Vận dụng những nguyên tắc và các bước xây dựng BTCNDTT để phát triển năng lực VDTKKN đã học, xuất phát từ những điều kiện dạy học thực tiễn (về thời lượng của giờ học, khả năng nhận thức của HS, ...) cùng với tham khảo ý kiến chuyên gia, hệ thống BTCNDTT phần “Quang hình học” được xây dựng theo 4 bước cụ thể như sau:
Bước 1: Xác định mục tiêu dạy học phần “Quang hình học” - Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực VDKTKN đã học của HS
Mục tiêu dạy học phần “Quang hình học” – Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực VDKTKN đã học để HS thực hiện 4 hành vi và phân ra thành 3 mức độ sau:
- Hành vi 1: Giải thích, chứng minh được một số hiện tượng thực tiễn mới, phức hợp thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 1: Giải thích, chứng minh được một vấn đề thực tiễn tương tự và đơn giản thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 2: Giải thích, chứng minh được một vấn đề thực tiễn tương tự thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 3: Giải thích, chứng minh được một vấn đề thực tiễn mới và phức hợp thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
- Hành vi 2: Đánh giá, phản biện được ảnh hưởng của một vấn đề thực tiễn mới thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 1: Mô tả được ảnh hưởng của một vấn đề thực tiễn đơn giản thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 2: Giải thích được ảnh hưởng của một vấn đề thực tiễn mới thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 3: Đánh giá, phản biện được ảnh hưởng của một vấn đề thực tiễn mới thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
- Hành vi 3: Thiết kế được mô hình phức hợp, lập được kế hoạch, đề xuất và thực hiện được một số phương pháp hay biện pháp mới thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 1: Mô tả được mô hình, lập được kế hoạch, đề xuất và thực hiện được một số phương pháp hay biện pháp tương tự đơn giản thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 2: Giải thích được mô hình, lập được kế hoạch, đề xuất và thực hiện được một số phương pháp hay biện pháp tương tự thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
được một số phương pháp hay biện pháp mới thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
- Hành vi 4: Đề xuất được giải pháp và thực hiện được một số giải pháp để bảo vệ thiên nhiên, thích ứng với biến đổi khí hậu; có hành vi, thái độ hợp lí nhằm phát triển bề vững thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 1: Mô tả được giải pháp và thực hiện được một số giải pháp để bảo vệ thiên nhiên, thích ứng với biến đổi khí hậu; có hành vi, thái độ hợp nhằm phát triển bền vững thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 2: Giải thích được giải pháp và thực hiện được một số giải pháp để bảo vệ thiên nhiên, thích ứng với biến đổi khí hậu; có hành vi, thái độ hợp nhằm phát triển bền vững thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
+ Mức 3: Đề xuất được giải pháp và thực hiện được một số giải pháp để bảo vệ thiên nhiên, thích ứng với biến đổi khí hậu; có hành vi, thái độ hợp nhằm phát triển bền vững thông qua VDKTKN đã học về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang.
Bước 2: Tìm kiếm, phát hiện, lựa chọn các vấn đề thực tiễn để biên soạn các nhiệm vụ học tập để HS được thực hiện các hành vi năng lực VDKTKN đã học
Đầu tiên xác định rõ các các vấn đề thực tiễn là liên quan đến kiến thức về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, mắt và các dụng cụ quang; HS cần thực hiện các hành vi để phát triển năng lực VDKTKN đã học. Xác định chức năng, nhiệm vụ và nội dung của từng loại BTCNDTT cụ thể trong tiến trình dạy học. Tuy nhiên để mô tả rõ bước này, chúng tôi chỉ chọn nội dung kiến thức “khúc xạ ánh sáng” để phân tích.
- Thường có hai cách để phát hiện ý tưởng của BTCNDTT liên quan đến kiến thức (khúc xạ ánh sáng):
+ Cách 1: Dựa vào kinh nghiệm bản thân, qua quan sát thực tiễn như:
•Quan sát chiếc đũa bỏ trong li nước thì dường như chiếc đũa bị gãy tại mặt phân cách giữa không khí và nước;
•Khi quan sát vật ở dưới nước thì dường như vật được nâng lên so với độ sâu thực của nó.
•Một người nhìn thấy con cá ở trong nước. Muốn đâm trúng con cá, thì người đó phải phóng mũi lao không phải chỗ mà người đó nhì thấy con cá, tại sao lại như vậy?
•Khi pha nước đường, trong li giữa những khối nước ta thấy có những vân trong suốt. Vì sao như vậy?
•Vào những đêm hè trời quang đãng, không trăng, nhìn lên bầu trời đầy sao ta có cảm giác các vì sao lấp lánh, lung linh một cách kì ảo. Phải chăng các vì sao lấp lánh ấy là do cường độ sáng không đồng đều? Vì sao như vậy?
•Sử dụng kính mờ ta có thể lấy được ánh sáng từ bên ngoài qua nó nhưng ở bên ngoài hình ảnh nhìn được bị nhòa, không có quy luật rõ ràng nào giải thích vì sao kính mờ có tác dụng như vậy?...
•Tìm hiểu kĩ các ứng dụng kĩ thuật của hiện tượng khúc xạ ánh sáng vào nhiếp ảnh...
+Cách 2: Tìm kiếm trên các kênh thông tin đại chúng, mạng xã hội, internet, hoặc tài liệu, giáo trình, sách chuyên ngành thông qua các từ khóa: ứng dụng hiện tượng khúc xạ ánh sáng, bài tập thực tiễn khúc xạ ánh sáng…
Bước 3: Xây dựng, biên soạn các bài tập/ nhiệm vụ học tập để HS được thực hiện các hành vi năng lực VDKTKN
- GV phải đọc nhiều tài liệu, tham khảo nhiều sách BTVL đã được biên soạn liên
quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng, từ đó tổng hợp lại để biên soạn được những BTCNDTT hay và thích hợp với tiến trình dạy học. Cần chú ý tới trình độ nhận thức, học lực, điều kiện hoàn cảnh của từng vùng, từng lớp HS để lựa chọn và xác định kiến thức phù hợp với người học, để hệ thống BTCNDTT đạt hiệu quả như mong muốn.
- Hình thành ý tưởng bài tập (tình huống, các nội dung cần hỏi), chuyển hóa, mô hình hóa bài tập. Trước hết, GV hình thành kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng thông qua các thí nghiệm. Bước tiếp theo là mục đích cho HS liên hệ giữa kiến thức thực tế với kiến thức bài học. Cụ thể nhận biết được hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong thực tiễn. Tiếp theo là yêu cầu cao hơn đối với HS đưa ra các trường hợp tương tự, cụ thể trong thực tế. Cuối cùng đưa ra các tình huống cho HS giải thích, đề xuất các ý tưởng, giải pháp kĩ thuật đáp ứng yêu cầu thực tiễn liên quan đến hiện tượng khúc xạ
ánh sáng. GV phải xây dựng các phương án giải cho từng loại bài tập cụ thể, tiến hành phân bố, lựa chọn từng bài tập theo nhiệm vụ, chức năng của chúng để tạo thành một hệ thống BTCNDTT hoàn chỉnh.
Bước 4. Chỉnh sửa, hoàn thiện hệ thống bài tập đã biên soạn
- Sau khi đã tiến hành xây dựng và biên soạn được hệ thống BTCNDTT, GV cần đưa hệ thống bài tập đó vào quá trình dạy học trên lớp để kiểm tra tính đúng đắn và hiệu quả của chúng.
- Rà soát lại hệ thống các BTCNDTT sử dụng trong quá trình dạy học đã đảm bảo được sự cân đối về số lượng, nội dung kiến thức, chức năng, nhiệm vụ với hệ thống bài tập chung hay chưa (nên tham khảo thầy cô đồng nghiệp). Kiểm tra lại sự cân đối về mức độ khó của các loại bài tập từ đơn giản, nâng cao tới sáng tạo trong phân phối bài tập ở từng giờ dạy học.
- Sau khi điều chỉnh và khắc phục các lỗi của hệ thống BTCNDTT đã xây dựng và biên soạn, GV có thể tiến hành phát triển và bổ sung để hệ thống bài tập có tính thực tiễn và tính cập nhật sau mỗi năm để bài tập hoàn chỉnh nhất có thể.
Tuân thủ các bước xây dựng BTCNDTT như trên, chúng tôi đã biên soạn và xây dựng được 13 BTCNDTT phần “Quang hình học” - Vật lí 11. Trong đó chúng tôi đã phân loại theo các dạng bài tập thực tiễn (bảng 2.1) và phân loại theo biểu hiện thành tố năng lực VDKTKN (bảng 2.2) theo 3 mức độ (M1, M2, M3); cụ thể như sau:
Bảng phân loại bài tập thực tiễn đã xây dựng Bài tập Bài tập định tính có nội dung thực tiễn Bài tập định lượng có nội dung thực
tiễn Bài tập thí nghiệm có nội dung thực tiễn Bài tập 1 Bài tập 2 Bài tập 3 Bài tập 4 Bài tập 5 Bài tập 6 Bài tập 7 Bài tập 8
Bài tập Bài tập định tính có nội dung thực tiễn Bài tập định lượng có nội dung thực tiễn Bài tập thí nghiệm có nội dung thực tiễn Bài tập 9 Bài tập 10 Bài tập 11 Bài tập 12 Bài tập 13
Bảng 2.1. Bảng phân loại bài tập thực tiễn đã xây dựng
Bảng ma trận các bài tập thực tiễn đã xây dựng
Bài tập Hành vi 1 (HV1) Hành vi 2 (HV2) Hành vi 3 (HV3) Hành vi 4 (HV4) Bài tập 1 (Những người đi tắm thiếu kinh nghiệm) Câu 1.1 (M3)
Câu 1.2 (M3) Câu 1.3 (M3) Câu 1.4 (M2) Bài tâp 2 (Cáp quang) Câu 2.1 (M3) Câu 2.3 (M3) Câu 2.2 (M3) Câu 2.5 (M3) Câu 2.4 (M3) Bài tập 3 (Kính mờ) Câu 3.1 (M3) Câu 3.4.1 (M3) Câu 3.2 (M3) Câu 3.3 (M3) Câu 3.4.2 (M3) Bài tập 4
(Hiện tượng ảo ảnh quang học)
Câu 4.1 (M3)
Câu 4.2 (M3) Câu 4.3 (M3) Câu 4.4 (M3) Bài tập 5
(Đo độ sâu của nước trong hồ)
Câu 5.1 (M3) Câu 5.2 (M3) Câu 5.3 (M3)
Bài tập 6
(Kim cương) Câu 6.1 (M3)
Câu 6.2 (M3) Câu 6.3 (M3) Câu 6.4.1(M3) Câu 6.4.2 (M3) Bài tập 7
Bài tập Hành vi 1 (HV1) Hành vi 2 (HV2) Hành vi 3 (HV3) Hành vi 4 (HV4) Bài tập 8 (Kính lúp) Câu 8.1 (M1) Câu 8.2 (M3) Câu 8.6 (M2) Câu 8.3 (M2) Câu 8.7 (M3) Câu 8.4 (M3) Câu 8.5 (M3) Bài tập 9
(Đo độ tụ của thấu kính hội tụ) Câu 9.1 (M3) Câu 9.2 (M3) Câu 9.3 (M3) Bài tập 10 (Kính hiển vi) Câu 10.1 (M3) Câu 10.4 (M3) Câu 10.5 (M3) Câu 10.2(M2) Câu 10.3(M2) Bài tập 11 (Ống nhòm) Câu 11.1 (M3) Câu 11.2 (M3) Câu 11.3(M3) Bài tập 12 (Mắt và các tật khúc xạ của mắt) Câu 12.1 (M3) Câu 12.5 (M3) Câu 12.3(M2) Câu 12.4(M3) Câu 12.2 (M3) Câu 12.6 (M3) Bài tập 13 (Máy ảnh) Câu 13.1 (M3) Câu 13.3 (M3) Câu 13.4 (M3) Câu 13.2(M3) Câu 13.5(M3)
Bảng 2.2. Bảng ma trận các bài tập thực tiễn đã xây dựng
Sau đây, chúng tôi trình bày các bài tập thực tiễn đã xây dựng:
Bài tập 1. NHỮNG NGƯỜI ĐI TẮM THIẾU KINH NGHIỆM
a) Đề bài: Những người đi tắm thiếu kinh nghiệm thường gặp nguy hiểm, các vật thể chìm trong nước sẽ “nâng lên cao” hơn vị trí thực của nó trong ao hồ, sông, của mọi khu vực có nước đối với mắt người ở trên cạn; người ta thường lâm vào tình trạng nguy hiểm khi gặp phải sự nông cạn lừa dối này. Các em
hiểu biết điều này, vì đối với mọi nhầm lẫn trong việc xác định độ sâu có thể dẫn đến tại nạn không thể lường trước được.
Câu 1.1. [HV1 (M3)] Thông tin trênliên quan đến nội dung kiến thức nào? Hãy giải thích vì sao có hiện tượng trên xảy ra.
Câu 1.2. [HV1 (M3)] Chỗ sâu nhất của bể là chỗ nào?
Nếu đứng ngập đến thắt lưng trong nước của bể chứa có đáy nằm ngang thì mặt đáy được hình dung như hình vẽ 2.2. Ngoài ra vị trí sâu nhất hình như là chỗ đứng người quan sát đứng. Hãy giải thích nghịch lí đó như thế nào?
Câu 1.3. [HV2 (M3)] Hãy đề xuất ý kiến khi ta đi tắm sông, ao hồ thì cần phải chú ý đến vấn đề nào được đề cập ở tình huống trên để tránh nguy hiểm?
Câu 1.4. [HV3 (M2)] Ở dưới hồ có con cá nhỏ, người đánh cá dùng cái xiên để xỉa cá. Để xiên trúng con cá người ấy phải xỉa cái xiên xuống nước như thế nào?
b) Lời giải:
Câu 1.1. Nguyên nhân là do khúc xạ ánh sáng của các tia sáng, các tia sáng từ đáy ao chiếu đến
Câu 1.2. Dựa vào công thức định luật khúc xạ ánh sáng - r i sin sin = n21 - Xét tia BI truyền đến mắt.
n1> n2 => i < r nên mắt người đặt không khí sẽ quan sát được ảnh của B là B1;
- Tương tự những điểm C, D… Ta thấy ảnh A1, B1, C1, D1… càng được nâng lên.
Hình 2.2. Người đúng dưới nước quan sát đáy bể
Hình 2.4. Người đứng quan sát đáy bể từ gần ra xa
Câu 1.3. Những người đi tắm thiếu kinh nghiệm sẽ tưởng rằng mực nước trước mặt mình cạn, không gây nguy hiểm. Tuy nhiên chúng ta biết rằng sự nâng lên của đáy ao do hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Nếu không rõ về điều này sẽ dẫn đến hậu quả đáng tiếc, nhất là người không biết bơi.
Câu 1.4. Dưới hồ có con cá nhỏ, người đánh cá dùng cái xiên để xỉa cá. Khi muốn xiên cá dưới nước thì người đánh cá không xỉa thẳng vào vị trí con cá mà anh ta nhìn thấy mà nhằm vào chỗ hơi xa và sâu hơn.
c) Khả năng phát triển năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng: Khi HS giải bài này, căn cứ vào khung năng lực VDKTKN đã học thì HS phải thực hiện các hành vi ở mức độ:
- HV1 (M3): Giải thích đầy đủ hiện tượng “nâng lên” của đáy hồ khi mắt đặt trong không khí dựa vào kiến thức khúc xạ ánh sáng.
- HV1 (M3): Giải thích được nghịch lí đáy bể dường như nâng lên cao hơn khi nhìn từ gần ra xa dựa vào kiến thức khúc xạ ánh sáng.
- HV2 (M3): Đánh giá được vấn đề thực tiễn khi đi tắm sông, ao, hồ … để tránh những nguy hiểm đáng tiếc.
- HV3 (M2): Đề xuất được giải pháp làm sao để xỉa cá sao cho trúng mục tiêu vào kiến thức khúc xạ ánh sáng.
Bài tập 2: CÁP QUANG
a) Đề bài:Chưa bao giờ các cuộc điện thoại trong nước và quốc tế được kết nối với nhau một cách dễ dàng đến vậy. Với công nghệ cáp quang như hiện nay, người dùng có thể dễ dàng kết nối nhanh hơn và có cuộc hội thoại rõ ràng hơn mà vẫn đảm bảo đàm thoại trong thời
gian thực hiện. Hình 2.6. Cáp quang
Công nghệ cáp quang là công nghệ cáp có chứa hàng nghìn sợi quang trong lớp bảo vệ, cách nhiệt. Sợi quang học là những sợi thủy tinh tinh khiết rất mỏng, truyền tải thông tin dưới dạng ánh sáng.
Câu 2.1. [HV1 (M3)] Cáp quang ứng dụng hiện tượng vật lí nào? Vẽ đường đi của tia sáng trong sợi quang.
Câu 2.2. [HV2 (M3)] Nêu những ưu nhược điểm của cáp quang so với cáp kim loại trong việc truyền thông tin.
Câu 2.3. [HV1 (M3)] Một sợi quang hình trụ với lõi có chiết suất n1 = 1,5 và phần vỏ bọc ngoài có chiết