Chương 1 : Giới thiệu một số tiếp cận cơ bản trong lý luận dạy học
2.1. Những nội dung cơ bản về cân bằng vật rắn (lớp 10 THPT)
2.1.2. Cân bằng của vật rắn
Khái niệm về vật rắn: Vật rắn là những vật có kích thƣớc đáng kể và hầu nhƣ khơng bị biến dạng dƣới tác dụng của lực.
Trọng tâm của vật rắn:
Trọng tâm của vật rắn là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật (hay điểm đặt của trọng lƣợng của vật).
Tính chất đặc biệt của trọng tâm: Mọi lực tác dụng mà giá đi qua trọng tâm sẽ làm vật chuyển động tịnh tiến. Mọi lực tác dụng mà giá không đi qua trọng tâm sẽ làm cho vật vừa quay vừa tịnh tiến.
Tác dụng của lực đối với vật rắn: đối với vật rắn tác dụng của lực không thay đổi khi ta di chuyển điểm đặt trên giá của nó. Nhƣ vậy điều quan trọng không phải là điểm đặt mà là giá của lực.
Điều kiện cân bằng của một vật khi khơng có chuyển động quay
Khi khơng có chuyển động quay muốn cho một vật cân bằng thì hợp lực của các lực đặt vào nó phải bằng khơng.
Quy tắc hợp lực đồng quy: Muốn tìm hợp lực của hai lực có giá đồng quy thì trƣớc hết ta phải di chuyển điểm đặt của hai lực trên giá của chúng đến điểm đồng quy rồi áp dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực. Lực
F3 F3 (F1 F2)F12
F1
F12 F2
tổng hợp của hai lực đồng quy có độ lớn, giá nằm trên đƣờng chéo của hình bình hành có 2 cạnh là 2 lực thành phần.
Đặc điểm của hệ lực cân bằng:
Hệ lực cân bằng: cùng giá, ngƣợc chiều, cùng độ lớn.
Đặc điểm của hệ 3 lực cân bằng: Có giá đồng phẳng và đồng quy, có hợp lực bằng không.
Quy tắc hợp lực song song:
Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song cùng chiều, có độ lớn bằng tổng các độ lớn của 2 lực thành phần và có giá chia trong khoảng cách giữa hai giá của hai lực thành phần những đoạn thẳng tỷ lệ nghịc với hai lực đó. 1 2 2 1 2 1 , d d F F F F F
Hợp lực của hai lực song song ngƣợc chiều là một lực song song, cùng chiều với lực lớn, có độ lớn bằng hiệu các độ lớn của hai lực và có giá chia ngồi khoảng cách giữa hai giá của hai lực thành phần những đoạn tỷ lệ nghịch với hai lực ấy.
F1 F2 F F2 F1 O F2 F1 O1 O O2 1 F 2 F F d1 d2 1 F d1 O
1 2 2 1 2 1 2 1 ( ), d d F F F F F F F
Tác dụng của lực đối với vật có trục quay cố định: Lực chỉ gây ra tác dụng quay khi giá của lực không đi qua trục quay. Vật sẽ đứng yên (cân bằng) nếu lực tác dụng có giá đi qua trục quay.
Khái niệm mômen lực: là đại lƣợng đặc trƣng cho tác dụng làm quay của lực và đƣợc đo bằng tích của lực với tay địn của nó (M=F.d). Tay địn của lực là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.
Điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định (qui tắc mômen lực): Tổng các mômen lực làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng tổng các mômen lực làm vật quay theo chiều ngƣợc lại.
Ngẫu lực: Là hai lực cùng tác động vào một vật, song song, ngƣợc chiều, có độ lớn bằng nhau nhƣng có giá khác nhau. Nếu vật khơng có trục quay cố định mà chịu tác động của một ngẫu lực thì nó sẽ quay quanh một trục đi qua trọng tâm và vng góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực. Nếu vật có trục quay cố định, dƣới tác dụng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục cố định đó.
Mơmen của ngẫu lực: M =F1.d1 + F2 .d2 = F(d1+d2) =F.d d: tay đòn của ngẫu lực, là khoảng cách giữa hai giá.
Các dạng cân bằng:
Cân bằng không bền: là cân bằng của vật mà khi vật lệch ra khỏi vị trí cân bằng thì khơng tự trở về vị trí đó đƣợc.
Cân bằng bền: là cân bằng của vật khi vật lệch khỏi vị trí cân bằng thì vật lại quay về vị trí cũ.
Cân bằng phiếm định: là cân bằng của vật mà vị trí trọng tâm không thay đổi hoặc trọng tâm ở một độ cao không đổi.
Nguyên nhân gây ra các dạng cân bằng khác nhau là do vị trí trọng tâm của vật: trong cân bằng bền thì trọng tâm ở vị trí thấp nhất so với các điểm lân cận. Trong cân bằng khơng bền thì trọng tâm ở vị trí cao nhất so với các điểm lân cận. Trong cân bằng phiếm định thì vị trí trọng khơng thay đổi hoặc ở một độ cao không đổi so với các điểm lân cận.
Mức vững vàng của cân bằng:
Khái niệm mặt chân đế: là hình đa giác lồi nhỏ nhất chứa tất cả các điểm tiếp xúc giữa vật và mặt phẳng đỡ.
Điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế: giá của trọng lực phải đi qua mặt chân đế.
Mức vững vàng của cân bằng:
Trong 4 hình vẽ trên vị trí (I) là vững vàng nhất, vị trí (VI) kém vững vàng nhất. Mức vững vàng của cân bằng đƣợc xác định bởi độ cao của trọng tâm và diện tích của mặt chân đế: trọng tâm của vật càng cao và diện tích mặt chân đế càng nhỏ thì trạng thái cân bằng càng kém vững vàng. Để tăng mức vững vàng thì phải tăng diện tích mặt chân đế và hạ thấp trọng tâm. P O G (I) d1 P O G (II) d2 P O G (III ) P O G (IV) d4
2.2. Soi sáng thực tiễn trên quan điểm tiếp cận HT và ĐK trong việc xây dựng và giảng dạy bài tập chương "Chuyển động và cân bằng của vật rắn"
Quá trình dạy học BTVL chƣơng "Chuyển động và cân bằng của vật rắn". Quá trình dạy học BTVL chƣơng "Chuyển động và cân bằng của vật rắn" ở nhà trƣờng THPT đã có một số tiến bộ nhất định nhờ đƣờng lối đổi mới chung của lãnh đạo ngành. Các tiết dạy bài tập đƣợc chú trọng hơn trƣớc, ví dụ: thời lƣợng trong chƣơng trình tăng, cơ sở vật chất tốt hơn, nguồn sách tham khảo cho GV và HS cũng phong phú hơn. Một thay đổi mới nữa đó là dạng bài tập trắc nghiệm khách quan đƣợc nghiên cứu đƣa thêm vào hệ thống BT. Dạng BT này đƣợc đánh giá là có khả năng rèn luyện óc phân tích, đánh giá cũng nhƣ phản xạ tốc độ nhanh cho HS trong thời đại siêu công nghiệp.
Tuy nhiên cũng cần chỉ ra những điều bất cập trong dạy học bài tập vật lý nói chung và BT của chƣơng nói riêng trên quan điểm tiếp cận HT và ĐK.
Qua khảo sát thực tế, tham khảo ý kiến của gần 50 giáo viên vật lý ở một số trƣờng THPT tại Hà Nội nhƣ: THPTDL Lômônôxốp, THPT Đại Mỗ, THPT DL Lƣơng Thế Vinh, THPT Trí Đức, THPT Nguyễn Trãi, tác giả xin tóm lại thành các luận cứ sau:
Thứ nhất, phần dạy học BT chƣơng là một bộ phận, một yếu tố cấu thành của chƣơng trình vật lý THPT. Cho nên khi dạy học BT chƣơng GV cũng cần chú ý đến việc thực hiện mục tiêu chung. Bài tập không thể chỉ nhằm củng cố kiến thức về vật rắn hay luyện tập kĩ năng mà mục đích cuối cùng phải là phát triển tƣ duy và năng lực tự lực của HS. 70% số GV đƣợc hỏi cho rằng: Nhiều GV chƣa ý thức cũng nhƣ chƣa có khả năng tổ chức dạy học BT bám sát mục tiêu này. Nhiều giờ BT vẫn diễn ra một cách tự
phát, theo kiểu "đƣợc đến đâu hay đến đấy", cho nên hầu nhƣ chỉ làm đƣợc đúng một việc đó là tái hiện kiến thức cho HS.
Thứ hai, đa số GV đều phản ánh việc triển khai đổi mới chƣa có sự đồng bộ giữa các thành tố của QTDH bài tập. Nhƣ chúng ta đã khẳng định: muốn đổi mới PPDH cần phải đổi mới đồng bộ tất cả các thành tố MTDH, NDDH, PTDH - điều kiện cơ sở vật chất và KT/ĐG. Cụm từ "đổi mới PPDH" có ý nghĩa coi PPDH là yếu tố trọng tâm của QTDH chứ không hàm ý là đổi mới PPDH trƣớc, sau rồi đổi mới các yếu tố kia. Làm nhƣ vậy khơng những tốn kém mà hiệu quả cịn rất thấp. Vậy nên thay vì nóng vội đổi mới khâu này mà bỏ quên khâu khác, chúng ta cần có một kế hoạch kĩ lƣỡng, một sự chuẩn bị chu đáo về mọi mặt (cơ sở lý luận vững chắc, nguồn lực đảm bảo, tính khả thi…) để đồng loạt tiến hành đổi mới trên mọi phƣơng diện.
Một ví dụ về sự thiếu đồng bộ trong DH BTVL nhƣ sau: MTDH là phát triển sự tích cực, tự lực và khả năng làm việc trí óc của HS, nhƣng NDDH (chƣơng trình SGK Vật lí 10 và SBT Vật lí 10 - mang tính bắt buộc) quá nặng về kiến thức. Có đến 85% GV vật lý ở THPTDL Lơmơnơxốp nói do u cầu của ngƣời quản lý, trong QTDH bài tập vật lý chƣơng, ngƣời GV phải chịu áp lực lớn về số bài tập cần hoàn thành trong một tiết. Điều này khiến cho tiết DH bài tập trở nên bó cứng, dập khn và GV khó triển khai đƣợc PPDH tích cực. Bởi vì với bốn mƣơi lăm phút của một tiết học, nếu cứ lấy số lƣợng BT tung ra cho HS làm căn cứ thì rất dễ dẫn đến tình trạng dạy cho đủ lƣợng bài. Trong khi mỗi một tập thể HS có một mặt bằng kiến thức và tƣ duy khác nhau. Đòi hỏi ngƣời GV phải xây dựng một kế hoạch giảng dạy phù hợp với từng đối tƣợng, sao cho tác động tới việc học tập của các em một cách hiệu quả nhất. Việc những ngƣời
quản lý bộ môn chạy theo số lƣợng làm cản trở hoạt động điều khiển SP của GV cũng nhƣ sự tự điều khiển hoạt động nhận thức của HS.
Trong 50 GV tham gia trả lời câu hỏi khảo sát, 90% GV phát biểu: Sự thiếu đồng bộ về điều kiện cơ sở vật chất cũng ảnh hƣởng không nhỏ tới mục tiêu đổi mới. Sĩ số HS trong một lớp cịn đơng 45 - 50 HS, tỉ lệ diện tích phịng học trên một học sinh vẫn thấp. GV khó triển khai đƣợc những PPDH hiện đại để phát huy khả năng làm việc nhóm, thảo luận nhóm hay khả năng cộng tác trong nhóm của HS. Theo quy định quốc tế thì 20 HS/ 1 lớp là phù hợp nhất, nếu chia nhóm giải BT thì có thể chia 4 nhóm. Nhƣ vậy mỗi nhóm sẽ có 5 em, rất khả thi cho hoạt động chung giữa các thành viên trong nhóm. Năng lực lãnh đạo và làm việc trong nhóm đƣợc đánh giá rất cao và đang trở thành một đòi hỏi tất yếu của xã hội đƣơng đại. Ví dụ, việc GV đƣa ra cho cả lớp một bài toán về vật rắn so với việc chia tập thể lớp thành 4 nhóm và giao cho mỗi nhóm một dạng bài khác nhau. Rõ ràng phƣơng pháp thứ hai sẽ tiết kiệm đƣợc thời gian hơn, đồng thời mỗi nhóm HS đƣợc trao đổi, tìm cách giải quyết một dạng bài khác nhau. Điều đó khiến cho mỗi nhóm HS độc lập hơn với phần còn lại của lớp, nhƣng từng thành viên trong nhóm lại đƣợc đóng góp ý tƣởng, suy nghĩ của mình để cùng tháo gỡ vấn đề. Tuy nhiên, cũng nhiều PPDH hiện đại khác, rất khó triển khai nếu số lƣợng HS quá đông, khiến cho lớp học nhốn nháo và sự điều khiển SP của GV cũng khơng đƣợc cá thể hóa với từng đối tƣợng HS.
Thứ ba, thiếu tính thống nhất giữa MTDH bài tập, PPDH bài tập và KT/ĐG bài tập. MTDH là phát triển tƣ duy thì PPDH nhất thiết là dạy học giải quyết vấn đề và KT/ĐG phải là KT/ĐG khả năng tƣ duy qua BT. Tuy nhiên kết quả thu thập ý kiến từ phía 100HS khối tự nhiên của các trƣờng THPTDL Lơmơnơxốp và THPT Đại Mỗ cịn thể hiện: hiện nay chủ yếu HS vẫn đƣợc dạy bài tập theo cách: thầy đƣa ra đề bài rồi chữa mẫu ln, sau
đó HS bắt chƣớc để giải các BT tƣơng tự. GV chƣa chú trọng đến giai đoạn HS tự lực tìm cách giải quyết vấn đề đặt ra trong BT bằng những kiến thức, kĩ năng đã biết từ trƣớc. Cũng trong giai đoạn này, ngƣời GV cần phải khéo léo dẫn dắt gợi ý để giúp HS tự mình tìm đƣợc cách giải, từ đó mới nâng cao đƣợc tính tự lực và chủ động, sáng tạo của HS.
Bên cạnh đó nội dung KT/ĐG phần bài tập vẫn chỉ xoay quanh những BT đã đƣợc làm đi làm lại đến quen thuộc. Chƣa có những BT nhằm phân loại các đối tƣợng HS khác nhau. Tình trạng này cịn xuất phát từ một nguyên nhân nữa đó là bệnh chạy theo thành tích thơng qua điểm thi của HS (kết quả tham khảo một số đề kiểm tra 1 tiết kiểm tra giữa kỳ ở trƣờng THPTDL Lơmơnơxốp).
Thứ tƣ, qua phân tích SGK Vật lý 10 cho thấy NDDH nặng về hàn lâm dẫn đến PPDH cịn mang tính giáo điều, HS ít đƣợc quan sát trực quan, khiến cho khả năng tƣởng tƣợng và tƣ duy bị hạn chế. Kiến thức cần truyền tải nhiều, lớp HS đông, thời lƣợng bị đóng cứng là những nguyên nhân khách quan dẫn đến tình trạng này khơng chỉ đối với chƣơng "Cân bằng và chuyển động của vật rắn" mà cịn với cả mơn học. Trong BT về vật rắn, HS phải xét rất nhiều vật thể với rất nhiều hình dạng, kích thƣớc và tƣ thế khác nhau. Vì thế hạn chế về quan sát trực quan và kinh nghiệm đời sống sẽ ảnh hƣởng không nhỏ tới hiệu quả học tập. Thiếu những trải nghiệm thực tế còn khiến cho tƣ duy của HS trở nên sáo mòn hoặc hình dung sai về sự vật, hiện tƣợng. Ví dụ: những hình vẽ trong SGK chỉ là hình phẳng (khơng gian 2 chiều) nhƣng nếu đƣợc quan sát trực quan, HS sẽ đƣợc thấy cả độ dày mỏng hay hình khối (khơng gian 3 chiều) của chúng.
Thứ năm, từ quan sát, dự giờ ngẫu nhiên một số tiết BT lớp 10 trƣờng THPTDL Lômônôxốp phần lớn các tiết học bài tập về cân bằng vật rắn chƣa đƣợc tiến hành theo đúng sơ đồ của điều khiển học.
Hình 2.1. Sơ đồ điều khiển hệ thống
Trong đó q trình đƣợc điều khiển bởi cả 2 chủ thể: ngƣời dạy ĐK hoạt động học tập của HS, HS tự ĐK hoạt động nhận thức của chính mình. Thực tế nhiều GV giới thiệu đầu bài rồi lại tự mình đƣa ra kết quả mà bỏ qua quá trình hoạt động cộng tác thống nhất hai mặt giữa thầy và trị. Chính qua giai đoạn này mới đem lại sự biến đổi về chất trong tƣ duy của HS thì lại bị xem nhẹ. Do đó kết quả đầu ra không cao.
Bản thân "đầu vào" của quá trình ĐK cũng chƣa đƣợc sàng lọc, phân loại tốt. Khi bắt đầu học một chƣơng mới, cụ thể là một kiến thức, kĩ năng mới hay PP tƣ duy mới thì HS phải có nền tảng kiến thức xuất phát vững vàng, một số kĩ năng và PP tƣ duy làm cơ sở. Nhƣng nhiều HS vẫn lên lớp trong tình trạng bị hổng kiến thức nghiêm trọng nên khơng đảm bảo "đầu vào" của q trình học tập, gây khó khăn cho GV trong việc điều khiển quá trình DH và quyết định chất lƣợng kém của "đầu ra" (nguồn: ý kiến phản ánh của 85% GV và HS đƣợc hỏi).
Một thực tế tồn tại trong việc dạy học BTVL ở một số trƣờng công lập THPT Đại Mỗ, THPT Nguyễn Trãi là đa số GV chƣa tổ chức thu nhận phản hồi (liên hệ nghịch) một cách khoa học. Thậm chí một số nơi, một số ngƣời vẫn giữ quan niệm "đã là thầy nói gì cũng đúng" cho nên những thông tin phản hồi xác đáng và hữu ích từ phía HS cịn bị ém nhẹm hoặc ngăn cản. Nhiều GV thì lại chỉ coi trọng lấy phản hồi từ tiết học lý thuyết mà quên giờ học BT. Tất cả những vấn đề nêu trên sẽ là tác nhân cản trở
Đầu vào Quá trình Đầu ra
lớn việc vận dụng quan điểm ĐK học, bởi điều kiện để thực hiện ĐK chính là những liên hệ nghịch.
Từ thực tiễn dạy học BTVl ở một số lớp 10 THPT DL Lômônôxôp Hà Nội ta còn nhận thấy nhiều GV vẫn dạy học BT trên quan điểm áp đặt đối