Vận dụng phương pháp dạy học theo góc trong môn Vật lí

Ảnh minh họa: Hồ Ngọc Châu.

Sự cần thiết của phương pháp mới

Định luật bảo toàn cơ năng là một nguyên lý quan trọng trong Vật lí. Việc dạy học nội dung này đúng logic nhận thức theo Chương trình GDPT 2018 là một vấn đề mới đối với giáo viên Vật lí THPT.

Dạy học theo góc là phương pháp rất phù hợp để lựa chọn, sử dụng tổ chức dạy học nội dung “Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng” đúng quan điểm tiếp cận, hướng tới phát triển phẩm chất, năng lực người học. Điều này vừa đảm bảo yêu cầu chung nhưng vẫn đáp ứng được sự khác biệt của từng học sinh, đồng thời phát huy tốt hơn vai trò của phương tiện dạy học trong điều kiện hiện nay.

Nội dung kiến thức của bài học thuộc loại “giải thích và nghiên cứu hiện tượng vật lí”. Định luật bảo toàn cơ năng là một nguyên lý quan trọng trong Vật lí, không thể xây dựng, chỉ có thể kiểm chứng. Việc kiểm chứng này bao gồm cả kiểm chứng biểu thức toán học của động năng, thế năng, công và định lí động năng, độ biến thiên thế năng. YCCĐ của CT hoàn toàn phù hợp với logic nhận thức khoa học nội dung này.

SGK Vật lí 10 Chương trình GDPT 2018 bộ sách Chân trời sáng tạo trình bày cách tiếp cận định luật bảo toàn cơ năng đối với vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực theo con đường xây dựng từ trường hợp riêng (chuyển động rơi tự do) từ kiến thức về công cơ học, định lí động năng và độ biến thiên thế năng trọng trường.

Thực chất, biểu thức toán học của động năng, thế năng của vật nặng trong trọng trường, công thức tính công cơ học và định lí động năng đều được hình thành từ việc phân tích định tính các hiện tượng liên quan và các suy luận định lượng thông qua mối quan hệ động học, động lực học giữa các đại lượng liên quan đến chuyển động và nguyên nhân chuyển động của vật, kết hợp với việc thừa nhận định luật bảo toàn cơ năng (trường hợp riêng của định luật bảo toàn năng lượng) như một nguyên lí.

Phương trình bảo toàn cơ năng đối với chuyển động rơi tự do có thể suy ra từ phương trình động học của chuyển động nếu ta thừa nhận biểu thức toán học của động năng, thế năng nhưng không thể làm vậy đối với một số trường hợp khác của chuyển động, ví dụ dao động của con lắc đơn.

Với quan điểm dạy học theo chương trình, yêu cầu cần đạt chính là mục tiêu dạy học tối thiểu, có thể bổ sung một số mục tiêu trong dạy học nội dung “Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng” theo đúng quan điểm tiếp cận định luật để phát triển phẩm chất, năng lực người học, đáp ứng sự khác biệt của mỗi cá nhân học sinh.

Về mặt giải pháp, giáo viên có thể bổ sung mục tiêu phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ Vật lí: “Thực hiện thí nghiệm (hoặc sử dụng video thí nghiệm, bộ số liệu cho trước về chuyển động) để kiểm chứng được định luật bảo toàn cơ năng” để tổ chức dạy học nội dung “Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng” nhằm phát triển phẩm chất, năng lực người học.

Thứ hai, bổ sung mục tiêu phát triển năng lực số: "Sử dụng được phần mềm Tracker trong phân tích hình ảnh, video về chuyển động, phần mềm MS Excel trong phân tích, xử lí số liệu, vẽ đồ thị, khớp hàm hoặc sử dụng được thiết bị aMixer MGA và cảm biến khoảng cách kết nối với chuyển động trong thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng” đối với những HS có sở thích nghiên cứu và có năng lực Tin học ở mức độ khá trở lên.

Nếu chọn nội dung phù hợp trong bài học để tổ chức dạy học theo góc, giải pháp là lựa chọn nội dung “Định luật bảo toàn cơ năng” với mục tiêu “Kiểm chứng được định luật bảo toàn cơ năng” để tổ chức hoạt động theo góc phù hợp với sở thích, phong cách học, đáp ứng sự khác biệt của từng cá nhân học sinh.

Trường hợp sử dụng dạy học theo góc làm phương pháp chủ đạo trong dạy học nội dung “Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng”, cần kết hợp với các PPDH giải quyết vấn đề, dạy học trực quan, dạy học hợp tác nhằm phát triển phẩm chất, năng lực, đáp ứng sự khác biệt của từng học sinh, đảm bảo phát huy tốt vai trò của phương tiện dạy học hiện nay.

Nhiều giải pháp khác nhau

Nhóm giải pháp chung về thiết kế, tổ chức hoạt động theo góc gồm:

Tổ chức hoạt động kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng theo 3 góc độc lập (theo lựa chọn của HS) gồm: Góc Quan sát, góc Phân tích (Phân tích 1, Phân tích 2), góc Trải nghiệm. Sử dụng kĩ thuật Khăn trải bàn để tổ chức báo cáo, tổng hợp và thảo luận kết quả.

Tổ chức cho các nhóm HS làm việc độc lập tại các góc Quan sát, Phân tích, Trải nghiệm, sau đó sử dụng kĩ thuật các mảnh ghép để thành lập nhóm mới cùng thực hiện hoạt động vận dụng định luật bảo toàn cơ năng (góc Áp dụng).

Tổ chức hoạt động luân chuyển góc sau tiết học ở lớp, các nhóm ban đầu được luân chuyển góc hoạt động theo lựa chọn; hoặc thành lập nhóm mới cùng phong cách học để cùng thực hiện nhiệm vụ theo góc khác.

Nhóm giải pháp thiết kế hoạt động tại các góc gồm:

Tại góc Quan sát, tổ chức cho HS kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng đối với dao động của con lắc đơn qua một số đặc điểm từ kết quả quan sát (các độ cao cực đại đạt được của vật nặng) bằng mắt thường như hình dưới đây:

Tại góc Phân tích 1, giáo viên tổ chức cho HS kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng đối với chuyển động rơi tự do, dao động của con lắc đơn qua một số đặc điểm từ kết quả phân tích chuyển động bằng cách bằng cách sử dụng phần mềm Tracker để phân tích hình ảnh, video về chuyển động, khảo sát sự phụ thuộc thời gian của động năng, thế năng và cơ năng của vật; sử dụng phần mềm MS Excel để xử lí số liệu (các giá trị cơ năng) thu được từ việc sử dụng phần mềm Tracker.

Tại góc Phân tích 2, tổ chức cho HS kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng đối với chuyển động rơi tự do qua một số đặc điểm từ kết quả phân tích số liệu cho trước của chuyển động bằng cách sử dụng phần mềm Microsoft Excel như hình dưới đây:

Tại góc Phân tích 2, tổ chức cho HS kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng đối với chuyển động rơi tự do qua một số đặc điểm từ kết quả phân tích số liệu thí nghiệm thu thập, phân tích qua thiết bị a Mixer MGA kết nối cảm biến khoảng cách, kết nối chuyển động như hình dưới:

Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng đối với dao động của con lắc đơn bằng dụng cụ thực hành và sử dụng để tổ chức hoạt dạy học tại góc Trải nghiệm như hình dưới:

Tại góc Trải nghiệm, tổ chức cho HS kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng đối với chuyển động rơi tự do, dao động của con lắc đơn qua một số đặc điểm từ kết quả thực hiện thí nghiệm kết hợp sử dụng phần mềm MS Excel hỗ trợ phân tích số liệu theo hình dưới:

Tại góc Áp dụng, hướng dẫn HS chế tạo mô hình minh họa định luật bảo toàn năng lượng (Mô hình Roller Coaster ) và thực hành vận dụng, tìm hiểu các ứng dụng của mô hình.Các giải pháp trong thiết kế phiếu học tập, công cụ đánh giá quá trình hoạt động và sản phẩm học tập theo góc được trình bày chi tiết kèm theo kế hoạch bài dạy.

Hồ Ngọc Châu, Nguyễn Thị Xuân Bằng - Giáo viên Trường THPT Quỳnh Lưu 1, Nghệ An