hƣớng dạy học giải quyết vấn đề
Trong khuôn khổ của luận văn, chúng tôi chỉ thiết kế tiến trình dạy học phần chuyển động thẳng.
I. Mục tiêu dạy học
- Về kiến thức
+ Nêu đƣợc chuyển động, chất điểm, hệ quy chiếu, mốc thời gian. + Nêu đƣợc vận tốc, vận tốc tức thời là gì?
+ Nhận biết đƣợc đặc điểm về vận tốc của chuyển động thẳng đều.
+ Nêu đƣợc ví dụ về chuyển động thẳng biến đổi đều (nhanh dần đều, chậm dần đều).
+ Viết đƣợc công thức tính gia tốc của một chuyển động biến đổi.
+ Nêu đƣợc đặc điểm của vectơ gia tốc trong chuyển động thẳng nhanh dần đều, trong chuyển động thẳng chậm dần đều.
+ Viết đƣợc các công thức tính vận tốc, phƣơng trình chuyển động thẳng, công thức tính đƣờng đi, mối liên hệ giữa v, v0, a và s
+ Nêu đƣợc sự rơi tự do là gì. Viết đƣợc các công thức tính vận tốc và đƣờng đi của chuyển động rơi tự do. Nêu đƣợc đặc điểm về gia tốc rơi tự do.
- Về kĩ năng
+ Xác định đƣợc vị trí của một vật chuyển động trong một hệ quy chiếu đã cho.
+ Lập đƣợc phƣơng trình chuyển động x = x0 + vt.
+ Vận dụng đƣợc phƣơng trình x = xo + vt đối với chuyển động thẳng đều của một hoặc hai vật.
+ Vận dụng đƣợc các công thức: vt = v0 + at, s = v0t + 2 1 at2, v v2 2as 0 2 t .
+ Vẽ đƣợc đồ thị vận tốc của chuyển động biến đổi đều.
+ Xác định đƣợc gia tốc của chuyển động thẳng nhanh dần đều bằng thí nghiệm.
II. Nội dung kiến thức cần xây dựng
a) Những đặc trƣng của chuyển động: Gia tốc, vận tốc và tốc độ, độ dời (tọa độ) và đƣờng đi
b) Chuyển động thẳng đều
c) Chuyển động thẳng biến đổi đều d) Sự rơi tự do
III. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh
a) Chuẩn bị của giáo viên
- 6 bộ TN về chuyển động thẳng (gồm dụng cụ TN, cảm biến chuyển động, thiết bị ghép tƣơng tích hiện số, máy tính có cài đặt phần mềm)
- Giáo án, phiếu học tập, mẫu báo cáo kết quả HĐ nhóm,… b) Chuẩn bị của học sinh
Xem lại những kiến thức về cộng, trừ véc tơ, phƣơng trình và đồ thị của hàm số bậc 1, bậc 2
Hình 2.37. Sơ đồ lôgíc tiến trình khoa học xây dựng kiến thức về chuyển động thẳng
Diễn giải sơ đồ (Hình 2.37):
- Để xác định vị trí chính xác của một chất điểm đang chuyển động thì ta phải chọn một hệ quy chiếu rồi xác định vị trí của nó theo thời gian
- Tính chất của chuyển động thể hiện thông qua vận tốc – thời gian. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chuyển động thƣờng gặp, đơn giản nhất là chuyển động thẳng. Trong chuyển động thẳng thì có chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng không đều (VD: vật trên mặt phẳng nghiêng, vật rơi trong không khí).
Tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng thường gặp phụ thuộc vào thời gian như thế nào?
- Làm thí nghiệm về chuyển động thẳng với máng nằm ngang. - Vẽ đồ thị v-t, x-t - Làm thí nghiệm về chuyển động thẳng với máng nằm nghiêng - Vẽ đồ thị v-t, x-t
- Chuyển động thẳng đều : v = const; x = xo + v.t
Đồ thị v-t là đường nằm ngang, đồ thị x-t là đường thẳng nằm nghiêng
- Chuyển động thẳng, NDĐ: v = v0 +a.t; x = xo + v0t +
2 1 at2
Đồ thị v-t là đường nằm nghiêng, đồ thị x-t là đường parabol
- Sự rơi: v = at; x =
2
1 at2 (a = 9,8m/s2)
Đồ thị v-t là đường nằm nghiêng, đồ thị x-t là đường parabol
- Làm thí nghiệm về chuyển động rơi.
a) Pha thứ nhất: Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức, phát biểu vấn đề
- Chuyển động cơ học là sự thay dời chỗ của vật theo thời gian.
- Để xác định vị trí chính xác của một vật đang chuyển động (đƣợc coi nhƣ chất điểm) thì ta phải chọn một hệ quy chiếu rồi xác định vị trí của nó theo thời gian.
- Tính chất của chuyển động thể hiện thông qua vận tốc – thời gian. - Trong chuyển động thẳng thì có chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng không đều.
Vậy, một câu hỏi đặt ra là “Tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng phụ thuộc vào thời gian như thế nào?”. Câu hỏi này chứa đựng 2 vấn đề:
+ Vấn đề 1: Tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng thƣờng gặp phụ thuộc vào thời gian nhƣ thế nào? (mặt định tính)
+ Vấn đề 2: Sự phụ thuộc vào thời gian đó đƣợc mô tả bằng biểu thức toán học nào hay không? (mặt định lƣợng)
{Vấn đề - bài toán đƣợc phát biểu}
b) Pha thứ 2: Học sinh hành động độc lập, tích cực, trao đổi, tìm tòi giải quyết vấn đề
- Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề: Làm TN với cùng một bộ thí nghiệm nhƣng ở 3 trạng thái khác nhau để biết tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng phụ thuộc vào thời gian nhƣ thế nào?
Việc nghiên cứu giải quyết vấn đề đƣợc chia thành 3 nhiệm vụ độc lập: + Xác định các đại lƣợng đặc trƣng của chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang.
+ Xác định các đại lƣợng đặc trƣng của chuyển động trên mặt phẳng nằm nghiêng.
+ Xác định các đại lƣợng đặc trƣng của vật rơi. - Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề:
+ Làm thí nghiệm với từng nhiệm vụ để tìm các đại lƣợng đặc trƣng: v, x + Biểu diễn bằng đồ thị mối quan hệ: v-t; x-t
- Phân tích kết quả nghiên cứu: + Trƣờng hợp 1:
Từ bảng số liệu và đồ thị thu đƣợc, suy ra: v = const; x = xo + v.t + Trƣờng hợp 2:
Từ bảng số liệu và đồ thị thu đƣợc, suy ra: a =const; v = v0 +a.t; x = xo + v0t + (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2 1 at2 + Trƣờng hợp 3:
Từ bảng số liệu và đồ thị thu đƣợc, suy ra: v = at; x =
2
1 at2, a không thay đổi trong mọi trƣờng hợp rơi
c) 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 quy luật chuyển động thẳng trên máng ngang: Thể chế hóa: Vật chuyển động thẳng đều (Vật đi đƣợc những quãng đƣờng bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau)
- Với HĐ nghiên cứu quy luật chuyển động thẳng trên máng nghiêng: Vật chuyển động thẳng nhanh dần đều
- Với HĐ nghiên cứu quy luật chuyển động của vật rơi không vân tốc ban đầu: Vật chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc bằng g (9,8m/s2)
V. Tiến trình dạy học cụ thể Tiết học 1
V.1. Hoạt động đề xuất vấn đề nghiên cứu (20 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu học sinh nêu một số ví dụ về
chuyển động cơ trong thực tế và trả lời cầu hỏi: Bằng cách nào ta biết một vật đang chuyển động hay đứng yên?
Nêu ví dụ về chuyển động trong thực tế và trả lời câu hỏi.
Xác nhận câu trả lời, thông báo định nghĩa chuyển động cơ, khái niệm chất
Phát biểu định nghĩa chuyển động cơ. Lấy các ví dụ vật có kích thƣớc lớn
điểm và quỹ đạo chuyển động. đƣợc coi là chất điểm trong thực tế. Để xác định vị trí chính xác của một
chuyển động ta phải làm nhƣ thế nào?
- Chọn một hệ quy chiếu
- Xác định vị trí của chuyển động thông qua đo đạc hoặc theo quy luật toán học. Hỏi HS: Trong thực tế, ta có những dạng chuyển động thƣờng gặp nào? HS1: Chuyển động thẳng và chuyển động không thẳng. HS2: Chuyển động thẳng, chuyển động tròn, chuyển động cong,… HS3:….
Chúng ta đi nghiên cứu một dạng chuyển động thƣờng gặp nhất là chuyển động thẳng. Tọa độ, vận tốc của chuyển động thẳng phụ thuộc vào thời gian như thế nào?
V.2. Hoạt động đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề đặt ra (15 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Làm thế nào biết tọa độ, vận tốc của
chuyển động thẳng phụ thuộc vào thời gian nhƣ thế nào?
HĐ cá nhân, thảo luận trƣớc lớp HS1: Làm thí nghiệm để xác định vị trí của vật theo thời gian (x-t)
HS2: Xác định vận tốc của vật theo thời gian
Nhƣ vậy, chúng ta sẽ làm thí nghiệm để đi tìm mối quan hệ của các đại lƣợng theo gian: v-t, x-t.
Thầy giao cho mỗi nhóm 01 bộ TN. Các nhóm tìm hiểu bộ TN xem có đáp ứng đƣợc đầy đủ các yêu cầu mà các em đề ra hay không?
Giáo viên cho học sinh tìm hiểu thí nghiệm, phát tài liệu về thao tác sử dụng phần mềm, cách khớp đồ thị để đưa ra hàm số, cách loại bỏ các số liệu nhiễu (Đầu chuyển động và cuối chuyển động), cách lưu lại kết quả thí nghiệm.
V.3. Hoạt động thực hiện giải pháp để giải quyết vấn đề (35 phút) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a) Dự kiến các bƣớc tiến hành thí nghiệm (10 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Chúng ta cần đi tìm hiểu xem vận tốc,
tọa độ thay đổi theo thời gian nhƣ thế nào?
Để làm điều này chúng ta phải xác định vận tốc, tọa độ ở từng thời điểm rồi vẽ đồ thị để nhận xét quy luật. Việc thu thập và vẽ đồ thị sẽ trở nên dễ dàng hơn khi chúng ta sử dụng bộ thí nghiệm về chuyển động thẳng có kết nối với máy tính và sử dụng phần mềm xử lý kết quả.
Các em sẽ tiến hành thí nghiệm với bộ nghiên cứu chuyển động thẳng:
1) Nghiên cứu chuyển động thẳng trong trạng thái máng đặt nằm ngang (nhóm 1,2)
2) Nghiên cứu chuyển động thẳng trong trạng thái máng đặt nằm nghiêng (nhóm 3,4)
3) Nghiên cứu chuyển động thẳng trong trạng thái vật rơi (nhóm 5,6). Các nhóm hãy thảo luận và trình bày dự kiến tiến hành TN để thực hiện
HS nhận nhiệm vụ và HĐ theo nhóm Các nhóm thảo luận trong 5 phút và
nhiệm vụ của nhóm. GV nhận xét bổ sung
cử ngƣời đại diện trả lời.
Tiết học 2
b) Tiến hành thí nghiệm (25 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nhƣ vậy, các nhóm sẽ đồng thời làm
TN.Các nhóm sẽ HĐ trong thời gian 25 phút và chuẩn bị báo cáo của nhóm
mình để trình bày trƣớc lớp. HS HĐ nhóm
V.4. Hoạt động trình bày kết quả giải quyết vấn đề (20 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Thầy mời đại diện nhóm (1,2), (3,4),
(5,6) báo cáo kết quả. Đồng thời đối chiếu kết quả của nhóm mình với nhóm còn lại cùng có nhiệm vụ.
Đại diện các nhóm lên báo cáo
Nhóm (1,2):
v = const; x = xo + v.t
Đồ thị v-t là đƣờng nằm ngang, hệ số của t trùng với giá trị của v
Nhóm (3,4): v = v0 +a.t; x = xo + v0t + 2 1 at2 Đồ thị v- t là một đƣờng thẳng đi lên với hệ số góc là a Đồ thị x-t là đƣờng parabol với hệ số của t2 là a/2 Nhóm (5,6): v = at; x = 2 1 at2 (a = 9,8) Đồ thị v- t là một đƣờng thẳng đi lên với hệ số góc là 9,8 Đồ thị x-t là đƣờng parabol với hệ số
của t2 là 4,9
Tiết học 3
V.5. Hoạt động thông báo bổ sung, thể chế hóa kiến thức và vận dụng kiến thức (45 phút)
Sau khi các nhóm báo cáo kết quả HĐ, GV nhận xét, thông báo bổ sung kiến thức và thể chế hóa kiến thức.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nhƣ vậy chúng ta biết đƣợc 3 dạng
chuyển động thẳng qua thí nghiệm. Thí nghiệm của nhóm (1,2) đƣợc gọi là chuyển động thẳng đều: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Vận tốc không thay đổi theo thời gian. - Tọa độ theo thời gian là một đƣờng thẳng đi lên, hệ số góc bằng độ lớn của vận tốc.
HS suy luận, nhận xét cùng thầy
Thí nghiệm của nhóm (3,4) đƣợc gọi là chuyển động thẳng nhanh dần đều: v = v0 +at; x = xo + v0t +
2 1 at2
Ngoài ra, trong thực tế còn có chuyển động thẳng chậm dần đều.
HS suy luận, nhận xét cùng thầy
Quãng đƣờng đi đƣợc của vật: s = v0t +
2 1 at2
Đại lƣợng a trong biểu thức v sẽ đặc trƣng cho sự thay đổi vận tốc nhanh hay chậm và ngƣời ta gọi là gia tốc.
HS suy luận, nhận xét cùng thầy để đƣa ra công thức: a =(v/t)
Đơn vị là m/s2 Thông báo mối liên hệ giữa vận tốc, gia
tốc và quãng đƣờng đi đƣợc.
Người ta thường chọn chiều dương trùng chiêu chuyển động, khi đó các phương trình đều là:
v = v0 +at; s = v0t +
2
1 at2; x = xo + v0t +
2
1 at2; v2 – v02 = 2as
+ Chuyển động nhanh dần đều: a>0 + Chuyển động chậm dần đều: a<0
Thí nghiệm của nhóm (5,6) đƣợc gọi là Sự rơi tự do:
Là chuyển động thẳng nhanh dần đều với v0 = 0 và a = g (=9,8m/s2)
Yêu cầu HS đọc SGK và cho biết thế nào là sự rơi tự do và viết các phƣơng trình v, h, y.
Sự rơi tự do là sự rơi của một vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực. v = gt; h = 2 1 gt2; y = yo + 2 1 gt2; v = 2gh 2.6. Kết luận chƣơng 2
Thông qua phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Động học chất điểm”, tìm hiểu những sai lầm, khó khăn thƣờng gặp của HS trong học tập chƣơng này, nhận thấy, cần có bộ TN nghiên cứu về chuyển động thẳng để tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của HS.
Hiện nay, ở phòng TN vật lí phổ thông, đã có một số bộ TN về chuyển động thẳng. Mỗi bộ thí nghiệm đều có ƣu, nhƣợc điểm riêng. Tuy nhiên việc sử dụng các bộ thí nghiệm đó để dạy học chƣơng “Động học chất điểm” theo quan điểm dạy học hiện đại thì gặp nhiều khó khăn.
Từ những nhận xét về ƣu nhƣợc điểm của các bộ TN hiện có, kết hợp với phân tích lôgíc hình thành kiến thức chƣơng “Động học chất điểm”, đặc biệt là lôgíc hình thành các kiến thức về chuyển động thẳng, chúng tôi nhận thấy cần phải thiết kế chế tạo bộ TN mới có chức năng là bộ TN thực tập của HS, cho phép nghiên cứu đƣợc các dạng của chuyển động thẳng. Giải pháp chúng tôi đƣa ra để thực hiện nhiệm vụ này là sử dụng các cảm biến và bộ ghép nối có chức năng là dụng cụ đo chính xác, có độ nhạy tốt, thang đo rộng, dễ dàng thu thập và xử lí số liệu dƣới dạng số và đồ thị. Bộ TN về chuyển động thẳng mới chế tạo đáp ứng đƣợc các yêu cầu đối với TN trong dạy học các kiến thức thuộc chƣơng “Động học chất điểm”.
Vận dụng lí luận dạy học giải quyết vấn đề, chúng tôi đã thiết kế tiến trình dạy học phần chuyển động thẳng của chƣơng “Động học chất điểm” có sử dụng bộ TN mới chế tạo để tổ chức HĐ nhận thức tích cực, sáng tạo của HS trong học tập.
Nhiệm vụ tiếp theo mà đề tài đặt ra là: Phải thực nghiệm việc tổ chức hoạt động thức của HS trên thực tế ở trƣờng phổ thông theo tiến trình dạy học đã thiết kế đƣợc. Mục đích của việc thực nghiệm dạy học này là nhằm: Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã thiết kế; bƣớc đầu đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học này trong việc nâng cao tính tích cực, sáng tạo của HS; mặt khác, đánh giá các ƣu điểm, nhƣợc điểm của bộ TN chuyển động thẳng đã chế tạo trong dạy học.
CHƢƠNG 3
THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1. Mục đích, đối tƣợng, phƣơng pháp và nội dung thực nghiệm
3.1.1. Mục đích thực nghiệm
Thực nghiệm sƣ phạm nhằm mục đích kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài, cụ thể là:
- Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã thiết kế đƣợc, tức là đối chiếu tiến trình dạy học diễn ra trong giờ học với tiến trình dự kiến, từ đó, sửa đổi, bổ sung các tình huống và các định hƣớng của GV nhằm hoàn thiện tiến