tao cho hoc sinh• •
Trong quá trình xây dựng kiến thức mới người GV nên đưa ra những khía cạnh có thể vận dụng sáng tạo cho HS bằng cách đặt ra những câu hỏi, bài tập theo đặc điểm sau:
- Từ những đặc điểm của lực đang học có thể suy ra những đặc điểm của lực cùng loại.
- Từ những hiện tượng vật lí đang biết liên hệ với các hiện tượng tự nhiên trong đòi sống.
- Vận dụng những kiến thức đang học để giải thích những hiện tượng liên quan trong đòi sống hàng ngày.
- Từ những đặc điểm, hiện tượng của lực được học dự đoán ứng dụng của của lực đó trong thực tế
- Kết hợp các thao tác tư duy để lựa chọn ra phương án trả lòi tối ưu nhất. - Các câu hỏi và bài tập ẩn ý cho HS phát hiện ra ẩn ý.
2.2.1.1. Hình thành kiến thức mới để phát triển quá trình sáng tạo lọi
Hình thành kiến thức mói HS phải thu được những tính chất, quy tắc, định luật mới của sự vật, hiện tượng mà họ chưa biết. Cái chưa biết có thể không tìm được bằng lập luận logic, tính toán mà phải tìm ở chính thiên nhiên. Tuy vậy, những điều quan sát được trong thiên nhiên nhiều khi không trả lòi trực tiếp cho câu hỏi của người nghiên cứu, mà phải thực hiện một chuồi lập luận trung gian.
Ví dụ: Khi nhìn quả táo rụng từ trên cây xuống và Mặt Trăng thì chuyển động tròn quanh Trái Đất chứ không rơi, nhà bác học Niutơn đã nêu lên ý tưởng: Lực gây ra gia tốc rơi tự do cho quả táo và lực gây ra gia tốc hướng tâm của Mặt Trăng có cùng một bản chất, đó là lực hút của Trái Đất. Lực hút của Trái Đất lên các vật gần mặt đất như quả táo, hòn đá.. .thì tỉ lệ thuận vói khối lượng của các vật đó. Vậy lực hút của Trái Đất lên Mặt Trăng tỉ lệ với tích khối lượng của chúng. Lực hút còn phụ thuộc gì nữa? Một giả thuyết đưa ra rất tự nhiên là nếu khoảng cách giữa hai vật càng tăng thì lực càng giảm. Nhưng giảm theo quy luật nào? Vào thời Niuton người ta đã biết rằng khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái Đất vào khoảng bằng 60 lần bán kính Trái Đất, và gia tốc hướng tâm của Mặt Trăng xấp xỉ 1/ 3600 của gia tốc rơi tự do ở Trái Đất. Như vậy, gia tốc này tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Với những nhận xét về lực hấp dẫn. Niuton đã thử vận dụng cho chuyển động của các hành tinh quanh Mặt trời, thì thấy hoàn toàn phù hợp vói các quan sát thực tế của Kê-ple. Trên cơ sở đó, Niuton lại khái quát hóa một lần nữa. Ông cho rằng mọi vật trong vũ trụ tác dụng lực hấp dẫn lên nhau. Từ đó ông phát biểu định luật vạn vật hấp dẫn.
Trong khi nghiên cứu những tính chất, mối quan hệ mói của các sự vật hiện tượng cần phải áp dụng các phương pháp nhận thức khoa học, phương pháp nghiên cứu vật lí. Nhưng dù áp dụng phương pháp nào, trong quá trình nghiên cứu của HS đều chứa đụng hai hoạt động sau:
- Dùng suy luận logic hay biến đổi toán học để đi từ những tính chất, những đặc điểm, quan hệ bên trong đã biết của sự vật hiện tượng đến những biểu hiện bên ngoài có thể quan sát, đo lường được trong thiên nhiên. Loại này giống như dự đoán hiện tượng như vận dụng kiến thức (trong đó, những suy luận chủ yếu thuộc loại diễn dịch). Hoặc ngược lại, từ những điều quan sát được suy ra những tính chất, đặc điểm, mối
quan hệ bên trong của sự vật, hiện tượng (chủ yếu suy luận loại quy nạp).
- Quan sát, đo lường để thu thập tài liệu tìm lòi giải đáp ở thiên nhiên. Muốn vậy phải có kiến thức về các phép đo cơ bản và kĩ năng thực hiện chúng ở mức độ cần thiết, biết phân biệt những yếu tố chính, phụ của hiện tượng nghiên cứu. Từ những điều quan sát, người giải quyết thấy được mối quan hệ nhân quả giữa hiện tượng và bản chất của nó, nghĩa là phải dung phép quy nạp khoa học.
Để chỉ ra các biện pháp bồi dưỡng tư duy sáng tạo khoa học cho HS trong việc tổ chức bài học vật lí, chu kì sáng tạo vật lí gồm các giai đoạn chủ yếu: Sự kiện mở đầu, mô hình giả thuyết, các hệ quả suy diễn từ mô hình, thực nghiệm.
Việc hình thành kiến thức mới là HS lĩnh hội được kinh nghiệm mà xã hội đã biết được những vấn đề mà các nhà khoa học đã giải quyết. Bản chất của việc hình thành kiến thức mói là trong mồi trường hợp phải tạo ra tình huống bắt buộc HS độc lập tìm cách giải quyết. Những tình huống như vậy không tự nhiên mà đến. Việc xây dựng chúng là kết quả nghệ thuật sư phạm của GV, ở chồ đề ra một hệ thống câu hỏi làm cho HS:
- Thực sự có một vướng mắc nào đó về lí luận hay thực tiễn
- Hiểu rõ được vấn đề chủ yếu do GV nêu ra hay diễn giải được vấn đề ấy - Mong muốn giải quyết vấn đề đó
- Có khả năng giải quyết được
Tiếp theo là tạo ra tình huống gọi vấn đề của cả lớp. Thông thường, vấn đề phức tạp cần giải quyết được GV chia thành những vấn đề nhỏ, vấn đề chủ yếu mới được giải quyết.
Giai đoạn cuối cùng là HS tự khái quát hóa các kết quả tò việc giải quyết các vấn đề nhỏ để rút ra kết luận, GV chỉnh lí, bổ sung và chỉ ra kiến thức mới
cần lĩnh hội.
Như vậy, ở mức độ nhất định quá trình giải quyết vấn đề tìm ra kiến thức mói của HS giống như quá trình nghiên cứu của nhà khoa học cơ bản, HS không còn là cái “bình” để nhồi nhét kiến thức vào mà nổi lên như là “người nghiên cứu” tự lực tìm cách giải quyết các vấn đề học tập xuất hiện từ những tình huống gợi vấn đề. GV đóng vai trò làm sáng tỏ tình huống ấy, tổ chức hoạt động tự lực giải quyết vấn đề của HS bằng cách đề ra hệ thống câu hỏi giúp rút ra kiến thức mói cần chiếm lĩnh.
2.2.1.2. ửng dụng kiến thức mới vào thực tiễn để xuất hiện ý tưởng sáng tạo của học sinh
Hiện nay ở trường phổ thông đa số GV chỉ giảng dạy những kiến thức đã có theo trình tự SGK, hầu như ít chú ý đến nguồn gốc phát sinh hay nhu cầu thực tế thế nào để có được kiến thức hoặc những ứng dụng của các kiến thức đã học, tầm quan trọng của các kiến thức đó đối với đòi sống.. .Như thế phần lớn HS dễ có khuynh hướng chán nản, không thích học vật lí, cho rằng kiến thức quá khó vói bản thân, học mà không được ứng dụng thực tế. HS cho rằng: “chúng em rất muốn học vật lí liên quan đến hiện tượng diễn ra xung quanh mình, cũng như ứng dụng của kiến thức mà chúng em đã học”. Trước hết, việc dạy học của GV phải hướng tói việc dạy học như thế nào để học sinh vận dụng kiến thức mới vào thực tiễn cuộc sống cũng như bước đầu có thể ứng dụng kiến thức để giải thích được các hiện tượng vật lí diễn ra xung quanh mình, từ đó thấy được lọi ích của việc học tập, HS hiểu được vấn đề đồng thời phát huy được tính sáng tạo của mình khi lĩnh hội kiến thức.
Ví dụ: Khi dạy bài: “Lực hấp dẫn. Định luật vạn vật hấp dẫn” GV đặt ra câu hỏi gắn vói thực tiễn ngay khi mở đầu: Tại sao Mặt Trăng luôn quay xung quanh Trái Đất? Và các hành tinh (trong đó có cả Trái Đất) quay quanh Mặt Tròi theo những quỹ đạo xác định? Ngay từ đầu GV đã làm cho HS hứng thú
với bài học tạo ra sự tò mò và thắc mắc muốn giải quyết ngay vấn đề đó.
ứng dụng kiến thức mói vào thực tiễn giúp cho người học thực hiện một số nhiệm vụ phức hợp có sử dụng phối hợp kiến thức kỹ năng thuộc một số lãnh vực khoa học khác nhau, có kết hợp thực tiễn, thực hành. Trong quá trình học tập người học được trang bị kỹ năng, kỹ xảo để xử lí các vấn đề thực tiễn đặt ra dựa trên vốn kiến thức mói cùng với kinh nghiệm đã có để xuất hiện ý tưởng sáng tạo cũng như giải quyết các vấn đề của cuộc sống hiện tại.
Chính vì vậy, hơn bao giờ hết việc ứng dụng kiến thức mói vào các vấn đề thực tiễn, giải quyết thực tiễn cuộc sống để cho HS cảm thấy yêu thích, có động cơ đúng đắn và ý tưởng sáng tạo trong quá trình học tập.
2.2.1.З. Củng cố kiến thức thông qua việc giải bài tập tạo ra khả năng sử dụng các bài tập sáng tạo
Việc bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho HS không chỉ xây dụng kiến thức mới mà còn được phát huy hơn nữa ở củng cố kiến thức của bài học. GV nên đưa ra những câu hỏi, bài tập phát huy tư duy tưởng tượng - liên tưởng, óc phán đoán, khả năng sáng tạo của HS theo một số hướng sau:
- Câu hỏi và bài tập có nhiều cách giải, HS phát hiện ra cách giải ngắn nhất để có thể trả lời ngay được câu hỏi.
- Câu hỏi và bài tập trong đó có những cách làm mà HS chưa gặp bao giờ vì vậy đòi hỏi HS phải suy luận, phải tư duy sáng tạo.
- Câu hỏi và bài tập yêu cầu nêu các cách giải.
- Câu hỏi và bài tập có nhiều ẩn ý để gây sự nhầm lẫn nếu không nắm vững kiến thức.
2.2.2. Tổng quan về đề tài “Các lực cơ học”
Chương “Động lực học chất điểm” là chương thứ hai trong chương trình vật lí 10 THPT. Đây là chương có vai trò rất quan trọng, góp phần làm sáng tỏ những kiến thức mà chương thứ nhất chưa giải quyết được, đó là nguyên nhân
của chuyển động, đồng thòi kiến thức của chương được ứng dụng nhiều trong đòi sống hằng ngày và là cơ sở quan trọng để nghiên cứu các chương sau.
Ở chương này, HS đã nghiên cứu các khái niệm về lực, khối lượng và ba định luật Newton. Các định luật Newton không đề cập đến bản chất của từng dạng tương tác nhưng lại là cơ sở quan trọng để nghiên cứu và rút ra những định luật riêng về các loại lực trong tự nhiên. Trong chương này, HS sẽ nghiên cứu về ba loại lực cơ học: Lực hấp dẫn (mà trọng lực là trường hợp riêng), lực đàn hồi và lực ma sát.
2.2.2.1. Lực hấp dẫn
Từ rất lâu người ta cho rằng Trái Đất là nơi duy nhất có lực hút mọi vật thể trên đó về phía mình. Đến thế kỷ 17, từ những quan sát thiên văn, Newton liên hệ sự rơi tự do của các vật trên mặt đất với chuyển động của Mặt trăng xung quanh Trái Đất và cho rằng chính do có lực hút của Trái Đất lên Mặt trăng đã làm cho Mặt trăng quay xung quanh Trái Đất. Từ lập luận đó, Newton tiến tói giải thích sự chuyển động của các hành tinh trong hệ Mặt trời. Dựa vào những số liệu quan sát thiên văn mà đặc biệt là sự chuyển động của Mặt trăng xung quanh Trái Đất, so sánh gia tốc hướng tâm của Mặt trăng và gia tốc rơi tự do của các vật ở gần mặt đất và theo cách lập luận của mình Newton cho rằng lực hấp dẫn là một loại lực phổ biến trong toàn vũ trụ. Mọi khối lượng đều là nguồn lực hấp dẫn. Khối lượng càng lớn thì lực hấp dẫn càng lớn và càng xa tâm hấp dẫn thì lực này càng nhỏ. Từ đó Newton khái quát hóa và nêu lên thành định luật vạn vật hấp dẫn:
m,m2 n Nm2
F = trong đó G = 6, 67.1 0 11 -TjT
r kg
Định luật vạn vật hấp dẫn đã đề ra một giả thuyết thực nghiệm: nếu có những lực kế rất nhạy thì ta có thể tạo ra được thí nghiệm đo trực tiếp lực hấp dẫn giữa những vật thông thường, miễn là những vật này có khối lượng đủ
lớn. Cavendish là người đầu tiên dựng được thí nghiệm khá tinh vi để đo trực tiếp lực hấp dẫn và hằng số hấp dẫn. Đó là một thí nghiệm lịch sử không chỉ để kiểm chứng giả thuyết về sự tồn tại lực hấp dẫn giữa các vật bình thường mà còn tìm ra được hằng số hấp dẫn mà ngày nay chúng ta ai cũng biết.
Trọng lực chỉ là một trường hợp riêng của lực hấp dẫn, đó là lực hút của Trái Đất lên các vật đặt gần mặt đất. Sự kiện đo gia tốc rơi tự do là cơ sở thực nghiệm để xác định những đặc điểm của trọng lực. Những tính chất quan trọng của trọng lực là đặt vào vật, hướng thẳng đứng xuống dưới, phụ thuộc vào độ cao và vĩ độ địa lí.
2.22.2. Lưc đàn hồi
Lực đàn hồi xuất hiện khi có sự biến dạng của vật thể và có hướng ngược với hướng có xu hướng dịch chuyển tương đối của các phần tử vật chất khi xảy ra sự biến dạng. Chính các định luật Newton làm nảy sinh ra giả thuyết nghiên cứu thực nghiệm về lực đàn hồi và đề ra phương pháp tiến hành những thí nghiệm cụ thể. Lọi dụng đặc điểm của trọng lực đã biết, người ta cho tác dụng vào lò xo những lực gấp đôi, gấp ba... Sự cân bằng lực là cơ sở để xác định độ lớn của lực đàn hồi thông qua lực cân bằng với nó là trọng lực. Định luật Hooker là một định luật thực nghiệm cho thấy:
- Biểu thức của lực đàn hồi rất đơn giản: F = - k.Al
- Độ lớn của lực đàn hồi chỉ phụ thuộc vào độ biến dạng Al. Định luật Hooker là cơ sở để tạo ra lực kế.
2.2.23. Lưc ma sát
Các lực ma sát thường được chia làm hai loại: ngoại ma sát và nội ma sát. Lực ngoại ma sát xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc giữa hai vật thể. Nội ma sát là lực tương tác theo phương tiếp tuyến giữa các lớp của cùng một chất khi có xu hướng chuyển động đối với nhau. Trong chương trình vật lí phổ thông,
người ta thường chỉ đề cập đến cái gọi là ma sát khỏ (ma sát nghỉ, ma sát trượt, ma sát lăn).
*Ma sát nghỉ
Ma sát nghỉ xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc của hai vật rắn khi hai vật rắn đó có xu hướng chuyển động đối vói nhau.
Độ lớn của ma sát nghỉ nhận giá trị từ 0 đến JU0N, trong đó //0 là hệ số ma sát nghỉ phụ thuộc vào bản chất vật lý của các chất và độ nhám của các bề mặt tiếp xúc, N là lực nén vuông góc vói bề mặt tiếp xúc.
*Ma sát trượt
Ma sát trượt xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc của hai vật rắn khi chúng chuyển động “trượt” lên nhau. Khi các vật chuyển động vói vận tốc nhỏ, độ lớn của lực ma sát nghỉ là F = juN, trong đó JU là hệ số ma sát trượt (thường thì hệ số ma sát nghỉ //0 lớn hơn hệ số ma sát trượt ụ đến 25%), N là lực nén vuông góc với bề mặt tiếp xúc. Tuy nhiên, Culon và Amonton đã chỉ ra bằng thực nghiệm rằng độ lớn của lực ma sát trượt còn phụ thuộc vào vận tốc tương đối của chuyển động.
*Ma sát ỉãn
Ma sát lăn xuất hiện khi có sự lăn của vật này lên bề mặt của một vật khác, có độ lớn tỉ lệ với hệ số ma sát lăn //,, tỉ lệ với lực nén vuông góc và tỉ lệ nghịch với bán kính của lực lăn. có thứ nguyên độ dài.
2.2.3. Cách tiếp cận và trình bày kiến thức “Các lực cơ học”
Ở THCS, HS đã biết lực đặc trưng cho sự tác dụng vật này lên vật khác, lực được đo bằng lực kế. Học sinh cũng biết lực là một đại lượng véc tơ, biết cách biểu diễn véc tơ lực.
v ề khối lượng, học sinh cũng đã biết đó là một đại lượng liên quan đến lượng chất tạo thành vật, biết cách dùng cân để đo khối lượng.
Sách giáo khoa ở THPT kế thừa kiến thức đó và thể hiện mối liên hệ giữa lực và các đại lượng vật lí khác.
Cụ thể: