XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO PHẦN CƠ HỌC LỚP 10 VÀ ĐỀ XUẤT CÁC HèNH THỨC SỬ DỤNG CHÚNG TRONG DẠY HỌC

ĐỀ XUẤT CÁC HèNH THỨC SỬ DỤNG CHÚNG TRONG DẠY HỌC 2.1 Mục tiờu dạy học của phần Cơ học lớp 10

Cơ học là một phần của vật lớ học, khảo sỏt những quỏ trỡnh đơn giản nhất của vật lớ học, đú là sự dời chỗ của cỏc vật thể trong khụng gian, sự dời chỗ đú gọi là chuyển động cơ. Mục đớch của Cơ học là xỏc định vị trớ của một vật vào một thời điểm bất kỡ, dựa vào sự tương tỏc của cỏc vật khỏc với vật ấy.

Phần của Cơ học khảo sỏt chuyển động của một vật mà chưa xột tới tỏc dụng của những vật khỏc làm biến đổi chuyển động ấy gọi là động học. Phần của Cơ học cú xột đến tỏc dụng của những vật khỏc lờn chuyển động của một vật gọi là động lực học. Phần của Cơ học khảo sỏt trạng thỏi cõn bằng của vật dưới tỏc dụng của cỏc vật khỏc gọi là tĩnh học.

Nội dung Cơ học lớp 10 được trỡnh bày thành 5 chương, mỗi chương giải quyết những nhiệm vụ nhận thức nhất định để đưa tới giải quyết bài toỏn cơ bản của Cơ học. Ngoài mục tiờu theo chuẩn (theo cỏc tài liệu [3], [4], [17]), thỡ theo định hướng bồi dưỡng tư duy sỏng tạo, chỳng tụi quan tõm đến cỏc mục tiờu sau:

- Chương I: Động học chất điểm.

Nắm vững đặc điểm của cỏc loại chuyển động và cỏc đại lượng vật lớ đặc trưng cho từng loại chuyển động đú. Biết ỏp dụng cỏc kiến thức đó học để giải thớch cỏc hiện tượng thực tiễn. Nắm được quy trỡnh thực hiện một thớ nghiệm vật lớ đơn giản, biết cỏch đo cỏc đại lượng cơ bản (tọa độ, thời gian, ...) của vật chuyển động thẳng. Bước đầu biết cỏch xử lớ cỏc kết quả đo lường.

- Chương II: Động lực học chất điểm.

Hiểu được điều kiện và đặc điểm của cỏc loại lực cơ và biết cỏch vận dụng cỏc kiến thức đú vào một số trường hợp cụ thể; cú khả năng đề xuất phương ỏn thớ nghiệm để xỏc định từng loại lực và cỏc đại lượng liờn quan.

- Chương III: Tĩnh học vật rắn.

Phõn biệt được điều kiện cõn bằng của vật rắn trong từng trường hợp cụ thể. Vận dụng được những kiến thức đó học để giải thớch một số hiện tượng và giải cỏc bài toỏn liờn quan.

Hiểu rừ đặc điểm của cỏc đại lượng vật lớ như động lượng, cụng, cụng suất, năng lượng, động năng, thế năng. Biết được phạm vi ỏp dụng của cỏc định luật bảo toàn và cú khả năng vận dụng cỏc định luật bảo toàn đú trong việc giải thớch một số hiện tượng và giải một số cỏc bài tập liờn quan.

- Chương V: Cơ học chất lưu.

Hiểu và ỏp dụng được nguyờn lớ Pa-xcan trong một số cỏc bài tập đơn giản. Hiểu được định luật Bộc-nu-li và một số ứng dụng. Vận dụng cỏc kiến thức đó học để giải thớch cỏc hiện tượng vật lớ trong thực tế và giải cỏc bài tập liờn quan.

2.2 Logic trỡnh bày kiến thức phần Cơ học lớp 10

Vật chuyển động như thế nào? Vỡ sao vật chuyển động như vậy? Vỡ sao vật cõn bằng

Đại lượng nào bảo toàn?

Chất lưu chuyển động như thế nào? Đại lượng nào

bảo toàn? Động học chất điểm Động lực học chất điểm Tĩnh học vật rắn Cỏc định luật bảo toàn Cơ học chất lưu Cơ học

Bài toỏn cơ bản của Cơ học

Sơ đồ 2.1: Cấu trỳc logic phần Cơ học lớp 10

Chỳng tụi lựa chọn phần Cơ học lớp 10 để nghiờn cứu dạy BTST vỡ cỏc hiện tượng Cơ học rất gần gũi trong thực tế nờn cỏc em cú thể liờn hệ cỏc kiến thức đó học với cỏc hiện tượng thực tế tương đối dễ dàng. Cỏc thớ nghiệm về Cơ học dễ thực hiện và cú thể thực hiện ngay tại lớp học. Nội dung kiến thức phần Cơ học tương đối vừa sức với cỏc em học sinh trong việc tiếp thu. Mặt khỏc, cỏc em đó từng làm quen với Cơ học ở chương trỡnh vật lớ cấp 2 cũng giỳp cỏc em rất nhiều trong việc vận dụng cỏc kiến thức đó học.

2.3 Tỡm hiểu thực trạng dạy bài tập núi chung, BTST núi riờng phần Cơ học lớp 10 2.3.1 Mục đớch tỡm hiểu

Tỡm hiểu thực tế việc dạy và học bài tập Cơ học 10 THPT ở một số trường THPT ở TP. Hồ Chớ Minh.

Chỳng tụi tỡm hiểu thụng qua việc phỏt phiếu hỏi ý kiếm của 15 GV vật lớ. Trong đú cú: 9 GV trường Nguyễn Huệ, Quận 9; 4 GV trường Nguyễn Hữu Huõn, Thủ Đức và 2 GV trường Nguyễn Cụng Trứ, Quận Gũ Vấp.

Chỳng tụi thăm dũ ý kiến của 95 HS của hai lớp thực nghiệm sau khi cỏc em đó được học BTST.

2.3.3 Phương phỏp tỡm hiểu

Thụng qua phiếu thăm dũ ý kiến (Mẫu phiếu điều tra ở phụ lục 2) 2.3.4 Kết quả tỡm hiểu

a) Nhận thức của giỏo viờn về BTST

Thụng qua việc thống kờ kết quả điều tra (phụ lục 2), kết hợp với việc trao đổi với đồng nghiệp về việc nghiờn cứu thực tế giảng dạy vật lớ của giỏo viờn một số trường THPT, chỳng tụi rỳt ra được cỏc nhận xột như sau:

- Một số GV xỏc định đỳng mục đớch, yờu cầu của tiết dạy bài tập vật lớ, đú là ngoài việc củng cố và kiểm tra kiến thức cơ bản cũn quan tõm tới việc hỡnh thành và phỏt triển năng lực sỏng tạo cho HS.

- Tuy nhiờn đa số GV đều thiờn về vai trũ kiểm tra, đỏnh giỏ kiến thức của HS thụng qua việc giải bài tập vật lớ. Nhiều GV cho rằng giải bài tập vật lớ là để rốn kĩ năng vận dụng cỏc cụng thức vật lớ, họ cho rằng bài tập vật lớ càng hay nếu tớnh phức tạp về mặt toỏn học của nú càng cao.

- Nhiều GV chưa hiểu một cỏch đầy đủ về BTST và vai trũ của BTST trong dạy học, chưa biết cỏch biờn sọan BTST, chưa quan tõm đến việc soạn cõu hỏi định hướng tư duy cho HS trong quỏ trỡnh giải bài tập núi chung, BTST núi riờng.

b) Sử dụng BTST trong dạy học

- Trong quỏ trỡnh dạy bài tập vật lớ, GV cũn ớt đưa ra cõu hỏi định hướng tư duy cho HS, chưa xõy dựng cõu hỏi định hướng tư duy tớch cực đối với từng loại bài tập và từng loại đối tượng HS.

- Khi dạy bài tập vật lớ, GV thường chỳ ý nhiều đến những biến đổi toỏn học mà ớt chỳ ý đến việc phõn tớch, định hướng tư duy cho HS.

- Cỏc bài tập mà GV chọn lọc để đưa vào tiết bài tập thường là những bài tập luyện tập ỏp dụng những kiến thức đơn thuần, thiờn về toỏn học. Loại BTST cũn ớt được dựng trong dạy học. Việc GV tự tỡm tũi, biờn soạn và giảng dạy BTST cũn ớt.

2.3.5 Nguyờn nhõn và thực trạng

Trong SGK vật lớ 10 cơ bản và nõng cao, phần Cơ học thỡ số lượng BTST rất ớt, mỗi chương chỉ cú khoảng 2, 3 BTST. Cũn trong SBT thỡ số lượng BTST cú nhiều hơn nhưng vẫn cũn hạn chế, SBT cơ bản, số lượng BTST chỉ chiếm khoảng 5%, cũn SBT nõng cao thỡ tỉ lệ cú cao hơn, chiếm khoảng 10%, đặc biệt là cỏc BTST về thớ nghiệm, bài tập liờn quan đến cỏc hiện tượng vật lớ trong thực tế.

b) Trong thi cử và kiểm tra: Trong cỏc kỡ thi Tốt nghiệp, tuyển sinh Đại học và Cao đẳng, trong những năm gần đõy mụn vật lớ đề thi dưới hỡnh thức trắc nghiệm. Cỏc đề thi cú nhiều BTST hơn, ngày càng cú tớnh phõn húa trỡnh độ học sinh. Đặc biệt là Đề thi tuyển sinh Đại học và Cao đẳng năm 2010, cú khoảng 20% là BTST. Đõy là một tớn vui cho việc đưa BTST vào dạy học. Tuy nhiờn tỉ lệ này vẫn cũn hạn chế so với cỏc BT chủ yếu kiểm tra khả năng học thuộc cụng thức và cỏc BT thường rơi vào cỏc dạng mà HS đó ụn luyện trước đú. Do vậy, việc dạy học hiện nay thường chủ yếu phục vụ mục đớch thi cử nờn cũng gúp phần dẫn đến việc GV chưa coi BTST là thật sự cần thiết.

c) Trong cỏc tài liệu tham khảo: Cỏc tài liệu tham khảo cho GV và HS rất đa dạng, phong phỳ nhưng số lượng BTST cũng cũn ớt, chỉ cú một số ớt cỏc cuốn sỏch cú số lượng BTST tương đối.

Trong cỏc tuyển tập đề thi Olympic cỏc cấp, số lượng cỏc BTST nhiều hơn trong SGK và SBT, chiếm khoảng 20%. Cỏc đề thi Olympic luụn cú cỏc BTST nhưng tỉ lệ này vẫn cũn khiờm tốn.

Hiện nay, trờn thị trường đó xuất hiện một số cuốn sỏch dành cho những học sinh cú năng khiếu và yờu thớch vật lớ, cỏc cuốn sỏch này dành một phần đỏng kể cho BTST. Chỳng tụi cú thể kể đến như:

- Những bài tập định tớnh về vật lớ cõp ba của M.E. Tultrinxi, NXB giỏo dục năm 1978.

- Hỏi đỏp vật lớ 10 của Nguyễn Văn Thuận (chủ biờn) và nhúm tỏc giả, NXB giỏo dục năm 2006.

- Những bài tập hay về thớ nghiệm Vật lớ của V. Languộ, NXB Giỏo dục 1998.

- Giải toỏn Vật lớ THPT một số phương phỏp của Lờ Nguyờn Long, An Văn Chiờu, Nguyễn Khắc Móo, NXB Giỏo dục năm 2003.

…

Thực trạng trờn đũi hỏi mỗi GV cần phải xõy dựng cho mỡnh hệ thống BTST và phương ỏn sử dụng chỳng để đạt hiệu quả dạy học cao nhất.

2.4 Xõy dựng hệ thống BTST phần Cơ học lớp 10

Theo cỏc phương phỏp đó trỡnh bày ở chương 1, chỳng tụi xõy dựng hệ thống BTST phần Cơ học lớp 10 gồm 25 bài. Với mỗi bài tập, nội dung và thứ tự trỡnh bày như sau:

- Bài tập cơ sở.

- Nguyờn tắc sỏng tạo sử dụng trong bài toỏn. - Bài tập sỏng tạo.

- Cõu hỏi định hướng tư duy. - Lời giải túm tắt.

Bài tập 1

BTCS. Một hũn bi lăn theo cạnh của một mặt bàn hỡnh chữ nhật cao h = 1,25 m. Khi ra khỏi mộp bàn, nú rơi xuống nền nhà tại điểm cỏch mộp bàn L = 1,50 m (theo phương ngang)? Lấy g = 10 m/s2. Tớnh thời gian rơi của bi và tốc độ của bi lỳc rời khỏi bàn. [Bài tập số 6, SGK Vật lớ 10 [3], trang 88 ]

+ Sử dụng nguyờn tắc sao chộp (copy) và nguyờn tắc đảo ngược để biến BTCS thành BTST1; Sử dụng

nguyờn tắc linh động để chuyển BTST1 thành BTST2.

BTST1. Xỏc định vận tốc tối đa của ngún tay khi bỳng. Đồ dựng: cục tẩy (gụm), thước dõy.

BTST2. Nhờ một thước dõy, làm thế nào để xỏc định vận tốc quả búng do một nam sinh nộm lớn hơn vận tốc một quả búng do một nữ sinh nộm là bao nhiờu?

+ Cõu hỏi định hướng tư duy:

BTST1

- Ta phải bỳng cục tẩy theo phương nào? - Thước dõy dựng để làm gỡ?

- Để thực hiện yờu cầu đề ra, ta cần dựa vào kiến thức về hiện tượng vật lớ nào?

- Nếu khụng được sử dụng đồng hồ để đo thời gian, liệu ta cú thể thực hiện được yờu cầu của đề bài? BTST2

- Thước dõy dựng để làm gỡ?

- Để thực hiện yờu cầu đề ra, ta cần dựa vào kiến thức về hiện tượng vật lớ nào?

- Hai em nộm ngang hay nộm xiờn vật thỡ mới cú thể so sỏnh được tốc độ nộm của hai em?

- Nếu khụng được sử dụng đồng hồ để đo thời gian, liệu ta cú thể thực hiện được yờu cầu của đề bài?

+ Nguyờn tắc sỏng tạo sử dụng trong bài toỏn:

Sử dụng nguyờn tắc linh động để giải bài toỏn sỏng tạo mà khụng cần dựng đồng hồ; sử dụng

nguyờn tắc giải thiếu hoặc thừa để bỏ qua sức cản của khụng khớ và lấy gần đỳng gia tốc trọng trường

g  9,8 m/s2.

Sử dụng nguyờn tắc thay đổi thụng số lớ húa để thay đổi yờu cầu đề bài từ xỏc định tốc độ bỳng

của ngún tay đến so sỏnh tốc độ nộm của hai em.

+ Lời giải túm tắt:

Cục tẩy được nộm từ độ cao h thỡ thời gian bay của nú là: t 2h g

 ; Tầm bay xa của cục tẩy là:

2h s v.t v

g

  . Khi đú, ta xỏc định được vận tốc tới đa của cục tẩy là: v s g 2h

 .

Dựng thước dõy để đo tầm bay xa s và độ cao h mà từ đú cục tẩy được bỳng, g là gia tốc rơi tự do, ta lấy gần đỳng g  9,8 m/s2. Từ đú, ta xỏc định được vận tốc tối đa của ngún tay khi bỳng cục tẩy. BTST2

Cho hai bạn nam sinh và nữ sinh lần lượt nộm quả búng theo phương ngang (nộm ngang). Sau đú dựng thước dõy đo tầm bay xa S1, S2 mà hai em nộm được (Hỡnh 2.1).

Nộm quả búng được nộm từ độ cao h thỡ thời gian bay của quả búng là: t 2h g

 ; Tầm bay xa

của quả búng: s v.t v 2h g

  .

Gọi v1, v2 là vận tốc nộm của bạn nam và bạn nữ thỡ tầm bay xa của quả búng do hai em thực hiện được là: 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2h 2h S v h v S h S v .t v ;S v .t v g g S v h v S h        

Như vậy, để giải bài tập này ta chỉ cần dựng thước dõy để đo tầm bay xa S1, S2 của quả búng và cỏc độ cao h1, h2 từ đú búng được nộm đi. Để đơn giản, ta cú thể cho h1 = h2 bằng cỏch cho người thấp hơn đứng trờn một bệ cao thớch hợp hoặc người cao cỳi người xuống. Khi đú, ta cú: 1 1 2 2 v S v S Bài tập 2

BTCS. Giả sử tuyết rơi theo phương thẳng đứng với

vận tốc 8 m/s. Một người lỏi xe trờn đường thẳng nằm ngang với vận tốc 10 m/s. Người này thấy tuyết rơi lệch với phương thẳng đứng một gúc bao nhiờu?

+ Sử dụng nguyờn tắc đảo ngược (thay vỡ xỏc định gúc lệch của giọt mưa, ta xỏc định vận tốc của giọt mưa) và nguyờn tắc linh động để chuyển BTCS thành BTST.

x y h1 = h2 1 v  2 v  S2 S1 Hỡnh 2.1

BTST. Trong thời tiết lặng giú, làm thế nào để xỏc định vận tốc rơi của cỏc giọt mưa ngay trước khi chỳng đập vào cửa bờn kớnh ụ tụ đang chuyển động mà em ngồi trong đú theo cỏc vết mà chỳng để lại khi em chỉ cú thước thẳng và đồng hồ đeo tay.

+ Cõu hỏi định hướng tư duy:

- Em đang ngồi bờn trong ụ tụ, dựa vào hiện tượng gỡ để đo vận tốc của giọt mưa? - Để thực hiện yờu cầu của bài toỏn, xe phải chuyển động như thế nào?

- Tại sao phải cú điều kiện là trong trường hợp thời tiết lặng giú?

- Cỏc vết mà giọt mưa để lại trờn kớnh của cửa bờn cú hỡnh dạng như thế nào? - Ta phải dựng kiến thức vật lớ nào mới giải quyết được yờu cầu của bài toỏn?

+ Nguyờn tắc sỏng tạo sử dụng trong bài toỏn:

Sử dụng nguyờn tắc giải thiếu hoặc thừa (xem ụ tụ chuyển động thẳng đều và việc thực hiện yờu

cầu của bài toỏn trong trường hợp thời tiết lặng giú).

+ Lời giải túm tắt:

Gọi v1,3

là vận tốc của giọt mưa (1) so với mặt đất (3); v2,3

là vận tốc của ụ tụ (2) so với mặt đất (3)  v3,2

là vận tốc của mặt đất so với xe; v1,2

là vận tốc của giọt mưa so với xe (Hỡnh 2.2). Theo cụng thức cộng vận tốc:

1,2 1,3 3,2v v v v v v

  

Như vậy, nếu xe chuyển động thẳng đều và trong điều kiện thời tiết lặng giú, giọt mưa sẽ để lại một vết thẳng trờn kớnh cửa bờn của ụ tụ và vết thẳng này hợp với phương thẳng đứng một gúc  vúi:

3,2 2,3 2,31,3 1,3 1,3 1,3 v v v tan v v v tan      

Vận tốc của xe so với đất v2,3 bạn cú thể hỏi tài xế (dựa vào tốc kế gắn trờn xe); tan cú thể đo được tương đối chớnh xỏc dựa vào việc vẽ một