Cụ thể hóa nội dung các giai đoạn trong lôgic tiến trình khoa học hình thành kiến thức về khái niệm 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 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).

pdf10 trang | Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 254 | Lượt tải: 0download
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