9. Nội dung nghiên cứu
2.1.2. Phương pháp thực hiện
Tác giả tiến hành khảo sát bài FCI bản dịch tiếng Việt gồm 30 câu hỏi trắc nghiệm trên 110 SV SPVL. Trong bài trắc nghiệm, tác giả để trống cuối mỗi câu hỏi cho SV đưa ra lí do lựa chọn đáp án nhằm khảo sát sơ bộ hướng suy nghĩ để chọn đáp án cho câu trắc nghiệm.
2.1.3. Kết quả khảo sát
Bảng 2.1. Bảng kết quả làm bài FCI của 110 SV SPVL
Câu Lựa chọn A Lựa chọn B Lựa chọn C Lựa chọn D Lựa chọn E Số SV trả lời Số SV không trả lời Số SV trả lời đúng 1 5 2 43 47 13 110 0 43 2 18 18 3 53 15 107 3 18 3 11 45 37 2 15 110 0 37 4 38 6 1 2 63 110 0 63 5 2 22 23 44 19 110 0 22 6 71 30 7 1 1 110 0 30 7 36 45 10 12 6 109 1 45 8 17 33 4 26 29 109 1 33 9 3 19 20 6 59 107 3 59 10 30 4 13 50 13 110 0 30 11 1 7 83 17 2 110 0 17 12 0 51 46 10 3 110 0 51 13 3 28 65 14 0 110 0 14 14 59 16 3 31 1 110 0 31 15 26 8 71 4 1 110 0 26 16 63 7 23 12 4 109 1 63 17 27 14 0 68 0 109 1 14 18 1 23 5 61 20 110 0 23 19 13 2 7 26 60 108 2 60 20 14 7 24 41 20 106 4 41 21 22 35 14 16 22 109 1 22
22 31 14 5 46 12 108 2 14 23 24 13 20 40 11 108 2 13 24 48 2 25 5 27 107 3 48 25 1 2 24 34 49 110 0 24 26 16 29 5 44 15 109 1 15 27 6 45 51 1 6 109 1 51 28 1 4 11 33 60 109 1 60 29 9 69 4 25 2 109 1 69 30 2 5 22 2 78 109 1 22
Tác giả phân tích kết quả dựa trên thống kê các lựa chọn A, B, C, D, E của từng câu FCI mà không phân tích kết quả của từng cá nhân nên mặc dù có một số cá nhân bỏ một vài câu trả lời nhưng vẫn đưa vào kết quả khảo sát.
Kết quả khảo sát 30 câu hỏi trắc nghiệm bài FCI
Bảng 2.2. Bảng thể hiện kết quả khảo sát bộ câu hỏi trắc nghiệm FCI trên 110 SV SPVL
Tỉ lệ % SV trả lời đúng cho mỗi câu hỏi FCI thấp. Không có câu hỏi nào mà số SV lựa chọn đúng trên 65% (tức không có câu hỏi nào mà có 70 SV trong số 110 SV trả lời đúng). Kết quả cho thấy chỉ có 20% số SV lựa chọn đúng trên 50% câu hỏi FCI. Các câu hỏi 2, 5, 11, 13, 17, 22, 23, 26 có số SV trả lời đúng khá thấp. Mặt
000 010 020 030 040 050 060 070 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Tỉ lệ % SV trả lời đúng Câu FCI
khác, xét đến sự phân bố các lựa chọn A, B, C, D, E trong một câu hỏi thì có những câu chỉ tập trung vào một hoặc hai lựa chọn. Nhưng có những câu hỏi mà các câu trả lời được phân bố dàn trải cho 5 lựa chọn như câu 2, 3, 8, 10, 21. Kết luận, một câu hỏi FCI được đánh giá là thú vị không chỉ ở điểm số mà còn ở sự phân tán các lựa chọn trong câu hỏi đó. Nếu các lực chọn của SV đều rải khắp 5 lựa chọn thì câu hỏi FCI mới tăng tính hấp dẫn.
2.2. Giai đoạn 2 - Phỏng vấn một số sinh viên đã tham gia khảo sát đợt 1 về một số câu hỏi FCI trước khi học học phần Cơ học
2.2.1. Đối tượng khảo sát
Do hạn chế về thời gian nên tác giả không thể thực hiện phỏng vấn tất cả SV tham gia khảo sát đợt 1 và phỏng vấn toàn bộ 30 câu hỏi FCI mà chỉ phỏng vấn trên một số SV với một số câu hỏi FCI. Do đó, tác giả đưa ra các tiêu chí lựa chọn các SV tham gia phỏng vấn và các câu hỏi FCI thực hiện phỏng vấn.
Đối với việc lựa chọn các câu hỏi FCI để phỏng vấn, tác giả đưa ra 2 tiêu chí lựa chọn. Thứ nhất, tác giả dựa trên số SV trả lời đúng và sự phân bố các lựa chọn của SV. Trong bài FCI, các mồi nhử được lấy từ những hiểu biết, quan niệm đời thường của HS nên các lựa chọn sai được đánh giá là mồi nhử hấp dẫn. Tuy nhiên, kết quả khảo sát bài FCI cho thấy có những câu FCI mà số lựa chọn chỉ tập trung chủ yếu ở một hoặc hai lựa chọn (Ví dụ: câu 4, câu 6). Mục đích nghiên cứu của đề tài là khảo sát lập luận của SV về việc đưa ra lựa chọn đáp án để tìm hiểu quan niệm sai lầm của SV nên tác giả chọn những câu có tỉ lệ % SV trả lời đúng thấp và câu trả lời của SV phân bố trên nhiều lựa chọn khác nhau. Thứ hai, tác giả dựa trên nội dung kiến thức của câu hỏi. Các câu hỏi FCI bao gồm nhiều mảng kiến thức của cơ học Newton (như phân tích ở chương trước) nên tác giả lựa chọn đại diện cho một số kiến thức như: Sự rơi tự do, tác dụng của lực, công thức cộng vận tốc, định luật III Newton, bài toán ném ngang. Do đó, tác giả lựa chọn một số câu FCI như sau: câu 3 (sự rơi tự do), câu 5 (tác dụng của lực), câu 8 (công thức cộng vận tốc), câu 15 (định luật III Newton), câu 21 (bài toán ném ngang).
Đối với việc lựa chọn SV tham gia phỏng vấn, tác giả lựa chọn dựa trên số câu FCI trả lời đúng là thấp và các đáp án của SV là khác nhau trong một câu FCI nhằm làm phong phú dữ liệu khảo sát. Trên cơ sở đó, tác giả mời 24 SV tham gia phỏng vấn.
2.2.2. Phương pháp thực hiện
Tác giả mời 24 SV tham gia đợt phỏng vấn từ ngày 17/02/2014 đến ngày 02/03/2014. Cuộc phỏng vấn thực hiện riêng cho từng SV với 5 câu hỏi FCI đã liệt kê ở trên kéo dài trong thời gian khoảng 30 – 45 phút.
2.2.3. Kết quả khảo sát
Thả một vật rơi từ một độ cao nào đó để vật chuyển động tự do không vận tốc đầu, vật sẽ chuyển động xuống phía dưới. Đó là sự rơi của vật. Trong không khí các vật rơi nhanh, chậm khác nhau.
Nếu loại bỏ được ảnh hưởng của không khí thì mọi vật sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi của vật trong trường hợp này gọi là sự rơi tự do. Kết luận: Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực.
Câu 3. Một viên đá được thả từ ban công tầng 1 của một ngôi nhà và rơi xuống
mặt đất. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Viên đá đạt được tốc độ tối đa khá sớm sau khi được thả và sau đó rơi với tốc độ không đổi.
B. Viên đá rơi càng lúc càng nhanh vì lực hút của Trái Đất càng lúc càng mạnh lên rõ rệt khi viên đá càng gần mặt đất.
C. Viên đá rơi càng lúc càng nhanh vì có trọng lực gần như không đổi tác dụng lên nó.
D. Viên đá rơi là vì mọi vật đều có khuynh hướng nằm yên trên bề mặt Trái Đất.
E. Viên đá rơi do tác dụng của hợp lực giữa trọng lực kéo nó xuống và lực của không khí ép nó xuống.
Sự rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều. Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và gần mặt đất thì các vật đều rơi tự do với cùng một gia tốc g.
Viên đá được thả rơi từ tầng 1 của ngôi nhà thì độ cao h khoảng 3 – 4 mét là rất nhỏ so với bán kính Trái Đất nên gia tốc g thay đổi không đáng kể. Vì vậy trọng lực được xem là không đổi. Và cũng vì quãng đường rơi ngắn nên vận tốc của viên đá không quá lớn, nên lực cản của không khí tác dụng lên viên đá rất nhỏ so với trọng lực của Trái Đất tác dụng lên nó nên viên đá được xem là chỉ chịu tác dụng của trọng lực. Chuyển động của viên đá chỉ dưới tác dụng của trọng lực không đổi là chuyển động rơi tự do. Do đó, tính chất chuyển động của viên đá là nhanh dần đều.
Câu trả lời của SV
Trong câu hỏi này, kết quả phỏng vấn có 54.17% SV chọn đáp án B, 25.00% SV chọn đáp án C, 8.33% SV chọn đáp án A, 8.33% SV chọn đáp án E, 4.16% SV chọn đáp án D.
Các SV chọn đáp án B cho rằng viên đá rơi từ ban công xuống chuyển động càng lúc càng nhanh, nguyên nhân làm cho viên đá rơi càng nhanh là do lực hút của Trái Đất tác dụng lên viên đá càng lớn. Vật càng gần mặt đất thì chịu tác dụng của lực hút càng mạnh. Có SV giải thích lực hút tăng là do gia tốc trọng trường thay đổi theo độ cao nhưng có SV không đưa ra được lý do vì sao lực hút tăng, dựa trên cảm giác cho rằng lực hút tăng. Dưới đây là một số đoạn trích từ các cuộc phỏng vấn sinh viên.
Đoạn 1
SV: Em nghĩ viên đá thả từ ban công xuống thì nó sẽ rơi nhanh dần đều.... nhanh dần nhưng mà em thấy cái này chỉ nói là viên đá rơi càng lúc càng nhanh vì có trọng lực gần như không đổi tác dụng lên nó ... [Phân vân] ... Em thấy nó giải thích ý càng lúc càng nhanh vì trọng lực hút càng lúc càng mạnh lên rõ khi viên đá càng gần mặt đất và trọng lực gần như không đổi ... Em chọn đáp án B.
SV: Viên đá rơi càng lúc càng nhanh, khi vật càng gần tiếp xúc với mặt đất thì lực hút của Trái Đất tác dụng lên nó càng mạnh nên vật rơi nhanh dần.
Người phỏng vấn: Vì sao lực hút của Trái Đất tác dụng lên viên đá càng ngày càng mạnh?
SV: À .... em nhớ tới công thức của lực hấp dẫn mà cái gì hằng số hấp dẫn chia cho độ cao mà cái h ở dưới mẫu, mà khi mà h càng nhỏ thì lực kia càng lớn tức tỉ lệ nghịch.
Đoạn 2
SV: Em chọn đáp án B, vật rơi nhanh vì lực hút của Trái Đất tác dụng lên vật càng mạnh lên rõ rệt tức càng gần mặt đất thì lực hút càng tăng mạnh rõ rệt.
Người phỏng vấn: Em hiểu như thế nào khi người ta nói là lực hút của Trái Đất càng mạnh lên rõ rệt?
SV: Em hiểu tức là càng gần mặt đất, chạm mặt đất thì lực hút tăng lên rất nhiều.
Người phỏng vấn: Nguyên nhân làm cho vật chuyển động nhanh dần?
SV: Do lực hút của Trái Đất tác dụng lên nó tăng dần
Người phỏng vấn: Nguyên nhân để cho một vật càng ngày chuyển động nhanh là do lực tác động lên nó càng ngày càng lớn?
SV: Dạ, là do trọng lực nó ..., cái trọng lực nó lớn hơn sức cản của không khí.
Người phỏng vấn: Còn nếu như vật chịu tác dụng của một lực không đổi thì tính chất chuyển động của vật là gì?
SV: Nó sẽ chuyển động đều.
Những SV chọn đáp án C đúng vì biết rằng lực hút có thay đổi nhưng không đáng kể do vật rơi từ độ cao rất ngắn so với bán kính của Trái Đất.
Những SV chọn đáp án A thì nói rằng dựa trên trí nhớ về kiến thức đã học, ban đầu ngay khi viên đá rơi thì nó rơi với tốc độ tăng, nhưng sau đó lại đạt tới một giới hạn nào đó rồi chuyển động với tốc độ không đổi nhưng họ không biết giải thích vì sao.
không đoán là lúc nào thì vật rơi đạt được vận tốc tối đa nhưng sau khi đạt vận tốc tối đa đó thì nó sẽ không đổi, tức là nó không vượt quá giới hạn đó.
Người phỏng vấn: Nguyên nhân nào làm vật đạt được vận tốc tối đa?
SV: Do lực hút của trái đất.
Người phỏng vấn: Vì sao lực hút của trái đất làm cho vật chuyển động tăng tốc đến giá trị tối đa?
SV: Em chỉ nhớ là sau khi đạt tốc độ tối đa thì nó sẽ chuyển động với tốc độ không đổi nữa nên em chọn đáp án A.
SV chọn đáp án E vì cho rằng viên đá rơi trong không khí nên chịu tác dụng lực của không khí lên nó. SV đều cho rằng lực của không khí cản trở chuyển động nhưng ở bài toán này nói lực của không khí nén viên đá xuống, dẫn đến có sự phân vân nhưng vẫn chọn đáp án có lực của không khí vì đề bài chưa cho dữ kiện bỏ qua lực cản của không khí.
SV: Em chọn đáp án E vì em nhớ là hồi đó em có học khi mà một vật rơi có những hợp lực, tất nhiên là có trọng lực và lực cản của không khí.
Người phỏng vấn: Lực cản là lực gì?
SV: Lực cản đẩy nó lên.
Người phỏng vấn: Vậy lực ép?
SV: Em không biết nữa.
Người phỏng vấn: Vậy lựa chọn của em?
SV: Em vẫn chọn đáp án E vì không thể bỏ qua lực của không khí, còn lực cản hay lực ép thì em không biết nữa. Có thể có lực ép mà em không biết.
Trong câu hỏi này, hầu hết SV đều nhớ đến những bài toán phổ thông - vật được thả rơi không vận tốc đầu từ trên cao xuống được xem là rơi tự do - nên SV đều cho rằng viên đá trong bài toán này rơi tự do. Song, để hiểu được tính chất chuyển động của quá trình rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều, nguyên nhân là lực hút của Trái Đất tác dụng lên viên đá là gần như không đổi là vấn đề khó khăn ở
SV. Hầu hết họ đều mắc sai lầm khi cho rằng lực tác dụng lên vật phải tăng thì vật mới chuyển động nhanh dần.
Ống có dạng cung tròn gắn trên mặt bàn nằm ngang không ma sát, bỏ qua lực cản của không khí, viên bi được bắn với tốc độ cao tại P, tức là viên bi được
Câu 5: Hình vẽ bên mô tả một ống có dạng cung tròn tại tâm O, được gắn chặt
vào mặt bàn ngang không ma sát. Trong hình là bạn đang nhìn thẳng từ trên xuống mặt bàn. Bỏ qua lực cản của không khí. Một viên bi được bắn với tốc độ cao vào ống tại điểm P và thoát ra khỏi ống ở điểm R.
Xét các lực phân biệt sau đây: I. Trọng lực hướng xuống
II.Lực gây ra bởi đường ống hướng từ Q đến O III. Lực theo hướng chuyển động
IV. Lực hướng từ O đến Q
Trong số các lực trên đây thì lực nào tác dụng vào viên bi khi nó chuyển động qua điểm Q trong đường ống không ma sát này?
A. Chỉ có I B. I và II C. I và III D. I, II, và III E. I, III, và IV
cung cấp một vận tốc ban đầu sau đó chuyển động đều trong ống dạng cung tròn. Viên bi chuyển động trong ống có vận tốc tiếp tuyến với quỹ đạo nên nó có xu hướng đè lên thành ngoài, vì vậy thành ngoài tác dụng lên viên bi một lực vuông góc với điểm tiếp xúc và hướng vào tâm. Ngoài ra, viên bi còn chịu tác dụng của trọng lực.
Câu trả lời của SV
Trong câu này, số SV chọn đáp án D chiếm tỉ lệ 50.00%, đáp án B chiếm tỉ lệ 20.83%, đáp án C chiếm tỉ lệ 16.67%, đáp án E chiếm tỉ lệ 8.33%, đáp án A chiếm tỉ lệ 4.16%.
Đa số SV chọn đáp án D vì thấy rằng những lực ở đáp án D đều phải có: + Thứ nhất, trọng lực thì luôn có do vật có khối lượng.
+ Thứ hai, lực gây ra bởi đường ống hướng từ Q đến O. Khi đọc đến đáp án “lực gây ra bởi đường ống hướng từ Q đến O”, hầu hết SV đều nghĩ tới chiều của lực này hướng vào tâm nên cho rằng đây là lực hướng tâm. SV chưa giải thích được nguyên nhân tồn tại của lực này và SV chưa hiểu đúng về lực hướng tâm (lực hướng tâm không phải là một loại lực gì khác tác dụng lên vật mà nó là lực tổng hợp).
Người phỏng vấn: Em hiểu gì về lực gây ra bởi đường ống hướng từ Q đến O?