hướng dạy học giải quyết vấn đề
Trong khuôn khổ của luận văn, chúng tôi chỉ thiết kế tiến trình dạy học phần chuyển động thẳng.
I. Mục tiêu dạy học
- Về kiến thức
+ Nêu được chuyển động, chất điểm, hệ quy chiếu, mốc thời gian. + Nêu được vận tốc, vận tốc tức thời là gì?
+ Nhận biết được đặc điểm về vận tốc của chuyển động thẳng đều.
+ Nêu được ví dụ về chuyển động thẳng biến đổi đều (nhanh dần đều, chậm dần đều).
+ Viết được công thức tính gia tốc của một chuyển động biến đổi.
+ Nêu được đặc điểm của vectơ gia tốc trong chuyển động thẳng nhanh dần đều, trong chuyển động thẳng chậm dần đều.
+ Viết được các công thức tính vận tốc, phương trình chuyển động thẳng, công thức tính đường đi, mối liên hệ giữa v, v0, a và s
+ Nêu được sự rơi tự do là gì. Viết được các công thức tính vận tốc và đường đi của chuyển động rơi tự do. Nêu được đặc điểm về gia tốc rơi tự do.
- Về kĩ năng
+ Xác định được vị trí của một vật chuyển động trong một hệ quy chiếu đã cho.
+ Lập được phương trình chuyển động x = x0 + vt.
+ Vận dụng được phương trình x = xo + vt đối với chuyển động thẳng đều của một hoặc hai vật.
+ Vận dụng được các công thức: vt = v0 + at, s = v0t +
2 1
at2, v2t -v20 =2as.
+ Vẽ được đồ thị vận tốc của chuyển động biến đổi đều.
+ Xác định được gia tốc của chuyển động thẳng nhanh dần đều bằng thí nghiệm.
II. Nội dung kiến thức cần xây dựng
a) Những đặc trưng của chuyển động: Gia tốc, vận tốc và tốc độ, độ dời (tọa độ) và đường đi
b) Chuyển động thẳng đều
c) Chuyển động thẳng biến đổi đều d) Sự rơi tự do
III. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh a) Chuẩn bị của giáo viên
- 6 bộ TN về chuyển động thẳng (gồm dụng cụ TN, cảm biến chuyển động, thiết bị ghép tương tích hiện số, máy tính có cài đặt phần mềm)
- Giáo án, phiếu học tập, mẫu báo cáo kết quả HĐ nhóm,… b) Chuẩn bị của học sinh
Xem lại những kiến thức về cộng, trừ véc tơ, phương trình và đồ thị của hàm số bậc 1, bậc 2
Hình 2.37. Sơ đồ lôgíc tiến trình khoa học xây dựng kiến thức
về chuyển động thẳng
Diễn giải sơ đồ(Hình 2.37):
- Để xác định vị trí chính xác của một chất điểm đang chuyển động thì ta phải chọn một hệ quy chiếu rồi xác định vị trí của nó theo thời gian
- Tính chất của chuyển động thể hiện thông qua vận tốc – thời gian.
- Chuyển động thường gặp, đơn giản nhất là chuyển động thẳng. Trong chuyển động thẳng thì có chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng không đều (VD: vật trên mặt phẳng nghiêng, vật rơi trong không khí).
Tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng thường
gặp phụ thuộc vào thời gian như thế nào?
- Làm thí nghiệm về chuyển động thẳng với máng nằm ngang. - Vẽ đồ thị v-t, x-t - Làm thí nghiệm về chuyển động thẳng với máng nằm nghiêng - Vẽ đồ thị v-t, x-t
- Chuyển động thẳng đều: v = const; x = xo + v.t
Đồ thị v-t là đường nằm ngang, đồ thị x-t là đường thẳng nằm nghiêng
- Chuyển động thẳng, NDĐ: v = v0 +a.t; x = xo + v0t + 2 1
at2
Đồ thị v-t là đường nằm nghiêng, đồ thị x-t là đường parabol
- Sự rơi: v = at; x = 2 1
at2 (a = 9,8m/s2)
Đồ thị v-t là đường nằm nghiêng, đồ thị x-t là đường parabol
- Làm thí nghiệm về chuyển động rơi.
a) Pha thứ nhất: Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức, phát biểu
vấn đề
- Chuyển động cơ học là sự thay dời chỗ của vật theo thời gian.
- Để xác định vị trí chính xác của một vật đang chuyển động (được coi như chất điểm) thì ta phải chọn một hệ quy chiếu rồi xác định vị trí của nó theo thời gian.
- Tính chất của chuyển động thể hiện thông qua vận tốc – thời gian. - Trong chuyển động thẳng thì có chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng không đều.
Vậy, một câu hỏi đặt ra là “Tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng phụ
thuộc vào thời gian như thế nào?”. Câu hỏi này chứa đựng 2 vấn đề:
+ Vấn đề 1: Tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng thường gặp phụ thuộc vào thời gian như thế nào? (mặt định tính)
+ Vấn đề 2: Sự phụ thuộc vào thời gian đó được mô tả bằng biểu thức toán học nào hay không? (mặt định lượng)
{Vấn đề - bài toán được phát biểu}
b) Pha thứ 2: Học sinh hành động độc lập, tích cực, trao đổi, tìm tòi giải
quyết vấn đề
- Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề: Làm TN với cùng một bộ thí nghiệm nhưng ở 3 trạng thái khác nhau để biết tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng phụ thuộc vào thời gian như thế nào?
Việc nghiên cứu giải quyết vấn đề được chia thành 3 nhiệm vụ độc lập: + Xác định các đại lượng đặc trưng của chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang.
+ Xác định các đại lượng đặc trưng của chuyển động trên mặt phẳng nằm nghiêng.
+ Xác định các đại lượng đặc trưng của vật rơi. - Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề:
+ Làm thí nghiệm với từng nhiệm vụ để tìm các đại lượng đặc trưng: v, x + Biểu diễn bằng đồ thị mối quan hệ: v-t; x-t
- Phân tích kết quả nghiên cứu:
+ Trường hợp 1:
Từ bảng số liệu và đồ thị thu được, suy ra: v = const; x = xo + v.t
+ Trường hợp 2:
Từ bảng số liệu và đồ thị thu được, suy ra:
a =const; v = v0 +a.t; x = xo + v0t + 2 1
at2
+ Trường hợp 3:
Từ bảng số liệu và đồ thị thu được, suy ra: v = at; x =
2 1
at2, a không
thay đổi trong mọi trường hợp rơi
c) Pha thứ 3: Tranh luận, thể chế hóa, vận dụng tri thức mới
Báo cáo kết quả các nghiên cứu và thể chế hóa kiến thức
- Với HĐ nghiên cứu quy luật chuyển động thẳng trên máng ngang:
Thể chế hóa: Vật chuyển động thẳng đều (Vật đi được những quãng đường
bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau)
- Với HĐ nghiên cứu quy luật chuyển động thẳng trên máng nghiêng:
Vật chuyển động thẳng nhanh dần đều
- Với HĐ nghiên cứu quy luật chuyển động của vật rơi không vân tốc
ban đầu: Vật chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc bằng g (9,8m/s2
)
V. Tiến trình dạy học cụ thể
Tiết học 1
V.1. Hoạt động đề xuất vấn đề nghiên cứu (20 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Yêu cầu học sinh nêu một số ví dụ về
chuyển động cơ trong thực tế và trả
lời cầu hỏi: Bằng cách nào ta biết một
vật đang chuyển động hay đứng yên?
Nêu ví dụ về chuyển động trong thực
tế và trả lời câu hỏi.
Xác nhận câu trả lời, thông báo định
nghĩa chuyển động cơ, khái niệm chất
Phát biểu định nghĩa chuyển động cơ.
điểm và quỹ đạo chuyển động. được coi là chất điểm trong thực tế.
Để xác định vị trí chính xác của một
chuyển động ta phải làm như thế nào?
- Chọn một hệ quy chiếu
- Xác định vị trí của chuyển động
thông qua đo đạc hoặc theo quy luật toán học.
Hỏi HS: Trong thực tế, ta có những dạng chuyển động thường gặp nào?
HS1: Chuyển động thẳng và chuyển động không thẳng. HS2: Chuyển động thẳng, chuyển động tròn, chuyển động cong,… HS3:…. Chúng ta đi nghiên cứu một dạng chuyển động thường gặp nhất là chuyển động thẳng. Tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng phụ thuộc vào thời gian như thế nào?
V.2. Hoạt động đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề đặt ra (15 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Làm thế nào biết tọa độ, vận tốc của
chuyển động thẳng phụ thuộc vào
thời gian như thế nào?
HĐ cá nhân, thảo luận trước lớp
HS1: Làm thí nghiệm để xác định vị
trí của vật theo thời gian (x-t)
HS2: Xác định vận tốc của vật theo
thời gian
Như vậy, chúng ta sẽ làm thí nghiệm
để đi tìm mối quan hệ của các đại
lượng theo gian: v-t, x-t.
Thầy giao cho mỗi nhóm 01 bộ TN.
Các nhóm tìm hiểu bộ TN xem có
đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu mà
các em đề ra hay không?
Giáo viên cho học sinh tìm hiểu thí nghiệm, phát tài liệu về thao tác sử dụng
phần mềm, cách khớp đồ thị để đưa ra hàm số, cách loại bỏ các số liệu nhiễu (Đầu chuyển động và cuối chuyển động), cách lưu lại kết quả thí nghiệm.
V.3. Hoạt động thực hiện giải pháp để giải quyết vấn đề (35 phút)
a) Dự kiến các bước tiến hành thí nghiệm (10 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Chúng ta cần đi tìm hiểu xem vận tốc,
tọa độ thay đổi theo thời gian như thế
nào?
Để làm điều này chúng ta phải xác
định vận tốc, tọa độ ở từng thời điểm
rồi vẽ đồ thị để nhận xét quy luật.
Việc thu thập và vẽ đồ thị sẽ trở nên
dễ dàng hơn khi chúng ta sử dụng bộ
thí nghiệm về chuyển động thẳng có
kết nối với máy tính và sử dụng phần
mềm xử lý kết quả.
Các em sẽ tiến hành thí nghiệm với bộ
nghiên cứu chuyển động thẳng:
1) Nghiên cứu chuyển động thẳng
trong trạng thái máng đặt nằm ngang
(nhóm 1,2)
2) Nghiên cứu chuyển động thẳng
trong trạng thái máng đặt nằm nghiêng (nhóm 3,4)
3) Nghiên cứu chuyển động thẳng
trong trạng thái vật rơi(nhóm 5,6). Các nhóm hãy thảo luận và trình bày
dự kiến tiến hành TN để thực hiện
HS nhận nhiệm vụ và HĐ theo nhóm
nhiệm vụ của nhóm.
GV nhận xét bổ sung
cử người đại diện trả lời.
Tiết học 2
b) Tiến hành thí nghiệm (25 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Như vậy, các nhóm sẽ đồng thời làm
TN.Các nhóm sẽ HĐ trong thời gian
25 phút và chuẩn bị báo cáo của nhóm
mình để trình bày trước lớp. HS HĐ nhóm
V.4. Hoạt động trình bày kết quả giải quyết vấn đề (20 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Thầy mời đại diện nhóm (1,2), (3,4),
(5,6) báo cáo kết quả. Đồng thời đối
chiếu kết quả của nhóm mình với
nhóm còn lại cùng có nhiệm vụ.
Đại diện các nhóm lên báo cáo
Nhóm (1,2):
v = const; x = xo + v.t
Đồ thị v-t là đường nằm ngang, hệ
số của t trùng với giá trị của v
Nhóm (3,4):
v = v0 +a.t; x = xo + v0t + 2 1
at2
Đồ thị v- t là một đường thẳng đi lên
với hệ số góc là a
Đồ thị x-t là đường parabol với hệ số
của t2 là a/2 Nhóm (5,6): v = at; x = 2 1 at2 (a = 9,8)
Đồ thị v- t là một đường thẳng đi lên
với hệ số góc là 9,8
của t2 là 4,9
Tiết học 3
V.5. Hoạt động thông báo bổ sung, thể chế hóa kiến thức và vận dụng
kiến thức (45 phút)
Sau khi các nhóm báo cáo kết quả HĐ, GV nhận xét, thông báo bổ sung
kiến thức và thể chế hóa kiến thức.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Như vậy chúng ta biết được 3 dạng
chuyển động thẳng qua thí nghiệm.
Thí nghiệm của nhóm (1,2) được gọi là
chuyển động thẳng đều:
- Vận tốc không thay đổi theo thời gian.
- Tọa độ theo thời gian là một đường
thẳng đi lên, hệ số góc bằng độ lớn của
vận tốc.
HS suy luận, nhận xét cùng thầy
Thí nghiệm của nhóm (3,4) được gọi là
chuyển động thẳng nhanh dần đều:
v = v0 +at; x = xo + v0t + 2 1
at2
Ngoài ra, trong thực tế còn có chuyển động thẳng chậm dần đều.
HS suy luận, nhận xét cùng thầy
Quãng đường đi được của vật:
s = v0t + 2 1
at2
Đại lượng a trong biểu thức v sẽ đặc trưng cho sự thay đổi vận tốc nhanh hay
chậm và người ta gọi là gia tốc.
HS suy luận, nhận xét cùng thầy để
đưa ra công thức: a =(Dv/Dt)
Đơn vị là m/s2
Thông báo mối liên hệ giữa vận tốc, gia
tốc và quãng đường đi được.
Người ta thường chọn chiều dương trùng chiêu chuyển động, khi đó các phương trình đều là:
v = v0 +at; s = v0t + 2 1 at2; x = xo + v0t + 2 1 at2; v2– v02 = 2as + Chuyển động nhanh dần đều: a>0
+ Chuyển động chậm dần đều: a<0
Thí nghiệm của nhóm (5,6) được gọi là Sự rơi tự do:
Là chuyển động thẳng nhanh dần đều
với v0 = 0 và a = g (=9,8m/s2)
Yêu cầu HS đọc SGK và cho biết thế
nào là sự rơi tự do và viết các phương
trình v, h, y.
Sự rơi tự do là sự rơi của một vật
chỉ chịu tác dụng của trọng lực. v = gt; h = 2 1 gt2; y = yo + 2 1 gt2; v = 2gh 2.6. Kết luận chương 2
Thông qua phân tích nội dung kiến thức chương “Động học chất điểm”, tìm hiểu những sai lầm, khó khăn thường gặp của HS trong học tập chương
này, nhận thấy, cần có bộ TN nghiên cứu về chuyển động thẳng để tổ chức
Hiện nay, ở phòng TN vật lí phổ thông, đã có một số bộ TN về chuyển
động thẳng. Mỗi bộ thí nghiệm đều có ưu, nhược điểm riêng. Tuy nhiên việc
sử dụng các bộ thí nghiệm đó để dạy học chương “Động học chất điểm” theo
quan điểm dạy học hiện đại thì gặp nhiều khó khăn.
Từ những nhận xét về ưu nhược điểm của các bộ TN hiện có, kết hợp
với phân tích lôgíc hình thành kiến thức chương “Động học chất điểm”, đặc
biệt là lôgíc hình thành các kiến thức về chuyển động thẳng, chúng tôi nhận
thấy cần phải thiết kế chế tạo bộ TN mới có chức năng là bộ TN thực tập của
HS, cho phép nghiên cứu được các dạng của chuyển động thẳng. Giải pháp
chúng tôi đưa ra để thực hiện nhiệm vụ này là sử dụng các cảm biến và bộ
ghép nối có chức năng là dụng cụ đo chính xác, có độ nhạy tốt, thang đo rộng, dễ dàng thu thập và xử lí số liệu dưới dạng số và đồ thị. Bộ TN về chuyển
động thẳng mới chế tạo đáp ứng được các yêu cầu đối với TN trong dạy học
các kiến thức thuộc chương “Động học chất điểm”.
Vận dụng lí luận dạy học giải quyết vấn đề, chúng tôi đã thiết kế tiến
trình dạy học phần chuyển động thẳng của chương “Động học chất điểm” có
sử dụng bộ TN mới chế tạo để tổ chức HĐ nhận thức tích cực, sáng tạo của
HS trong học tập.
Nhiệm vụ tiếp theo mà đề tài đặt ra là: Phải thực nghiệm việc tổ chức
hoạt động thức của HS trên thực tế ở trường phổ thông theo tiến trình dạy học
đã thiết kế được. Mục đích của việc thực nghiệm dạy học này là nhằm: Đánh
giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã thiết kế; bước đầu đánh giá hiệu quả
của tiến trình dạy học này trong việc nâng cao tính tích cực, sáng tạo của HS;
mặt khác, đánh giá các ưu điểm, nhược điểm của bộ TN chuyển động thẳng
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
3.1. Mục đích, đối tượng, phương pháp và nội dung thực nghiệm
3.1.1. Mục đích thực nghiệm
Thực nghiệm sư phạm nhằm mục đích kiểm tra giả thuyết khoa học của
đề tài, cụ thể là:
- Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã thiết kế được, tức là đối
chiếu tiến trình dạy học diễn ra trong giờ học với tiến trình dự kiến, từ đó, sửa