3.4.1. Diễn biến của quá trình thực nghiệm sư phạm
Diễn biến của quá trình dạy học kiến thức “Quá trình đẳng nhiệt.
3.4.1.1.
Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt”
GV thông báo cho HS những khái niệm về trạng thái của một lượng khí, quá trình biến đổi trạng thái, đẳng quá trình, và các thông số trạng thái của một lượng khí.
GV làm thí nghiệm quá trình đẳng nhiệt cho HS theo dõi, cho HS ghi lại số liệu thí nghiệm và tính tích pV và sai số qua các lần đo. GV hướng dẫn HS nhận xét về kết quả thu được. Từ đó GV rút ra kết luận, đưa ra định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt và biểu thức của nó.
GV cho HS làm ví dụ để áp dụng công thức mới học.
GV hướng dẫn HS vẽ đồ thị đường đẳng nhiệt trong các hệ tọa độ và chỉ ra cho HS những lưu ý khi vẽ đồ thị.
HS làm bài kiểm tra 15 phút.
Lớp TN (Tiến hành dạy học theo tiến trình dạy học đã soạn thảo ở chương 2) • GV hướng dẫn HS tìm hiểu một số khái niệm liên quan
HS đưa ra nhiều câu trả lời cho câu hỏi: Thế nào là một lượng khí (hay khối khí) xác định?
+ HS dựa vào SGK trả lời: khối khí xác định có áp suất, thể tích, nhiệt độ xác định
GV đưa ra câu hỏi: nếu 1 bình kín chứa khí mà được làm nóng sau đó được làm lạnh thì hai khối khí đó có giống nhau không? Từ đây HS nhận thấy tuy rằng nhiệt độ khí có thay đổi nhưng mà khối khí trong bình vẫn chỉ là một.
+ Khối lượng của khối khí không đổi GV khẳng định đây là ý kiến đúng và đưa ra định nghĩa khối khí xác định là khối khí có khối lượng (hoặc số mol khí hay số phân tử khí) xác định.
HS suy nghĩ làm thế nào để có một khối khí xác định (với gợi ý của GV: chất khí không có hình dạng và thể tích xác định, các phân tử khí luôn chuyển động không ngừng) một vài HS đưa ra ý kiến nhốt khí trong bình kín. Đây là ý kiến đúng.
GV không phải là người thông báo hay đưa ra định nghĩa ngay cho HS mà tự bản thân HS suy nghĩ tìm ra câu trả lời.
• Giai đoạn nêu và phát biểu vấn đề
HS suy nghĩ khi nhận được câu hỏi làm nảy sinh vấn đề của GV
Các nhóm HS làm thí nghiệm nén khí trong bơm tiêm (GV lưu ý cho HS khối khí trong xilanh coi như không đổi trong khi nén) và nhận thấy rằng càng nén pit- tông thì cảm giác lực đẩy lên tay càng tăng. Có vài ý kiến đưa ra về sự thay đổi của các thông số trạng thái:
+ Nhiệt độ khí trong xilanh có thể tăng do ma sát giữa pit-tông và xilanh GV lưu ý HS do quá trình nén pit-tông diễn ra chậm nên coi như nhiệt độ khí trong xilanh là không đổi.
+ Thể tích của khí trong xilanh giảm GV xác nhận ý kiến này là đúng.
+ Có hai ý kiến về sự thay đổi áp suất: một ý kiến cho rằng áp suất tăng và một ý kiến cho rằng áp suất giảm GV định hướng cho HS để rút ra một ý kiến đúng nhất. GV yêu cầu HS dựa vào thuyết động học phân tử chất khí để giải thích thí nghiệm này. Có một số HS đưa ra lời giải thích: khối khí xác định, nhiệt độ không đổi, thể tích khối khí giảm, nên mật độ các phân tử khí tăng, số va chạm giữa các phân tử khí và thành bình tăng nên áp suất tăng.
GV khẳng định lại kết quả của thí nghiệm nén bơm tiêm: nhiệt độ khí trong bơm tiêm không đổi, thể tích khí giảm, áp suất khí tăng, và ngược lại khi kéo giãn bơm tiêm, nhiệt độ khí không đổi, thể tích tăng, áp suất giảm.
HS nhận thấy được khi thể tích khí không đổi thì áp suất tỷ lệ nghịch với thể tích khí.
GV phát biểu lại vấn đề: Trong quá trình một biến đổi trạng thái của một khối khí, khi giữ nhiệt độ T của một khối khí không đổi, thì p có tăng tỷ lệ nghịch với V không?
HS làm thí nghiệm theo yêu cầu của GV và nhận ra được vấn đề, đưa ra các ý kiến, sử dụng kiến thức đã học ở bài trước để giải thích thí nghiệm, và
nhận ra được vấn đề. Nhưng vẫn có 1 số HS vẫn chưa tin tưởng hoàn toàn vấn đề này là đúng.
• Giai đoạn giải quyết vấn đề
Trước vấn đề đặt ra HS suy nghĩ và thảo luận với nhau: làm sao biết được p có tăng tỷ lệ với V hay không? Với sự gợi ý của GV: có biểu thức nào biểu thị mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa p và V không? HS đã thảo luận theo nhóm để đưa ra biểu thức 𝑝𝑉=ℎằ𝑐𝑛𝑐ố.
GV kết luận lại giả thuyết mà HS cần chứng minh: “Khi một khối khí thay đổi trạng thái, với T không đổi thì p tỷ lệ nghịch với V và pV = hằng số”
GV yêu cầu HS chứng minh giả thuyết này là đúng. GV đưa ra các câu hỏi gợi ý để HS cùng thảo luận để tìm ra phương án kiểm chứng giả thuyết và trình bày ý kiến theo nhóm.
Một số ý kiến đề xuất của HS phù hợp với phương án kiểm chứng mà GV dự định cho HS làm.
GV kết luận lại về phương án tiến hành thí nghiệm (các dụng cụ thí nghiệm, cách thức tiến hành thí nghiệm).
Các nhóm HS tiến hành làm thí nghiệm, thu thập dữ liệu và xử lý kết quả. GV lưu ý HS về sai số của phép đo.
HS tự mình thiết kế lại thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết đặt ra. Mặc dù là dựa trên các dụng cụ thí nghiệm có sẵn, nhưng việc thiết kế lại thí nghiệm giúp HS không còn thụ động trong học tập, mà còn giúp HS đưa ra được ý tưởng của bản thân.
• Giai đoạn kết luận vấn đề và vận dụng
GV và HS khẳng định lại sự đúng đắn của giả thuyết đã đặt ra. GV kết luận lại vấn đề: “Trong quá trình biến đổi trạng thái của một khối khí xác định, khi T= const thì p và V tỷ lệ nghịch với nhau pV = const”.
GV hướng dẫn HS vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa p và V trong các hệ trục tọa độ và lưu ý đặc điểm của đồ thị.
GV cho HS tìm ví dụ về quá trình đẳng nhiệt trong đời sống và cho HS coi các clip thí nghiệm và yêu cầu HS giải thích các clip thí nghiệm đó.
HS vận dụng được kiến thức vừa học để tìm các ví dụ ngay trong đời sống và trong tự nhiên, suy nghĩ và giải thích các thí nghiệm GV đưa ra.
HS làm bài kiểm tra 15 phút.
Nhận xét tiết dạy: Đây là tiết học đầu tiên mà HS được học theo phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề nên còn nhiều bỡ ngỡ. Tuy nhiên phần đông HS cũng tham gia vào quá trình giải quyết vấn đề một cách hứng thú. Có sự đổi mới trong cách học của HS, HS không còn làm theo hướng dẫn của GV mà chủ động đưa ra các ý kiến của mình trong việc giải quyết vấn đề.
Diễn biến của quá trình dạy học kiến thức “Quá trình đẳng tích.
3.4.1.2.
Định luật Sác-lơ”
Lớp ĐC (Tiến hành dạy chủ yếu theo phương pháp diễn giảng) GV cho HS đưa ra định nghĩa về quá trình đẳng tích.
GV làm thí nghiệm quá trình đẳng tích cho HS theo dõi, HS ghi lại số liệu thí nghiệm và tính toán. Từ đó GV rút ra kết luận về quá trình đẳng tích, đưa ra nội dung và biểu thức định luật Sác-lơ.
GV cho HS làm ví dụ vận dụng biểu thức của định luật Sác-lơ. GV hướng dẫn HS vẽ đường đẳng tích trong các hệ tọa độ. HS làm bài kiểm tra 15 phút.
Lớp TN
• Giai đoạn làm nảy sinh và phát biểu vấn đề
Các nhóm HS làm thí nghiệm làm nảy sinh vấn đề và nhận thấy là thể tích của khối khí không thay đổi, nhưng nhiệt độ khối khí lại thay đổi, nhưng vẫn chưa biết chính xác là áp suất khối khí thay đổi như thế nào. Một số HS dựa vào kinh nghiệm từ tiết học trước (vận dụng thuyết động học phân tử chất khí) đã đưa ra được nhận định là khi nhiệt độ khối khí tăng thì áp suất khối khí trong bình cũng tăng.
GV cùng HS phát biểu thành vấn đề: “Áp suất có tăng tỷ lệ thuận với nhiệt độ trong khi giữ thể tích của khối khí không đổi không? ”
Đa phần HS nhận ra vấn đề và nhanh chóng phát biểu thành vấn đề. • Giai đoạn giải quyết vấn đề
Hầu hết HS đều đưa ra được biểu thức liên hệ giữa T và p khi giữ V không đổi
𝑝
𝑇 =𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 hay 𝑇
𝑝 =𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐.
GV và HS rút ra giả thuyết: khi giữ thể tích của một khối khi không đổi trong quá trình biến đổi trạng thái thì p tỷ lệ thuận với T hay 𝑝𝑇 =𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
Các nhóm HS đề xuất phương án thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết vừa đặt ra. Hầu hết HS đều đưa ra được phương án hợp lý dựa trên các câu hỏi hướng dẫn của GV. Một số HS đưa ra ý kiến khác
+ Đun trực tiếp bình chứa khí.
+ Cắm trực tiếp nhiệt kế vào bình chứa khí để đo nhiệt độ khối khí trong bình. GV định hướng lại cho HS: nếu làm theo những ý kiến trên thì sẽ ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
HS làm việc nhóm hiệu quả hơn, thảo luận và nhanh chóng đưa ra được giả thuyết và phương án kiểm chứng giả thuyết hợp lý.
• Giai đoạn kết luận và vận dụng
HS tự nhận xét được kết quả thí nghiệm và rút ra kết luận.
GV tổng kết lại kiến thức về định luật Sác-lơ và cho HS vẽ đồ thị đường đẳng tích.
HS vận dụng kiến thức vừa học để trả lời các câu hỏi vận dụng của GV một cách hào hứng.
HS làm bài kiểm tra 15 phút.
Nhận xét tiết dạy:HS đã quen hơn với cách học theo phương pháp nêu và giải quyết vấn đề, nên chủ động hơn trong vệc phát hiện ra vấn đề, giải quyết vấn đề và vận dụng vấn đề. HS thảo luận nhóm tích cực hơn, làm thí nghiệm thành thạo hơn.
Diễn biến của quá trình dạy học kiến thức “Phương trình trạng
3.4.1.3.
thái của khí lý tưởng. Quá trình đẳng áp”
Lớp ĐC (Tiến hành chủ yếu theo phương pháp diễn giảng)
GV cho HS nhắc lại về quá trình đẳng nhiệt và quá trình đẳng tích (định nghĩa, biểu thức, đồ thị biểu diễn của từng quá trình).
GV phân biệt cho HS về khí thực và khí lý tưởng.
GV hướng dẫn cho HS thực hiện các phép biến đổi toán học để tìm ra phương trình trạng thái của khí lý tưởng.
Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng GV cho HS rút ra biểu thức của quá trình đẳng áp. GV cho HS phát biểu định nghĩa quá trình đẳng áp.
GV hướng dẫn HS vẽ đồ thị đường đẳng áp trong các hệ tọa độ. GV thông báo cho HS biết về “độ không tuyệt đối”.
HS làm bài kiểm tra 15 phút.
Lớp TN
• GV phân biệt cho HS sự khác biệt giữa khí thực và khí lý tưởng và cho HS nhắc lại những kiến thức đã học về quá trình đẳng nhiệt và quá trình đẳng tích.
• Giai đoạn làm nảy sinh vấn đề và phát biểu vấn đề:
GV đặt vấn đề, HS suy nghĩ và thảo luận. Hầu hết HS đưa ra ý kiến là có thể tìm được mối liên hệ tổng quát cho cả ba thông số trạng thái trong một quá trình biến đổi bất kỳ.
• Giai đoạn giải quyết vấn đề:
Với những gợi ý từ GV, HS thảo luận theo nhóm và đa số HS đều đưa ra được câu trả lời phù hợp.
GV chia lớp thành 2 nhóm để tiến hành các phép biến đổi toán học, nhằm tìm ra biểu thức tổng quát biểu thị mối quan hệ giữa các thông số trạng thái theo 2 quá trình biến đổi trạng thái khác nhau. Đại diện mỗi nhóm lên bảng ghi lại quá trình biến đổi toán học của nhóm mình. GV rút ra kết luận lại kết quả thu được về mối quan hệ giữa các thông số trạng thái theo hai cách, và thông báo đây là phương trình trạng thái của khí lý tưởng.
Đa số HS đều tích cực tìm ra phương trình trạng thái. Nhưng một số HS vẫn còn lúng túng khi thực hiện các phép biến đổi toán học và cần sự giúp đỡ của GV và bạn bè.
GV đưa ra hệ quả của phương trình trạng thái của khí lý tưởng: Nếu p1=p2 thì
𝑉
𝑇 =𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐. GV đặt câu hỏi: “Đây có phải là phương trình của quá trình đẳng áp không?”
Hầu hết HS đều nghĩ rằng điều này đúng, nhưng vẫn chưa hoàn toàn tin tưởng và muốn làm thí nghiệm kiểm chứng. Một số HS tự đưa ra được phương án kiểm chứng phù hợp. Nhưng do dụng cụ thí nghiệm có nhiều hạn chế nên chỉ có thể kiểm chứng về mặt định tính.
Đa phần HS nhìn nhận và giải quyết các nhiệm vụ học tập một cách tích cực. • Giai đoạn kết luận và vận dụng
GV kết luận và khẳng định lại nội dung kiến thức cho HS.
GV cho HS vận dụng để giải thích câu hỏi thực tế và clip thí nghiệm.
Đa phần HS đều giải thích được. GV cho HS làm bài kiểm tra 15 phút.
HS vận dụng tốt và ghi nhớ nhanh kiến thức vừa học.
Nhận xét tiết dạy: Ở tiết học này, HS thể hiện thái độ học tập tích cực hơn, giải quyết các nhiệm vụ học tập nhanh chóng và thành thạo hơn trong quá trình giải quyết vấn đề.
Nhận xét chung về các giờ học TNSP
3.4.1.4.
Nhìn chung các HS lớp TN đều hứng thú với tiết học, HS tích cực phát biểu ý kiến, thảo luận làm việc nhóm hăng say, các thao tác làm thí nghiệm nhanh chóng và cẩn thận, xử lý kết quả tốt.
Đứng trước các vấn đề, hầu hết HS lớp TN đều nhanh chóng nhận ra ngay. Khả năng giải quyết vấn đề của HS lớp TN còn chưa cao, nhưng đa số các nhiệm vụ mà GV đưa ra đều được hoàn thành, các câu trả lời của HS cũng khá chính xác. HS có sự tiến bộ trong việc giải quyết các nhiệm vụ học tập: nhanh và chính xác hơn.