6.2.1. Phân loại bài tập Vật lí
Số lượng các bài tập Vật lí sử dụng trong thực tiễn dạy học hiện nay rất lớn, vì vậy cần có sự phân loại sao cho có tính tương dối thống nhất về mặt lí luận cũng như thực tiễn cho phép người giáo viên lựa chọn và sử dụng hợp lí các bài tập Vật lí trong dạy học.
Các bài tập Vật lí khác nhau về nội dung và mục đích dạy học, vì vậy có thể phân loại chúng theo các phương án sau:
- Phân loại theo nội dung.
- Phân loại theo phương pháp hình thành điều kiện bài toán. - Phân loại theo phương pháp giải.
Cũng cần khẳng định rằng, các phương án phân loại như vậy không hoàn toàn đơn giản; một bài toán cụ thể có thể thuộc các nhóm khác nhau.
1. Theo nội dung
Các bài tập Vật lí được phân thành các bài tập về Cơ học, Vật lí phân tử, Điện học... Cách phân chia này cũng có tính chất quy ước. Vì trong nhiều trường hợp trong một bài toán có sử dụng kiến thức của nhiều phần khác nhau của giáo trình Vật lí.
Các bài tập cũng có thể phân chia thành các bài tập có nội dung trừu tượng. Ớ các bài tập có nội dung trừu tượng, các dữ kiện đều cho dưới dạng kí hiệu, lời giải cũng sẽ
biểu diễn dưới dạng một công thức chứa đựng ẩn số và dữ kiện đã cho. Ví dụ: "Vận tốc lớn nhất của một xe đạp chuyển động theo vòng tròn bán kính r là bao nhiêu nếu hệ
số ma sát nghỉ giữa bánh xe và mặt đường là K? Góc nghiêng của người đi xe đạp so với phương thẳng đứng bằng bao nhiêu?". Ngược lại, với các bài tập có nội dung cụ
thể, các dữ kiện đều cho dưới dạng các con số cụ thể. ưu điểm của các bài tập trừu tượng là nhấn mạnh bản chất Vật lí của hiện tượng mô tả trong bài tập, trong khi đó các bài tập cụ thể mang đặc trưng trực quan gắn liền với thực tiễn, với kinh nghiệm sống của học sinh.
Một dạng khác của bài tập có nội dung cụ thể là các bài toán có nội dung kĩ thuật (kĩ thuật tổng hợp). Trong đó các điều kiện của bài toán liên quan tới kĩ thuật hiện đại, sản xuất công, nông nghiệp, giao thông vận tải... Những bài tập này có vai trò quan trọng về mặt giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh. Phát triển hứng thú của học sinh với Vật lí, sáng tạo kĩ thuật. Ví dụ "Người lái xe ở khoảng cách 20m đối với đèn tín hiệu. Nếu lực ma sát bằng 4000N thì vận tốc lớn nhất của xe lúc bắt dầu phanh bằng bao nhiêu để xe dừng đúng trước vạch tín hiệu, cho khối lượng xe bằng 1600kg ".
Các bài tập có nội đung lịch sử thì trong điều kiện của bài tập phản ánh các ' sự
http://www.ebook.edu.vn
"Trong các thí nghiệm của M.V. Lô-mô-nô-xốp, nước dâng lên trong ống nhỏ giọt tới 26 vạch chia (1 vạch = 2,57mm). Hãy tìm đường kính ống mà nhà bác học đã dùng".
Để phát triển và duy trì hứng thú học Vật lí, người ta thường sử dụng các bài tập lí thú làm cho bài học sinh động. Trong các bài tập như vậy các điều kiện của bài tập thường chứa đựng các yếu tố nghịch lí hoặc gây trí tò mò ở học sinh... Ví dụ: " Có thể
từ hoá một thanh thép sao cho cả hai đầu của nó mang từ cực cùng tên được không? Nếu có thể thì làm thế nào? Nếu không thì vì sao?". Các bài tập như vậy có thể tìm thấy trong cuốn sách của Ia.I. Pê-rê-man, P.L. Ka-pit-xa.... (“Vật lí lí thú”, "Bạn có hiểu Vật lí không?"...). Khi lựa chọn nội dung các bài tập nên đi từđơn giản đến phức tạp, tăng cường cá nhân hoá hoạt động của học sinh tương ưng với năng lực và kiến thức của họ; Phân chia các bài toán theo các cấp độ: đơn giản, phức tạp, mức độ sáng tạo. Có thể quy ước mức độ phức tạp của một bài tập như sau: Các bài tập được coi là
đơn giản là các bài tập khi giải cần sử dụng một, hai công thức hoặc quy tắc, định luật Vật lí, hình thành một, hai kết luận, thực hành một thí nghiệm đơn giản. Những bài tập này thường được gọi là
các bài tập luyện tập, nhờ các bài tập này có thể củng cố các kiến thức đã học. Các bài tập phức tạp hơn (còn gọi là các bài tập tổng hợp). Khi giải thường phải vận dụng một số định luật Vật lí, nhiều khi thuộc các phần khác nhau của chương trình Vật lí
đưa ra một vài kết luận, sử dụng một số kĩ năng thực nghiệm.
Ví dụ: "Một vật có khối lượng 500 gam được ném theo phương nằm ngang với vận tốc 20m/s. Hãy tìm động năng của vật ở giây thứ hai của chuyển động". Các bài toán phức tạp thường chứa những tình huống có vấn đề và một số yếu tố mới. Các bài toán sáng tạo gồm hai dạng: Bài toán có đặc trưng nghiên cứu (trả lời câu hỏi "vì sao?") và bài toán có đặc trưng "thiết kể' trả lời cho câu hỏi ("làm thế nào?").
2. Theo phương pháp giải
Các bài tập thường được phân thành bài tập định tính, bài tập tính toán, bài tập đồ
thị, bài tập thí nghiệm. Phân loại này có ý nghĩa quan trọng, vì nó cho phép giáo viên lựa chọn bài tập tương ứng với sự chuẩn bị Toán học của học sinh, mức độ kiến thức và sự sáng tạo của học sinh...
a) Bài tập định tính
Đặc điểm nổi bật của bài tập định tính là ở chỗ trong các điều kiện của bài toán
đều nhấn mạnh bản chất Vật lí của hiện tượng. Giải các bài tập định tính thường bằng lập luận logic trên cơ sở các định luật Vật lí. Ví dụ: "Người ta thả vào nước một mẩu
đồng và một mẩu nhôm có khối lượng như nhau. Lực đẩy của nước lên chúng có bằng nhau không?".
“Vì sao nhiệt kế y học thường dùng thuỷ ngân mà không dùng rượu hoặc ete? Nhiệt kế nào có độ nhạy cao hơn (đối với điều kiện bền vững như nhau)" nhiệt kế thuỷ
Khi giải bài tập định tính, học sinh rèn luyện được tư duy logic, khả năng phân tích hiện tượng, trí tưởng tượng khoa học, kĩ năng vận dụng kiến thức. Vì vậy việc luyện tập tốt bắt đầu từ việc sử dụng bài tập định tính (xem bài tập định tính về Vật lí - M.E. Tul-riu-xki, NXB GD, Hà Nội 1979).
b) Bài tập tính toán
Các bài tập định lượng (bài tập tính toán): Đó là các bài tập khi giải phải sử dụng các phương pháp Toán học (dựa trên các định luật và quy tắc, thuyết Vật lí ).
Đây là dạng bài tập sử dụng rộng rãi, có nhiều tuyển tập đã được soạn thảo cho chương trình Vật lí phổ thông. Các bài tập này có thể giải trên lớp, trong giờ luyện tập, giao về nhà cho học sinh tập vận dụng kiến thức (sau đó có sự kiểm tra của giáo viên). Dạng bài tập này có ưu điểm lớn là làm sâu sắc các kiến thức của học sinh, rèn luyện cho học sinh vận dụng phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí đặc biệt phương pháp suy luận Toán học.
Tuỳ theo phương pháp Toán học được vận dụng, bài tập tính toán được quy về các bài tập số học, đại số và hình học.
- Phương pháp số học: Phương pháp giải chủ yếu là phương pháp số học, tác động lên các con số hoặc các biểu diễn chữ mà không cần thành lập phương trình để lìm ra
ẩn số.
- Phương pháp đại số: Dựa trên các công thức Vật lí, lập các phương trình từ đó giải chúng để tìm ra ẩn số.
- Phương pháp hình học: Khi giải dựa vào hình dạng của đối lượng, các dữ liệu cho theo hình vẽ để vận dụng quy tắc hình học hoặc lượng giác. Ví dụ: khi giải bài toán động học, tĩnh học, tĩnh điện, quang hình học...
Trong các phương pháp trên, phương pháp dại số là phương pháp phổ biến nhất, quan trọng hơn cả vì vậy cần thường xuyên quan tâm rèn luyện cho học sinh.
Khi giải các bài tập tính toán người ta còn sử dụng thủ pháp logic khác nhau, cũng có thể coi là phương pháp giải: đó là phương pháp phân tích, tổng hợp.
- Phương pháp phân tích: Cần chia các bài toán đã cho thành các bài toán nhỏ hơn (phân tích) lời giải bắt đầu từđại lượng phải tìm hoặc từ việc tìm kiếm các quy luật từ đó cho phép tìm lời giải trực tiếp cho bài toán, khi phân tích bài toán, học sinh sẽ tìm ra quy luật đại lượng phải tìm với đại lượng khác, quá trình tiếp tục cho tới khi tìm ra câu trả lời cuối cùng. Ví dụ: vận dụng phương pháp phân tích giải bài tập tìm vận tốc ô tô lúc hãm phanh nêu ở trên.
Giải: Vì lực ma sát tác dụng lên ô tô không dồi, chuyển động của xe chậm dần đều, vì vậy, vận tốc cuối cùng của xe phải bằng không. Do đó vận tốc lớn nhất lại thời điểm phanh là: vmax = at
http://www.ebook.edu.vn Theo định luật thứ hai Niu-tơn:
m F
=
a
T m thời gian hãm xe theo cống thức đường đi: 2 s 2 at = Từđó: F sm a s t= 2 = 2 - Phương pháp tổng hợp
Đòi hỏi học sinh phải làm rõ lần lượt các mối liên hệ giữa các dữ liệu cho trong bài tập. Cho tới khi xuất hiện các phương trình cho phép liên hệ giữa các dữ liệu đó. Như
vậy, ngược lại với phương pháp phân tích việc giải bài tập không xuất phát từ đại lượng phải tìm.
Ví dụ (lấy lại bài tập trên): Theo điều kiện cho trong bài tập, ô tô chuyển động chậm dần đều, vận tốc cuối cùng vt = 0. Gia tốc của chuyển động xe theo định luật thứ
hai của Niu-tơn là:
m F
=
a .
Trong thời gian hãm ô tô chuyển động được quãng đường: 2 s 2 at = vì a đã biết nên ta tính dược thời gian hãm xe là: F sm a s t= 2 = 2 .
Nếu biết gia tốc và thời gian chuyển động chậm dần đều thì có thể tìm được vận
tốc: 10m/s
m 2sF at
vmax = = =
Hai phương pháp trên đều có giá trị như nhau, chúng bổ sung cho nhau. Phương pháp phân tích nếu tìm được công thức đúng thì nhanh chóng hướng tới kết quả bài toán. Tuy nhiên, học sinh không tập trung chú ý nhiều vào các giai đoạn trung gian,
điều đó nói chung là không có lợi, đặc biệt đối với học sinh yếu. họ sẽ nắm bản chất Vật lí kém sâu sắc hơn. Phương pháp tổng hợp cho phép đi sâu vào các giai đoạn trung gian, học sinh chú ý hơn tới bản chất Vật lí và mối liên hệ giữa các đại lượng và hiện tượng. Phương pháp tổng hợp giống như phương pháp "thử" và.'sai" nên gần với tư
duy trực quan, cụ thể của học sinh. Trong khi phương pháp phân tích đòi hỏi cao hơn về mức độ tư duy logic và chuẩn bị Toán học. Vì vậy căn cứ vào đối tượng học sinh, mục đích dạy học, giáo viên nên sử dụng hợp lí các phương pháp này.
c) Bài tập đồ thị
và vẽđồ thị). Ví dụ:
"Xác minh pha ban đầu của mỗi chuyển động giao động (hình 4) và mô ti phương trình của chuyển động, nếu a = 5cm, f = 10Hz".
"Sử dụng đồ thị vận tốc để tìm đồ thị gia tốc và đường đi của mỗi chuyểl động (hình 5)".
Trong giảng dạy thường bắt đầu từ việc dạy cách đọc và vẽ các đồ thị không quá phức tạp, dần dần sẽ tăng độ phức tạp lên phù hợp với trình độ phát triển của học sinh. Việc áp dụng phương pháp đồ thị cho phép diễn đạt trực quan hiện tượng Vật lí cho cách giải trực quan hơn, phát triển kỹ năng vẽ và sử dụng đồ thị là các kỹ năng có tác dụng sâu sắc trong kĩ thuật (ví dụ phân tích đường đạn, vết các hạt trong Vật lí hạt nhân... ).
d) Bài tập thí nghiệm
Trong đó thí nghiệm là công cụđược sử dụng để tìm các đại lượng cần cho giải bài toán, cho phép đưa ra lời giải hoặc là công cụ kiểm tra cách tính toán phù hợp ở mức
độ nào với điều kiện bài toán công cụ đó có thể là các thí nghiệm biểu diễn hoặc thí nghiệm thực tập của học sinh.
Để tiến hành các bài tập thí nghiệm, trong phòng thí nghiệm cần phải có trang bịở
mức nhất định. Vì những bài tập này có thể mang đặc trưng định tính hoặc định lượng, cách giải phụ thuộc vào vai trò của thí nghiệm. Nếu để thu thập các số liệu cho tính toán thì phải tiến hành các phép đo tương đối chính xác.
Ví dụ: "Xác định diện tích cái bàn. Đồ dùng: quả nặng, đồng hồ, sợi dây, giá thí nghiệm".
Loại bài toán thí nghiệm ngày nay cũng được sử dụng rộng rãi trong thực tế dạy học Vật lí ở trường phổ thông, đặc biệt ở các trường chuyên, lớp chọn.