7. Cấu trỳc luận văn
2.1.6. Sử dụng BTĐT để tăng hiệu quả
dạy học nờu vấn đề - Ơrixtic trong dạy học Vật lớ
a. Sử dụng BTĐT hỗ trợ cho việc xõy dựng mụ hỡnh - giả thuyết
Giai đoạn xõy dựng mụ hỡnh - giả thuyết là giai đoạn quan trọng trong PP TN vỡ giai đoạn này tri thức về hiện tượng nghiờn cứu được xõy dựng, nhưng là giai đoạn khú khăn vỡ ở đõy, tư duy trực giỏc của HS đũi hỏi giữ vai trũ chủ yếu. Tư duy trực giỏc yờu cầu huy động cả tư duy lụgic, sự khỏi quỏt hoỏ cỏc tri thức đó cú lẫn khả năng quan sỏt tinh tế sự vật hiện tượng. Việc sử dụng BTĐT theo hướng trực quan cú tớnh chất hỗ trợ ban đầu vỡ việc xõy dựng mụ hỡnh- giả thuyết cần đến cả những dự đoỏn định lượng. GV sử dụng BTĐT cựng với cỏc cõu hỏi gợi ý cho HS dự đoỏn về những nguyờn nhõn chớnh, những mối quan hệ giữa đại lượng này và đại lượng kia tuõn theo quy luật nào.
b. Sử dụng BTĐT hỗ trợ cho HS suy ra hệ quả lụgic
Để suy ra hệ quả lụgic, tư duy lụgic theo kiểu lập luận, suy diễn và biến đổi toỏn học dựa vào những tri thức đó biết hoàn toàn chiếm lĩnh. Một trong những yờu cầu cơ bản là hệ quả suy ra phải đơn giản, cú thể đo lường được trong thực tế. Tuy nhiờn, trong nhiều trường hợp, việc suy ra hệ quả lụgic khụng thể thực hiện ngay được vỡ hiện tượng thực tế bị chi phối bởi nhiều yếu tố tỏc động. Trong trường hợp đú, việc sử dụng cỏc BTĐT cú ý nghĩa quan trọng trong việc định hướng tư duy trong cỏch suy luận của HS.
c. Sử dụng BTĐT hỗ trợ cho HS xõy dựng cỏc phương ỏn thớ nghiệm nhằm kiểm tra hệ quả lụgic
Để tớch cực hoỏ HĐ nhận thức của HS, HS cần phải tự lực tỡm kiếm cỏc thớ nghiệm để xỏc nhận sự đỳng đắn hay khụng của hệ quả lụgic mà HS đó xõy dựng chứ khụng phải dựng cỏc thớ nghiệm cú sẵn.
Thớ nghiệm kiểm tra khụng phải lỳc nào cũng là những thớ nghiệm cú sẵn trong phũng thớ nghiệm mà cú thể là những thớ nghiệm đơn giản, được
làm từ những vật dụng thường cú trong thực tế đời sống mà những thớ nghiệm này đụi khi mang lại hiệu quả rất cao trong dạy học vỡ chỳng khụng quỏ phức tạp, dễ thực hiện và cú tớnh trực quan cao. Do đú, GV cú thể sử dụng cỏc BTĐT sỏng tạo để định hướng cho HS suy luận lụgic từ cỏc bài tập này, từ đú xõy dựng phương ỏn thớ nghiệm kiểm tra hệ quả lụgic.
2.2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH PHẦN CƠ HỌC LỚP 10- NÂNG CAO
2.2.1. Kiến thức cơ bản phần cơ học -vật lý 10 nõng cao THPT
Cơ học là một phần của vật lớ học nghiờn cứu hiện tượng chuyển động cơ học của cỏc vật. Chuyển động cơ học của vật thể là sự thay đổi vị trớ của nú trong khụng gian đối với cỏc vật thể khỏc theo thời gian. Cơ học phải trả lời được những vấn đề liờn quan đến chuyển động của cỏc vật.
Chương trỡnh cơ học vật lớ 10 nõng cao được chia làm 5 phần. Mỗi phần giải quyết những nhiệm vụ nhận thức nhất định để đưa tới giải quyết bài toỏn cơ bản của cơ học. Về cơ bản, cấu trỳc phần cơ học lớp 10 nõng cao cú thể biểu diễn bằng sơ đồ sau: Vật CĐ như thế nào? Vỡ sao vật CĐ như vậy? Vỡ sao vật cõn bằng? Đại lượng nào bảo toàn? Chất khớ và chất lỏng cđ như thế nào? Động học Động lực học Tĩnh học Cỏc định luật bảo to nà Cơ học chất lưu CƠ HỌC
Động học: Nội dung cơ bản là cỏc khỏi niệm và đại lượng mụ tả chuyển động của một vật. Động học nghiờn cứu cỏc dạng chuyển động cơ học bắt đầu từ dạng đơn giản nhất là chuyển động thẳng đều đến phức tạp hơn là chuyển động thẳng khụng đều bao gồm chuyển động thẳng biến đổi đều, chuyển động cong, chuyển động trũn, chuyển động biến đổi trờn quỹ đạo cong, … Logic cơ bản khi trỡnh bày phần động học là đi từ cỏi riờng, cỏi đơn giản đến cỏi tổng quỏt, phức
tạp. Đú là logic qui nạp.
Động lực học: Nội dung cơ bản là ba định luật Niutơn, cỏc khỏi niệm cơ bản như: lực và khối lượng, cỏc định luật riờng cho từng loại lực cơ học. Cỏc đặc điểm của phần này là: Cỏc định luật Niutơn là những nguyờn lớ lớn, những nguyờn lớ này làm nền tảng cho việc tỡm kiếm cỏc định luật vật lớ khỏc cũng như cho việc xõy dựng và phỏt triển cơ học. Với quan niệm đú, SGK trỡnh bày ba định luật dưới dạng tiờn đề chứ khụng phải bằng con đường qui nạp thực nghiệm. Lực và khối lượng là hai khỏi niệm cơ bản mà Niutơn đó sử dụng để khỏi quỏt hoỏ và định lượng những kết quả quan sỏt về hiện tượng tương tỏc giữa cỏc vật cũng như về chuyển động của chỳng. Hai khỏi niệm này được hỡnh thành trong mối liờn hệ chặt chẽ với ba định luật Niutơn. Xột về mặt logic, khụng thể hỡnh thành được khỏi niệm lực mà khụng cần đến khỏi niệm khối lượng, ngược lại cũng khụng thể hỡnh thành khỏi niệm khối lượng mà bỏ qua khỏi niệm lực. Do nhấn mạnh vai trũ trực giỏc trong việc hỡnh thành hai khỏi niệm lực và khối lượng nờn SGK trỡnh bày cỏch hỡnh thành hai khỏi niệm theo hai giai đoạn: giai đoạn trực giỏc và giai đoạn logic. Tĩnh học: Là phần cơ học nghiờn cứu sự cõn bằng của cỏc vật. Cỏc định luật Niutơn là cơ sở để xột điều kiện cõn bằng của vật. Trong trường phổ thụng khụng đề cập đến điều kiện cõn bằng tổng quỏt của một vật rắn mà chỉ xột cỏc trường hợp riờng bắt đầu từ đơn giản: điều kiện cõn bằng của chất điểm chịu tỏc dụng của hai lực, ba lực, điều kiện cõn bằng của vật rắn khụng cú chuyển động quay… đến phức tạp hơn là tỡm điều kiện cõn bằng của vật rắn cú trục quay cố định, điều kiện cõn bằng của vật rắn cú mặt chõn đế. Theo quan niệm động lực học thỡ đứng yờn chỉ là trường hợp đặc biệt của trạng thỏi cõn bằng khi v = 0. Do
vậy cú thể sử dụng cỏc kiến thức của phần động lực học để nghiờn cứu điều kiện cõn bằng của vật rắn.
Cỏc định luật bảo toàn: Đõy là phần tổng hợp của phần cơ học lớp 10, cú sử dụng tất cả cỏc kiến thức đó học ở ba phần trước đõy và cú một số khỏi niệm trừu tượng như: động năng, năng lượng, động lượng, thế năng, cụng, cụng suất, … Do đú, cỏc định luật trong phần này cú tớnh tổng quỏt rất cao vỡ chỳng gắn với tớnh chất khụng gian và thời gian.Núi chung, cỏc bài toỏn cơ học đều cú thể giải bằng PP động lực học. Nhưng trong thực tế, cú rất nhiều bài toỏn quan trọng lại khụng cần phải tớnh toỏn chi tiết (hoặc khụng thể tớnh toỏn được vỡ quỏ phức tạp) mà chỉ cần xỏc định trạng thỏi cuối cựng của của chuyển động dựa vào cỏc điều kiện ban đầu. Do vậy, cỏc định luật bảo toàn đó thực sự cung cấp thờm một PP giải cỏc bài toỏn cơ học rất hữu hiệu, bổ sung cho PP động lực học. Cỏc định luật bảo toàn khụng phụ thuộc vào vào quỹ đạo của cỏc hạt và tớnh chất của cỏc lực tương tỏc. Giải cỏc bài toỏn cơ học bằng hai PP bao giờ cũng dẫn đến cựng một kết quả, nhưng khi sử dụng cỏc định luật bảo toàn trong một số bài tập thường nhận được kết quả nhanh hơn.
Cơ học chất lưu: Đõy là chương cuối của phần cơ học lớp 10 nõng cao. Trong chương này chủ yếu là vận dụng một số định luật tổng quỏt của cơ học cho chất lỏng ở trạng thỏi đứng yờn, sau đú là cho chất lỏng chuyển động. Và cú thể ỏp dụng cho cả chuyển động của chất khớ trong những điều kiện tương tự.
2.2.2 Khai thỏc xõy dựng hệ thống bài tập định tớnh theo hướng trực quan
2.2.2.1 Mục đớch, yờu cầu
Việc xõy dựng hệ thống BTĐT phần Cơ học nhằm làm phương tiện để kớch thớch hứng thỳ học tập, phỏt huy tớnh tớch cực nhận thức của HS. Thụng qua việc giải cỏc BTĐT, rốn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS. Qua đú gúp phần củng cố, khắc sõu, mở rộng, tổng hợp kiến thức cho HS nhằm nõng cao hiệu quả học tập của HS.
- Nội dung kiến thức của cỏc BTĐT thuộc phần Cơ học Vật lớ 10 nõng cao và phự hợp với nội dung khoa học của phần Cơ học.
- Cỏc bài tập phự hợp với trỡnh độ nhận thức của HS.
- Cỏc bài tập đa dạng, cú nhiều mức độ phự hợp với cỏc đối tượng HS, cú tớnh thực tế.
- Cỏc bài tập gúp phần hoàn chỉnh kiến thức cho HS như kiến thức về cỏc tớnh chất, mối quan hệ quy luật của sự vật hiện tượng Vật lớ, kiến thức về PP nhận thức khoa học, kiến thức về cỏc ứng dụng Vật lớ …
- Cỏc bài tập được xõy dựng thể hiện tớnh trực quan cao.
2.2.2.2 Phương phỏp xõy dựng
- Lựa chọn cỏc BTĐT trong cỏc tài liệu biờn soạn lại phự hợp với yờu cầu đặt ra.
- Dựng cỏc hỡnh ảnh, video clip được khai thỏc hoặc tự xõy dựng trong thực tế đời sống phự hợp với nội dung của BTĐT để xõy dựng cỏc BTĐT thể hiện dưới dạng hỡnh ảnh, video clip.
- Một số BTĐT cú thớ nghiệm cần tiến hành làm thớ nghiệm và quay phim lại. Từ đú, xõy dựng BTĐT thể hiện dưới dạng video clip.
2.2.3 Một số bài tập định tớnh phần cơ học 10 nõng cao
2.2.3.1 Bài tập về động học
Bài 1: Đi xe mỏy trong mưa ta thường cú cảm giỏc cỏc giọt nước mưa rơi nghiờng (hắt vào mặt ta) ngay cả khi trời lặng giú. Lẽ ra khi lặng giú, cỏc giọt mưa sẽ rơi thẳng đứng và khụng thể hắt vào mặt ta được. Hóy giải thớch điều dường như vụ lý đú?
Bài 2: Quan sỏt một diễn viờn đúng phim, mọi người đó trầm trồ khen ngợi sự dũng cảm của anh ta khi lao mỡnh từ một chiếc ụtụ sang một chiếc xe mỏy đang chạy song song với ụtụ. Nhưng người đú khụng bị nguy hiểm. Hóy giải thớch?
Bài 3: Quan sỏt một vận động viờn nhảy dự. Cỏi gỡ đó giỳp anh ta cú thể hạ xuống chậm chạp một cỏch an toàn?
Bài 4: Để cỏc tia nước từ cỏc bỏnh xe mỏy khụng thể bắn vào người đi xe, phớa trờn bỏnh xe người ta gắn những cỏi chắn bựn, khi đú phải gắn những cỏi chắn bựn như thế nào?
Bài 5: Quan sỏt một bỏnh xe đạp đang lăn trờn đường ta thấy cỏc nan hoa (tăm) ở phớa trờn trục đang quay như đang hũa vào nhau, trong khi đú ta lại cú thể phõn biệt được từng nan hoa ở phần dưới của trục bỏnh xe. Hóy giải thớch?
2.2.3.2 Bài tập về động lực học
Bài 1: Tại sao người đi bơi khi nhảy xuống nước lại duổi tay ra phớa trước và chập hai tay lại với nhau?
Bài 2: Hai em bộ cựng kộo một lực kế, mỗi em dựng một lực bằng 100N. Hỏi lực kế chỉ bao nhiờu?
Bài 3: Tại sao ngọn lửa cõy nến, cõy đốn dầu, v…vvv bao giờ cũng hướng đầu nhọn lờn phớa trờn?
Bài 4: Tại sao ụtụ chở nặng đi trờn đoạn đường đỏ gồ ghề lại ờm hơn ụtụ khụng chở hàng?
Bài 5: Cỏnh quạt nằm ngang của mỏy bay trực thăng cú thể quay hoặc bằng động cơ đặt trong thõn mỏy bay hoặc bằng phản lực của khớ thỏt ra từ những bộ phận đặc biệt ở cuối cỏnh quạt. Tại sao mỏy bay trực thăng dựng động cơ lại cần cú thờm một cỏnh quạt
đuụi nữa cũn mỏy bay trực thăng phản lực thỡ khụng cần cỏnh quạt đuụi?
2.2.3.3 Bài tập về tĩnh học
Bài 1: Khi đi xe đạp hay xe mỏy cần phanh gấp người lỏi chủ động phanh bỏnh sau của xe mà ớt dựng phanh trước. Làm như vậy cú lợi gỡ?
Bài 2: Những người làm xiếc khi đi trờn dõy thường cầm trong tay một cỏi gậy nặng để làm gỡ?
Bài 3: Khi gập khuỷu tay ta cú thể nõng
dược một vật nặng hơn so với trường hợp duỗi thẳng tay theo phương ngang. Hóy giải thớch vỡ sao?
Bài 4: Quan sỏt cỏc vừ sĩ thi đấu thấy họ thường đứng ở tư thế hơi khụy gối xuống một chỳt và hai chõn dang
rộng hơn so với mức bỡnh thường. Tư thế này cú tỏc dụng gỡ?
Bài 5: Quan sỏt một ngươi đang đi xe đạp. Hỏi lực do chõn người tỏc dụng lờn cỏc bàn đạp cú được xem là ngẫu lực khụng? Tại sao?
2.2.3.4 Bài tập về cỏc định luật bảo toàn
Bài 1: Quan sỏt người nhảy dự rơi, sau khi dự mở, cú những lực nào thực hiện cụng? Cụng đú là dương hay là õm? (Hỡnh vẽ).
Bài 2: Trong búng đỏ, khi người thủ mụn bắt một quả búng sỳt rất căng, người đú co tay thu búng vào bụng. Hóy giải thớch tại sao?
Bài 3: Vỡ sao cỏc sõn bay vũ trụ thường được đặt ở những nơi gần với đường xớch đạo và người ta luụn phúng cỏc vệ tinh nhõn tạo cựng chiều với chiều quay của trỏi đất?
Bài 4: Khi cỏc vận động viờn thực hiện động tỏc nhảy từ trờn cao xuống nước. Vỡ sao người vận động viờn cuộn người lại?
Bài 5: Phõn tớch sự chuyển hoỏ cơ năng ở vận động viờn nhảy sào để thấy rừ những yếu tố vật lý gúp phần vào việc đưa vận động viờn nhảy sào lờn cao tới 6m hoặc cao hơn nữa?
2.2.3.5 Bài tập về cơ học chất lưu
Bài 1: Trờn hỡnh là người thợ lặn đang làm việc dưới đỏy biển sõu. Em hóy cho biết:
a. Vỡ sao quần ỏo của họ cú vẻ như “nặng nề”?
b. Bỡnh khớ đeo sau lưng cú tỏc dụng gỡ?
Bài 2: Những người chốo thuyền trờn sụng cho biết một kinh nghiệm là: Thuyền đi xuụi dũng thỡ nờn đi ở giữa sụng, cũn đi ngược dũng thỡ nờn đi sỏt bờ. Em nờu lờn ý kiến của mỡnh và giải thớch?
Bài 3: Quan sỏt những con cỏ voi bơi trong biển ta thấy đằng sau nú cú bọt súng cuồn cuộn trào lờn. Tại sao vậy?
Bài 4: Khi xõy dựng cỏc nhà mỏy thuỷ điện người ta đặt tua bin dưới một thỏc nước, nhưng cố tỡm cỏch làm thế nào để hướng nước chỏy xuống tua bin gần như là đường thẳng đứng. Làm vậy cú tỏc dụng gỡ?
Bài 5: Trong mựa Worlcup 2010 chỳng ta được chứng kiến rất nhiều bàn thắng đẹp từ những cỳ đỏ phạt rất hiểm húc.
Búng bay qua "hàng rào" vào khung thành tạo ra những bàn thắng ngoạn mục. Những cỳ "lượn cong hỡnh trỏi chuối" thực hiện được ngay cả khi trời khụng cú giú. Hóy giải thớch tại sao búng lại cú thể bay cong được như vậy?
2.2.4 Tiến trỡnh giải cỏc BTĐT
2.2.4.1 Bài tập phần động học
Bài 1:
a, Túm tắt yờu cầu của bài tập
- Dữ kiện: Đi xe mỏy trong mưa ta thường cú cảm giỏc cỏc giọt nước mưa rơi nghiờng (hắt vào mặt ta) ngay cả khi trời lặng giú
- Yờu cầu: Giải thớch b, Phõn tớch nội dung bài tập
Khi khụng cú giú, những giọt mưa rơi theo phương thẳng đứng so với đất, nhưng lại rơi theo phương xiờn đối với người lỏi xe mỏy.
c, Xõy dựng lập luận v→mn → nd v → −vnd → md v đất
Gọi →vmd, →vnd là vận tốc của giọt mưa và của người so với đất. →vmn là vận tốc của giọt mưa so với người đi xe mỏy. Ta cú:
dn md mn v v v → → → + = Hay v→mn =→vmd+(−→vnd)
Phộp cộng vộc tơ cho ta thấy so với người, giọt mưa rơi theo phương xiờn
Bài 2:
a, Túm tắt yờu cầu của bài tập
- Dữ kiện: Một người lao từ một chiếc ụtụ sang một xe mỏy đang chạy song song với ụtụ. Nhưng người đú khụng nguy hiểm gỡ.
- Yờu cầu: Giải thớch