7. Cấu trúc luận văn
1.6.Kết luận chơng 1
Trong chơng này chúng tôi trình bày cơ sở lý luận hiện đại về dạy học. Để giải quyết nhiệm vụ đề ra của luận văn, chúng tôi đặc biệt quan tâm đến những vấn đề sau:
- Thiết lập sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học đối với tri thức cần dạy, vừa đáp ứng đợc đòi hỏi phơng pháp luận của tiến trình khoa học xây dựng tri thức, vừa phù hợp với trình độ của học sinh.
- Để học sinh tích cực, tự chủ tham gia vào việc xây dựng tri thức mới, cần tạo ra đợc những điều kiện xuất phát cần thiết để tổ chức đợc những tình huống học tập cụ thể. Tình huống tốt nhất là tình huống có vấn đề, trong đó học sinh sẵn sàng tham gia và tích cực giải quyết vấn đề. Từ đó cho thấy có thể vận dụng lý thuyết tình huống dạy học vào việc tổ chức và định hớng hoạt động nhận thức của HS một cách tự giác, tích cực và tự lực cao độ.
- Để đảm bảo cho học sinh không những lĩnh hội đợc tri thức cần thiết mà qua đó trí tuệ của họ đợc rèn luyện, năng lực t duy khoa học đợc phát triển thì cần có sự định hớng hành động học của học sinh một cách đúng đắn. Kiểu định hớng tốt nhất cho phép thực hiện đợc điều đó là kiểu định hớng khái quát chơng trình hoá. Khi HS đã có đợc khả năng xây dựng algorit hành động để giải quyết một số vấn đề đơn giản, giáo viên có thể thực hiện kiểu định hớng tìm tòi ở những mức độ ngày càng cao hơn.
- Để phát huy đầy đủ vai trò của giáo viên, vai trò của học sinh trong hoạt động dạy – học, phát huy vai trò của xã hội đối với quá trình nhận thức của mỗi cá
nhân, đồng thời cho học sinh làm quen với việc xây dựng và bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học thì cần thiết thực hiện tiến trình dạy học theo các pha phỏng theo tiến trình xây dựng tri thức mới trong nghiên cứu khoa học.
- Thiết lập sơ đồ chung cho việc thiết kế và thi công một bài học cụ thể khi vận dụng lý thuyết tình huống dạy học.
Tất cả những điều này sẽ đợc chúng tôi vận dụng để xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức phần “Dòng điện trong các môi trờng” (SGK vật lý 11), mà nội dung đó đợc thể hiện ở chơng hai của luận văn này.
chơng 2
vận dụng lý thuyết tình huống dạy học vào việc tổ chức hoạt động nhận thức tự lực cho học sinh trong chơng “dòng điện trong các môi trờng”. 2.1. Vị trí của chơng “dòng điện trong các môi trờng” trong phần điện học ở thpt.
“Dòng điện trong các môi trờng” là chơng thứ ba của phần “Điện học” trong sách giáo khoa vật lý 11 THPT. Qua thực tế giảng dạy, tìm hiểu chơng trình SGK phần này chúng tôi nhận thấy đây là một phần kiến thức khó, nó là những mô hình giả thuyết đợc các nhà khoa học đa ra để giải thích sự tạo thành dòng điện trong các môi trờng khác nhau, các giả thuyết này không đợc kiểm tra trực tiếp mà chỉ kiểm tra qua các hệ quả của nó, nhng dòng điện trong các môi trờng này lại có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt là dòng điện trong chất bán dẫn đóng vai trò quan trọng trong sự bùng nổ thông tin. Khi dạy phần này giáo viên hầu nh cha tạo tình huống hữu hiệu làm nảy sinh vấn đề cho học sinh, cha có những câu hỏi định hớng t duy để phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ của học sinh. Từ đó,
dẫn đến học sinh thụ động tiếp thu kiến thức, không có cơ hội để tham gia tìm tòi giải quyết vấn đề một cách tích cực, chủ động.
Từ thực tế đó, trong đề tài này chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu, thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức phần “ Dòng điện trong các môi trờng” với ý đồ tạo mâu thuẫn nhận thức, gợi động cơ hứng thú tìm tòi cái mới, lôi cuốn học sinh vào quá trình học tập một cách tích cực, tự chủ. Trong việc tổ chức các tình huống học tập giáo viên phải đa ra đợc những câu hỏi định hớng t duy cho học sinh, khai thác và sử dụng có hiệu quả các phơng tiện dạy học nh: Thiết bị thí nghiệm, phiếu học tập, mô hình, tranh ảnh….
2.2. Nội dung và cấu trúc của chơng “dòng điện trong các môi trờng” môi trờng”
2.2.1. Nội dung chơng “Dòng điện trong các môi trờng”.
Chơng này giới thiệu cho học sinh bản chất dòng điện trong các môi trờng, trong đó chú ý đến bản chất của các hạt tải điện và phơng thức dịch chuyển có h- ớng của chúng tạo thành dòng điện. Nắm đợc các hiện tợng vĩ mô liên quan đến dòng điện trong các môi trờng nh hiện tợng toả nhiệt trong dây dẫn, hiện tợng điện phân, hiện tợng phóng điện trong không khí ở điều kiện thờng… Từ đó học sinh có thể phân biệt hiện tợng này với hiện tợng kia, nắm đợc điều kiện để các hiện tợng đó có thể xảy ra, những ứng dụng và tác hại của các hiện tợng đó trong kỹ thuật và trong thiên nhiên. Hiểu đợc sự phụ thuộc của cờng
độ dòng điện vào hiệu điện thế (biết khi nào áp dụng đợc định luật Ôm).
Qua đó yêu cầu học sinh nhận biết và giải thích đợc những biểu hiện và ứng dụng kỹ thuật của dòng điện trong các môi trờng.
Để có cơ sở khoa học cho việc tổ chức tình huống học tập và định hớng hoạt động giải quyết vấn đề của học sinh, thì cần phải phân tích nội dung kiến thức và thiết lập đợc tiến trình xây dựng kiến thức đối với kiến thức cần dạy. Việc thiết lập tiến trình nhận thức khoa học có thể biểu đạt trực quan bằng sơ đồ (sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học). Dới đây chúng tôi trình bày cấu trúc nội dung phần: “Dòng điện trong các môi trờng”, lập sơ đồ tiến trình nhận thức khoa học tổng thể tri thức cần dạy.
2.2.2.2. Sơ đồ chi tiết cấu trúc nội dung chơng “Dòng điện trong các môi tr-ờng” ờng”
Đối với chơng “Dòng điện trong các môi trờng” cần xác định rõ nội dung và cấu trúc của nó đến mức chi tiết nh sau:
Tri thức cơ sở: - Khái niệm và những đặc tính về dòng điện.
- Khái niệm và công thức tính, đơn vị đo cường độ dòng điện I = Q/t
- Điều kiện để có dòng điện trong một vật dẫn + Chứa hạt tải điện tự do.
+ Có điện trường ngoài tác dụng
Nội dung của chương: Bản chất, những tính chất, ứng dụng của dòng điện trong các môi trường:
A: Trong kim loại
. . . .
B: Trong chất điện phân
. . . . . C: Trong chất khí . . . .
D: Trong chân không (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
. . . . E: Trong bán dẫn . . . .
Trong đó, nội dung các mục A,B,C,D,E đợc xác định nh sau: • A. Dòng điện trong kim loại (KL):
- Xác định hạt tải điện tự do: electron tự do.
- Dòng điện trong KL: dòng chuyển dời có hớng của các electron tự do.
- Độ dẫn điện của KL (và do đó điện trở suất cũng nh điện trở của KL): phụ thuộc nhiệt độ (vì sự va chạm giữa các electron tự do với các ion dơng ở nút mạng phụ thuộc vào nhiệt độ).
- Tác dụng nhiệt của dòng điện trong KL: sự va chạm giữa các electron tự do với các ion dơng ở nút mạng làm chuyển hoá động năng của hai loại hạt tải điện này thành nhiệt. Cờng độ dòng điện càng lớn, nhiệt toả ra càng lớn. ứng dụng: bếp điện, bàn là điện,...
- Suất nhiệt điện động: do mật độ electron tự do khác nhau trong các KL khác nhau, các electron tự do khuyếch tán qua mặt tiếp xúc giữa hai KL nên ở mặt tiếp xúc của hai KL khác nhau (khi đợc hàn với nhau) có một suất điện động. - Cặp nhiệt điện (pin nhiệt điện) và dòng nhiệt điện: suất nhiệt điện động gây ra dòng nhiệt điện (khi hai KL khác nhau đợc hàn thành mạch kín và giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau).
- ứng dụng của cặp nhiệt điện: tạo ra nhiệt điện kế (để đo nhiệt độ). • B. Dòng điện trong chất điện phân:
- Xác định hạt tải điện tự do: ion dơng và ion âm.
- Dòng điện trong chất điện phân: hai dòng chuyển dời có hớng ngợc chiều nhau của các ion.
- Độ dẫn điện của chất điện phân (và do đó điện trở suất cũng nh điện trở của chất điện phân): phụ thuộc nhiệt độ (vì sự va chạm giữa các ion với nhau phụ thuộc vào nhiệt độ)
- Sự dịch chuyển ion về các điện cực làm giải phóng các chất ở điện cực, dơng cực tan khi đó dòng điện qua bình điện phân tuân theo định luật Ôm.
- ứng dụng của dòng điện trong chất điện phân: luyện kim, mạ điện, đúc điện. • C. Dòng điện trong chất khí:
- Xác định hạt tải điện: ba loại hạt, đó là ion dơng, ion âm và electron.
- Dòng điện trong chất khí: tồn tại hai dòng điện (dòng ion dơng đi về catốt, dòng electron và ion âm về anốt).
- Độ dẫn điện của chất khí: khi hiệu điện thế thấp, dòng điện tỷ lệ với hiệu điện thế nghĩa là tuân theo định luật Ôm (sự dẫn điện của chất khí trong trờng hợp này gọi là sự dẫn điện không tự lực). Khi hiệu điện thế cao chất khí khi đó
trở thành dẫn điện tự lực, dòng điện trong chất khí không tuân theo định luật Ôm. ứng dụng của sự phóng điện tự lực: Tia lửa điện và Hồ quang điện.
- Sự phóng điện trong khí kém: là khi áp suất chất khí thấp xuất hiện sự phóng điện thành miền; bản chất hiện tợng phóng điện trong khí kém là sự ion hoá do va chạm và sự bắn electron từ catốt khi các cực này bị ion dơng đập vào.
- ứng dụng của sự phóng điện thành miền: tạo ra nguồn sáng gọi là đèn ống. • D. Dòng điện trong chân không:
- Xác định hạt tải điện: electron phát xạ nhiệt.
- Dòng điện trong chân không: dòng chuyển dời có hớng của các electron bứt ra từ catốt bị nung nóng.
- Cờng độ dòng điện của chân không: Khi U< 0 không có dòng điện qua chân không, khi U > 0 dòng điện trong chân không chỉ theo một chiều từ anốt sang catốt; khi U tăng, dòng điện trong chân không tăng nhng không tuân theo định luật Ôm.
- ứng dụng của dòng điện trong chân không: dựa vào tính chất chỉ dẫn điện một chiều của dòng điện trong chân không ngời ta đã chế tạo ra điốt điện tử đợc dùng để chỉnh lu dòng điện xoay chiều; ống phóng điện tử là bộ phận chủ yếu trong máy thu hình, trong dao động ký điện tử…
• E. Dòng điện trong bán dẫn:
- Xác định hạt tải điện: electron tự do và lỗ trống.
- Dòng điện trong bán dẫn: dòng chuyển dời có hớng đồng thời của các electron tự do và lỗ trống dới tác dụng của điện trờng.
- Độ dẫn điện của bán dẫn (và do đó điện trở suất cũng nh điện trở của bán dẫn): phụ thuộc nhiệt độ (vì mật độ electron, lỗ trống và sự va chạm giữa các
electron tự do với các ion dơng ở nút mạng phụ thuộc vào nhiệt độ). ứng dụng: tạo ra nhiệt điện trở bán dẫn, quang điện trở bán dẫn
- Tác dụng của tạp chất đối với dòng điện trong bán dẫn: tuỳ theo loại tạp chất pha vào bán dẫn tinh khiết, các bán dẫn đợc chia ra làm hai loại: bán dẫn loại n và bán dẫn loại p. Trong bán dẫn loại n hạt mang điện cơ bản là electron, còn lỗ trống là hạt mang điện không cơ bản; trong bán dẫn loại p hạt mang điện cơ bản là lỗ trống, còn electron tự do là hạt mang điện không cơ bản.
- Lớp tiếp xúc p - n: khi có hai loại bán dẫn n và p tiếp xúc nhau, do mật độ electron tự do và lỗ trống khác nhau trong các bán dẫn khác nhau, các electron tự do và lỗ trống khuyếch tán qua mặt tiếp xúc giữa hai bán dẫn nên ở mặt tiếp xúc của hai bán dẫn hạt mang điện cơ bản giảm đi rất nhanh, do đó độ dẫn điện tại lớp tiếp xúc giảm đi và điện trở của lớp tiếp xúc trở thành rất lớn so với điện trở toàn mẫu bán dẫn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tính dẫn điện một chiều của lớp tiếp xúc p – n (hay hiệu điện thế thuận và hiệu điện thế ngợc):
+ Khi nối cực dơng của nguồn điện với bán dẫn loại p, cực âm với bán dẫn loại n, điện trờng do nguồn điện ngoài gây ra có hớng từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n, làm cho lỗ trống qua lớp tiếp xúc từ p sang n còn electron tự do từ n sang p và ta có dòng điện có cờng độ lớn. Ta gọi là dòng điện
thuận, còn hiệu điện thế đặt vào khi đó gọi là hiệu điện thế thuận.
+ Khi nối cực dơng của nguồn điện với bán dẫn loại n, cực âm với bán dẫn loại p, điện trờng do nguồn điện ngoài gây ra có hớng từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p, làm cho hạt mang điện cơ bản bị ngăn cản hoàn toàn và không chuyển qua đợc lớp tiếp xúc. Nhng hạt mang điện cơ bản lại không bị ngăn cản: lỗ trống qua lớp tiếp xúc từ n sang p còn electron tự do từ p sang n và ta có
dòng điện có cờng độ bé. Ta gọi là dòng điện ngợc, còn hiệu điện thế đặt vào khi đó gọi là hiệu điện thế ngợc.
- ứng dụng của lớp tiếp xúc p - n: tạo ra điốt bán dẫn, trandito, vi mạch điện tử.
2.3. thiết kế một số bài học theo hớng nghiên cứu của đề tài.
2.3.1. Bài học 36. Dòng điện trong kim loại.
2.3.1.1. Nội dung bài học và sơ đồ xây dựng nội dung bài học.
* Phát hiện vấn đề:
- Dòng điện là dòng chuyển dời có hớng của các hạt mang điện. Điều kiện để có dòng điện: hai đầu vật dẫn phải có một hiệu điện thế.
- Kim loại là vật dẫn điện, dòng điện đó là dòng gì? vì sao các kim loại khác nhau độ dẫn điện khác nhau? Nhiệt độ khác nhau độ dẫn điện khác nhau? Tại sao có sự toả nhiệt ở vật dẫn bằng kim loại khi dòng điện chạy qua?
* Giải quyết vấn đề và kết quả (kiến thức về dòng điện trong kim loại):
- Xét cấu trúc tinh thể của kim loại:
+ Các ion kim loại đợc sắp xếp một cách đều đặn theo một trật tự nhất định trong không gian, tạo thành mạng tinh thể. (hình vẽ )
+ electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử dễ
mất liên kết với hạt nhân của nguyên tử trở thành electron tự do trong kim loại. + Mật độ electron tự do gần bằng mật độ nguyên tử kim loại.
- Bản chất dòng điện trong kim loại: + Dòng electron tự do chuyển dời có hớng.
+ Vận tốc các electron tự do không vợt quá 6cm/s, Vận tốc dòng điện là vận tốc lan truyền của điện trờng bên trong vật dẫn.
+ Nguyên nhân gây ra điện trở: trong khi chuyển động có hớng các electron tự do luôn luôn bị ngăn cản do va chạm với ion kim loại nằm ở nút mạng tinh thể.
+ Các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau, mật độ electron tự do khác nhau. Do đó, tác dụng “ngăn cản” chuyển động có hớng của các electron tự do trong mỗi kim loại cũng khác nhau.
+ Điện trở của dây dẫn kim loại còn phụ thuộc vào nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, các ion kim loại nằm ở nút mạng tinh thể dao động mạnh hơn, vận tốc trung bình của chuyển động nhiệt của các electron cũng tăng, vì vậy các electron tự do càng có