CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN, THỰC TIỄN HOẠT ĐỘNG GIẢI, HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ Ở TRƯỜNG THPT 1. Bài tập vật lý 1. Bài tập vật lý Bài tập vật lý được hiểu là một yêu cầu đặt ra cho người học, được người học giải quyết dựa trên cơ sở các suy luận logic nhờ các phép tính toán, các thí nghiệm, dựa trên những kiến thức về khái niệm, định luật và các thuyết vật lý [2]. Vai trò của bài tập vật lý Bài tập vật lý giúp cho việc ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức Trong các giờ lý thuyết trên lớp học, học sinh được trang bị những kiến thức trừu tượng về khái niệm, định luật, thuyết vật lý,… Khi học sinh rèn luyện các bài tập vật lý thì học sinh phải vận dụng những kiến thức trừu tượng đó vào những trường hợp cụ thể, nhờ thế mà học sinh nắm được các biểu hiện cụ thể của chúng trong thực tế.
Ví dụ: Thông qua các bài tập vật lý liên quan đến định luật II Niuton thì học sinh thấy được định luật này có thể áp dụng để xác định chuyển động của tất cả các vật mà học sinh thấy hàng ngày, từ chuyển động của các hạt đến chuyển động của xe hoặc thậm chí là chuyển động của các hành tinh [3]. Bài tập vật lý là điểm khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức mới Ở bậc Trung học phổ thông, các kiến thức vật lý, công cụ toán học của học sinh đã phát triển, khả năng phân tích hiện tượng của học sinh nhạy bén. Nếu bài tập vật lý được giáo viên biên soạn và sử dụng khéo léo trong quá trình dạy học thì có thể dẫn dắt học sinh tự tìm tòi ra một hiện tượng mới, thậm chí học sinh có thể xây dựng một khái niệm mới để giải thích cho hiện tượng mới đó. Ví dụ: Khi vận dụng định luật II Niuton để giải bài toán tính trọng lượng của một bao gạo khi bao gạo được đặt trên một cái cân và cả hệ cân và bao gạo được đặt trong một thang máy đang di chuyển lên xuống.
Dựa vào bài tập này học sinh có thể đưa vào khái niệm tăng, giảm trọng lượng [3]. 5 Bài tập vật lý giúp rèn luyện kĩ năng vận dụng các kiến thức vào thực tiễn Các bài tập vật lý có thể liên quan đến các lĩnh vực khác nhau trong thực tiễn như khoa học kĩ thuật, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp,… Các bài tập loại này giúp học sinh có thể liên hệ giữa lí thuyết và thực hành, giúp học sinh có thể vận dụng các kiến thức đã học vào đời sống. Ví dụ: Vì sao đường ray tàu hỏa không làm nối tiếp nhau mà có những khe nhỏ giữa các đoạn đường ray”. Để trả lời được câu hỏi này học sinh phải dựa vào các tính chất sự giản nở vì nhiệt của vật rắn, như vậy sau khi trả lời được câu hỏi này thì học sinh đã vận dụng kiến thức vật lý đã học vào trong thực tiễn [3].
Bài tập vật lý giúp phát triển tư duy sáng tạo Khi giải bài tập vật lý, học sinh phải tìm hiểu đề bài, xem đề bài đã cho những giả thuyết gì, cần tìm những đại lượng gì, học sinh phải phân tích hiện tượng vật lý, vận dụng hàng loạt các thao tác tư duy để xác lập các mối quan hệ giữa các đại lượng, thậm chí là tiến hành một số thí nghiệm để cho ra kết quả chính xác và nhanh nhất. Chính vì thế nếu giáo viên biết cách lựa chọn loại bài tập có thể tối đa hóa khả năng sáng tạo và tính tò mò của học sinh thay vì những bài tập chỉ yêu cầu áp dụng công thức đơn giản có thể phát triển được tư duy sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú học tập cho học sinh [3]. Bài tập vật lý giúp kiểm tra kiến thức, kĩ năng Ở tất cả các trường THPT hiện nay, việc kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh đều thông qua các bài tập dưới hình thức các bài kiểm tra như kiểm tra 15 phút, kiểm tra 1 tiết,… Dựa vào các bài kiểm tra đó giáo viên có thể kịp thời chỉnh sửa sai lầm của học sinh mắc phải. Giải bài tập vật lý đang là thước đo chính xác nhất để giáo viên có thể kiểm tra được mức độ nắm vững được kiến thức, kĩ năng của học sinh, từ đó giáo viên có thể điều chỉnh nội dung, phương pháp dạy học nhằm giúp quá trình dạy học đạt được hiệu quả cao [3].
Phân loại bài tập vật lý Tùy theo mục đích mà bài tập được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo nội dung, theo phương thức giải, theo yêu cầu định tính hay định lượng của việc nghiên cứu vấn đề, theo yêu cầu luyện tập kĩ năng hay phát triển tư duy sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập, theo hình thức làm bài là tự luận hay trắc nghiệm khách quan [5]. * Phân loại theo hình thức làm bài Phân loại theo hình thức làm bài thì bài tập vật lý gồm hai loại là bài tập tự luận và bài tập trắc nghiệm. Bài tập trắc nghiệm gồm bốn dạng là “trắc nghiệm đúng – sai”, “trắc nghiệm nhiều lựa chọn”, “trắc nghiệm điền khuyết” và “trắc nghiệm ghép đôi” [5]. * Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy Phân loại theo yêu cầu luyện tập kỹ năng, phát triển tư duy thì bài tập vật lý gồm hai loại là bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo.
Bài tập sáng tạo gồm hai dạng là “bài tập nghiên cứu” và “bài tập thiết kế” [5]. * Phân loại theo phương thức giải Bài tập định tính Bài tập định tính là bài tập mà khi giải, phải vận dụng các khái niệm, định luật, thuyết vật lý,… hoặc thông qua một số phép tính toán đơn giản để giải thích hiện tượng vật lý [5]. Ví dụ: Giải thích tại sao thành ngoài của một cốc đựng nước đá lại ướt, mặc dù trước khi đổ nước đá vào cốc ta đã lau khô cốc cẩn thận? Bài tập định lượng Bài tập định lượng là bài tập mà khi giải, phải vận dụng các khái niệm, định luật, thuyết vật lý,… để thiết lập các phương trình từ hiện tượng vật lý của đề bài, thông qua một loạt các phép biến đổi các phương trình để cho kết quả ở dạng kí hiệu hoặc đáp số định lượng cụ thể. Bài tập định lượng gồm hai dạng là “bài tập cơ bản” và “bài tập tổng hợp” [5].
7 Bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm là bài tập định tính hoặc định lượng nhưng phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập [5]. Ví dụ: Cầm đầu trên của một sợi dây cao su có một quả nặng buộc ở đầu dưới. Sợi dây cao su sẽ dãn ra hay co lại nếu ta đột ngột nâng tay lên cao hay hạ tay xuống thấp? Hãy làm thí nghiệm kiểm tra [5]. Bài tập đồ thị (Bài tập vật lý dạng đồ thị) Bài tập đồ thị hay bài tập vật lý dạng đồ thị sẽ được tìm hiểu kĩ hơn ở mục 1.
Bài tập vật lý dạng đồ thị được chia làm hai dạng là dạng thuận và dạng nghịch: Dạng thuận là dạng mà phải vẽ đồ thị, tức dựa trên các cơ sở tìm được các dữ kiện và mối quan hệ giữa các dữ kiện, cần chọn hệ trục tọa độ, chọn các tỉ xích thích hợp và biểu diễn mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý trên đồ thị. Dạng nghịch là dạng mà đồ thị đã được cho trong giả thiết của bài tập, lúc này các thông số, dữ kiện sẽ được thể hiện trên đồ thị, muốn giải được dạng này, yêu cầu phải biết xử lý các thông số, dữ kiện đó để xác lập các mối liên hệ và đưa ra kết quả cần tìm. Ví dụ: Đồ thị bên biểu diễn mối quan hệ giữa li độ x và thời gian t của một vật dao động điều hòa. Viết phương trình li độ x của vật? 8 * Phân loại theo nội dung Theo các chủ đề của tài liệu vật lý Dựa vào nội dung vật lý chia các bài tập thành Cơ học, Nhiệt học, Điện học, Quang học,… Sự phân chia này có tính chất quy ước vì có khi kiến thức sử dụng trong giả thiết của một bài tập không phải chỉ lấy từ một phần nội dung của giáo trình vật lý [5].
Bài tập kĩ thuật tổng hợp Bài tập kĩ thuật tổng hợp là các bài tập mà nội dung liên quan đến những tài liệu về kĩ thuật, về sản xuất nông công nghiệp, về giao thông liên lạc,… các số liệu phải là số liệu thực [5]. Ví dụ: Tại sao ở những đoạn đường cua thì mặt đường ở phần ngoài thường cao hơn ở phần trong. Bài tập có nội dung lịch sử vật lý Bài tập có nội dung lịch sử vật lý là 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 [5]. Ví dụ: Vào năm 1662 Boyle (1627 – 1691) nhà vật lý người Anh và người phụ tá Townly, đã làm thí nghiệm tìm ra một định luật cho biết mối liên hệ giữa thể tích và áp suất của một khối lượng khí xác định khi nhiệt độ của khối khí không thay đổi.
Định luật đó hiện nay có tên là gì và hãy phát biểu định luật đó. Bài tập vật lý vui Bài tập vật lý vui là những bài tập sử dụng các dữ kiện, hiện tượng kì lạ, lí thú. Việc giải các bài tập này sẽ làm cho tiết học của học sinh sinh động, nâng cao được hứng thú học tập của học sinh [5]. Ví dụ: Vào những ngày mùa đông, tiết trời rất lạnh, vì thế thông thường người đi bộ phải đi nhanh để đỡ bị cóng rét.
Tuy nhiên chim bay nhanh trong tiết trời lạnh thì chúng lại bị rét cóng và rớt xuống đất. Tại sao có sự mâu thuẫn như vậy, em hãy thử giải thích? 9 1. Phương pháp giải bài tập vật lý Từng dạng bài tập vật lý đều có một cách giải riêng, tùy vào nội dung bài tập, trình độ học sinh hoặc mục đích do giáo viên đặt ra. Tuy nhiên muốn giải được một bài tập vật lý nói chung, thông thường đều phải trải qua bốn bước, đó là: tìm hiểu đề bài, phân tích hiện tượng, xây dựng lập luận và biện luận kết quả [4].