CHƢƠNG 3 : THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM
3.3. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.3.1. Tiết học thứ 1
1. Hoạt động 1: Đề xuất vấn đề nghiên cứu
1.1. GV yêu cầu HS quan sát hiện tượng: Một quả bóng bàn bị bẹp, sau đó
thầy cho vào trong một cốc nƣớc nóng. Các em hãy cho biết hiện tƣợng tiếp theo xảy ra?
Sau một thời gian quả bóng trở về hình dạng ban đầu. GV u cầu HS hãy tìm những đại lƣợng nào đã thay đổi để quả bóng có thể trở lại hình dạng ban đầu.
Hầu hết HS trong lớp đều đƣa ra đƣợc luôn câu trả lời là “Áp suất, thể tích và nhiệt độ”. Có đƣợc kết quả này là do ở tiết trƣớc, chúng tôi đã tiến hành dạy thuyết động học phân tử rất kĩ và tổ chức cho HS thảo luận nhóm về việc vận dụng thuyết này trên thực tế.
1.2. Ở mức độ cao hơn, GV yêu cầu: “Các em hãy lấy ví dụ trong cuộc sống chứng tỏ sự phụ thuộc giữa áp suất p, nhiệt độ t và thể tích V của một lượng khí xác định”
HS vẫn đang HĐ cá nhân, độc lập, tuy nhiên đã có sự trao đổi với các bạn ở bên cạnh, khơng khí lớp học bắt đầu sôi nổi hơn
- Ý kiến thứ nhất: “Ví dụ về vụ nổ bom nguyên tử ở Hyrosima và Nagasaky. Khi bom nổ nhiệt độ tăng cao dẫn đến thể tích khí tăng, thể tích khí tăng làm cho áp suất khí lên mặt đất tăng, dẫn đến có những hố lớn trên mặt đất”. Câu trả lời này chứng tỏ em HS này đã có quan niệm là nhiệt độ tăng thì thể tích tăng nên đã mạnh dạn lấy ví dụ về vụ nổ bom, mặc dù trên thực tế đƣơng nhiên em khơng thể có kinh nghiệm về hiện tƣợng này. Tuy nhiên, ở vế thứ 2, em nói: “Thể tích tăng làm cho áp suất khí tăng” là sai. Sở dĩ em có đƣợc suy đốn trên là do em suy luận theo lơgíc hình thức: Bom nổ thì tạo thành hố trên mặt đất; hố trên mặt đất do có áp lực do áp suất tăng, bom nổ thì thể tích khí tăng. Vậy thì thể tích tăng thì áp suất tăng. Đó cũng là một trong những suy luận sai lầm thƣờng thấy của HS khi không xác định đƣợc quy luật bản chất chi phối hiện tƣợng.
Để khắc phục sai lầm này, GV nhắc lại: “Có phải thể tích tăng thì áp
suất tăng khơng?”. Lúc này, HS đó do ảnh hƣởng của lơgíc trong đầu chƣa
thay đổi đƣợc ngay nên HS này vẫn trả lời là “đúng”. Tuy nhiên, phần lớn các bạn trong lớp đều khẳng định giúp HS này là: Kết luận đó “sai”. Để HS này
thực sự hiểu tại sao mình sai, GV đã phân tích một cách ngắn gọn cơ chế vi mơ giải thích tại sao khi thể tích tăng thì áp suất giảm.
- Ý kiến thứ 2: “Bóp quả bóng thì bóng dễ nổ hơn”
- Ý kiến thứ 3: “Khi ấn pít-tơng của bơm xe đạp thấy nặng tay”
- Ý kiến thứ 4: “Về nồi áp suất, khi nhiệt độ khí trong nồi tăng thì áp suất khí trong nồi tăng”. Ở các ví dụ sau, HS đã lí giải đƣợc nguyên nhân của hiện tƣợng song còn chƣa tự tin, chủ động. GV vẫn cần phải khẳng định lại từng bƣớc suy luận của HS cho rõ.
1.3. GV đặt vấn đề nghiên cứu: “Liệu áp suất, thể tích và nhiệt độ của một lượng khí xác định có quan hệ gì với nhau khơng?”.
Ngay sau câu hỏi của GV, một số HS đã nói rằng: “Có mối quan hệ giữa p, V, t”. Đây là câu trả lời có căn cứ do quan hệ này đƣợc thể hiện qua
các ví dụ, cũng nhƣ suy luận của HS từ thuyết động học phân tử chất khí. Câu hỏi chi tiết hơn đƣợc đặt ra: “Nếu có quan hệ thì quan hệ đó như
thế nào, được mơ tả bằng biểu thức tốn học gì?”. Đến đây, HS chƣa thể trả
lời đƣợc ngay và nhƣ vậy, câu trả lời trên của HS có tính chất nhƣ một giả thuyết. Lúc này, vấn đề GV đƣa ra đã trở thành vấn đề học tập của HS. Kết thúc hoạt động 1.
1.4. Nhận xét về mặt thời gian
Thời gian dự kiến cho HĐ này là 20 phút, tuy nhiên trên thực tế chỉ mất có 10 phút. Điều này cho thấy, có vẻ nhƣ GV hơi “sốt ruột” trong việc yêu cầu HS phải có ý kiến trả lời ngay sau câu hỏi. Trong khi, HS chƣa quen việc vấn – đáp liên tục với GV. Ta nên dành thời gian nhiều hơn cho HS suy nghĩ và tin tƣởng hơn vào khả năng của các em.
2. Hoạt động 2: Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề đặt ra
2.1. Để định hướng HĐ đề xuất giải pháp, GV đưa ra câu hỏi: “Làm thế nào để tìm xem liệu p, V, t có quan hệ gì với nhau khơng?”
HS1 phát biểu: “Áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ và tỉ lệ nghịch với thể tích”. Đây khơng phải là câu trả lời về giải pháp mà là một câu trả lời về kết quả. Rõ ràng, HS này đã có giải pháp trong đầu và đã thực hiện giải pháp đó, rút ra đƣợc kết luận.
GV hỏi thêm: “Căn cứ đâu mà em có thể kết luận như vậy?”. HS trả lời: “Theo thuyết động học phân tử, thấy t tăng thì p tăng và V tăng thì p
giảm”. GV một mặt khẳng định có thể vận dụng thuyết động học phân tử để tìm mối quan hệ p, V, t, mặt khác, đƣa ra câu hỏi: “Liệu t tăng bao nhiêu lần thì p có tăng bấy nhiêu lần khơng?”, “Hay liệu V tăng bao nhiều lần thì p có giảm bấy nhiêu lần không?” Lúc này, cả lớp cùng thừa nhận, sử dụng thuyết
động học phân tử chất khí là chƣa đủ để tìm mối liên hệ giữa p, V, t. Nhƣ vậy, vấn đề đặt ra là đi tìm phƣơng án bổ sung. Một HS đề xuất là “Làm TN”. GV hỏi quan điểm của cả lớp về đề xuất này thì phần đơng các em tán thành.
2.2. GV tiếp tục gợi mở: “Ta phải làm TN như thế nào?”.
Lúc này chỉ có lác đác một số ý kiến thảo luận nhỏ về việc phải đo áp suất, đo nhiệt độ,…GV tiếp tục định hƣớng để cả lớp cùng rõ hơn nhiệm vụ xây dựng giải pháp tiến hành TN: “TN nghiên cứu đối tượng nào? Sử dụng
những dụng cụ đo gì?” và yêu cầu cầu HS HĐ nhóm để thảo luận.
Nhóm 4, ngay sau đó là đƣa ra đƣợc các đề xuất: “Dùng bình chia độ đo thể tích, áp kế đo áp suất, nhiệt kế đo nhiệt độ”.
Nhóm 3, bổ sung: “Dùng đồng hồ để đo thời gian”. Có lẽ, lớp đã đƣợc làm việc với TN khi học các kiến thức về chuyển động cơ học nên HS này mới có ý kiến máy móc nhƣ vậy. GV nhanh chóng loại bỏ ý kiến này ra khỏi phƣơng án TN mà lớp đang xây dựng.
Nhóm 4, tiếp tục bổ sung: “Cần nguồn nhiệt là đèn cồn để thay đổi nhiệt độ và cần giá TN để đặt các dụng cụ”. HS có lẽ đã vận dụng kinh nghiệm trong khi làm TN từ cấp 2.
GV cùng cả lớp tổng hợp các ý kiến đề xuất phƣơng án TN và đặc biệt nhấn mạnh về đối tƣợng TN là lƣợng khí chứa trong một bình kín.
2.3. GV cung cấp cho 6 nhóm HS 6 bộ TN: 2 bộ TN Bơi lơ – Mariot, 2 bộ TN Sác lơ, 2 bộ TN Gay luy sắc và yêu cầu HS tìm hiểu xem bộ TN có đáp ứng được yêu cầu đề ra hay khơng?
Các nhóm rất hứng thú khi đƣợc nhận bộ TN và “thi nhau” tìm hiểu các dụng cụ. Nhóm 4 trình bày đƣợc chức năng của: ống TN, pít-tơng, thƣớc chia độ, ống điện trở, song khơng nói đƣợc chính xác tên gọi. Ví dụ nhƣ: Ống chứa khí – HS gọi là cái trịn trịn, bộ ghép nối hiện số - HS gọi là máy đo nhiệt độ, áp suất,…. Mặc dù, đây chỉ là vấn đề tên gọi, song GV cũng chú ý nhấn mạnh các tên gọi để rèn luyện ngơn ngữ vật lí cho HS.
Hình 3.1: Bộ thí nghiệm và mơ hình thí nghiệm 3 đẳng q trình
Nhƣ vậy, mặc dù cịn gặp khó khăn trong vấn đề diễn đạt, song HS đã nhanh chóng hiểu đƣợc chức năng của từng bộ phận trong bộ TN. Lí do chính là: Chính HS là ngƣời đề xuất phƣơng án TN.
Nhƣ vậy, cả lớp đã thiết kế đƣợc phƣơng án tiến hành TN và đã có hiểu biết về các dụng cụ TN tƣơng ứng, HS đã có đủ các phƣơng tiện là thuyết động học phân tử chất và TN để thực hiện giải pháp mình đề ra để nghiên cứu mối quan hệ p, V, t. Kết thúc HĐ 2.
2.4. Về mặt thời gian.
Thời gian dự kiến là 15 phút và thực tế mất 17 phút. Nhƣ vậy, có thể coi là thời gian để tổ chức HĐ này đƣợc đảm bảo. Tuy nhiên, khi HS đã đƣợc làm quen với việc đề xuất giải pháp giải quyết các nhiệm vụ học tập thì với vấn đề nhƣ thế này, sẽ cần ít thời gian hơn.
3. Hoạt động 3: Thực hiện giải pháp để giải quyết vấn đề
GV chia nhiệm vụ nghiên cứu mối quan hệ giữa 3 đại lƣợng p, V, t
thành 3 nhiệm vụ nhỏ, độc lập và chia cho 6 nhóm HS:
- Nghiên cứu quan hệ p, V của một lƣợng xác định ở điều kiện nhiệt độ
t khơng đổi (nhóm 1,2)
- Nghiên cứu quan hệ p, t của một lƣợng khí xác định ở điều kiện thể
tích V khơng đổi (nhóm 3,4)
- Nghiên cứu quan hệ V, t của một lƣợng khí xác định ở điều kiện áp
suất p khơng đổi (nhóm 5,6)
3.1. GV u cầu các nhóm đề xuất các bước tiến hành thí nghiệm
Hình 3.3. HS thảo luận dự kiến phương án tiến hành TN
Sau khi đã hiểu nhiệm vụ, HS hăng hái thảo luận theo nhóm và nghiên cứu trên TN để đƣa ra các dự kiến tiến hành TN. GV cùng HS thảo luận để
hiểu đƣợc cơ chế làm thay đổi nhiệt độ của khí trong ống TN. Nhƣ vậy, điều quan trọng đối với HĐ tìm hiểu TN ở trên, khơng chỉ là tìm hiểu chức năng của từng dụng cụ mà cịn là phân tích cơ chế vận hành TN để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu.
Dự kiến các bƣớc tiến hành TN của HS:
- Về nhiệm vụ nghiên cứu quan hệ p, t ở điều kiện V = hằng số:
Nhóm 4 báo cáo: “Bƣớc đầu đổ nƣớc vào trong bình nhƣng phải ngập xi-lanh. Bƣớc hai, lau khơ nƣớc xung quanh bình. Bƣớc ba, cắm điện. Đọc chỉ số nhiệt độ, áp suất cùng một lúc và phải đọc với tốc độ cao. Cuối cùng thống kê và đƣa ra kết quả” . Nhóm 3 bổ sung: “Khơng điều chỉnh pít-tơng để thể tích khơng đổi. Đo nhiều giá trị”.
- Về nhiệm vụ TN nghiên cứu quan hệ p-V ở điều kiện t = h/số:
Nhóm 1 báo cáo: “Trƣớc tiên, đọc giá trị nhiệt độ và áp suất ban đầu. Vặn nhẹ nhàng pít-tơng để nhiệt độ khơng đổi. Lấy nhiều giá trị đo khi làm TN”.
- Về nhiệm vụ TN nghiên cứu quan hệ V-t khi p = hằng số:
Nhóm 5 báo cáo: “Xác định giá trị áp suất, nhiệt độ ban đầu ứng với một thể tích nào đó. Đổ nƣớc ngập xi-lanh, đun nƣớc làm thay đổi nhiệt độ của khí. Đợi nhiệt độ tăng ổn định, sau đó, tăng thể tích của xi-lanh để áp suất khi giảm xuống. Khi nào áp suất giảm xuống đến giá trị ban đầu thì ngay tại thời điểm đó thì đo nhiệt độ, thể tích”. Nhóm 6 bổ sung: “Chỉ cần đọc giá trị nhiệt độ nhanh, cịn thể tích khi đun khơng đổi nên khơng cần đọc nhanh”.
Nhƣ vậy, các nhóm HS đã tự lực đƣa ra đƣợc dự kiến các bƣớc tiến hành TN mặc dù diễn đạt vẫn cịn chƣa thật mạch lạc. Các nhóm sau đã rút đƣợc kinh nghiệm của các nhóm trƣớc nên diễn đạt phƣơng án tiến hành TN rõ ràng hơn. GV nhấn mạnh các ý quan trọng. Đến đây, kết thúc HĐ dự kiến tiến hành TN và cũng kết thúc tiết học đầu tiên trong 3 tiết thực nghiệm.
3.2. Nhận xét thời gian
Dự kiến thời gian cho HĐ đề xuất các bƣớc tiến hành TN là 10 phút. Song thực tế, mất đến 20 phút, nhƣ vậy là không đạt yêu cầu.
Mất nhiều thời gian nhất khơng phải là ở HĐ thảo luận nhóm mà là ở HĐ báo cáo dự kiến tiến hành TN. Thực tế, khi một nhóm báo cáo thì chỉ có 1 nhóm khác cùng nhiệm vụ quan tâm. Các nhóm cịn lại hầu nhƣ khơng nghe do đang mải quan tâm đến nhiệm vụ của nhóm mình. Vì vậy, khơng nên tổ chức HĐ trình bày dự kiến tiến hành TN trƣớc lớp, mà trong q trình nhóm thảo luận, GV đi tới các nhóm để trao đổi thì tốt hơn.