2.4. Thiết kế tiến trình dạy học chƣơng “Chất khí”theo hƣớng dạy học giả
2.4.5. Sơ đồ lơgíc tiến trình xây dựng kiến thức
Hình 2.2. Sơ đồ lơgíc tiến trình khoa học xây dựng kiến thức
* Diễn giải sơ đồ (Hình 2.2):
Xuất phát từ một hiện tƣợng: Quả bóng bàn bị bẹp, khi cho vào trong cốc nƣớc nóng thì quả bóng sẽ trở lại hình dạng ban đầu.
Vậy liệu áp suất, thể tích và nhiệt độ của quả bóng có liên quan gì với nhau khơng? Để đơn giản, ta hãy giữ nguyên một đại lƣợng, khảo sát sự phụ thuộc vào nhau của 2 đại lƣợng cịn lại.
- Giữ T khơng đổi. Đo p khi thay đổi V. Lập bảng số liệu, vẽ đồ thị p-V.
- Giữ V không đổi. Đo p khi thay đổi T. Lập bảng số liệu, vẽ đồ thị p-T.
- Giữ p không đổi. Đo V khi thay đổi T. Lập bảng số liệu, vẽ đồ thị V-T. ĐLBôi-lơ–Ma-ri-ốt p ~ 1/V Định luật Sác lơ p ~ T ĐL Gay-luy-sắc V ~ T
Phƣơng trình trạng thái của khí lí tƣởng
PV
2.4.5.1. Pha thứ nhất: Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức, phát biểu vấn đề
Xuất phát từ một tình huống có vấn đề: HS quan sát quả bóng bàn bị bẹp, khi cho vào trong cốc nƣớc nóng thì sau 1 thời gian, quả bóng lại trở về trạng thái ban đầu. Vậy những đại lƣợng nào đã thay đổi để quả bóng có thể trở lại hình dạng ban đầu? Từ đó mở rộng là xét một lƣợng khí xác định.
Vận dụng thuyết động học phân tử chất khí suy luận đƣợc: áp suất của một lƣợng khí xác định phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích.
Mặt khác, từ nhiều hiện tƣợng thực tế HSnhận thấy: trạng thái của chất khí đƣợc đặc trƣng bởi 3 đại lƣợng: áp suất, thể tích và nhiệt độ. Khi 1 đại lƣợng biến đổi thì 2 đại lƣợng cịn lại có thể biến đổi theo. Vậy, một câu hỏi đặt ra là “Liệu áp suất, thể tích và nhiệt độ của một lượng khí xác định có
quan hệ gì với nhau khơng?”. Câu hỏi này chứa đựng 2 vấn đề:
+ Vấn đề 1: các đại lƣợng áp suất, thể tích và nhiệt độ của một lƣợng khí xác định có quan hệ với nhau khơng? (mặt định tính)
+ Vấn đề 2: nếu các đại lƣợng đó có quan hệ với nhau thì quan hệ đó đƣợc mơ tả bằng biểu thức toán học nào? (mặt định lƣợng)
2.4.5.2. Pha thứ 2: Học sinh hành động độc lập, tích cực, trao đổi, tìm tịi giải quyết vấn đề
* Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề:
+ Có thể vận dụng thuyết động học phân tử chất khí để tìm mối quan hệ giữa 3 đại lƣợng p, V, t của một lƣợng khí xác định.
+ Có thể làm TN đo 3 đại lƣợng p, V, t của một lƣợng khí xác định để
Để nghiên cứu mối quan hệ giữa 3 đại lƣợng đƣợc đơn giản, ta cố định 1 trong 3 đại lƣợng để tìm mối quan hệ giữa 2 đại lƣợng cịn lại. Vì vậy, việc nghiên cứu giải quyết vấn đề đƣợc chia thành 3 nhiệm vụ độc lập:
+ Nghiên cứu quan hệ p, V của một lƣợng xác định ở điều kiện nhiệt độ
t không đổi
+ Nghiên cứu quan hệ p, t của một lƣợng khí xác định ở điều kiện thể tích V khơng đổi
+ Nghiên cứu quan hệ V, t của một lƣợng khí xác định ở điều kiện áp
suất p không đổi.
* Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề:
- Với nhiệm vụ: nghiên cứu quan hệ p, V khi t = hằng số + Đo p khi thay đổi V. Lập bảng số liệu, vẽ đồ thị p-V.
+ Vận dụng thuyết động học phân tử chất khí để tìm quan hệ p-V khi t
không đổi.
- Với nhiệm vụ: nghiên cứu quan hệ p, t khi V = hằng số + Đo p khi t thay đổi. Lập bảng số liệu và vẽ đồ thị p-t.
+ Vận dụng thuyết động học phân tử chất khí để tìm quan hệ p-t khi V
không đổi.
- Với nhiệm vụ: nghiên cứu quan hệ p, t khi V = hằng số + Đo V khi t thay đổi. Lập bảng số liệu và vẽ đồ thị V-t.
+ Vận dụng thuyết động học phân tử chất khí để tìm quan hệ V-t khi p
khơng đổi.
* Phân tích kết quả nghiên cứu
Từ bảng số liệu và đồ thị, suy ra p tỉ lệ nghịch với V. Phù hợp với suy luận từ thuyết động học phân tử chất khí: V tăng thì p giảm và ngƣợc lại.
- Kết quả nghiên cứu quan hệ p, t khi V = hằng số
Từ bảng số liệu và đồ thị, suy ra p là hàm bậc nhất của t. Phù hợp với suy luận từ thuyết động học phân tử chất khí: t tăng thì p tăng và ngƣợc lại.
- Kết quả nghiên cứu quan hệ V, t khi p = hằng số
Từ bảng số liệu và đồ thị, suy ra V là hàm bậc nhất của t. Phù hợp với suy luận từ thuyết động học phân tử chất khí: t tăng thì V tăng và ngƣợc lại.
2.4.5.3. Pha thứ 3: Tranh luận, thể chế hóa, vận dụng tri thức mới
Báo cáo kết quả các nghiên cứu và thể chế hóa kiến thức - Với HĐ nghiên cứu quan hệ p, V khi t = hằng số
Thể chế hóa: Ở nhiệt độ khơng đổi, tích của áp suất p và thể tích V của
một lƣợng khí xác định là một hằng số. p ~ 1/V (Định luật Bôi-lơ–Ma-ri-ốt) - Với HĐ nghiên cứu quan hệ p, t khi V = hằng số
Thông báo thang nhiệt độ tuyệt đối T = t + 273 và thể chế hóa kiến
thức: Với một lƣợng khí có thể tích khơng đổi thì áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của chất khí p ~ T (Định luật Sác-lơ)
- Với HĐ nghiên cứu quan hệ V, t khi p = hằng số
Thực hiện một số suy luận lơgíc và thể chế hóa kiến thức: Thể tích V
của một lƣợng khí xác định có áp suất khơng đổi thì tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối T của khí V - T (Định luật Gay Luy-xác)
Suy luận từ 3 định luật chất khí, thể chế hóa phƣơng trình trạng thái của khí lí tƣởng: Áp suất, nhiệt độ tuyệt đối và thể tích của một khối khí xác định quan hệ với nhau theo hệ thức: PV