Thiết kế và sử dụng tài liệu hướng dẫn tự học Vật lí cho học sinh ở trường Dự bị Đại học Dân tộc

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Interdisciplinary Sci., 2013, Vol. 58, No. 10, pp. 3-10 THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN TỰ HỌC VẬT LÍ CHO HỌC SINH Ở TRƯỜNG DỰ BỊ ĐẠI HỌC DÂN TỘC Mai Văn Trinh1, Lương Viết Mạnh2 1Cục Khảo thí và Kiểm định chất lượng giáo dục, Bộ Giáo dục & Đào tạo; 2Trường Dự bị Đại học Dân tộc Sầm Sơn Tóm tắt. Tài liệu hướng dẫn tự học được sử dụng giúp học sinh tự học các nội dung theo từng nhiệm vụ cụ thể; giúp học sinh phương pháp tự học, tự nghiên cứu một cách hiệu quả theo khả năng của cá nhân; tạo điều kiện để học sinh có thể tự đánh giá được năng lực của mình, phát huy tính tích cực, tự giác trong hoạt động học tập ở nhà, ở lớp. Bài báo này trình bày quy trình thiết kế tài liệu hướng dẫn tự học và minh họa việc sử dụng qua chuyên đề Dao động cơ cho học sinh ở trường Dự bị Đại học Dân tộc. Từ khóa: Năng lực tự học, tài liệu hướng dẫn tự học, dạy học Vật lí. 1. Mở đầu Tự học là người học tự quyết định việc lựa chọn mục tiêu học tập, các hoạt động học tập và các hình thức phương pháp kiểm tra, đánh giá thích hợp. Quá trình tự học sẽ đạt hiệu quả cao nếu như có sự hướng dẫn của tài liệu tự học, khi đó học sinh (HS) có thể tự chiếm lĩnh kiến thức, rèn luyện kĩ năng học tập của bản thân. Tài liệu hướng dẫn tự học gồm nội dung, cách xây dựng kiến thức và kiểm tra kết quả. Với sự hỗ trợ của tài liệu hướng dẫn tự học, giáo viên là người định hướng, tổ chức cho HS khám phá tri thức; HS tích cực, chủ động chiếm lĩnh kiến thức theo nhịp độ và năng lực riêng của mình [1,3]. Ở trường Dự bị Đại học Dân tộc (DBĐH DT), thời gian tự học của HS rất nhiều. Tuy nhiên thực tế cho thấy HS sử dụng thời gian tự học chưa hiệu quả. Thực tế này có nhiều nguyên nhân nhưng quan trọng nhất là chưa có tài liệu hỗ trợ cho việc tự học của HS. Chính vì vậy, việc thiết kế tài liệu hướng dẫn tự học vật lí cho HS ở trường DBĐH DT là hết sức cần thiết. Thông qua đó, HS tìm được những câu hỏi gợi mở, định hướng, cách hỗ trợ giải quyết vấn đề kịp thời, giúp làm việc độc lập, có thói quen tự học vật lí, góp phần hình thành và phát triển năng lực tự học vật lí. Ngày nhận bài: 22/8/2012. Ngày nhận đăng: 15/6/2013. Liên hệ: Lương Viết Mạnh, e-mail: manhlv.dbdhss@moet.edu.vn. 3 Mai Văn Trinh, Lương Viết Mạnh 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Năng lực tự học vật lí của học sinh ở trường Dự bị Đại học Dân tộc Theo Lê Trọng Dương thì: “Năng lực tự học là khả năng tự mình tìm tòi, nhận thức và vận dụng kiến thức vào tình huống mới hoặc tương tự với chất lượng cao” [2; 32]. Khi học tập ở trường DBĐH DT, HS đã có nhưng kiến thức vật lí cơ bản, có kĩ năng giải các dạng toán, đã được chứng kiến hoặc thực hiện các thí nghiệm có liên quan đến bài học. Tuy nhiên, để có thể tự học vật lí thì HS cần có một số năng lực như: nhận biết, tìm tòi và phát hiện vấn đề; giải quyết vấn đề; làm thí nghiệm vật lí; tự kiểm tra đánh giá kết quả học tập môn Vật lí. Đó là cơ sở để HS tự học vật lí với sự hỗ trợ của sách giáo khoa, giáo trình và các tài liệu tham khảo. Để HS có thể tự học vật lí có hiệu quả thì giáo viên cần hướng dẫn phương pháp tự học, đồng thời cần có những phương tiện hỗ trợ HS, trong đó tài liệu hướng dẫn tự học vật lí cho HS là không thể thiếu. 2.2. Thiết kế tài liệu hướng dẫn tự học vật lí cho học sinh ở trường Dự bị Đại học Dân tộc 2.2.1. Quy trình thiết kế tài liệu hướng dẫn tự học vật lí Quy trình thiết kế tài liệu hướng dẫn tự học vật lí gồm các bước: - Phân tích: Xác định nhu cầu, tìm hiểu đối tượng, đề ra mục tiêu (về kiến thức, kĩ năng, thái độ). - Biên soạn: Vạch ra đề cương, nội dung, xem xét tài liệu hiện có; tổ chức biên soạn nội dung, chọn phương pháp dạy, phương pháp học, các phương tiện hỗ trợ hoạt động dạy và học. - Đánh giá: Sau khi biên soạn, cần được đưa vào thử nghiệm và xác định các công cụ đánh giá, kiểm tra chất lượng. Hoàn thiện phần thiết kế và triển khai thực hiện. 2.2.2. Cấu trúc tài liệu hướng dẫn tự học vật lí Tài liệu hướng dẫn tự học gồm 2 phần: Phần mở đầu và phần nội dung - Phần mở đầu bao gồm: Mục tiêu chung (kiến thức, kĩ năng, thái độ); Giới thiệu nội dung dạy học vật lí ở DBĐH DT theo quy định của Bộ Giáo dục về chương trình khung cho bộ môn Vật lí. - Phần nội dung: Tài liệu gồm 15 chuyên đề ứng với 15 chương (Động học, Động lực học, Các định luật bảo toàn, Điện tích và điện trường, Dòng điện không đổi, Từ trường và cảm ứng điện từ, Dao động cơ, Sóng cơ, Dòng điện xoay chiều, Dao động điện từ sóng điện từ, Các định luật quang hình, Mắt và các dụng cụ quang học, Tính chất sóng ánh sáng, Lượng tử ánh sáng, Nguyên tử và hạt nhân). Mỗi chuyên đề đều có phần giới thiệu tổng quan (Nhiệm vụ của chuyên đề, quy định về thời gian tự học). Tài liệu hướng dẫn tự học (Giáo trình, sách giáo khoa vật lí phổ thông, sách tham khảo và một số tài liệu khác). Trong mỗi chuyên đề của tài liệu được chia thành nhiều nhiệm vụ cụ thể giúp HS có thể giải quyết từng nhiệm vụ một cách độc lập trong một giới hạn thời gian cho phép. Ở mỗi nhiệm vụ đều có hệ thống câu hỏi định hướng cũng như hướng dẫn tự tra cứu các tài liệu 4 Thiết kế và sử dụng tài liệu hướng dẫn tự học Vật lí cho học sinh... liên quan. Sau khi HS hoàn thành các nhiệm vụ của chuyên đề và tự đối chiếu kiến thức lĩnh hội trong quá trình tự học ở phần phản hồi. 2.2.3. Giới thiệu tài liệu hướng dẫn tự học (Chuyên đề Dao động cơ) Trong giới hạn của bài viết này, chúng tôi chỉ tập trung giới thiệu chuyên đề Dao động cơ trong tài liệu hướng dẫn tự học, gồm các nội dung cụ thể như sau: I. Giới thiệu chuyên đề Dao động cơ - Mở đầu học kì II, HS được tiếp thu chuyên đề Dao động cơ. Trong chuyên đề này có những phần kiến thức tương đối khó như sự hình thành phương trình dao động điều hoà, sự tổng hợp dao động điều hoà. Để hiểu được, HS buộc phải vận dụng những kiến thức toán học như: Hàm lượng giác, đạo hàm, cộng véc tơ, biểu diễn phương trình lượng giác bằng véc tơ. . . Đây là một phần kiến thức mới với việc hình thành phương trình dao động điều hoà, được sử dụng cho các phần sau như: Sóng cơ học, dao động điện từ, dòng điện xoay chiều . . . - Thời lượng gồm: 01giờ cho việc chuẩn bị tài liệu, xem phần giới thiệu chuyên đề, yêu cầu cần đạt của chuyên đề; 12 giờ tự học cho 12 nhiệm vụ chính; 01 giờ cho việc tự kiểm tra. II. Tài liệu học tập 1. Đề cương chi tiết 11 môn hệ dự bị đại học (Ban hành kèm theo Quyết định số: 24/2006 /QĐ-BGDĐT ngày 29 tháng 5 năm 2006 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo) 2. Giáo trình vật lí dành cho trường DBĐH DT (tài liệu lưu hành nội bộ). 3. Nguyễn Thế Khôi, Vũ Thanh Khiết, 2009. Vật lí 12 nâng cao. Nxb Giáo dục. 4. Nguyễn Thế Khôi, Vũ Thanh Khiết, 2009. Bài tập vật lí 12 nâng cao. Nxb Giáo dục. III. Yêu cầu cần đạt được 1. Về kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa dao động điều hoà. - Nêu được li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu là gì. - Nêu được quá trình biến đổi năng lượng trong dao động điều hoà. - Viết được phương trình động lực học và phương trình dao động điều hoà của con lắc lò xo và con lắc đơn. - Viết được công thức tính chu kì (hoặc tần số) dao động điều hoà của con lắc lò xo và con lắc đơn. Nêu được ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do. - Trình bày được nội dung của phương pháp giản đồ Fre-nen. - Nêu được cách sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen để tổng hợp hai dao động điều hoà cùng tần số và cùng phương dao động. 5 Mai Văn Trinh, Lương Viết Mạnh - Nêu được điều kiện để hiện tượng cộng hưởng xảy ra. 2. Về kĩ năng: - Giải được những dạng toán đơn giản về dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn. - Biểu diễn được một dao động điều hoà bằng vectơ quay. - HS có thể tự thiết kế con lắc đơn và xác định chu kì dao động của nó. IV. Nhiệm vụ và hướng dẫn tự học Ở chuyên đề này, chúng tôi chia thành 12 nhiệm vụ chính, mỗi nhiệm vụ tương ứng với nội dung dạy trong một tiết học. Trong đó có 4 nhiệm vụ tìm hiểu lí thuyết và 8 nhiệm vụ tìm hiểu phương pháp giải một số dạng toán cơ bản của chuyên đề. Ở bài viết này, chúng tôi giới thiệu 1 nhiệm vụ tìm hiểu lí thuyết và 1 nhiệm vụ tìm hiểu phương pháp giải toán, đó là nhiệm vụ 1 và nhiệm vụ 5. Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu về dao động điều hoà - Tìm hiểu về dao động. Câu hỏi: Anh (chị) có nhận xét gì về các đặc điểm chuyển động của con lắc đơn, con lắc lò xo thẳng đứng, con lắc lò xo nằm ngang? Hướng dẫn: + Buộc viên bi bằng sợi chỉ để có được con lắc đơn, cho nó chuyển động và quan sát. + Xem hình 6.1a, b, c [3;28] hình dung khi di chuyển vật nặng rời khỏi vị trí cân bằng và thả tay thì vật nặng sẽ chuyển động như thế nào? + Xem phần 1 [3;28-29] và nêu dao động là gì? - Thiết lập phương trình động lực học của vật dao động trong con lắc lò xo. Nghiệm phương trình động lực học. Câu hỏi: Mô tả cấu tạo của con lắc lò xo? Hướng dẫn: Xem hình 6.3 [3;29]. Câu hỏi: Khi vật dao động, ở vị trí bất kì chịu những lực nào tác dụng? Hướng dẫn: Vẽ hình và phân tích các lực tác dụng vào vật. Câu hỏi: Theo định luật II Niu tơn, phương trình chuyển động của vật được viết thế nào? Hướng dẫn: Xem phần 2 [3;29]. Câu hỏi: Từ phương trình chuyển động hãy xác định gia tốc chuyển động của vật? Hướng dẫn: Phương trình vi phân: x + ω2x = 0 cho nghiệm có dạng: x = A cos (ωt+ φ) . Một chuyển động có phương trình như thế gọi là một dao động điều hoà. Câu hỏi: Dao động điều hòa là gì? 6 Thiết kế và sử dụng tài liệu hướng dẫn tự học Vật lí cho học sinh... - Tìm hiểu các đặc trưng của dao động điều hoà. Câu hỏi: Cho dao động điều hoà x = A cos (ωt+ φ). Xác định ý nghĩa của từng đại lượng trong phương trình Hướng dẫn: Xem phần 4 [3;31], ghi nhận ý nghĩa của từng đại lượng trong phương trình x = A cos (ωt+ φ) Câu hỏi: Nhận xét gì về khoảng thời gian 2π ω . Hãy lập biểu thức tính T và f đối với con lắc lò xo. Hướng dẫn: Xem phần 6 [3;32], ghi nhận ý nghĩa của từng đại lượng trong phương trình x = A cos (ωt+ φ) - Tìm hiểu về vận tốc, gia tốc trong dao động điều hoà. Câu hỏi: Từ phương trình li độ và ý nghĩa cơ học của đạo hàm, xác định biểu thức vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà. Hướng dẫn: Vận tốc là đạo hàm bậc nhất của li độ, gia tốc là đạo hàm bậc 2 của li độ. Câu hỏi: Hãy so sánh sự lệch pha của li độ và vận tốc; li độ và gia tốc. Hướng dẫn HS xác định φ của x và v, a dể từ đó suy ra sự lệch pha của chúng. Hướng dẫn: Quan sát hình 6.5 [3;32]. Nhiệm vụ 2: Giải bài toán về tìm các đại lượng đặc trưng trong dao động điều hòa - Tìm hiểu về phương pháp giải Câu hỏi: Đại lượng đặc trưng trong dao động điều hoà là những đại lượng nào? Câu hỏi: Những đại lượng đặc trưng đó có những công thức nào liên quan? - Khai thác bài toán mẫu Câu hỏi: Một vật nhỏ có khối lượng m = 50g, dao động điều hòa theo phương trình: x = 20 cos(10πt + π 2 ) (cm). Xác định độ lớn và chiều của các véc tơ vận tốc, gia tốc và lực kéo về tại thời điểm t = 0, 75T. Hướng dẫn: Tóm tắt bài toán x = 20 cos(10πt+ π 2 ) (cm) m = 50g, t = 0, 75T Yêu cầu tính: + !v =? + !a =? + ! F =? Hướng dẫn: Xác định các mối liên hệ cần xác lập + Phương trình dao động điều hoà x = 20 cos(10πt+ π 2 ) (cm) (1) 7 Mai Văn Trinh, Lương Viết Mạnh + Vận tốc trong dao động điều hoà tại một thời điểm bằng đạo hàm bậc nhất của li độ: v = x′ = ωA sin 2π (cm/s) (2) + Gia tốc trong dao động điều hoà tại một thời điểm bằng đạo hàm bậc nhất của vận tốc a = v′ = ω220 cos(10πt+ π 2 ) (cm/s2) (3) = (10π)2x (4) F = kx (5) với ω2 = k m (6) tại thời điểm t = 0, 75T = 0, 75.2π ω (7) - Đại lượng có giá trị “âm” thì chiều ngược chiều “dương” của trục toạ độ và ngược lại (8). Hướng dẫn: Sơ đồ tiến trình giải Hướng dẫn: Kết quả tính v = 0 m/s; a = 200 m/s2, ngược chiều dương; 8 Thiết kế và sử dụng tài liệu hướng dẫn tự học Vật lí cho học sinh... F = 10 N, ngược chiều dương. Hướng dẫn: Bài giải chi tiết Khi t = 0, 75T = 0, 75.2π ω = 0, 15 s thì x = 20 cos(10π.0, 15 + π 2 ) = 20 cos 2π = 20 cm; v = ωA sin 2π = 0; a = ω2x = 200 m/s2; F = kx = mω2x = 10 N; a và F đều có giá trị âm nên gia tốc và lực kéo về đều hướng ngược với chiều dương của trục tọa độ. - Bài tập tự giải. Phần này gồm một số bài tập của dạng toán có đáp số kèm theo như: Tại tài liệu [4] làm các bài tập 2.5, 2.12, 2.18;... V. Phản hồi Phần phản hồi gồm các kiến thức giúp HS đối chiếu với kết quả tự học của bản thân theo từng nhiệm vụ học tập sau khi hoàn thành các nhiệm vụ của chuyên đề. Trong phần phản hồi, tài liệu chỉ tập trung giới thiệu kết quả cuối cùng mà không có phần dẫn dắt, biện luận hay chứng minh. 2.2.4. Sử dụng tài liệu hướng dẫn tự học vật lí nhằm hình thành và phát triển năng lực tự học cho học sinh Chúng tôi biên soạn tài liệu hướng dẫn tự học theo hướng tăng cường vai trò chủ động của HS. Tài liệu được biên soạn phù hợp với cấu trúc và nội dung của chương trình ở trường Dự bị Đại học Dân tộc. Đồng thời, tài liệu cũng được biên soạn phù hợp với khả năng của HS và nêu lên được phương pháp học tập. Tài liệu được sử dụng cả trong tự học và giờ học trên lớp. Ở trong giờ tự học, HS sẽ tự học theo nhịp độ cá nhân, ghi chép lại những nội dung đã học, những vấn đề còn chưa giải quyết được sẽ được trao đổi thảo luận ở trên lớp với sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên. Tuy nhiên do khả năng của mỗi HS khác nhau nên tác dụng đạt được của tài liệu sẽ không giống nhau. Đối với HS, để sử dụng tốt tài liệu này, HS cần phải tuân thủ từng bước theo yêu cầu sau đây: Thứ nhất, HS phải biết được mục tiêu của kiến thức mình định nghiên cứu. Phần này trình bày những yêu cầu về kiến thức và kĩ năng mà HS cần nắm được khi học. HS phải chuẩn bị các tài liệu tham khảo theo yêu cầu của tài liệu; Thứ hai, HS đọc các câu hỏi hướng dẫn tự học. Đây là hệ thống câu hỏi được soạn theo từng nội dung bài học. Những câu hỏi này vừa mang tính chất gợi mở vừa mang tính chất tái hiện kiến thức trong các tài liệu tham khảo. Để nắm vững và bổ sung các kiến thức còn thiếu, HS phải tiếp tục đọc các vấn đề cần nghiên cứu (thông tin phản hồi). Đó là kiến thức của bài học đã được chuẩn hoá và viết một cách cô đọng, ngắn gọn để HS có thể tiếp nhận một cách chuẩn xác nhất (Đó cũng là nội dung trả lời của các câu hỏi đặt ra ở trên). Đối với giáo viên, tài liệu này được cũng được xem như một tài liệu tham khảo. Giáo viên có thể sử dụng từng nội dung trong tài liệu vào các mục đích khác nhau. Nếu GV sử dụng tài liệu hướng dẫn tự học vật lí trong giờ lên lớp thì cần phải thay đổi thiết 9 Mai Văn Trinh, Lương Viết Mạnh kế giáo án và cách tổ chức hoạt động. Để tạo động lực cho việc học tập với tài liệu hướng dẫn tự học, giáo viên cần kiểm tra, đánh giá kết quả tự học của HS thông qua hệ thống câu hỏi tự luận, trắc nghiệm, bảng kiểm tra, đánh giá các kĩ năng tự học của HS. 3. Kết luận Tài liệu hướng dẫn tự học vật lí đưa đến cho HS phương pháp tự chiếm lĩnh tri thức, tự đánh giá kết quả học tập của mình. Tài liệu hướng dẫn tự học vật lí ở trường DBĐH DT được thiết kế nhằm hỗ trợ tích cực trong tự học, tự nghiên cứu chương trình vật lí của HS dân tộc thiểu số. Từ đó, tài liệu giúp HS tự chuyển hoá các tri thức từ giáo trình, tài liệu tham khảo thành tri thức của bản thân. HS có thể mang theo tài liệu hướng dẫn tự học để học bất cứ ở đâu và bất cứ lúc nào khi có điều kiện. HS có thể học tập với nhịp độ cá nhân, tự đánh giá kết quả học tập. Kiến thức cơ bản, kĩ năng, kĩ xảo thực hiện môn học được củng cố vững chắc vì HS tự chiếm lĩnh nó. Đó là ưu điểm vượt trội của tài liệu tự học có hướng dẫn. Cách tự học chung chung, không biết học cái gì hoặc đọc lại giáo trình một cách máy móc sẽ được thay thế dần bằng thói quen tự học có mục đích rõ ràng. Từ đó hình thành và phát triển năng lực tự học để HS có thể tự học, tự đào tạo suốt đời. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Huy Cẩn, 2009. Tăng cường năng lực tự học cho sinh viên hóa học ở trường ĐHSP bằng phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun. Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. [2] Lê Trọng Dương, 2006. Hình thành và phát triển năng lực tự học cho sinh viên ngành Toán hệ Cao đẳng Sư phạm. Luận án Tiến sĩ Giáo dục học, Đại học Vinh. [3] Malcolm Skilbeck, Helen Connell, 2004. Teachers for the future - The changing nature of society and related issues for the teaching workforce. [4] Phạm Hữu Tòng, 1989. Phương pháp dạy bài tập Vật lí. Nxb Giáo dục. ABSTRACT Designing and using a the physics self-study guide to teach for non-Kinh students of Ethnic at the pre- university level A self-study guide is used to help students to engage in self-study when carrying out specific tasks and searching for information. They would engage in self-study based on their own ability and it would allow them to access their capabilities, promoting their positive attributes and inspiring voluntary activity when learning at home or at school. This article presents the process of designing a self-study guide that consists of three steps, and it illustrates the use of these steps through the oscillatory thematic for students to self-study at Ethnic pre-university. 10