2.1.1. Vị trí của chương “Cơ học” trong chương trình vật lí phổ thông (VLPT)
Vị trí của chương “Cơ học” được mô tả bằng sơ đồ 2.1. Theo sơ đồ này, ta nhận thấy rằng chương “cơ học” vật lí 8 nằm ở vòng 2 của chương trình vật lí trung học cơ sở, là giai đoạn trung gian trong quá trình hoàn thiện chương trình kiến thức về cơ học của vật lí phổ thông. Những kiến thức của phần này là nhằm hoàn thiện những kiến thức ở vòng 1, mở rộng những kiến thức mới tạo tiền đề cho học sinh tiếp cận với những kiến thức cơ học ở THPT. Phần cơ học được sắp xếp ngay đầu chương trình lớp 8 sau khi học sinh đã kết thúc vòng 1.
40
Sơ đồ 2.1 Vị trí chương “Cơ học” vật lí 8 trong chương trình VLPT
Cơ 10 Nhiệt 10 Quang 11,12
11 Điện từ 11,12 Dao động và sóng VL hạt nhân THCS VẬT LÍ PHỔ THÔNG THPT T
Cơ 8 Nhiệt 8 Điện từ 9 ĐLBTN
Vòng 2
Quang 9
- Chuyển động cơ học
- Vận tốc, chuyển động đều, chuyển động không đều - Biểu diễn lực
- Hai lực cân bằng – Quán tính - Lực ma sát
- Áp suất, áp suất chất lỏng – bình thông nhau, áp suất khí quyển. - Lực đẩy Ác – si – mét, sự nổi.
- Công – Công suất, định luật về công
- Cơ năng – Sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng.
Cơ 6 Nhiệt 6 Quang 7 Điện 7
Vòng 1 Âm 7 - Lực – Hai lực cân bằng - Tìm hiểu kết quả tác dụng lực - Trọng lực - Đơn vị lực. - Lực đàn hồi
- Lực kế – Phép đo lực – Trọng lượng và khối lượng - Khối lượng riêng và trọng lượng riêng
41
2.1.2 Đặc điểm của chương “Cơ học” lớp 8
Nội dung cấu trúc chương “Cơ học” lớp 8, có những đặc điểm sau:
- Về vị trí: Chương “Cơ học” vật lí lớp 8 là chương đầu tiên của vòng thứ 2 trong chương trình vật lí THCS, nó là sự tiếp tục của “Cơ học” đã được nghiên cứu ở lớp 6 và là cơ sở cho việc học những kiến thức Cơ học ở THPT.
- Về khối lượng chương trình và thời lượng giảng dạy: Cũng như ở vòng một, thời lượng giảng dạy chương “Cơ học” 8 là nhiều hơn so với chương “Nhiệt học” lớp 8 (cùng ở vòng thứ 2) tuy nhiên thời lượng chỉ bằng một nửa so với chương “Điện học” và “Quang học” 9 (ở vòng 2). Thời lượng dạy học của chương so với chương “Cơ học” lớp 6 là tương đương, điều này giúp chúng tôi nhận thấy khối lượng chương “Cơ học” 8 mặc dù có nặng hơn so với “Cơ học” 6 không khác quá nhiều, tạo điều kiện cho HS làm quen dần với những đổi mới của vòng 2 chương trình dạy học.
- Về cách trình bày và logic phát triển nội dung của chương: Cách trình bày nội dung phù hợp với thời gian giảng dạy và trình độ học sinh THCS. Logic phát triển của chương hợp lý tạo điều kiện cho triển khai dạy học của GV và hệ thống hóa nội dung trong học và tổng kết của HS.
- Về nội dung: Nội dung của chương chính là sự kế thừa, hoàn thiện những vấn đề của cơ học 6, đồng thời bổ sung, phát triển kiến thức mới ở mức độ cao hơn phù hợp với trình độ nhận thức của HS lớp 8. Nội dung của chương chia làm bốn phần: Chuyển động cơ (Tính tương đối của chuyển động, vận tốc); Lực cơ học (hai lực cân bằng, quán tính, lực ma sát); Áp suất (áp suất, lực đẩy Ác - si - mét); Cơ năng (công, công suất, cơ năng, bảo toàn và chuyển hóa năng lực). Trong quá trình học, đòi hỏi kỹ năng làm thí nghiệm cũng như tinh thần hợp tác của HS cao hơn một bậc so với khi học những nội dung của Cơ học 6, cụ thể là hoạt động thí nghiệm của HS cần nhanh chóng hơn, chính xác hơn và bố trí thí nghiệm khoa học hơn. Mặc dù thuộc vòng hai của chương trình vật lí phổ thông nhưng nhìn chung nội dung của chương vẫn rất gần với thực tế cuộc sống của HS, hiện tượng vật lí không chỉ có thể quan sát
42
được trong bài học mà HS dễ dàng nhận biết trong các hoạt động thường ngày, ứng dụng của kiến thức lại có tính thực tiễn rất cao.
- Về phương pháp dạy học chương: Hầu hết các bài học đều có thí nghiệm nên phương pháp dạy học chủ yếu của chương là phương pháp dạy học dùng thí nghiệm và phương tiện trực quan. Tuy rằng số thí nghiệm để phục vụ cho việc tìm hiểu kiến thức mới khá nhiều, nhưng chưa đủ so với yêu cầu rèn luyện kỹ năng thực hành cho học sinh, nhất là BTTN trong SGK còn rất thiếu. Do đó, có những khó khăn trong việc rèn luyện kỹ năng thực hành, cũng như việc vận dụng kiến thức vào giải quyết những vấn đề thực tiễn của học sinh.
2.1.3 Cấu trúc logic của chương.
Trong phần chuyển động SGK đã đưa ra được những kiến thức mới về tính tương đối của chuyển động, các dạng chuyển động, vận tốc, các loại chuyển động thường gặp bao gồm chuyển động đều và chuyển động không đều.
Phần kiến thức về lực cơ nhắc lại kiến thức ở lớp 6 về các tác dụng của lực và về hai lực cân bằng từ đó phát triển thành kiến thức mới về cách biểu diễn lực, khái niệm về véc-tơ lực, quán tính và chuyển động theo quán tính. Phần nội dung này còn giới thiệu kiến thức mới về một số loại lực ma sát (ma sát lăn, ma sát trượt, ma sát nghỉ) và ứng dụng của lực ma sát vào trong đời sống, kĩ thuật.
Phần kiến thức về áp suất là những nội dung hoàn toàn mới, đề cập về áp lực, tác dụng của áp lực, đặc điểm của áp suất chất lỏng, áp suất khí quyển. Từ các nội dung đó tiếp tục phát triển các nội dung mới là lực đẩy Ác-si-mét và sự nổi.
Trong phần kiến thức về cơ năng, SGK đã giới thiệu khái niệm công cơ học, định luật về công dành cho các máy cơ đơn giản (ròng rọc, mặt phẳng nghiêng, đòn bẩy), công suất và các dạng cơ năng (thế năng hấp dẫn, thế năng đàn hồi, động năng), sự phụ thuộc của các dạng cơ năng vào các yếu tố khác, đồng thời cũng giới thiệu thêm về sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng.
43
Sơ đồ 2.2 Cấu trúc logic của chương cơ học
Quán tính Áp suất Áp suất chất rắn Áp suất chất lỏng Áp suất khí quyển Lực đẩy Ác - si - mét Điều kiện để vật nổi, chìm, lơ lửng Chuyển động Tính tương đối của chuyển động Các loại chuyển động thường gặp Vận tốc Chuyển động đều Chuyển động không đều
Lực cơ Lực là đại lượng Véc - tơ Hai lực cân bằng Lực ma sát Lực ma sát trượt Lực ma sát trong đời sống và kĩ thuật Lực ma sát lăn Lực ma sát nghỉ
Cơ năng Công
cơ học Định luật về công Công suất Cơ năng Thế năng Động năng Bảo toàn và chuyển hóa cơ năng Thế năng hấp dẫn Thế năng Đàn hồi Cơ học
44
2.2 MỘT SỐ LƯU Ý TRONG KHI HÌNH THÀNH KIẾN THỨC 2.2.1. Chuyển động cơ 2.2.1. Chuyển động cơ
- Cách hình thành khái niệm về chuyển động cơ:
+ Qua kinh nghiệm hàng ngày của HS để đặt vấn đề: “Làm thế nào để biết một vật chuyển động hay đứng yên?”. GV hướng dẫn cách nhận xét về vị trí của vật đối với một vật khác chọn làm mốc.
+ Chú ý về tính tương đối của chuyển động: Vật có thể chuyển động so với vật này, nhưng lại đứng yên so với vật khác.
Cần hiểu đầy đủ về phương diện động lực học, Mặt Trời đứng yên tương đối, Trái Đất và các hành tinh khác trong Thái dương hệ là chuyển động.
- Cách hình thành khái niệm vận tốc: Bước đầu cho HS giải bài toán và nhận xét, sau đó mới rút ra khái niệm về vận tốc.
- Không đề cập đến vận tốc tức thời nhưng nên cho HS thấy rõ vận tốc trong chuyển động không đều thay đổi theo thời gian (chẳng hạn số chỉ trên vận tốc kế của xe máy thay đổi liên tục).
2.2.2 Lực cơ
- Do chưa định lượng được quan hệ giữa lực và sự thay đổi vận tốc nên phải cho HS quan sát TN và phân TN cùng với những thực tế mà các em đã gặp. Vì rất dễ thấy lực làm thay đổi tốc độ nên GV cần chọn những ví dụ lực làm thay đổi hướng vận tốc, chẳng hạn: Trong chuyển động tròn đều, lực tác dụng chỉ làm thay đổi hướng chuyển động; Trong chuyển động của vật ném ngang, trọng lực làm thay đổi hướng và độ lớn của vận tốc.
- Việc dự đoán tác dụng của hai lực cân bằng lên vật chuyển động thực hiện trên cơ sở suy luận logic.
- Không cần đi sâu vào định nghĩa của quán tính, chỉ đề cập đến sự liên quan giữa mức quán tính với khối lượng vật thông qua một số ví dụ có tính dự đoán suy ra từ kinh nghiệm thực tế.
45
- Không đặt vấn đề khảo sát sự phụ thuộc của cường độ lực ma sát và các yếu tố như áp lực, các vật liệu của bề mặt tiếp xúc.
2.2.3 Áp suất
- Cần hiểu rõ: do lực liên kết phân tử của chất rắn rất lớn nên các phân tử chất rắn không thể dịch chuyển tự do như các phân tử chất lỏng và chất khí, vì thế chất rắn truyền áp lực đi nguyên vẹn nhưng với độ lớn thay đổi theo diện tích bị ép. Người ta cũng dùng Át-mốt-phe làm đơn vị đo áp suất. Át-mốt-phe là áp suất gây bởi một cột thủy ngân cao 76cm: 1at = 103360Pa
- Một trong những vấn đề cơ bản là cho HS thấy được tác dụng của áp lực phụ thuộc vào áp suất và diện tích bị ép. Giúp HS tìm hiểu một hiện tượng khi hiện tượng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố là một trong những mục tiêu quan trọng về mặt phương pháp của chương trình vật lí THCS.
- Các tính chất của áp suất chất lỏng được trình bày dựa trên nội dung của định luật Pascal. Do HS không học định luật Pascal nên không thể đề cập đến những ứng dụng quan trọng của sự truyền áp suất chất lỏng trong đời sống và kĩ thuật.
- Các phân tử chất khí trong không khí tuy rất nhỏ bé nhưng đều có khối lượng và do đó đều bị Trái Đất hút, do chuyển động nhiệt mà phân tử khí trong không khí không rơi xuống đất. Chúng ta đang sống ở đáy lớp khí quyển nên hàng ngày vẫn chịu tác dụng của áp suất đó gây ra. Chương trình vật lí 8 chỉ dựa trên những thí nghiệm đơn giản để chứng minh sự tồn tại của áp suất khí quyển và giới thiệu thí nghiệm của Tô-ri-xe-li.
- Có nhiều cách trình bày về lực đẩy Ác-si-mét như: trình bày định luật Ác-si- mét như là một định luật được rút ra từ thí nghiệm, trình bày định luật Ác-si-mét như là một định luật được rút ra bằng thực nghiệm theo mô hình của phương pháp kiến tạo, trình bày định luật Ác-si-mét như là một hệ quả của áp suất chất lỏng. Trong bài học này, định luật Ác-si-mét được trình bày khác với những cách đã nêu vì tôn trọng tính lịch sử của việc phát hiện ra định luật này. Do trình độ của HS nên không yêu cầu phải
46
tự thiết kế thí nghiệm kiểm chứng mà chỉ yêu cầu giải thích phương án thí nghiệm kiểm chứng đã thiết kế.
- Bài thực hành “Nghiệm lại lực đẩy Ác-si-mét” đưa ra một phương pháp mới để kiểm chứng định luật này nhằm mục đích tận dụng dụng cụ thí nghiệm sẵn có, rèn luyện lại các kĩ năng thực hành đã học và giúp HS thấy có nhiều phương án khác nhau để kiểm chứng một định luật.
2.2.4 Cơ năng
- Công là đại lượng vật lí đặc trưng cho tác dụng của lực, công cũng là số đo của sự biến thiên năng lượng. Ở lớp 8, chỉ nêu dấu hiệu đặc trưng của công cơ học qua các ví dụ cụ thể, công thức tính công: A = F.s cũng chỉ là một trường hợp đặc biệt và chưa cho HS nghiên cứu công cản.
- Định luật về công có thể rút ra từ thí nghiệm về đòn bẩy và mặt phẳng nghiêng. Trong thực tế, các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có lực ma sát và công thực hiện phải để thắng lực ma sát và nâng vật lên.
- Trong trường hợp vật chuyển động theo chiều tác dụng của lực thì công còn được tính bằng công thức: P = F.v
- Giá trị của động năng phụ thuộc vào việc chọn hệ quy chiếu. Ở lớp 8, ta không xét động năng và thế năng về mặt định lượng. Do đó không đưa ra các biểu thức để tính cộng năng và thế năng.
- Định luật bảo toàn cơ năng chỉ là trường hợp riêng của định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.
2.3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CƠ HỌC” LỚP 8 2.3.1. Mục đích, định hướng xây dựng và yêu cầu 2.3.1. Mục đích, định hướng xây dựng và yêu cầu
2.3.1.1 Mục đích
- Xây dựng hệ thống BTTN góp phần đổi mới phương pháp dạy học, tạo điều kiện tốt hơn để tích cực hóa hoạt động nhận thức HS nhằm nâng cao hiệu quả dạy học.
47
- Xây dựng hệ thống BTTN nhằm làm phong phú thêm ngân hàng bài tập, trong đó có BTTN hướng tới việc thay đổi dần cách đánh giá cũng như giúp người dạy chủ động hơn trong việc ra đề kiểm tra và đề thi.
- Thông qua việc giải các BTTN nhằm rèn luyện kỹ năng sử dụng các thiết bị, kỹ năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn từ đó tạo niềm đam mê với môn học cho HS.
- Thông qua việc giải các BTTN hình thành những phẩm chất của người lao động như: tính kiên trì, tính cẩn thận, tính khoa học…
- Thông qua việc giải các BTTN tạo điều kiện tốt hơn cho việc tiếp nhận kiến thức từ các phương pháp nhận thức khoa học, đặc biệt là phương pháp thực nghiệm trong vật lí học.
2.3.1.2 Định hướng xây dựng BTTN
- Hệ thống bài tập phải phong phú nội dung, đa dạng về thể loại và bao gồm toàn bộ nội dung của chương.
- Hệ thống bài tập có mức độ khó dần nhằm tạo điều kiện cho HS làm quen dần với BTTN và hướng tới sự phát triển khả năng tư duy và kĩ năng thực hành ở mức độ cao dần.
- Bài tập có thể thay đổi một phần nội dung, điều kiện để có thể phù hợp với từng mục đích và ý đồ sư phạm cụ thể.
- Hệ thống bài tập thí nghiệm với mục đích luyện tập ở nhà chỉ nên dùng những thiết bị đơn giản, rẻ tiền tạo điều kiện cho mọi HS có thể làm thí nghiệm. Bài tập thí nghiệm tiến hành tại lớp cần phù hợp với cơ sở vật chất trường THCS.
- BTTN nên có nội dung gần gủi với những hoạt động thực tiễn của HS.
2.3.1.3 Yêu cầu
- Nội dung kiến thức của hệ thống bài tập phải phù hợp với nội dung dạy học của chương “Cơ học” lớp 8.
- Các bài tập được chọn phải nằm trong một chỉnh thể thống nhất góp phần vào việc hoàn chỉnh kiến thức (kiến thức về các tính chất, các mối quan hệ quy luật của sự
48
vật, hiện tượng vật lí, kiến thức về phương pháp nhận thức khoa học, kiến thức về các ứng dụng vật lí) cho HS.
- Hệ thống bài tập phải đặc thù để giúp HS nắm được phương pháp giải từng dạng cụ thể.
2.3.2 Hệ thống bài tập của chương “Cơ học” (Hình ảnh kèm theo phụ lục)
2.3.2.1 BTTN định tính quan sát và giải thích hiện tượng
Phần kiến thức về lực cơ
Bài tập 1. Đặt một miếng bìa cứng lên miệng cốc, trên miếng bìa cứng ta đặt một vật nặng (chẳng hạn viên bi, pin) sao cho vật nặng nằm phía trên miệng cốc. Rút nhanh tấm bìa ra khỏi miệng cốc. Quan sát, mô tả hiện tượng và giải thích. (Hình 1)