›

Khóa luận Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương “Chất khí” Vật lý 10 cơ bản

pdf 152 trang thiennha21 16/04/2022 2551
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương “Chất khí” Vật lý 10 cơ bản", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_phat_trien_nang_luc_thuc_nghiem_cho_hoc_sinh_thpt.pdf

Nội dung text: Khóa luận Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương “Chất khí” Vật lý 10 cơ bản

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH NGUYỄN NHẬT QUANG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH THPT BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10 CƠ BẢN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh- 2018
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ NGUYỄN NHẬT QUANG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH THPT BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10 CƠ BẢN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ Mã số: 102 Chủ tích hội đồng Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện TS. Nguyễn Lâm Duy Th.S. Nguyễn Thanh Loan Nguyễn Nhật Quang Thành phố Hồ Chí Minh - 2018
  3. LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này, tôi đã nhận được sự quan tâm và giúp đỡ rất lớn từ quý Thầy, Cô và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến: Cô Th.S. Nguyễn Thanh Loan – người trực tiếp hướng dẫn về mặt chuyên môn, đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt những kinh nghiệm và giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Quý Thầy, Cô trường Đại học Sư phạm TPHCM, quý Thầy, Cô khoa Vật Lý và đặc biệt là quý Thầy, Cô tổ Vật Lý Đại Cương luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi có thể thực hiện các nghiên cứu phục vụ cho khóa luận. Ban giám hiệu, Quý Thầy, Cô giáo và các em Học sinh trường Trung Học Thực Hành ĐHSP TPHCM và trường THPT chuyên Lương Thế Vinh đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong việc điều tra, khảo sát và thực nghiệm sư phạm. Hỗ trợ tôi trong quá trình chuẩn bị các dụng cụ cho thực nghiệm. Cô Nguyễn Hoàng Trúc – người trực tiếp hướng dẫn thực tập, chỉ dẫn tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm Quý Thầy, Cô phản biện và hội đồng chấm khóa luận đã đọc và có những nhận xét cũng như góp ý quý giá cho khóa luận. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè luôn sát cánh bên tôi trong thời gian học tập, luôn động viên, ủng hộ và hỗ trợ về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa luận này trong điều kiện tốt nhất Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2018 Sinh viên NGUYỄN NHẬT QUANG i
  4. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài và tổng quan vấn đề nghiên cứu 1 2. Đối tượng nghiên cứu 2 3. Phạm vi nghiên cứu 2 4. Giả thuyết khoa học 2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 6. Phương pháp nghiên cứu 3 7. Đóng góp của đề tài 4 8. Cấu trúc khóa luận 4 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG CHẤT KHÍ VẬT LÝ 10 CƠ BẢN 5 1.1. Năng lực thực nghiệm 5 1.1.1. Khái niệm năng lực 5 1.1.2. Khái niệm năng lực thực nghiệm 6 1.2. Thí nghiệm mở trong dạy học Vật lý 9 1.2.1. Khái niệm thí nghiệm Vật lý 9 1.2.2. Khái niệm cơ bản về thí nghiệm mở 12 ii
  5. 1.2.3. Cơ sở vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở trong dạy học Vật lý 12 1.3. Phiếu hướng dẫn đánh giá năng lực thực nghiệm theo tiêu chí (Rubric) 15 1.3.1. Khái niệm Rubric. 15 1.3.2. Phân loại Rubric 16 1.3.3. Nguyên tắc thiết kế Rubric 19 1.3.4. Quy trình thiết kế Rubric 19 1.3.5. Sử dụng công cụ đánh giá NLTN ở trường Phổ thông 21 1.4. Thực tiễn việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc sử dụng thí nghiệm mở 22 1.5. Kết luận 23 CHƯƠNG II: VẬN DỤNG QUY TRÌNH SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ Ở TỪNG BÀI CỦA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10, CƠ BẢN 25 2.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm trong chương “Chất khí” và phương án sử dụng thí nghiệm mở cho từng bài 25 2.1.1. Nội dung của chương 25 2.1.2. Kiến thức, kĩ năng của chương 25 2.1.3. Các mức độ thí nghiệm mở được áp dụng và các thí nghiệm sẽ xây dựng để hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho tiết học. 26 2.2. Vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. 26 2.2.1. Các phương án và thiết bị hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho các tiết học sử dụng thí nghiệm mở. 26 2.2.1.1. Thí nghiệm chứng minh vận tốc của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ (xây dựng với mức độ mở 1). 27 iii
  6. 2.2.1.2. Thí nghiệm định tính minh họa định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 1). 28 2.2.1.3. Thí nghiệm định lượng kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 2). 29 2.2.1.4. Các thí nghiệm định tính sử dụng để hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho tiết học ở mức độ mở 3 bài Định luật Charles. 31 2.2.1.5. Thí nghiệm định lượng kiểm chứng định luật Charles (mức độ mở 3). 34 2.2.2. Xây dựng các phiếu học tập cho từng bài theo quy trình xây dựng thí nghiệm mở 36 2.2.2.1. Phiếu học tập cá nhân bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí (mức độ mở 1) 36 2.2.2.2. Phiếu học tập cá nhân bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle- Mariotte (mức độ mở 1 và 2) 39 2.2.2.3. Phiếu học tập nhóm bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 2) 42 2.2.2.4. Phiếu học tập nhiệm vụ về nhà chuẩn bị cho bài Định luật Charles (mức độ mở 3) 44 2.2.2.5. Phiếu học tập cá nhân bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (mức độ mở 3) 45 2.2.2.6. Phiếu học tập nhóm bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (mức độ mở 3) 47 2.2.3. Xây dựng Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh khi tiến hành dạy học vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở 49 2.2.3.1. Xây dựng Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm 49 iv
  7. 2.2.3.2. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí (mức độ mở 1) 59 2.2.3.3. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Quá trình đẳng nhiệt- Định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 1 và 2) 60 2.2.3.4. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (mức độ mở 3) 62 2.3. Soạn thảo giáo án dạy học các bài chương “Chất khí” vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở. 64 2.3.1. Cấu trúc kiến thức chương Chất khí, Vật lý 10, cơ bản. 64 2.3.2. Giáo án dạy học sử dụng thí nghiệm mở bài “Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí” (Mức độ mở 1). 65 2.3.3. Giáo án dạy học sử dụng thí nghiệm mở bài “Quá trinh đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte” (mức độ mở 1+2). 75 2.3.4. Giáo án dạy học sử dụng thí nghiệm mở bài “Quá trình đẳng tích- Định luật Charles” (mức độ mở 3) 89 Chương III. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 99 3.1. Mục đích thực nghiệm 99 3.2. Đối tượng thực nghiệm 99 3.3. Nhiệm vụ thực nghiệm 99 3.4. Nội dung thực nghiệm 99 3.4.1. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm 99 3.4.2. Chuẩn bị cho thực nghiệm 100 3.4.3. Phương pháp thực nghiệm 101 3.5. Tình hình phát triển năng lực thực nghiệm chương “Chất khí” Vật lý 10, cơ bản. 102 v
  8. 3.5.1. Nội dung điều tra 102 3.5.2. Phương pháp điều tra 103 3.5.3. Kết quả điều tra 103 3.5.3.1. Thực trạng thiết bị thí nghiệm chương “Chất khí” ở các trường THPT đã khảo sát 103 3.5.3.2. Về phương pháp dạy và những khó khăn trong việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh của giáo viên THPT với môn Vật Lý nói chung và chương “Chất khí” nói riêng 104 3.5.3.3. Về hoạt động học tập và tình hình phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh THPT với môn Vật Lý nói chung và đối với chương “Chất khí” nói riêng. 105 3.5.3.4. Nguyên nhân gây nên những khó khăn trong việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh và biện pháp khắc phục 107 3.5.3.5. Các biện pháp khắc phục những khó khăn trên: 108 3.6. Kết quả thực nghiệm 109 3.6.1. Bài “Cấu tạo chất - Thuyết động học phân tử chất khí” 109 3.6.2. Bài “Quá trình đẳng nhiệt - Định luật Boyle-Mariotte” 111 3.6.3. Bài “Quá trình đẳng tích-Định luật Charles” 114 3.6.4. Đánh giá sự phát triển NLTN của HS 118 3.6.5. Hình ảnh thí nghiệm của học sinh 127 KẾT LUẬN 131 KIẾN NGHỊ VÀ MỞ RỘNG ĐỀ TÀI 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 PHỤ LỤC 163 vi
  9. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐHSP Đại học Sư phạm SGK Sách giáo khoa THPT Trung Học Phổ Thông NLTN Năng lực thực nghiệm Nxb Nhà xuất bản GV Giáo viên HS Học sinh TN Thí nghiệm BTVN Bài tập về nhà TNSP Thực nghiệm sư phạm TPHCM Thành Phố Hồ Chí Minh TBTN Thiết bị thí nghiệm vii
  10. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Những kiến thức, kỹ năng, thái độ cần có của NLTN 8 Bảng 1.2. So sánh thí nghiệm Vật lý của nhà nghiên cứu và thí nghiệm Vật lý của học sinh 10 Bảng 1.3. Rubric năng lực tiến hành thí nghiệm 19 Bảng 1.4. Tiêu chuẩn đánh giá một Rubric tốt 21 Bảng 2.1. Rubric đánh giá năng lực xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán giả thuyết. 51 Bảng 2.2. Rubric đánh giá năng lực thiết kế các phương án thí nghiệm 53 Bảng 2.3. Rubric đánh giá năng lực tiến hành các phương án TN đã thiết kế. 56 Bảng 2.4. Rubric đánh giá năng lực xử lý, phân tích và trình bày. 58 Bảng 2.5. Rubric đánh giá năng lực cải tiến và chế tạo dụng cụ. 59 Bảng 2.6. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử 60 Bảng 2.7. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte 62 Bảng 2.8. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles 64 Bảng 3.1. Kế hoạch TNSP 100 Bảng 3.2. Đánh giá sự phát triển NLTN của học sinh 125 viii
  11. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Mức độ mở của thí nghiệm 13 Hình 2. 1. Thí nghiệm đơn giản minh họa vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí 28 Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte. 30 Hình 2.3.Thí nghiệm định tính đơn giản minh họa định luật Charles 32 Hình 2.4. Thí nghiệm định tính đơn giản minh họa định luật Charles 32 Hình 2.5. Thí nghiệm định tính đơn giản minh họa định luật Charles 33 Hình 2.6. Bố trí dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles 35 Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc nội dung thuyết động học phân tử chất khí chương trình Vật lý 10, cơ bản 64 Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc nội dung các định luật chất khí theo chương trình Vật lý 10, cơ bản 65 Hình 3.1. Dụng cụ kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte ở các trường THPT 104 Hình 3.2. Học sinh tiến hành thí nghiệm định tính minh họa sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích khí 127 Hình 3.3. Học sinh bố trí thí nghiệm 127 Hình 3.4. Học sinh tiến hành thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte 128 Hình 3.5. Học sinh tiến hành thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles 128 Hình 3.6. Học sinh xử lý và phân tích số liệu thu được 129 Hình 3.7. Học sinh làm thí nghiệm biểu diễn minh họa định luật Charles 129 ix
  12. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài và tổng quan vấn đề nghiên cứu Thế giới đang ngày càng phát triển mạnh mẽ không ngừng về mọi mặt. Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu vẫn tồn tại nhiều khó khăn, những thách thức to lớn. Trong công cuộc xây dựng xã hội chủ nghĩa, công nghiệp hóa, hiện đại hóa, phát triển kinh tế xã hội thì con người là nhân tố quyết định. Nó đòi hỏi phải xây dựng nguồn nhân lực có trình độ, chất lượng chuyên môn cao. Đó phải là những con người có tri thức, năng động, sáng tạo, tự chủ, không ngừng học hỏi, sẵn sàng tham gia lao động sản xuất. Những con người ấy chỉ có thể được hình thành từ nền giáo dục tiên tiến và toàn diện. Trước những yêu cầu mới của thời đại, Bộ GD & ĐT đã xây dựng chương trình, chuẩn kiến thức giáo dục phổ thông với hệ thống các môn học phù hợp với những yêu cầu của sự phát triển, đảm bảo hoàn thành mục tiêu giáo dục. Trong đó bộ môn Vật lý cung cấp một hệ thống tri thức khoa học phong phú, đa dạng trên mọi lĩnh vực, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành thế giới quan duy vật biện chứng. Ngoài ra vật lý học còn làm nền tảng, cơ sở của rất nhiều ngành kĩ thuật ứng dụng khác, góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho HS. Các kiến thức vật lý được vận dụng vào cuộc sống, vào quá trình lao động sản xuất và trong kĩ thuật công nghệ. Đối với các môn khoa học thực nghiệm nói chung và môn Vật lý nói riêng thì tư tưởng chủ đạo của các sách giáo khoa Vật lý trung học phổ thông là nội dung, kiến thức mới được hình thành phần lớn thông qua các thí nghiệm, thực hành. Vì vậy, việc đổi mới đó gắn liền với việc phải tăng cường sử dụng thí nghiệm trong quá trình học tập để phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh. Tuy nhiên hiện nay, việc dạy thí nghiệm ở các trường THPT còn rất nhiều hạn chế như thời gian, dụng cụ dạy học, phương pháp để sử dụng thí nghiệm vào bài dạy. Điều này khiến học sinh không được tiếp xúc nhiều với các thí nghiệm Vật lý, không được kiểm chứng các định luật được học mà chủ yếu học sinh được nhận kiến thức suông, theo hình thức thông báo, ghi nhận và giảng giải. Học sinh sẽ thường thắc mắc và dễ hiểu lầm về các kiến thức được học. Mặt khác, năng lực thực nghiệm – một năng lực cực kì quan trọng đối với môn học Vật lý của học sinh còn rất nhiều hạn chế, sự hạn chế 1
  13. đó thể hiện ở không chỉ về mặt thực hành mà còn cả về mặt kiến thức. Học sinh thường gặp lúng túng trong việc đề xuất phương án thí nghiệm, bố trí, tiến hành thí nghiệm Vì vậy đòi hỏi phải có sự linh hoạt, tích cực của cả giáo viên và học sinh trong việc xây dựng các tiết dạy và học có sử dụng thí nghiệm. Việc sử dụng thí nghiệm với yêu cầu thí nghiệm được nâng dần lên, từ việc chỉ làm theo hướng dẫn của tài liệu, của giáo viên cho tới việc học sinh có thể tự đề xuất phương án, thí nghiệm, tự tiến hành thí nghiệm, tự chế tạo những dụng cụ thí nghiệm hỗ trợ cho việc học tập các kiến thức sẽ giúp học sinh có thể phát triển được năng lực thực nghiệm của mình. Với những lý do trên, tôi lựa chọn vấn đề “Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương “Chất khí” vật lý 10 cơ bản” làm đề tài nghiên cứu của mình. 2. Đối tượng nghiên cứu - Phương pháp sử dụng thí nghiệm mở thực nghiệm trong dạy học vật lý. - Hoạt động thực nghiệm của học sinh trong chương “Chất khí” Vật lý 10, cơ bản ở các trường THPT. 3. Phạm vi nghiên cứu - Nội dung: Đề tài phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh ở trường THPT bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương “Chất Khí”, Vật lý 10 cơ bản tại thành phố Hồ Chí Minh. - Địa bàn nghiên cứu: Trường Trung Học Thực Hành ĐHSP TPHCM và trường THPT chuyên Lương Thế Vinh - Đồng Nai 4. Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở vào dạy học chương “Chất khí” Vật lý 10, cơ bản thì sẽ góp phần phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ nghiên cứu cơ bản sau: 2
  14. - Cơ sở lý luận về năng lực thực nghiệm của học sinh, về thí nghiệm mở, việc vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở trong dạy học Vật lý THPT. - Nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. - Nghiên cứu các kiến thức dạy học chương “Chất khí” trong chương trình vật lý 10 cơ bản, các thí nghiệm cần thiết để sử dụng trong dạy học sử dụng thí nghiệm mở, các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, phương án hướng dẫn thí nghiệm cho học sinh. - Tìm hiểu các bài tập thí nghiệm đánh giá được các thành phần năng lực thực nghiệm khác nhau. - Tìm hiểu thực trạng phát triển năng lực thực nghiệm môn Vật Lý của học sinh ở một số trường THPT nhằm làm rõ những khó khăn và nguyên nhân của những khó khăn ấy trong việc phát triển năng lực thực nghiệm và tổ chức hoạt động dạy học thí nghiệm cho học sinh. - Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính hiệu quả, ưu và nhược điểm của nghiên cứu trong việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh thông qua việc vận dụng thí nghiệm mở. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết và lý luận: + Tìm hiểu các tài liệu, các luận văn có liên quan đến việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật Lý THPT. + Tìm hiểu các bài báo, các nghiên cứu về việc sử dụng thí nghiệm mở trong dạy học Vật Lý THPT. + Tìm hiểu các luận văn có liên quan đến việc xây dựng công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. + Tìm hiểu các tài liệu về bài tập thí nghiệm Vật Lý. + Nghiên cứu các tư liệu về yêu cầu, nội dung, mục tiêu dạy học chương “Chất khí” Vật lý 10 cơ bản. - Nghiên cứu thực tiễn: quan sát khoa học, điều tra, phân tích và tổng kết kinh nghiệm: 3
  15. + Tìm hiểu thực trạng phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh THPT và rút ra những khó khăn cũng như phương án để giải quyết những khó khăn đó. - Thực nghiệm sư phạm: + Vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở vào các bài dạy khảo sát các định luật Chất khí, hướng dẫn học sinh trải nghiệm các mức độ mở nhằm phát triển năng lực thực nghiệm. + Đánh giá năng lực của học sinh thông qua công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm. + Thống kê lại sự phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh. 7. Đóng góp của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là nguồn tư liệu dạy học bổ sung cho chương “Chất khí”. Đồng thời, đây sẽ là cơ sở cho các đề tài nghiên cứu xây dựng và sử dụng hiệu quả thí nghiệm vào việc dạy học, cũng như cách đánh giá năng lực thực nghiệm cho học sinh trong tương lai. Đây cũng là cơ sở phương pháp để giáo viên sử dụng trong dạy học phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. 8. Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 3 chương: CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG CHẤT KHÍ VẬT LÝ 10, CƠ BẢN. CHƯƠNG II: VẬN DỤNG QUY TRÌNH SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ Ở TỪNG BÀI CỦA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10, CƠ BẢN. CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM. 4
  16. CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG CHẤT KHÍ VẬT LÝ 10 CƠ BẢN 1.1. Năng lực thực nghiệm 1.1.1. Khái niệm năng lực Năng lực là một cấu trúc tâm lý rất phức tạp và có những đặc trưng riêng phù hợp với những yêu cầu của một hoạt động nhất định. Đề cập đến vấn đề năng lực, các nhà tâm lý học cho rằng chỉ một số năng lực có mầm mống di truyền các tư chất nhưng từ chỗ đó đến sự hình thành năng lực hoàn chỉnh, hình thành tài năng thiên tài, như từ mầm tới cây trổ hoa kết quả, còn rất xa. Nhưng tư chất phải được nuôi dưỡng và phát triển đúng “thì” bằng những hoạt động thích hợp, đúng “cách”, trong những môi trường thuận lợi mới trở thành năng khiếu. Tiếp đó phải rèn luyện có hệ thống để lĩnh hội hệ thống các tri thức, kĩ năng, thái độ, tình cảm, phẩm chất, ý chí thích hợp, đồng bộ thì năng khiếu mới phát triển thành tài [5]. Khái niệm năng lực được hiểu theo nhiều cách khác nhau:. Năng lực (cũng tương tự như cường độ vector) nói lên người đó có thể làm gì, làm đến mức nào, làm với chất lượng ra sao. Thông thường người ta còn gọi là khả năng hay “tài” [5]; Là “những khả năng cơ bản dựa trên cơ sở tri thức, kinh nghiệm, các giá trị và thiên hướng của một con người được phát triển thông qua thực hành giáo dục” [5]. “Năng lực là tổ hợp của các thuộc tính độc đáo của cá nhân, phù hợp với những nhu cầu của một hoạt động nhất định, bảo đảm cho hoạt động đó hoạt động có kết quả [1]. Là “những đặc điểm tâm lý của nhân cách, là điều kiện chủ quan để thực hiện có kết quả một dạng hoạt động nhất định. Năng lực có quan hệ với kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo. Năng lực thể hiện ở tốc độ, chiều sâu, tính bền vững và phạm vi ảnh hưởng của kết quả hoạt động 5
  17. ở tính sáng tạo, tính độc đáo của phương pháp hoạt động. Một số năng lực có thể đo được bằng trắc nghiệm” [14]. “Năng lực của học sinh là sự kết hợp hợp lý theo kiến thức, kĩ năng và sự sẵn sàng tham gia để cá nhân hành động có trách nhiệm và biết phê phán tích cực hướng tới giải pháp cho các vấn đề” (Weinet, 2001) [24]. Trong cuốn “Tâm lý học” (1995,nxb GD), GS.VS. Phạm Minh Hạc đưa ra khái niệm: “Năng lực bao gồm cả khái niệm như năng khiếu, khả năng, sở trường, tài Nó cũng bao gồm cả năng lực tiềm năng và năng lực hiện thực, năng lực đơn giản và năng lực phức hợp (hay sự phức tạp) [5]. Năng lực có mối quan hệ mật thiết với tri thức và kĩ năng, kĩ xảo. Kĩ năng là phương thức vận dụng tri thức vào hoạt động thực hành đã được củng cố. Kĩ xảo là những hành động đã trở nên tự động hóa nhờ luyện tập. Tri thức, kĩ năng và kĩ xảo trong một lĩnh vực nào đó là điều kiện cần thiết để hình thành năng lực trong lĩnh vực ấy. Năng lực góp phần làm cho quá trình tiếp thu tri thức và kĩ năng, kĩ xảo diễn ra nhanh chóng và thuận lợi hơn. Từ các khái niệm tổng quát về năng lực như trên, ta có thể hiểu một cách đơn giản: Năng lực là khả năng thực hiện một cách có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong những tình huống khác nhau thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp; xã hội hay cá nhân trên cơ sở hiểu biết, kỹ năng, kỹ xảo và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động [12]. 1.1.2. Khái niệm năng lực thực nghiệm Trong dạy học Vật lý, phương pháp thực nghiệm được Spaki khái quát như sau: Xuất phát từ các quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng giả thuyết. Giả thuyết không đơn giản là sự tổng quát hóa các thí nghiệm đã được làm, nó chứa đựng cái gì đó mới mẻ, không sẵn có trong từng thí nghiệm. Bằng các phép suy luận logic và bằng toán học, nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới mà trước đó chưa biết đến. Những sự kiện và hệ quả mới đó lại được thực nghiệm kiểm tra và nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định giả thuyết, biến định luật thành một định luật Vật lý chính xác. 6
  18. Theo nghĩa rộng, NLTN là “khả năng vận dụng những kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng, thái độ và hứng thú để hành động một cách phù hợp và có hiệu quả trong các tình huống đa dạng của cuộc sống” [8]. Theo một cách hiểu đơn giản, năng lực thực nghiệm là khả năng đề xuất phương án thí nghiệm khả thi, tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thể, thiết bị dụng cụ, quan sát, đo đạc) để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra (nó là một nhận định về một tính chất, một mối liên hệ, một nguyên lý nào đó, cho phép đề xuất một kết luận mới hoặc xác minh một giả thuyết, một phỏng đoán nào đó) [13]. NLTN là năng lực mà người học có thể hình thành và phát triển khi nghiên cứu các bộ môn khoa học, trong đó Vật lý là môn khoa học có khả năng phát triển tốt năng lực này. NLTN vật lý là khả năng vận dụng các kiến thức, kĩ năng thực hành trong lĩnh vực vật lý cùng với thái độ tích cực để giải quyết các vấn đề đặt ra trong thực tiễn [20]. Để lý thuyết Vật lý được dạy trong nhà trường trở nên hữu ích trong khoa học đời sống, vấn đề phát triển NLTN là rất cần thiết. Các năng lực chuyên biệt môn Vật lý nói chung và NLTN nói riêng, để có thể hình thành, phát triển và đánh giá là việc làm hết sức khó khăn và đòi hỏi cần có thời gian. Do đó, việc chia nhỏ NLTN thành các năng lực thành phần và xây dựng các mức độ năng lực khác nhau là rất cần thiết. Để làm rõ nội hàm của NLTN, ta cần chỉ ra được những kiến thức, kỹ năng, thái độ cần có nhằm mục đích làm nền tảng cho việc thể hiện, phát triển năng lực đó và sau đó xây dựng các công cụ đánh giá năng lực. 7
  19. Năng lực thực nghiệm Kiến thức Kĩ năng Thái độ - Kiến thức vật lý liên - Xác định mục đích TN, thiết kế - Thái độ kiên nhẫn. quan đến vấn đề cần khảo phương án TN, chế tạo dụng cụ - Thái độ trung thực. sát. TN, lựa chọn dụng cụ TN, lắp ráp, - Thái độ tỉ mỉ. - Kiến thức về thiết bị, về bố trí dụng cụ TN, tiến hành TN. - Thái độ hợp tác. an toàn. - Thay đổi các đại lượng, sử dụng - Thái độ tích cực. - Kiến thức về xử lý số dụng cụ đo, hiệu chỉnh dụng cụ đo, liệu, kiến thức về sai số. đọc số liệu, sửa chữa các sai hỏng Kiến thức về biểu diễn số thông thường. liệu dưới bảng biểu, đồ thị. - Quan sát diễn biến hiện tượng, ghi lại kết quả, biểu diễn bằng bảng biểu, đồ thị, tính toán sai số. - Biện luận, trình bày kết quả. Bảng 1.1. Những kiến thức, kỹ năng, thái độ cần có của NLTN NLTN được cấu trúc từ nhiều khía cạnh nhỏ liên quan đến thực nghiệm như: + Năng lực xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán, giả thuyết. + Năng lực thiết kế các phương án thí nghiệm. + Năng lực tiến hành phương án thí nghiệm đã thiết kế. + Năng lực xử lý, phân tích và trình bày kết quả. + Năng lực cải tiến và chế tạo thiết bị. Để đánh giá các năng lực thành phần này ở học sinh, ta cần xây dựng các tiêu chí mà học sinh cần đạt được ở mỗi mức độ năng lực khác nhau: + Ở mức độ 1: GV mô tả một hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm, HS quan sát, mô tả lại được hiện tượng Vật lý và thực hiện được thí nghiệm theo mẫu hoặc theo một hướng dẫn chi tiết, cụ thể. 8
  20. + Ở mức độ 2: Với nhiệm vụ thí nghiệm hoặc vấn đề mà GV đưa ra, HS xác định được mục đích thí nghiệm.Từ các dụng cụ có sẵn, HS tự thiết kế và thực hiện các phương án thí nghiệm. Trình bày số liệu khoa học (lập bảng số liệu) và xử lý số liệu (tính toán các số liệu trung gian, sai số, trung bình, vẽ đồ thị ) + Ở mức độ 3: Dựa vào vấn đề hay nhiệm vụ thí nghiệm do GV đề ra, HS dựa vào hiểu biết đã có về hiện tượng để đề xuất các dự đoán và xây dựng giả thuyết. Ở mức độ này, HS thể hiện được khả năng sáng tạo trong việc hình dung các nguyên nhân, mối quan hệ chi phối hiện tượng, xây dựng các phương án thí nghiệm Tuy nhiên, việc xem xét, đánh giá tính khả thi của các dự đoán và đề xuất vẫn cần tới sự trợ giúp của GV. + Ở mức độ 4: HS thể hiện được sự độc lập trong hoạt động thực nghiệm. HS tự phát hiện ra vấn đề, tự xác định mục đích từ nhiệm vụ thí nghiệm hay vấn đề HS tự phát hiện ra trong quá trình thực nghiệm. Tự xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm kiểm tra. Từ kết quả thí nghiệm, HS đánh giá đươc tính đúng đắn của các giả thuyết đưa ra hoặc bác bỏ giả thuyết. HS vận dụng tốt kiến thức để giải thích hay dự đoán một số hiện tượng trong thực tiễn, để nghiên cứu các thiết bị kỹ thuật. 1.2. Thí nghiệm mở trong dạy học Vật lý 1.2.1. Khái niệm thí nghiệm Vật lý Khi bàn về khái niệm “thí nghiệm” nói chung và “thí nghiệm Vật lý” nói riêng, cuốn Từ điển Tiếng Việt định nghĩa: “Thí nghiệm là làm thử theo những điều kiện, nguyên tắc đã được xác định để nghiên cứu, chứng minh ” [8]. “Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.” Theo tác giả Nguyễn Đức Thâm định nghĩa [15]. Từ các định nghĩa trên, ta thấy thí nghiệm Vật lý có một số đặc điểm sau: a) Tính mục đích và kế hoạch của thí nghiệm: một thí nghiệm bất kỳ được lập ra luôn phải nhằm tới một mục đích cụ thể nào đó và phải có một kế hoạch hành động. Mục 9
  21. đích của thí nghiệm rất đa dạng và nó thay đổi theo sự phát triển của khoa học, kỹ thuật. Do đó, kế hoạch tiến hành thí nghiệm cũng đa dạng và không có một mẫu chung. b) Những yếu tố cơ bản: Một thí nghiệm thường phải xác định được nhiệm vụ thí nghiệm và đối tượng nghiên cứu; người làm thí nghiệm cũng cần lựa chọn phương pháp nghiên cứu và cách thức phù hợp để thực hiện phương pháp ấy, dùng toán học và suy luận lôgic để xử lý kết quả thí nghiệm nhằm rút ra những kết luận cần thiết. c) Một thí nghiệm bao giờ cũng mang tính chủ quan. Đó là do: thí nghiệm luôn phụ thuộc vào đặc điểm các cơ quan cảm giác của người làm thí nghiệm; khả năng cảm nhận, năng lực và kiến thức của người làm thí nghiệm; việc xác lập mục đích và phương pháp nghiên cứu của người làm thí nghiệm; các thao tác của người làm thí nghiệm. d) Mọi thí nghiệm đều được gắn liền với một hệ thống lý thuyết. Đó là do: các thí nghiệm đều sử dụng các dụng cụ thí nghiệm mà các dụng cụ này lại là kết quả của các hoạt động lý thuyết trước đó; thí nghiệm bao giờ cũng diễn ra theo một mục đích xác định được xây dựng trên cơ sở của một hệ thống kiến thức nhất định; các kết quả thí nghiệm không ghi lại được toàn bộ diễn biến của hiện tượng mà chỉ ghi lại được những nút nhất định. Các thành phần thí Thí nghiệm Vật lý của các Thí nghiệm Vật lý của học nghiệm nhà nghiên cứu sinh Mục đích thí nghiệm Tìm tri thức mới cho nhân Tìm tri thức mới cho bản thân loại mình Phương án thí nghiệm Tự mình vạch ra Có sự hỗ trợ của sách giáo khoa và giáo viên Dụng cụ thí nghiệm Nhiều loại, phức tạp, yêu Ít loại, đơn giản, dễ lắp ráp, dễ cầu cao về kĩ thuật thực hiện Thực hiện thí nghiệm Hoàn toàn tự tiến hành Có sự hỗ trợ của sách giáo khoa và giáo viên Kết quả thí nghiệm Có độ chính xác cao Có độ chính xác không cao Bảng 1.2. So sánh thí nghiệm Vật lý của nhà nghiên cứu và thí nghiệm Vật lý của học sinh 10
  22. Làm thí nghiệm Vật lý là để qua đó thu nhận được tri thức mới, nhưng thí nghiệm Vật lý của học sinh khác với thí nghiệm Vật lý của các nhà nghiên cứu ở những điểm được trình bày trong bảng 1.1. Vì vậy giáo viên cần hỗ trợ và giúp đỡ học sinh trong quá trình học sinh tham gia tiến hành thí nghiệm. Như vậy, làm thí nghiệm Vật lý là hoạt động có mục đích, có cách thức thực hiện, có thứ tự các hành động, thao tác, sử dụng các phương tiện tương ứng với các điều kiện nhất định. Mặc dù là thành phần của hoạt động nhận thức nhưng việc làm thí nghiệm khác với các hoạt động suy luận lý thuyết. Sự khác nhau đó đơn thuần ở chỗ khi làm thí nghiệm Vật lý, người ta phải sử dụng phối hợp các giác quan, các thao tác chân tay với các thao tác trí tuệ. Hoạt động làm thí nghiệm Vật lý gồm có ba giai đoạn: chuẩn bị, thực hiện và kiểm tra, xử lý kết quả. Mỗi giai đoạn lại gồm một số hành động. Cấu trúc chung của hoạt động làm thí nghiệm của học sinh có thể được mô tả bằng sơ đồ hình 1.1. Cụ thể từng giai đoạn như sau: Giai đoạn chuẩn bị thí nghiệm: + Các hành động tâm lý bên trong: Cụ thể hóa mục đích thí nghiệm; tìm hiểu phương án, tiến trình thí nghiệm; đối chiếu phương án với điều kiện cụ thể về dụng cụ, thiết bị; ghi nhớ các bước thực hiện thí nghiệm. + Các hành động bên ngoài: tập hợp vật liệu, dụng cụ thí nghiệm, thiết bị điều khiển, dụng cụ đo, thiết bị hỗ trợ quan sát, ghi nhận cần thiết; lắp ráp vận hành thử; kẻ bảng để ghi số liệu Trong giai đoạn chuẩn bị, khi vận hành thử, nếu thấy không thực hiện được thì người làm thí nghiệm có thể phải xem lại việc lắp ráp, việc chọn dụng cụ, cũng có thể phải sử dụng thiết bị khác thay thế. Giai đoạn thực hiện thí nghiệm: 11
  23. + Chủ yếu là các hành động bên ngoài: tác động vào sự vật cho hiện tượng xảy ra, điều khiển quá trình Vật lý; quan sát sự vật, hiện tượng, quá trình Vật lý; đo các đại lượng Vật lý; ghi nhận các diễn biến của quá trình, các số liệu thí nghiệm. + Các hành động tâm lý bên trong: đối chiếu các bước triển khai thực tế với kế hoạch ban đầu; điều chỉnh thao tác bên ngoài cho phù hợp. Có thí nghiệm khi thực hiện chỉ cần quan sát mà không phải đo đạc. Có nhiều thí nghiệm khi thực hiện ta vừa quan sát, vừa phải đo đạc các đại lượng. Giai đoạn xử lý, đánh giá kết quả thí nghiệm: + Có các hành động: xử lý các số liệu, diễn biến hiện tượng thu thập được; so sánh đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm; quyết định dừng lại hay làm lại. + Sau khi xử lý các hiện tượng, số liệu, đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm, đạt mục đích thì kết thúc thí nghiệm, chưa đạt mục đích thì làm lại. 1.2.2. Khái niệm cơ bản về thí nghiệm mở Thí nghiệm mở được hiểu là một cách tổ chức HS sử dụng TN trong việc chiếm lĩnh tri thức và hình thành năng lực cá nhân theo nhiều mức độ yêu cầu khác nhau [1]. Học sinh sẽ được tiếp xúc với thí nghiệm với các yêu cầu khó dần nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của bản thân và đáp ứng được các yêu cầu của thí nghiệm. 1.2.3. Cơ sở vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở trong dạy học Vật lý Dựa trên mức độ tăng dần của 4 mức độ năng lực thực nghiệm để bồi dưỡng một cách hiệu quả NLTN, trong nghiên cứu của mình, tiến sĩ Nguyễn Văn Biên – trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã xây dựng quy trình gồm nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn là một “mức độ mở” khác nhau của các thí nghiệm, tăng dần theo 4 mức độ của năng lực thực nghiệm được đăng trên tạp chí Giáo dục số đặc biệt tháng 11 năm 2013. Các mức độ của thí nghiệm mở 12
  24. Hình 1.1. Mức độ mở của thí nghiệm Mức độ 1 – TN thực tập truyền thống: Mục đích TN, thiết bị TN, phương án TN có sẵn, HS có nhiệm vụ thực hiện theo các bước hướng dẫn để tiến hành TN và xử lý kết quả theo hướng dẫn [1]. Chẳng hạn như thông qua việc giao nhiệm vụ tiến hành thí nghiệm thực hành bài “Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí”. Học sinh tự tiến hành thí nghiệm theo mục đích và hướng dẫn thí nghiệm trong phiếu học tập mà giáo viên phát cho mỗi học sinh với các dụng cụ có sẵn để quan sát sự phụ thuộc của vận tốc phân tử, áp suất chất khí vào nhiệt độ. Mức độ 2 - Mục đích TN, thiết bị TN, phương án TN có sẵn, HS tự thiết kế phương án tiến hành TN và GV cung cấp các thiết bị TN cần thiết theo phương án đề xuất của HS [1]. 13
  25. Sau khi cho học sinh tiến hành thí nghiệm ở bài “Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khi”, giáo viên tiếp tục cho học sinh tiến hành thí nghiệm mở ở mức độ 2. Chẳng hạn giáo viên xây dựng thí nghiệm ở mức độ mở 2 bài “Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte”. Trong mức độ mở này, giáo viên sẽ hướng dẫn học sinh thảo luận, để xuất phương án thí nghiệm để kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte. Trên cơ sở các đề xuất phương án của học sinh và thảo luận giữa học sinh và giáo viên, học sinh tiến hành thí nghiệm với thiết bị thí nghiệm do giáo viên cung cấp. Những thiết bị này do giáo viên mượn từ các phòng thí nghiệm và cải tiến lại cho phù hợp. Mức độ 3 - Mục đích TN do GV đề ra, HS tự thiết kế phương án TN, thiết bị TN cần thiết và tiến hành TN [1]. Ở mức độ này, giáo viên giao cho học sinh tự thiết kế chế tạo các thiết bị thí nghiệm đơn giản minh họa sự phụ thuộc của áp suất khí vào nhiệt độ khi thể tích không đổi ở nhà với các nguyên vật liệu có sẵn trong đời sống. Học sinh có thể xây dựng nhiều phương án thí nghiệm khác nhau từ các vật dụng đơn giản trong đời sống như vỏ lon nước ngọt, quả trứng, khay đựng ly, Ngoài ra giáo viên cũng có thể giao cho học sinh nhiệm vụ thiết kế chế tạo dụng cụ kiểm chứng định luật Charles. Đây là các nhiệm vụ thí nghiệm giáo viên giao cho học sinh chuẩn bị sẵn ở nhà trước khi tiến hành dạy học sử dụng thí nghiệm mở ở mức độ 3 cho bài “Quá trình đẳng tích-Định luật Charles”. Ở mức độ này các phương án thí nghiệm được học sinh đề xuất và tự lực tiến hành, giá trị đo được nhiều khi không phải là điều quan trọng nhất mà quan trọng là học sinh có cơ hội phát triển năng lực đề xuất phương án, thiết kế chế tạo, bố trí và tiến hành thí nghiệm. Mức độ 4 - HS hoàn toàn độc lập trong việc phát hiện vấn đề, đề ra mục đích TN, xây dựng thiết bị TN và tiến hành TN [1]. Sau khi đã thực hiện các mức độ 1,2 và 3, giáo viên yêu cầu học sinh đề xuất các vấn đề xuất hiện trong quá trình xây dựng thiết bị, tiến hành thí nghiệm cũng như xử lý sai số. • Học sinh có thể phát hiện ra một số vấn đề sau: 14
  26. - Các thí nghiệm trước đó học sinh đều kiểm chứng các định luật của các đẳng quá trình, vậy nếu ta thay đổi cả 3 thông số p,V,T thì với các dụng cụ thí nghiệm đã chế tạo có thể kiểm chứng được không. - Ở 2 bài trước học sinh đã được kiểm chứng 2 đẳng quá trình là đẳng nhiệt và đẳng tích, vậy nếu như muốn giữ khí đẳng áp để kiểm chứng thì cần làm thế nào? - Thí nghiệm đơn giản nào hoặc hiện tượng nào trong thực tế có sự thay đổi cả 3 thông số trạng thái khí. Giáo viên giao nhiệm vụ cho các nhóm học sinh thực hiện như những dự án học tập ở nhà để học sinh chủ động thực hiện trả lời các câu hỏi do nhóm mình tự phát hiện ra, sau đó có 1 buổi tổ chức báo cáo, thảo luận kết quả thu được trước lớp. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, HS gặp khó khăn không thể vượt qua được các mức độ đề ra hoặc biểu hiện năng lực không rõ ràng. Vì vậy để đánh giá được năng lực thực nghiệm khách quan hơn, ta cần phải tiếp tục bóc tách các thành tố của mỗi năng lực thành phần của mỗi mức độ thành các hành vi có thể quan sát và sử dụng các bẳng Rubric để đánh giá. 1.3. Phiếu hướng dẫn đánh giá năng lực thực nghiệm theo tiêu chí (Rubric) 1.3.1. Khái niệm Rubric. Theo Natalie Pham [21] : Rubric là một hệ thống cho điểm theo các tiêu chí đánh giá cho trước, nêu rõ người chấm đánh giá bài theo những kỳ vọng nào và mô tả các cấp độ tiêu chí dùng để đánh giá. Rubric là một công cụ dùng để cho điểm bằng cách liệt kê tất cả các tiêu chí đánh giá bài học, bài tập, bài làm hay công việc mà người học thực hiện bằng cách xếp loại theo thứ bậc [23] - theo Heidi Goodrich. Rubric chính là “bảng thang điểm chi tiết mô tả đầy đủ các tiêu chí mà người học cần phải đạt được. Nó là một công cụ đánh giá chính xác mức độ đạt chuẩn của HS và cung cấp thông tin phản hồi để HS tiến bộ không ngừng.” [12]. 15
  27. Nội dung Rubric là một tập hợp các tiêu chí liên hệ với mục tiêu học tập và được sử dụng để đánh giá hoặc thông báo về sản phẩm, năng lực thực hiện hoặc quá trình thực hiện nhiệm vụ học tập [12]. 1.3.2. Phân loại Rubric - Rubric gồm 2 loại: Rubric định tính và Rubric định lượng ▪ Rubric định tính: + Đánh giá toàn bộ quá trình thực hiện nhiệm vụ/ sản phẩm cụ thể + Không đòi hỏi mô tả chi tiết về các tiêu chí thực hiện của từng công đoạn • Rubric định lượng: + Đánh giá từng công đoạn/ kết quả trung gian trong quá trình thực hiện nhiệm vụ học tập + Đòi hỏi phải có sự mô tả chi tiết các chỉ số tương ứng với tiêu chí, mức độ và điểm số ▪ Ví dụ: o Bảng đánh giá mức độ hoàn thành bài tập về nhà của học sinh: Điểm Tiêu chí 0 Không làm bài tập về nhà. 1 Hoàn thành một số bài tập, mắc nhiều lỗi. 2 Hoàn thành hầu hết các bài tập, có mắc lỗi. 3 Hoàn thành hầu hết các bài tập, đúng hạn. 4 Hoàn thành các bài tập đầy đủ, đúng hạn, chất lượng tương đối tốt. 5 Hoàn thành các bài tập đầy đủ, đúng hạn, chất lượng tốt. Đây là một Rubric định tính. 16
  28. Rubric bao gồm một hoặc nhiều khía cạnh như năng lực thực hiện được đánh giá, các khái niệm, ví dụ làm sáng tỏ yếu tố đang được đánh giá. Các khía cạnh được gọi là tiêu chí, thang đánh giá gọi là mức độ và định nghĩa được gọi là thông tin mô tả. ▪ Ví dụ: Rubric được xây dựng cho NL tiến hành TN gồm 5 tiêu chí: + Chuẩn bị TN + Lựa chọn dụng cụ + Lắp ráp TN + Thao tác tiến hành TN + Đọc số liệu + Xử lý kết quả TN + Rút ra quy luật chung + Yêu cầu an toàn Và đánh giá theo 3 mức độ: thấp, trung bình, cao. Mức độ Thấp Trung bình Cao (0đ) (5đ) (10đ) Tiêu chí Có tài liệu liên Đọc nội dung tài quan nội dung liệu, đảm bảo trình Chuẩn bị TN khảo sát nhưng Đọc nội dung tài bày được mục đích chưa đọc nội dung liệu thí nghiệm và cơ sở tài liệu. lý thuyết. Lựa chọn dụng cụ Lựa chọn những Lựa chọn những Lựa chọn dụng cụ theo yêu cầu trong dụng cụ theo yêu dụng cụ theo yêu cầu tài liệu. cầu trong tài liệu, trong tài liệu, sử sử dụng được, dụng được, không bị không bị hư hỏng, hư hỏng, không gây 17
  29. không gây sai số sai số nhiều trong nhiều trong quá quá trình đo. trình đo. Chỉ biết lấy và cất Biết tháo lắp dụng dụng cụ thí nghiệm Phối hợp thao tác và cụ trong quá trình Lắp ráp TN nhưng không biết tốc độ thực hiện thí nghiệm và cất tháo lắp dụng cụ nhanh, chính xác. gọn gàng khi trong quá trình thí không sử dụng tới. nghiệm. Bố trí dụng cụ Bố trí dụng cụ gọn đúng vị trí như yêu gàng, đúng yêu cầu, Thao tác tiến hành Bố trí dụng cụ cầu trong tài liệu. sáng tạo. Thao tác TN đúng vị trí như yêu Thao tác chưa cẩn thận, nhanh, cầu trong tài liệu. được cẩn thận, chính xác đánh rơi dụng cụ Hiểu cách đọc số liệu, sai số dụng cụ Đọc được chính Đọc số liệu từ các bạn khác Đọc được các số xác số liệu thí nhưng không tự liệu đo. nghiệm. đọc được số liệu đo. Xử lý kết quả TN Ghi lại đầy đủ , Ghi lại đầy đủ , chính xác kết quả thí chính xác kết quả Ghi lại đầy đủ kết nghiệm. Ghi lại sai thí nghiệm. Ghi lại quả thí nghiệm số dụng cụ đo trong sai số dụng cụ đo quá trình tiến hành trong quá trình tiến thí nghiệm, xử lý kết hành thí nghiệm, quả và vẽ được đồ 18
  30. xử lý kết quả và vẽ thị, đọc và nhận xét được đồ thị được đồ thị. Rút ra quy luật Hiểu được các giá Rút ra được quy luật chung trị đã tính và đọc Rút ra được nhận chung từ thí nghiệm. được đồ thị. xét từ kết quả. Hiểu được mức Yêu cầu an toàn Nắm được các giá nguy hiểm của các Thực hiện thí trị định mức ghi dụng cụ nếu không nghiệm an toàn trên dụng cụ. sử dụng đúng mức quy định ở phòng thí nghiệm. Bảng 1.3. Rubric năng lực tiến hành thí nghiệm Đây là một Rubric định lượng. 1.3.3. Nguyên tắc thiết kế Rubric - Các mô tả tiêu chí cần phải đươc diễn đạt từ mức cao nhất đến mức thấp nhất hoặc ngược lại. - Các mô tả tiêu chí cần phải chỉ ra được ranh giới giữa các mức độ hoàn thành đối với từng HS và giữa các HS với nhau. - Các mô tả tiêu chí cần phải thể hiện được hết các đặc tính khía cạnh của hoạt động hoặc kết quả sản phẩm thực hiện theo mục tiêu. - Các mô tả tiêu chí cần phải chỉ ra được những định hướng mà HS hoặc GV cần hướng tới để thực hiện mục tiêu, giúp họ tự đánh giá và cùng đánh giá. 1.3.4. Quy trình thiết kế Rubric o Bước 1: Xác định chuẩn kiến thức, kĩ năng của kiến thức ở nội dung bài học. o Bước 2: Xác định mục tiêu dạy học theo cấp độ nhận thức, nhiệm vụ công việc. o Bước 3: Xác định các tiêu chí cùng HS: 19
  31. + Liệt kê các tiêu chí và thảo luận để lựa chọn, phân loại tiêu chí, từ đó xác định các tiêu chí cần thiết. + Bổ sung thông tin cho từng tiêu chí. + Phân chia các mức độ của mỗi tiêu chí. Các mức độ phân bậc này cần mô tả chính xác mức độ chất lượng tương ứng. + Gắn điểm cho mỗi mức độ, điểm cao nhất ứng với mức độ cao nhất. + Lập bảng Rubric o Bước 4: Áp dụng thử. HS thử nghiệm Rubric đối với các bài làm mẫu do GV cung cấp. Phần thực hành này có thể tạo sự tự tin ở HS bằng cách chỉ cho HS cách GV sử dụng Rubric để đánh giá bài làm của các em thế nào. Đồng thời cũng thúc đẩy sự thống nhất giữa GV và HS về độ tin cậy của Rubric. o Bước 5: Điều chỉnh Rubric cho phù hợp dựa trên thông tin phản hồi từ việc dùng thử. o Bước 6: Sử dụng Rubric cho hoạt động đánh giá và tự đánh giá hoặc đánh giá đồng đẳng đối với HS và GV. - Tiêu chuẩn đánh giá một Rubric tốt Phạm trù đánh giá Các tiêu chí đánh giá phản ánh đầy đủ nội dung, mục tiêu học tập không? Hướng dẫn có các mức độ khác nhau được Mức độ đặt tên và giá trị điểm số có phù hợp không? Các thông tin có mô tả rõ ràng, thể hiện theo Tiêu chí một chuỗi liên kết và đảm bảo cho sự phát triển của HS không? 20
  32. Thân thiện với HS Ngôn ngữ có rõ ràng, dễ hiểu đối với HS không? Thân thiện với GV Có dễ sử dụng đối với GV không? Có thể đánh giá sản phẩm công việc được Tính phù hợp không? Nó có thể được dùng để đánh giá nhu cầu không? HS có thể xác định dễ dàng những lĩnh vực phát triển cần thiết không? Bảng 1.4. Tiêu chuẩn đánh giá một Rubric tốt 1.3.5. Sử dụng công cụ đánh giá NLTN ở trường Phổ thông Một đánh giá công bằng phải thể hiện rõ ràng những gì sẽ và không được đánh giá. Mục đích của chúng ta không phải là lừa gạt hoặc bẫy HS hoặc để cho họ biết trước về đánh giá. Cả nội dung đánh giá và cách đánh giá tính điểm phải được công bố công khai có nghĩa là HS biết nội dung và tiêu chí được đánh giá và thường thì trước khi giảng. Khi HS biết những gì sẽ được đánh giá, thì các em có thể xác định được nên học hay tập trung phần nào. Khi biết tiêu chí tính điểm, HS hiểu hơn về những sự khác biệt định tính là GV đang tìm thông qua khả năng của HS. Một cách để giúp HS hiểu được đánh giá là cho họ biết kế hoạch đánh giá, các câu hỏi mẫu, mẫu bài làm và kết quả của các HS khóa trước. Việc đánh giá năng lực là việc làm mới, nhưng nếu phân tích rõ ràng nội hàm các khái niệm và bóc tách chúng thành những thành tố kiến thức, kỹ năng, thái độ quen thuộc thì ta hoàn toàn có thể đánh giá được. Cách đánh giá công cụ phổ biến nhất là sử dụng phương pháp chuyên gia. Chuyên gia là những người hiểu rõ về nội hàm các năng lực cần được đánh giá đồng thời phải biết được kỹ thuật xây dựng công cụ đánh giá. Sau khi đạt được sự đồng thuận của các chuyên gia về độ giá trị, độ tin cậy và độ phân biệt của các công cụ để đánh giá thử nghiệm. Trên cơ sở đánh giá thử nghiệm sẽ thay đổi, chỉnh sửa, bổ sung công cụ. 21
  33. 1.4. Thực tiễn việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc sử dụng thí nghiệm mở Có thể nói Vật lý học là cơ sở, là nền tảng của đa số các ngành kỹ thuật và các quá trình sản xuất. Trong xã hội ngày nay, với sự bùng nổ của khoa học, công nghệ làm ra những sản phẩm có năng suất cao, tiết kiệm sức lao động cho con người. Sự phát triển đó đòi hỏi người lao động phải làm chủ được công nghệ. Nghĩa là họ phải hiểu rõ và có khả năng thao tác, vận hành, sửa chữa các thiết bị kỹ thuật. Với những học sinh có NLTN Vật lý sẽ luôn tự tin, sẵn sàng và chủ động hơn trong việc tìm hiểu. Các học sinh sẽ có khả năng tiếp cận và có trực giác nhạy bén hơn với các tình huống thực tế. Đặc biệt với Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm thì NLTN càng đóng vai trò quan trọng. Việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh sẽ góp phần giúp các em liên hệ các kiến thức lý thuyết vào thực tiễn đời sống, giúp các em mở rộng vốn hiểu biết và phát triển toàn diện hơn. Thực tế, đã có những đề tài nghiên cứu trước đây về việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua việc sử dụng thí nghiệm mở hoặc bằng những phương pháp có liên quan như: - “Xây dựng chuyên đề thí nghiệm mở để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh THPT chuyên”, Tạp chí Giáo dục, số đặc biết tháng 11/2013,1-6 của TS. Nguyễn Văn Biên (2013). - Luận văn thạc sĩ “Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học chương “Cảm ứng điện từ”, Vật lý 11 THPT” của tác giả Đinh Anh Tuấn, Đại học Vinh (2015). - Luận văn thạc sĩ “ Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, Vật lý 10 ban cơ bản” của tác giả Phan Minh Tiến, Đại học Sư phạm TPHCM (2012) - Luận văn thạc sĩ “Xây dựng và sử dụng công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học phần Cơ học Vật Lý 10” của tác giả Trần Nhật Linh, Đại học Sư phạm Hà Nội (2015). 22
  34. Tuy vậy tôi nhận thấy, dù đã có những nghiên cứu về việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua các chương “Cơ học”, “Cảm ứng điện từ”, “Quang học”, nhưng vẫn chưa có nghiên cứu nào cho việc sử dụng thí nghiệm mở vào việc dạy học chương “Chất khí” Vật lý 10, cơ bản. Tôi cũng đã tham khảo các nghiên cứu, tìm hiểu những cách tổ chức dạy học, đánh giá năng lực thực nghiệm cho học sinh từ các nghiên cứu trên, cùng với đó tôi kế thừa và phát triển thành những ý tưởng của bản thân và đưa ra cách vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở vào dạy học chương “Chất khí”, Vật lý 10 cơ bản nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. Đây là cơ sở để tôi xây dựng luận văn này. 1.5. Kết luận Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh là điều vô cùng cần thiết, nó không chỉ giúp học sinh yêu thích các kiến thức Vật lý mà còn thể hiện khả năng tự lực phát hiện vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp và trình bày kết quả. Đó chính là những thành tố cơ bản của năng lực giải quyết vấn đề. Nói một cách khác, tổ chức dạy học cho học sinh vận dụng quy trình thí nghiệm mở không chỉ giúp học sinh hình thành và phát triển năng lực thực nghiệm mà còn giúp phát học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Để đánh giá một cách khách quan hơn việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh, song song với việc tổ chức dạy học cho học sinh vận dụng quy trình thí nghiệm mở, việc xây dựng các Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cũng rất quan trọng. Rubric góp phần công khai hóa nhận định về năng lực và kết quả học tập của mỗi HS, nhóm HS và tập thể lớp, tạo cơ hội cho HS phát triển kĩ năng tự đánh giá, giúp HS nhận ra sự tiến bộ của mình, khuyến khích động viên việc học tập. Giúp cho GV có cơ sở thực tế để nhận ra những điểm mạnh và điểm yếu của mình, tự hoàn thiện hoạt động dạy, phấn đấu không ngừng nâng cao chất lượng, hiệu quả dạy học. 23
  35. TỔNG KẾT CHƯƠNG 1 Nói tóm lại nội dung chương này đã trình bày cơ sở lý luận và thực tiễn về việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương Chất khí Vật lý 10 cơ bản. Như đã trình bày, NLTN được cấu trúc từ nhiều khía cạnh nhỏ liên quan đến thực nghiệm như: + Năng lực xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán, giả thuyết. + Năng lực thiết kế các phương án thí nghiệm. + Năng lực tiến hành phương án thí nghiệm đã thiết kế. + Năng lực xử lý, phân tích và trình bày kết quả. + Năng lực cải tiến, chế tạo công cụ Tiến hành chuyên đề thí nghiệm mở với 4 mức độ mở tăng dần để phát triển các thành tố năng lực thực nghiệm cho học sinh cùng với đó đánh giá sự phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh một cách khách quan nhất để đưa ra các phương án tối ưu trong chuyên đề bằng cách xây dựng Rubric. Từ những cơ sở lý luận đó, tôi đã tiến hành xây dựng và tổ chức dạy học cho học sinh sử dụng thí nghiệm mở đồng thời xây dựng các công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm của HS, nội dung cụ thể được trình bày ở chương II của Luận văn này. 24
  36. CHƯƠNG II: VẬN DỤNG QUY TRÌNH SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ Ở TỪNG BÀI CỦA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10, CƠ BẢN 2.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm trong chương “Chất khí” và phương án sử dụng thí nghiệm mở cho từng bài 2.1.1. Nội dung của chương Chương “Chất khí” theo chương trình Vật lý 10 THPT ban cơ bản hiện hành bao gồm 5 tiết lý thuyết, 2 tiết bài tập và 1 tiết kiểm tra. Nội dung của 5 tiết lý thuyết là: Tiết 1: Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí Tiết 2: Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle-Mariotte Tiết 3: Quá trình đẳng tích. Định luật Charles Tiết 4, 5: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng- Quá trình đẳng áp 2.1.2. Kiến thức, kĩ năng của chương Trong quá trình học tập chương “Chất khí”, học sinh cần có được những kiến thức và kĩ năng sau: ➢ Kiến thức: − Phát biểu được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí. − Nêu được các đặc điểm của khí lý tưởng. − Phát biểu được các định luật Boyle-Mariotte, Charles. − Nêu được nhiệt độ tuyệt đối là gì. Kiến thức về dụng cụ thí nghiệm, kiến thức về năng lực thực nghiệm − Nêu được các thông số p, V, T xác định trạng thái của một lượng khí. − Viết được phương trình trạng thái của khí lý tưởng. ➢ Kỹ năng: - Kỹ năng quan sát, giải thích hiện tượng, lập luận logic, đưa ra hệ quả giả thuyết. - Kỹ năng đề xuất phương án thí nghiệm. - Kỹ năng tiến hành thí nghiệm, trình bày, xử lý, phân tích số liệu. 25
  37. - Kỹ năng chế tạo và cải tiến thiết bị thí nghiệm. - Kỹ năng làm việc nhóm. 2.1.3. Các mức độ thí nghiệm mở được áp dụng và các thí nghiệm sẽ xây dựng để hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho tiết học. - Tôi dự định vận dụng quy trình thí nghiệm mở vào các tiết dạy như sau: • Bài 28: Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí (Mức độ mở 1). • Bài 29: Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte (Mức độ mở 1 và 2). • Bài 30: Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (Mức độ mở 3). • Bài 31: Phương trình trạng thái khí lý tưởng (Mức độ mở 4). - Để có thể chuẩn bị tốt nhất cho thực nghiệm thì việc chuẩn bị sẵn các dụng cụ thí nghiệm và các phương án hỗ trợ cho học sinh cũng rất quan trọng vì vậy tôi đã chuẩn bị: + Dụng cụ thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của vận tốc, áp suất chất khí vào nhiệt độ cho bài Cấu tạo chất -Thuyết động học phân tử chất khí. + Các thí nghiệm định tính, định lượng kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte. + Các phương án thí nghiệm định tính, định lượng kiểm chứng định luật Charles. 2.2. Vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. 2.2.1. Các phương án và thiết bị hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho các tiết học sử dụng thí nghiệm mở. Như đã trình bày ở chương 1 trong phần cơ sở lý luận về thí nghiệm mở tôi đã trình bày 4 mức độ mở và việc vận dụng quy trình thí nghiệm mở vào dạy học các kiến thức trong chương “Chất khí”. Để phục vụ cho thực nghiệm vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở với 4 mức độ thí nghiệm mở được nâng dần lên tôi đã chuẩn bị các thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học được chia đều ra các bài trong chương “Chất khí” Vật lý 10 cơ bản và vận dụng chúng một cách phù hợp. ➢ Trong khóa luận này tôi chỉ xây dựng cho học sinh tiến hành thí nghiệm đến mức độ mở 3 để phù hợp với năng lực cũng như trình độ của học sinh. Để chuẩn bị tốt nhất cho thực nghiệm tôi đã nghiên cứu và sưu tầm được các thí nghiệm nhằm vận 26
  38. dụng chúng vào các bài học sao cho phù hợp nhất với học sinh THPT được trình bày dưới đây: 2.2.1.1. Thí nghiệm chứng minh vận tốc của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ (xây dựng với mức độ mở 1). - Mục đích thí nghiệm: Chứng minh vận tốc của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ. - Dụng cụ thí nghiệm + Xi-lanh có pit-tông bằng thủy tinh, trên pit-tông có áp kế khí loại 0,50.105 – 2,00.105 Pa. + Núm cao su dùng để bịt đầu dưới của xi-lanh. + 2 cốc đựng nước. + Nước lạnh (cỡ 10oC) và nước nóng (cỡ 80oC) - Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm: + Nới hãm vít phía sau xi-lanh, kéo pit-tông trong xi lanh đến một vị trí nhất định sao cho áp kế chỉ giá trị 1,10.105 Pa, cố định pit-tông lại. + Rót nước nóng (cỡ 80oC) vào cốc A và nước lạnh (cỡ 10oC) vào cốc B. + Đặt xi lanh vào cốc A, quan sát số chỉ trên đồng hồ áp kế, ta thấy số chỉ của áp kế tăng lên. + Sau khi số chỉ trên đồng hồ áp kế ổn định thì lấy xi lanh ra khỏi cốc A và đặt vào cốc B, lúc này số chỉ trên áp kế giảm xuống rất nhanh. 27
  39. Cốc A Cốc B Cốc A Cốc B Hình 2. 1. Thí nghiệm đơn giản minh họa vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ - Giải thích thí nghiệm: Theo thuyết động học phân tử chất khí: Khi ta đặt xi-lanh vào cốc A, khí trong xi-lanh nóng lên, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn, do đó áp suất tăng. Lấy xi-lanh ra khỏi cốc A và đặt vào cốc B, nhiệt độ của khối khí trong xi- lanh giảm, các phân tử khí chuyển động chậm lại, ít va chạm vào thành bình, do đó áp suất giảm. 2.2.1.2. Thí nghiệm định tính minh họa định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 1). - Mục đích thí nghiệm: Minh họa sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích trong quá trình đẳng nhiệt. - Dụng cụ thí nghiệm: + Bơm tiêm y tế (không có mũi tiêm) có pit-tông. - Tiến hành thí nghiệm: + Dùng một ngón tay bịt vào đầu bơm tiêm, tay còn lại ấn từ từ pit-tông xuống hoặc kéo từ từ pit-tông lên? Hiện tượng gì xảy ra đối với ngón tay bịt ở đầu bơm tiêm? Giải thích hiện tượng này? 28
  40. - Trả lời: Càng ấn pit-tông xuống thì ngón tay bịt vào đầu bơm tiêm càng có xu hướng bị đẩy ra mạnh hơn và có xu hướng bị kéo lại khi kéo pit-tông lên. - Giải thích: Khi ấn pit-tông xuống thì thể tích giảm, mật độ phân tử khí trong bơm tiêm tăng lên dẫn đến áp suất tăng. Khi pit-tông bị kéo ra, mật độ phân tử khí trong bơm tiêm giảm làm áp suất chất khí trong bơm tiêm giảm nên có xu hướng bị kéo vào trong (thực chất là bị đẩy vào). 2.2.1.3. Thí nghiệm định lượng kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 2). ➢ Thí nghiệm này được vận dụng ở mức độ mở 2, tôi đã chuẩn bị sẵn cho học sinh mục đích thí nghiệm và dụng cụ thí nghiệm. Nhiệm vụ của học sinh là đề xuất phương án thí nghiệm hợp lý và tiến hành thí nghiệm theo phương án được thống nhất. - Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự thay đổi áp suất của khối khí theo thể tích của nó trong quá trình biến đổi đẳng nhiệt, trên cơ sở đó kiểm chứng định luật Boyle- Mariotte. - Dụng cụ thí nghiệm: + Xi-lanh có pit-tông bằng thủy tinh (trong pit-tông có chứa một lượng dầu nhờn, mức dầu cao hơn 5mm so với lỗ hở nằm ở chính giữa thân của pit-tông) trên có ghi giá trị thể tích. + Áp kế khí 0,5.105 – 2,0.105 Pa. + Thanh trượt có vít hãm ở phía sau giá đỡ. + Chân đế trụ thép inox D10mm. - Lắp ráp thí nghiệm + Lắp giá đỡ vào chân đế trụ thép, điều chỉnh độ cao của xi-lanh cách bàn khoảng 25 cm như hình sau 29
  41. Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle-Marriotte. - Tiến hành thí nghiệm: + Thay đổi thể tích chất khí bằng cách dịch chuyển pit-tông trong xi-lanh. + Giữ cho nhiệt độ không đổi bằng cách thao tác thật chậm. + Thực hiện với 3 lần với các giá trị khác nhau và ghi lại thể tích và áp suất của chất khí vào bảng. + Tính giá trị các tích số α=p.V và sai số tuyệt đối Δα. Từ đó rút ra mối liên hệ giữa áp suất p và thể tích V trong quá trình đẳng nhiệt. P (105Pa) V (ml) α = p.V 횫훂 = |훂̅ − 훂| Trung bình 훂̅ 횫훂̅̅̅̅ 횫훂̅̅̅̅ • Sai số tỉ đối: δ= 훂̅ 30
  42. - Nhận xét sai số: Các lưu ý: - Trong thí nghiệm này khi điều chỉnh thể tích phải điều chỉnh thật chậm để đảm bảo quá trình xảy ra là đẳng nhiệt giảm thiểu tối đa sai số tỉ đối. - Khi tiến hành thay đổi thể tích cần đưa pit-tông về vị trí ban đầu, chờ 1 thời gian để nhiệt độ khối khí ổn định rồi mới tiếp tục thu thập số liệu. 2.2.1.4. Các thí nghiệm định tính sử dụng để hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho tiết học ở mức độ mở 3 bài Định luật Charles. ➢ Các thí nghiệm này được tôi giao cho học sinh chuẩn bị trước thông qua phiếu nhiệm vụ về nhà cho các nhóm. ➢ Tôi đưa ra mục đích thí nghiệm: Các em hãy thiết kế một thí nghiệm đơn giản minh họa sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ trong quá trình đẳng tích. ➢ Các nhóm sẽ tự tìm hiểu, chuẩn bị và thông qua trao đổi với tôi để tôi hướng dẫn và hoàn thiện các phương án cũng như chuẩn bị các dụng cụ thí nghiệm cần thiết. Sau đây là một vài phương án thí nghiệm đơn giản minh họa cho định luật Charles: * Dạng 1: - Dụng cụ thí nghiệm: + Trứng đã luộc chín + Bình cầu không nhánh đáy bằng + Kẹp đốt hóa chất + Bông gòn, cồn, bật lửa. - Tiến hành thí nghiệm Đốt cháy bông đã tẩm cồn rồi cho vào bình cầu. Trong lúc bông đang cháy bên trong bình, đặt quả trứng đã luộc chín lên miệng bình hình cầu. Quả trứng từ từ chui tọt vào miệng bình rồi vào bên trong bình. 31
  43. Hình 2.3.Thí nghiệm định tính đơn giản minh họa định luật Charles - Giải thích thí nghiệm: Khi ta đặt quả trứng lên miệng bình hình cầu, ta đã cô lập khối khí bên trong bình. Khi cháy hết ô-xi, nhiệt độ bên trong bình giảm xuống đột ngột làm cho áp suất giảm theo, tạo nên một lực hút làm cho quả trứng chui vào bên trong bình * Dạng 2: - Dụng cụ thí nghiệm: + Bình cầu không nhánh đáy bằng, đường kính miệng 3cm. + Nắp nhựa có đường kính bé hơn 3cm. + Khay có đựng một ít nước pha màu đỏ. + Kẹp đốt hóa chất. + Bông gòn, cồn, bật lửa. - Tiến hành thí nghiệm: Hình 2.4. Thí nghiệm định tính đơn giản minh họa định luật Charles + Đốt cháy bông đã tẩm cồn rồi cho vào nắp nhựa đặt trên khay. Úp miệng bình hình cầu lên nắp nhựa. Nước dâng lên trong bình. - Giải thích thí nghiệm 32
  44. Khi ta úp miệng bình hình cầu lên nắp nhựa, ta đã cô lập khối khí trong bình. Khi cháy hết oxi trong bình, nhiệt độ khối khi trong bình giảm xuống đột ngột làm cho áp suất giảm theo tạo nên lực hút cột chất lỏng dâng lên trong bình. *Dạng 3: - Dụng cụ thí nghiệm: + Một lon coca cola rỗng. + Nước sôi + Ca nhựa + Nước lã. - Tiến hành thí nghiệm: Tiến hành đổ một ít nước sôi vào trong lon coca cola rỗng (khoảng 1/3 lon), cẩn thận bịt nắp lon tránh bị bỏng. Đặt toàn bộ vào ca nhựa lớn hơn rồi rưới nhẹ nước lã vào sau đó quan sát hiện tượng. Ta thấy lon coca cola bị móp vào trong. Hình 2.5. Thí nghiệm định tính đơn giản minh họa định luật Charles - Giải thích hiện tượng: + Ban đầu khi ta vừa rót nước sôi vào lon coca và bịt kín nắp lon lại thì áp suất khí trong lon bằng áp suất khí quyển bên ngoài lon coca. Khi ta rưới nhẹ nước lã bên ngoài lon, nhiệt độ của khí trong lon giảm xuống đột ngột làm cho áp suất của khí trong lon cũng giảm theo. + Vì áp suất ngoài lon coi như không đổi bằng áp suất khí quyển. Lúc này áp suất ngoài lon lớn hơn áp suất khí trong lon làm lon bị móp vào trong. 33
  45. Ngoài ra học sinh còn có thể đề xuất thêm nhiều phương án thí nghiệm khác, nếu cảm thấy hợp lý, tôi sẽ hướng dẫn và hoàn thiện hơn phương án và dụng cụ cho các nhóm. 2.2.1.5. Thí nghiệm định lượng kiểm chứng định luật Charles (mức độ mở 3). ➢ Song song với nhiệm vụ chuẩn bị phương án thí nghiệm và dụng cụ thí nghiệm đơn giản minh họa định luật Charles, tôi cũng giao cho các nhóm nhiệm vụ tìm hiểu và thiết kế phương án, dụng cụ thí nghiệm với mục đích kiểm chứng định luật Charles trong phiếu nhiệm vụ về nhà. Thông qua trao đổi và hỗ trợ trực tiếp, tôi sẽ hướng dẫn các nhóm tự chuẩn bị thí nghiệm này ở mức độ mở 3. • Phương án hỗ trợ: - Dụng cụ thí nghiệm: + Xi-lanh có pit-tông bằng thủy tinh (trong pit-tông có chứa một lượng dầu nhờn, mức dầu cao hơn 5mm so với lỗ hở nằm ở chính giữa thân của pit-tông). + Áp kế khí 0,5.105 – 2,0.105 Pa. + Thanh trượt có vít hãm ở phía sau giá đỡ. + Ống nhựa đường kính 3mm. + Chân đế có trụ thép inox D10mm. + Bình đun nước siêu tốc 220V-300W. + Nhiệt kế thủy ngân (0oC-100oC) + 1 cái đũa hoặc que thủy tinh. + Cốc hoặc hộp nhựa trong suốt có đục lỗ dẫn nước gắn với ống nhựa. + Chậu hứng nước. - Lắp ráp thí nghiệm + Lắp giá đỡ vào trụ thép, điều chỉnh độ cao của xi-lanh cách bàn khoảng 20cm. Dùng ống nhựa nối với lỗ được đục ở hộp nhựa. + Cho xi lanh vào hộp nhựa, ống nhựa được hứng vào chậu. 34
  46. + Lắp nhiệt kế vào giá đỡ, sao cho đầu dưới của nhiệt kế cho vào hộp nhựa. - Tiến hành thí nghiệm: Hình 2.6. Bố trí dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles + Cho nước vào bình và đun nước. + Cố định vị trí pit-tông để giữ thể tích khí không đổi. Cho nước vào cốc thủy tinh, ghi nhiệt độ và áp suất ban đầu của khí trong bình vào bảng. P (105Pa) T (K) α = 횫훂 =|훂̅ − 훂 | 훂̅ = 횫훂̅̅̅̅ • Sai số tỉ đối: δ= 35
  47. + Cho nước sôi vào cốc thủy tinh sao cho mỗi lần đo, áp suất tăng lên 0,05.105 Pa (tương ứng một vạch trên áp kế) thì dừng rót nước sôi. Dùng que thủy tinh khuấy đều, khi nhiệt độ trên nhiệt kế ổn định thì ta ghi cặp giá trị (p, T) này vào bảng. Làm như vậy 5 lần để có 5 cặp giá trị. + Tính giá trị thương số 훂 = p/ T và sai số tỉ đối . Từ đó rút ra mối liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối T trong quá trình đẳng tích. Vẽ đồ thị biểu diễn mối liên hệ trên. ➢ Chú ý: + Áp kế được lắp sẵn vào xi-lanh nên không tháo áp kế ra sau khi làm xong thí nghiệm. + Khi vặn vít để cố định pit-tông và cố định vị trí của giá đỡ xi-lanh, ta cần vặn nhẹ. + Khi dùng bình đun nước bằng điện, cần lưu ý quy tắc an toàn điện. - Một số điều có thể hướng dẫn học sinh trong cách thay đổi nhiệt độ của khối khí và đo đạc nhiệt độ khối khi bằng cách sau: + Bố trí lại thí nghiệm với sự hỗ trợ của hộp nhựa đục lỗ có gắn ống nhựa và chậu, ta có thể dễ dàng thay đổi nhiệt độ của nước và từ đó thay đổi được nhiệt độ của khí trong xi lanh. Ban đầu, ta cho nước vào cốc thủy tinh với nhiệt độ khoảng 25oC. Sau đó, cho từ từ nước sôi vào, ống nhựa gắn ở hộp nhựa sẽ dẫn nước ra chậu, nhờ đó mà nhiệt độ của nước thay đổi rất chậm. + Ta nhúng thẳng xi lanh vào nước, để sự truyền nhiệt diễn ra nhanh, nhiệt độ khối khí bên trong xi lanh mau chóng cân bằng với nhiệt độ bên ngoài. Sau mỗi lần cho nước sôi vào, ta cần dùng đũa khuấy đều, và chờ cho số chỉ của nhiệt kế ổn định thì bắt đầu ghi cặp số liệu (p, T). Giai đoạn này ảnh hưởng rất lớn đến sai số tỉ đối của thí nghiệm, vì thế cần tiến hành thí nghiệm đúng theo qui trình đã hướng dẫn. 2.2.2. Xây dựng các phiếu học tập cho từng bài theo quy trình xây dựng thí nghiệm mở 2.2.2.1. Phiếu học tập cá nhân bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí (mức độ mở 1) 36
  48. Nội dung phiếu học tập số 1 Họ và tên HS: Nhóm: . Lớp: STT: . NV1: Các em tiến hành thí nghiệm sau đây: - Mục đích thí nghiệm: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ. - Dụng cụ thí nghiệm: + Xi lanh có pit-tông bằng thủy tính có thể cố định được, có áp kế khí loại 0,50.105 – 2,00.105 Pa. + Núm cao su dùng để bịt đầu dưới của xi lanh. + Hai cốc đựng nước. + Nước lạnh (5oC) và nước nóng (cỡ 80oC) - Tiến hành thí nghiệm: + Nới hãm vít phía sau xi lanh, kéo pit-tông trong xi lanh đến một vị trí xác định sao cho áp kế chỉ giá trị 1,0.105 Pa rồi cố định pit-tông lại. + Rót nước nóng vào cốc A và nước lạnh vào cốc B. + Đặt xi lanh vào cốc A, quan sát số chỉ của đồng hồ áp kế, khi số chỉ trên đồng hồ áp kế ổn định. 37
  49. + Lấy xi lanh ra khỏi cốc A và đặt vào cốc B, quan sát số chỉ của đồng hồ áp kế. Cốc A Cốc B Cốc A Cốc B NV2: Các em hãy cho biết: - Công dụng áp kế là gì? - Kết quả thí nghiệm của nhóm mình và giải thích hiện tượng của thí nghiệm trên? 38
  50. 2.2.2.2. Phiếu học tập cá nhân bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 1 và 2) Nội dung phiếu học tập số 2 1. Trạng thái của một khối khí được định bởi những thông số trạng thái nào?(*) Tên thông số Kí hiệu Đơn vị 2. Thế nào là quá trình biến đổi trạng thái?(*) ▪ Quá trình biến đổi trạng thái của khối khí là 3. Thế nào là đẳng quá trình?(*) ▪ Đẳng quá trình là 4. Thế nào là quá trình đẳng nhiệt?(*) ▪ Quá trình đẳng nhiệt là 5. Thực hành thí nghiệm 1: Thí nghiệm định tính NV1: Dùng một ngón tay bịt vào đầu bơm tiêm, tay còn lại ấn từ từ pit-tông xuống hoặc kéo từ từ pit-tông lên? Hiện tượng gì xảy ra đối với ngón tay bịt ở đầu bơm tiêm? Giải thích hiện tượng? NV2: Từ thí nghiệm trong NV1 các em hãy cho biết: Các thông số: thể tích, áp suất và nhiệt độ, khối lượng của khí thay đổi như thế nào khi pit-tông càng hạ thấp một cách từ từ? Từ sự biến đổi đó, các em hãy đưa ra dự đoán và biểu thức hệ quả về mối quan hệ định lượng giữa thể tích và áp suất trong trường hợp trên? 39
  51. 6. Từ thí nghiệm trong phiếu học tập nhóm (nhiệm vụ về nhà) NV: Nếu thí nghiệm xảy ra sai số lớn: Hãy xem lại quá trình làm thí nghiệm và tìm ra nguyên nhân gây ra sai số trong thí nghiệm trên là do đâu? Hãy tìm biện pháp khắc phục nguyên nhân trên. 7. Phát biểu và viết biểu thức định luật Boyle – Mariotte.(*) ▪ Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí xác đinh, ▪ Biểu thức: 8. Đường đẳng nhiệt là gì?(*) ▪ Đường đẳng nhiệt là đường biểu diễn 9. Vẽ đường đẳng nhiệt trong mặt phẳng pOV.(*) ▪ Đường đẳng nhiệt trong hệ tọa độ pOV là đường 40
  52. p O V *Lưu ý: Ứng với các nhiệt độ khác nhau, sẽ có các đường đẳng nhiệt khác nhau. Vẽ đường đẳng nhiệt trên các đồ thị pOT và VOT? p V T T O O 10. Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí, hãy cho biết nhiệt độ nào cao hơn giữa T1 và T2? (nhiệm vụ về nhà) p O V 11. Trong bơi lặn, các thợ lặn thường có một nguyên tắc “Sau khi lặn xong, không bao giờ nín thở trong khi bơi lên”. Em hãy sử dụng các kiến thức Vật lý đã học để giải thích nguyên tắc đó. 41
  53. 2.2.2.3. Phiếu học tập nhóm bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 2) Nội dung phiếu học tập số 3 Nhóm: Lớp: NV1: Mục đích thí nghiệm: Kiểm tra mối quan hệ định lượng giữa thể tích và áp suất thông qua việc kiểm chứng biểu thức hệ quả đã thảo luận. Các nhóm hãy đề xuất phương án thí nghiệm sau đó thảo luận đưa ra phương án thí nghiệm hợp lý nhất (các dụng cụ cần thiết, cách bố trí thí nghiệm, quy trình tiến hành thí nghiệm) để kiểm tra hệ quả dự đoán. (mức độ mở 2) Phương án thí nghiệm: Dụng cụ cần thiết và công dụng: Bố trí thí nghiệm: Tiến hành thí nghiệm NV2: Từ phương án thí nghiệm đã thiết kế và các dụng cụ thí nghiệm mà thầy hỗ trợ, các em hãy tiến hành thí nghiệm sau đó hoàn thành bảng số liệu sau. Tính giá trị các tích số α=p.V và sau số tỉ đối Δα. Từ đó rút ra mối liên hệ giữa áp suất p và thể tích V trong quá trình đẳng nhiệt. P (105Pa) V (ml) α = p.V 횫훂 =|훂̅ − 훂 | Trung bình 훂̅ 횫훂̅̅̅̅ 42
  54. 횫훂̅̅̅̅ Sai số tỉ đối: δ= 훂̅ NV3: Nhận xét kết quả thí nghiệm: NV4: Dựa vào số liệu đã đo đạc được các nhóm hãy tiến hành vẽ các số liệu lên đồ thị pOV và nhận xét dạng đồ thị trên? P (105 Pa) O V (ml) 43
  55. 2.2.2.4. Phiếu học tập nhiệm vụ về nhà chuẩn bị cho bài Định luật Charles (mức độ mở 3) Nội dung phiếu học tập số 4 1. Từ phương án thí nghiệm định luật Boyle- Mariotte các nhóm đã tiến hành thực hiện, mỗi học sinh hãy thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm khảo sát định luật trên (lưu ý: chú thích dụng cụ rõ ràng, chính xác). (Nộp thầy sau bài phương trình trạng thái chất khí) 2. Đọc bài định luật Charles, tìm hiểu thêm các tài liệu tham khảo và đề xuất một phương án thí nghiệm đính tính (không lấy số liệu) về sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ khi thể tích khối khí không đổi. (Nêu rõ dụng cụ thí nghiệm, cách bố trí dụng cụ, quy trình tiến hành thí nghiệm, hiện tượng xảy ra và giải thích hiện tượng.) 3. Các em hãy về nhà, đọc lại phương án thí nghiệm cho định luật Boyle-Mariotte, đọc trước bài học định luật Charles, tìm hiểu thêm các tài liệu (sách giáo khoa nâng cao, youtube, các tài liệu tham khảo, ) hãy đưa ra các đề xuất phương án thí nghiệm định lượng (thí nghiệm có thu thập và xử lý số liệu) với mục đích khảo sát định luật Charles. Lưu ý: Hai nhiệm vụ 2 và 3 sau khi đã hoàn thành gửi mail về địa chỉ: nhatquangnguyen20ltv@gmail.com để thầy đánh giá tính khả thi và gửi nhận xét cho các em để các em tiếp tục tiến hành công việc được giao ở nhiệm vụ 4. 4. Sau khi nhận mail hồi đáp của thầy, các nhóm tiến hành tự chuẩn bị, sửa đổi những điều kiện cần thiết cho việc tiến hành phương án thí nghiệm (định tính và định lượng) mà nhóm đã đề xuất (Dụng cụ thí nghiệm, cách bố trí thí nghiệm, quy trình tiến hành thí nghiệm, sơ đồ bố trí dụng cụ thí nghiệm) để khảo sát định luật Charles. Lưu ý: Các nhóm sẽ tự tiến hành, trình bày phương án thí nghiệm của mình, thu thập và xử lý số liệu trên lớp trong tiết học sau. 44
  56. 2.2.2.5. Phiếu học tập cá nhân bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (mức độ mở 3) Nội dung phiếu học tập số 5 1. Thế nào là quá trình đẳng tích?(*) ▪ Quá trình đẳng tích là 2. Dựa vào thí nghiệm mà các nhóm đã tiến hành trong bài thuyết động học phân tử, hãy cho biết: ▪ Các thông số: thể tích, áp suất và nhiệt độ của khí thay đổi như thế nào khi thí nghiệm diễn ra là gì? Các em hãy đưa ra dự đoán và biểu thức hệ quả về mối quan hệ định lượng giữa nhiệt độ và áp suất trong trường hợp trên? 3. Phát biểu và viết biểu thức định luật Charles.(*) ▪ Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí xác đinh, ▪ Biểu thức: 4. Đường đẳng tích là gì?(*) ▪ Đường đẳng tích là đường biểu diễn 5. Vẽ đường đẳng tích trong mặt phẳng pOT.(*) ▪ Dựa vào mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối hãy cho biết dạng đường đẳng tích. 45
  57. Đường đẳng tích trong hệ tọa độ pOT là đường p O T *Lưu ý: Ứng với các thể tích khác nhau, sẽ có các đường đẳng tích khác nhau. Vẽ đường đẳng tích trên các đồ thị pOV và VOT? V p O O V T 6. Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí, hãy cho biết thể tích khối khí nào lớn hơn giữa V1 và V2? p V2 V 1 O T 7. Giải thích tại sao không nên để xe đạp ngoài trời nắng quá lâu? 46
  58. 2.2.2.6. Phiếu học tập nhóm bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (mức độ mở 3) Nội dung phiếu học tập số 6 NV1: Các nhóm hãy trình bày lại phương án thí nghiệm kiểm chứng hệ quả biểu thức của định luật Charles mà nhóm đã chuẩn bị ở nhà. (dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm, quy trình tiến hành thí nghiệm). (mức độ mở 3) Phương án thí nghiệm: Dụng cụ cần thiết và công dụng: Bố trí thí nghiệm: Tiến hành thí nghiệm NV2: Từ phương án thí nghiệm (định lượng) đã thiết kế trong bài tập về nhà mà thầy đã giao, cùng các dụng cụ đã chuẩn bị sẵn, các em hãy tiến hành thí nghiệm sau đó hoàn thành bảng số liệu sau. 푃 Tính giá trị các tích số α= và sau số tỉ đối Δα. Từ đó rút ra mối liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối T trong quá trình đẳng tích. P (105Pa) T (K) 푃 α = Δα Trung bình 훂̅ 횫훂̅̅̅̅ 횫훂̅̅̅̅ Sai số tỉ đối: δ= 훂̅ Nhận xét kết quả thí nghiệm: 47
  59. Nếu thí nghiệm xảy ra sai số lớn: Hãy xem lại quá trình làm thí nghiệm và tìm ra nguyên nhân gây ra sai số trong thí nghiệm trên là do đâu? Hãy tim biện pháp khắc phục nguyên nhân trên. NV3: Từ các số liệu đã thu được hãy biểu diễn đường đẳng tích lên hệ tọa độ pOT và nhận xét dạng đường đẳng tích P (105 Pa) O T (K) 48
  60. 2.2.3. Xây dựng Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh khi tiến hành dạy học vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở 2.2.3.1. Xây dựng Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm Trên thực tế, NLTN của HS biểu hiện rất đa dạng và ở nhiều cấp độ khác nhau, do đó, tôi đã tiến hành xây dựng các công cụ đánh giá dựa trên nội hàm năng lực. Với cách này, chúng ta cần phân tích chi tiết nội hàm năng lực thành các tiêu chí, hành vi nhận biết được. Trên cơ sở đó, tiếp tục xây dựng nhiệm vụ, yêu cầu HS thực hiện. Đồng thời, cũng trên cơ sở đó, GV thông qua quan sát trực tiếp hoặc kết quả đạt được của HS để đánh giá mức độ đạt được thành tố năng lực cần đánh giá của HS. Hệ thống NLTN gồm có 4 yếu tố thành phần khác nhau [1] bao gồm: + Năng lực xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán; + Năng lực thiết kế các phương án TN; + Năng lực tiến hành phương án thí nghiệm; + Năng lực cải tiến và chế tạo dụng cụ TN. Chúng liên hệ chặt chẽ với nhau tạo thành một thể thống nhất. Sự hiểu biết về kiến thức thực hành sẽ giúp cho kĩ thuật thực hiện thao tác (kĩ năng) diễn ra đúng và thể hiện rõ tính khoa học. Những yếu tố đó kết hợp với sự nỗ lực của ý chí giúp quá trình thực hành diễn ra nhanh, đạt được kết quả tốt, nhờ đó mà nâng cao hiệu quả học tập của HS. Năng lực được biểu hiện qua hành động. Căn cứ vào mức độ biểu hiện của các thành phần NLTN thông qua các hoạt động thực hành cụ thể, tôi đưa ra các tiêu chí để đánh giá các mức độ khác nhau của NLTN. Cụ thể: • Đối với năng lực thành phần xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán 49
  61. Mức độ Yếu Trung Khá Giỏi Tổng (0đ) bình (2đ) (2.5đ) điểm (1đ) các thành Tiêu chí phần Khả năng Không Phát hiện Phát hiện Phát hiện được quan sát diễn phát hiện được hiện được hiện hiện tượng Vật lý. biến, hiện được hiện tượng Vật tượng Vật Phát hiện được các tượng và xác tượng Vật lý nhưng lý. vấn đề nảy sinh định các kiến lý không phát Phát hiện cần nghiên cứu. thức liên quan hiện được được các Xác định được các vấn đề vấn đề nảy những kiến thức nảy sinh sinh cần liên quan từ các cần nghiên nghiên cứu hiểu biết có sẵn. cứu. nhưng không xác định được những kiến thức liên quan. Xác định mục Không Xác định Xác định Xác định chính đích TN xác định mục đích được mục xác và đầy đủ mục được mục TN không đích TN đích thí nghiệm. đích TN rõ ràng. nhưng hoặc xác chưa đầy định sai đủ. 50
  62. mục đích TN Dự đoán và Không Đưa ra dự Đưa ra dự Dự đoán định xây dựng các đưa ra đoán, giả đoán định lượng mối quan hệ giả thuyết về được dự thuyết thô tính về hàm số giữa các hiện tượng đoán và sơ dựa vào những đại lượng Vật lý giả thuyết kinh nguyên biểu diễn các đặc cho hiện nghiệm bản nhân chính, tính của sự vật, các tượng. thân, vào mối quan mặt của hiện những kiến hệ chính tượng. thức đã có. chi phối hiện tượng. Đưa ra các lập Trình bày So sánh, Suy luận, Biện luận tính luận, logic và quan điểm đối chiếu giải thích. đúng đắn của kết biện chứng. cá nhân các khía quả thí nghiệm và cạnh của các kết luận làm cơ một hiện sở xuất phát các tượng Vật suy luận lý thuyết lý hoặc một để suy ra hệ quả. vấn đề. Bảng 2.1. Rubric đánh giá năng lực xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán giả thuyết. • Đối với năng lực thành phần thiết kế các phương án TN 51
  63. Mức độ Yếu Trung Khá Giỏi Tổng (0đ) bình (2đ) (2.5đ) điểm các (1đ) thành phần Tiêu chí Kiến thức về Không xác Xác định Xác định Xác định TBTN định được được TBTN được TBTN được TBTN. TBTN. nhưng Nắm được Nắm được (Chẳng hạn không nắm tính năng, tính năng, như học sinh được công công dụng công dụng không thể dụng của của thiết bị của TBTN. xác định thiết bị. nhưng Nắm vững được đó là không nắm nguyên tắc một nhiệt kế vững hoạt động hoặc là một nguyên tắc của TBTN. ống nghiệm, hoạt động thước đo độ, của TBTN ) Đề xuất Không đề Đề xuất Đề xuất Đề xuất phương án TN xuất được phương án phương án phương án phương án TN không TN tương TN tốt, dụng TN. tốt, dụng cụ đối tốt tuy cụ dễ kiếm, thí nghiệm nhiên vẫn dễ làm và dễ khó kiếm, gặp những tiến hành thí khó tiến vấn đề nghiệm hành TN. chẳng hạn dụng cụ thí 52
  64. nghiệm khó kiếm hoặc khó tiến hành thí nghiệm. Xây dựng quy Không xây Xây dựng Xây dựng Xây dựng trình TN dựng được được nhưng đủ các bước đầy đủ các các bước tiến thiếu hoặc tiến hành bước TN. hành TN. thừa các nhưng trình Xây dựng bước tiến tự TN chưa các bước hành TN. hợp lý. tiến hành TN một cách hợp lý, khoa học. Xây dựng sơ Sơ đồ bố trí Sơ đồ bố trí Sơ đồ bố trí TBTN được đồ bố trí TBTN TBTN đầy TBTN đầy chú thích rõ TBTN không đầy đủ nhưng đủ, gọn gàng ràng, chi đủ, không không gọn nhưng chưa tiết. gọn gàng, gàng, hợp thật sự hợp Sơ đồ bố trí không hợp lý. lý hoặc chưa TBTN gọn lý. chú thích rõ gàng, hợp ràng, chi tiết lý, thể hiện TBTN. được liên kết giữa các TBTN Bảng 2.2. Rubric đánh giá năng lực thiết kế các phương án thí nghiệm • Đối với năng lực thành phần tiến hành các phương án TN đã thiết kế. 53
  65. Rubric này có nhiều thành tố hơn các năng lực khác nên tôi đưa ra các thang điểm đánh giá khác so với các Rubric năng lực khác. Cụ thể như sau: Mức độ Yếu Trung Khá Giỏi Trung (0đ) bình (8đ) (10đ) bình các (5đ) thành Tiêu chí phần Lập kế hoạch Không có sự Phân công Phân công Phân công TN phân công nhiệm vụ nhiệm vụ rõ nhiệm vụ nhiệm vụ không rõ ràng nhưng rõ ràng, TN. ràng. chưa hợp lý. hợp lý. Lắp ráp bộ TN Lắp ráp Lắp ráp Lắp ráp đúng Lắp ráp không đúng chưa đúng yêu cầu nhanh yêu cầu, giáo yêu cầu, nhưng vẫn chóng, viên phải phải lắp ráp còn khá chính xác hướng dẫn nhiều lần chậm, cần sự đúng yêu từng bước hướng dẫn cầu. một. của giáo viên. Bố trí TN Bố trí dụng Bố trí dụng Bố trí dụng Bố trí dụng cụ không đầy cụ đầy đủ cụ đầy đủ, cụ đầy đủ, đủ, không nhưng gọn gàng gọn gàng, gọn gàng, không gọn nhưng vẫn hợp lý. không hợp lý. gàng. chưa thật sự hợp lý. 54
  66. Tiến hành TN Tiến hành Tiến hành Tiến hành Tiến hành không theo từng bước TN đúng TN đúng đúng quy TN theo phương pháp phương trình TN. phương án Thực hiện pháp. đề ra nhưng đúng nhiệm Thực hiện vẫn gặp sai vụ được phân tốt nhiệm sót. công . vụ được phân công. Thao tác TN Không biết sử Biết sử dụng Biết sử dụng Thao tác dụng TBTN. TBTN TBTN, thao nhanh gọn, nhưng còn tác tốt nhưng dứt khoát, lúng túng, vẫn gặp một chính xác, phải chỉnh ít sai sót. không gặp sửa nhiều. sai sót. Thời gian Tiến hành Cần thêm Tiến hành tốt Tiến hành thực hiện mất nhiều một khoảng các bước TN tốt các thời gian. thời gian đúng thời bước. ngắn để gian yêu cầu. TN nhanh hoàn tất TN. hơn thời gian yêu cầu. 55
  67. Xử lý sự cố Không phát Phát hiện sự Phát hiện sự Phát hiện hiện được sự cố nhưng xử cố, xử lý tốt sự cố và cố để tìm lý không nhưng còn xử lý hiệu cách xử lý tốt. lúng túng. quả. Bảng 2.3. Rubric đánh giá năng lực tiến hành các phương án TN đã thiết kế. Ở năng lực tiến hành các phương án TN đã thiết kế thì cách tính điểm cũng sẽ khác so với các năng lực khác, cụ thể ta sẽ tính trung bình điểm của các thành phần trong năng lực: 푡ổ푛𝑔 đ𝑖ể á 푡ℎà푛ℎ ℎầ푛 Điểm trung bình các thành phần = 푡ổ푛𝑔 푠ố 푡ℎà푛ℎ ℎầ푛 푡ổ푛𝑔 đ𝑖ể á 푡ℎà푛ℎ ℎầ푛 = 7 Đối với năng lực thành phần xử lý, phân tích và trình bày Mức độ Yếu Trung bình Khá Giỏi Tổng (0đ) (1đ) (2đ) (2.5đ) điểm các thành Tiêu chí phần Trình bày số Ghi chép số Ghi chép Ghi chép Ghi chép số liệu liệu sơ sài, chưa thực sự số liệu cẩn liệu tỉ mỉ, không cẩn cẩn thận, vẫn thận, tỉ mỉ cẩn thận. thận, không còn thiếu sót. Thực hiện Thực hiện có sự đầu tư. Chưa thực tốt các các phép Không thực hiện chính phép toán tính toán hiện chính xác các phép nhưng vẫn chính xác, xác các phép tính toán. gặp thiếu hoàn chỉnh. tính toán. sót chưa hoàn chỉnh. 56
  68. Xử lý số liệu Không biết Xử lý được Xử lý tốt số Vẽ bảng cách xử lý số liệu đã liệu đã biểu, đồ thị hoặc xử lý trình bày (vẽ trình bày tốt, đúng sai số liệu đã bảng biểu, đồ (vẽ bảng yêu cầu, cẩn trình bày. thị) nhưng biểu, đồ thận, tỉ mỉ vẫn thiếu sót thị) so với và chính nhiều so với yêu cầu xác. yêu cầu. nhưng vẫn thiết sót vài lỗi nhỏ như kích thước số liệu không thống nhất, Phân tích kết Không phân Phân tích Phân tích Phân tích quả tích được kết được một số được quy được quy quả của các quy luật đơn luật của các luật của các số liệu thu giản của các số liệu số liệu. được. số liệu. nhưng Thiết lập chưa thiết được mối lập được liên hệ giữa mối liên hệ các đại giữa các lượng và đại lượng điều kiện và điều xảy ra hiện kiện xảy ra tượng. hiện tượng. 57
  69. Vận dụng Không vận Vận dụng kết Vận dụng Vận dụng dụng được luận để giải kết luận để kết luận để các kết luận thích hiện phân tích, phân tích, để giải thích tượng ở mức giải thích giải thích các hiện độ thô sơ, các vấn đề các vấn đề tượng. đơn giản hiện tượng hoặc hiện cùng loại tượng cùng trong một loại khác. phạm vi Xác định nhất định phạm vi áp dụng Bảng 2.4. Rubric đánh giá năng lực xử lý, phân tích và trình bày. Đối với năng lực thành phần cải tiến và chế tạo dụng cụ thí nghiệm Mức độ Yếu Trung Khá Giỏi Tổng điểm (0đ) bình (2đ) (2.5đ) các thành Tiêu chí (1đ) phần Xác định Không xác Xác định Xác định Xác định đầy nguồn sai số định được được nguồn được đủ, chính xác nguồn sai gây ra sai số nguồn gây các nguồn gây số hoặc xác nhưng vẫn ra sai số ra sai số (phép định sai thiếu sót nhưng vẫn đo và dụng cụ) nguồn sai nhiều. (Sai thiếu vài ý số. số do phép nhỏ. (Sai đo hoặc sai số do phép số do dụng đo hoặc sai cụ). số do dụng cụ). 58
  70. Biện pháp xử Không đưa Đưa ra được Đưa ra Đưa ra được lý sai số. ra được biện pháp để được biện biện pháp để biện pháp khắc phục pháp để khắc phục để khắc nguyên nhân khắc phục nguyên nhân phục gây ra sai số nguyên gây ra sai số hệ nguyên ngẫu nhiên nhân gây ra thống. nhân gây ra nhưng vẫn sai số ngẫu sai số. thiếu sót. nhiên. Cải tiến dụng Không có ý Cải tiến Cải tiến Cải tiến dụng cụ tưởng để được dụng dụng cụ cụ phức tạp để cải tiến cụ khắc phục đơn giản có sai số hệ dụng cụ. nguyên nhân để có sai số thống hợp lý. gây sai số. hệ thống hợp lý. Chế tạo dụng Không chế Chế tạo Chế tạo Tự chế tạo cụ tạo được được dụng được dụng dụng cụ phức dụng cụ thí cụ đơn giản, cụ phức tạp tạp, hiệu quả nghiệm (kể phù hợp với dựa trên cao, phù hợp cả những mục đích chế mô hình có với mục đích, dụng cụ tạo, có thể sử sẵn và yêu cầu kĩ đơn giản) dụng được. hướng dẫn thuật. của giáo viên. Bảng 2.5. Rubric đánh giá năng lực cải tiến và chế tạo dụng cụ. 2.2.3.2. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí (mức độ mở 1) 59
  71. NLTN Tiêu chí Câu hỏi xây dựng Xác định vấn đề cần nghiên cứu và Quan sát diễn NV1 đưa ra các dự đoán, giả thuyết biến hiện tượng. (phiếu học tập số 1) Kiến thức thiết bị NV2 Thiết kế các phương án thí nghiệm thí nghiệm (phiếu học tập số 1) Xử lý, phân tích và trình bày Vận dụng NV2 (phiếu học tập số 1) Tổng 3 Câu Bảng 2.6. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử 2.2.3.3. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 1 và 2) Câu hỏi xây dựng NLTN Tiêu chí Quan sát diễn biến hiện tượng. NV1-Câu 5 Xác định vấn đề cần (phiếu học tập số 2) nghiên cứu và đưa ra Mức độ mở 1 các dự đoán, giả thuyết Dự đoán và xây dựng giả thuyết NV2-Câu 5 về hiện tượng. (phiếu học tập số 2) Mức độ mở 1 Đưa ra các lập luận, logic, biện NV2-Câu 5 chứng (phiếu học tập số 1) 60
  72. Mức độ mở 1 Kiến thức thiết bị thí nghiệm NV1 (phiếu học tập số 3) Thiết kế các phương án Mức độ mở 2 thí nghiệm Đề xuất phương án thí nghiệm NV1 (phiếu học tập số 3) Mức độ mở 2 Thiết kế phương án thí nghiệm NV1 (phiếu học tập số 3) Mức độ mở 2 Xây dựng sơ đồ bố trí TBTN Câu 1 (Phiếu học tập số 4) Mức độ mở 2 Trình bày số liệu NV2 (phiếu học tập số 3) Mức độ mở 2 Xử lý số liệu NV2 + NV3 (phiếu học tập số 3) Mức độ mở 2 Phân tích kết quả NV4 61
  73. Xử lý, phân tích và (phiếu học tập số 3) trình bày Mức độ mở 2 Vận dụng Câu 11 (phiếu học tập số 2) Mức độ mở 2 Xác định nguồn sai số Câu 6 (phiếu học tập số 3) Mức độ mở 2 Cải tiến, chế tạo thiết bị Câu 6 (phiếu học tập số 3) Biện pháp xử lý sai số Mức độ mở 2 Tổng 8 Câu Bảng 2.7. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte 2.2.3.4. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (mức độ mở 3) Câu hỏi xây dựng NLTN Tiêu chí Quan sát diễn biến hiện tượng. Câu 2 62
  74. Xác định vấn đề cần nghiên cứu (phiếu học tập số 5) và đưa ra các dự đoán, giả Dự đoán và xây dựng giả Câu 2 thuyết thuyết về hiện tượng. (phiếu học tập số 5) Đưa ra các lập luận, logic, Câu 2 biện chứng (phiếu học tập số 5) Kiến thức thiết bị thí nghiệm NV1 (phiếu học tập số 6) Đề xuất phương án thí nghiệm NV1 (phiếu học tập số 6) Thiết kế phương án thí NV1 nghiệm (phiếu học tập số 6) Xây dựng sơ đồ bố trí TBTN NV1 (nhiệm vụ học tập Thiết kế các phương án thí về nhà cho học nghiệm sinh) Trình bày số liệu NV2 (phiếu học tập số 6) Xử lý số liệu NV2 (phiếu học tập số 6) Phân tích kết quả NV3 (phiếu học tập số 6) Xử lý, phân tích và trình bày Vận dụng Câu 7 (phiếu học tập số 5) Xác định nguồn sai số NV3 (phiếu học tập số 6) NV3 Biện pháp xử lý sai số (phiếu học tập số 6) 63
  75. Chế tạo dụng cụ Nhiệm vụ thí nghiệm về nhà Cải tiến, chế tạo thiết bị (Phiếu học tập số 4) Tổng 8 Câu Bảng 2.8. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles Lưu ý: Về Rubric đánh giá năng lực tiến hành các phương án thí nghiệm đã thiết kế qua các bài là như nhau nên tôi đánh giá chung các thành phần của năng lực này thông qua Rubric trình bày ở mục trên. 2.3. Soạn thảo giáo án dạy học các bài chương “Chất khí” vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở. 2.3.1. Cấu trúc kiến thức chương Chất khí, Vật lý 10, cơ bản. Kiến thức mới của chương Chất khí được thể hiện tóm tắt thông qua các hình sau: Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc nội dung thuyết động học phân tử chất khí chương trình Vật lý 10, cơ bản 64
  76. Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc nội dung các định luật chất khí theo chương trình Vật lý 10, cơ bản • Sau đây tôi xin trình bày cụ thể giáo án dạy học các bài trong chương “Chất khí” vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở Những bài học được chọn để xây dựng tiến trình dạy học là: o Bài 28: Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí. (mức độ mở 1) o Bài 29: Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte. (mức độ mở 1+2) o Bài 30: Quá trình đẳng tích-Định luật Charles. (mức độ mở 3) 2.3.2. Giáo án dạy học sử dụng thí nghiệm mở bài “Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí” (Mức độ mở 1). Ý TƯỞNG SƯ PHẠM Tôi xây dựng bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí vận dụng mức độ mở 1 để học sinh làm quen với việc tiến hành thí nghiệm, làm quen với các năng lực thực nghiệm cơ bản và đơn giản nhất. Với lượng kiến thức tương đối và thí nghiệm tiến hành khá đơn giản, đây là cơ hội thuận lợi để tôi có thể bắt đầu xây dựng quy trình sử dụng thí nghiệm mở của mình nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. Thông qua việc sử dụng thí nghiệm mở ở mức độ đơn giản nhất này, tôi cũng muốn học sinh làm quen với cách đánh giá năng lực thực nghiệm thông qua Rubric. Sau đó tôi sẽ đánh giá sơ bộ mức độ năng lực thực nghiệm của học sinh thông qua bài học này. I. MỤC TIÊU BÀI HỌC 65
  77. 1. Kiến thức ₋ Nhớ lại kiến thức cơ bản về cấu tạo chất. ₋ Biết về đặc điểm của lực tương tác phân tử và sự phụ thuộc của nó vào khoảng cách phân tử. ₋ Biết được sự ảnh hưởng của lực tương tác phân tử đến các thể rắn, lỏng, khí. ₋ Phát biểu được thuyết động học phân tử chất khí. ₋ Nêu được đặc điểm của khí lý tưởng. 2. Kĩ năng ₋ Giải thích được một số hiện tượng liên quan đến tác dụng của lực tương tác phân tử trong tự nhiên. ₋ Giải thích được một số tính chất của các thể rắn, lỏng, khí của vật chất bằng khái niệm lực tương tác phân tử. ₋ Kĩ năng quan sát hiện tượng và giải thích hiện tượng. ₋ Kĩ năng xác định dụng cụ thí nghiệm. ₋ Kĩ năng tiến hành phương án thí nghiệm đã có sẵn và vận dụng kiến thức. ₋ Phân biệt được khí lý tưởng và các khí khác. 3. Thái độ ₋ Tập trung trong học tập và tìm hiểu kiến thức. ₋ Có niềm tin vào khoa học và tò mò tìm hiểu kiến thức. ₋ Tham gia thí nghiệm tích cực, chú ý quan sát hiện tượng. ₋ Có ý thức giải thích các hiện tượng trong thực tế bằng kiến thức đã học. 4. Định hướng phát triển năng lực ₋ Phát triển năng lực giải quyết vấn đề qua việc giải thích một số tính chất của các thể rắn, lỏng, khí bằng khái niệm lực tương tác phân tử. ₋ Phát triển năng lực thực nghiệm thông qua việc tiến hành thí nghiệm, quan sát giải thích hiện tượng. 66
  78. ₋ Nâng cao năng lực tự học qua việc tìm hiểu kiến thức đã học để giải thích các hiện tượng thực tế có liên quan đến lực tương tác phân tử và giải thích bằng thuyết động học phân tử chất khí. ₋ Phân biệt khí lý tưởng và các khí khác. II. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC 1. Phương pháp ₋ Thuyết trình và giảng giải tìm hiểu kiến thức về lực tương tác phân tử và các thể rắn, lỏng, khí. ₋ Sử dụng mức độ mở 1 trong quy trình xây dựng thí nghiệm mở để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh bằng cách cho học sinh tiến hành thí nghiệm theo phương án thí nghiệm, quy trình thí nghiệm và dụng cụ thí nghiệm có sẵn. ₋ Thông báo nội dung thuyết động học phân tử chất khí, khái niệm khí lý tưởng. 2. Phương tiện ₋ Bảng, phấn viết và thước kẻ, trình chiếu. ₋ Mô phỏng PhET về cấu tạo vật chất ở 3 thể rắn, lỏng, khí, tương tác phân tử. ₋ Dụng cụ thí nghiệm. ₋ Phiếu học tập cá nhân. III. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên ₋ Kiến thức về cấu tạo chất và thuyết động học phân tử chất khí. ₋ Các đoạn phim, mô phỏng về cấu tạo chất và thuyết động học phân tử chất khí. ₋ Dụng cụ dạy học: phấn, thước kẻ, phiếu học tập. ₋ Dụng cụ thí nghiệm: Xi-lanh có pit-tông, nước nóng, nước đá. 2. Học sinh ₋ Kiến thức đã học từ lớp 8 về cấu tạo chất. IV. TIẾN TRÌNH LÊN LỚP Hoạt động 1: Ổn định, kiểm tra (nếu có), vào bài mới (5 phút) Vào bài mới 67
  79. ₋ Giới thiệu phần Nhiệt học: Có nhiều hiện tượng liên quan đến chuyển động và tương tác của các phân tử. Nhiệt học là một trong những bộ phận của Vật lý học có nhiệm vụ nghiên cứu các hiện tượng này. ₋ Giới thiệu chương Chất khí: Chương này nghiên cứu tính chất của chất khí và các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí. ₋ Giới thiệu bài: Ta tìm hiểu về cấu tạo chất và làm quen với Thuyết động học phân tử chất khí và khái niệm mới là Khí lý tưởng trong bài học này. Họat động 2: Nhắc lại những kiến thức cơ bản về cấu tạo chất (5 phút) Hoạt động của Nội dung bài học + Ghi chép Hoạt động của GV HS I. Cấu tạo chất Đặt câu hỏi gợi ý cho học sinh Nghe và nhớ lại 1. Những kiến thức cơ bản nhớ lại kiến thức đã học về cấu kiến thức để trả ₋ Các chất được cấu tạo từ tạo chất: lời câu hỏi của các hạt riêng biệt gọi là ₋ Các chất có được cấu tạo liền giáo viên. phân tử; một khối hay không? Ghi chép lại ₋ Các phân tử chuyển động ₋ Các phân tử có đứng yên hay những kiến thức không ngừng; không? cơ bản về cấu tạo ₋ Nhiệt độ của vật càng cao ₋ Chuyển động của các phân tử và chất. các phân tử cấu tạo nên vật nhiệt độ của vật có liên hệ gì với chuyển động càng nhanh. nhau? Ghi lên bảng những kiến thức cơ bản đã biết về cấu tạo chất cho học sinh. Hoạt động 3: Tìm hiểu Lực tương tác phân tử (5 phút) Hoạt động của Nội dung bài học + Ghi chép Hoạt động của GV HS 2. Lực tương tác phân tử Đặt vấn đề: Nếu các phân tử cấu Tập trung lắng tạo nên vật chuyển động không nghe thông báo, 68
  80. Lực tương tác giữa các phân tử ngừng thì tạo sao vật không rã ra giảng giải và ghi bao gồm lực hút và lực đẩy. thành từng phân tử riêng biệt mà nhận vào vở kiến Độ lớn những lực này phụ cứ giữ nguyên hình dạng và thể thức về lực tương thuộc vào khoảng cách các tích của chúng? tác phân tử. phân tử: Thông báo: Các vật có hình dạng Khoảng cách Độ lớn và thể tích xác định là do giữa các Nhỏ Lực đẩy phân tử cấu tạo nên vật đồng thời mạnh hơn có lực hút và lực đẩy. Gọi chung lực hút là lực tương tác phân tử. Lớn Lực hút Ghi bảng: Lực tương tác giữa mạnh hơn các phân tử bao gồm lực hút và lực đẩy lực đẩy. Lớn hơn kích Lực tương Thông báo và ghi bảng: Độ lớn thước phân tử tác không những lực này phụ thuộc vào đáng kể khoảng cách các phân tử. Kẻ bảng, cho xem mô phỏng PhET về tương tác phân tử và ghi nhận vào bảng về sự phụ thuộc của lực tương tác phân tử vào khoảng cách các phân tử. Hoạt động 4: Nêu và giải quyết vấn đề tìm hiểu các thể rắn, lỏng, khí (5 phút) Hoạt động của Nội dung bài học + Ghi chép Hoạt động của GV HS 3. Các thể rắn, lỏng, khí Phát phiếu học tập cho học Quan sát mô Thể Lực Chuyển Tính sinh. phỏng, nhận xét và tương động chất Đặt vấn đề: Nước đá, nước ghi nhận vào bảng. tác phân tử và hơi nước đều được cấu tạo từ cùng một loại phân tử là 69
  81. phân phân tử nước. Nhưng tại sao tử nước đá lại có thể tích và Khí Rất Chuyển Khôn hình dạng xác định, nước có yếu động g có thể tích riêng nhưng hình hoàn toàn hình dạng lại là hình dạng của hỗn độn dạng bình chứa, còn hơi nước thì và không có cả thể tích lẫn hình thể dạng riêng? tích Kẻ bảng và ghi đề mục cho riêng các cột. . Cho xem mô phỏng về các Chiế thể của chất và cho học sinh m nhận xét theo các mục trong toàn bảng dựa theo sự hướng dẫn bộ của giáo viên trong quá trình thể cho xem mô phỏng. tích (Mô phỏng phET) bình GV bổ sung câu trả lời của chứa, học sinh. dễ ₋ Ở thể khí, các phân tử ở xa nén. nhau (khoảng cách giữa các Rắn Rất Các phân Có phân tử lớn gấp hàng chục mạnh tử dao hình lần kích thước của chúng) động dạng nên lực tương tác phân tử quanh các và rất yếu, các phân tử chuyển vị trí cân thể động hoàn toàn hỗn loạn. bằng xác tích Do đó, chất khí không có định xác hình dạng và thể tích riêng. 70
  82. định Chiếm toàn bộ thể tích bình riêng chứa, dễ nén. . ₋ Ở thể rắn, các phân tử ở gần Lỏng Lớn Các phân Có nhau, lực tương tác giữa hơn ở tử dao thể các phân tử chất rắn rất thế động tích mạnh nên giữ các phân tử khí xung xác này ở các vị trí xác định và nhưng quanh vị định. chúng chỉ có thể dao động nhỏ trí cân Khôn xung quanh vị trí cân bằng hơn ở bằng g có xác định này. Do đó, các thể nhưng hình vật rắn có thể tích và hình rắn không cố dạng dạng riêng xác định. định, có xác ₋ Thể lỏng được goi là trung thể di định gian giữa thể khí và thể rắn. chuyển riêng Lực tương tác giữa các được mà phân tử ở thể lỏng lớn hơn có ở thể khí nên giữ các phân hình tử không phân tán ra xa dạng nhau. Nhờ đó chất lỏng có của thể tích riêng xác định. Tuy phần nhiên, lực này chưa đủ lớn bình như chất rắn để giữ phân tử chứa ở vị trí xác định. Các phân nó tử thể lỏng dao động xung quanh vị trí cân bằng nhưng những vị trí này không cố định mà di chuyển. Do đó chất lỏng không có hình 71
  83. dạng riêng mà có hình dạng cùa phần bình chứa nó. Hoạt động 5: Tìm hiểu thuyết động học phân tử chất khí và tiến hành thí nghiệm với mức độ mở 1. (20 phút) Hoạt động của Nội dung bài học + Ghi chép Hoạt động của GV HS II. Thuyết động học phân tử chất Giới thiệu: Trong chương này, Lắng nghe thông khí ta sẽ tìm hiểu về chất khí và qua báo, giảng giải và 1. Nội dung cơ bản rất nhiều lần thí nghiệm và rất quan sát mô phỏng ₋ Chất khí được cấu tạo từ các phân nhiều các phép đo các nhà khoa được giáo viên tử riêng biệt, kích thước các phân học vào những năm đầu của thế cho xem để hiểu tử rất nhỏ so với khoảng cách kỉ XVIII đã tóm tắt các lập luận về nội dung của giữa chúng. về cấu trúc phân tử của chất khí thuyết động học ₋ Các phân tử chuyển động hỗn để phát biểu thành Thuyết động phân tử chất khí. loạn không ngừng. Vận tốc trung học phân tử chất khí. bình của các phân tử càng lớn thì Thông báo: Nội dung của nhiệt độ khí càng cao. thuyết động học phân tử chất ₋ Các phân tử khí chuyển động hỗn khí như sau: độn va chạm vào nhau và va ₋ Chất khí được cấu tạo từ các chạm vào thành bình, gây ra áp phân tử riêng biệt, kích thước suất chất khí lên thành bình. các phân tử rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. ₋ Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng. Vận tốc trung bình của các phân tử càng lớn thì nhiệt độ khí càng cao. 72
  84. Cho xem mô phỏng về chuyển động của các phân tử chất khí. Giảng giải về áp suất: Mỗi phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực không đáng kể, nhưng vô số phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực đáng kể. Lực này gây ra áp suất chất khí lên thành bình. Thông báo và ghi bảng: ₋ Các phân tử khí chuyển động hỗn độn va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình, gây ra áp suất chất khí lên thành bình. GV cho học sinh tiến hành thí nghiệm thể hiện sự phụ thuộc của vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ và thí nghiệm chứng minh tính linh động của chất khí và sự tồn tại của áp suất khí 73
  85. được giao trong phiếu học tập. Yêu cầu học sinh quan sát, nhận xét và giải thích hiện tượng xảy ra dựa vào thuyết động học phân tử chất khí và cấu tạo chất khí. Hoạt động 6: Thông báo về khái niệm Khí lý tưởng (5 phút) Nội dung bài học Hoạt động của GV Hoạt động của HS 2. Khí lý tưởng Thông báo: Lắng nghe thông báo Chất khí trong đó các phân tử Vì các phân tử khí ở xa nhau và ghi nhận khái niệm được coi là chất điểm và chỉ nên thể tích riêng của mỗi phân Khí lý tưởng. tương tác khi va chạm được tử nhỏ hơn rất nhiều so với thể gọi là khí lý tưởng. tích bình chứa. Ta bỏ qua thể tích riêng này và coi chúng như các chất điểm. Khi chưa va chạm, lực tương tác giữa các phân tử là rất yếu nên cũng có thể bỏ qua. Ta chỉ kể đến lực tương tác khi chúng va chạm mà thôi. Vậy tóm lại: 74
  86. Chất khí trong đó các phân tử được coi là chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm được gọi là khí lý tưởng. V. CỦNG CỐ ₋ Sự khác nhau giữa các thể rắn, lỏng, khí được giải thích như thế nào? ₋ Phát biểu nội dung thuyết động học phân tử chất khí. ₋ Khí lý tưởng là gì? VI. GIAO NHIỆM VỤ - HƯỚNG DẪN TỰ HỌC. 1. Giao nhiệm vụ cho học sinh: ₋ Ghi nhớ nội dung thuyết động học phân tử chất khí, khái niệm khí lý tưởng; ₋ Tìm ví dụ chứng tỏ giữa các phân tử có lực hút, lực đẩy. ₋ Đọc và tìm hiểu trước kiến thức bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte ₋ Tìm hiểu trước thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte, các thí nghiệm đơn giản liên quan tới quá trình đẳng nhiệt 2. Hướng dẫn học sinh tự học, tự nghiên cứu ₋ Ngoài 3 thể rắn, lỏng, khí mà chúng ta thường gặp trong đời sống thì trong lòng Mặt Trời hay các ngôi sao đang còn trẻ, nhiệt độ lên tới hàng chục triệu độ. Ở nhật độ này, vật chất không tồn tại ở 3 trạng thái thường gặp kia mà dưới một trạng thái đặc biệt gọi là plasma. Trong trạng thái này vật chất tồn tại dưới dạng gì và chúng có tính chất gì khác với 3 trạng thái vật chất đã học? 2.3.3. Giáo án dạy học sử dụng thí nghiệm mở bài “Quá trinh đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte” (mức độ mở 1+2). Ý TƯỞNG SƯ PHẠM: Sau khi đã tiến hành cho học sinh tiến hành dạy học vận dụng thí nghiệm mở ở mức độ đơn giản nhất, tôi sẽ tiếp tục cho học sinh tiến hành mức độ mở 2 thông qua việc cho học sinh tự đề xuất phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm theo phương án của mình dựa trên mục đích mà tôi đưa ra và các dụng cụ thí nghiệm mà tôi đã chuẩn bị sẵn. Ngoài 75
  87. ra để học sinh không quá bỡ ngỡ với mức độ thí nghiệm mở khá mới mẻ này, tôi cũng cho học sinh tiếp xúc lại với thí nghiệm ở mức độ đơn giản nhất ở đầu bài. Thông qua việc xây dựng giáo án bài học dựa trên việc sử dụng thí nghiệm mở ở mức độ 2 tôi mong muốn phát triển được thêm nhiều năng lực thực nghiệm thành phần khác cho học sinh và cải thiện các thành phần năng lực đã có trước đó. I. MỤC TIÊU BÀI HỌC 1. Kiến thức - Biết cách xác định trạng thái của một lượng khí. - Biết khái niệm quá trình, đẳng quá trình. - Hiểu khái niệm quá trình đẳng nhiệt. - Hiểu nội dung và phát biểu được định luật Boyle – Mariotte. - Biết khái niệm đường đẳng nhiệt. - Mô tả được cách bố trí thí nghiệm để khảo sát mối liên hệ giữa áp suất và thể tích của một lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi. 2. Kĩ năng - Suy đoán, tìm ra mối liên hẹ giữa các đại lượng Vật lý, áp suất và thể tích khi nhiệt độ không đổi. - Tham gia thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm nghiệm hệ quả dự đoán. - Kỹ năng xác định dụng cụ thí nghiệm. - Tiến hành các phương án TN đã thiết kế. - Xử lý, phân tích và trình bày kết quả khảo sát thực nghiệm và rút ra kết luận. - Vận dụng được kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề thực tế. - Phát hiện nguyên nhân gây ra sai số thí nghiệm và hướng khắc phục. 76