Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Kỹ thuật phát triển và dạy học bài tập Vật lí trong bồi dưỡng học sinh giỏi

Chia sẻ: Buctranhdo Buctranhdo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:53

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của phần động lực học là những quy luật vận động của thế giới tự nhiên nên nó có tác dụng rất lớn trong việc hình thành thế giới quan cho HS. Trong dạy học bồi dưỡng HSG Vật lí lớp 10, bài tập phần Động lực học có tác dụng rất lớn trong việc hình thành năng lực phân tích hiện tượng, năng lực giải quyết vấn đề và các kỹ năng Vật lí khác. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết dưới đây để nắm nội dung của sáng kiến kinh nghiệm!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Kỹ thuật phát triển và dạy học bài tập Vật lí trong bồi dưỡng học sinh giỏi

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT HUỲNH THÚC KHÁNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM KỸ THUẬT PHÁT TRIỂN VÀ DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN: VẬT LÍ Nhóm tác giả: 1. Lê Hữu Hiếu 2. Nguyễn Văn Thọ Tổ chuyên môn: Khoa học Tự nhiên Điện thoại: 082.6636.888 TP Vinh, tháng 3/2021
MỤC LỤC PHẦN A: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 …………………………………………………. PHẦN B: NỘI DUNG……………………………………………………. 3 I. Cơ sở lý thuyết ……………………………..……..…………….……. 3 1. Thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thông trên địa bàn Tỉnh Nghệ An ………………………………….………………… 3 1.1. Tầm quan trọng của bồi dưỡng học sinh giỏi ………………………... 3 1.2. Thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi………………………… 3 2. Vai trò của bài tập trong bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí 4 ………………… 3. Một số nguyên tắc của sáng tạo thường vận dụng trong việc phát triển bài tập bồi dưỡng HSG Vật lí .……………………….…………………… 5 II. Giải pháp …………..…………………….………………..…………. 5 1. Mối quan hệ của phát triển bài tập với phát triển năng lực giải quyết 5 vấn đề, năng lực sáng tạo. …………………………………………………….. 2. Kỹ thuật phát triển bài tập vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi …………….. 6 2.1. Kỹ thuật 1 (KT1): Phát triển bài tập Vật lí với số liệu cụ thể thành bài tập không có số liệu cụ thể 6 ……………………………………………….. 2.2. Kỹ thuật 2 (KT2): Phát triển bài tập Vật lí bằng cách thay đổi dữ kiện bài tập 6 …………………………………………………………………….. 2.3. Kỹ thuật 3 (KT3): Phát triển bài tập vật lí theo hướng hiện tượng vật lí tăng dần “từ đơn giản đến phức tạp, từ dễ đến khó” …………………… 7 2.4. Kỹ thuật 4 (KT4): Kỹ thuật tạo “nút thắt” trong bài tập vật lí 7 ……….. 3. Phương pháp dạy học bài tập vật lí trong bồi dưỡng học sinh giỏi ……. 7 3.1. Chiến lược chung về dạy học bài tập vật lí nhằm phát triển phẩm
chất và năng lực của HS 7 ……………………………………………………… 3.2. Vận dụng phương pháp chung về dạy học bài tập vật lí trong bồi dưỡng HSG 8 ………………………………………………………………………. III. Phát triển hệ thống bài tập phần “động lực học” nhằm phát hiện 9 và bồi dưỡng học sinh giỏi ………………………………………………. 1. Phát triển bài tập bằng kỹ thuật “Phát triển bài tập Vật lí với số liệu cụ thể thành bài tập không có số liệu cụ thể” 9 ………………………………… 2. Phát triển bài tập bằng kỹ thuật “Phát triển bài tập Vật lí bằng cách thay đổi dữ kiện bài tập” 23 ……………………………………………………….. 3. Phát triển bài tập vật lí theo hướng hiện tượng vật lí tăng dần “từ đơn giản đến phức tạp, từ dễ đến khó” 28 ………………………………………… 4. Phát triển bài tập bằng: Kỹ thuật tạo “nút thắt” trong bài tập vật lí 37 ……. PHẦN C: KẾT LUẬN 44 ……………………………………………………. I. Thực nghiệm sư phạm 44 ………………………………………………… II. Đóng góp của đề tài …………………. 45 ………………………………. III. Kết luận 45 ……………………………………………………………… LỜI CẢM ƠN 48 ……………………………………………………………..
DANH MỤC VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt GV Giáo viên HS Học sinh HSG Học sinh giỏi KN Kỹ năng NL Năng lực CH Câu hỏi KT Kỹ thuật HD Hướng dẫn BTVL Bài tập Vật lí BTPT Bài tập phát triển SGK Sách giáo khoa THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông KHKT Khoa học kĩ thuật TTNNĐ Thanh thiếu niên nhi đồng
PHẦN A: ĐẶT VẤN ĐỀ Mục tiêu giáo dục đào tạo hiện nay là “đào tạo con người Việt Nam phát triển toàn diện, có đạo đức, tri thức, sức khỏe, thẩm mỹ và nghề nghiệp, trung thành với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội; hình thành và bồi dưỡng nhân cách, phẩm chất và năng lực của công dân; phát huy tốt nhất tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp xây dựng, bảo vệ Tổ quốc và yêu cầu hội nhập quốc tế”. Nghị quyết hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đã nhấn mạnh “Đối với giáo dục phổ thông tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh”. Trong sự phát triển nhanh, mạnh của cuộc cách mạng công nghệ 4.0, để hội nhập và phát triển kinh tế - văn hóa xã hội thì mỗi Quốc gia cần có nguồn nhân lực chất lượng cao: có trình độ khoa học kỹ thuật, có kỷ luật lao động, thích ứng và hội nhập tốt với bên ngoài để “đi tắt đón đầu”. Để đáp ứng yêu cầu về nguồn nhân lực chất lượng cao thì không thể bỏ qua vai trò của giáo dục phổ thông, đặc biệt là công tác phát triển và bồi dưỡng HSG bậc phổ thông có ý nghĩa quyết định. Hiện nay, việc bồi dưỡng HSG các cấp là một trong những nhiệm vụ chính trị của nhà trường bên cạnh nhiệm vụ giáo dục toàn diện. Hiệu quả của công tác phát hiện và bồi dưỡng HSG Vật lí phụ thuộc vào khả năng chuyên môn, sự tâm huyết của giáo viên và nguồn học liệu. Trong công tác phát hiện và bồi dưỡng HSG Vật lí thì bài tập Vật lí có một vị trí vô cùng quan trọng. Nếu quá phụ thuộc vào nguồn tài liệu có sẵn thì bị hạn chế về tính hệ thống, tính khoa học, tính chủ động và hạn chế sự sáng tạo của GV trong dạy học và của HS trong phát triển năng lực tư duy Vật lí. Vì thế, năng lực về phát triển bài tập bồi dưỡng HSG Vật lí của GV là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng đào tạo và bồi dưỡng HSG Vật lí. Phần Động lực học trong chương trình Vật lí 10 THPT có nội dung kiến thức đa dạng, trừu tượng nên việc chiếm lĩnh và phát triển tri thức đối với HS gặp rất nhiều khó khăn. Đây là phần có nội dung trang bị những kiến thức cơ sở ban đầu và là nền tảng cho việc tiếp thu các chủ đề khác như phần “tĩnh học, bảo toàn, điện động lực học, từ trường cảm ứng điện từ, dao động cơ, sóng …”. Đây cũng là phần giúp GV phát hiện sớm HS có năng khiếu Vật lí. Nội dung kiến thức phần này là xuất phát điểm để hình thành năng lực và phẩm chất cho những người lao động có kỹ thuật trong tương lai. Ngoài ra, nội dung của phần động lực học là những quy luật vận động của thế giới tự nhiên nên nó có tác dụng rất lớn trong việc hình thành thế giới quan cho HS. Trong dạy học bồi dưỡng HSG 1
Vật lí lớp 10, bài tập phần Động lực học có tác dụng rất lớn trong việc hình thành năng lực phân tích hiện tượng, năng lực giải quyết vấn đề và các kỹ năng Vật lí khác. Vì vậy, trong chương trình Vật lí bậc THPT phần này có vị trí rất đặc biệt trong việc phát hiện và bồi dưỡng HSG Vật lí. Từ những lí do trên và từ những kinh nghiệm trong thực tế bồi dưỡng HSG của bản thân, trong phạm vi đề tài này chúng tôi đề xuất giải pháp: “Kỹ thuật phát triển và dạy học bài tập Vật lí trong bồi dưỡng học sinh giỏi”. 2
PHẦN B: NỘI DUNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thông trên địa bàn Tỉnh Nghệ An 1.1. Tầm quan trọng của bồi dưỡng học sinh giỏi “Hiền tài là nguyên khí Quốc gia”, một Quốc gia muốn phồn thịnh thì phải coi trọng việc phát hiện và bồi dưỡng nhân tài. Điều này đã được khẳng định trong Nghị quyết đại hội Đảng khóa VIII “giáo dục và đào tạo là Quốc sách hàng đầu”. Trong hệ thống giáo dục của Đất nước thì giáo dục ở bậc phổ thông là “những viên gạch” đầu tiên đặt nền móng cho quá trình đào tạo nhân lực và bồi dưỡng nhân tài. Vì vậy, phát hiện và bồi dưỡng HSG là công tác vô cùng quan trọng của giai đoạn đầu trong lộ trình phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho Đất nước nhằm đáp ứng yêu cầu hội nhập và phát triển. 1.2. Thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Công tác bồi dưỡng HSG là một trong những nhiệm vụ trọng tâm của kế hoạch giáo dục hằng năm ở các trường phổ thông. Khi xây dựng và phát triển chương trình dạy học của nhà trường, lãnh đạo các nhà trường lên kế hoạch kịp thời, chi tiết và dành ưu tiên về thời gian, nhân lực và vật lực cho công tác bồi dưỡng HSG. Trên cơ sở kế hoạch của nhà trường, các tổ chuyên môn phân công các GV có năng lực chuyên môn, kinh nghiệm giảng dạy phụ trách trực tiếp đội tuyển HSG. Thời gian bồi dưỡng HSG trong kế hoạch của nhà trường khoảng từ một đến hai tháng sau khi thành lập đội tuyển tham gia kì thi HSG cấp Tỉnh. GV lên kế hoạch, soạn nội dung, chương trình bồi dưỡng và phối hợp các GV khác cùng tham gia bồi dưỡng. Thực tế, công tác bồi dưỡng HSG muốn đạt được hiệu quả cao thì việc phát hiện sớm HS có năng lực tư duy Vật lí từ lớp 10 là vô cùng quan trọng. Nghĩa là, việc bồi dưỡng HSG là một quá trình kéo dài từ việc phát hiện (từ các lớp ở bậc THCS đến các lớp đầu cấp của bậc THPT), tuyển chọn và bồi dưỡng đến việc tổ chức cho HS tham gia các kỳ thi HSG các cấp. Kết quả thi HSG các cấp chỉ là một căn cứ để đánh giá quá trình bồi dưỡng HSG, còn hiệu quả thực tế của cả quá trình bồi dưỡng HSG chình là sản phẩm của cả quá trình giáo dục phổ thông và giáo dục Đại học có đáp ứng được yêu cầu về nguồn nhân lực chất lượng cao của xã hội hay không. Trên thực tế, việc bồi dưỡng HSG ở bậc THPT thường giao cho một số GV. Trong số những GV tham gia bồi dưỡng HSG cũng có một số GV chú trọng việc bồi dưỡng năng lực tự giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, năng lực 3
tự học tự khám phá nên hiệu quả của công tác bồi dưỡng HSG là rất tốt. Nó thể hiện qua kết quả thi HSG các cấp và sản phẩm đào tạo sau khi tốt nghiệp các trường Đại học có khả năng đáp ứng tốt các yêu cầu cao của sự phát triển kinh tế xã hội. Bên cạnh đó, cũng có không ít GV tham gia bồi dưỡng HSG do quá coi trọng thành tích mà xem nhẹ việc hình thành, bồi dưỡng phẩm chất và năng lực cho HSG nên họ chú trọng dạy cung cấp kiến thức thật nhiều, mang tính “dạy tủ”, “nuôi gà chọi”. Kết quả là sản phẩm “ra lò” của những GV này là HS chỉ giỏi trong việc giải bài tập mang tính hàn lâm, mà thiếu hẳn KN tự giải quyết vấn đề, KN hợp tác, năng lực sáng tạo, năng lực tự học…. Những bất cập trên của GV có nhiều nguyên nhân, trong đó có một nguyên nhân chủ yếu là GV tham gia bồi dưỡng thiếu niềm đam mê, thiếu KN phát triển bài tập nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tự học, năng lực sáng tạo. Việc GV dạy bồi dưỡng HSG quá lệ thuộc vào nguồn học liệu có sẵn càng tạo ra “sức ì” cho bản thân và tạo ra sự “rập khuôn” cho HS, khi vấn đề mới phát sinh thì chúng không có khả năng tự lực giải quyết vấn đề. Để giải quyết vấn đề trên, thiết nghĩ cần phải có những định hướng mang tính chiến lược giúp GV có KN tự phát triển bài tập để bồi dưỡng HSG Vật lí. 2. Vai trò của bài tập trong bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí Bài tập có vai trò rất quan trọng trong quá trình bồi dưỡng HSG, cụ thể nó thể hiện trên các phương diện sau đây: - BTVL là một phương tiện rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn. - BTVL là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, năng lực giải quyết vấn đề, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho HS. - Thông qua giải BTVL có thể hình thành cho HS những đức tính tốt và tác phong làm việc khoa học: như tính tự lực cao, tính kiên trì vượt khó, tính cẩn thận, tính hợp tác, tính khiêm tốn học hỏi, … - BTVL là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức một cách sinh động có hiệu quả. Khi giải các bài tập đòi hỏi HS phải vận dụng các công thức Vật lí, các định luật Vật lí, từ đó giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn các kiên thức đã học. - BTVL là phương tiện để để phát hiện, đánh giá năng lực của HS. Như vậy, BTVL là phương tiện có vai trò và chức năng để thực hiện các mục đích nêu trên. Ta có thể sử dụng BTVL cho bất cứ giai đoạn nào của quá trình dạy học. Mục đích cơ bản đặt ra khi giải bài tập vật lý là làm sao cho HS hiểu sâu sắc hơn các quy luật vật lý, biết phân tích và vận dụng chúng vào những vấn đề 4
thực tiễn, vào kỹ thuật và cuối cùng phát triển được năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề. Giải BTVL có giá trị rất lớn về mặt phát triển tính tích cực , tự học của HS. Qua hoạt động giải bài tập giáo dục cho HS ý chí, tinh thần vượt khó, rèn luyện phong cách nghiên cứu khoa học, yêu thích môn học Vật lí. 3. Một số nguyên tắc của sáng tạo thường vận dụng trong việc phát triển bài tập bồi dưỡng HSG Vật lí. Cơ sở để phát triển bài tập Vật lí, ta có thể dựa trên các nguyên tắc sáng tạo trong bộ sách “Sáng tạo và đổi mới” của giáo sư Phan Dũng. Các nguyên tắc thường được sử dụng là: - Nguyên tắc phân nhỏ: Đây là một nguyên tắc đã được sử dụng rất phổ biến trong SGK Vật lí. Đây chính là nguyên tắc vi phân và tích phân. - Nguyên tắc tách khỏi: Một hiện tượng Vật lí xảy ra bao gồm nhiều quá trình, nên ta tách các quá trình ra nghiên cứu riêng rẽ, giải quyết vấn đề từng phần. - Nguyên tắc kết hợp: Sau khi nghiên giải quyết từng vấn đề riêng lẻ rồi liên kết các vấn đề đó lại tạo ra một quá trình thống nhất có tính tổng thể. - Nguyên tắc đảo ngược: Nguyên tác này thường được sử dụng để phát triển bài tập có tính thuận nghịch. - Nguyên tắc linh động: Thêm hoặc bớt các thông số của bài tập để được bài tập mới. - Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học: Thay đổi kết cấu của cơ hệ thì được bài tập mới. - Nguyên tắc thay đổi các thông số hóa lí của đối tượng: Thay đổi giá trị của các đại lượng Vật lí của bài tập ta có thể phát triển thành bài tập mới. II. GIẢI PHÁP 1. Mối quan hệ của phát triển bài tập với phát triển năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo của HS. Một kỹ thuật quan trọng trong dạy học giải quyết vấn đề là cần phải tạo ra những tình huống có vấn đề. Đó là những tình huống chứa đựng mâu thuẫn giữa vấn đề cần giải quyết và kiến thức, kỹ năng sẵn có của HS. Nếu sử dụng nguồn tài liệu (sách tham khảo) có sẵn với những HS có năng lực môn Vật lí thì khó có khả năng tạo ra tình huống có vấn đề, vì lời giải đã có sẵn hoặc HS đã tự đọc, tự học được. Nếu GV không sáng tạo khi dạy học loại bài tập sẵn có này thì không thể rèn luyện được năng lực giải quyết vấn đề cho HSG Vật lí. Vì vậy, việc phát 5
triển bài tập để bồi dưỡng HSG có yếu tố quyết định việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Khi GV tự phát triển bài tập sử dụng cho quá trình bồi dưỡng HSG, một mặt sẽ tạo ra được bài tập chứa tình huống có vấn đề (hoặc bài tập có tính mới), mặt khác GV có sự chủ động, linh hoạt trong kỹ thuật dạy học giải quyết vấn đề để bồi dưỡng HSG Vật lí. Đồng thời khi HS tự giải quyết được vấn đề mới sẽ có tác dụng rất lớn trong việc phát triển năng lực tư duy sáng tạo cho bản thân. Dạy học “bài tập phát triển” còn có một tác dụng rất to lớn, đó là nhờ một hệ thống bài tập phát triển từ một bài tập cơ bản giúp HS có một hệ thống kiến thức đầy đủ, toàn diện về một chủ đề. Qua đó, hình thành cho HS kỹ năng “nhìn cây thấy rừng” – đây là một kỹ năng giúp cho HS chủ động giải quyết các vấn đề thực tiễn, đồng thời giúp HS hình thành khả năng tự học. Trong công tác bồi dưỡng HSG, nếu HS không có khả năng tự học thì việc bồi dưỡng của GV không những mất nhiều thời gian mà hiệu quả nếu đạt được cũng không cao. 2. Kỹ thuật phát triển bài tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi 2.1. Kỹ thuật 1 (KT1): Phát triển bài tập Vật lí với số liệu cụ thể thành bài tập không có số liệu cụ thể * Kỹ thuật: Các bài tập vật lí trong SGK và trong sách tham khảo thường là bài tập có dữ kiện là các giá trị cụ thể của các đại lượng Vật lí, nếu các đại lượng của dữ kiện trong bài tập không cho bằng số cụ thể thì ta được một bài tập mới có tác dụng trong việc phát triển KN và phát triển tư duy cho HSG * Tác dụng của KT1 trong việc bồi dưỡng HSG: Với một số bài tập khi sử dụng KT1 thì từ một bài tập cụ thể chúng ta có một bài tập mới mà quá trình Vật lí xảy ra trong bài tập có nhiều tình huống, mà khi dạy bài tập này sẽ có tác dụng phát triển nhiều KN cho HS như: KN phát hiện vấn đề, KN phân tích hiện tượng vật lí, KN tự giải quyết vấn đề, KN hợp tác, năng lực tư duy sáng tạo và đặc biệt là KN khái quát hóa vấn đề “nhìn cây thấy rừng”. 2.2. Kỹ thuật 2 (KT2): Phát triển bài tập Vật lí bằng cách thay đổi dữ kiện bài tập * Kỹ thuật: Thay đổi dữ kiện của một bài tập cơ bản để tạo nên bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi thì không phải là thay đổi số liệu của bài tập mà là thay đổi dữ kiện bài tập (thay đổi, thêm bớt một số thông số của các đại lượng vật lí). Qua đó làm thay đổi bản chất, quá trình Vật lí. * Tác dụng của KT2 trong việc bồi dưỡng HSG: 6
Thông qua KT2 ta được bài tập vật lí mới, có tác dụng phát triển KN cho học sinh: KN phát hiện vấn đề, KN phân tích hiện tượng Vật lí, KN tự giải quyết vấn đề, KN hợp tác, năng lực tư duy sáng tạo. 2.3. Kỹ thuật 3 (KT3): Phát triển bài tập Vật lí theo hướng hiện tượng Vật lí tăng dần “từ đơn giản đến phức tạp, từ dễ đến khó” * Kỹ thuật: Từ bài tập cơ bản để có được bài tập theo hướng hiện tượng Vật lí tăng dần “từ đơn giản đến phức tạp, từ dễ đến khó” thì sử dụng kỹ thuật thay đổi điều kiện để hiện tượng Vật lí diễn ra phức tạp dần. Như vậy, ta sẽ được một bài tập mà quá trình Vật lí diễn ra nhiều giai đoạn, độ phức tạp và độ khó tăng lên dần. * Tác dụng của KT3 trong việc bồi dưỡng HSG: Thông qua việc dạy học bài tập loại này sẽ có tác dụng hình thành các KN: KN phân tích hiện tượng Vật lí, KN phân tích tổng hợp, phát triển tư duy logic, tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề từ đơn giản đến phức tạp. 2.4. Kỹ thuật 4 (KT4): Kỹ thuật tạo “nút thắt” trong bài tập vật lí * Kỹ thuật: Một bài tập Vật lí hay là một bài tập mà công cụ để giải quyết bài tập (các định luật và công thức Vật lí) là không rõ ràng, hay nói cách khác để giải quyết bài tập loại này giáo viên phải hướng dẫn học sinh gỡ “nút thắt” này. Kỹ thuật tạo “nút thắt” cho bài tập là khi xây dựng dữ kiện thì phải “ẩn dấu” được hiện tượng Vật lí và “ẩn dấu” định luật Vật lí chi phối. * Tác dụng của KT4 trong việc bồi dưỡng HSG: Đây là dạng bài tập cần thiết cho việc phát hiện và bồi dưỡng học sinh có năng khiếu Vật lí thật sự, vì ngoài những KN cần thiết như KN phân tích tổng hợp, năng lực giải quyết vấn đề thì còn đòi hỏi học sinh có năng lực tư duy bản chất hiện tượng, có sự “tinh tế” trong phát hiện “nút thắt” của bài tập. 3. Phương pháp dạy học bài tập Vật lí trong bồi dưỡng học sinh giỏi 3.1. Chiến lược chung về dạy học bài tập Vật lí nhằm phát triển phẩm chất và năng lực của HS Sơ đồ hóa về phương pháp dạy học bài tập vật lí 7
ĐƯỜNG ĐI XUẤT PHÁT MỤC TIÊU Hình thức dạy PHƯƠNG TIỆN học theo hướng giải quyết vấn đề có tác dụng rất lớn trong việc hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực người học. Sơ đồ về phương pháp dạy học bài tập Vật lí này đáp ứng được yêu cầu dạy học hiện đại trong yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học hiện nay, đây chính là sơ đồ tổng quát về cách thức dạy học giải quyết vấn đề. Áp dụng sơ đồ này trong dạy học bài tập Vật lí theo trình tự như sau: - Trước hết cần xác định “xuất phát” điểm của vấn đề cần giải quyết, đó chính là “giả thiết” của bài tập. - Xác định “mục tiêu” cần đạt được, đó chính là kết luận của bài tập cần đạt được. - Để đạt được “mục tiêu” ta cần xác định được “đường đi”, đó chính là mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lí được chi phối bởi các định luật, công thức Vật lí. Vai trò của GV trong việc giúp HS tìm ra “đường đi” đó là bằng hệ thống câu hỏi định hướng dẫn dắt học sinh phân tích hiện tượng, tìm ra quy luật Vật lí. Từ đó, HS chủ động tìm ra mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lí thông qua các định luật và công thức Vật lí. - Để đi đến đích thì cần tìm “phương tiện” phù hợp, đó là công cụ toán học. 3.2. Vận dụng phương pháp chung về dạy học bài tập Vật lí trong bồi dưỡng HSG Tác dụng của việc củng cố kiến thức khi dạy bài tập trong bồi dưỡng HSG không giữ vai trò trọng yếu, mà yêu cầu phát triển năng lực giải quyết vấn đề, phát triển tư duy sáng tạo mới là mục tiêu số một. Vì vậy, các bài tập được sử 8
dụng trong bồi dưỡng HSG thì mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lí không thật tường minh, nghĩa là xác định “đường đi” và “phương tiện” đối với HS là không thật rõ ràng. Trong việc xác định “đường đi” thì quan trọng nhất là hướng dẫn HS tự tìm ra được bản chất Vật lí của quá trình Vật lí diễn ra trong bài tập. Nhiệm vụ của GV là bằng hệ thống câu hỏi định hướng để dẫn dắt HS chủ động tìm ra được “đường đi” và sử dụng “phương tiện” phù hợp nhất. Hệ thống câu hỏi định hướng cần theo logic được cụ thể hóa bằng sơ đồ sau: 9
Định luật và công thức Vật lí III. PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC” NHẰM PHÁT HIỆN VÀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI. 1. Phát triển bài tập bằng kỹ thuật “Phát triển bài tập Vật lí với số liệu cụ thể thành bài tập không có số liệu cụ thể” Bài tập xuất phát 1: Một vật nhỏ có khối lượng m = 200 g đặt trên mặt bàn nằm ngang có hệ số ma sát   0,5. Lấy g  10 m/s 2 . Kéo vật một lực F theo phương ngang, có độ lớn F = 1,2 N. Tính gia tốc của vật. HD giải: - Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất, chiều N dương theo chiều tác dụng của lực F. Fms F - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật ta tìm F   mg P (+) được gia tốc của vật là: a   1 m/s 2 . m Theo KT1, các dữ kiện không có số liệu thì ta được BTPT1: BTPT1.1: Một vật nhỏ có khối lượng m đặt trên mặt bàn nằm ngang có hệ số ma sát  . Kéo vật một lực F không đổi theo phương ngang. Tính gia tốc của vật. Tình huống mới trong bài tập: - Từ bài tập xuất phát đến bài tập này, HS thường chỉ giải theo khả năng thứ hai. BTPT1.1 tuy là một bài tập dễ nhưng cũng có tác dụng phát hiện ra HS có năng lực tư duy Vật lí. - GV cần định hướng để HS có khả năng phân tích bài tập để nhận ra hai trường hợp vật đứng yên và vật chuyển động. HD giải: N - Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất, chiều Fms F dương theo chiều tác dụng của lực F. P (+) Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật, ta được: F  Fms  ma (*) - Biện luận các khả năng có thể xảy ra: + Nếu vật không chuyển động thì gia tốc của vật là a = 0 và ma sát lúc này là ma sát nghỉ nên theo (*) , ta có: F  Fms   mg 10
+ Nếu vật trượt thì ma sát tác dụng lên vật là ma sát trượt nên theo (*), F   mg ta có: F  Fms  ma  F  mg  ma  a  m Kết luận: + Nếu F   mg thì gia tốc của vật là a = 0. F   mg + Nếu F   mg thì gia tốc của vật là a  . m CH định hướng: - CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Khi ta kéo một vật thì mà chưa biết độ lớn của lực kéo thì hiện tượng có thể xảy ra như thế nào đối với vật ? - CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Trong điều kiện nào thì vật chuyển động? điều kiện nào thì vật không chuyển động ? - CH3 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Sử dụng công thức nào để xác định gia tốc của vật ? Kết hợp KT1, KT2 thay đổi dữ kiện của BTPT1.1 ta được BTPT1.2: BTPT1.2: Một vật nhỏ có khối lượng m đặt trên mặt bàn nằm ngang có hệ số ma sát  . Kéo vật một lực F không đổi, hướng xiên lên hợp với phương ngang một góc  . Tính gia tốc của vật. Tình huống mới trong bài tập: - Khi giải bài tập này, HS thường chỉ giải theo khả năng vật trượt trên mặt phẳng ngang mà không xét đến các khả năng vật đứng yên hoặc vật được nhấc lên khỏi mặt phẳng ngang. - Khi dạy học bài tập này, GV cần định hướng cho HS khả năng phân tích hiện tượng một cách chính xác, đầy đủ và có một cái nhìn bao quát. HD giải: - Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất, chiều N dương theo chiều từ trái sang phải của hình vẽ. F Fms α - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật, ta được:      F  F ms  P  N  ma (1) (+) - Chiếu (1) lên phương thẳng đứng, ta được: P F sin   N  P  0  N  mg  F sin  (2) - Chiếu (1) lên phương ngang, ta được: F cos   Fms  ma (3) - Biện luận các khả năng có thể xảy ra: 11
+ Nếu vật đứng yên tức là vật không bị nhấc nổi lên, cũng không trượt trên phương ngang nên lúc này tồn tại phản lực N và ma sát tác dụng lên vật là ma sát nghỉ. Kết hợp (2) và (3) ta có điều kiện về lực F là:  mg  F  N  0 sin     Fms   N  F cos   (mg  F sin  )  F   mg  cos    sin   mg F cos   sin  Lúc này gia tốc của vật là a = 0. + Nếu vật trượt trên phương ngang thì lực ma sát tác dụng lên vật là ma sát trượt. Từ (2) và (3) ta tìm được điều kiện của lực F là:  mg  F  N  0 sin      F cos   Fms   N  F cos    (mg  F sin  )  F   mg  cos    sin   mg mg  F cos    sin  sin  F (cos    sin  )   mg Lúc này gia tốc của vật là: a  . m + Nếu vật bị nhấc lên khỏi mặt phẳng ngang thì lực ma sát bằng không, và mg điều kiện về lực F là F sin   mg  F  . sin  Lúc này chỉ có lực F và trọng lực tác dụng lên vật nên gia tốc của vật là: F 2  P 2  2 FP sin  a . m CH định hướng: CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Khi ta kéo một vật bằng lực F xiên lên thì hiện tượng có thể xảy ra như thế nào đối với vật ? CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): GV yêu cầu HS làm thí nghiệm đơn giản với từng trường hợp có thể xảy ra. CH3 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Trong điều kiện nào thì vật đứng yên? vật trượt trên mặt phẳng ngang ? vật được nhấc lên ? CH4 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Sử dụng công thức nào để xác định gia tốc của vật ? 12
Sử dụng KT1 và KT2, từ BTPT1.2 nếu ta thay lực kéo bằng lực đẩy ta được BTPT1.3: BTPT1.3: Một vật nhỏ có khối lượngm đặt trên mặt bàn nằm ngang có hệ số ma sát  . Tác dụng vào vật một lực đẩy F không đổi, hướng xiên xuống hợp với phương ngang một góc  . Tính gia tốc của vật. Tình huống mới trong bài tập: - Đây là bài tập mà HS thường chỉ giải theo khả năng vật trượt trên mặt phẳng ngang mà không xét đến các khả năng vật đứng yên. - GV khi dạy học bài tập này cần tập trung hình thành cho HS khả năng phân tích hiện tượng một cách chính xác, đầy đủ và có một cái nhìn bao quát bằng cách không chỉ suy luận lí thuyết trừu tượng mà còn có KN làm thí nghiệm kiểm chứng các luận điểm đưa ra. HD giải: N (+) - Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất, chiều dương theo chiều từ trái sang phải của hình vẽ. Fms α - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật, ta được:      F F  F ms  P  N  ma (1) P - Chiếu (1) lên phương thẳng đứng, ta được: F sin   N  P  0  N  mg  F sin  (2) - Chiếu (1) lên phương ngang, ta được: F cos   Fms  ma (3) - Biện luận các khả năng có thể xảy ra: + Nếu vật đứng yên thì lực ma sát là ma sát nghỉ nên ta có:  mg F cos  Fms   (mg  F sin  )  F  cos   sin  Lúc này vật đứng yên: a = 0. + Nếu vật trượt trên mặt phẳng ngang ma sát là ma sát trượt, và  mg điều kiện lực F là: F cos   Fms  F  cos    sin  Lúc này kết hợp (2) và (3) ta tìm được gia tốc của vật là: F cos    (mg  F sin  ) F (cos    sin  ) a    g. m m CH định hướng: 13
CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Khi ta đẩy một vật bằng lực F xiên xuống thì hiện tượng có thể xảy ra như thế nào đối với vật ? CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): GV yêu cầu HS làm thí nghiệm đơn giản trong hai trường hợp vật trượt và vật không trượt. CH3 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Trong điều kiện nào thì vật đứng yên? vật trượt trên mặt phẳng ngang ? CH4 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Sử dụng công thức nào để xác định gia tốc của vật ? Sử dụng KT1 và KT2, từ các BTPT trên thay đổi dữ kiện và câu hỏi ta được BTPT1.4: BTPT1.4: Một vật nhỏcó khối lượng m đặt trên mặt bàn nằm ngang có hệ số ma sát  . Kéo vật một lực F để vật trượt theo phương ngang. Xác định độ lớn tối thiểu của lực kéo F. Tình huống mới trong bài tập:  - Với dữ kiện: “Kéo vật một lực F để vật trượt theo phương ngang” nhiều HS sẽ vội cho rằng để kéo vật trượt với lực F nhỏ nhất thì phải kéo vật theo phương ngang sao cho vật trượt đều nghĩa là Fmin = Fms. - Nên khi dạy học bài tập này GV cần yêu cầu HS phân tích vai trò của các thành phần lực kéo F theo phương ngang và phương thẳng đứng. - Sau khi phân tích vai trò các thành phần của lực F sẽ xuất hiện vấn đề: để Fx nhỏ (Fms nhỏ) thì Fy phải có giá trị lớn (làm giảm áp lực) và ngược lại. Vậy nên, để có lực kéo F nhỏ nhất thì phải kéo xiên lên một góc phù hợp. - Qua xử lý tình huống mới trong bài tập này sẽ giúp HS có khả năng nhìn nhận các vấn đề Vật lí dưới nhiều góc độ khác nhau từ đó hình thành KN phân tích tổng hợp. HD giải: N F - Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất, chiều dương theo chiều chuyển động của vật. Fms α - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật, ta được:      (+) F  F ms  P  N  ma (1) P - Chiếu (1) lên phương thẳng đứng, ta được: F sin   N  P  0  N  mg  F sin  (2) - Chiếu (1) lên phương ngang, ta được: F cos   Fms  ma  F cos    N  ma (3) 14
Từ (2) và (3) ta có: F (cos    sin  )   mg  ma (4) - Theo (4), ta thấy để lực kéo nhỏ nhất thì trước hết gia tốc của vật phải  mg bằng không (vật chuyển động thẳng đều), Lúc này: F  (5) cos    sin  Từ (5) ta thấy độ lớn F phụ thuộc góc α. Mặt khác theo bất đẳng thức  mg Bunhiacopxki thì: (cos    sin  )2  1   2  F  . 2 1   mg Vậy: Fmin  , khi đó tan   . 2 1  CH định hướng: CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Để vật trượt trên mặt phẳng ngang với lực Fmin thì lực kéo cần thỏa mãn những điều kiện gì ? CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Hãy phân tích vai trò các thành phần của lực F khi tác dụng lên vật để vật chuyển động. CH3 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Sử dụng công thức nào để tính được độ lớn lực kéo F ? CH4 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Sử dụng kiến thức toán học nào để tìm được giá trị nhỏ nhất của lực kéo F ? Để HS thấy rõ sự thay đổi của lực ma sát theo lực kéo tác dụng vào vật ta có thể phát triển bài tập như sau: BTPT1.5: có khối lượng m đặt trên mặt bàn nằm ngang có hệ số ma sát  . Một vật nhỏ  Kéo vật bằng lực F xiên lên một góc α so với ngang. Vẽ đồ thị lực ma sát tác dụng lên vật theo độ lớn lực F. Tình huống mới trong bài tập: - HS gặp khó khăn khi phân tích sự thay đổi của lực ma sát trong các giai đoạn chuyển động của vật. Đặc biệt lúc vật trượt HS thường cho rằng lực ma sát có độ lớn không đổi. - Khi lập hàm số biểu diễn sự phụ thuộc của độ lớn lực ma sát theo biến số F là một tình huống mới đối với hầu hết HS. - Khi giải quyết tình huống trong bài tập này giáo viên cần yêu cầu HS phân tích đặc điểm của lực ma sát nghỉ và lực ma sát trượt và thiết lập được mối liên hệ giữa chúng với F. N F HD giải: Fms α 15 (+) P
- Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất, chiều dương theo chiều hướng từ trái sang phải. - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật, ta được:      F  F ms  P  N  ma (1) - Chiếu (1) lên phương thẳng đứng, ta được: F sin   N  P  0  N  mg  F sin  (2) - Chiếu (1) lên phương ngang, ta được: F cos   Fms  ma (3) Từ (2) và (3) ta có: F (cos    sin  )   mg  ma (4) - Biện luận các khả năng xảy ra khi tăng dần độ lớn lực kéo F: + Nếu vật đứng yên thì gia tốc vật bằng không, ma sát tác dụng vào vật là ma sát nghỉ. Theo (3), ta suy ra điều kiện của lực F:  mg F cos   Fms   (mg  F sin  )  F   F0 cos    sin  Lúc này độ lớn lực ma sát tăng tỉ lệ với độ lớn lực kéo F.  mg  mg Khi F  F0  thì Fms  F cos    Fms max cos    sin  1   tan  + Nếu vật trượt trên mặt phẳng ngang thì ma sát lúc này là lực ma sát trượt nên ta có: Fms   N   (mg  F sin  ) Ngoài ra vất chuyển động trượt nghĩa là nó chưa bị nhấc lên khỏi mặt mg phẳng ngang nên N ≥ 0, theo (2) ta có: N  mg  F sin   0  F  sin  Vậy, trong giai đoạn này độ lớn lực ma sát giảm dần khi F tăng. Lúc F = F1 thì vật bắt đầu bị nhấc lên khỏi mặt phẳng ngang nên Fms = 0. Từ đó, ta có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Fms vào F như hình vẽ dưới đây: Fms Fms max F 0 F0 F1 16