9. Cấu trúc luận văn
1.4.3. Các mức độ của BTTN
Trong BTTN định lượng, căn cứ theo độ khó của bài tập, chúng tôi chia BTTN định lượng theo ba mức độ:
- Mức độ 1: Cho thiết bị, cho phương án thiết kế thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lý kết quả.
Ví dụ: Cho các dụng cụ thí nghiệm và phương án thí nghiệm. Hãy xác định hệ số ma sát trượt giữa gỗ và cao su.
- Mức độ 2: Cho thiết bị thí nghiệm, yêu cầu thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lý kết quả.
Ví dụ 1: Cho một lực kế, một quả gia trọng. Hãy thiết kế các phương án thí nghiệm có thể, tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lý số liệu nhằm xác định hệ số đàn hồi của lò xo trong lực kế đó.
- Mức độ 3: Yêu cầu tìm quy luật, mối quan hệ giữa các đại lượng, tìm đại lượng không giới hạn thiết bị, HS tự tìm phương án thiết kế.
Ví dụ: Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm phù hợp, thiết kế phương án thí nghiệm có thể, tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lý số liệu nhằm xác định hệ số ma sát trượt giữa viên phấn và mặt bảng.
1.4.4. Bồi dưỡng TDPP và TDST cho người học qua các bài tập thí nghiệm
Từ đặc trưng của TDPP và các giai đoạn phát triển của TDST, cùng với các đặc trưng của BTTN, chúng tôi đưa ra sơ đồ tiến trình hướng dẫn giải bài tập nhằm bồi dưỡng TDPP và TDST [18].
Sơ đồ 1.2: Sơ đồ tiến trình hướng dẫn HS giải bài tập nhằm bồi dưỡng TDPP và TDST cho HS
1. Phân tích hiện tượng VL và dữ kiện của bài
2. Giải bài toán
3. Thiết kế thí nghiệm kiểm chứng 4. Bố trí TN, tiến hành TN, thu thập và đánh giá kết quả
5. Mở rộng bài toán
6. Tìm ra các ứng dụng của bài toán trong thực tế
Trong chương trình Vật lí 10, phần Động lực học chất điểm, có nhiều bài tập mô tả các hiện tượng vật lí tuy nhiên hầu hết các hiện tượng được mô tả trong điều kiện lí tưởng, ít gắn với thực tiễn. Bằng cách chuyển các bài tập này thành các bài tập thí nghiệm, cùng với việc mở rộng hiện tượng vật lí trong bài đòi hỏi HS không những phải tính toán, giải thích hiện tượng dựa trên các kiến thức đã biết mà còn đề xuất các phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm và xem xét hiện tượng vật lí dưới các góc độ khác nhau là điều kiện thuận lợi để bồi dưỡng TDPP và TDST cho HS. Có thể lấy ví dụ minh họa cho các bước giải bài tập thí nghiệm nhằm bồi dưỡng TDPP và TDST cho HS như sau:
Bài tập minh họa (BT 198, 500 bài tập vật lí 10 , Tr76) [11]: Một đèn
tín hiệu giao thông ba màu được treo ở một ngã tư nhờ một dây cáp có trọng lượng không đáng kể. Hai đầu dây cáp được giữ bằng hai cột đèn AB và A'B', cách nhau 8m. Đèn nặng 10N, được treo vào điểm giữa O của dây cáp, làm dây võng xuống 0,5m tại điểm giữa. Tính lực kéo của mỗi nửa dây.
Bước 1: GV đưa ra bài toán và hướng dẫn phân tích hiện tượng
Vì đèn được treo vào điểm chính giữa dây nên hai phần của dây có vai trò tương đương và do đó lực căng ở hai phần dây sẽ như nhau. Có thể coi điểm treo đèn là chất điểm. Các lực tác dụng lên chất điểm này là: Trọng lực P, lực căng F1,F2của mỗi nửa sợi dây. Khi hệ cân bằng thì hợp lực tác dụng lên chất điểm này bằng 0.
Bước 2: Sử dụng điều kiện cân bằng của chất điểm và phép tổng hợp lực
ta tìm được kết quả của bài toán.
Bước 3: GV đặt vấn đề: Có thể bố trí một thí nghiệm như thế nào để
nghiệm lại kết quả của bài toán và yêu cầu HS thảo luận nhóm để tìm ra phương án và GV thống nhất phương án thí nghiệm.
Dụng cụ thí nghiệm: Dây treo nhẹ, các quả cân (thay cho đèn) lực kế, thước đo góc, bảng từ, giá đỡ
Tiến hành thí nghiệm: Dùng lực kế đo khối lượng các quả cân, dùng thước đo chiều dài của dây và tìm ra điểm chính giữa của dây. Bố trí lực kế để đo lực căng dây.
Bước 4: Các nhóm HS tiến hành bố trí thí nghiệm và tiến hành thí
nghiệm nhằm thu thập xử lí kết quả thu được. Kết quả thí nghiệm của các nhóm có sự sai lệch nhất định so với tính toán lí thuyết. Sự sai lệch này là không trách khỏi trong các phép đo bởi hiện tượng vật lí đưa ra là lí tưởng (Coi điểm treo đèn là chất điểm), ngoài ra không tránh khỏi sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Để giải quyết khó khăn này HS tiếp tục thảo luận đưa ra các phương án, tạo cơ hội phát triển TDPP:
+ Chọn các dụng cụ thí nghiệm có độ chính xác cao
+ Thực hiện đúng các yêu cầu khi tiến hành thí nghiệm, đo nhiều lần và lấy giá trị đo trung bình,..
Bước 5: Mở rộng bài toán: Bài toán sẽ thay đổi thế nào nếu đèn không được treo ở chính giữa sợi dây? Gv đưa ra một số mở rộng và hướng dẫn HS thực hiện bằng cách lặp lại quá trình từ bước 1. Chẳng hạn như: Tính lực căng tối đa của dây treo và khối lượng tối đa của đèn để dây không bị đứt,....
Bước 6: Bài toán trên có thể gặp ở những thiết bị nào trong thực tế: -
Phơi quần áo, treo đèn, mắc đèn trang trí, cáp treo,...
Bước 7: Đưa ra 1 bài toán cụ thể: Tuấn dự định treo một cái đèn có khối
lượng 1kg (kể cả chao đèn) vào trần nhà bằng 1 sợi dây. Dây chịu được lực căng tối đa là 80N. Tuấn nhận thấy rằng
không thể treo chiếc đèn này vào một đầu dây. Bạn đã treo đèn bằng cách luồn sợi dây qua cái móc của đèn và hai đầu dây được gắn chặt lên trần nhà (như hình vẽ).
Hai nửa sợi dây cùng chiều dài và hợp với nhau góc 600. Em hãy giải thích cách làm của Tuấn?
Với việc hướng dẫn HS giải bài tập thí nghiệm, chúng tôi nhận thấy TDST và TDPP của HS được bồi dưỡng dần qua các bước giải. Ở bước 3, HS luôn phải cố gắng tìm ra một phương án thí nghiệm, phải cân nhắc,so sánh và đánh giá phương án thí nghiệm của mình đưa ra và của các bạn để tìm phương án tối ưu. Còn ở bước 4, TDPP nảy sinh trong toàn bộ quá trình HS làm thí nghiệm nhằm bố trí thí nghiệm hợp lí và thu được kết quả thí nghiệm đáng tin cậy nhất. Ở đây kết quả thí nghiệm HS thu được bao giờ cũng có sai lệch nhất định với tính toán lí thuyết, HS phải có đầu óc phê phán, suy nghĩ để tìm ra lời giải đáp thích đáng cũng như tìm ra các yếu tố nhằm làm giảm sai số của các phép đo. Bước 7 có tính chất tương tự như bước 3 nhưng là một bài toán thực tế chứ không còn ở phạm vi trong phòng thí nghiệm nữa, ở đây đã đưa kiến thức của người học lại gần hơn với thực tiễn cuộc sống làm cho kiến thức trở nên có nghĩa đối với HS, điều này thực sự làm cho HS rất có hứng thú.
1.4.5. Nguyên tắc lựa chọn BTTN
Nguyên tắc 1: Lựa chọn các BTTN mở đầu nhằm giúp HS phát hiện được vấn đề cần nghiên cứu, đề xuất những câu hỏi về một quá trình, một sự vật hay một hiện tượng vật lí, một thiết bị, một bộ thí nghiệm vật lí.
Nguyên tắc 2: Lựa chọn các BTTN đòi hỏi HS tư duy đưa ra các dự đoán, các giả thuyết, từ đó tìm ra được các phương án thí nghiệm
Nguyên tắc 3: Lựa chọn các BTTN mà HS phát hiện được những ưu điểm, nhược điểm về dụng cụ thí nghiệm, phương án thí nghiệm và cách tiến hành thí nghiệm.
Nguyên tắc 4:Lựa chọn các BTTN yêu cầu HS phân tích, thu thập và đánh giá kết luận. Đưa ra những kết luận và những cách giải quyết tốt, kiểm tra xem chúng phù hợp với những chuẩn đã có hay không, biết đánh giá tính tối ưu của cách giải quyết vấn đề.
1.4.6. Sử dụng BTTN trong dạy học Vật lí
Một số hướng sử dụng BTTN trong dạy học Vật lí
Sử dụng BTTN nhằm phát hiện vấn đề
Ở giai đoạn đề xuất vấn đề có thể sử dụng BTTN để tạo tình huống học tập, các BTTN đơn giản, có tính bất ngờ do kết quả thí nghiệm mẫu thuẫn với quan niệm sai lầm, hoặc trong đó diễn ra các hiện tượng bất ngờ gây sự ngạc nhiên cho HS nếu được vận dụng thích hợp sẽ tạo tình huống có vấn đề, gây hứng thú cho HS tiến hành giải quyết vấn đề. Nhưng do hạn chế về thời gian và do yêu cầu phải định hướng mục tiêu, khởi động tư duy HS nên BTTN khó thực hiện. Muốn sử dụng BTTN ở khâu này thì BTTN phải ngắn gọn, có nội dung gắn liền với bài học.
Sử dụng BTTN nhằm xây dựng kiến thức mới
Trong quá trình giải BTTN, các hiện tượng Vật lí khi tiến hành các bước thí nghiệm cũng là đại diện của thực tiễn nên có tác dụng tốt đối với HS trong vấn đề áp dụng tri thức đã học vào việc giải quyết các nhiệm vụ thực tế cuộc sống. Sự quan sát có định hướng trong khi thí nghiệm giúp HS cảm giác, tri giác các sự vật, hiện tượng rõ ràng hơn, nói cách khác là giúp nhận thức cảm tính phát triển. Song song với nó, các kĩ năng khác của quá trình nhận thức lí tính cũng sẽ phát triển bởi vì BTTN là loại BT không chỉ rèn luyện các kĩ năng thao tác tay chân mà còn rèn rất tốt kĩ năng thao tác trí tuệ. Ngoài ra, các BTTN đơn giản, có tính bất ngờ do kết quả thí nghiệm mâu thuẫn với kiến thức đã biết, hoặc trong đó diễn ra các hiện tượng bất ngờ gây sự ngạc nhiên cho HS nếu được vận dụng thích hợp sẽ tạo tình huống có vấn đề, tạo tâm thế tốt cho HS khi học bài mới.
Sử dụng BTTN nhằm kiểm tra, đánh giá
Vật lí ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm nên việc kiểm tra đánh giá HS không chỉ dừng lại ở việc kiểm trá đánh giá mức độ nắm vững các định luật, khái niệm, hiện tượng Vật lí mà còn phải kiểm tra năng lực vận dụng
kiến thức đặc biệt là kĩ năng, kĩ xảo thực hành của HS. Vì vậy, BTTN được sử dụng như là một phương tiện để đánh giá kĩ năng của HS một cách hữu hiệu. Thông qua việc giải BTTN có thể kiểm tra đánh giá kĩ năng quan sát, kĩ năng thiết kế phương án, kĩ năng sử dụng thiết bị thí nghiệm, mô hình, kĩ năng đo đạc, xác định các đại lượng, kĩ năng lập luận logic, tư duy trừu tượng.
1.5. Điều tra thực tiễn
1.5.1. Mục đích điều tra
Điều tra thực tế dạy và học BTTN Vật lí ở trường THPT.
1.5.2. Đối tượng điều tra
Đối với GV: Tiến hành phát phiếu điều tra về việc sử dụng BTTN trong dạy học Vật lí đối với 20 GV Vật lí ở 4 trường THPT trên địa bàn của 2 thành phố: Thành Phố Uông Bí, Thị xã quảng Yên, thuộc tỉnh Quảng Ninh (xem phụ lục số 1).
Đối với HS: Tiến hành phát phiếu điều tra việc học BTTN của HS tại 4 trường: THPT Đông Thành - TX Quảng Yên, THPT Bạch Đằng - TX. Quảng Yên, THPT Uông Bí - T.P Uông Bí, THPT Hồng Đức - TP. Uông Bí (xem phụ lục số 2).
1.5.3. Phương pháp điều tra
Thông qua các câu hỏi trên phiếu điều tra, GV và HS ghi các ý kiến đóng góp vào phiếu điều tra. Sau đó, các ý kiến được phân loại và thống kê.
1.5.4. Kết quả điều tra
1.5.4.1. Nhận thức của GV về BTTN và việc sử dụng BTTN trong dạy học vật lí
Thông qua việc tìm hiểu, nghiên cứu thực tế dạy học của GV ở một số trường THPT, chúng tôi đưa ra một số nhận xét như sau:
- Có đến 90% GV cho rằng: BTTN có vai trò quan trọng, tác dụng to lớn trong dạy học vật lí.
- 27,1 % GV chưa biết soạn thảo BTTN
- 40,3 % GV cho rằng không thể sử dụng BTTN trong tiết học trên lớp được vì thời lượng không cho phép.
- Có 28 % GV chưa bao giờ sử dụng BTTN vào dạy học phần Động lực học chất điểm. Các GV chỉ sử dụng các bài thực hành trong SGK coi như BTTN trong phần này, chưa đưa các BTTN vào trong các tiết dạy để rèn luyện TDPP và TDST của HS.
1.5.4.2. Thực trạng học BTTN và thực hành thí nghiệm của HS
Trên 80% HS cho rằng GV thường sử dụng các BTTN trong các giờ thực hành theo yêu cầu của chương trình SGK.
Có 79,3% HS thường xuyên được GV thông báo trước vấn đề cần nghiên cứu, 12,7% HS chưa được thảo luận nhóm trong giờ học. Điều này chứng tỏ GV chưa tạo điều kiện và cơ hội cho HS được tham gia một cách tích cực, chủ động, sáng tạo vào quá trình phát hiện, đề xuất và lĩnh hội kiến thức. GV chưa phát huy được TDPP và TDST của HS qua các giờ thực hành.
Có 46,7% HS chưa bao giờ tự tay làm thí nghiệm trong giờ thực hành hoặc chưa bao giờ được GV giao cho tự tay chế tạo một sản phẩm nào đó. Điều này chứng tỏ HS chưa được làm thí nghiệm thường xuyên, đồng thời ít GV chú ý đến BTTN và các thiết bị thí nghiệm tự làm, cụ thể: Có 31,6 % HS chưa từng được giải các BTTN và 55,7 % HS ít khi được học BTTN.
1.5.5. Nguyên nhân thực trạng dạy học BTTN của chương Động lực học chất điểm chất điểm
a. Những thuận lợi và khó khăn của GV khi dạy BTTN của chương Động lực học chất điểm
*) Thuận lợi
+ Các GV đều được đào tạo đúng chuyên môn, nhiệt tình, có trách nhiệm trong dạy học
+ Có phòng thí nghiệm trang bị các bộ thí nghiệm theo chương trình SGK hiện hành. Dụng cụ thiết bị thí nghiệm đầy đủ, khá gọn nhẹ, đơn giản, dễ vận chuyển, dễ bảo quản, không nguy hiểm, không đòi hỏi kĩ thuật sử dụng cao.
+ Kiến thức phần Động lực học chất điểm gắn liền với thực tiễn cuộc sống nên tạo được sự hứng thú học tập của HS.
+ Có rất nhiều tài liệu tham khảo cho giáo viên: sách giáo khoa, sách bài tập, sách thiết kế bài giảng....
*) Khó khăn
+ Do sức ép của các kỳ thi luôn tạo tâm lí cho các GV đặt nhiệm vụ truyền thụ kiến thức cho HS là nhiệm vụ hàng đầu. GV chỉ thực hiện các thí nghiệm theo yêu cầu của chương trình SGK với những thiết bị thí nghiệm được cung cấp, không sử dụng thêm thí nghiệm nào với dụng cụ do mình tự tìm kiếm, chế tạo và cũng không yêu cầu HS tìm kiếm, thiết kế, chế tạo dụng cụ và sử dụng chúng để thực hiện những thí nghiệm đơn giản.
+ Nội dung phần kiến thức này khá đa dạng nhưng thời gian học nội khóa còn ít.
+ Việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết dạy rất khó khăn và mất nhiều thời gian.
+ Một số học sinh chưa chú ý, chưa say mê trong quá trình học tập.
+ Nội dung các bài tập do giáo viên đưa ra gắn quá nhiều vào kiến thức ít đề cập tới kĩ năng của người học, gắn chặt người học - người dạy vào nội dung tiết học trên lớp, với mục tiêu thi cử....Thậm chí nhiều giáo viên cho rằng giải bài tập vật lí là để rèn luyện kĩ năng luyện công thức vật lí, rằng bài tập vật lí hay là bài tập có tính phức tạp về mặt toán học càng cao.
+ Việc biên soạn các BTTN còn gặp nhiều khó khăn vì số lượng các tài liệu tham khảo về bài tập thí nghiệm còn rất hạn chế. Các BTTN được GV đưa ra chỉ đơn thuần là quan sát hiện tượng, giải thích hiện tượng.
b. Những thuận lợi và khó khăn của học sinh khi học chương Động lực học chất điểm