Chƣơng 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC DẠY HỌC TÍCH HỢP
2.3. Thiết kế chủ đề dạy học tích phân theo hướng tích hợp liên mơn Tốn – Vật lí
2.3.1. Thiết kế chủ đề DHTH “Tích phân trong các bài tốn chuyển động cơ
dụng làm tăng thêm niềm vui, hứng thú học tập, giúp HS cĩ thể tiếp thu được tốt nội dung bài học, tạo tiền đề và kích thích HS tham gia vào các hoạt động học tập tiếp theo.
Định hướng 2: Dạy học các chủ đề tích hợp theo định hướng phát triển năng lực mơ hình hĩa thơng qua làm rõ mơ hình tốn học trong vật lí và ngược lại khai thác hiện tượng vật lí làm cơ sở cho học sinh khám phá.
Trong các CĐTH cần chứa đựng các tình huống gắn với thực tiễn, gần gũi và hấp dẫn người học, kích thích động cơ học tập của HS. Khi DH các CĐTH địi hỏi HS phải lập luận, giải thích, phân tích, tổng hợp, so sánh, đánh giá, hoặc phải trải nghiệm,… GV dạy CĐTH cần sử dụng các PPDH tích cực để lơi cuốn tất cả các HS của lớp tích cực tham gia, đặc biệt hiệu quả khi cĩ những thí nghiệm thực tế hoặc mơ phỏng hoặc mơ hình hĩa. Từ đĩ sẽ lơi quấn, hấp dẫn HS hơn, các em rất dễ hình dung ra vấn đề cần giải quyết và tạo điều kiện để HS phát triển năng lực tự học, năng lực tính tốn, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực ngơn ngữ và hợp tác,…
Trong DH các CĐTH việc đánh giá HS khơng nên chỉ đánh giá kiến thức đã lĩnh hội được mà cái chính là phải đánh giá xem HS cĩ năng lực vận dụng kiến thức đã được học để giải quyết các tình huống cĩ vấn đề, các tình huống trong thực tiễn, các tình huống tích hợp liên mơn.
2.3. Thiết kế chủ đề dạy học tích phân theo hƣớng tích hợp liên mơn Tốn – Vật lí
2.3.1. Thiết kế chủ đề DHTH “Tích phân trong các bài tốn chuyển động cơ học” học”
Bước 1: Giới thiệu chủ đề
Vật lí nghiên cứu các dạng của chuyển động, các quá trình biến đổi,… và cấu tạo của vật thể. Đây là một trong số các mơn quan trọng nhất của của chương trình
THPT. HS đã được học mơn Vật lí từ cấp tiểu học (trong các mơn học Tự nhiên và Xã hội lớp 1, lớp 2, lớp 3; Khoa học lớp 4, lớp 5), cấp THCS (từ lớp 6 đến lớp 9). Nhưng từ lớp 10 THPT, mơn Vật lí được trình bày một cách cĩ hệ thống, sâu sắc và đầy đủ hơn. Chương trình mơn Vật lí 10 THPT gồm hai phần
Phần một – Cơ học. Phần hai – Nhiệt học.
Động học chất điểm là một phần của cơ học, trong đĩ người ta nghiên cứu cách xác định vị trí của các vật trong khơng gian tại các thời điểm khác nhau và mơ tả các tính chất của chuyển động bằng các phương trình tốn học mà khơng chú ý đến nguyên nhân gây nên chuyển động đĩ. Vấn đề đặt ra là trong SGK Vật lí 10 nghiên cứu các chuyển động cơ học: Chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, sự rơi tự do…một cách độc lập và đây đều là những dạng chuyển động “lí tưởng”. Vì trong thực tế mỗi chất điểm trong quá trình chuyển động cĩ thể bao gồm tất cả các hình thái chuyển động trên. Vậy làm thế nào ta cĩ thể ứng dụng những kiến thức về chuyển động cơ học vào thực tiễn? Người ta chia khoảng thời gian t của chuyển động thành rất nhiều khoảng nhỏ t, sao cho trong mỗi khoảng thời gian nhỏ đĩ cĩ thể coi chuyển động như thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, sự rơi tự do…nghiên cứu chuyển động trên những khoảng t vơ cùng nhỏ ấy rồi tổng hợp cả quá trình lại là một cơ sở để ta nghiên cứu về một chuyển động bất kì. Đồng thời cách làm này chính là mầm mống sinh ra bài tốn tích phân, là một ứng dụng vơ cùng quan trọng của nguyên hàm, tích phân.
Để giúp HS hiểu về ứng dụng của tích phân trong các bài tốn về chuyển động cơ học, đồng thời hiểu rõ hơn về bài tốn nguyên hàm, tích phân từ đĩ cĩ những hiểu biết và vận dụng nguyên hàm, tích phân vào giải quyết các vấn đề thực tiễn cĩ liên quan. Chúng tơi thực hiện chủ đề: “Tích phân trong các bài tốn chuyển động cơ học” .
Chủ đề được xây dựng dựa trên cách tiếp cận sau:
- Tiếp cận nội dung: Chủ yếu liên quan đến các nội dung của mơn tốn và vật lí.
Để giải quyết các vấn đề đặt ra trong chủ để, HS cần vận dụng các kiến thức thuộc các bài sau
Bảng 2.3. Các nội dung liên quan đến chủ đề “Tích phân trong các bài tốn chuyển động cơ học”trong chƣơng trình, SGK hiện hành
Stt Mơn Bài liên quan đến CĐTH Ghi chú
1 Giải tích 12
Chương III. Bài 1: Nguyên hàm Chương III. Bài 2: Tích phân.
Chương III. Bài 3: Ứng dụng của tích phân trong hình học.
2 Vật lí 10
Chương I. Bài 2: Chuyển động thẳng đều Chương I. Bài 3: Chuyển động thẳng biến đổi đều
Chương I. Bài 4: Chuyển động rơi tự do.
- Tiếp cận thực tiễn: Xem xét các ứng dụng của tích phân trong các vấn đề thực tiễn liên quan đến chuyển động cơ học.
- Tiếp cận năng lực: Bên cạnh việc trang bị kiến thức, chủ đề hướng tới trang bị cho học sinh một số năng lực chung và năng lực chuyên biệt như: Năng lực tự học, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tính tốn, năng lực sử dụng ngơn ngữ, sử dụng cơng nghệ thơng tin, năng lực giao tiếp, hợp tác,… và đặc biệt là năng lực nghiên cứu khoa học như: quan sát, đề xuất giả thiết, thu thập và xử lí số liệu, trình bày số liệu dưới một số hình thức, …
Bước 2: Phân tích mơ hình tích hợp
Trong SGK vật lí 10, khi nghiên cứu về chuyển động cơ học của chất điểm, thường đi theo quy trình xét thí nghiệm về sự chuyển động, tiến hành khảo sát tại các thời điểm khác nhau để cho ta mối liên hệ giữa vận tốc, quãng đường, thời gian được thể hiện bởi bảng thống kê
Thời gian (t) t0 t1 …
Vận tốc (v) v0 v1 …
Quãng đường (s) s0 s1 …
Từ đĩ tìm ra quy luật của sự chuyển động, dự đốn phương trình chuyển động.
Hình 2.1. Những chuyển động cơ học được nghiên cứu trong SGK vật lí 10
Trong SGK Giải tích 12, khi nghiên cứu về tích phân chưa phải là sâu, nhưng cũng đủ để giúp học sinh hiểu được nghĩa của khái niệm tích phân xác định. Học sinh cũng thấy được ngành vi tích phân nghiên cứu về những đại lượng biến thiên phi tuyến tính, được sử dụng rộng rãi trong các ngành khoa học và kỹ thuật, xuất phát từ những vấn đề mà chúng ta đã được học như: tính diện tích các hình, thể tích các vật thể cĩ hình dạng bất kì, vận tốc, gia tốc, quãng đường,… mà trong thực tế khơng hề đơn giản, gọn gàng, đẹp đẽ. Nếu các đại lượng thay đổi một cách liên tục, chúng ta cần phép tính vi tích phân để tìm hiểu xem chuyện gì đã xảy ra với đại lượng ấy.
Chủ đề “Tích phân trong các bài tốn chuyển động cơ học” được xây dựng ở mức độ vận dụng kiến thức liên mơn sẽ giúp cho HS thiết lập mối liên hệ giữa các kiến thức đã được lĩnh hội vào giải quyết các bài tốn vật lí liên quan đến thực tiễn, làm cho HS quen dần với việc sử dụng kiến thức của hai
Chuyển động cơ học Chuyển động thẳng biến đổi đều Chuyển động thẳng đều Sự rơi tự do Chuyển động trịn đều
mơn học gần gũi là tốn học và vật lí. Mà cụ thể là ứng dụng tích phân giải quyết hệ thống bài tập về chuyển động cơ học của chất điểm.
Bước 3: Xây dựng kế hoạch dạy học
1. Xác định mục tiêu Về kiến thức: + Đối với mơn tốn
- HS trình bày lại được khái niệm nguyên hàm, tích phân.
- HS nhắc lại và phân biệt được tính chất của nguyên hàm và tích phân. - HS phân loại được phương pháp tính nguyên hàm, tích phân và phân tích được dấu hiệu nhận biết từng phương pháp.
+ Đối với mơn vật lí
- HS phân biệt được khái niệm chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều và chuyển động rơi tự do.
- HS phân tích được các hình thái chuyển động của một chất điểm trong tình huống thực tiễn cụ thể.
Về kỹ năng:
- Phân loại được các hình thái của chất điểm trong chuyển động của nĩ, từ đĩ áp dụng bài tốn tích phân phù hợp để giải quyết vấn đề thực tiễn.
- Lựa chọn được phương pháp phù hợp và tính được các tích phân.
- Sử dụng sơ đồ tư duy để phát triển các ý tưởng cá nhân về một vấn đề, biết sử dụng các kĩ thuật 5W1H, cĩ kỹ năng sử dụng cơng nghệ thơng tin: biết sử dụng Word, PowerPoint, chèn hình ảnh, âm thanh, tạo các video, clip,… tạo các sản phẩm báo cáo WebQuest KQ của dự án học tập.
- Thu thập, lưu trữ dữ liệu và sử lí thơng tin từ nhiều nguồn khác nhau (Internet, sách báo, phỏng vấn…) và rút ra kết luận.
- Phát triển kỹ năng trình bày các vấn đề và thuyết trình trước đám đơng. Thái độ, tình cảm:
- Hứng thú với PP học tập mới, từ đĩ hình thành và phát triển các năng lực, đặc biệt là năng lực vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, từ đĩ kích thích say mê học tập, bước đầu hình thành và làm quen với PP nghiên cứu khoa học.
Định hướng phát triển năng lực:
- Hình thành và phát triển năng lực chung: năng lực tự chủ và tự học, giải quyết vấn đề và sáng tạo, giao tiếp và hợp tác, năng lực sử dụng cơng nghệ thơng tin.
- Hình thành và phát triển năng lực chuyên biệt: Năng lực tính tốn, năng lực sử dụng cơng nghệ thơng tin và truyền thơng, năng lực sử dụng ngơn ngữ.
Tài liệu sử dụng
- Sách giáo khoa Vật lí 10. - Sách bài tập Vật lí 10. - Sách giáo khoa Giải tích 12. - Sách bài tập Giải tích 12.
- Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều và chuyển động thẳng biến đổi đều:”https://www.youtube.com/watch?v=YRxPkr7ii7A”,
“https://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/220491”.
- Giáo trình vật lí đại cương (Tập 1) – Dành cho sinh viên các trường cao đẳng (Lương Duyên Bình).
- Lí luận dạy học vật lí ở trường phổ thơng - Nguyễn Văn Khải (chủ biên) – NXB Giáo dục.
Thời gian xây dựng: 03 tiết trên lớp và 02 tuần làm việc nhĩm HS ở nhà. Bố trí giữa mỗi tiết cĩ 01 tuần HS làm việc nhĩm ở nhà.
Thời điểm thực hiện chủ đề: Sau khi HS học xong chương III: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng trong chương trình Giải tích 12.
2. Chuẩn bị của GV và HS:
a) GV:
- Thiết bị dạy học: Máy tính, máy chiếu…
- Hướng dẫn HS cách tìm kiếm thơng tin trên các trang web, trình bày powerpoit.
- Các câu hỏi pháp vấn, phiếu học tập, các phiếu đánh giá. - Tĩm tắt kiến thức cần nhớ.
b) HS:
- Bút màu, giấy A0
- Bảng phân cơng nhiệm vụ, SGK, tranh ảnh, tư liệu, máy tính, hệ thống câu hỏi, đánh giá cá nhân và đánh giá nhĩm bạn.
- Các cơng cụ trình chiếu phục vụ báo cáo dự án. Bài báo cáo trên powerpoint theo nhĩm.
3. Phương pháp dạy học chủ yếu:
- PP WebQuest (PP chính).
- Phương pháp đàm thoại nêu vấn đề. - PP giải quyết vấn đề.
- PPDH hợp tác theo nhĩm nhỏ.
4. Hướng dẫn thực hiện chủ đề
Chủ đề này được giảng dạy bằng PPDH Webquest. Tiến trình DH theo Webquest gồm các bước:
- Giới thiệu
- Xác định nhiệm vụ: Giáo viên chia lớp thành 3 nhĩm. Nhiệm vụ từng nhĩm:
Nhĩm I
- Tìm hiểu về khái niệm, các tính chất, phương pháp tính nguyên hàm. - Tìm hiểu về chuyển động thẳng đều.
- Tìm hiểu mối quan hệ giữa các đại lượng: gia tốc a t , vận tốc v t , quãng đường s t của chuyển động thẳng đều dựa trên quan điểm đạo hàm, nguyên hàm, tích phân. Thuyết trình cơ sở của mối quan hệ đĩ.
Nhĩm II
- Tìm hiểu về khái niệm, các tính chất, phương pháp tính tích phân. - Tìm hiểu về chuyển động thẳng biến đổi đều.
- Tìm hiểu mối quan hệ giữa các đại lượng: gia tốc a t , vận tốc v t , quãng đường s t của chuyển động thẳng biến đổi đều dựa trên quan điểm đạo hàm, nguyên hàm, tích phân. Thuyết trình cơ sở của mối quan hệ đĩ.
Nhĩm III
- Tìm hiểu về dấu hiệu nhận biết bài tốn tính tích phân bằng phương pháp đổi biến số và tích phân từng phần.
- Tìm hiểu về phương trình chuyển động rơi tự do.
- Tìm hiểu mối quan hệ giữa các đại lượng: gia tốc a t , vận tốc v t , quãng đường s t của chuyển động rơi tự do dựa trên quan điểm đạo hàm, nguyên hàm, tích phân. Thuyết trình cơ sở của mối quan hệ đĩ.
Bộ câu hỏi định hướng bài học
Nhĩm I
1. Nêu khái niệm nguyên hàm? Nêu các tính chất và các phương pháp tính nguyên hàm? Nêu các dấu hiệu nhận biết các phương pháp tính nguyên hàm? 2. Chuyển động thẳng đều là gì? Chuyển động thẳng đều cĩ những đặc điểm
gì?
3. Tốc độ trung bình là gì? Viết cơng thức tính quãng đường đi được và phương trình chuyển động của chuyển động thẳng đều?
4. Nêu cách vẽ đồ thị tọa độ - thời gian của một chuyển động thẳng đều?
5. Tìm hiểu mối quan hệ giữa các đại lượng: gia tốc a t , vận tốc v t , quãng đường s t của chuyển động thẳng đều dựa trên quan điểm đạo hàm, nguyên hàm, tích phân. Giải thích cơ sở của mối liên hệ đĩ?
Nhĩm II
1. Nêu khái niệm tích phân xác định? Nêu các tính chất và liệt kê các phương pháp tính tích phân?
2. Chuyển động thẳng biến đổi đều là gì? Chuyển động thẳng nhanh dần đều, chậm dần đều là gì? Chuyển động thẳng biến đổi đều cĩ những đặc điểm gì? 3. Nêu cơng thức tính vận tốc tức thời của một chuyển động trên quỹ đạo? Cho
biết yêu cầu về độ lớn của các đại lượng trong cơng thức đĩ. Viết cơng thức tính vận tốc của chuyển động thẳng nhanh dần đều, chậm dần đều? Nĩi rõ dấu của các đại lượng tham gia vào cơng thức đĩ.
4. Gia tốc của chuyển động nhanh dần đều, chậm dần đều cĩ đặc điểm gì? Gia tốc được đo bằng đơn vị nào? Chiều của véc tơ gia tốc của các chuyển động này cĩ đặc điểm gì?
5. Viết cơng thức tính quãng đường đi được, phương trình chuyển động của chuyển động thẳng nhanh, chậm dần đều? Nĩi rõ dấu của các đại lượng tham gia vào cơng thức đĩ.
6. Tìm hiểu mối quan hệ giữa các đại lượng: gia tốc a t , vận tốc v t , quãng đường s t của chuyển động thẳng biến đổi đều dựa trên quan điểm đạo hàm, nguyên hàm, tích phân. Thuyết trình cơ sở của mối quan hệ đĩ.
Nhĩm III
1. Nêu phương pháp đổi biến số và tích phân từng phần? Nêu các dấu hiệu phân biệt hai phương pháp trên?
2. Sự rơi tự do là gì? Nêu các đặc điểm của sự rơi tự do? Trong trường hợp nào các vật rơi tự do với cùng gia tốc g.
3. Yếu tố nào ảnh hưởng đến sự rơi nhanh, chậm của các vật khác nhau trong khơng khí?
4. Viết các cơng thức tính vận tốc và quãng đường đi được của vật rơi tự do. - Tiến trình:
1. GV giới thiệu PPDH Webquest và giao nhiệm vụ cho từng nhĩm.
2. Các nhĩm kết hợp SGK và tìm kiếm thơng tin trên trang web được cung cấp để giải quyết nhiệm vụ nhĩm.
3. Các nhĩm thiết kế bài báo cáo bằng powerpoint.
4. Chuẩn bị báo cáo, thời gian cho mỗi nhĩm báo cáo dưới 10 phút.
5. Tổ chức buổi báo cáo trước lớp: Cĩ thể thuyết trình, diễn kịch, đối thoại,...khuyến khích sự sáng tạo, hấp dẫn.