Đề tài Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý chương "lượng tử ánh sáng"

BOÄÄ GIAÙÙO DUÏÏC VAØØ ÑAØØO TAÏÏO TRÖÔØØNG ÑAÏÏI HOÏÏC SÖ PHAÏÏM THAØØNH PHOÁÁ HOÀÀ CHÍ MINH KHOA VAÄÄT LYÙÙ UTaùc giaû luaän vaên: Traàn Haø Thanh Mai UÑeà taøi: LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP ÑAÏI HOÏC Thaønh phoá Hoà Chí Minh - 2011 MỤC LỤC 0TCHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU0T ............................................................................................. 7 0T1.1- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI0T ............................................................................................ 7 0T1.2- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU0T ..................................................................................... 7 0T1.3- NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU0T ..................................................................................... 8 0T1.4- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU0T ............................................................................ 8 0TCHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG0T ............................................................................................................ 9 0T2.1- MỤC ĐÍCH CỦA BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ0T ................................... 9 0T2.2- CÁCH SỬ DỤNG BÀI TẬP VẬT LÝ0T ................................................................... 10 0T2.3- PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ (Sơ đồ 1)0T ............................................................ 10 0T2.3.1- Theo nội dung0T ...................................................................................................... 10 0T2.3.2- Theo phương thức0T ................................................................................................ 11 0T2.3.3- Theo yêu cầu nghiên cứu trong bài tập0T ................................................................. 11 0T2.3.4- Theo yêu cầu luyện tập kỹ năng, phát triển tư duy0T ................................................ 12 0T2.3.5- Theo hình thức làm bài0T......................................................................................... 12 0T2.4- HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ0T ........................................... 14 0T2.4.1- Các cách hướng dẫn0T ............................................................................................. 14 0T2.4.2- Hoạt động giải bài tập vật lý0T................................................................................. 16 0T2.4.3- Các bước chung của việc giải một bài tập vật lý0T ................................................... 17 0T2.5- LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ0T ................. 20 0T2.5.1- Lựa chọn bài tập0T................................................................................................... 20 0T2.5.2- Sử dụng hệ thống bài tập0T ...................................................................................... 20 0T2.5.3- Nhiệm vụ, yêu cầu đối với người giáo viên trong giảng dạy bài tập0T...................... 21 0TCHƯƠNG 3: VẬN DỤNG0T ...................................................................................... 23 0T3.1. TÓM TẮT LÝ THUYẾT0T ........................................................................................ 23 0T3.1.1- Mục tiêu0T ............................................................................................................... 23 0T3.1.2- Cấu trúc chương trình0T .......................................................................................... 23 0T3.1.3- Tóm tắt lý thuyết0T .................................................................................................. 23 0T3.2- HỆ THỐNG BÀI TẬP0T ............................................................................................ 29 0T3.2.1- Bài tập định tính0T ................................................................................................... 29 0T3.2.2- Bài tập định lượng0T ................................................................................................ 29 0T3.2.3- Bài tập thí nghiệm0T ................................................................................................ 33 0T3.2.4- Bài tập trắc nghiệm0T .............................................................................................. 33 0T3.3- HƯỚNG DẪN VÀ GIẢI0T ......................................................................................... 34 0T3.3.1- Bài tập định tính0T ................................................................................................... 34 0T3.3.2- Bài tập định lượng0T ................................................................................................ 38 0T3.2.3- Bài tập thí nghiệm0T ................................................................................................ 90 0T3.2.4- Bài tập trắc nghiệm0T .............................................................................................. 93 0T4.4- BÀI TẬP THAM KHẢO0T ........................................................................................ 95 0T4.4.1- Bài tập định tính0T ................................................................................................... 95 0T4.4.3- Bài tập thí nghiệm0T .............................................................................................. 100 0T4.4.4- Bài tập trắc nghiệm0T ............................................................................................ 101 0TKẾT LUẬN0T ............................................................................................................ 107 0T ÀI LIỆU THAM KHẢO0T .................................................................................... 108 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Quá trình dạy học là quá trình hoạt động của cả giáo viên và học sinh. Ta không thể coi quá trình dạy học của giáo viên chỉ là sự trình diễn kiến thức, chỉ cần diễn đạt được chính xác và đầy đủ những nội dung cần truyền đạt mà quan trọng là phải giúp học sinh hình thành, rèn luyện và phát triển năng lực tự giải quyết vấn đề. Rèn luyện năng lực tư duy và truyền thụ kiến thức là hai nhiệm vụ quan trọng của việc dạy học ở trường phổ thông nói chung và môn vật lý nói riêng. Bên cạnh nội dung tri thức cần truyền thụ đã được xác định trong chuẩn kiến thức, sách giáo khoa thì việc rèn luyện năng lực tư duy cho học sinh là nhờ vào phương pháp dạy của giáo viên: cách đặt vấn đề, chuyển mục, giải bài tập,...Để việc dạy và học đạt kết quả tốt thì giáo viên cần biết cách phát huy tính tích cực của học sinh, biết lựa chọn phương thức tổ chức hoạt động, cách tác động và điều kiện tác động phù hợp. Bài tập vật lý là một công cụ hữu hiệu trong quá trình dạy học. Sử dụng bài tập hợp lý sẽ có tác dụng củng cố, khắc sâu, mở rộng kiến thức; rèn luyện khả năng vận dụng sáng tạo, phát triển tư duy của học sinh. Để đạt được những mục tiêu này thì giáo viên phải xây dựng được một hệ thống bài tập đảm bảo yêu cầu từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, dưới nhiều hình thức, nhiều phương thức, nhiều nội dung khác nhau, đồng thời phải có những phương pháp hướng dẫn hoạt động giải bài tập phù hợp với trình độ của học sinh. Chính vì những lý do này mà em xin chọn đề tài: “Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập vật lý – chương Lượng Tử Ánh Sáng (chương trình lớp 12 nâng cao)” cho luận văn tốt nghiệp của mình. 1.2- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tóm tắt kiến thức và xác định hệ thống bài tập của chương Lượng tử ánh sáng (chương trình lớp 12 nâng cao). Đưa ra được tiến trình hướng dẫn hoạt động giải bài tập nhằm giúp đỡ học sinh nắm vững và vận dụng tốt kiến thức. 1.3- NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý luận dạy học về bài tập vật lý. Nghiên cứu chương trình vật lý trung học phổ thông, chuẩn kiến thức, kĩ năng, sách giáo khoa để xác định nội dung kiến thức học sinh cần nắm vững và các kĩ năng giải bài tập cơ bản mà học sinh cần được rèn luyện. Soạn thảo hệ thống bài tập chương Lượng tử ánh sáng, phân tích vị trí, tác dụng của từng bài tập và trình tự hướng dẫn học sinh giải bài tập. Nghiên cứu sách bài tập và các tài liệu tham khảo khác. 1.4- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4.1- Lý luận Nghiên cứu sách về lý luận dạy học, phương pháp giảng dạy vật lý ở trường trung học phổ thông. 1.4.2- Lý thuyết Nghiên cứu sách giáo khoa, sách giáo viên, chuẩn kiến thức- kĩ năng, chương trình vật lý trung học phổ thông hiện hành. Nghiên cứu sách bài tập và các tài liệu tham khảo,... 1.4.3- Vận dụng Trao đổi với giáo viên hướng dẫn, các giáo viên đang giảng dạy ở trường Trung học phổ thông An Phước về hệ thống bài tập, những sai lầm học sinh hay mắc phải và kinh nghiệm giảng dạy của chương Lượng tử ánh sáng, tiếp thu những ý kiến xác đáng để luận văn được tốt hơn. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG 2.1- MỤC ĐÍCH CỦA BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Trong thực tế dạy học, bài tập vật lý là một vấn đề được đặt ra, đòi hỏi phải giải quyết bằng những suy lí logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở những định luật, những phương pháp vật lý. Trong quá trình dạy học vật lý, bài tập có phần quan trọng đặc biệt. Chúng được sử dụng theo những mục đích khác nhau. - Bài tập vật lý có thể được sử dụng như một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức mới cho học sinh, nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc, vững chắc. - Bài tập vật lý là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng tự vận dụng kiến thức, liên hệ lý thuyết với thực tế, học tập với đời sống, giải quyết các vấn đề đặt ra trong đời sống hằng ngày. - Bài tập vật lý là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu cho học sinh. Bởi vì giải bài tập là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh. Trong khi giải bài tập, học sinh phải phân tích điều kiện đề bài, tự xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính toán, khi cần thiết phải làm thí nghiệm, thực hiện các phép đo, xác định sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng, kiểm tra các kết luận của mình. Trong những điều kiện đó, tư duy logic, tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển, năng lực làm việc độc lập của học sinh được nâng cao. - Bài tập là một phương tiện ôn tập, củng cố kiến thức đã học một cách sinh động và có hiệu quả. Khi giải các bài toán đòi hỏi học sinh phải nhớ các định luật, công thức, kiến thức đã học, có khi đòi hỏi vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã học trong cả một chương, một phần. Do đó, học sinh sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững chắc các kiểm tra đã học. - Thông qua việc giải bài tập có thể rèn luyện cho học sinh những đức tính tốt như tinh thần tự lập, tính cẩn thận, kiên trì, tinh thần vượt khó. - Bài tập là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh một cách chính xác. 2.2- CÁCH SỬ DỤNG BÀI TẬP VẬT LÝ - Dẫn dắt vào bài, đặt vấn đề đầu bài học mới. - Luyện tập kĩ năng. - Ôn tập, củng cố kiến thức. - Rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế. - Kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức. 2.3- PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ (Sơ đồ 1) Người ta phân loại bài tập theo nhiều đặc điểm: theo nội dung, theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải, theo yêu cầu định tính hay định lượng của việc vấn đề cần nghiên cứu, theo yêu cầu luyện tập kỹ năng hay phát triển tư duy sáng tạo của học sinh trong quá trình học. 2.3.1- Theo nội dung 2.3.1.1- Theo các đề tài của tài liệu vật lý của chúng Người ta phân biệt các bài tập về: cơ học, điện học, quang học, Sự phân chia như vậy cũng chỉ có tính chất quy ước. Bởi vì kiến thức sử dụng trong giả thiết của một bài tập thường không phải chỉ lấy từ một chương mà có thể lấy từ nhiều chương, nhiều phần khác nhau cũa giáo trình vật lý. 2.3.1.2- Bài tập có nội dung trừu tượng và nội dung cụ thể - Nét đặc trưng của những bài tập trừu tượng là trong điều kiện của bài tập bản chất vật lý được nêu bật lên, những chi tiết không bản chất đã được bỏ bớt. Những bài tập này giúp cho học sinh dễ dàng nhận ra cần sử dụng công thức, định luật hay kiến thức vật lý gì để giải. Do đó những bài học trừu tượng đơn giản thường được dùng để học sinh tập dượt những kiến thức vừa học. - Những bài tập có nội dung cụ thể có tác dụng tập cho học sinh phân tích các hiện tượng thực tế, cụ thể để làm rõ bản chất vật lý và do đó có thể vận dụng các kiến thức cần thiết để giải. 2.3.1.3- Bài tập kĩ thuật tổng hợp Các bài tập mà nội dung chứa đựng những tài liệu về kĩ thuật, về sản xuất nông công nghiệp, về giao thông liên lạc được gọi là những bài tập có kĩ thuật tổng hợp. 2.3.1.4- Bài tập có nội dung lịch sử vật lý Đó là những bài tập chứa đựng những kiến thức có đặc điểm lịch sử: những dữ kiện về các thí nghiệm vật lý cổ điển, về những phát minh, sáng chế hay những câu chuyện có tính chất lịch sử. 2.3.1.5- Bài tập vui Là những bài tập sử dụng các dữ kiện, hiện tượng kì lạ, vui. Việc giải các bài tập này sẽ làm cho tiết học sinh động, nâng cao được hứng thú học tập của học sinh. 2.3.2- Theo phương thức 2.3.2.1- Bài tập bằng lời Khi giải chỉ dùng lời để lập luận, giải thích rồi đi tới kết luận hay câu trả lời. 2.3.2.2- Bài tập tính toán Khi giải phải thực hiện những phép tính với những chữ hoặc số và sử dụng những công thức, phương trình trình biểu thị mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý. 2.3.2.3- Bài tập thí nghiệm Khi giải phải sử dụng thí nghiệm để đi tới mục đích nào đó. Có thể sử dụng những bài toán thí nghiệm có đặc điểm nghiên cứu thực nghiệm về một sự phụ thuộc nào đó. Trong các bài tập dạng này, thí nghiệm thường được sử dụng như một trong những phương tiện quan trọng nhằm thu nhập các số liệu cần thiết để kiểm tra, đánh giá sự phù hợp của những kết quả lý thuyết với những kết quả thực nghiệm. 2.3.2.4- Bài tập đồ thị Là những bài tập mà đồ thị được sử dụng vào một mục đích nào đó. Đòi hỏi học sinh phải hiểu ý nghĩa của đồ thị và kết hợp vận dụng các kiến thức liên quan.  Sự phân chia thành các dạng bài tập bằng lời, tính toán, thí nghiệm, đồ thị như trên là có tính chất quy ước. Vì thông thường ta không chỉ sử dụng riêng một phương thức nào. Chẳng hạn khi làm bài tập thí nghiệm cần phải lập luận bằng lời cũng như trong nhiều trường hợp khác khi làm bài tập tính toán cần phải vẽ đồ thị. 2.3.3- Theo yêu cầu nghiên cứu trong bài tập 2.3.3.1- Bài tập định tính (Bài tập câu hỏi, Bài tập logic) Đòi hỏi xác lập mối quan hệ phụ thuộc về bản chất giữa các đại lượng vật lý. Giúp học sinh nắm vững bản chất của vấn đề. Nó có tác dụng rèn luyện tư duy logic và tập cho học sinh biết phân tích bản chất vật lý của hiện tượng. 2.3.3.2- Bài tập định lượng Đòi hỏi xác định mối liên hệ phụ thuộc về lượng giữa các đại lượng phải tìm và nhận được trả lời dưới dạng công thức hay một con số. Có thể chia bài tập định lượng ra làm hai dạng: - Bài tập tập dượt (Bài tập cơ bản): Có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, làm cho học sinh hiểu rõ ý nghĩa của các định luật, công thức và các thói quen cần thiết để giải các bài tập phức tạp hơn. - Bài tập tính toán tổng hợp: Là bài tập mà khi giải cần vận dụng nhiều khái niệm, định luật, công thức. Tác dụng của loại bài tập này là giúp học sinh mở rộng kiến thức, thấy được mối liên hệ của các kiến thức vật lý trong chương trình.  Thường cho học sinh giải các bài tập định tính trước rồi sau đó mới đến các bài tập định lượng phức tạp. Thực tế ở các trường trung học phổ thông hiện nay rất ít sử dụng các bài tập định tính, sách giáo khoa chủ yếu chỉ có các câu hỏi yêu cầu tái hiện lại kiến thức. 2.3.4- Theo yêu cầu luyện tập kỹ năng, phát triển tư duy 2.3.4.1- Bài tập luyện tập Dùng để rèn luyện cho học sinh áp dụng những kiến thức xác định để giải từng loại bài tập theo một mẫu xác định. Ở đây không đòi hỏi tư duy sáng tạo của học sinh mà chủ yếu là luyện tập để nắm vững cách giải đối với một loại bài xác định đã được chỉ dẫn. 2.3.4.2- Bài tập sáng tạo - Bài tập nghiên cứu: Yêu cầu học sinh phải giải thích hiện tượng chưa biết trên cơ sở mô hình trừu tượng thích hợp rút ra từ lý thuyết vật lý. - Bài tập thiết kế: Đòi hỏi thu được hiệu quả thực tế phù hợp với mô hình trừu tượng (định luật, công thức, đồ thị,) đã cho.  Sự khác nhau giữa bài tập sáng tạo và luyện tập là điều kiện cho trong bài tập sáng tạo che giấu cách giải, còn điều kiện cho trong bài tập luyện tập đã mang tính chất nhắc bảo cách giải. 2.3.5- Theo hình thức làm bài 2.3.5.1- Bài tập tự luận Yêu cầu học sinh phải giải thích, trình bày cách giải theo trình tự cụ thể. 2.3.5.2- Bài tập trắc nghiệm khách quan Bài tập cho câu hỏi và nhiều đáp án, các đáp án có thể đúng, gần đúng hoặc sai hoàn toàn. Nhiệm vụ của học sinh là tìm ra đáp án đúng nhất. Bài tập loại này được chia ra làm nhiều loại: - Trắc nghiệm Đúng – Sai: Câu hỏi dưới dạng phát biểu, câu trả lời là một trong hai lựa chọn đúng hoặc sai. - Trắc nghiệm nhiều lựa chọn: Câu hỏi có thể là định tính hay định lượng, có 4 hoặc 5 đáp án. - Trắc nghiệm điền khuyết: Yêu cầu học sinh điền từ, ngữ đúng để hoàn thiện nội dung bị bỏ trống. - Trắc nghiệm ghép: Nội dung được chia làm hai phần, yêu cầu học sinh ghép lại cho phù hợp. Hình 2.1- Sơ đồ Phân loại các dạng bài tập 2.4- HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 2.4.1- Các cách hướng dẫn 2.4.1.1- Hướng dẫn theo mẫu (angorit) Định nghĩa: Sự hướng dẫn hành động theo một mẫu đã có thường được gọi là hướng dẫn angorit. Ở đây thuật ngữ angorit được dùng với ý là một quy tắc hành động hay chương trình hành động được xác định một cách rõ ràng, chính xác và chặt chẽ, trong đó chỉ rõ cần thực hiện những hành động nào (hành động sơ cấp) và theo trình tự nào để đi đến kết quả. Yêu cầu đối với học sinh: Những hành động sơ cấp phải được học sinh hiểu một cách đơn giá và nắm vững. Học sinh không phải tự mình tìm tòi xác định các hành động mà chỉ cần chấp hành các hành động được giáo viên chỉ ra. Yêu cầu đối với giáo viên: Phải phân tích một cách khoa học việc giải bài toán để xác định được một trình tự chính xác, chặt chẽ các hành động cần thực hiện và phải đảm bảo đó là những hành động sơ cấp đối với học sinh. Áp dụng: Khi cần dạy cho học sinh phương pháp giải một bài toán điển hình nào đó, hay để luyện tập kĩ năng giải những loại toán xác định. Ưu điểm: Đảm bảo cho học sinh giải được những bài toán được giao một cách chắc chắn và rèn luyện kĩ năng giải toán hiệu quả hơn. Hạn chế: Học sinh chỉ phải chấp hành những hành động đã được chỉ dẫn sẵn theo một mẫu có sẵn, nên ít có tác dụng rèn luyện khả năng tìm tòi, sáng tạo và hạn chế sự phát triển tư duy. Cách truyền đạt: - UCách 1U: Áp dụng cho học sinh yếu, trung bình. Giaó viên giải một vài bài toán mẫu sau đó phân tích phương pháp giải rồi cho học sinh áp dụng để giải các bài tập cùng loại. Nếu học sinh không áp dụng được ngay cách giải đã được cung cấp thì giáo viên cần đưa ra những bài luyện tập riêng nhằm đảm bảo cho học sinh nắm vững và thực hiện được các hành động sơ cấp. - UCách 2U: Áp dụng cho học sinh khá, giỏi. Thông qua việc giải và phân tích một vài bài đầu tiên có thể yêu cầu học sinh tự vạch ra phương pháp giải loại toán này rồi áp dụng để việc giải các bài cùng loại. 2.4.1.2- Hướng dẫn tìm tòi (ơrixtic) Định nghĩa: Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải quyết vấn đề. Yêu cầu đối với học sinh: Phải tự lực tìm tòi cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả. Yêu cầu đối với giáo viên: Phải đưa ra lời hướng dẫn có tác dụng hướng tư duy của học sinh vào phạm vi cần và có thể tìm tòi, phát hiện cách giải quyết các vấn đề được đặt ra. Sự hướng dẫn phải sao cho không được đưa học sinh đến chỗ chỉ việc thừa hành các hành động theo mẫu, nhưng cũng đồng thời lại không thể là một sự hướng dẫn quá viển vông, quá chung chung không giúp ích được cho sự định hướng tư duy. Áp dụng: Khi cần giúp đỡ học