- Vận dụng được các công thức, các định luật, các định lý để giải bài tập.
- Vận dụng được kiến thức đã học để xây dựng các phương án thí nghiệm và giải thích các hiện tượng vật lý trong thực tiễn cuộc sống và kỹ thuật.
Về thái độ
- Yêu thích bộ môn, có đam mê tìm tòi nghiên cứu vật lý. - Phát triển các kĩ năng, phương pháp và thái độ tự học.
2.4.1.2. Cấu trúc của chuyên đề
+ Mục tiêu bồi dưỡng HSG là cần đạt được về kiến thức, kỹ năng để giải quyết các bài tập có độ khó cao, có tính sáng tạo; trong từng modun và biên soạn nội dung giáo khoa, hệ thông bài tập bám sát mục tiêu.
+ Nội dung phần Cơ học vật rắn theo chuẩn KT-KN chương trình THPT nâng cao, chương trình chuyên sâu của Bộ GD-ĐT và nội dung vượt chuẩn thường có trong các đề thi HSG các cấp.
+ Cấu trúc phần Cơ học vật rắn bao gồm 4 modun: Modun 1. Cân bằng của vật rắn.
Modun 2. Động học vật rắn. Modun 3. Động lực học vật rắn.
Modun 4. Năng lượng vật rắn (bảo toàn và biến thiên các đại lượng vật lý).
- Mỗi modun kiến thức gồm
§1. Nội dung kiến thức trọng tâm
§2. Bài tập minh họa và bổ sung kiến thức tại lớp §3. Bài tập vận dụng kiến thức
§4. Bài tập luyện tập nâng cao và bài tập sáng tạo. Sau đây là các modun kiến thức.
2.4.2. Modun 1. CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN.I. Ý tưởng sư phạm I. Ý tưởng sư phạm
Cân bằng vật rắn là một nội dung gắn liền với thực tiễn khoa học kỹ thuật và có nhiều ứng dụng. Nội dung này, HS được học trong Vật lý lớp 10 ở chương “Tĩnh học vật rắn”.
Với kiến thức đã được học ở lớp 10, HS có thể giải được các bài toán cân bằng vật rắn. Tuy nhiên, kỹ năng và phương pháp giải các bài toán cân bằng hệ vật còn hạn chế. Thông qua dạy học modun này sẽ bổ sung kiến thức và các phương pháp giải bài toán cân bằng, giúp HS củng cố, đào sâu kiến thức đã học.
II. Mục tiêu dạy học
1. Về kiến thức
- Nêu được khối tâm vật rắn.
- Nêu được phản lực của liên kết trong một số trường hợp. - Nêu được điều kiện tổng quát của cân bằng.
2. Về kĩ năng
- Xác định được khối tâm bằng nhiều phương pháp khác nhau. - Xác định được phản lực của liên kết trong một số trường hợp.
- Vận dụng được điều kiện tổng quát của cân bằng vào các bài toán cân bằng. - Xác định được trục quay để tính momen lực sao cho hệ phương trình cần giải được đơn giản
- Xác định được các trục toạ độ sao cho các phương trình về hình chiếu của các lực trở nên đơn giản.
III. Nội dung dạy học
§1. Nội dung kiến thức trọng tâm
1. Khối tâm của vật rắn
- Khối tâm G của vật rắn gồm các chất điểm có khối lượng m ,m ,...., m 1 2 i xác định bởi vectơ bán kính r , r ,....rr r1 2 ri được xác định bởi công thức:
1 1 2 2 i i G i i 1 2 i m r m r ...m r 1 r m r m m ... m m + + = = ∑ + + + r r r r r
n i i vat ran i 1 G n i vat ran i 1 xdm m x x dm m = = = ∑ = ∫ ∫ ∑ ; n i i vat ran i 1 G n i vat ran i 1 ydm m y y dm m = = = ∑ = ∫ ∫ ∑ ; n i i vat ran i 1 G n i vat ran i 1 zdm m z z dm m = = =∑ = ∫ ∫ ∑
2. Liên kết và phản lực của liên kết.
Vật rắn tự do: Vật rắn có thể di chuyển theo mọi phía quanh vị trí đang xét. Nếu nó bị ngăn cản một hay nhiều chiều ta có vật rắn không tự do, bài toán tĩnh học thường có đối tượng khảo sát là loại vật rắn này.
Những điều kiện ràng buộc vật rắn không tự do gọi là liên kết, trong tĩnh học chỉ xét liên kết giữa các vật rắn với nhau, lực tương tác giữa vật khảo sát và vật liên kết gọi là phản lực liên kết.
Phương của phản lực liên kết: vật chịu liên kết sẽ bị vật khác tác dụng phản lực liên kết Rur. Rur có độ lớn không biết trước và phụ thuộc vào các lực trực tiếp (trọng lực, tải trọng ...). Nếu bỏ qua ma sát, Rur sẽ hướng theo phương mà liên kết ngăn cản chuyển động của vật thể và vuông góc với phương mà liên kết cho phép vật thể chuyển động.
Tùy loại liên kết có loại có thể xác định được ngay phương của phản lực liên kết Rur.
- Mặt nhẵn không ma sát : Rur có phương của pháp tuyến. - Dây mềm : Rur có phương của dây.
- Bản lề hình trụ : giả sử vật quay không ma sát quang trục và không dịch chuyển dọc theo trục thì Rur có phương vuông góc với trục.
- Khớp hình cầu và cối đỡ : Rur có phương bất kỳ qua tâm khớp và cối.