SKKN Dạy học theo Chuyên đề cho học sinh THPT, Chuyên đề: Giao thoa sóng

I. PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
 Giáo dục đào tạo đã từ lâu là một yếu tố rất quan trọng, thiết yếu trong việc phát triển của một đất nước. Các quốc gia trên thế giới, không chỉ riêng đất nước Việt Nam tươi đẹp của chúng ta, họ đều lấy giáo dục làm quốc sách hàng đầu để phát triển đất nước.
 Thực vậy, giáo dục là điều kiện tiên quyết giúp quyết định nền kinh tế của đất nước đó có phát triển hay không, xã hội đó có ổn định hay không, đất nước đó có nhiều nhân tài để phục vụ cho đất nước hay không. Chính vì vậy giáo dục đào tạo đóng vai trò to lớn đối với sự phát triển của đất nước.
 Trong khi đó nền giáo dục hiện nay đang chú trọng quan tâm đến số lượng nhiều hơn chất lượng. Nội dung, chương trình giảng dạy còn lạc hậu, lỗi thời, chưa đổi mới, cải tiến hiệu quả. Chưa áp dụng thực tiễn nhiều, chưa phát huy được tính sáng tạo, năng lực thực hành cho học sinh.  Giáo dục việt nam hiện nay chỉ quan tâm đến việc dạy “chữ” cho học sinh. Thế nhưng việc dạy “nhân” và “nghĩa” thì lại bị buông lỏng, giảm sút, nhất là các mặt đạo đức, lối sống. Việc cho học sinh có thể thực hành được các bài học vẫn chưa được đẩy mạnh, khiến cho kĩ năng thực hành, tư duy sáng tạo của học sinh bị hạn chế rõ rệt. Phương pháp giảng dạy của các thầy cô vẫn mang tính thuyết giảng, làm cho học sinh chỉ tiếp thu được một cách thụ động, dạy 1 biết 1, không có hướng cho học sinh tự mày mò, tìm hiểu được.
  Chính vì vậy mà đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đang trở thành một yêu cầu khách quan và cấp bách của sự nghiệp đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc ở nước ta trong giai đoạn hiện nay. Trong những năm gần đây các thuật ngữ như phương pháp dạy học tích cực, dạy học dựa trên dự án, dạy học giải quyết vấn đề, phương pháp “bàn tay nặn bột”; các kỹ thuật dạy học như động não, khăn trải bàn, bản đồ tư duykhông còn xa lạ với đông đảo giáo viên hiện nay. Tuy nhiên, việc áp dụng các phương pháp dạy học tích cực vào từng bài giảng hàng ngày gặp rất nhiều khó khăn vì việc dạy học theo bài, theo tiết đôi khi làm cho tiết học thiếu logic, kiến thức đưa ra rời rạc, thiếu sự xâu chuỗi những kiến thức đã học với kiến thức mới, chưa có sự tích hợp trong môn học và giữa các môn học với nhau. Với cách thiết kê bài học như hiện nay dẫn đến việc tổ chức các hoạt động chỉ mang tính hình thức, chưa thực sự phát huy được tính tích cực chủ động của học sinh, chưa khai thác triệt để được các phương tiện hỗ trợ dạy học, học sinh thiếu thời gian tự học tự nghiên cứu làm mất đi vai trò trung tâm của học sinh trong mỗi tiết học.
 Trước thực trạng đó bản thân tôi luôn tìm tòi, thử nghiệm, thiết kế bài học theo chuyên đề và áp dụng các phương pháp dạy học mà ở đó học sinh được chủ động hoàn toàn quá trình học, giáo viên chỉ là người tổ chức hoạt động dạy học, đưa học sinh vào các tình huống nảy sinh vấn đề, học sinh với vốn hiểu biết xã hội, vốn kiến thức sẵn có, kỹ năng làm việc nhóm phải tự tìm ra kiến thức mới. Qua thực tế dạy học vật lý tại Trung tâm GDNN – GDTX Thọ Xuân trong hai năm học 
2016 – 2017 và 2017 – 2018 đã mang lại kết quả khả quan. Vì vậy tôi mạnh dạn chọn đề tài: “ Dạy học theo chuyên đề cho học sinh THPT, chuyên đề: Giao thoa sóng” làm sáng kiến kinh nghiệm năm học 2017 - 2018.
2. Mục đích nghiên cứu
 Tìm ra phương pháp dạy học mới có khả năng đáp ứng tốt nhất giúp học sinh tự khẳng định năng lực của bản thân, đồng thời rèn và hình thành cho các em thói quen và năng lực tự học, phát huy tiềm năng, vận dụng hiệu quả những kiến thức, kỹ năng đã tích lũy. Từ đây tạo tiền đề để phát triển con người toàn diện trong bối cảnh phát triển của công nghiệp 4.0.
 Từ thành công của đề tài tôi mong muốn cùng trao đổi với đồng nghiệp cách thiết kế dạy học theo chuyên đề.
3. Đối tượng nghiên cứu: 
 Học sinh lớp 12A2 và 12A3 Trung tâm GDNN – GDTX Thọ Xuân năm học: 2016 – 2017.
 Học sinh lớp 12A1 và 12A3 Trung tâm GDNN – GDTX Thọ Xuân năm học: 2017 – 2018.
4. Phương pháp nghiên cứu.
 4.1. Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận
 - Phương pháp khái quát hóa nhận định độc lập. 
 4.2. Nhóm Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
 - Phương pháp điều tra.
 - Phương pháp tổng kết kinh nghiệm giáo dục.
 - Phương pháp nghiên cứu các sản phẩm hoạt động.
 - Phương pháp khảo sát thực nghiệm.
 4.3. Phương pháp thống kê toán học.
5. Những điểm mới của sáng kiến.
 - Khắc phục hạn chế của chương trình, SGK hiện hành.
 - Khắc phục được nhiều nhược điểm của các phương pháp dạy học cũ.
 - Phù hợp với đối tượng học sinh, sở trường của giáo viên. 
 - Thuận lợi cho việc sử dụng các HT, PP, KT dạy học tích cực.
 - Phù hợp với điều kiện dạy học của mỗi nhà trường.
 - Giúp giáo viên làm quen với chương trình, SGK mới
 - Tạo được mối liên hệ chặt chẽ giữa kiến thức sách vở và kiến thức cuộc sống.
 - Tạo được mối liên hệ về kiến thức giữa các bài có kiến thức tương đồng trong một môn học hoặc trong nhiều môn học với nhau.
 - Đổi mới hình thức, phương pháp, kỹ thuật dạy học theo hướng phát huy tính tích cực của người học (Dạy cách nghĩ, cách tiếp cận – PP thì sau này học sinh tự cập nhật kiến thức, thích ứng với sự thay đổi..) 
II. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
1. Cơ sở lý luận
a. Cơ sở khoa học.
 Dạy học theo chuyên đề là hình thức tìm tòi, tập hợp các đơn vị kiến thức gần nhau hoặc liên quan đến nhau trong một môn hoặc các môn khác nhau được xây dựng thành một đơn vị kiến thức tương đối hoàn chỉnh, tương đối độc lập, có gợi ý cách thức tổ .c.hức tiến hành các hoạt động dạy học của chuyên đề. Dạy học theo chuyên đề. Dạy học theo chuyên đề là một phương pháp hay một kiểu dạy học, trong giáo viên hướng dẫn học sinh cùng tổ chức quá trình học tập thông qua việc nghiên cứu các đơn vị kiến thức của phạm vi chuyên sâu của một môn hoặc liên môn.
b. Cơ sở pháp lý.
 Theo Nghị quyết số 88/2014/QH13 của Quốc hội “ tạo điều kiện chuyển biến căn bản, toàn diện về chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông; kết hợp dạy chữ với dạy người và định hướng nghề nghiệp; góp phần chuyển nền giáo dục còn nặng nề về truyền thụ kiến thức sang nền giáo dục phát triển toàn diện cả về phẩm chất và năng lực, hài hòa trí đức, thể, mỹ và phát huy tốt nhất tiềm năng của mỗi học sinh”. Đổi mới phương pháp dạy học được xem là then chốt, có tính đột phá cho việc thực hiện chương trình này.
 Bên cạnh đó trong phần mục tiêu tổng quát, các chỉ tiêu quan trọng và nhiệm vụ trọng tâm trong năm năm 2016 – 2020, Nghị quyết Đại hội XII của Đảng đã đưa ra một trong những nhiệm vụ trọng tâm đó là “ Đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục, đào tạo, phát triển nguồn nhân lực , nhất là nguồn nhân lực chất lượng cao”.
 2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến
 Tuy cuộc đổi mới về giáo dục của chúng ta có chậm hơn những đổi mới về kinh tế; nhưng chủ trương về đổi mới nền giáo dục đến nay cũng đã được trên 20 năm mà kết quả mang lại chưa là bao. Nền giáo dục nước nhà xét một cách toàn diện vẫn là nền giáo dục theo tư duy của xã hội truyền thống nên chất lượng của giáo dục nói chung và đào tạo nguồn nhân lực nói riêng chưa đáp ứng được nhu cầu của xã hội phát triển ngày một nhanh và đa dạng. Cách dạy học hiện nay là chú trọng vào việc truyền đạt kiến thức, mang nặng tính nhồi nhét; phương pháp dạy học hiện nay là phương pháp truyền thụ kiến thức lý thuyết một chiều dẫn tới việc học sinh thụ động ghi nhớ kiến thức máy móc, giáo viên được xem là nguồn kiến thức duy nhất, học sinh làm việc một mình, ít khả năng vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề trong học tập và cuộc sống.  
3. Xác định vấn đề cần giải quyết của chuyên đề
 Vật lý là môn khoa học nghiên cứu về các sự vật hiện tượng xảy ra hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn cao, cần vận dụng nhiều kĩ năng và những kiến thức toán học. Mỗi đơn vị kiến thức trong chương trình vật lý phổ thông đều có vai trò rất quan trọng góp phần hình thành bức tranh toàn cảnh về bộ môn vật lý. Trong phần giao thoa sóng lớp 12 thì giao thoa sóng cơ được xem là hiện tượng khá trừu tượng và khó đối với học viên nhưng với sự hỗ trợ của các bộ dụng cụ thí nghiệm, máy chiếu và các phương tiện hỗ trợ dạy học khác học viên sẽ dễ dàng hơn rất nhiều trong việc nhận biết hiện tượng giao thoa sóng và nghiên cứu những vấn đề có liên quan. Tuy nhiên nếu để “Giao thoa sóng” và “Sóng dừng” thành hai bài tách riêng thì kiến thức sẽ có phần bị rời rạc vì sóng dừng chính là sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ. Vậy nên, trong phạm vi đề tài tôi xây dựng chuyên đề chung cho cả giao thoa sóng và sóng dừng để học viên có cái nhìn tổng quan hơn, đầy đủ hơn về giao thoa sóng góp phần hoàn thiện kiến thức chương sóng cơ cũng như tạo cơ sở để sau này học sóng điện từ và về giao thoa ánh sáng là hai loại sóng có rất nhiều ứng dụng trong thực tế đời sống cũng như trong khoa học.
 Phương pháp được sử dụng trong quá trình tổ chức dạy học là kết hợp thực nghiệm với các phương pháp tìm tòi khám phá, các bước xây dụng kiến thức tuân theo tiến trình nghiên cứu khoa học, nhằm bồi dưỡng được nhiều năng lực thành phần của năng lực chuyên biệt môn vật lý.
4. Nội dung kiến thức cần xây dựng trong chuyên đề 
 Chuyên đề xây dựng thực hiện trong 2 tiết trên lớp với nội dung các bài:
 Bài 8: Giao thoa sóng ( 1 tiết )
 Bài 9: Sóng dừng ( 1 tiết )
 5. Chuẩn kiến thức, kĩ năng và một số năng lực có thể được phát triển.
SỰ GIAO THOA
CHUẨN KT,KN QUY ĐỊNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH
MỨC ĐỘ THỂ HIỆN CỤ THỂ CỦA CHUẨN KT,KN
GHI CHÚ
Mô tả được hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước và nêu được các điều kiện để có sự giao thoa của hai sóng.
[Thông hiểu]
* Mô tả thí nghiệm:
Cho cần rung có hai mũi S1 và S2 chạm nhẹ vào mặt nước. Gõ nhẹ cần rung. Ta quan sát thấy trên mặt nước xuất hiện một loạt gợn sóng ổn định có hình các đường hypebol với tiêu điểm là S1 và S2.
- Hiện tượng giao thoa là hiện tượng hai sóng khi gặp nhau thì có những điểm chúng luôn tăng cường lẫn nhau, có những điểm chúng luôn luôn triệt tiêu lẫn nhau.
 - Hai nguồn dao động cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gia gọi là hai nguồn kết hợp. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp.
- Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa là trong môi trường truyền sóng có hai sóng kết hợp và các phân tử sóng có cùng phương dao động.
 - Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng. Quá trình vật lí nào gây ra được hiện tượng giao thoa cũng là một quá trình sóng.
Giải thích: Mỗi nguồn sóng S1, S2 đồng thời phát ra sóng có gợn sóng là những đường tròn đồng tâm. Trong miền hai sóng gặp nhau, có những điểm đứng yên, do hai sóng gặp nhau ở đó triệt tiêu nhau. Có những điểm dao động rất mạnh, do hai sóng gặp nhau ở đó tăng cường lẫn nhau. Tập hợp những điểm đứng yên hoặc tập hợp những điểm dao động rất mạnh tạo thành các đường hypebol trên mặt nước.
Giải được các bài toán đơn giản về giao thoa.
[Vận dụng]
- Biết cách tổng hợp hai dao động cùng phương, cùng tần số, cùng biên độ để tính vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa.
Những điểm tại đó dao động có biên độ cực đại (cực đại giao thoa) là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một số nguyên lần bước sóng. Công thức ứng với cực đại giao thoa là , với k = 0, ± 1, ± 2...
Những điểm tại đó dao động triệt tiêu (cực tiểu giao thoa) là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một số nửa nguyên lần bước sóng. Công thức ứng với cực tiểu giao thoa là 
, với k = 0, ± 1, ± 2... 
- Biết cách dựa vào công thức để tính được bước sóng, số lượng các cực đại giao thoa, cực tiểu giao thoa.
Chỉ xét bài toán có hai nguồn kết hợp.
Gọi d1 , d2 là khoảng cách từ một điểm M lần lượt đến hai nguồn S1, S2 (d1=MS1, d2=MS2).
Quỹ tích các điểm cực đại giao thoa, hoặc các điểm cực tiểu giao thoa là những đường hypebol có hai tiêu điểm là vị trí hai nguồn kết hợp.
SÓNG DỪNG
CHUẨN KT,KN QUY ĐỊNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH
MỨC ĐỘ THỂ HIỆN CỤ THỂ CỦA CHUẨN KT,KN
GHI CHÚ
Mô tả được hiện tượng sóng dừng trên một sợi dây và nêu được điều kiện để có sóng dừng khi đó.
Xác định được bước sóng hoặc tốc độ truyền sóng bằng phương pháp sóng dừng.
[Thông hiểu]
- Mô tả hiện tượng sóng dừng trên dây:
Xét một sợi dây đàn hồi PQ có đầu Q cố định. Giả sử cho đầu P dao động liên tục thì sóng tới và sóng phản xạ liên tục gặp nhau và giao thoa với nhau, vì chúng là các sóng kết hợp. Trên sợi dây xuất hiện những điểm luôn luôn đứng yên (gọi là nút) và những điểm luôn luôn dao động với biên độ lớn nhất (gọi là bụng). 
Sóng dừng là sóng trên sợi dây trong trường hợp xuất hiện các nút và các bụng. Khoảng cách giữa hai bụng sóng liền kề và khoảng cách giữa hai nút sóng liền kề là . Khoảng cách giữa một bụng sóng và một nút sóng liền kề là 
- Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định là chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng. 
l = k với k = 0, 1, 2,...
- Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do là chiều dài của sợi dây phải bằng một số lẻ lần . 
l = (2k + 1)
 với k = 0, 1, 2,...
[Vận dụng]
Có thể xác định tốc độ truyền sóng trên dây bằng cách sử dụng phương pháp sóng dừng như sau:
- Tạo sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định, hoặc trên một sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do.
- Đo chiều dài dây, căn cứ số nút sóng (hoặc bụng sóng) để tính bước sóng l theo công thức trên.
- Tính tốc độ truyền sóngtheo công thức 
v = 
Khi phản xạ trên vật cản cố định, sóng phản xạ luôn luôn ngược pha với sóng tới ở điểm phản xạ và chúng triệt tiêu lẫn nhau ở đó.
Khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ và chúng tăng cường lẫn nhau.
Sóng tới và sóng phản xạ, nếu truyền theo cùng một phương, thì có thể giao thoa với nhau, và tạo thành sóng dừng.
Giải thích được sơ lược hiện tượng sóng dừng trên một sợi dây.
[Vận dụng]
Khi cho đầu P của dây dao động liên tục, thì sóng tới từ đầu P và sóng phản xạ từ đầu Q là hai sóng kết hợp, chúng liên tục gặp nhau và giao thoa với nhau. Kết quả là trên sợi dây xuất hiện những điểm luôn luôn đứng yên (nút sóng) và những điểm luôn luôn dao động với biên độ lớn nhất (bụng sóng).
6. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1 (khởi động): làm nảy sinh vấn đề về hiện tượng giao thoa sóng và điều kiện xảy ra hiện tượng giao thoa.
a. Nhiệm vụ hoạt động
* Giới thiệu bộ thí nghiệm giao thoa sóng, cho học sinh quan sát và mô tả hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm.
.
b. Tổ chức hoạt động
 + Học viên: học hợp tác nhóm:
 Bước 1: Cá nhân thực hiện, ghi chép nhiệm vụ được giao và ý kiến của mình vào vở ghi.
 Bước 2: Thảo luận nhóm để đưa ra ý kiến giống và khác nhau. Cá nhân ghi chép ý kiến của nhóm vào vở
 Bước 3: Thảo luận thống nhất cách trình bày kết quả và báo cáo kết quả của nhóm..
 Bước 4: Báo cáo kết quả hoạt động của nhóm với thầy/cô giáo.
 + Giáo viên: 
 Chia nhóm hoạt động học tập theo bàn
 Chuyển giao nhiệm vụ cho học viên, hướng dẫn làm rõ nhiệm vụ học tập, yêu cầu học viên ghi vở.
 Quan sát tự học của học viên, hoạt động của nhóm. Trợ giúp nhóm học tập khi cần thiết.
 Theo dõi kết quả học tập của các nhóm, động viên học viên hoàn thành nhiệm vụ và ghi nhận kết quả hoạt động của nhóm.
 Tổ chức thảo luận toàn nhóm khi cần thiết.
 Ảnh chụp hiện tương giao thoa
S1
S2
Hình ảnh vân giao thoa
Phiếu học tập chuyển giao nhiệm vụ
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1
I. Quan sát thí nghiệm về hiện tượng giao sóng và giải quyết các yêu cầu sau: 
1. Thế nào là giao thoa sóng?
........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
2. Giải thích sự hình thành cực đại, cực tiểu của giao thoa.
a. Sự hình thành cực đại
..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................b. Sự hình thành cực tiểu
............................................................................................................................................................................................................................................................
II. Nhận xét đặc điểm của hai nguồn sóng S1, S2 rút ra điều kiện giao thoa
.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
c. Sản phẩm hoạt động: Kết quả học tập của nhóm (thể hiện qua phiếu học tập).
Hoạt động 2: Tìm hiểu về cực đại cực tiểu của giao thoa 
a. Nhiệm vụ học tập
 Sử dụng kiến thức về phương trình sóng bài 7 SGK vật lý 12, viết phương trình sóng do hai nguồn S1, S2 truyền đến điểm M cách hai nguồn S1, S2 các khoảng d1, d2.
 Sử dụng kiến thức về tổng hợp hai dao động điều hòa bài 5 SGK vật lý 12, kiến thức về lượng giác để viết phương trình sóng tổng hợp tại M và tìm cực đại, cực tiểu của giao thoa.
b. Tổ chức hoạt động
 + Học sinh: học hợp tác nhóm
 Bước 1: Cá nhân thực hiện, ghi chép nhiệm vụ được giao và ý kiến của mình vào vở ghi.
 Bước 2: Thảo luận nhóm để đưa ra ý kiến giống và khác nhau. Cá nhân ghi chép ý kiến của nhóm vào vở
 Bước 3: Thảo luận thống nhất cách trình bày kết quả và báo cáo kết quả của nhóm.
 Bước 4: Báo cáo kết quả hoạt động của nhóm với thầy/cô giáo.
 + Giáo viên: 
 Chia nhóm hoạt động học tập theo bàn
 Chuyển giao nhiệm vụ cho học viên, hướng dẫn làm rõ nhiệm vụ học tập, yêu cầu học viên ghi vở.
 Quan sát tự học của học viên, hoạt động của nhóm. Trợ giúp nhóm học tập khi cần thiết.
 Theo dõi kết quả học tập của các nhóm, động viên học viên hoàn thành nhiệm vụ và ghi nhận kết quả hoạt động của nhóm.
 Tổ chức thảo luận toàn nhóm khi cần thiết
 Hình ảnh sóng tại M trong vùng giao thoa.
S1
S2
d2
d1
M
Phiếu học tập chuyển giao nhiệm vụ
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2
1. Phương trình sóng tại M do nguồn S1 truyền đến
..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
2. Phương trình sóng tại M do nguồn S2 truyền đến
......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
3. Phương trình sóng tổng hợp tại M do 2 nguồn S1, S2 truyền đến
........................................................................................