1. Mở đầu
Trong đào tạo giáo viên vật lí ở các trường đại học sư phạm (ĐHSP), để xây dựng tiến trình
dạy học một kiến thức một cách khoa học, nhất thiết các sinh viên phải xây dựng được lôgic tiến
trình khoa học hình thành kiến thức đó [5; 195] (có khi còn được gọi là “con đường hình thành
kiến thức” ở một số giáo trình về lí luận dạy học Vật lí (LLDHVL)). Lôgic tiến trình khoa học hình
thành một loại kiến thức vật lí (ví dụ như khái niệm vật lí, định luật vật lí hay ứng dụng kĩ thuật
của vật lí) là quy trình chung gồm các giai đoạn/bước và trình tự thực hiện chúng để hình thành
loại kiến thức vật lí đó một cách khoa học. Trong các sách giáo trình về LLDHVL hay những công
trình đã công bố về lĩnh vực này cho thấy, tại thời điểm viết, các tác giả đưa ra lôgíc tiến trình khoa
học xây dựng từng loại kiến thức vật lí mang tính chất rất khái quát. Ví dụ như, đối với kiến thức
là khái niệm về một đại lượng vật lí, những giai đoạn điển hình trong quá trình hình thành kiến
thức đó là: “phát hiện đặc điểm định tính, chỉ rõ đặc điểm định lượng, định nghĩa khái niệm, đơn
vị đo và vận dụng khái niệm vào thực tiễn” [4; 51-59]. Đến nay, trong thực tế đào tạo giáo viên
cho thấy, từ việc nắm được những giai đoạn trong quá trình hình thành khái niệm về đại lượng vật
lí như vậy, việc sinh viên soạn thảo tiến trình dạy học khái niệm về đại lượng vật lí để đảm bảo
luôn khoa học và đáp ứng yêu cầu là không dễ, vì rằng, lôgíc tiến trình khoa học hình thành khái
niệm về đại lượng vật lí được mô tả bởi quy trình các bước/ giai đoạn như vậy vẫn còn rất khái
quát đối với sinh viên. Vấn đề đặt ra là: Liệu có thể cụ thể hóa nội dung từng giai đoạn/ bước trong
quy trình (lôgíc tiến trình khoa học hình thành khái niệm về đại lượng vật lí) nhưng vẫn đảm bảo
tính khái quát không? Nếu được như vậy thì sẽ định hướng chi tiết hơn cho sinh viên vận dụng quy
trình chung trong việc đưa ra lôgíc tiến trình khoa học hình thành một khái niệm về đại lượng vật
lí cụ thể, và tiếp theo, dựa vào đó, đảm bảo hơn cho việc họ soạn thảo được tiến trình dạy học kiến
thức đó đáp ứng yêu cầu.
Trong phạm vi bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu trong việc cụ thể hóa
nội dung từng giai đoạn/ bước trong quy trình (lôgíc tiến trình khoa học) nhưng vẫn đảm bảo tính
khái quát đối với việc hình thành kiến thức về khái niệm vật lí (gồm khái niệm về hiện tượng vật lí
và khái niệm về đại lượng vật lí).
10 trang |
Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 346 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học hình thành kiến thức về khái niệm vật lí, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE DOI: 10.18173/2354-1075.2015-0006
Educational Sci., 2015, Vol. 60, No. 1, pp. 47-56
This paper is available online at
CỤ THỂ HÓA NỘI DUNG CÁC GIAI ĐOẠN TRONG LÔGIC TIẾN TRÌNH
KHOA HỌC HÌNH THÀNH KIẾN THỨC VỀ KHÁI NIỆM VẬT LÍ
Phạm Xuân Quế1, Nguyễn Thị Thu Hà2, Phạm Minh Vĩ3
1Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
2Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên
3Trung tâm dự báo Kinh tế - Xã hội Quốc gia, Bộ Kế hoạch và Đầu tư
Tóm tắt. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu trong việc cụ thể hóa nội dung từng giai
đoạn/ bước trong lôgíc tiến trình khoa học hình thành khái niệm vật lí và việc vận dụng kết
quả nghiên cứu trong việc xây dựng lôgíc tiến trình khoa học hình thành kiến thức về đại
lượng vật lí “Gia tốc” và kiến thức về hiện tượng vật lí “Chuyển động tròn đều”, Vật lí 10,
nâng cao.
Từ khóa: Lôgíc tiến trình khoa học hình thành kiến thức, khái niệm vật lí, khái niệm về
hiện tượng vật lí, khái niệm về đại lượng vật lí.
1. Mở đầu
Trong đào tạo giáo viên vật lí ở các trường đại học sư phạm (ĐHSP), để xây dựng tiến trình
dạy học một kiến thức một cách khoa học, nhất thiết các sinh viên phải xây dựng được lôgic tiến
trình khoa học hình thành kiến thức đó [5; 195] (có khi còn được gọi là “con đường hình thành
kiến thức” ở một số giáo trình về lí luận dạy học Vật lí (LLDHVL)). Lôgic tiến trình khoa học hình
thành một loại kiến thức vật lí (ví dụ như khái niệm vật lí, định luật vật lí hay ứng dụng kĩ thuật
của vật lí) là quy trình chung gồm các giai đoạn/bước và trình tự thực hiện chúng để hình thành
loại kiến thức vật lí đó một cách khoa học. Trong các sách giáo trình về LLDHVL hay những công
trình đã công bố về lĩnh vực này cho thấy, tại thời điểm viết, các tác giả đưa ra lôgíc tiến trình khoa
học xây dựng từng loại kiến thức vật lí mang tính chất rất khái quát. Ví dụ như, đối với kiến thức
là khái niệm về một đại lượng vật lí, những giai đoạn điển hình trong quá trình hình thành kiến
thức đó là: “phát hiện đặc điểm định tính, chỉ rõ đặc điểm định lượng, định nghĩa khái niệm, đơn
vị đo và vận dụng khái niệm vào thực tiễn” [4; 51-59]. Đến nay, trong thực tế đào tạo giáo viên
cho thấy, từ việc nắm được những giai đoạn trong quá trình hình thành khái niệm về đại lượng vật
lí như vậy, việc sinh viên soạn thảo tiến trình dạy học khái niệm về đại lượng vật lí để đảm bảo
luôn khoa học và đáp ứng yêu cầu là không dễ, vì rằng, lôgíc tiến trình khoa học hình thành khái
niệm về đại lượng vật lí được mô tả bởi quy trình các bước/ giai đoạn như vậy vẫn còn rất khái
quát đối với sinh viên. Vấn đề đặt ra là: Liệu có thể cụ thể hóa nội dung từng giai đoạn/ bước trong
quy trình (lôgíc tiến trình khoa học hình thành khái niệm về đại lượng vật lí) nhưng vẫn đảm bảo
tính khái quát không? Nếu được như vậy thì sẽ định hướng chi tiết hơn cho sinh viên vận dụng quy
Ngày nhận bài: 21/9/2014. Ngày nhận đăng: 15/1/2015.
Liên hệ: Phạm Xuân Quế, e-mail: quepx@hnue.edu.vn
47
Phạm Xuân Quế, Nguyễn Thị Thu Hà, Phạm Minh Vĩ
trình chung trong việc đưa ra lôgíc tiến trình khoa học hình thành một khái niệm về đại lượng vật
lí cụ thể, và tiếp theo, dựa vào đó, đảm bảo hơn cho việc họ soạn thảo được tiến trình dạy học kiến
thức đó đáp ứng yêu cầu.
Trong phạm vi bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu trong việc cụ thể hóa
nội dung từng giai đoạn/ bước trong quy trình (lôgíc tiến trình khoa học) nhưng vẫn đảm bảo tính
khái quát đối với việc hình thành kiến thức về khái niệm vật lí (gồm khái niệm về hiện tượng vật lí
và khái niệm về đại lượng vật lí).
2. Nội dung nghiên cứu
2.1. Cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học hình
thành kiến thức về khái niệm vật lí
Trong quá trình nghiên cứu phát triển kĩ năng dạy học một số loại kiến thức vật lí ở sinh
viên và trong quá trình nghiên cứu tổ chức dạy học các kiến thức về các loại chuyển động, dao
động cơ của chất điểm, chúng tôi thấy, việc cụ thể hóa nội dung từng giai đoạn/ bước trong lôgíc
tiến trình khoa học hình thành khái niệm vật lí cần và có thể được thể hiện/ trình bày dưới dạng các
nội dung/ hoạt động cụ thể trong từng giai đoạn của tiến trình (nhưng vẫn mang tính khái quát).
Sự cụ thể hóa này được rút ra trên cơ sở khái quát hóa những nội dung liên quan đến các khái niệm
vật lí được đề cập đến trong chương trình, SGK vật lí phổ thông, ví dụ như khái niệm chuyển động
thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều [2, tr 15, 21-23], khái niệm dao động điều hòa, [3, tr
29-34], cũng như trên cơ sở khái quát hóa các hoạt động nghiên cứu khái niệm vật lí cần thực hiện
trong từng giai đoạn trong lôgíc tiến trình khoa học hình thành một khái niệm vật lí.
Dưới đây, trình bày lần lượt lôgíc tiến trình khoa học hình thành khái niệm về đại lượng vật
lí và lôgíc tiến trình khoa học hình thành khái niệm về hiện tượng vật lí.
2.1.1. Cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học hình thành khái
niệm về đại lượng vật lí
Các giai đoạn của
con đường hình
thành khái niệm
về một đại lượng
vật lí theo LLDH
Các nội dung/ hoạt động trong từng giai đoạn
Giai đoạn 1: Phát
hiện đặc điểm định
tính
1.1. Phát
hiện và phát
biểu vấn đề
mới cần
nghiên cứu
1.1. 1. Nghiên cứu một số hiện tượng cùng loại (trong
đó chứa đựng một đặc điểm định tính mới
1.1.2. Chỉ ra đặc điểm mới của các hiện tượng (mà
những khái niệm có sẵn không thể dùng ngay để mô
tả được các hiện tượng này)
1.1.3. Phát biểu vấn đề mới cần nghiên cứu
1.2. Xác định đặc điểm định tính. Đưa ra tên gọi đại lượng vật lí mới.
Giai đoạn 2: Xây
dựng đặc điểm
định lượng
2. Xây dựng
biểu thức
định lượng
2.1. Xác định các đại lượng liên quan (và sự biến đổi các
các đại lượng đó) khi xây dựng biểu thức định lượng
2.2. Đưa ra biểu thức mô tả định lượng đặc điểm định
tính
48
Cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học hình thành kiến thức...
Giai đoạn 3: Phát
biểu định nghĩa
khái niệm và đơn
vị đo
3. Đưa ra
định nghĩa
khái niệm và
đơn vị đo
3.1. Trình bày định nghĩa bằng lời và biểu thức định
lượng
3.2. Xây dựng đơn vị
3.3. Chỉ ra các đặc điểm của đại lượng vật lí (nếu có)
Giai đoạn 4: Vận
dụng khái niệm
4. Vận dụng trong các trường hợp
Lôgic tiến trình khoa học hình thành khái niệm về đại lượng vật lí được trình bày ở trên được
áp dụng cho những khái niệm về đại lượng vật lí mà đặc điểm định tính được phát hiện trước, sau
đó mới phát hiện/ xây dựng đặc điểm định lượng. Trong các sách lí luận dạy học vật lí phổ thông
có trình bày lôgic tiến trình khoa học hình thành khái niệm về đại lượng vật lí theo con đường khác
mà đặc điểm định lượng được phát hiện trước, sau đó mới phát hiện đặc điểm định tính [4; 53-54,
6; 38-39]. Do trường hợp này ít xuất hiện nên chúng tôi không tập trung nghiên cứu.
2.1.2. Cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học hình thành khái
niệm về hiện tượng vật lí
Đối với kiến thức khái niệm về một hiện tượng vật lí, quy trình hình thành trải qua các giai
đoạn/ bước chung như sau: phát hiện đặc điểm định tính; xác định các mối quan hệ, các biểu thức
định lượng phản ánh (cụ thể hoá) đặc điểm định tính; phát biểu khái niệm, hoàn thiện khái niệm
và vận dụng vào thực tiễn. Sự cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học
hình thành khái niệm về hiện tượng vật lí như sau:
Các giai đoạn của con
đường hình thành khái
niệm về một hiện tượng
vật lí
Các nội dung/ hoạt động trong từng giai đoạn
Giai đoạn 1: Xác định
những dấu hiệu bản chất,
chung cho các chuyển
động cùng loại và đưa ra
khái niệm mới
1.1. Trình bày các hiện tượng vật lí chứa đựng đặc điểm định tính
mới
1.2. Phân tích/hoặc làm thí nghiệm khảo sát để phát hiện đặc điểm
định tính mới là chung và bản chất cho các hiện tượng nghiên cứu
[6, 36]
1.3. Đưa ra một khái niệm mới cho các hiện tượng có chung đặc
điểm định tính mới
Giai đoạn 2: Xác định
các đặc điểm đặc trưng
cho hiện tượng (được biểu
thị qua các mối quan hệ,
các biểu thức định lượng)
2.1. Phát biểu vấn đề nghiên cứu các đặc điểm đặc trưng cho hiện
tượng
2.2. Giải quyết vấn đề: Xác định các đặc điểm đặc trưng cho hiện
tượng được biểu thị qua các mối quan hệ, các biểu thức định lượng
(theo lí luận dạy học hiện hành bằng suy luận lí thuyết, lôgíc và
/hay khảo sát thực nghiệm )
2.3 Kiểm chứng bằng thực nghiệm (nếu các đặc điểm được rút ra
bằng con đường suy luận lí thuyết)
Giai đoạn 3: Phát biểu
định nghĩa khái niệm và
hoàn thiện khái niệm
3.1. Đưa ra định nghĩa khái niệm về hiện tượng đang nghiên cứu
- Trình bày bằng lời
- Minh họa bằng phương pháp mô phỏng
49
Phạm Xuân Quế, Nguyễn Thị Thu Hà, Phạm Minh Vĩ
3.2. Trình bày các mối quan hệ, các biểu thức định lượng (nếu có)
phản ánh (thống nhất với, cụ thể hoá) đặc điểm định tính của khái
niệm
3.3. Chỉ ra các đặc điểm của các mối quan hệ, các biểu thức quan
hệ định lượng giữa các đại lượng (nếu có)
Giai đoạn 4: Vận dụng
khái niệm
Vận dụng trong các trường hợp
Cần chú ý rằng, lôgíc tiến trình khoa học hình thành khái niệm vật lí đưa ra ở trên cũng
như các nội dung được cụ thể hóa ở từng giai đoạn trong hai tiến trình khoa học hình thành khái
niệm được nêu ở trên là chung, điển hình cho việc hình thành đa số khái niệm vật lí. Tuy nhiên,
có những khái niệm vật lí có thể được hình thành theo những quy trình khác, hay không phải bao
giờ cũng có đầy đủ những nội dung cụ thể trong các giai đoạn/ bước của quy trình. Hơn nữa, con
đường hình thành khái niệm về một hiện tượng vật lí được trình bày ở đây bao gồm việc xác định
các đặc điểm đặc trưng cho hiện tượng. Các đặc điểm này thường là các quy luật, mối quan hệ, các
biểu thức định lượng cụ thể trong điều kiện để hiện tượng đó xảy ra. Trong trường hợp này, việc
xây dựng các quy luật, mối quan hệ này tuân theo con đường hình thành các định luật vật lí (như
đã trình bày trong các sách lí luận dạy học vật lí hiện nay). Chính dựa trên cơ sở này mà người ta
coi việc hình thành các định luật vật lí, mặc dù gắn liền với một số hiện tượng vật lí cũng như được
nghiên cứu ngay sau hiện tượng vật lí đó, là tách biệt với hiện tượng đó. Ví dụ như việc hình thành
định luật khúc xạ ánh sáng, là tách biệt với hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
2.2. Một số ví dụ về vận dụng kết quả nghiên cứu trong việc xây dựng lôgic tiến
trình khoa học hình thành kiến thức về một khái niệm vật lí
2.2.1. Xây dựng lôgic tiến trình khoa học hình thành kiến thức khái niệm về đại lượng vật
lí “Gia tốc”
Các giai đoạn
của con đường
hình thành
khái niệm về
một đại lượng
vật lí theo
LLDH
Các nội dung/ hoạt động trong từng giai đoạn
Giai đoạn 1:
Phát hiện đặc
điểm định tính
1.1. Phát
hiện và phát
biểu vấn
đề mới cần
nghiên cứu
1.1.1. Nghiên
cứu một số
hiện tượng
cùng loại
(trong đó chứa
đựng một đặc
điểm định tính
mới
Nghiên cứu một số chuyển động của
các vật:
+ Chuyển động của tên lửa khi rời bệ
phóng.
+ Chuyển động của đoàn tàu khi rời ga,
vào ga
+ Chuyển động của vận động viên điền
kinh khi xuất phát
50
Cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học hình thành kiến thức...
1.1.2. Chỉ ra
đặc điểm mới
của các hiện
tượng (mà
những khái
niệm có sẵn
không thể
dùng ngay để
mô tả được
các hiện tượng
này)
Các chuyển động trên cho thấy chúng
có đặc điểm giống nhau là các vận tốc
đều biếu đổi (chứ không giữ nguyên
như ở chuyển động đều vừa học).
Không thể dùng khái niệm vận tốc đã
có để mô tả hiện tượng mới này
1.1.3. Phát
biểu vấn
đề mới cần
nghiên cứu
Có thể đưa ra đại lượng vật lí mới với
đặc điểm định tính và định lượng nào
để mô tả đầy đủ đặc điểm mới này
không?
1.2. Xác định đặc điểm định
tính. Đưa ra tên gọi đại lượng vật
lí mới)
- Phân tích các chuyển động trên cho
thấy tôc độ biến đổi vận tốc (mức độ
biến đổi của vận tốc) của chúng là khác
nhau. Đó chính là đặc điểm định tính
của đại lượng vật lí mới.
- Tên của đại lượng vật lí mới được gọi
là gia tốc.
Giai đoạn 2:
Xây dựng đặc
điểm định
lượng
2. Xây dựng
biểu thức
định lượng
2.1. Xác định
các đại lượng
liên quan (và
sự biến đổi
các các đại
lượng đó)
khi xây dựng
biểu thức định
lượng
Để biểu thị đặc trưng cho sự biến đổi
vận tốc (mức độ biến đổi của vận tốc)
theo thời gian thì các đại lượng liên
quan là −→v và t và sự biến đổi của các
đại lượng đó là ~vs − ~vtr = ∆~vứng với
∆t
51
Phạm Xuân Quế, Nguyễn Thị Thu Hà, Phạm Minh Vĩ
2.2. Đưa ra
biểu thức mô
tả định lượng
đặc điểm định
tính
Đặc trưng cho sự sự biến đổi vận tốc
(mức độ biến đổi của vận tốc) trong
khoảng thời gian∆t được biểu thị bằng
biểu thức:
~vs − ~vtr
∆t
=
∆~v
∆t
= ~atb,
được gọi là gia tốc trung bình (trong
khoảng thời gian ∆t)
Đặc trưng cho sự sự biến đổi tức thời
của vận tốc (mức độ biến đổi tức thời
của vận tốc) được biểu thị bằng biểu
thức:
lim
∆~v
∆t
=
d~v
dt
(∆t→ 0) = ~a, được gọi
là gia tốc tức thời.
Giai đoạn 3:
Phát biểu định
nghĩa khái niệm
và đơn vị đo
3. Đưa ra
định nghĩa
khái niệm và
đơn vị đo
3.1. Trình bày
định nghĩa
bằng lời và
biểu thức định
lượng
- Định nghĩa: Gia tốc là đại lượng vật
lí đặc trưng cho độ biến đổi nhanh hay
chậm của vận tốc và được đo bằng
thương số giữa độ biến thiên vận tốc và
khoảng thời gian xảy ra sự biến thiên
đó.
- Biểu thức: ~a =
∆~v
∆t
3.2. Xây dựng
đơn vị
- Đơn vị của gia tốc là đơn vị dẫn xuất
- Biểu thức dẫn xuất: a =
∆v
∆t
, khi
∆v =1m/s và ∆t = 1s
thì a = 1m
/
s2
- Các đơn vị khác
cm/
s2,
dm/
s2
3.3. Chỉ ra các
đặc điểm của
đại lượng vật lí
(nếu có)
- Gia tốc là đại lượng véc tơ
- Hướng ~a ≡ ∆~v
- Độ lớn của gia tốc: a =
∆v
∆t
- Gia tốc có tính tương đối:~a12 = ~a13+
~a32
Giai đoạn 4:
Vận dụng khái
niệm
4. Vận dụng trong các trường hợp
- Xác định các đặc trưng của gia tốc
trong mỗi loại chuyển động:
+ Chuyển động thẳng đều
+ Chuyển động thẳng biến đổi đều
+ Rơi tự do
+ Chuyển động tròn đều
+ Dao động điều hòa
52
Cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học hình thành kiến thức...
2.2.2. Xây dựng lôgic tiến trình khoa học hình thành kiến thức khái niệm về hiện tượng
“Chuyển động tròn đều”
Các giai
đoạn của
con đường
hình thành
khái niệm
về một hiện
tượng vật lí
Các nội dung/ hoạt động trong từng giai đoạn
Giai đoạn
1: Xác định
những dấu
hiệu bản
chất, chung
cho các
chuyển động
cùng loại và
đưa ra khái
niệm mới
1.1. Trình
bày các hiện
tượng vật lí
chứa đựng
đặc điểm
định tính
mới
Trình bày các chuyển động:
+ Chuyển động của các đầu mũi kim đồng hồ,
+ chuyển động của một điểm trên trên cánh quạt của quạt điện
(khi động cơ đạt trạng thái ổn định),
+ chuyển động của một điểm trên bánh xe đạp quay xung
quanh một trục khi xe đạp chuyển động thẳng đều trên đường.
1.2. Phân
tích/hoặc
làm thí
nghiệm khảo
sát để phát
hiện đặc
điểm định
tính mới
là chung
cho các
hiện tượng
nghiên cứu
Phân tích những chuyển động trên, cho thấy chuyển động trên
có đặc điểm chung sau: quỹ đạo là đường tròn, vận tốc của
chất điểm có hướng luôn thay đổi, có độ lớn không đổi theo
thời gian.
1.3. Đưa ra
một khái
niệm mới
cho các hiện
tượng có
chung đặc
điểm định
tính mới
Đưa ra khái niệm về một loại chuyển động mới có đặc điểm
trên và gọi là “Chuyển động tròn đều”.
53
Phạm Xuân Quế, Nguyễn Thị Thu Hà, Phạm Minh Vĩ
Giai đoạn
2: Xác định
các đặc điểm
đặc trưng
cho hiện
tượng (được
biểu thị qua
các mối
quan hệ, các
biểu thức
định lượng)
2.1. Phát
biểu vấn đề
nghiên cứu
các đặc điểm
đặc trưng
cho hiện
tượng
Trong chuyển động tròn đều:
- Giữa vận tốc của vật với cung đường mà vật chuyển động và
thời gian đi được cung đường đó có mối quan hệ với nhau như
thế nào?
- Giữa góc mà bán kính quỹ đạo quét được với cung đường mà
vật chuyển động và bán kính quỹ đạo có mối quan hệ với nhau
như thế nào?
- Chuyển động này có gia tốc không? Gia tốc của vật trong
chuyển động này được xác định như thế nào?
2.2. Giải
quyết vấn
đề: Xác
định các đặc
điểm đặc
trưng cho
hiện tượng
được biểu thị
qua các mối
quan hệ, các
biểu thức
định lượng
(theo lí luận
dạy học hiện
hành bằng
suy luận lí
thuyết, lôgíc
và /hay khảo
sát thực
nghiệm )
Dựa vào đặc điểm định tính, bằng suy luận lôgic tìm ra các
mối quan hệ (các đặc điểm) của các đại lượng đặc trưng cho
chuyển động trong chuyển động tròn đều:
- Vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động tròn đều có hướng
luôn thay đổi nhưng độ lớn không đổi và được gọi là tốc độ
dài.
- Hướng của vận tốc tức thời: phương tiếp tuyến với quỹ đạo
tại điểm xét chuyển động, chiều cùng với chiều chuyển động
của vật
- Tốc độ dài: v =
∆s
∆t
= const
- Chất điểm đi được những cung tròn có độ dài bằng nhau
trong những khoảng thời gian bằng nhau tùy ý.
- Góc quét: ∆ϕ =
∆s
r
,
- Chu kì T là khoảng thời gian chất điểm đi hết một vòng trên
đường tròn. Mối quan hệ giữa vận tốc dài v và chu kì T là:
v =
2πr
T
- Tần số f là số vòng chất điểm đi trong một giây: f = 1/T, đơn
vị là Hz
- Vận tốc góc (tốc độ góc) là đại lượng vật lí đặc trưng cho
sự quay nhanh hay chậm quanh tâm quỹ đạo của vectơ tia của
chất điểm ω =
∆ϕ
∆t
, đơn vị: (rad/s)
- Các công thức liên hệ: v = ωr,ω =
2π
T
, ω = 2πf
- Vectơ gia tốc trong chuyển động tròn đều:
+ có phương vuông góc với vectơ vận tốc và hướng vào tâm
đường tròn. Nó đặc trưng co sự biến đổi về hướng của vectơ vậ
tốc và được gọi là gia tốc hướng tâm, kí hiệu: −→aht
+ có độ lớn: |−→aht| =
v2
r
= ω2r
54
Cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học hình thành kiến thức...
2.3 Kiểm
chứng bằng
thực nghiệm
(nếu các đặc
điểm được
rút ra bằng
con đường
suy luận lí
thuyết)
+ Tốc độ dài: v =
∆s
∆t
= const
+ Chất điểm đi được những cung tròn có độ dài bằng nhau
trong những khoảng thời gian bằng nhau tùy ý.
+ Góc quét: ∆ϕ =
∆s
r
,
+ v =
2πr
T
+ Các công thức liên hệ:
v = ωr + |−→aht| =
v2
r
= ω2r
Giai đoạn
3: Phát biểu
định nghĩa
khái niệm và
hoàn thiện
khái niệm
3.1. Đưa ra
định nghĩa
khái niệm về
hiện tượng
đang nghiên
cứu
- Trình bày
bằng lời
- Minh họa
bằng phương
pháp mô
phỏng
+ Chuyển động tròn đều là chuyển động có quỹ đạo tròn và
chất điểm đi được những cung tròn có độ dài bằng nhau trong
những khoảng thời gian bằng nhau tùy ý.
+ Mô phỏng các đặc điểm của chuyển động tròn đều bằng Java
(xem ở [7], [8]).
3.2. Trình
bày các mối
quan hệ, các
biểu thức
định lượng
(nếu có)
phản ánh
(thống nhất
với, cụ thể
hoá) đặc
điểm định
tính của khái
niệm
+ Hướng của vận tốc tức thời: phương tiếp tuyến với quỹ đạo
tại điểm xét chuyển động, chiều cùng với chiều chuyển động
của vật, độ lớn bằng
v =
∆s
∆t
+ v =
2πr
T
+ f = 1/T, đơn vị là Hz
+ ω =
∆ϕ
∆t
; đơn vị: (rad/s)
+ v = ωr, ω =
2π
T
, ω = 2πf
+ Gia tốc hướng tâm có phương vuông góc với vectơ vận tốc
và hướng vào tâm đường tròn, độ lớn: |−→aht| =
v2
r
= ω2r
(Việc kiểm chứng các mối quan hệ, biểu thức định lượng này
nhờ thí nghiệm tương tác trên màn hình [1; 40-42].
55
Phạm Xuân Quế, Nguyễn Thị Thu Hà, Phạm Minh Vĩ
3.3. Chỉ ra
các đặc điểm
của các mối
quan hệ, các
biểu thức
quan hệ định
lượng giữa
các đại lượng
(nếu có)
- Độ dài cung tròn s tỉ lệ bậc nhất vào thời gian t
- Góc quét ϕ tỉ lệ bậc nhất theo t,
- Độ lớn của vận tốc v, vận tốc góc ω không đổi theo thời gian t,
- . . . [2; 38-40]
Giai đoạn 4:
Vận dụng khái
niệm
Vận dụng
trong các
trường hợp
- Giải các bài tập về chuyển động tròn đều
- Nghiên cứu chuyển động tròn biến đổi
3. Kết luận
Như vậy, với việc cụ thể hóa nội dung từng giai đoạn/ bước trong tiến trình khoa học hình
thành kiến thức dưới dạng các nội dung/hoạt động trong từng giai đoạn (nhưng vẫn mang tính khái
quát) như được trình bày ở trên, sinh viên, giáo viên có thể áp dụng để xây dựng lôgíc tiến trình
khoa học hình thành những kiến thức về khái niệm vật lí cụ thể trong chương trình vật lí phổ thông
cũng như dựa vào lôgíc tiến trình này để soạn thảo tiến trình dạy học một cách khoa học, tạo điều
kiện tổ chức học sinh tham gia vào quá trình chiếm lĩnh kiến thức một cách khoa học v