Đề tài Bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh qua bài “sự nở vì nhiệt của chất khí ”

Mở đầu Vật lý học là cơ sở của nhiều ngành kỹ thuật quan trọng. Sự phát triển của khoa học Vật lý gắn bó chặt chẽ và tác động qua lại trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật. Vì vậy những hiểu biết và nhận thức vật lý có giá trị to lớn trong đời sống và sản xuất, đặc biệt trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Môn Vật lý có vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu giáo dục toàn diện ở trường Trung học cơ sở, có nhiệm vụ cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức vật lý cơ bản. Môn Vật lý ở trung học cơ sở có vị trí cầu nối quan trọng, một mặt nó phát triển, hệ thống hoá các kiến thức, kĩ năng thái độ mà học sinh đã lĩnh hội và hình thành ở Tiểu học, mặt khác nó góp phần chuẩn bị cho học sinh những kiến thức, kĩ năng, thái độ cần thiết để tiếp tục học lên THPT và THCN, học nghề hoặc đi vào các lĩnh vực lao động sản xuất đòi hỏi những hiểu biết nhất định về vật lý. Việc giảng dạy Vật lí có những khả năng to lớn, góp phần hình thành và rèn luyện cho học sinh cách thức tư duy và làm việc khoa học, cũng như góp phần giáo dục học sinh ý thức, thái độ trách nhiệm đối với cuộc sống, gia đình, xã hội và môi trường. Đối với học sinh lớp 6- lớp đầu tiên của bậc THCS , người giáo viên đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc đưa học sinh đến với môn học này, giúp học sinh đạt được những yêu cầu của bộ môn và có hứng thú học tập môn Vật lí. Trong những năm gần đây, việc đổi mới phương pháp dạy học được quan tâm mạnh mẽ, tổ chức cho học sinh hoạt động sáng tạo trong dạy học vật lý là một trong những hướng đổi mới phương pháp dạy học. Phương pháp thực nghiệm là một trong những phương pháp dạy học đặc trưng của bộ môn vật lý, nó đóng góp một phần quan trọng trong việc đưa học sinh vào vị trí chủ thể hoạt động nhận thức. Trong khuôn khổ của bài viết này, tôi xin mạnh dạn trình bày một vài kinh nghiệm trong việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh qua bài “Sự nở vì nhiệt của chất khí ” Nội dung đề tài I. Cơ sở lý luận. 1. Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý: Giai đoạn 1: Làm xuất hiện vấn đề. Giai đoạn 2: Xây dựng dự đoán. Giai đoạn 3: Đề xuất và thực hiện một phương án thí nghiệm để kiểm tra. Giai đoạn 4: Công bố kết quả. 2. Những mục tiêu của chương trình Vật lí THCS: Về kiến thức: Chương trình Vật lí THCS phải cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức vật lí phổ thông, cơ bản ở trình độ THCS . Đó là: + Những kiến thức về các sự vật, hiện tượng và quá trình vật lí quan trọng trong đời sống và sản xuất. + Các khái niệm Vật lí cơ sở, các nguyên lý, định luật Vật lí cơ bản. Những ứng dụng quan trọng của Vật lí trong đời sống và sản xuất. + Những hiểu biết ban đầu về một số phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lý học đó là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình. Về năng lực: Cần rèn luyện cho học sinh đạt được: + Các kỹ năng thực hiện và quan sát các thí nghiệm, kỹ năng quan sát các hiện tượng và quá trình vật lí, kỹ năng sử dụng dụng cụ đo lường, kỹ năng phân tích, xử lí thông tin. + Kỹ năng vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng vật lý đơn giản. + Kỹ năng đề xuất các dự đoán hoặc giả thuyết đơn giản về các mối quan hệ hay về bản chất các hiện tượng hoặc sự vật Vật lý. + Khả năng đề xuất các phương án thí nghiệm đơn giản để kiểm tra dự đoán hoặc giả thuyết đã đề ra. + Kỹ năng diễn đạt rõ ràng, chính xác bằng ngôn ngữ Vật lý. Về thái độ: Tạo cho học sinh hứng thú trong việc học tập môn Vật lí cũng như việc áp dụng các hiểu biết của mình vào cuộc sống, có ý thức sẵn sàng tham gia vào các hoạt động trong gia đình, cộng đồng và nhà trường. Có thái độ trung thực, cẩn thận, chính xác trong việc thu nhận thông tin, trong quan sát và trong thực hành, thí nghiệm. 3. Đặc điểm và cấu trúc của chương trình Vật lí 6 Nội dung chương trình được lựa chọn và cấu trúc theo định hướng tiếp tục phát triển những kiến thức và kỹ năng mà học sinh đã đạt được ở bậc Tiểu học, đồng thời chuẩn bị những kiến thức và kỹ năng cơ sở cho việc học tập các môn khác ở THCS. Nội dung chương trình được lựa chọn nhằm tạo điều kiện cho việc tăng cường các hoạt động học tập đa dạng của học sinh, học sinh được tham gia vào các hoạt động như thu thập và xử lý thông tin, thảo luận nhóm, đề xuất các dự đoán hoặc giả thuyết, giải quyết những vấn đề khoa học nhỏ. Chương trình gồm 2 chương: Chương I: Cơ học (20 tiết ) Dựa trên vốn hiểu biết sẵn có của học sinh, chưong trình cơ học lớp 6 đề cập đến các phương pháp đo đơn giản các đại lượng chiều dài, thể tích, khối lượng và lực. Chương II: Nhiệt học (15 tiết) Dựa vào kinh nghiệm sống và vốn hiểu biết về nhiệt học mà học sinh đã được học ở Tiểu học, phần Nhiệt học ở lớp 6 đề cập đến những hiện tượng nhiệt gần gũi, quen thuộc với học sinh như sự co dãn vì nhiệt của các chất, sự chuyển thể của các chất... ở mức độ định tính.đó là những kiến thức có khả năng kích thích tính tò mò khoa học và hứng thú học tập Vật lý của học sinh. Ngoài ra có thể sử dụng các thí nghiệm đơn giản để rèn luyện phương pháp thực nghiệm cho học sinh. II. cơ sở thực tiễn Trong nhiều năm giảng dạy chương trình vật lý lớp 6, bản thân tôi nhận thấy việc làm cho học sinh chủ động tiếp thu kiến thức mà không cảm thấy bị áp đặt là một việc rất khó, nó đòi hỏi giáo viên phải dành nhiều thời gian cho việc xây dựng bài giảng và lựa chọn phương pháp dạy cho phù hợp với từng bài, từng phần của một bài. Việc sử dụng các phương pháp dạy học sao cho hiệu quả là mục tiêu của mỗi giáo viên. III. biện pháp thực hiện. 1. Thiết kế tiến trình dạy học một bài học vật lý theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm. Để rèn luyện cho học sinh sử dụng phương pháp thực nghiệm trong học tập vật lý thì giáo viên phải thiết kế tiến trình dạy học kiến thức sao cho học sinh hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm. Tuy nhiên không phải bài học nài cũng phải thiết kế đủ các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm mà tuỳ nội dung từng bài cụ thể hoặc từng phần của bài, cần vận dụng một cách sáng tạo để đạt được hiệu quả thực sự 2. Xây dựng tình huống có vấn đề. Đối với học sinh THCS , cảm xúc có vai trò đặc biệt quan trọng trong hoạt đông sáng tạo. Người giáo viên phải xây dựng tình huống có vấn đề, tạo mâu thuẫn nhận thức, động cơ, hứng thú đi tìm cái mới, mặt khác, cần tạo ra không khí học tập thuận lợi, khích lệ học sinh trao đổi, thảo luận và đưa ra ý kiến của mình, từ đó tạo điều kiện để các em tham gia tích cực vào quá trình học tập. 3. Tổ chức nhiều hình thức hoạt động trong giờ học: hoạt động theo nhóm, tranh luận trên lớp, hoạt động cá nhân. + Đối với học sinh lớp 6, vốn hiểu biết và kinh nghiệm còn ít thì việc tổ chức cho học sinh trao đổi tranh luận và tiến hành thí nghiệm kiểm tra theo nhóm là việc rất quan trọng. Thông qua hoạt động nhóm, các ý kiến, quan điểm của mỗi cá nhân được điều chỉnh và qua đó, học sinh hiểu hơn bản chất của vấn đề. + Việc cho học sinh hoạt động cá nhân theo phiếu học tập có tác dụng tạo điều kiện cho mỗi học sinh làm việc độc lập, tự lực tìm tòi, sáng tạo. Phiếu học tập được giáo viên chuẩn bị và giao cho học sinh sử dụng, nó thể hiện những yêu cầu hoạt động tự lực của học sinh đồng thời trong đó cũng thể hiện những hướng dẫn và yêu cầu của giáo viên. Do đó nếu được sử dụng thường xuyên và hợp lý, phiếu học tập sẽ có tác dụng rất lớn trong việc phát huy tính tích cực và năng lực của học sinh. Ngoài ra, phiếu học tập còn có tác dụng tiết kiệm đáng kể thời gian trên lớp. Giáo án cụ thể bài: sự nở vì nhiệt của chất khí Mục tiêu Tìm được thí dụ thực tế về hiện tượng thể tích của một khối khí tăng khi khí nóng lên, giảm khi lạnh đi. Giải thích được một số hiện tượng đơn giản về sự nở vì nhiệt của chất khí. Làm được thí nghiệm trong bài, mô tả được hiện tượng xảy ra và rút ra được kết luận cần thiết. Hình thành thói quen dự đoán nguyên nhân và dự đoán hiện tượng xảy ra trước khi làm thí nghiệm, biết đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán. Chuẩn bị Giáo viên: + 2 quả bóng bàn bị bẹp (nhưng không thủng). + Phích nước nóng. + Cốc đựng nước. + 1 cái kẹp. + Bình đo nóng lạnh của Galilê: một bình cầu, ống thuỷ tinh dài, một nút cao su có đục lỗ, giá thí nghiệm, cốc thuỷ tinh đựng nước màu. Học sinh: Mỗi nhóm học sinh cần: + Một bình thuỷ tinh đáy bằng, có nút cao su đục lỗ. + Một ống thuỷ tinh có thể xuyên qua nút cao su. + Một cốc nước màu. + Một miếng giấy trắng có vẽ vạch chia và được cắt ở 2 chỗ để có thể lồng vào ống thuỷ tinh. + khăn lau khô và mềm. + Một bao diêm. Các hoạt động dạy - học Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Phát hiện vấn đề Giáo viên đưa ra một quả bóng bàn còn mới, chưa thủng nhưng bị bẹp cho học sinh quan sát. - Có cách nào làm cho quả bóng phồng lên như cũ không? Học sinh: - Dùng tay nắn để quả bóng phồng lên. - Nhúng vào nước nóng. Học sinh tự tay nhúng quả bóng bàn vào nước nóng, sau đó gắp lên rồi xem. Quả bóng đã phồng trở lại như cũ. Hoạt động 2: Xây dựng dự đoán. - Nguyên nhân nào đã làm cho quả bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng có thể phồng trở lại? Giáo viên giúp học sinh loại trừ dự đoán bằng cách lấy quả bóng bàn bị bẹp, dùi một lỗ nhỏ trên quả bóng rồi nhúng vào nước nóng, quan sát và nhận xét. Các câu hỏi hướng dẫn: - Quả bóng thủng, gặp nóng có nở ra không? - Bọt khí nổi lên từ chỗ thủng chứng tỏ điều gì? Vậy trong các dự đoán trên, dự đoán nào có vẻ hợp lý hơn? Từ thí nghiệm quả bóng bàn, chúng ta dự đoán: chất khí gặp nóng thì nở ra. - Muốn biết dự đoán trên có đúng không, chúng ta phải kiểm tra điều gì? - Dấu hiệu gì cho ta biết là chất khí nở ra? Học sinh ghi dự đoán của mình vào phiếu học tập của mình và phát biểu. - Do vỏ nhựa của quả bóng gặp nóng nở ra. - Do không khí trong quả bóng gặp nóng nở ra. Học sinh: - Có bọt khí nổi lên từ chỗ thủng của quả bóng. - Qủa bóng không phồng trở lại, vậy nguyên nhân không phải là do vỏ của quả bóng nở ra. - Nguyên nhân làm cho quả bóng phồng lên có thể là do không khí trong quả bóng gặp nóng nở ra. Học sinh ghi kết quả vào phiếu học tập và phát biểu. - Ta phải kiểm tra xem có đúng là khi gặp nóng thì chất khí nở ra hay không? - Chất khí nở ra thì thể tích của nó tăng lên. => Ta phải kiểm tra xem có đúng là thể tích khí tăng lên khi bị đốt nóng hay không? Hoạt động 3: Đề xuất một phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán. Làm thế nào để kiểm tra được điều đó, các em hãy đề xuất một phương án thí nghiệm kiểm tra. Giáo viên đưa ra một bình thuỷ tinh không có nút. - Làm thế nào để biết không khí trong bình này nóng lên thì nở ra? Giáo viên giúp học sinh phân tích và đưa ra gợi ý: chúng ta thử xem, nếu thay nút cao su bằng một nút đặc biệt: một giot nước màu hay cột nước màu thì sao? Giáo viên đưa ra bình cầu, một ống thuỷ tinh hình chữ L xuyên qua nút bình, trong ống thuỷ tinh có một giọt nước màu. - Giả sử ta làm nóng bình cầu, dấu hiệu gì cho ta biết thể tích khí trong bình tăng lên? Học sinh ghi vào phiếu học tập và thảo luận trước lớp về phương án thí nghiệm kiểm tra. - Dùng một bình thuỷ tinh, nút bình lại rồi đem hơ nóng, khi đó nếu chất khí nở ra thì nút bình sẽ bị bật ra. Học sinh: Giọt nước màu chạy ra ngoài miệng ống. Giáo viên tổ chức cho học sinh trong các nhóm trao đổi và thực hiện thí nghiệm, theo dõi chất khí nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi. Câu hỏi hướng dẫn của giáo viên: - Làm nóng bình khí bằng cách nào? - Làm lạnh bình bằng cách nào? - Dự đoán xem hiện tượng gì xảy ra khi làm lạnh bình? Giáo viên theo dõi các nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm, cứ để học sinh tự làm nóng, lạnh theo cách của mình, tuy nhiên nếu nhóm nào sử dụng cách làm nóng bằng hơ trên ngọn lửa thì giáo viên nhắc học sinh không để bình cầu ở gần ngọn lửa quá. Giáo viên đặc biệt chú ý tới sự an toàn trong khi làm thí nghiệm. Nếu nhóm nào làm không thành công thì giáo viên giúp các em tìm lý do không thành công và hướng dẫn các em thực hiện theo cách đơn giản nhất là: áp hai bàn tay vào bình. Thực hiện thí nghiệm kiểm tra. Học sinh trao đổi nhóm và làm việc cá nhân trên phiếu học tập trước khi tiến hành thí nghiệm. Học sinh: - Hơ nóng bình trên ngọn lửa. - Nhúng vào chậu nước nóng. - áp tay vào bình. Học sinh: - Nhúng bình vào chậu nước lạnh. - Đắp khăn ướt vào bình. - Đang áp tay vào bình thì bỏ tay ra. Học sinh: Thể tích khí giảm, giọt nước màu chạy vào phía trong. Học sinh tiến hành thí nghiệm: đánh dấu vị trí giọt nước màu lúc đầu, làm nóng bình khí, theo dõi, đánh dấu vị trí giọt nước màu. Sau đó làm lạnh bình, đánh dấu vị trí giọt nước màu. Nhận xét. Hoạt động 4: Công bố kết quả. Giáo viên yêu cầu các nhóm báo cáo kết quả trước lớp và ghi vào bảng tổng hợp trên bảng. - Theo kết quả thí nghiệm của các nhóm, giáo viên yêu cầu học sinh rút ra kết luận, đánh giá dự đoán ban đầu. - Hiện tượng chất khí nở ra khi nóng lên người ta thường gọi là sự nở vì nhiệt của chất khí. Giáo viên hướng dẫn học sinh xem số liệu ở bảng 20.1, so sánh sự nở vì nhiệt giữa các chất khí khác nhau, giữa chất khí với chất rắn và chất lỏng. Học sinh ghi kết quả vào phiếu học tập và phát biểu. Học sinh: - Chất khí nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi. - Dự đoán ban đầu là đúng. Học sinh: - Các chất khí khác nhau nở vì nhiệt giống nhau. - Chất rắn nở ra vì nhiệt ít nhất, chất khí nở ra vì nhiệt nhiều nhất. Hoạt động 5: Vận dụng. Giáo viên giới thiệu dụng cụ đo nóng, lạnh đầu tiên của loài người do nhà bác học Galilê sáng chế. Nếu còn thời gian, có thể tiến hành thí nghiệm biểu diễn giúp học sinh hiểu rõ hơn về dụng cụ. Dựa theo mức nước trong ống thuỷ tinh, người ta có thể biết trời nóng hay lạnh: - Mực nước trong ống dâng cao chứng tỏ trời lạnh: Khi trời lạnh, khối khí trong bình co lại, thể tích giảm, nước dâng lên. - Mực nước trong ống tụt xuống chứng tỏ trời nóng: Khi nóng, khối khí nở ra, thể tích khí tăng đẩy mực nước tụt xuống. Học sinh làm câu C7. Phiếu học tập Họ và tên học sinh: ................................................................ Lớp: ......... Tại sao quả bóng bàn bị bẹp có thể phồng lại khi nhúng vào nước nóng? Dự đoán nguyên nhân: ................................................................................... 2. Trong thí nghiệm kiểm tra sự nở vì nhiệt của chất khí: a. Làm nóng bình khí bằng cách nào?........................................................... b. Khi làm bình nóng lên, dấu hiệu gì cho ta biết thể tích khí tăng? ....................................................................................................................... Làm lạnh bình khí bằng cách nào?............................................................ Dấu hiệu gì cho ta biết chất khí co lại? ........................................................................................................................ 3. Kết quả thí nghiệm. a. Khi làm nóng bình, có hiện tượng gì xảy ra đối với giọt nước màu trong ống thuỷ tinh? ...................................................................................................................... b. Khi làm lạnh bình, hiện tượng gì xảy ra đối với giọt nước màu? ....................................................................................................................... 4. Kết luận: Chất khí ........................... khi nóng lên. Chất khí co lại khi ................................. 5. Vận dụng. a. Quả bóng bàn bị bẹp, nhúng vào nước nóng lại phồng lên như cũ vì:................................................................................................................... b. Trong thí nghiệm về bình nóng lạnh của Galilê: - Khi bình nguội đi, nước dâng lên trong ống thuỷ tinh là vì: ............................................................................................................................ - Nhìn vào mực nước trong ống thuỷ tinh ta biết trời nóng hay lạnh: + Mực nước trong ống dâng cao, chứng tỏ trời ......... bởi vì: ............................................................................................................................ + Mực nước trong ống tụt xuống, chứng tỏ trời ......... bởi vì:........................................................................................................................ C. kết luận Trên đây là một số kinh nghiệm mà tôi rút ra trong quá trình giảng dạy. Bản thân tôi thấy rằng việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh, đặc biệt là học sinh lớp 6, gặp rất nhiều khó khăn. Tuy nhiên, với phương pháp được sử dụng trên đây, tôi nhận thấy giờ học đã đạt hiệu quả hơn, học sinh hứng thú hơn với tiết học, các em được phát huy khả năng sáng tạo của mình nên rất tự tin, chủ động tiếp thu kiến thức. Với bài viết này, tôi mong muốn trao đổi cùng các bạn đồng nghiệp một vài kinh nghiệm của bản thân và mong nhận được sự góp ý, trao đổi của các bạn để chất lượng giảng dạy ngày càng được nâng cao. Tôi xin chân thành cảm ơn! Phú Thượng, ngày 20 tháng 4 năm 2008 Người viết Lương Thị Vân Giang