dòng điện xoay chiều vật lý 12 nâng cao
1.4.1. Phương pháp phát hiện quan niệm sai lầm của học sinh
Để nắm bắt được quan niệm của HS về dòng điện xoay chiều thuộc chương trình vật lý 12 nâng cao, chúng tôi đã tiến hành điều tra 84 HS ở trường THPT Nguyễn Văn Linh nằm trên địa bàn huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận.
Chúng tôi đã tiến hành điều tra về QNSL của HS bằng mẫu điều tra (xem ở bảng phụ lục I ).
- Quan niệm cường độ dòng điện không đổi bằng cường độ dòng điện xoay chiều khi đi qua cùng một điện trở R.
Số HS chọn câu 2D (24%) cho rằng cường độ dòng điện không đổi không bằng cường độ dòng điện xoay chiều khi qua cùng một điện trở R. Số HS còn lại chọn câu 2A (26%), 2B (35%), 2C (21%) . Điều này chứng tỏ hơn 70% HS hiểu sai về cường độ dòng điện xoay chiều.
- Quan niệm sai về nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều.
Số HS chọn câu 2B (36%) cho rằng suất điện động sinh ra trong máy phát điện xoay chiều là dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Số HS còn lại chọn câu 2A (15%), 2C (14%), 4D (35%) . Điều này chứng tỏ hơn 60% HS không nắm được bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ ở lớp 11.
- Quan niệm sai về tác dụng của tụ điện đối với dòng dòng điện xoay chiều.
Số HS chọn câu 5D (27%) cho rằng tụ điện đóng vai trò như là một điện trở đối với dòng điện xoay chiều. Số HS còn lại chọn câu 5A (31%), 5B (14%), 5C (28%) . Điều này chứng tỏ hơn 70% HS hiểu sai về tác dụng của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều.
- Quan niệm sai về hiện tượng cộng hưởng điện.
Số HS chọn câu 12C (39%) cho rằng hiện tượng cộng hưởng điện chỉ xảy ra ở mạch điện xoay chiều RLC không phân nhánh. Số HS còn lại chọn câu 12A (31%), 12B (10%), 12D (19%) . Điều này chứng tỏ hơn 60% HS hiểu hiện tượng cộng hưởng điện xảy ra cho mọi mạch điện xoay chiều, ở đây HS bị nhằm lẫn hiện tượng đoản mạch ở vật lí lớp 11.
- Quan niệm sai giữa giá trị tức thời và giá trị hiệu dụng.
Số HS chọn câu 10A (29%) cho rằng cường độ dòng điện hiệu dụng gây ra sự tỏa nhiệt trên mạch điện xoay chiều chỉ chứa R. Số HS còn lại chọn câu 10B (11%),
10C (31%), 12D (29%) . Điều này chứng tỏ hơn 70% HS hiểu sai về bản chất của dòng điện xoay chiều.
- Quan niệm sai về sự giống nhau định luật Ôm của dòng điện không đổi với định luật Ôm về dòng điện xoay chiều.
Số HS chọn câu 4C (35%) cho rằng định luật Ôm đối với dòng điện không đổi khác với định luật Ôm đối với dòng điện xoay chiều. Số HS còn lại chọn câu 4A (10%), 4B (25%), 4D (30%) cho rằng không có sự khác biệt này. Điều này chứng tỏ hơn 60% HS hiểu sai về về định luật Ôm giữa dòng điện không đổi và dòng điện xoay chiều.
- Quan niệm điện áp hiệu dụng của dòng điện xoay chiều cộng được như dòng điện không đổi.
Số HS chọn câu 3B (29%) cho rằng giá trị điện áp tức thời khác với điện áp hiệu dụng. Số HS còn lại chọn câu 3A (10%), 3C (25%), 3D (30%) cho rằng không có sự khác biệt này. Điều này chứng tỏ hơn 70% HS hiểu sai về phương pháp giản đồ Fre – nen, cũng như hiểu sai về định luật điện áp tức thời.
1.4.2. Các quan niệm sai lầm thường gặp
Trong quá trình tiến hành, chúng tôi đưa ra kết quả về một số QNSL của HS như sau:
1.4.2.1. Khái niệm vật lý
- Quan niệm cường độ dòng điện không đổi bằng cường độ dòng điện xoay chiều khi đi qua cùng một điện trở R.
1.4.2.2. Hiện tượng vật lý
- Quan niệm sai về nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều.
- Quan niệm sai về tác dụng của tụ điện đối với dòng dòng điện xoay chiều.
- Quan niệm sai về hiện tượng cộng hưởng điện.
1.4.2.3. Đại lượng vật lý
- Quan niệm sai giữa giá trị tức thời và giá trị hiệu dụng.
1.4.2.4. Định luật vật lý
- Quan niệm sai về sự giống nhau định luật Ôm của dòng điện không đổi với định luật Ôm về dòng điện xoay chiều. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Quan niệm các đại lượng hiệu dụng của dòng điện xoay chiều cộng được như dòng điện không đổi.
1.4.3. Nguyên nhân của các quan niệm sai lầm của học sinh
Nhiều quan niệm được học sinh đem theo vào giờ học của mình liên quan đến các kinh nghiệm hàng ngày với các hiện tượng như ánh sáng, nhiệt, điện, âm thanh và chuyển động. Nhưng ngôn ngữ hàng ngày cũng gây ảnh hưởng tới bức tranh về thế giới của học sinh. Ngôn ngữ chính là một hệ thống để biểu thị nội dung, với kinh nghiệm hiểu biết hàng ngày, qua báo chí, qua đài, ti vi về các hiện tượng về điện, về nhiệt về năng lượng càng khắc sâu các quan niệm hàng ngày.
Chính vì vậy mà quan niệm sai lầm của học sinh được hình thành do những nguyên nhân chủ yếu sau:
- Thực tiễn trong đời sống hang ngày. - Sự phong phú của ngôn ngữ.
- Các kiến thức có được từ các môn học khác, hoặc từ những giờ học trước cũng có thể đưa đến cho học sinh những hiểu biết không đầy đủ về một khái niệm mới nào đó và chính đó cũng là một trong những nguyên nhân hình thành quan niệm sai lầm của học sinh.
Kết luận chương 1
Trong chương này, chúng tôi chủ yếu tập trung vào nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn có liên quan đến quan niệm HS và cách khắc phục QNSL của HS. Chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của quan niệm HS trong QTDH; đồng thời điều ta phát hiện một số quan niệm của HS về dòng điện xoay chiều thuộc chương trình vật lý 12 THPT nâng cao, dựa trên cơ sở lý luận và vai trò của thí nghiệm vật lý, các phương tiện trực quan, thảo luận, bài tập chúng tôi đã đưa ra được ưu điểm của nó trong việc khắc phục QNSL của HS.
Nhìn chung, những vấn đề mà chúng tôi đã nghiên cứu trong chương này được tóm tắt như sau:
Bản thân HS trước khi đến lớp họ đã có một số hiểu biết về các hiện tượng, khái niệm vật lý. Những hiểu biết của họ được hình thành từ nhiều khía cạnh nhau, nhưng chủ yếu là do kinh nghiệm cuộc sống mang lại và nó được gọi là quan niệm của HS. Những quan niệm của HS không thể xem là những kiến thức vật lý, không thể sử dụng nó trong việc nghiên cứu chương trình vật lý THPT. Đồng thời những quan niệm này rất bền vững, khó thay đổi và chủ yếu là những QNSL, sai về bản chất vật lý, sai theo quan điểm khoa học. Chính vì vậy những QNSL này trở thành chướng ngại vật trên con đường nhận thức vật lý của HS. Nó làm cho HS thu nhận kiến thức một cách lệch lạc, méo mó nếu chúng ta không chế ngự, chỉnh sửa hoặc khắc phục nó.
Con đường nhận thức vật lý của HS cũng tương tự như con đường nhận thức của các nhà khoa học. GV có thể vận dụng chu trình sáng tạo vào việc thiết kế tiến trình hoạt động nhận thức vật lý của HS.
Việc vận dụng chu trình sáng tạo khoa học cần có sự biến hóa, chọn lọc theo khả năng và kinh nghiệm của GV sao cho đạt hiệu quả tốt nhất trong dạy học. Từ việc phát hiện và khắc phục QNSL của HS dẫn đến việc khắc sâu kiến thức mà HS vừa thu nhận được, tất cả là một tổng thể về con đường nhận thức vật lí của HS mà tự HS phải tích tực, tư duy, tìm tòi, sáng tạo mới tìm ra những kiến thức với sự hỗ trợ, giúp đỡ và định hướng của GV.
Việc khắc phục QNSL của HS trong dạy học vật lý là điều không dễ. Phải để tự HS nhận thức được kiến thức mà HS có được trước đó là sai và phải tự mình chủ động tìm ra kiến thức mới đầy đủ, đúng đắn để chỉnh sửa hoặc thay thế cái có sẵn.
Như vậy để dạy học vật lý hiệu quả, GV cần phải nắm bắt được những quan niệm, đồng thời sử dụng phương pháp, phương tiện dạy học hợp lý nhằm vào việc khắc phục những suy nghĩ sai lầm, lệch lạc, giúp HS khắc sâu kiến thức đúng đắn vừa thu nhận và vận dụng chúng một cách chính xác vào thực tiễn.
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC VẬN DỤNG CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LẦM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC
CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU LỚP 12 NÂNG CAO. 2.1. Phân tích nội dung chương “ Dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao
Chương “ Dòng điện xoay chiều” lớp 12 chương trình nâng cao được xếp sau chương “ Dao động và sóng điện từ”. Việc sắp xếp này là hợp lí, thuận tiện cho giáo
viên và HS vì nó tuân theo qui luận nhận thức từ đơn giản đến phức tạp. HS được biết đến dao động riêng trước, dao động cưỡng bức sau.
Đầu chương là phần giới thiệu các khái niệm về điện áp dao động điều hòa, dòng điện xoay chiều và các khái niệm liên quan đến mạch RLC như cảm kháng, dung kháng, độ lệch pha giữa điện áp so với cường độ dòng điện và hệ số công suất. Trong chương trình vật lý 12 nâng cao, mạch RLC được giảng dạy là mạch điện xoay chiều không phân nhánh.
Các bài học cuối chương tập trung giới thiệu các thiết bị điện như: máy phát điện xoay chiều một pha, máy phát điện xoay chiều ba pha, động cơ điện, máy biến áp. Nội dung chương này chủ yếu đề cập đến nguyên lý hoạt động và nguyên lý cấu tạo của các thiết bị điện mà không đi sâu nghiên cứu các chi tiết cấu tạo máy. Chính vì vậy các mục tiêu cần phải đạt được là
2.1.1. Kiến thức
- Viết được biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều tức thời.
- Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và của điện áp xoay chiều tức thời.
- Viết được công thức tính cảm kháng, dung kháng và tổng trở của đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp và nêu được đơn vị đo các đại lượng này.
- Viết hệ thức của định luật Ôm đối với các mạch điện xoay chiều thuần điện trở, thuần cảm kháng, thuần dung kháng và đối với đoạn mạch RLC nối tiếp.
- Nêu được điều kiện và đặc điểm của hiện tượng cộng hưởng điện đối đoạn mạch RLC nối tiếp.
- Nêu được độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp tức thời đối với các đoạn mạch điện xoay chiều thuần điện trở, thuần cảm kháng, thuần dung kháng và chứng minh được các độ lệch pha này.
- Viết được công thức tính độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp tức thời đối đoạn mạch RLC nối tiếp và nêu được trường hợp nào thì dòng điện trễ pha, sớm pha so với điện áp.
- Viết được công thức tính công suất và hệ số công suất của đoạn mạch RLC nối tiếp. Nêu được lý do tại sao phải tăng hệ số công suất ở nơi tiêu thụ điện. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nêu được hệ thống dòng điện ba pha là gì.
- Trình bày được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều, động cơ điện xoay chiều ba pha, máy biến áp.
2.1.2. Kĩ năng
- Vận dụng được các công thức tính cảm kháng, dung kháng và tổng trở của đoạn mạch RLC nối tiếp.
- Vẽ được giản đồ Fre – nen cho đoạn mạch RLC nối tiếp. - Giải được các bài tập về đoạn mạch RLC nối tiếp.
- Vẽ được đồ thị biễu diễn hệ thống dòng điện ba pha.
- Vẽ được sơ đồ biểu diễn cách mắc hình sao và cách mắc tam giác đối với hệ thống dòng điện ba pha.
- Tiến hành được thí nghiệm để khảo sát đoạn mạch RLC nối tiếp.
2.1.3. Logic trình bày kiến thức chương “ Dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao. cao.
2.2. Các biện pháp khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh khi dạy học chương “ Dòng điện xoay chiều “ chương trình vật lý THPT lớp 12 nâng cao chương “ Dòng điện xoay chiều “ chương trình vật lý THPT lớp 12 nâng cao 2.2.1. Biện pháp khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh
2.2.1.1. Xây dựng tiến trình nhận thức vật lý theo hướng khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh
Con đường nhận thức vật lý ở HS cũng tương tự như việc nhận thức khoa học của các nhà nghiên cứu. Ở đây những vấn đề mà HS tiến hành nghiên cứu để thu nhận kiến thức mới thì GV đã biết, nhưng bản thân HS còn mơ hồ, có thể hoàn toàn
Công suất của dòng
điện xoay chiều
Hiện tượng cảm ứng điện từ.
Dòng điện xoay chiều. Máy điện Các mạch điện xoay chiều sơ cấp Mạch điện xoay chiều chỉ có R Mạch điện xoay chiều chỉ có L Mạch điện xoay chiều chỉ có C
Máy điện động Máy điện tĩnh
Công suất tức thời Công suất trung bình Máy phát điện xoay chiều 1 pha Máy phát điện xoay chiều 3 pha Động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ 3 pha Máy biến áp Mạch RLC nối tiếp
chưa biết, có thể đã biết nhưng chưa chính xác, chưa đầy đủ. Vì vậy, GV cần phải nắm rõ về đối tượng HS của mình.
Trong QTDH GV cần hoạch định từng bước và mục tiêu của từng bước đó với những hoạt động đi kèm. Thông thường trước khi nghiên cứu một vấn đề, một hiện tượng vật lý, GV cần có cách thăm dò hoặc dự đoán những kiến thức liên quan đến vấn đề cần nghiên cứu mà HS đã có trước đó. Từ đó sự kiện khởi đầu được đưa ra là những tình huống có liên quan đến vấn đề nghiên cứu. Tình huống này có thể là mô tả một hiện tượng vật lý, một câu hỏi, một đoạn phim một bức tranh.
Những biểu hiện của HS trong bước khởi đầu chính là điều kiện để GV nắm bắt tình hình HS (có những quan niệm đúng, sai hoặc quan niệm chưa hoàn chỉnh). Từ đó, GV đề ra cách khắc phục, nhưng thuyết phục nhất đối với HS là làm thí nghiệm. Vì chính thí nghiệm đã thể hiện tính trực quan cho HS nhìn thấy. HS đã tiến hành ngay trên đối tượng và cho ra kết quả mong đợi. Ngoài ra có một số trường hợp không thể làm thí nghiệm thì GV cần thu thập những hình ảnh, đoạn phim, bài tập hay những vấn vừa được nghiên cứu trong đời sống và trong kỹ thuật để minh chứng cho HS thấy rõ bản chất vật lý của vấn để vừa được nghiên cứu.
Kiến thức mới Câu hỏi vật lý, bài
toán vật lý, đoạn
phim hoặc thí
nghiệm
Tình huống khởi đầu Thảo luận Tranh luận Bộc lộ QNHS Sử dụng các phương tiện dạy học Bác bỏ QNHS hoặc bổ sung hoặc chỉnh sửa HS thảo luận, nhận xét tự rút ra kết luận
Khắc sâu kiến thức mới Liên hệ, vận dụng
Sơ đồ 2.1. Tiến trình nhận thức vật lý của HS
Đặc biệt, GV nên sử dụng những thí nghiệm đơn giản để đưa ra tình huống vừa thể hiện tính trực quan, vừa cho thấy hiện tượng xảy ra gần gũi với HS, giúp HS nhanh chóng nắm bắt được vấn đề, đồng thời tiết kiệm được thời gian. HS thảo luận, tranh luận và đưa ra ý kiến riêng của từng người. Quá trình này sẽ làm xuất hiện quan niệm riêng của từng người. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
QNSL của HS được khắc phục và ghi nhớ trong suốt quá trình học vật lý là không đơn giản. Để làm được điều này, GV cần lựa chọn nhiều hiện tượng có liên quan, nhiều ứng dụng của vấn đề vừa nghiên cứu để cung cấp thông tin cho HS (bằng những hình ảnh, đoạn phim, bài tập),...HS phải liên hệ và ứng dụng được những kiến thức mới vừa thu nhận được vào thực tế để thấy được sự đúng đắn của nó và khắc sâu trong trí nhớ.