7. Đóng góp của đề tài
2.1. Mục tiêu của chương trình vật lý THPT [5]
Đạt được một hệ thống kiến thức vật lý phổ thông, cơ bản và phù hợp với những quan điểm hiện đại, bao gồm:
• Các khái niệm về các sự vật, hiện tượng và quá trình vật lý thường gặp trong đời sống và sản xuất.
• Các đại lượng, các định luật và nguyên lý vật lý cơ bản.
• Những nội dung chính của một số thuyết vật lý quan trọng nhất. • Những ứng dụng phổ biến của vật lý trong đời sống và trong sản xuất.
• Các phương pháp chung của nhận thức khoa học và những phương pháp đặc thù của vật lý, trước hết là PPTN và phương pháp mô hình.
2.1.2. Về kỹ năng
• Biết cách quan sát các hiện tượng và các quá trình vật lý trong tự nhiên, trong đời sống hàng ngày hoặc trong các thí nghiệm; biết điều tra, sưu tầm, tra cứu tài liệu từ các nguồn khác nhau để thu thập các thông tin cần thiết cho việc học tập môn vật lý.
• Sử dụng được các dụng cụ đo phổ biến của vật lý, có kỹ năng lắp ráp và tiến hành các thí nghiệm vật lý đơn giản.
• Biết phân tích, tổng hợp và xử lý các thông tin thu được để rút ra kết luận, đề ra các dự đoán đơn giản về các mối quan hệ hay về bản chất của các hiện tượng hoặc quá trình vật lý, cũng như đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán đã đề ra.
• Vận dụng được kiến thức để mô tả và giải thích các hiện tượng và quá trình vật lý, giải các bài tập vật lý và giải quyết các vấn đề đơn giản trong đời sống và sản xuất ở mức độ phổ thông.
• Sử dụng được các thuật ngữ vật lý, các biểu, bảng, đồ thị để trình bày rõ ràng, chính xác những hiểu biết, cũng như những kết quả thu được qua thu thập và xử lý thông tin.
2.1.3. Về thái độ
• Có hứng thú học vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học; trân trọng đối với những đóng góp của vật lý học cho sự tiến bộ của xã hội và đối với công lao của các nhà khoa học.
• Có thái độ khách quan, trung thực; có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và có tinh thần hợp tác trong việc học tập môn vật lý, cũng như trong việc áp dụng các hiểu biết đã đạt được.
• Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lý vào đời sống nhằm cải thiện điều kiện sống, học tập cũng như để bảo vệ và giữ gìn môi trường tự nhiên.
2.1.4. Mục tiêu chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11 a. Về kiến thức a. Về kiến thức
Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ.
Viết được công thức tính từ thông qua một diện tích và nêu được đơn vị đo từ thông. Nêu được các cách làm biến đổi từ thông.
Phát biểu được định luật Faraday về cảm ứng điện từ, định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng và viết được hệ thức: ec
t
∆Φ = −
∆ .
Nêu được hiện tượng tự cảm là gì.
Nêu được độ tự cảm là gì và đơn vị đo độ tự cảm.
Nêu được từ trường trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua và mọi từ trường đều mang năng lượng.
b. Về kỹ năng
Làm được thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ.
Tính được suất điện động cảm ứng trong trường hợp từ thông qua một mạch kín biến đổi đều theo thời gian.
Xác định được chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Lenz.
Tính được suất điện động tự cảm trong ống dây khi dòng điện chạy qua nó có cường độ biến đổi đều theo thời gian.
2.2. Thực tiễn dạy học chương “Cảm ứng điện từ” ở một số trường THPT thuộc tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu.
2.2.1. Mục đích điều tra
Một trong những căn cứ để soạn thảo tiến trình dạy học nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS khi dạy học theo PPTN là tìm hiểu thực tế dạy và học của GV và HS. Sau khi xử lý các phiếu điều tra, chúng tôi đã thu được một số thông tin sau:
• Những hiểu biết chung của GV về PPTN.
• Tình hình dạy học chương “Cảm ứng điện từ” ở các trường THPT.
• Những kỹ năng và thái độ của HS khi học tập vật lý với những phương pháp thông thường.
• Những khó khăn chủ yếu và những sai lầm mà HS hay gặp trong quá trình học chương “Cảm ứng điện từ”.
2.2.2. Phương pháp điều tra
Để thu được những thông tin trên chúng tôi đã tiến hành các công việc sau:
+ Điều tra GV: Dùng phiếu điều tra [Phụ lục 2.1], trao đổi trực tiếp, dự giờ, tham khảo giáo án.
2.2.3. Kết quả điều tra
Chúng tôi đã tiến hành điều tra 38 GV và 600 HS ở 3 trường THPT: trường THPT Ngô Quyền, trường THPT Nguyễn Trãi, trường THPT Nguyễn Du thuộc huyện Châu Đức và trường THPT Dương Bạch Mai, trường THPT Võ Thị Sáu thuộc huyện Đất Đỏ, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. Qua điều tra chúng tôi thu được một số kết quả sau:
+ Về hiểu biết chung của GV về PPTN: hầu hết các GV được khảo sát đều có biết hoặc có nghe về phương pháp này nhưng một số GV vẫn cho rằng PPTN chỉ đơn thuần là sử dụng thí nghiệm trong dạy học nên việc vận dụng phương pháp này trong giảng dạy là hầu như không có.
+ Về tình hình dạy học chương “Cảm ứng điện từ”:
• Phương pháp giảng dạy của GV chủ yếu là diễn đạt bằng lời: mô tả, giải thích hiện tượng, nhấn mạnh cho HS những kiến thức cơ bản và nội dung quan trọng, cuối cùng là yêu cầu HS áp dụng công thức làm bài tập.
• Nhiều GV muốn phát huy tính tích cực họat động của HS bằng việc đặt ra các câu hỏi cho HS suy nghĩ trả lời nhưng hầu hết các câu hỏi chỉ là kiểm tra kiến thức cũ của HS mà chưa có tác dụng kích thích hứng thú học tập của HS.
• Việc tổ chức cho các em tự lực chiếm lĩnh kiến thức chưa được các GV quan tâm. Lý do được đưa ra là do chất lượng HS còn thấp, chuẩn bị cho một tiết học như vậy tốn khá nhiều thời gian và các thí nghiệm sẵn có ở trường không đáp ứng được yêu cầu đó, đặc biệt là các thiết bị thí nghiệm về cảm ứng điện từ khá nặng nề và phức tạp.
+ Về các kỹ năng liên quan đến PPTN: các em thật sự thấy lúng túng trong việc trả lời những câu hỏi liên quan đến kỹ năng của PPTN như: đo đạc, đọc số liệu, tính toán sai số…
+ Về thái độ học tập của HS: Đa số HS của lớp còn thụ động, chưa tích cực suy nghĩ mà chỉ ngồi nghe giảng, ghi chép và học thuộc. Khi được hỏi thì các em chỉ coi Vật lý là một môn học bình thường mà chưa có sự yêu thích, hứng thú với môn học. Khi được GV yêu cầu trả lời cho những vấn đề GV đặt ra thì các em rất thiếu tự tin và khả năng trình bày ý kiến của bản thân mình rất kém.
2.2.4. Những biện pháp khắc phục những khó khăn của HS thông qua việc tổ chức cho HS hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN cho HS hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN
Bằng việc cho HS được trực tiếp tham gia xây dựng các kiến thức trong chương “Cảm ứng điện từ” theo con đường nghiên cứu của các nhà khoa học, trong đó HS sẽ tự lực giải quyết một vấn đề và qua đó hình thành kiến thức cho mình, người GV chỉ mang tính chất định hướng. Chúng tôi muốn hạn chế tối đa việc thông báo kiến thức.
Để cho HS có kỹ năng làm thí nghiệm, kỹ năng xử lý các số liệu, trong các bài soạn, chúng tôi đều có các thí nghiệm mà HS được trực tiếp thực hiện.
Và để tăng khả năng vận dụng những kiến thức đã học, chúng tôi có đưa vào các bài tập thí nghiệm vật lí – là một dạng bài tập đòi hỏi phải có sự vận dụng sáng tạo.
Về phía GV:
Để khắc phục những khó khăn mà GV gặp phải khi tiến hành các thí nghiệm về cảm ứng điện từ, chúng tôi có đưa thêm vào phương án thí nghiệm mới, đơn giản hơn mà vẫn quan sát hiện tượng xảy ra dễ dàng hơn và có độ chính xác cao hơn.
Trong luận văn này, chúng tôi sẽ giới thiệu các tiến trình dạy học cụ thể theo PPTN nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS.
2.3. Phân tích nội dung chương cảm ứng điện từ vật lý lớp 11 2.3.1. Cấu trúc nội dung 2.3.1. Cấu trúc nội dung
CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Từ thông. Cảm ứng điện từ Khái niệm từ thông Hiện tượng cảm ứng điện từ
Định luật Lenz về chiều của dòng điện cảm ứng Dòng điện Foucault Suất điện động cảm ứng Suất điện động cảm ứng Định luật Faraday Tự cảm Độ tự cảm Hiện tượng tự cảm Suất điện động tự cảm Năng lượng từ trường
2.3.2. Lôgic phát triển nội dung
Hiện tượng cảm ứng điện từ
Khái niệm từ thông
Ứng dụng
Chiều của dòng điện cảm ứng
Định luật Lenz
Quy tắc bàn tay phải
Suất điện động cảm ứng
Năng lượng từ trường
Định luật Faraday Dòng điện Foucault Hiện tượng tự cảm Định nghĩa Ứng dụng Định nghĩa Hệ số tự cảm Sự biến thiên từ thông Suất điện động tự cảm
2.3.3. Phân tích nội dung và những khó khăn khi dạy học chương cảm ứng điện từ
Chương “Cảm ứng điện từ” là chương cuối cùng của phần kiến thức về điện học lớp 11. Trong chương này, hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng đặc biệt, quan trọng cả về mặt khoa học cũng như về mặt kỹ thuật và những ứng dụng trong đời sống như máy phát điện một chiều, máy phát điện xoay chiều, máy biến thế,… Việc nghiên cứu và giảng dạy hiện tượng này cần phải thật kĩ, sâu sắc để HS không những tìm hiểu hiện tượng đó mà còn tích lũy kiến thức, đảm bảo cho việc nắm vững chắc và sâu sắc những ứng dụng kỹ thuật của hiện tượng này. SGK hiện hành chỉ giới hạn khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ trong phạm vi lý thuyết, phần ứng dụng chỉ nói đến dòng điện Foucault và hiện tượng tự cảm. Qua điều tra kết quả học tập cho thấy cả GV và HS đều gặp những khó khăn và hạn chế nhất định nên kết quả học tập phần kiến thức này chưa cao. Sau đây chúng tôi sẽ phân tích kỹ những khó khăn này ở mỗi đơn vị kiến thức cụ thể.
a. Khái niệm từ thông
Trước hết, SGK Vật lý lớp 11 trình bày về khái niệm từ thông vì trong SGK, hiện tượng cảm ứng điện từ được định nghĩa qua khái niệm từ thông. Vì vậy, khái niệm từ thông được SGK trình bày trước như một khái niệm cần thiết để nghiên cứu những hiện tượng sau này. “Từ thông gởi qua diện tích S: Φ=BScosα”. Sau khi định nghĩa từ thông, SGK chỉ nhấn mạnh từ thông là một đại lượng đại số, không giải thích gì thêm. Điều này làm cả GV và HS đều gặp khó khăn khi HS phải chấp nhận công thức và không biết ý nghĩa của đại lượng này.
Chúng ta cần bổ sung thêm ý nghĩa của đại lượng từ thông cũng như các cách làm biến đổi từ thông để HS hiểu rõ hơn kiến thức này và thuận lợi khi dạy các kiến thức về sau của chương.
b. Hiện tượng cảm ứng điện từ
Trước khi đi vào bài học, SGK có đưa ra vấn đề: “Dòng điện gây ra từ trường. Câu hỏi ngược lại: Trong điều kiện nào từ trường gây ra dòng điện?” Điều này kích thích suy nghĩ của HS. Sau đó, SGK lại đưa ra khái niệm từ thông trước, rồi quay lại trình bày thí nghiệm chứng tỏ từ trường biến thiên sinh ra dòng điện. Điều này làm cho HS không mạch lạc, liên tục trong suy nghĩ. Tuy nhiên, về sau SGK có đưa ra các thí nghiệm về sự dịch chuyển tương đối giữa nam châm và vòng dây rồi mới đưa ra kết luận: “Mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong (C) gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ” là hợp lý.
Trên thực tế, ở lớp 9, HS đã được học về cảm ứng điện từ rồi. HS đã biết khi số đường sức từ qua diện tích của cuộn dây dẫn kín biến thiên sẽ làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dân kín đó. Để giúp HS hiểu rõ vấn đề này hơn, GV nên tổ chức, hướng dẫn HS tiến hành các thí nghiệm thật và tham khảo video thí nghiệm thật tại lớp, đặc biệt là các thí nghiệm minh họa sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một mạch kín từ nam châm điện, từ dòng điện để HS thuận lợi hơn khi học về hiện tượng tự cảm. Khi đó, HS dễ dàng phát hiện ra hiện tượng tự cảm là trường hợp riêng của hiện tượng cảm ứng điện từ.
c. Định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng
SGK đưa ra nội dung định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng dựa trên việc phân tích các thí nghiệm hình 23.3a và 23.3b với quy ước chiều dương trên mạch kín (C) phù hợp với chiều của của đường sức từ của nam châm. SGK cũng giới thiệu các khái niệm từ trường cảm ứng, từ thông ban đầu. SGK phát biểu định luật Lenz như sau: “Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín”.
Đồng ý với quan điểm của SGK, ta có thể cho HS quan sát một lần nữa các thí nghiệm thật và xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong từng thí nghiệm mà các em đã làm khi khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ, đưa ra định luật Lenz. Cái quan trọng là phân tích từ “chống lại” để HS hiểu theo nghĩa rộng:
• Nếu từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện kín giảm thì trong thời gian đó xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch sao cho từ trường do nó sinh ra cùng chiều với từ trường sinh ra nó (từ trường ban đầu).
• Nếu từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện kín tăng thì trong thời gian đó xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch sao cho từ trường do nó sinh ra ngược chiều với từ trường sinh ra nó (từ trường ban đầu).
Khó khăn khi học phần này là sử dụng khái niệm từ thông để giải thích hiện tượng cảm ứng điện từ (khái niệm từ thông được đưa ra trước). Nếu không hiểu ý nghĩa của khái niệm từ thông thì HS không thể tiếp thu phần này. Như vậy, ta phải đưa thêm ý nghĩa khái niệm từ thông cho HS. Bên cạnh đó, các thí nghiệm xuất hiện hiện tượng cảm ứng điện từ tuy dễ làm nhưng cần có điện kế nhạy. Qua khảo sát thực tế ở trường phổ thông, kết quả cho thấy đa số GV đều dạy kiến thức này bằng hình thức thông báo là chủ yếu.
SGK có đưa ra trường hợp khi từ thông qua (C) biến thiên do một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên. Trên thực tế khi làm thí
nghiệm với các vòng dây trong bộ thí nghiệm lực từ ở phổ thông, HS không cảm nhận được tác động “chống lại” này vì từ trường của thanh nam châm không đủ mạnh.
d. Suất điện động cảm ứng
Sau khi khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ chủ yếu về mặt định tính, SGK tiếp tục khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ về mặt định lượng. Việc đi đến khái niệm suất điện động cảm ứng trong mạch điện kín là dựa vào suy luận, có dòng điện thì phải có suất điện động, suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng gọi là suất điện động cảm ứng. SGK nêu lên một số thao tác thí nghiệm (dịch chuyển nhanh hay chậm) để rút ra nhận xét: tốc độ biến thiên từ thông càng lớn thì dòng điện cảm ứng càng lớn và ngược lại. Sau đó, SGK thông