SKKN Khai thác và sử dụng bài tập có nội dung thực tế trong dạy học phần khúc xạ ánh sáng ở chương trình Vật lý 11

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ 
TRƯỜNG THPT 4 THỌ XUÂN
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP CÓ NỘI DUNG THỰC TẾ TRONG DẠY HỌC PHẦN KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Ở CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 11
Người thực hiện: Trịnh Văn Toàn
Chức vụ: Tổ phó chuyên môn
SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật lý
THANH HOÁ NĂM 2017
MỤC LỤC
Trang
1. MỞ ĐẦU...........................................................................................................2
1.1. Lý do chọn đề tài...........................................................................................2
1.2. Mục đích nghiên cứu......................................................................................3
1.3. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................3
1.4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................3
1.5. Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm.............................................3
2. NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM........................................4
2.1. Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm...................................................4
2.1.1. Khái niệm về bài tập có nội dung thực tế trong môn Vật lý.................4
2.1.2. Phân loại bài tập có nội dung thực tế.......................................................4
2.1.3. Các hình thức thể hiện bài tập có nội dung thực tế................................4
2.1.4. Định hướng trả lời các bài tập có nội dung thực tế................................5
2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.................7
2.2.1. Thực trạng về vấn đề vận dụng kiến thức vật lý vào thực tế đời sống của học sinh trung học phổ thông hiện nay ......................................................7
2.2.2. Thực trạng về vấn đề sử dụng bài tập có nội dung thực tế trong dạy học vật lí ở các trường trung học phổ thông hiện nay......................................8
2.3. Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề....................................................................................................................8
2.3.1. Các giải pháp để tăng cường khả năng vận dụng kiến thức vật lý vào đời sống ................................................................................................................8
2.3.2. Xây dựng một số bài tập thực tế phần khúc xạ ánh sáng....................10
2.4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường..............................................................18
3. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ.............................................................................19
3.1. Kết luận........................................................................................................19
3.2. Kiến nghị......................................................................................................19
1. MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, việc đổi mới giáo dục diễn ra rất sôi động trên thế giới và ở nước ta. Để đáp ứng tốt sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đòi hỏi ngành giáo dục phải đổi mới đồng bộ cả mục đích, nội dung, phương pháp, phương tiện và hình thức dạy học.
Xu thế đổi mới phương pháp dạy học hiện nay là nhằm mục đích phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh, trong đó giáo viên đóng vai trò là người tổ chức, điều khiển sự học tập của học sinh. Còn học sinh tự tìm tòi, tìm kiếm kiến thức dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Có thể nói, trong cách dạy học hiện nay các phương pháp dạy học tích cực đóng một vai trò hết sức quan trọng.
Thực trạng ở nhiều trường trung học phổ thông hiện nay việc giảng dạy các kiến thức khoa học nói chung và kiến thức vật lý nói riêng, còn đang nặng về việc truyền thụ lý thuyết trong sách giáo khoa, nhiều khi học sinh ghi nhớ kiến thức một cách máy móc theo kiểu học thuộc lòng. Việc dạy học chủ yếu là vì mục tiêu làm sao để học sinh có thể giải nhanh và giải được nhiều các câu trong đề thi. Cách học và cách dạy đó dẫn tới một hệ quả là học sinh rất thụ động trong việc tiếp thu và vận dụng kiến thức, khái niệm tự học và sáng tạo là một thứ gì đó xa vời. Học sinh trở thành những cỗ máy ghi chép và giải toán, học sinh có thể giải đúng những bài toán rất khó và phức tạp trong đề thi trung học phổ thông Quốc gia nhưng lại băn khoăn nhiều hoặc sai sót ở những câu hỏi thực tiễn rất gần gũi kiểu như: “Ở Việt Nam, mạng điện dân dụng một pha có điện áp hiệu dụng là bao nhiêu?” Các em ngày càng thiếu kiến thức thực tế và vô cùng yếu kém trong việc vận dụng kiến thức được học trong sách vở vào thực tiễn cuộc sống. 
Việc vận dụng kiến thức vật lý vào đời sống, thực tiễn có ý nghĩa hết sức quan trọng. Nó giúp cho học sinh củng cố, rèn luyện và hoàn thiện kiến thức đã học. Đồng thời rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, giải thích và hiểu được các hiện tượng trong tự nhiên Góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh, kích thích hứng thú học tập cho học sinh và là một trong những điều kiện nhằm phát huy năng lực hoạt động trí tuệ, tính tích cực, tự lập, sáng tạo của học sinh.
Nhận thấy vai trò và tầm quan trọng của việc vận dụng kiến thức vật lý vào thực tiễn đời sống. Để giúp học sinh cải thiện khả năng vận dụng kiến thức được học vào thực tiễn, nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông, thực hiện mục tiêu của quá trình giáo dục - đào tạo và để thực hiện tốt hơn nữa nguyên lý “học đi đôi với hành”. Tôi lựa chọn và tiến hành nghiên cứu đề tài sáng kiến kinh nghiệm:
“Khai thác và sử dụng bài tập có nội dung thực tế trong dạy học phần khúc xạ ánh sáng ở chương trình vật lý 11 ”
1.2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, khai thác và sử dụng các bài tập có nội dung thực tế trong dạy học vật lý nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, nâng cao khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh, qua đó nâng cao hơn nữa chất lượng dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Do điều kiện hạn chế về thời gian nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu: 
Khai thác và sử dụng bài tập có nội dung thực tế trong dạy học phần khúc xạ ánh sáng ở chương trình vật lý 11 .
1.4. Phương pháp nghiên cứu
1. Phương pháp lý thuyết.
2. Phương pháp thực tiễn.
3. Phương pháp điều tra.
1.5. Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm
- Hiện nay trong sách giáo khoa vật lý đã đưa các bài tập thực tế vào nội dung chương trình, song do nhiều hạn chế và phải đảm bảo yêu cầu nội dung của sách giáo khoa nên số lượng bài tập thực tế chưa được nhiều, nội dung và hình thức chưa thật phong phú, dẫn đến việc sử dụng bài tập thực tế của giáo viên trong dạy học còn rất ít. Đề tài sáng kiến kinh nghiệm này giúp cho giáo viên và học sinh có thêm nhiều bài tập thực tế phong phú để tham khảo, sử dụng trong việc giảng dạy và học tập phần khúc xạ ánh sáng.
 - Nhiều tác giả đã đề cập đến các bài tập thực tế trong tài liệu, nhưng chưa tập trung khai thác xây dựng bộ bài tập thực tế và chưa định hướng cách sử dụng, chưa nêu ra các biện pháp sử dụng cụ thể giúp giáo viên sử dụng chúng một cách có hiệu quả trong hoạt động nhận thức của học sinh trong giờ lên lớp môn vật lý. Việc nghiên cứu đề tài này sẽ góp phần khắc phục những vấn đề trên.
- Đề tài góp phần xây dựng được tài liệu về bài tập thực tế trong dạy học phần quang hình học ở trường trung học phổ thông.
2. NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1. Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1. Khái niệm về bài tập có nội dung thực tế trong môn Vật lý
Trước hết cần khẳng định rằng, bài tập thực tế và bài tập định tính là hai khái niệm có thể tách ra làm hai nhưng chỉ mang tính tương đối.
Bài tập thực tế là những câu hỏi liên quan đến vấn đề rất gần gũi với thực tế đời sống mà khi trả lời học sinh không những phải vận dụng linh hoạt các khái niệm, quy tắc, định luật vật lí mà còn phải nắm chắc và vận dụng tốt các hệ quả của chúng. Các bài tập thực tế chú trọng đến việc chuyển tải kiến thức từ lí thuyết sang những ứng dụng kỹ thuật đơn giản tương ứng, và giải thích cũng như liên hệ với các vấn đề thường gặp trong cuộc sống.
2.1.2. Phân loại bài tập có nội dung thực tế
Với mục đích nghiên cứu sử dụng bài tập thực tế cho đối tượng học sinh trung học phổ thông, dựa vào mức độ kiến thức được trang bị, kết hợp với “vốn hiểu biết”, “kinh nghiệm sống” của chính bản thân học sinh, có thể chia làm hai loại: Bài tập thực tế tập dượt và bài tập thực tế sáng tạo.
- Bài tập thực tế tập dượt là loại câu hỏi thường đặt ra những ứng dụng kĩ thuật đơn giản (cách làm) thường gặp trong cuộc sống và yêu cầu học sinh nhận diện những kiến thức vật lí nào đã được ứng dụng. Khi trả lời các câu hỏi loại này, học sinh không những cảm nhận được sự gắn kết chặt chẽ giữa kiến thức vật lí với thực tiễn cuộc sống mà còn làm gia tăng vốn kinh nghiệm, rèn luyện tư duy kĩ thuật, kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tế cuộc sống của chính bản thân các em.
Ví dụ: Khi chẻ những khúc củi lớn người ta thường dùng những cái nêm (là vật thường làm bằng thép có tiết diện hình tam giác) cắm vào khúc củi, sau đó lấy búa đập mạnh vào nêm. Thực tế cho thấy khi gõ mạnh búa vào nêm thì củi bị chẻ ra dễ dàng hơn so với cách dùng rìu để bổ trực tiếp. Hãy giải thích tại sao?	
- Bài tập thực tế sáng tạo là loại câu hỏi mà khi giải, học sinh phải dựa vào vốn kiến thức của mình về sự hiểu biết của các quy tắc, định luật, trên cơ sở các phép suy luận logic tự lực tìm ra những phương án kỹ thuật tốt nhất để giải quyết yêu cầu đặt ra của câu hỏi.
Ví dụ: Người ta muốn tháo ra ngoài một cái đinh ốc làm bằng thép đã được vặn rất chặt vào đai ốc làm bằng đồng. Hãy tìm một phương án đơn giản để việc tháo đinh ốc ra trở nên dễ dàng hơn.
2.1.3. Các hình thức thể hiện bài tập có nội dung thực tế
Do đặc điểm bài tập thực tế là nội dung của chúng gắn liền với những hiện tượng, sự vật gần gũi với thực tế đời sống và chú trọng đến những ứng dụng kĩ thuật đơn giản tương ứng nên phần lớn các câu hỏi thường được thể hiện bằng lời, một số câu hỏi mà nội dung chứa đựng nhiều thông tin có thể dùng hình vẽ, hình ảnh, hay các đoạn phim video clip ngắn để minh hoạ.
Thể hiện bài tập thực tế bằng lời
Cách thể hiện bài tập thực tế bằng lời chỉ sử dụng khi sự vật, hiện tượng hay các thao tác kĩ thuật được đề cập đến hoàn toàn có thể mô tả một cách ngắn gọn, súc tích, dễ hiểu, dễ tưởng tượng. Khi nghe xong câu hỏi học sinh có thể hiểu và tưởng tượng ngay một cách chính xác những thông tin về vấn đề mà các em cần phải giải thích.
Ví dụ: Tại sao khi xe đang chạy trên đường, nếu hãm phanh đột ngột thì ta ngã về phía trước?
Thể hiện bài tập thực tế bằng cách dùng hình vẽ, ảnh chụp minh họa
Cách thể hiện bài tập thực tế thông qua hình vẽ, hình ảnh minh họa được sử dụng trong những trường hợp có nhiều thao tác kỹ thuật phải trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, nên chỉ mô tả bằng lời thì sẽ rất dài dòng, khó hiểu, học sinh khó tưởng tượng.
Thể hiện bài tập thực tế bằng các đoạn phim video clip ngắn minh họa
Trong những điều kiện cho phép, việc thể hiện bài tập thực tế thông qua những đoạn phim video clip ngắn minh họa có tác dụng rất cao vì khi quan sát, học sinh có cái nhìn khái quát, theo dõi được trình tự thực của hiện tượng xảy ra, các thao tác kĩ thuật nhờ đó có thể nhận biết được các dấu hiệu cơ bản, liên tưởng nhanh đến các kiến thức vật lí tương ứng.
2.1.4. Định hướng trả lời các bài tập có nội dung thực tế
Đối với loại bài tập thực tế tập dượt
 Bước 1. Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết và các yêu cầu của bài tập
Đọc kĩ nội dung câu hỏi để tìm các thuật ngữ chưa biết, tên gọi của các bộ phận cấu trúc, đặc biệt quan tâm đến các thao tác kĩ thuật nêu trong câu hỏi (bằng cách tự đặt ra và trả lời các câu hỏi phụ như “làm cái gì?”, “làm như thế nào?”). Xác định ý nghĩa vật lí của các thuật ngữ, tóm tắt đầy đủ các giả thiết và hiểu rõ yêu cầu của các câu hỏi (cần giải thích cái gì?). Đối với các bài tập thể hiện bằng hình ảnh, phim minh họa, cần quan sát kĩ và khảo sát chi tiết các thông tin minh họa, nếu cần thiết phải vẽ hình để diễn đạt những điều kiện của câu hỏi để so sánh các trường hợp riêng, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát hiện mối liên quan giữa sự vật, hiện tượng nêu trong câu hỏi với các kiến thức vật lí tương ứng.
Bước 2. Phân tích hiện tượng và các thao tác kĩ thuật
Nghiên cứu các dữ kiện ban đầu của câu hỏi (những hiện tượng gì, sự kiện gì, các tác động kĩ thuật nào) để nhận biết chúng có thể liên quan đến những khái niệm nào, quy tắc nào, định luật nào trong vật lí. Nếu các thao tác kĩ thuật diễn ra theo nhiều giai đoạn, cần xác định đâu là những giai đoạn chính, trong đó động tác kĩ thuật nào là cơ bản. Khảo sát xem mỗi giai đoạn diễn biến đó bị chi phối bởi các quy tắc nào, định luật nàotrên cơ sở đó hình dung toàn bộ diễn biến của hiện tượng và các định luật, quy tắc chi phối nó.
Bước 3. Xây dựng lập luận và xác lập bài tập
Giải thích về các thao tác kĩ thuật (cách làm) thực chất là cho biết các thao tác kĩ thuật đó là sự vận dụng của kiến thức vật lí nào và tại sao làm như thế có thể đạt hiệu quả cao. Muốn vậy, phải định hướng và thiết lập được mối quan hệ giữa đặc tính của sự vật và cách làm cụ thể nêu trong câu hỏi với một số hiện tượng hay định luật vật lí, tức là phải thực hiện các phép suy luận logic, trong đó cơ sở kiến thức phải là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí có tính tổng quát áp dụng vào những điều kiện cụ thể của đề bài mà kết quả cuối cùng là việc nêu bật tính ứng dụng của kiến thức vật lí vào hiện tượng hay cách làm đã được nêu trong đề bài.
Thực tế cho thấy, các bài tập thực tế thường rất đa dạng vì nó phản ánh chân thực những công việc cụ thể thường diễn ra trong cuộc sống, nên đối với học sinh trung học phổ thông, thoạt nhìn thì khó có thể phát hiện ngay được mối quan hệ giữa hiện tượng, sự việc đã cho với những định luật vật lí đã biết. Trong những trường hợp như thế, cũng cần phân tích hiện tượng phức tạp ra các hiện tượng đơn giản sao cho mỗi hiện tượng đơn giản chỉ tuân theo một định luật hay một quy tắc nhất định.
Bước 4. Kiểm tra tính chính xác của bài tập
Đối với loại bài tập thực tế tập dượt, vì trong đề bài nêu rõ sự kiện và các thao tác kĩ thuật (cách làm) tương ứng nên cũng có trường hợp lời giải thích có chỗ bị sai mà không xác định được mình sai ở điểm nào. Nên hết sức thận trọng khi phát biểu các định luật, các quy tắc làm cơ sở lập luận, chú ý các điều kiện áp dụng các quy tắc, các định luật bởi vì nhiều quy tắc, định luật vật lý chỉ được áp dụng trong một phạm vi hẹp nào đó, trong khi đó các sự kiện diễn ra trong thực tế đời sống chịu tác động của rất nhiều yếu tố khác nhau có thể vượt ra ngoài phạm vi vận dụng của các quy tắc, định luật đã vận dụng trong quá trình lập luận. Thông thường để có thể kiểm tra tính hợp lí của các câu trả lời cần đối chiếu phạm vi áp dụng các quy tắc hay định luật vật lý đã sử dụng với các yếu tố tác động sự kiện được nêu trong câu hỏi xem chúng có tương đồng và có thể chấp nhận hay không. Trong nhiều trường hợp có thể làm những thí nghiệm, mô hình đơn giản (có tính tương đồng với sự kiện đã nêu trong bài tập) để kiểm chứng lời giải thích.
Đối với loại bài tập thực tế sáng tạo, mục tiêu cuối cùng đòi hỏi phải lựa chọn và tìm ra những phương án kĩ thuật tốt nhất (trong điều kiện cho phép) để giải quyết yêu cầu đặt ra của bài tập, ta có thể áp dụng lần lượt các bước tiến hành như sau:
Bước 1. Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết và yêu cầu của bài tập
Đọc kĩ câu hỏi để hiểu rõ sự vật, hiện tượng hay sự kiện nêu trong bài tập có thể liên quan đến những lĩnh vực nào của vật lí để từ đó có sự “khoanh vùng” hợp lí. Cần chú ý đến các điều kiện cho trước để thu hẹp phạm vi ứng dụng các kiến thức vật lí tương ứng. Nhìn chung việc nắm vững giả thiết và yêu cầu của câu hỏi quy về việc phải trả lời được các câu hỏi như: Cần phải làm gì? Làm bằng cái gì?
Bước 2. Phân tích sự kiện và xây dựng các phương án thực hiện
 Xuất phát từ những dữ kiện ban đầu (sự kiện gì, các mục đích cuối cùng cần đạt được là gì), cần liên tưởng đến các quy tắc hay định luật tương ứng, từ đó vạch ra một số phương án khả dĩ có thể thực hiện được. Nói chung, đích cuối cùng của bước này là trả lời được các vấn đề đặt ra của bài tập: có bao nhiêu cách làm? làm như thế nào?
 Bước 3. Lựa chọn phương án và xác lập câu trả lời
Trong bước này, cần căn cứ vào những phương án đã đưa ra để lựa chọn phương án khả thi nhất, phương pháp chủ yếu để lựa chọn là phân tích, so sánh dạng bài tập cần phải đặt ra và giải thích được là tại sao phải làm thế này? Làm như thế này có lợi gì?
Thực tế cho thấy, khi trả lời các bài tập thực tế sáng tạo, học sinh thường chỉ đưa ra cách thực hiện cuối cùng theo cảm tính mà “giấu” đi phần lập luận cần thiết, chính vì vậy trong giờ học vật lí, giáo viên nên thường xuyên chỉ rõ những ứng dụng về mặt kĩ thuật của các quy tắc, các định luật vật lí trong đời sống thực tế, nhằm rèn luyện tư duy kĩ thuật và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh.
 Bước 4. Kiểm tra tính khả thi và tính hiệu quả của phương án lựa chọn
Bên cạnh việc dùng lí thuyết (kiến thức vật lí) để kiểm tra thì một trong các biện pháp có hiệu quả nhất để kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của phương án đã lựa chọn là tiến hành thực nghiệm. Ở các trường THPT hiện nay, do những khó khăn về cơ sở vật chất nên biện pháp này khó có thể thực hiện được một cách triệt để, trong những điều kiện như thế nên tận dụng những thí nghiệm đơn giản có thể tự làm bằng những vật dụng thông thường (có sẵn trong gia đình). 
2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
2.2.1. Thực trạng về vấn đề vận dụng kiến thức vật lý vào thực tế đời sống của học sinh trung học phổ thông hiện nay
Chương trình vật lí trung học phổ thông hiện nay bao gồm nhiều phần khác nhau như cơ học, nhiệt học, quang học, điện học Mỗi phần lại bao gồm nhiều đơn vị kiến thức khác nhau tương ứng với các cách tiếp cận kiến thức khác nhau. Với một khối lượng kiến thức lớn như vậy, lẽ ra việc vận dụng kiến thức vào đời sống, việc vận dụng những kiến thức vào đời sống, việc giải thích các hiện tượng xảy ra hằng ngày xung quanh các em không phải là vấn đề khó khăn. Nhưng điều đó đã không diễn ra trên thực tế như những gì chúng ta mong đợi. 
 Những câu hỏi kiểu như “Vào những trưa nắng khi đi trên đường cao tốc ta có cảm giác dường như có vũng nước trên đường ở phía trước mặt đó là do hiện tượng vật lý nào? ” hay “Công tơ điện dùng để đo đại lượng vật lý nào? ” khiến nhiều học sinh không thể trả lời được. Ngay cả với các em học sinh giỏi, khi làm những làm những bài toán có liên quan tới kiến thức thực tế chẳng hạn như loại bài tập về phương án thực hành thì các em cũng rất khó khăn trong việc tìm hướng giải quyết. 
Trong quá trình giảng dạy môn vật lý tại đơn vị, kết hợp với việc khảo sát ở các đối tượng học sinh trung học phổ thông của các trường lân cận, tôi nhận thấy thực trạng về vấn đề vận dụng kiến thức vật lí vào đời sống thực tế của học sinh trung học phổ thông hiện nay còn rất nhiều hạn chế. Những biểu hiện phổ biến là:
- Hạn chế hiểu biết về các dụng cụ, phương tiện kĩ thuật đơn giản sử dụng trong dạy học.
- Hạn chế khả năng vận dụng các kiến thức vào các vấn đề kĩ thuật đơn giản.
- Hạn chế về các thao tác thực hành, thí nghiệm.
- Hạn chế về khả năng liên tưởng, tư duy logic trong quá trình vận dụng kiến thức vào việc giải thích các hiện tượng trong thực tế.
2.2.2. Thực trạng về vấn đề sử dụng bài tập có nội dung thực tế trong dạy học vật lí ở các trường trung học phổ thông hiện nay
Qua việc dự giờ các tiết dạy của đồng nghiệp cũng như khảo sát qua các đề thi kiểm tra từ các trường trung học phổ thông lân cận, thông qua việc thăm dò trực tiếp từ học sinh. Cho thấy:
 - Đa số các giáo viên chủ yếu sử dụng và chú trọng đến các bài tập tính toán mà rất ít sử dụng bài tập thực tế vào bài dạy, bài kiểm tra. Trong khi đó hầu hết các em học sinh được hỏi đến đều cho rằng, việc vận dụng các kiến thức vật lý để giải các bà