2.1. Tìm hiểu thực tế dạy học các bài trong chơng "Cân bằng của vật rắn" ở các trờng phổ thông: vật rắn" ở các trờng phổ thông:
Để chuẩn bị cho đề tài của mình tôi đã đi tìm hiểu thực tế dạy học ở một số trờng THPT Trong nội thành và ngoại thành. Tại những nơi đó tôi đã dự giờ và xem giáo án dùng phiếu điều tra, trao đổi trực tiếp với giáo viên và học sinh. Qua quá trình điều tra chúng tôi nhận thấy :
Về phía giáo viên :
Đại đa số các giáo viên chỉ dạy đơn thuần nh sách giáo khoa, phơng pháp vẫn là sử dụng lối truyền thụ một chiều không đa đợc học sinh vào tình huống có vấn đề cha phát huy đợc tính tích cực tự chủ của học sinh trong quá trình lĩnh hội kiến thức. Cách đặt câu hỏi của giáo viên cha thực sự sát với ý đồ định hớng hành động của mình. Nhiều giáo viên ở các trờng ngoại thành không sử dụng thí nghiệm nh là một phơng tiện dạy học, giáo viên sử dụng thí nghiệm thì không đảm bảo đợc thời gian giờ học. Các kết luận rút ra đều từ phía giáo viên mang tính áp đặt. Ngời thầy làm thay phần việc của trò lẽ ra phần việc đó có thể phát huy đ- ợc tính độc lập tự chủ của học sinh, không chia nhóm học sinh, ở những chỗ đề xuất dự đoán, đa ra phơng án thí nghiệm kiểm tra giáo viên thờng chỉ định một học sinh khá, giỏi đề xuất phơng án sau đó tự mình phân tích không cho lớp thảo luận vì sợ ồn. Tóm lại giáo viên cha tạo ra đợc môi trờng học tập tích cực.
Về phía học sinh:
Học sinh đối với giáo viên còn e ngại, hầu hết luôn ở thế bị động luôn ỷ lại vào định hớng của thầy, thông báo của thầy làm hạn chế phát triển t duy. Học sinh cha có thói quen tự tìm tòi suy luận, tiếp thu kiến thức một cách thụ động. Chỉ một số ít học sinh hăng hái tham gia phát biểu, số còn lại thì không ý kiến chỉ ghi
chép làm theo và học thuộc, không đặt câu hỏi cho giáo viên giải thích.
Về thí nghiêm:
Các thí nghiệm hiện đang sử dụng đa số là thí nghiệm đợc sử dụng với mục đích biểu diễn minh hoạ do giáo viên làm, học sinh quan sát, học theo và công nhận nh vậy sẽ không rèn luyện đợc kỹ năng thực hành cho học sinh. Ngoài ra bộ thí nghiệm đang sử dụng còn bộc lộ nhiều nhợc điểm ví dụ nh tính chính xác cha cao, không phải TN dành cho học sinh đợc trực tiếp bố trí và tiến hành thí nghiệm.
Từ thực tế dạy học nh vậy cho thấy để phơng pháp dạy học mới thực sự hiệu quả thì cần phải đầu t đồng bộ từ trang thiết bị thí nghiệm tới cơ sở vật chất cần thiết tạo điều kiện cho ngời giáo viên đầu t thời gian, trí tuệ vào việc phân tích nội dung kiến thức và xây dựng phơng án dạy tối u cho bài giảng nhằm mục đích đặt học sinh vào tình huống có vấn đề kích thích vấn đề học tập, tạo động cơ hứng thú trong học tập cho học sinh, phát triển năng lực t duy tích cực tự lực chủ động trong việc lĩnh hội tri thức, kỹ năng phân tích hiện tợng vật lý rèn luyện kỹ năng thực hành của học sinh.
2.2. Phân tích các cấu trúc nội dung và tiến trình xây dựng một số kiến thức cụ thể chơng "cân bằng của vật rắn" (Vật lí lớp 10 số kiến thức cụ thể chơng "cân bằng của vật rắn" (Vật lí lớp 10 THPT).
Cấu trúc nội dung kiến thức cơ bản của chơng:
+/ Điều kiện cân bằng tổng quát đối với chất điểm
đợc hình thành từ các kiến thức về trạng thái cân bằng, gia tốc, định luật hai Niutơn, bằng con đờng lý thuyết
+/Trọng tâm của vật rắn và tính chất đặc biệt của trọng tâm đợc hình thành từ thực nghiệm
Hai kiến thức cơ bản trên làm nền tảng cho các kiến thức tiếp sau: +/Điều kiện cân bằng của một vật khi không có chuyển động quay. +/ Quy tắc hợp lực đồng quy
+/Đặc điểm của hệ lực cân bằng +/Quy tắc hợp lực song song
+/Tác dụng của lực đối với một vật có trục quay cố định +/Cân bằng của một vật có trục quay cố định
+/Tác dụng của ngẫu lực +/Mô men của ngẫu lực
+/Các dạng cân bằng và mức vững vàng của cân bằng
Trong đó ba đơn vị kiến thức có liên quan tới nhau: Điều kiện cân bằng của một vật khi không có chuyển động quay, quy tắc hợp lực đồng quy, đặc điểm của hệ lực cân bằng đợc bố trí trong một bài, chúng đợc hình thành trên cơ sở kiến thức về trọng tâm của vật rắn và kiến thức về điều kiện cân bằng tổng quát đối với chất điểm.
Kiến thức về quy tắc hợp lực song song đợc hình thành từ thực nghiệm tuy nhiên vẫn có thể bằng con đờng lý thuyết suy ra đợc từ quy tắc hợp lực đồng quy.
Kiến thức về tác dụng của lực đối với một vật có trục quay cố định bố trí cùng trong một bài với kiến thức về cân bằng của một vật có trục quay cố định. đ- ợc xây dựng bằng thực nghiệm. Đợc xây dựng bằng thực nghiệm và kết hợp với kiến thức về quy tắc hợp lực song song làm nền tảng xây dựng kiến thức cân bằng của một vật có trục quay cố định.
Kiến thức về tác dụng của ngẫu lực đợc hình thành từ thực nghiệm và dựa trên cơ sở tác dụng của lực đối với trục quay cố định. Làm nền tảng cho việc hình thành kiến thức về mô men của ngẫu lực đợc bố trí cùng với trong một bài.
Kiến thức về các dạng cân bằng, mức vững vàng của cân bằng đợc hình thành từ thực nghiệm trên cơ sở kiến thức về trọng tâm, cân bằng của một vật có trục quay cố định.
Sơ đồ lôgíc cấu trúc nội dung chơng "cân bằng của vật rắn".
Trọng tâm của vật rắn Điều kiện cân bằng tổng quát đối với chất điểm
Điều kiện cân bằng của một vật khi không có chuyển độngquay
Quy tắc hợp lực đồng quy
Đặc điểm của hệ lực cân bằng
Quy tắc hợp lực song song
Tác dụng của lực đối với một vật có trục quay
cố định
Cân bằng của một vật có trục quay cố định
Tác dụng của ngẫu lực Mô men của ngẫu lực
Các dạng cân bằng. Mức vững vàng của cân bằng
2.3. Thiết kế bộ Thí nghiệm Quy tắc hợp lực:
2.3.1. Nhận xét chung về các bộ TN đang đợc sử dụng ở THPT:
Qua tìm hiểu thiết bị TN của một số trờng THPT tôi nhận thấy bộ thí nghiệm hiện hành không thể đáp ứng đợc mục đích, yêu cầu sử dụng của chúng tôi trong đề tài nghiên cứu cụ thể có những hạn chế sau:
Về bộ TN về quy tắc hợp lực đồng quy:
+/ Vật rắn ở đây là chạc 3 nhánh có điểm đồng quy
là trục quay của ba nhánh này nh vậy điểm đồng quy bị cố định trên vật
+/ Khi tác dụng ba lực vào 3 điểm A, B, C thì nếu choạc nhôm này có khối lợng đáng kể thì đây sẽ là trờng hợp tổng hợp của 6 lực không đồng quy đó là 3 trọng lực của 3 thanh và 3 lực tác dụng vào A, B, C Từ đó dẫn đến kết quả có độ chính xác không cao.
+/ Việc đo góc hợp bởi các lực tác dụng vào các điểm A, B, C lấy số liệu không dễ dàng lắm vì phải đánh dấu trên bảng sắt rồi tháo thiết bị TN để đo góc trên bảng sắt có phơng thẳng đứng (khó đo hơn trên mặt phẳng nằm ngang)mất nhiều thời gian hơn trong một tiết học.
+/Lực kế gắn nam châm để gắn vào bảng sắt sao cho có phơng phải trùng với phơng của các nhánh của vật nh vậy lực kế không có phơng thẳng đứng do vậy trọng lực của các trục của lực kế có thể làm sai số kết quả tính toán và việc hiệu chỉnh lực kế sẽ khó khăn hơn vì trục lực kế sẽ tỳ vào ống.
+/ Không thể hiện rõ các bớc xác định hợp lực đồng quy (không có bớc di chuyển điểm đặt của lực trên giá của chúng).
Về bộ TN Quy tắc hợp lực song song :
+/Vật trong TN này là thanh thẳng AB và hai dây cao su đàn hồi việc xác định độ biến dạng của hai dây thông qua vị trí của thanh AB nh vậy khi học sinh đi tìm hợp lực là đi tìm một lực sao cho có tác dụng làm thanh AB dịch chuyển về vị trí giống nh trờng hợp hai lực thành phần tác dụng vào nh vậy không làm nổi bật bản chất vấn đề là tác dụng của hai lực thành phần làm biến dạng vật.
+/Với hai dây cao su thì xác định độ biến dạng của chúng sẽ khó khăn hơn.
A
B
Dùng dây đàn hồi cản trở việc khai thác các phơng án mà học sinh có thể đề xuất TN
+/Phơng án TN mà sách giáo khoa đa ra là không đúng.
+/ Không phù hợp với tiến trình tổ chức hoạt động nhận thức mà chúng tôi soạn thảo.
Từ việc xác định những hạn chế đã nêu trên chúng tôi thiết kế và chế tạo một bộ TN khác với mục đích làm TN Kiểm chứng cho quy tắc hợp lực đồng quy và TN nghiên cứu khảo sát quy tắc hợp lực song song. Những TN trên đợc dùng làm thí nghiệm học sinh với hình thức TN trực diện.
2.3.2. Cấu tạo của một bộ TN Quy tắc hợp lực:
- Hai đế chữ A
- Hai thanh thép 10 thẳng (tròn là tốt nhất) dài 80 cm để gắn vào hai đế chữ A làm giá.