10. Cấu trúc luận văn
1.5. Thực tiễn hoạt động hƣớng dẫn giải bài tập vật lí và việc ứng
1.5.1. Nội dung điều tra
- Tìm hiều các phƣơng pháp dạy giải bài tập của giáo viên sử dụng; việc sử dụng công nghệ thông tin khi dạy giải bài tập chƣơng "Động lực học chất điểm" theo hƣớng phát triển hoạt động nhận thức tích cực , sáng tạo của học sinh .
- Tìm hiều hoạt động học tập trên lớp và ở nhà của học sinh, xác định nhữn khó khăn, sai lầm phổ biến của học sinh trong q trình học tập chƣơng này. Từ đó sơ bộ đề xuất nguyên nhân khó khăn của sai lầm đó.
- Thực trạng trang thiết bị cơ sở vật chất (đặc biệt quan tâm phòng máy vi tính), việc ứng dụng tin học của nhà trƣờng vào việc dạy học, tài liệu sách giáo khoa, tài liệu tham khảo của giáo viên và học sinh.
1.5.2. Phương pháp điều tra
Để thu nhận các thông tin trên trên chúng tôi đã thực hiện các biện pháp sau đây:
- Trao đổi với giáo viên, sử dụng phiếu điều tra giáo viên (đã phát 18 phiếu điều tra cho 18 giáo viên thuộc 3 trƣờng của thành phố Hà Nội). Xem xét giáo án các bài thuộc chƣơng "Động lực học chất điểm" (Trƣờng THPH Nguyễn Trãi - Ba Đình: 5giáoviên, 5 giáo án. Trƣờng THPH Nguyễn Thị Minh Khai: 2 giáo viên, 2 giáo án. Trƣờng THPH Việt Đức: 2 giáo viên, 2 giáo án).
- Dự giờ dạy giải bài tập vật lý và tìm hiều việc sử dụng công nghệ thông tin của các giáo viên khi dạy giải bài tập trong chƣơng này.
- Phân tích phiếu điều tra, các sản phẩm học tập của học sinh ở 6 lớp 10 nâng cao: 2 lớp của trƣờng THPH Nguyễn Trãi - Ba Đình, 2 lớp của trƣờng THPH Việt Đức và trƣờng THPH Nguyễn Thị Minh Khai 2 lớp. Mỗi lớp chọn 10 học sinh để xem xét vở ghi và vở bài tập.
- Trao đổi với ban giám hiệu của 3 trƣờng PTTH, tham quan, tìm hiểu phịng tin học của nhà trƣờng .
1.5.3. Kết quả điều tra
Qua tìm hiểu chúng tơi thấy:
a . Cơ sở vật chất .
- Trƣờng THPH Nguyễn Trãi - Ba Đình, trƣờng THPH Việt Đức và trƣờng THPH Nguyễn Thị Minh Khai là trƣờng công lập, cơ sở vật chất tƣơng đối đầy đủ, có truyền thống dạy và học tốt. Đội ngũ giáo viên có nhiều kinh nghiệm, kết hợp với đội ngũ giáo viện trẻ nhiệt tình năng động, sơi nổi .
- Phịng thực hành máy tính: Gồm 3 phịng học, mỗi phịng có 22 máy tính, tất cả đều đƣợc nối mạng.
b. Về của học sinh phương pháp học và những khó khăn sai lầm của học sinh:
Việc dự giờ, trò chuyện với HS và xem vở ghi chép, bài tập của họ còn cho thấy: Nhiều HS không giải bài tập ra về nhà, khơng tích cực theo dõi q trình giải bài tập trên bài giảng của bạn, của thầy, chủ yếu là ghi chép máy móc vào vở những phép tính tốn củ thể và kết quả cuối cùng.
Qua phối hợp một số biện pháp điều tra (chủ yếu là phân tích các bài kiểm tra viết), chúng tôi phát hiện trong quá trình học tập và giải bài tập Động lực học chất điểm, HS gặp các khó khăn chủ yếu, mắc các sai lầm phổ biến sau:
- Khi xác định các lực tác dụng lên vật cần nghiên cứu chuyển động của nó, HS hoặc bỏ sót tác dụng của một lực nào đó, hoặc đặt vào vật các lực thừa khơng có thực, khơng do các vật khác tác dụng.
Chẳng hạn, khi chỉ ra các lực tác dụng lên vật ném theo phƣơng ngang và phƣơng thẳng đứng trong môi trƣờng bỏ sức cản vừa ra khỏi tay, ngồi trọng lực, HS cịn kể thêm lực ném của tay theo hƣớng chuyển động của vật, hay tác dụng vào vật trƣợt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng xuống có cả lực phát động. Nguyên nhân của sai lầm này là họ luôn
gắn lực với vận tốc của vật, cho rằng lực là nguyên nhân gây ra chuyển động, chỉ có lực nào cùng chiều với vận tốc mới truyền gia tốc cho vật. Mặt khác, lúc đầu giải các bài tập về định luật II Newton có một số HS cho rằng ngồi các lực tác dụng lên vật bởi các vật xung quanh, còn có một lực khác truyền gia tốc cho nó. Nhƣ họ khẳng định tác dụng lên thang máy kéo thẳng đứng nhanh dần đều lên trên có ba lực: trọng lực, lực căng của dây cáp và lực truyền gia tốc cho thang máy. Nghĩa là ngồi các lực có thực, cịn có thêm hợp lực của chúng tác dụng lên vật cần nghiên cứu.
Ngƣợc lại, khi xác định các lực tác dụng lên một vật chuyển động trên bề mặt của vật khác, HS lại bỏ qua hoặc lực ma sát, hoặc lực đàn hồi của mặt tựa. Thiếu sót này xuất phát từ quan niệm là mỗi vật xung quanh chỉ tác dụng vào vật đang xét chỉ một lực mà thơi.
- Khó khăn trong việc xác định hƣớng của lực đàn hồi và lực ma sát. Việc xác định các lực tác dụng lên vật nghiên cứu là không chỉ kể tên, mà còn nêu rõ hƣớng và độ lớn của từng lực ấy. HS đã biết có ba loại lực cơ học. Chỉ có ít HS biểu diễn sai hƣớng của trọng lực đặt vào vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng khi vẽ nó vng góc với mặt phẳng đó. Khó khăn chủ yếu của HS là xác định hƣớng của lực đàn hồi, lực ma sát.
Khó khăn khi xác định hƣớng của lực đàn hồi là do không xác định đƣợc hƣớng biến dạng của vật đàn hồi, hay hƣớng dịch chuyển của các phần tử của vật khi biến dạng .Trong cơng thức định luật hooke có dấu trừ có ý nghĩa là lực đàn hồi ngƣợc chiều với độ biến dạng của lo xo nhƣng khi áp dụng công thức đƣa dấu trừ vào để tính (mặc dù vẫn chiếu phƣơng trình động lực học lên trục tọa độ đã chọn trong bài). Còn khó khăn khi xác định hƣớng của lực ma sát đƣợc bộc lộ khi xét chuyển động của vật bị hãm lại do tác dụng của chỉ riêng nó (Đầy đủ là vật còn chịu tác dụng của các lực khác, nhƣng chúng cân bằng nhau). Nguyên nhân là do HS quan niệm hợp lực luôn luôn cùng hƣớng với vận tốc chuyển động của vật.
- Sai lầm trong việc viết phƣơng trình của định luật II Newton cho chuyển động của hệ vật nối với nhau bởi sợi dây khơng giãn vắt qua một rịng rọc cố định.
Về thực chất, định luật II chỉ viết cho một vật coi nhƣ chất điểm. Nhƣng cũng có thể viết cho hệ vật chỉ khi các vật trong hệ chuyển động với cùng một vectơ gia tốc. Khi giải các bài tập về chuyển động của hệ vật nối với nhau bởi các đoạn dây vắt qua một ròng rọc cố định, Một số HS vẫn viết phƣơng trình của định luật II cho cả hệ coi nhƣ một vật (một chất điểm).
- Gắn hệ quy chiếu với vật chuyển động có gia tốc: Hệ quy chiếu gồm hệ tọa độ và đồng hồ đo thời gian. Thông thƣờng nhƣ giải bài tập động học, HS chọn mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động. Và việc chọn nhƣ thế khơng gây khó khăn gì nhiều cho họ. Vả lại, nhiều bài tập ĐLHCĐ khơng u cầu tính thời gian. Nhƣng khi giải chúng, chọn hệ tọa độ lại là một yêu cầu bắt buộc để đảm bảo cho bài tập đƣợc giải đúng đắn, đơn giản lại gây những khó khăn nhất định. HS tính áp lực của vật lên sàn thang máy, của ôtô lên cầu cong hay khi xem xét chuyển động trịn đều của một vật nói chung đã gắn hệ quy chiếu với vật chuyển động có gia tốc hoặc chuyển động quay (thang máy, ôtô, con lắc,…) mà vẫn viết phƣơng trình của định luật II cho vật ấy. Điều này một phần do GV sơ suất không giới thiệu cho HS hệ quy chiếu qn tính và việc chọn nó trong thực tế.
- Giải các bài tập , nhiều HS khi phân tích các hiện tƣợng vật lý liên quan đế bài chƣa cặn kẽ, vì hiện tƣợng vật lý trong bài xảy ra quá nhanh, khó tƣởng tƣợng .
- Khi giải bài tập có liên quan đến vẽ đồ thị : Đa số HS vẽ khơng đƣợc chính xác, và rất ngại làm loại bài tập này.
c.Về phương pháp dạy bài tập của giáo viên:
Để tìm hiểu vấn đề trên, chúng tơi đã gặp tổ trƣởng bộ mơn vật lí ở ba trƣờng cần điều tra để nắm đƣợc chất lƣợng giảng dạy của GV, trao đổi
trực tiếp với các GV dạy hai lớp 10 cần điều tra, nghiên cứu giáo án và dự giờ của họ (đã dự 6 tiết luyện tập giải bài tập chƣơng Động lực học chất điểm).Qua điều tra, rút ra đƣợc một số nhận xét sau:
- 2/3 GV lựa chọn các bài tập giải trên lớp hay ra về nhà chƣa có mục đich rõ ràng, rất ít sử dụng bài tập củng cố trong tiết học nghiên cứu tài liệu mới . Trong các tiết luyện tập, GV chữa và dành nhiều thời gian cho các bài tập mà đa số HS trong lớp đã giải đƣợc.
- Tất cả các GV đều áp đặt HS suy nghĩ và giải bài tập theo cách của mình chứ khơng hƣớng dẫn họ độc lập suy nghĩ tìm kiếm lời giải. Đồng thời, khi chữa bài tập có tới 2/3 GV cịn để ý đến q nhiều các phép biến đổi tốn học, tính tốn cụ thể (cào bằng BTVL với bài tập toán học) mà coi nhẹ việc phân tích đƣờng lối giải, định hƣớng tƣ duy của HS.
- Các GV đều khơng dành thời gian thích đáng cho việc giải bài tập cơ bản, coi nhẹ việc rèn luyện HS giải các bài tập cơ bản đến mức thành thạo, ra rất ít loại này và khơng chú ý tới cách giải một bài tập phức hợp bằng cách quy nó về các bài tập cơ bản.
- Việc ứng dụng công nghệ thông tin hƣớng dẫn giải bài tập vật lý trong chƣơng này cịn rất hạn chế, ít sử dụng .
Kết luận chƣơng 1
Trong chƣơng này chúng tơi đã trình bày một số vấn đề cơ sở lí luận dạy học hiện đại; vai trị, ý nghĩa của CNTT trong dạy học; lí luận về dạy giải BTVL ở trƣờng phổ thông. Đồng thời chúng tôi cũng giới thiệu về phần mềm toán học Mathematica nhƣ: môi trƣờng làm việc, sử dụng phần mềm Mathematica. Ngoài ra chúng tơi cịn trình bày thực trạng hoạt động dạy học vật lý tại trung phổ thông hiện nay . Để làm cơ sở giải
quyết nhiệm vụ đề ra của luận văn, chúng tôi quan tâm đến các vấn đề nghiên cứu sau:
+ Để học sinh hoạt động học tập một cách có hiệu quả, đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức thì đồng thời với việc tổ chức tình huống học tập cho học sinh cần có sự định hƣớng hành động của học sinh một cách đúng đắn nhất, phù hợp với trình độ của học sinh.
+ Để phát huy đầy đủ vai trò của học sinh trong sự tự chủ hoạt động xây dựng kiến thức, vai trị của giáo viên trong việc tổ chức tình huống học tập và định hƣớng tìm tịi xây dựng tri thức của học sinh, đồng thời cho học sinh làm quen với việc xây dựng và bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học thì có thể tổ chức hoạt động dạy học cho học sinh theo hƣớng sử dụng các phƣơng tiện hiện đại nhƣ các phần mềm dạy học hỗ trợ trong quá trình dạy học.
+ BTVL khơng chỉ là một cơng cụ hữu hiệu để kích thích và duy trì hứng thú học tập của học sinh mà còn giúp học sinh làm quen với các phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, rèn đƣợc kĩ năng làm bài tập của học sinh. Do đó yếu tố vơ cùng quan trọng, cơ sở để giáo viên soạn thảo tiến trình dạy học một tri thức cụ thể là việc soạn thảo đƣợc một hệ thống bài tập đối với tri thức cần dạy phù hợp với trình độ học sinh, bám sát mục tiêu dạy học.
Tất cả những điều trên sẽ đƣợc chúng tôi vận dụng để soạn thảo một hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học nhờ sử dụng phần mềm toán học Mathematica ở một số bài tập vật lý thuộc chƣơng “Động lực học chất điểm " lớp 10 ban nâng cao THPT.
CHƢƠNG 2
SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ TỔ CHỨC HƢỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CĨ SỬ DỤNG PHẦN MỀM TỐN HỌC MATHEMATICA VÀO CHƢƠNG ''ĐỘNG LỰC HỌC
CHẤT ĐIỂM '' VẬT LÝ LỚP 10 NÂNG CAO
2.1. Phân tích nội dung khoa học kiến thức phần “Động lực học chất điểm”
Động học mô tả sự chuyển động của vật nhƣng chƣa đề cập tới vấn đề là tại sao vật lại chuyển động nhƣ thế này (chẳng hạn, chuyển động tròn đều hoặc thẳng nhanh dần đều) mà không nhƣ thế kia
Động lực học nghiên cứu sự chuyển động của vật liên hệ với các nguyên nhân (các tƣơng tác giữa các vật) gây ra một đặc trƣng nào đó của chuyển động.
Ba định luật động lực học đã đƣợc Newton trình bày vào năm 1687 làm cơ sở của cơ học cổ điển hoặc cơ học Newton.
Các định luật Newton (cũng nhƣ tất cả các định luật vật lý còn lại) đã xuất hiện do sự khái quát hóa một số lƣợng trong các sự kiện thực nghiệm. Sự đúng đắn của chúng (tuy đối với một phạm vi rất rộng lớn nhƣng vẫn còn rất hạn chế của các hiện tƣợng) đƣợc xác nhận bằng sự phù hợp giữa thí nghiệm với những kết luận rút ra từ những định luật đó.
Cơ học Newton đã đạt đƣợc nhiều thành tựu to lớn suốt trong hai thế kỷ, đến nỗi nhiều nhà vật lý của thế kỷ XIX đã tin vào sức mạnh tồn năng của nó. Ngƣời ta đã cho rằng giải thích một hiện tƣợng vật lý bất kỳ có nghĩa là đƣa nó về một q trình cơ học tuân theo các định luật Newton. Tuy nhiên với sự phát triển của khoa học ngƣời ta đã phát hiện ra các sự kiện mới không nằm trong phạm vi của cơ học cổ điển. Những sự kiện này đã đƣợc giải thích trong các thuyết mới là thuyết tƣơng đối hẹp và cơ học lƣợng tử.
Trong thuyết tƣơng đối hẹp, do Einstein xây dựng vào năm 1905, ngƣời ta đã xét lại tận gốc các quan niệm của Newton về không gian và thời gian. Sự xét lại này đã đƣa tới việc xây dựng “môn cơ học các vận tốc lớn” hoặc nhƣ ngƣời ta gọi nó là cơ học tƣơng đối tính. Tuy nhiên mơn cơ học mới này không dẫn đến sự phủ nhận hồn tồn mơn cơ học Newton đã có. Các phƣơng trình cơ học tƣơng đối tính lại giới hạn (đối với các vận tốc nhỏ hơn vận tốc ánh sáng) đều chuyển thành các phƣơng trình cơ học cổ điển. Nhƣ vậy, cơ học cổ điển đã nằm trong cơ học tƣơng đối tính nhƣ một trƣờng hợp riêng của nó và vẫn giữ đƣợc nguyên tác dụng trƣớc đây của nó đối với việc mơ tả các chuyển động xây ra với các vận tốc nhỏ hơn nhiều so với vận tốc ánh sáng.
Tình hình cũng tƣơng tự đối với sự liên hệ giữa cơ học cổ điển và cơ học lƣợng tử ra đời trong những năm hai mƣơi của thế kỷ chúng ta do sự phát triển của vật lý nguyên tử. Các phƣơng trình cơ học lƣợng tử tại giới hạn cũng cho (đối với các khối lƣợng nguyên tử) các phƣơng trình cơ học cổ điển. Do đó cơ học cổ điển cũng nằm trong cơ học lƣợng tử nhƣ là một trƣờng hợp giới hạn của nó.
Nhƣ vậy, sự phát triển của khoa học đã khơng xóa bỏ cơ học cổ điển mà chỉ sự chứng tỏ sự ứng dụng hạn chế của nó. Cơ học cổ điển dựa trên các định luật Newton là môn cơ học của các vật có các khối lƣợng lớn (so với khối lƣợng nguyên tử), chuyển động với các vận tốc nhỏ (so với vận tốc ánh sáng)
2.1.1. Định luật Newton thứ nhất
Các hệ quy chiếu quán tính
Định luật Newton thứ nhất đƣợc phát biểu nhƣ sau: Mọi vật ở trạng thái nghỉ hay ở trạng thái chuyển động thẳng đều cho đến khi nào mà sự tác động từ phía các vật khác chưa buộc nó phải thay đổi trạng thái đó. Cả
hai trạng thái đã nêu đều có đặc điểm là gia tốc của vật bằng khơng. Do đó có thể diễn đạt định luật dƣới dạng sau đây: Vận tốc của một vật bất kỳ vẫn