Kết quả điều tra thực tiễn cho thấy: các thầy cô giáo cũng chưa coi trọng việc sử dụng các phương pháp dạy học tích cực trong việc phát huy tính tích cực học tập của học sinh. Trong đó, nguyên nhân chính là do giáo viên không hiểu rõ các phương pháp dạy học tích cực, việc thiết kế các hoạt động dạy học theo hướng tích cực mất nhiều thời gian và chưa tìm được phương pháp dạy học nào phù hợp với trình độ của từng học sinh trong một lớp học.
Xuất phát từ thực trạng và những nguyên nhân trên, tác giả đề xuất phương án: “Tổ chức dạy học theo hợp đồng chương “Dao động cơ” vật lí lớp 12 cơ bản” nhằm phát huy tính tích cực học tập của học sinh, giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn nội dung kiến thức của bài học, từ đó nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. Phương án này không những cung cấp cho giáo viên một phương pháp dạy học phù hợp với trình độ học của từng học sinh, mà còn phát huy được tính tích cực học tập của học sinh.
Tiểu kết chương 1
Chương 1 của luận văn đã hệ thống hóa các khái niệm cơ bản về dạy học tích cực, dạy học phân hóa, dạy học theo hợp đồng…trong đó tập trung làm rõ quy trình, ưu điểm, hạn chế, điều kiện thực hiện có hiệu quả và hiệu quả của dạy học theo hợp đồng trong việc phát huy tính tích cực học tập của học sinh.
Chương 1 của luận văn cũng phân tích một số kết quả điều tra về thực trạng dạy và học ở Trung tâm giáo dục thường xuyên Việt Hưng, nguyên nhân của thực trạng, từ đó đề xuất một số giải pháp. Đây có thể coi là những cơ sở thực tiễn của việc dạy và học ở các trường trung học phổ thông hiện nay.
Những cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn của việc tổ chức dạy học theo hợp đồng được nghiên cứu ở chương 1 sẽ là cơ sở cho việc thiết kế các nhiệm vụ dạy học, tiến trình dạy học và tổ chức dạy học theo hợp hợp đồng chương “Dao động cơ” vật lí lớp 12 cơ bản.
CHƯƠNG 2
TỔ CHỨC DẠY HỌC THEO HỢP ĐỒNG CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” VẬT LÍ LỚP 12 CƠ BẢN 2.1. Nội dung kiến thức chương “Dao động cơ”
2.1.1. Vị trí và tầm quan trọng của chương “Dao động cơ”
- Vị trí: Chương “Dao động cơ” là chương đầu tiên trong chương trình vật lí 12 cơ bản.
- Vai trò: Chương trình vật lí lớp 10 đã nghiên cứu rất nhiều về các dạng chuyển động, tính chất của chuyển động và nguyên nhân gây ra chuyển động. Chương “Dao động cơ” ở lớp 12 nghiên cứu về một loại chuyển động khác với các chuyển động đã nghiên cứu ở lớp 10 đó là “dao động cơ”, nghiên cứu về các loại dao động, các đại lượng đặc trưng của mỗi loại dao động...
- Nhờ nghiên cứu về “dao động cơ” mà chúng ta có nhiều ứng dụng trong thực tế. Ví dụ: nghiên cứu về con lắc lò xo giúp chúng ta điều chỉnh chiều dài dây treo con lắc khi con lắc chạy nhanh hoặc chậm, nghiên cứu về ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn giúp cho các vận động viên nhảy cầu nhún nhảy tại mép của ván cầu biết cách điều chỉnh chu kì bằng chu kì dao động riêng của ván, làm cầu dao động mạnh nhất để tạo đà cho vận động viên nhảy lên cao.
- Học xong chương này, học sinh sẽ dễ dàng trong việc khảo sát dao động điện sẽ học ở chương tiếp theo.
2.1.2. Cấu trúc nội dung chương “Dao động cơ” vật lí 12 cơ bản
Theo tài liệu phân phối chương trình của Bộ giáo dục và đào tạo áp
dụng cho các lớp cấp trung học phổ thông từ năm học 2009-2010 (có sự điều
chỉnh so với năm học 2008-2009), chương “Dao động cơ” của chương trình
vật lí lớp 12 cơ bản được phân bố như sau: Gồm 11 tiết học, trong đó có 6 tiết lý thuyết, 2 tiết thực hành, 3 tiết bài tập. Cụ thể các bài học phân phối theo từng tiết học ứng với từng nội dung kiến thức được thể hiện qua bảng 2.1.
Bảng 2.1. Bảng quy định phân phối chương trình cho phần kiến thức: “Dao động cơ” của chương trình vật lí 12 cơ bản
Tiết Nội dung bài Tiết 1 – 2 Dao động điều hòa Tiết 3 Bài tập
Tiết 4 Con lắc lò xo Tiết 5 Con lắc đơn Tiết 6 Bài tập
Tiết 7 Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức
Tiết 8 Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số. Phương pháp giản đồ Fre – nen
Tiết 9 Bài tập
Tiết 10 – 11 Thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn
2.1.3. Nội dung kiến thức chương “Dao động cơ” vật lí 12 cơ bản
2.1.3.1. Phương trình của dao động điều hòa. Công thức của vận tốc và gia tốc
a) Phương trình của dao động điều hòa: x = Acos(ωt + φ)
x: li độ của vật (m, cm).
A: biên độ dao động, là độ lệch cực đại của vật (m, cm). (ωt + φ): pha của dao động ở thời điểm t (rad).
φ: pha ban đầu của dao động (rad). b) Phương trình vận tốc:
Vận tốc là đạo hàm bậc nhất của li độ theo thời gian: v = x’ = - ωAsin(ωt + φ)
c) Phương trình gia tốc:
Gia tốc là đạo hàm bậc nhất của vận tốc (hay đạo hàm bậc 2 của li độ) theo thời gian.
a = v’ = x’’ = - ω2Acos(ωt + φ) = - ω2x Tại vị trí biên: x = ± A, v = 0, |amax | = ω2A Tại vị trí cân bằng: x = 0, |vmax| = ωA, a = 0
2.1.3.2. Con lắc lò xo và con lắc đơn
Con lắc lò xo Con lắc đơn Lực kéo về F = - kx (x là li độ của vật m) F = - s l mg (s là li độ cong của vật m) Chu kì T = k m 2 T = g l 2
Cơ năng của con lắc W = 2 1 mv2 + 2 1 kx2 (mốc thế năng tại vị trí cân bằng)
Nếu bỏ qua mọi ma sát thì cơ năng của con lắc là hằng số. W = 2 1 mv2 + mgl(1 – cosα) Nếu bỏ qua ma sát thì cơ năng của con lắc là một hằng số.
2.1.3.3. Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Cộng hưởng
a) Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần. b) Dao động được duy trì bằng cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng gọi là dao động duy trì.
c) Dao động gây ra bởi một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn gọi là dao động cưỡng bức.
d) Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng fo của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng. Điều kiện cộng hưởng f = fo.
2.1.3.4. Phương pháp giản đồ Fre - nen
a) Mỗi dao động điều hòa được biểu diễn bằng một véc tơ quay, vẽ tại thời điểm ban đầu.
b) Phép cộng đại số hai li độ của dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số được thay thế bằng phép tổng hợp hai vec tơ quay.
c) Véc tơ tổng biểu diễn dao động tổng hợp. Bằng các tính toán trên giản đồ Fre – nen, ta tìm được biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp. 2.2. Các yêu cầu về kiến thức và kĩ năng khi dạy học chương “Dao động cơ”
2.2.1. Về kiến thức
-Phát biểu được định nghĩa dao động điều hoà.
-Nêu được li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu là gì. -Nêu được quá trình biến đổi năng lượng trong dao động điều hoà. -Viết được phương trình động lực học và phương trình dao động điều hoà của con lắc lò xo và con lắc đơn.
-Viết được công thức tính chu kì (hoặc tần số) dao động điều hoà của con lắc lò xo và con lắc đơn. Nêu được ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do.
-Trình bày được nội dung của phương pháp giản đồ Fre-nen.
-Nêu được cách sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen để tổng hợp hai dao động điều hoà cùng tần số và cùng phương dao động.
-Nêu được dao động riêng, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức là gì. -Nêu được điều kiện để hiện tượng cộng hưởng xảy ra.
-Nêu được các đặc điểm của dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, dao động duy trì.
2.2.2. Về kĩ năng
-Giải được những bài toán đơn giản về dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn.
- Xác định chu kì dao động của con lắc đơn và gia tốc rơi tự do bằng thí nghiệm.
2.3. Thiết kế các nhiệm vụ trong dạy học chương “Dao động cơ”
Do phương pháp dạy học theo hợp đồng phù hợp với các bài ôn tập hoặc luyện tập, hoặc cũng có thể với bài học kiến thức mới trong đó việc thực hiện các nhiệm vụ không phải tuân theo thứ tự bắt buộc. Mặt khác, các nội dung kiến thức trong bài: “Dao động điều hòa” là những kiến thức cơ bản để khảo sát các dao động tiếp theo. Vì vậy, sau khi trình bày các khái niệm về dao động điều hòa ở tiết 1 và tiết 2, tiết 3 học sinh làm quen với phương pháp học theo hợp đồng thông qua một số bài tập luyện tập (không trình bày ở luận văn). Bài “con lắc lò xo” và “con lắc đơn” được chọn để dạy học theo hợp đồng ở lớp thực nghiệm.
Để thiết kế được các hợp đồng thì nhiệm vụ quan trọng là phải thiết kế được các nhiệm vụ trong hợp đồng. Các nhiệm vụ đó có thể là nhiệm vụ bắt buộc, nhiệm vụ tự chọn, nhiệm vụ làm việc cá nhân, nhiệm vụ làm việc theo nhóm, nhiệm vụ hoàn thành ở lớp, nhiệm vụ giao về nhà… Căn cứ vào mục tiêu dạy học đã xác định, luận văn thiết kế các nhiệm vụ sau:
*Nhiệm vụ 1: Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học. (Có 1 phiếu hỗ trợ: A1)
- Xác định các lực tác dụng vào vật m khi nó dao động và nêu tác dụng của các lực ấy (giữ cho vật chuyển động tròn và làm tăng hoặc làm giảm tốc độ của vật. (Hình 3.2 sách giáo khoa, trang 14)
- Phân tích trọng lực P
thành hai lực thành phần: lực thành phần theo phương vuông góc với quỹ đạo Pn
và lực thành phần theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo Pt
.
- Xác định lực hướng tâm và lực kéo về của con lắc.
- Dao động của con lắc đơn nói chung, có phải là dao động điều hòa không? - Khi góc α nhỏ, con lắc đơn có dao động điều hòa hay không?
*Nhiệm vụ 2: Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt năng lượng? Phiếu A2 (hỗ trợ ít)
- Từ công thức tính động năng, thế năng và cơ năng đã học ở lớp 10, lập công thức tính động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo.
- Dựa vào biểu thức cơ năng đã lập, rút ra kết luận về sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng.
Phiếu B2 (hỗ trợ nhiều)
- Viết lại công thức tính động năng, thế năng đàn hồi, và cơ năng đã học ở lớp 10. Cụ thể: + Động năng: Wđ = 2 1 mv2 + Thế năng: Wt = 2 1 k(l2) + Cơ năng: W = Wđ + Wt
- Dựa vào công thức động năng, thế năng, cơ năng đã viết, lập công thức tính động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo.
Với l = x = Acos (t + )
Vận tốc: v = x’ = -Asin (t + ) - Nhận xét về cơ năng của con lắc lò xo.
- Khi con lắc lò xo dao động điều hòa thì động năng và thế năng của con lắc biến đổi qua lại như thế nào?
*Nhiệm vụ 3: Từ các dữ liệu thực nghiệm hãy xây dựng công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn.
Phiếu A3 (hỗ trợ ít):
- Thiết kế phương án thí nghiệm để tìm ra sự phụ thuộc của chu kì dao động của con lắc đơn vào các đại lượng như: khối lượng, chiều dài, biên độ, gia tốc rơi tự do.
Phiếu hỗ trợ C3 (hỗ trợ vừa) Hướng dẫn:
-Tìm sự phụ thuộc của chu kì dao động của con lắc đơn vào biên độ bằng cách giữ nguyên khối lượng quả nặng, chiều dài con lắc đơn, thay đổi các giá trị của biên độ. Tính chu kì T trong mỗi trường hợp rồi tìm ra sự phụ thuộc của chu kì T vào biên độ.
-Tìm sự phụ thuộc của chu kì dao động của con lắc đơn vào khối lượng bằng cách giữ nguyên chiều dài con lắc, biên độ A, thay đổi các giá trị của khối lượng. Tính chu kì T trong mỗi trường hợp rồi tìm ra sự phụ thuộc của chu kì T vào khối lượng.
-Tìm sự phụ thuộc của chu kì dao động của con lắc đơn vào chiều dài con lắc bằng cách giữ nguyên khối lượng quả nặng, biên độ dao động, thay đổi các giá trị của chiều dài con lắc. Tính chu kì T trong mỗi trường hợp rồi tìm ra sự phụ thuộc của chu kì T vào chiều dài con lắc.
Phiếu B3 (hỗ trợ nhiều): Dụng cụ thí nghiệm gồm: - Ba quả nặng có móc treo 50g. - Một sợi dây mảnh dài 1m.
- Một giá thí nghiệm dùng treo con lắc đơn (có cơ cấu điều chỉnh dây treo con lắc).
- Một đồng hồ bấm giây (sai số ± 0,2s).
- Một thước 500 mm; một tờ giấy kẻ ô milimet. Có thể tiến hành theo 3 thí nghiệm sau:
Thí nghiệm 1: Giữ nguyên khối lượng m = 50g, chiều dài con lắc l = 50 cm.
Kéo quả nặng ra khỏi vị trí cân bằng một khoảng A sao cho dây treo con lắc nghiêng một góc α so với phương thẳng đứng rồi thả cho nó dao động. Đo thời gian t con lắc thực hiện 10 dao động toàn phần trong các trường hợp A = 3, 6, 9, 18 cm) rồi tính chu kì T.
Bảng 2.2. Bảng đo kết quả sự phụ thuộc của chu kì dao động T của con lắc đơn vào biên độ dao động (m = 50g, l = 50 cm).
A (cm) Sinα = l A Góc lệch α (o) Thời gian 10 dao động Chu kì (T) A1 = 3 ……… ……… t1 = …±… T1 = …±… A2 = 6 ……… ……… t2 = …±… T2 = …±… A3 = 9 ……… ……… t3 = …±… T3 = …±… A4 = 18 ……… ……… t4 = …±… T4 = …±… Kết luận. Thí nghiệm 2:
Giữ nguyên chiều dài l = 50 cm, biên độ A đủ nhỏ. Thay đổi khối lượng con lắc (m = 50, 100, 150g) (lưu ý khi thêm, bớt quả nặng thì chiều dài dây sẽ thay đổi. Vì vậy phải điều chỉnh sao cho chiều dài dây l = 50 cm không đổi). Đo thời gian t con lắc thực hiện 10 dao động toàn phần trong các trường hợp m = 50, 100, 150g) rồi tính chu kì T.
Bảng 2.3. Bảng đo kết quả sự phụ thuộc của chu kì dao động T của con lắc đơn vào khối lượng m của con lắc
(l = 50 cm, A………..cm)
m (g) Thời gian 10 dao động (s) Chu kì T (s)
50 ……… TA = …±…
100 ……… TB = …±…
150 ……… TC = …±…
Kết luận.
Thí nghiệm 3: Giữ nguyên khối lượng m = 50g, thay đổi chiều dài l = 40, 50,
60 cm. Đo thời gian 10 dao động toàn phần. Tính chu kì T trong từng trường hợp. Tính bình phương 2 3 2 2 2 1 ,T ,T T rồi tính tỉ số: 3 2 3 2 2 2 1 2 1 , , l T l T l T
. Điền kết quả vào bảng dưới.
Bảng 2.4. Bảng đo kết quả sự phụ thuộc của chu kì dao động T của con lắc đơn vào chiều dài con lắc
Chiều dài l (cm) Thời gian t = 10T (s) Chu kì T (s) T2 (s2) l T2 l1= 40 cm t1 = …±… T1 =…±… T12 ....... ... ... 1 2 1 l T l2 = 50 cm t2 =… ±… T2 =…±… 2 ... ... 2 T ... ... 2 2 2 l T l3 = 60 cm t3 = …±… T3 =…±… T32 ...... ... ... 3 2 3 l T Kết luận…. *Nhiệm vụ 4: Chứng minh rằng k m
có đơn vị là giây? Từ đó suy ra mối liên
hệ giữa chu kì T với
k m ?