- Trong trò chơi quay (chơi cù) khi chiếc cù quay, nó không bị đổ. - Xe đạp, xe máy chỉ có hai bánh mà khi đi không bị đổ.
Các đặc điểm chuyển động của con quay? Ứng dụng của con quay trong đời sống và trong kĩ thuật?
- Áp dụng định luật bảo toàn mô men động lƣợng cho con quay có trục tự do:
Khi M 0
thì L const
- Áp dụng biểu thức định nghĩa mô men lực và định lý biến thiên mô men động lƣợng cho con quay có trục tựa trên một điểm cố định:
M r ^ F
và L L ' L M.dt
- Con quay có trục tự do thì L I. const const
mà
luôn theo phƣơng của trục quay
- Con quay có trục tựa trên một điểm cố định khi chịu tác dụng của lực F
thì L I.
vuông góc với lực F
, tức là trục quay xoay theo phƣơng vuông góc với mặt phẳng chƣa lực F
- Con quay có trục tự do sẽ có xu hƣớng giữ nguyên phƣơng của trục nên đƣợc ứng dụng để xác định hƣớng cho tàu biển, máy bay
- Con quay có trục tựa trên một điểm cố định khi trục quay chịu tác dụng của lực F
72
2.3.3.3. Mục tiêu dạy học
* Kết quả học tập
- Nêu đƣợc đặc điểm chuyển động của con quay có trục tự do và ứng dụng của nó. - Nêu đƣợc đặt điểm chuyển động của con quay có trục tựa trên một điểm cố định và ứng dụng của nó.
- Có kỹ năng thuyết trình trƣớc lớp, thảo luận, phản biện về một số nội dung kiến thức.
* Trong quá trình học
- Tham gia giải thích đặc điểm chuyển động của con quay. - Đặt ra các câu hỏi về vấn đề bản thân còn thắc mắc. - Trả lời các câu hỏi của GV và của các SV khác trong lớp.
2.3.3.4. Chuẩn bị dạy học
* Chuẩn bị của giảng viên
- Máy tính, máy chiếu.
- Bài soạn powerpoint trong đó có một số hình ảnh, clip về chuyển động của con quay.
- Các câu hỏi.
- Yêu cầu của bài trình bày.
- Phân chia lớp thành các nhóm học tập, giao nhiệm vụ trƣớc buổi seminar ít nhất 01 tuần.
* Chuẩn bị của sinh viên
- Đọc kĩ giáo trình, phần chuyển động của con quay.
- Làm việc theo nhóm để soạn bài thuyết trình bằng phần mềm powerpoint. - Chuẩn bị sẵn câu hỏi về nội dung kiến thức mà bản thân còn thắc mắc.
2.3.3.5 Tiến trình dạy học cụ thể
a) Trƣớc khi tiến hành seminar một tuần
73
Tại sao con quay khi đang quay lại không bị đổ?
GV: chiếu tiếp hình ảnh của tàu không gian
Làm thế nào để định hƣớng cho tàu không gian đến đích (sao hỏa chẳng hạn) khi mà trong điều kiện ngoài vũ trụ ta không thể sử dụng la bàn ?
SV:
- Chia làm các nhóm thảo luận
- Trình bày thảo luận, từ đó nảy sinh câu hỏi cần nghiên cứu: Các đặc điểm chuyển động của con quay? Ứng dụng của con quay trong đời sống và trong kĩ thuật?
GV: Kết luận: Vậy phải tìm hiểu đặc điểm chuyển động của con quay. Muốn vậy, trƣớc hết phải hiểu khái niệm về nó.
GV: Giới thiệu cho SV khái niệm về con quay
GV Phân loại chuyển động của con quay gồm : + Chuyển động của con quay có trục tự do.
+ Chuyển động của con quay có trục tựa trên một điểm cố định. Tƣơng ứng với hai chủ đề thảo luận
74
GV: Nêu yêu cầu của bài thuyết trình - Tên bài thuyết trình.
- Tên các thành viên trong nhóm. - Dàn ý của bài thuyết trình. - Nội dung bài thuyết trình. b) Tiến hành seminar
GV giới thiệu các chủ đề mà mỗi nhóm sẽ trình bày, cho SV thảo luận theo trình tự sau:
- Bƣớc 1: Đại diện các nhóm lên trình bày bằng powerpoint do nhóm đã chuẩn bị (mỗi nhóm tối đa khoảng 10 phút).
- Bƣớc 2: Giảng viên và các thành viên trong lớp đặt câu hỏi cho nhóm đã trình bày. Nhóm đã trình bày có nhiệm vụ trả lời câu hỏi, trong trƣờng hợp nhóm đó không trả lời đƣợc thì cả lớp sẽ thảo luận đƣa ra phƣơng án giải quyết. Cuối cùng giảng viên sẽ thống nhất câu trả lời.
- Bƣớc 3: Giảng viên đánh giá bài thuyết trình và phần thảo luận của nhóm - Bƣớc 4: Giảng viên tổng kết lại vấn đề đã thảo luận
( Tổng thời gian cho bƣớc 2, 3, 4 vào khoảng 35 phút)
* Các câu hỏi định hƣớng cho mỗi chủ đề thảo luận ( có thể chiếu bằng powerpoint)
75
Chủ đề 1: Chuyển động của con quay có trục tự do. Ứng dụng Câu 1: Giải thích tại sao trục tự do của con quay có xu hƣớng giữ nguyên phƣơng của nó trong không gian ?
Câu 2: Giải thích nguyên lý hoạt động của thiết bị định hƣớng cho máy bay, tàu thủy sử dụng con quay có trục tự do ?
Câu 3: Vật rắn nào là con quay có trục tự do?
A. Kim đồng hồ B. Trái Đất
76
Chủ đề 2: Chuyển động của con quay có trụ tựa trên một điểm cố định. Ứng dụng
Câu 1: Giải thích nguyên tắc hoạt động của thiết bị chống lật trên tàu thủy ?
Câu 2: Giải thích chuyển động của con quay trong clip? ( Chiếu Clip cho sinh viên quan sát )
Clip 1
Clip 2
77
Kết luận chƣơng 2
Căn cứ vào nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài, vận dụng cơ sở lí luận của các hoạt động dạy học nhằm phát huy tính tính cực, tự chủ trong hoạt động nhận thức của sinh viên. Trong chƣơng này, chúng tôi đặc biệt quan tâm đến những vấn đề sau:
- Nghiên cứu các tài liệu khoa học về chuyển động của vật rắn nhằm phân tích nội dung kiến thức của chƣơng này.
- Phân tích nội dung kiến thức và lập sơ đồ cấu trúc nội dung chƣơng " Động lực học của vật rắn chuyển động" (Chƣơng trình vật lí đại cƣơng 1).
- Lập sơ đồ khoa học tiến trình xây dựng kiến thức các nội dung kiến thức mà đề tài tập trung nghiên cứu.
- Thiết kế tiến trình dạy học cụ thể các nội dung kiến thức mà đề tài nghiên cứu theo hƣớng phát huy tính tích cực, tự chủ của sinh viên.
Tất cả những vấn đề đã nghiên cứu trên sẽ đƣợc chúng tôi kiểm nghiệm tính khả thi và hiệu quả đạt đƣợc trong chƣơng 3 của đề tài.
78
CHƢƠNG 3
THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm
3.1.1. Mục đích
Thực nghiệm sƣ phạm nhằm
- Kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài.
- Kiểm tra tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn thảo.
- Sửa đổi, bổ xung và hoàn thiện tiến trình dạy học để phát phát huy cao hơn tính tích cực, tự chủ cho sinh viên trong học tập. Áp dụng tiến trình dạy học đã soạn thảo vào thực tiễn giảng dạy của nhà trƣờng.
3.1.2. Nhiệm vụ
- Lên kế hoạch thực nghiệm sƣ phạm.
- Khảo sát, điều tra cơ bản để chọn các lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. Chuẩn bị các điều kiện cần thiết cho công tác thực nghiệm.
- Trao đổi với sinh viên các lớp thực nghiệm về phƣơng pháp và nội dung thực nghiệm.
- Thống nhất với giáo viên cộng tác về nội dung, phƣơng pháp thực nghiệm, thực hiện giảng dạy theo kế hoạch đã đề ra.
- Xử lý, phân tích kết quả thực nghiệm sƣ phạm, so sánh kết quả của lớp thực nghiệm với lớp đối chứng để đánh giá hiệu quả của hoạt động dạy học theo tiến trình đã soạn thảo, từ đó rút ra các kết luận về tính khả thi của đề tài.
- Rút kinh nghiệm và có những sửa chữa, bổ xung để cho đề tài có tính khả thi hơn khi đƣợc ứng dụng trong hoạt động giảng dạy ở trƣờng đại học.
3.2. Đối tƣợng và nội dung thực nghiệm sƣ phạm 3.2.1. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 3.2.1. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm
- Lớp thực nghiệm sƣ phạm là lớp 64DCCD13 trƣờng ĐH Công nghệ giao thông vận tải, cơ sở Đào tạo Thái Nguyên do tôi trực tiếp giảng dạy.
- Lớp đối chứng là lớp 64DCCD02 trƣờng ĐH Công nghệ giao thông vận tải, cơ sở Đào tạo Thái Nguyên do thầy giáo Tạ Quang Minh giảng dạy bình thƣờng theo tiến trình dạy học thầy giáo đã soạn.
79
3.2.2. Nội dung thực nghiệm sƣ phạm
Nội dung kiến thức, tiến hành dạy thực nghiệm 3 bài : "Khối tâm - chuyển động tịnh tiến của vật rắn", "Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định", " Các định lý về mô men động lƣợng - định luật bảo toàn mô men động lƣợng".
3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm
3.3.1. Chọn mẫu thực nghiệm sƣ phạm
Để đảm bảo khách quan, trong mỗi lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, chúng tôi chọn ra 40 sinh viên.
Trao đổi với giảng viên cộng tác về tình hình, đặc điểm chung cũng nhƣ học lực của lớp đối chứng
Qua khảo sát ban đầu điểm kiểm tra lần 1 môn vật lý đại cƣơng 1 ở hai lớp, tiến hành với cùng một đề kiểm tra với thang điểm giống nhau, kết quả đạt đƣợc nhƣ sau
Bảng 3.1. Đặc điểm chất lượng bộ môn của các lớp thực nghiệm và đối chứng trước thực nghiệm sư phạm
Lớp Số
SV
Kết quả bài kiểm tra lần 1
Khá, giỏi Trung bình Yếu, kém
Số SV % Số SV % Số SV %
TN: 64DCCD13 40 13 32,5 23 57,5 4 10
ĐC: 64DCCD02 40 12 30 22 55 6 15
Nhƣ vậy, khả năng nhận thức môn vật lý của hai lớp có thể coi là tƣơng đƣơng nhau.
3.3.2. Tổ chức cho sinh viên ôn tập củng cố
Trƣớc khi tiến hành thực nghiệm sƣ phạm chúng tôi cho sinh viên ôn tập, củng cố lại các kiến thức đã học ở chƣơng 1 (Động học chất điểm) và chƣơng 2 (Động lực học chất điểm), gồm các nội dung chính sau:
- Khái niệm và biểu thức vận tốc, gia tốc của chất điểm - Chuyển động tròn của chất điểm
- Phƣơng trình động lực học của chất điểm
3.3.3. Bài kiểm tra đánh giá
Trong quá trình thực nghiệm sƣ phạm chúng tôi tiến hành dự giờ, ghi chép đầy đủ diễn biến của giờ học.
80
Sau thực nghiệm sƣ phạm, chúng tôi cho sinh viên ở lớp thực nghiệm và đối chứng làm cùng một bài kiểm tra với thang điểm nhƣ nhau.
3.4. Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm
3.4.1. Công tác chuẩn bị cho thực nghiệm sƣ phạm 3.4.1.1. Chọn các bài thực nghiệm 3.4.1.1. Chọn các bài thực nghiệm
Chọn ba bài trong chƣơng trình vật lý đại cƣơng 1 - Trƣờng ĐH Công nghệ giao thông vận tải mà chúng tôi đã xây dựng làm bài thực nghiệm:
Bài 3.1. Khối tâm - chuyển động tịnh tiến của vật rắn
Bài 3.2. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định
Bài 3.3. Các định lý về mô men động lƣợng - Định luật bảo toàn mô men động lƣợng
3.4.1.2. Các giáo viên công tác thực nghiệm sƣ phạm
Tạ Quang Minh - Giảng viên vật lý - Trƣờng ĐH Công nghệ giao thông vận tải, cơ sở Đào tạo Thái Nguyên
3.4.1.3. Lịch lên lớp
Để thuận tiện cho quá trình thực nghiệm sƣ phạm, chúng tôi trao đổi với GV cộng tác để sắp xếp lịch lên lớp cụ thể
3.4.2. Tổ chức thực hiện
- Thực nghiệm sƣ phạm đƣợc thực hiện song song giữa các lớp TN và ĐC + Ở lớp thực nghiệm: Giảng viên dạy theo tiến trình dạy học đã thiết kế. Riêng bài "3.3. Các định lý về mô men động lƣợng - định luật bảo toàn mô men động lƣợng", chúng tôi cho SV nghiên cứu giáo trình, chuẩn bị seminar trƣớc 01 tuần, sau đó tiến hành seminar về chuyển động của con quay.
+ Ở lớp đối chứng: Thày giáo Tạ Quang Minh tiến hành giảng dạy theo tiến trình mà thày đã soạn, trong đó chủ yếu là phƣơng pháp thuyết trình, đàm thoại. Bài " 3.3. Các định lý về mô men động lƣợng - định luật bảo toàn mô men động lƣợng" không tiến hành hoạt động seminar.
- Dự giờ, quan sát hoạt động dạy và học của GV và SV trên lớp, trao đổi với GV cộng tác, phân tích và xử lí số liệu thu đƣợc trong quá trình TNSP một cách khách quan, khoa học.
- Tổ chức cho lớp đối chứng và lớp thực nghiệm cùng làm bài kiểm tra với cùng một nội dung cho ngƣời thực hiện đề tài chuẩn bị, trong cùng thời gian làm bài
81
đê đánh giá định lƣợng kết quả học tập. Để đảm bào khách quan, bài kiểm tra do 02 giảng viên chấm độc lập.
- Trao đổi với SV sau mỗi tiết học nhằm rút ra những kết luận về đề tài nghiên cứu
3.5. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.5.1. Đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm
a) Các buổi học đƣợc thiết kế trên lớp
* Bài " Khối tâm - Chuyển động tịnh tiến của vật rắn"
Khi GV đặt vấn đề về chuyển động tịnh tiến các em chăm chú lắng nghe, thảo luận rất sôi nổi để lấy ví dụ. Hầu hết các em bị nhầm lẫn khi cho rằng chuyển động của buồng đu quay là chuyển động tròn. Rất nhiều sinh viên thắc mắc " Tại sao đu quay lại chuyển động tịnh tiến? Rõ ràng đó là chuyển động tròn". Tuy nhiên sau khi thảo luận và đƣợc GV giải thích, các em cảm thấy thích thú. Ngoài ra, một số sinh viên còn đƣa thêm ví dụ những máng nƣớc trong chiếc guồng đƣa nƣớc từ suối lên cũng là chuyển động tịnh tiến. Sau khi đã hiểu khái niệm, các em nhanh chóng đƣa ra đƣợc các đặc điểm của chuyển động tịnh tiến.
Về vấn đề khối tâm, sau khi GV gợi ý các em đã tự đƣa ra đƣợc hƣớng giải quyết vấn đề. Việc thảo luận nhóm diễn ra khá sôi nổi, các em nhanh chóng giải quyết xong bài toán xác định hợp lực của trọng lực tác dụng lên hai chất điểm M1, M2 từ đó đƣa ra điểm G đại diện cho hai chất điểm đó. Sau đó, các em tự mở rộng đối với trƣờng hợp hệ gồm n chất điểm M1, M2, …, Mn. Tuy nhiên, để đƣa ra biểu thức tọa độ của khối tâm RG
, các em cần GV gợi ý và thảo luận nhóm trong thời gian khá lâu (khoảng 10 phút) mới ra kết quả. Khi đã có kết quả tọa độ khối tâm, các em rất phấn khởi xung phong lên bảng trình bày. Điều đó cho thấy, tính tích cực, tự chủ của sinh viên đã đƣợc phát huy.
Vấn đề phƣơng trình động lực học của vật rắn chuyển động tịnh tiến, sau khi thảo luận, từ phƣơng trình động lực học của chất điểm và phƣơng trình toán học vận tốc bằng đạo hàm của bán kính véc tơ, gia tốc bằng đạo hàm của vận tốc, các em đã tự đƣa ra đƣợc giải pháp và xây dựng đƣợc phƣơng trình.
* Bài " Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định"
Vấn đề khái niệm chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định, sinh viên đều đƣa ra đƣợc ví dụ : chuyển động của cánh quạt trần trong phòng học, bánh xe
82
đang chạy,.. nhƣng khi GV hỏi khái niệm chuyển động quay thì các em gặp khó khăn trong việc khái quát hóa. Các em chuyển sang thảo luận, cùng với gợi ý của GV đó là xét từng điểm trên vật, các em đã tự đƣa ra đƣợc khái niệm và xung phong trình bày. Từ các khái niệm góc quay, vận tốc góc, gia tốc góc trong chuyển động tròn của chất điểm, các em đã nhận xét đƣợc các chất điểm trên vật rắn chuyển động quay đều có cùng góc quay, cùng vận tốc góc và gia tốc góc. Điều đó cho thấy sinh viên đã tích cực, tự chủ trong việc liên hệ kiến thức cũ với kiến thức mới.
Sau khi GV đặt câu hỏi "Làm thế nào để mở cửa dễ dàng?" các em rất hào