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
2.3.2. Thiết kế chủ đề tích hợp: “Tích phân trong các bài tốn về cơng của lực tác
tác dụng vào vật”
Bước 1: Giới thiệu chủ đề
Vật lí học là một khoa học thực nghiệm, đa số các khái niệm, định luật Vật lí được diễn đạt bằng những cơng thức Tốn học. Nhất là việc biến đổi những cơng thức Tốn học diễn tả các khái niệm, định luật Vật lí lại cĩ thể dẫn đến dự đốn được những diễn biến của hiện tượng Vật lí hoặc những hiện tượng, những đặc tính mới của thế giới vật chất. Vì vậy để đảm bảo chất lượng học tập Vật lí cần chuẩn bị tốt cho học sinh những kiến thức về Tốn học cần thiết và cĩ hệ thống [19]. Tuy nhiên, cĩ thể thấy rằng học sinh sinh viên hiện nay sử dụng một cách thụ động các cơng thức tốn học trong Vật lí. Họ khơng hiểu hoặc hiểu khơng đúng, khơng đầy đủ bản chất các cơng thức tốn học trong Vật lí. Đĩ là sự máy mĩc, dập khuân mà từ rất lâu rồi trong phương pháp dạy học Vật lí tại các trường Đại học và đặc biệt là các trường THPT hiên nay mắc phải. Thầy cơ giáo đưa ra cơng thức, học sinh áp dụng vơ thức với cơng thức đĩ.
Tốn học được coi là "ngơn ngữ của vật lí", là một cơng cụ để biểu diễn các đại lượng vật lí, các chỉ số, các biểu tượng. Dựa vào tốn học, mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí được cân bằng, các phép tính được đơn giản, mơ hình hĩa. Và do đĩ vật lí được trình bày ngắn và gọn gàng hơn. Tuy vậy, vật lí khơng phải là tốn học, và tốn học khơng phải là vật lí. Trong vật lí bạn phải cĩ sự hiểu biết về sự kết nối của các cơng thức tốn với thế giới thực. Cơng thức tốn là cần thiết để miêu tả những gì bạn đã tìm ra trong thế giới. Dựa trên sự hiểu biết sâu sắc về kiến thức vật
lí, tốn học thể hiện quan hệ giữa các yếu tố trong tự nhiên dưới dạng phương trình tốn học một cách rõ ràng hơn.
Nếu một lực khơng đổi F tác dụng lên vật M dọc theo một khoảng cách (độ dời) d, thì cơng W sinh ra trong trong quá trình chuyển động W F d. . Trong đĩ, lực F được hiểu là tác dụng dọc theo hướng (phương) chuyển động. Định nghĩa trên luơn đúng khi lực F khơng đổi. Tuy nhiên trong thực tế, nhiều trường hợp lực
F biến thiên trong suốt quá trình thực hiện cơng. Trong các tình huống như vậy, người ta thường chia quá trình này thành nhiều phẩn nhỏ và tính cơng tồn phần nhờ lấy tổng các cơng tương ứng với các phần được chia. Tức là cần tới cơng cụ tích phân.
Để giúp HS hiểu về ứng dụng của tích phân trong các bài tốn về cơng của lực tác dụng lên vật, 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 về cơng của lực tác dụng vào vật”.
Chủ đề được xây dựng dựa trên cách tiếp cận sau:
- Tiếp cận nội dung: Liên quan chủ yếu đến các nội dung của mơn tốn học và vật lí.
Để giải quyết các vấn đề đặt ra trong chủ để, học sinh cần vận dụng các kiến thức liên mơn:
Bảng 2.5. Các nội dung liên quan đến chủ đề “ Tích phân trong các bài tốn về cơng của lực tác dụng vào vật” trong chƣơng trình, SGK hiện hành Stt Mơn học Bài liên quan đến chủ đề tích hợp 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 Bài 9: Tổng hợp và phân tích lực. Điều kiện cân bằng của chất điểm.
Bài 10: Ba định luật Niu – tơn.
Bài 12: Lực đàn hồi của lị xo. Định luật Húc.
Bài 24: Cơng và cơng suất.
- Tiếp cận thực tiễn: Xem xét các ứng dụng của tích phân trong các vấn đề thực tiễn liên quan đến lực và cơng của lực tác dụng vào vật.
- 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
Con đường nhận thức định luật Vật lí trong SGK Vật lí 10 thơng qua quan sát trực tiếp và khái quát hốlí thuyết diễn ra theo các giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Quan sát, thu thập các dữ liệu thực nghiệm (dựa vào quan sát tự nhiên, thơng qua thí nghiệm, qua kinh nghiệm đã tích luỹ được từ trước). Trong giai đoạnnày, người học phải mơ tả được các hiện tượng đã quan sát được và những điều kiệnđể hiện tượng đĩ diễn ra.
- Giai đoạn 2:Những KQ đã quan sát được khái quát hĩa, làm nổi bật cái chung, cái bản chất, cái giống nhau trong các sự vật, hiện tượng cụ thể, phân biệt những điềukiện cơ bản với những điều kiện khơng cơ bản trong đĩ hiện tượng diễn ra. - Giai đoạn 3:Giải thích những những KQ quan sát được.
- Giai đoạn 4:Kiểm tra sự đúng đắn của giả thuyết.
Trong chương III – Động lực học chất điểm, chương trình vật lí 10, học sinh đã tìm hiểu một số lực cơ.
Hình 2.4. Các lực cơ được giới thiệu trong SGK vật lí 10.
Tuy nhiên, nếu một lực khơng đổi F tác dụng lên vật M dọc theo một khoảng cách (độ dời) d, thì cơng W sinh ra trong trong quá trình chuyển động
.
W F d. Trong đĩ, lực F được hiểu là tác dụng dọc theo hướng (phương) chuyển động. Định nghĩa trên luơn đúng khi lực F khơng đổi. Tuy nhiên trong thực tế, nhiều trường hợp lực F biến thiên trong suốt quá trình thực hiện cơng. Trong các tình huống như vậy, người ta thường chia quá trình này thành nhiều phẩn nhỏ và tính cơng tồn phần nhờ lấy tổng các cơng tương ứng với các phần được chia. Tức là cần tới cơng cụ tích phân.
Chủ đề “Tích phân trong các bài tốn về cơng của lực tác dụng vào vật” 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, làm cho HS quen dần với việc sử dụng kiến thức của hai mơn học gần gũi là tốn học và vật lí để giải quyết một tình huống trong thực tiễn. Mà cụ thể là ứng dụng tích phân giải quyết hệ thống bài tập về lực và cơng của lực tác dụng vào vật trong trường hợp lực biến thiên trong suốt quá trình thực hiện cơng.
Bước 3: Xây dựng kế hoạch dạy học
1. Xác định mục tiêu Về kiến thức: Các lực cơ Lực ma sát Lực hấp dẫn Lực đàn hồi
+ Đối với mơn tốn
- HS trình bày lại được khái niệm tích phân. - HS nhắc lại được các tính chất của tích phân.
- HS phân loại được phương pháp tính tích phân và phân tích được dấu hiệu nhận biết từng phương pháp.
+ Đối với mơn vật lí
- Xác định được tên các loại lực tác động vào vật trong trường hợp cụ thể. - Xác định được điểm đặt và hướng của các lực tác dụng vào vật.
Về kỹ năng:
- Lựa chọn được phương pháp phù hợp và tính được các tích phân. - Biểu diễn, phân tích, tổng hợp được các loại lực tác dụng vào vật.
- Nêu và tính tốn được cơng của lực tác dụng lên vật trong trường hợp lực khơng đổi và lực thay đổi trong suốt quá trình sinh cơng.
- Áp dụng thành thạo định luật Hooke.
- Áp dụng thành thạo, linh hoạt cơng thức tính cơng của lực.
- Sử dụng bản đồ tư duy để phát triển các ý tưởng cá nhân về một vấn đề nào đĩ, cĩ kỹ năng sử dụng cơng nghệ thơng tin như: biết sử dụng các phần mềm Word, PowerPoint, chèn hình ảnh, âm thanh, tạo các video, clip,… tạo nên các sản phẩm báo cáo KQ 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, thuyết trình sản phẩm của nhĩm trước đám đơng.
Thái độ, tình cảm:
- Cĩ thái độ tích cực, độc lập, tơn trọng, hợp tác nhĩm.
- Hứng thú với PP học tập mới, từ đĩ hình thành và phát triển các năng lực, đặc biệt là năng lực vận dụng những kiến thức vào giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, từ đĩ bồi 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 – ban cơ bản.
- Sách giáo khoa Vật lí 10 – ban nâng cao. - Sách bài tập Vật lí 10 – ban cơ bản. - Sách bài tập Vật lí 10 – ban nâng cao. - Sách giáo viên Vật lí 10 – ban cơ bản. - Sách giáo khoa Giải tích 12.
- Sách bài tập Giải tích 12.
- Giáo trình vật lí đại cương (Tập 1) – Dành cho sinh viên các trường cao đẳng (Lương Duyên Bình).
Thời gian xây dựng: 02 tiết trên lớp và 01 tuần làm việc nhĩm HS 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, HS.
a) “Chuẩn bị của GV và HS. * Giáo viên
- Sổ theo dõi dự án cho 4 nhĩm.
- Phiếu hướng dẫn nghiên cứu, thực hiện dự án cho từng học sinh. - Nội dung bộ câu hỏi định hướng.
- Phiếu đánh giá dự án của giáo viên, học sinh. - Tài liệu tra cứu.
- Bài kiểm tra củng cố kiến thức sau dự án.
- Trang thiết bị và cơ sở vật chất cần thiết để thực hiện tốt dự án. * Học sinh
- Giấy A0, bút màu, keo dán, kéo... - Ơn tập kiến thức về tích phân.”
- Ơn tập lại kiến thức về các lực cơ, cách biểu diễn lực, phân tích, tổng hợp lực, cơng thức tính cơng của lực.
- Tìm hiểu về dạy học dự án và các kĩ năng liên quan.
- Bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập, tài liệu tham khảo về các lực cơ học cĩ sự biến thiên trong quá trình sinh cơng.
b) Thiết bị dạy học
- Máy tính nối mạng, máy ảnh kĩ thuật số, máy quay,… c) Tài liệu bổ trợ
- Tài liệu sử dụng.
- Các trang web phù hợp với năng lực của học sinh và cung cấp đầy đủ thơng tin liên quan đến việc thực hiện chủ đề.
- Các nội dung hỗ trợ.
Một số webside tham khảo
- Các lực cơ học:
http://vatlydaicuong.edu.vn/index.php/hoc-tap-just-in-time-teaching/a-i-ng-gia-ng- via-n
- Thí nghiệm mơ tả lực đàn hồi và Định luật Hook:
http://vatlydaicuong.edu.vn/index.php/ta-i-nguya-n-tham-kha-o/tha-nghia-m-a- o/117-tha-nghia-m-ma-pha-ng-a-nh-lua-t-hook
- Lực hấp dẫn:
http://genk.vn/luc-hap-dan-chat-keo-dinh-cua-vu-tru-va-van-vat- 20160519140707701.chn
- Lí luận dạy học vật lí ở trường phổ thơng - Nguyễn Văn Khải (chủ biên) – NXB Giáo dục.
https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_(v%E1%BA%ADt_l%C3%BD_h%E1 %BB%8Dc)
- Bài tập vật lí đại cương tập 1 - Cơ học (ĐH Khoa học, ĐH Thái Nguyên) 3. Phương pháp tổ chức dạy học a) Phương pháp - Phương pháp DHDA (PP chính) - PP đàm thoại nêu vấn đề - PP giải quyết vấn đề - PP trực quan.
b) Thời lượng dự kiến
Dự án được thực hiện trong vịng 04 tuần ( trong đĩ cĩ 04 tiết học trên lớp).
Bước 4: Kế hoạch dạy học
Bảng 2.6. Kế hoạch DH chủ đề: “Tích phân trong các bài tốn về cơng của lực tác dụng vào vật” của lực tác dụng vào vật”
Thời gian Tiến trình
hoạt động Hoạt động của HS Hỗ trợ của GV
KQ/ sản phẩm (dự kiến) Tiết 1 Khởi động cho chủ đề, chuyển giao nhiệm vụ học tập của dự án. - Xem các video, nhận nhiệm vụ giải quyết vấn đề - Thảo luận đưa ra một số đề tài dự án - HS tự thành lập nhĩm theo khả năng và hứng thú. - Cho HS xem phần mềm mơ phỏng, hình ảnh,… về các lực cơ học. - Làm rõ nhiệm vụ học tập.
- Báo cáo của các nhĩm giải thích các hiện tượng. - Đề xuất tên đề tài dự án Tiết 2, 3 (Thực hiện sau 01 tuần tiến hành dự án) Hoạt động hình thành kiến thức - HS làm việc cá nhân và làm việc nhĩm đọc tài liệu Giao nhiệm vụ trực tiếp hoặc phiếu học tập Báo cáo KQ của các nhĩm khi tìm hiểu các nội dung Tiết 4 - Hoạt động luyện tập - Hoạt động vận dụng - Nhận nhiệm vụ theo tài liệu học tập
Giao nhiệm vụ trực tiếp hoặc phiếu học tập
Báo cáo KQ của các nhĩm
Tiến trình
Tiết 1- Khởi động cho chủ đề, chuyển giao nhiệm vụ học tập của dự án.
Hoạt động 1 (10 phút): Giới thiệu phương pháp dạy học theo dự án
Giáo viên giới thiệu khái niệm và các bước tiến hành theo phương pháp học theo dự án .
Hình 2.5. Sơ đồ quy trình DHDA trong dạy học Giai đoạn 1: Chuẩn bị dự án
- Đề tài dự án cĩ thể nảy sinh từ sáng kiến của GV, HS hoặc của nhĩm HS. Quyết định lựa chọn đề tài là HS, nhưng nội dung phải đảm bảo phù hợp với mục đích học tập, phù hợp chương trình và điều kiện thực tế.
- GV chia nhĩm, giao nhiệm vụ cho các nhĩm HS và những yếu tố khác liên quan đến dự án. Trong phần này, GV cĩ thể tạo điều kiện cho HS tự chọn nhĩm làm việc.
- GV hướng dẫn, hỗ trợ các nhĩm HS lập kế hoạch thực hiện dự án. HS cần xác định chính xác mục tiêu, những cơng việc cần làm, kinh phí, thời gian và PP thực hiện chủ đề. Trong giai đoạn này, địi hỏi HS cĩ tính tự giác và cộng tác để xây dựng kế hoạch chung của nhĩm. Sản phẩm tạo ra ở giai đoạn này là bản kế hoạch dự án.
CHUẨN BỊ DỰ ÁN
GV/HS đề xuất chủ đề, xác định mục đích của dự án. HS lập kế hoạch dự án, phân cơng nhiệm vụ.
THỰC HIỆN DỰ ÁN
HS làm việc cá nhân và nhĩm theo kế hoạch. Kết hợp lí thuyết và thực hành, tạo sản phẩm.
ĐÁNH GIÁ DỰ ÁN
HS thu thập KQ, giới thiệu sản phẩm dự án. GV/HS đánh giá KQ và quá trình thực hiện. Rút kinh nghiệm.
Giai đoạn 2: Thực hiện dự án
Ở giai đoạn này, với sự giúp đỡ của GV, HS tập trung vào việc thực hiện nhiệm vụ được giao như: Cùng thảo luận đề xuất các phương án giải quyết, kiểm tra, nghiên cứu tài liệu, tiến hành các thí nghiệm, hợp tác với các thành viên trong nhĩm.
Trong dự án, GV tơn trọng kế hoạch đã xây dựng của các nhĩm, tạo điều kiện thuận lợi và cĩ định hướng (nếu cần) cho HS trao đổi, thu thập tài liệu, tìm