Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Tổ chức dạy học phần “Quang hình học” Vật lí 11 ban Cơ bản theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

49 2.2. Điều tra thực trạng dạy học phần “Quang hình học”_Vật lý 11 ban Cơ bản ở một số trường THPT của tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu 2.2.1. Mục đích điều tra Tìm hiểu thực tế việc dạy học phần “Quang hình học” _Vật lý 11 ban Cơ bản ở một số trường THPT của tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu nơi tôi đang công tác. Nhằm giúp tôi xác định được những thuận lợi, khó khăn của giáo viên khi dạy và của học sinh khi học phần này. Từ đó, trong quá trình thiết kế tiến trình dạy học các bài học, phần “Quang hình học”_Vật lý 11 Khúc xạ ánh sáng Phản xạ toàn phần Hiện tượng khúc xạ ánh sáng Định luật Khúc xạ ánh sáng Ứng dụng của Khúc xạ ánh sáng Sự nhìn của mắt Các dụng cụ quang bổ trợ cho mắt Thấu kính mỏng Lăng kính Sự truyền sáng qua thấu kính Lăng kính phản xạ toàn phần Ứng dụng của thấu kính Sự truyền sáng qua lăng kính Kính cận, kính viễn Kính lúp Kính hiển vi Kính thiên văn

50 ban Cơ bản, tôi sẽ cố gắng khắc phục những khó khăn của giáo viên và những sai lầm mà học sinh hay mắc phải, nhằm phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo trong học tâp. 2.2.2. Phương pháp điều tra Để tìm hiểu thực tế việc dạy học phần “Quang hình học”_Vật lý 11 ban cơ bản, tôi đã tiến hành một số biện pháp như sau: tiến hành dự giờ một số tiết học thuộc phần này của các giáo viên ở trường THPT Võ Thị Sáu, huyện Đất Đỏ (nơi tôi đang công tác), đồng thời tôi gửi phiếu điều tra để tìm hiểu thực tế việc dạy và học phần “Quang hình học” này đến một số giáo viên và các em học sinh ở một số trường trong tỉnh có điều kiện tương đồng với trường THPT Võ Thị Sáu, huyện Đất Đỏ (đối tượng học sinh ở mức trung bình) như: trường THPT Dương Bạch Mai huyện Đất Đỏ, trường THPT Phước Bửu và THPT Hòa Bình, huyện Xuyên Mộc, trường THPT Trần Quang Khải, huyện Long Điền. 2.2.3. Kết quả điều tra Về phương pháp dạy học: chủ yếu được sử dụng là diễn giảng kết hợp với đàm thoại, ngoài ra đối với những bài có nội dung kiến thức chủ yếu dựa vào kết quả TN như bài “Sự khúc xạ ánh sán g”, “Lăng kính” và “Thấu kính mỏng” thì hầu như giáo viên truyền đạt cho học sinh dưới dạng thông báo, một số ít giáo viên dạy các bài này có kèm theo thí nghiệm biểu diễn nhưng đều rơi vào tình trạng cháy giáo án (không đủ thời gian). Hình thức tổ chức dạy học và các phương tiện hỗ trợ: vẫn chủ yếu là phấn trắng, bảng đen. Thầy giáo diễn giảng hoặc tiến hành thí nghiệm biểu diễn để kiểm chứng những kết quả lý thuyết. Cách kiểm tra, đánh giá: chủ yếu vẫn là yêu cầu học sinh học thuộc những nội dung được học ở lớp rồi trả bài bằng hình thức vấn đáp vào đầu mổi tiết tiếp theo. Cuối phần này không có bài kiểm tra 1 tiết mà chỉ có bài kiểm tra 15 phút. Phần lớn kiến thức của phần này kết hơp với các nội dung của hai chương trước đó làm bài kiểm tra học kỳ II. Những khó khăn của giáo viên khi giảng dạy: Thời gian hạn chế nên ít có điều kiện tiến hành thí nghiệm minh hoạ, hoặc hướng dẫn học sinh tự lực phát hiện ra kiến thức mới, giúp học sinh liên hệ kiến thức vừa học với thực tế để giải thích một số hiện tượng hay gặp trong cuộc sống và khoa học kỹ thuật. Vì vậy không có tính thuyết phục cao, không gây hứng thú để học sinh phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo trong học tập. Do các bài học của phần này có quá nhiều hình vẽ, nếu giáo viên vẽ sẵn hình ra bảng phụ thì sẽ có nhiều thời gian hơn để giảng giải cho học sinh, nhưng học sinh lại không thấy được đường đi của các tia

51 sáng theo nguyên tắc nào? Hơn thế nữa do học sinh quen với các phương pháp thuyết trình nên thường không chuẩn bị bài ở nhà. Vào lớp thì thụ động lười suy nghĩ, kỹ năng sử dụng, dụng cụ thí nghiệm còn nhiều hạn chế. Vì vậy kh i GV thực hiện phương pháp đàm thoại gặp nhiều khó khăn, còn với các thí nghiệm thì hầu như chỉ là giáo viên làm biểu diễn. Mặt khác do không có bài kiểm tra một tiết, nên với một lượng kiến thức khổng lồ (chiếm hơn 50% kiến thức học kỳ II) của phần này chỉ làm một bài kiểm tra 15 phút thì khó có thể kiểm tra được mức độ lĩnh hội kiến thức của học sinh. Về những sai lầm mà học sinh thường mắc phải: Do không được tận mắt quan sát các hiện tượng, đường đi của các tia sáng qua các dụng cụ quang học nên học sinh rất khó liên hệ và giải thích một số hiện tượng thường gặp trong cuộc sống. Ở chương “Khúc xạ ánh sáng”, học sinh rất mơ hồ trong việc xác định khi nào xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, khi nào phải kiểm tra điều kiện phản xạ toàn phần. Ở chương “Mắt. Các dụng cụ quang học”, học sinh khó nhận biết được thấu kính đó là thấu kính gì (ứng với trường hợp “ảnh thật, ảnh ảo”, khi nào thấu kính cho ảnh thật, ảnh ảo,…hoặc kính hiển vi có công dụng và cấu tạo giống và khác kính thiên văn ở chỗ nào). Khi làm các bài tập định lượng thì học sinh thường hay nhầm lẫn các công thức, quy ước về dấu của các đại lượng dẫn đến những kết quả sai đáng tiếc. 2.3. Thiết kế tiến trình dạy các bài học phần “Quang hình học”_Vật lý 11 ban cơ bản theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. [1], [2], [3], [7]. 2.3.1. Các bài học của chương “ Khúc xạ ánh sáng”. - Bài 26: “ Khúc xạ ánh sáng”. - Bài 27: “ Phản xạ toàn phần”. 2.3.1.1. Bài 26: “Khúc xạ ánh sáng” a. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức “ Hiện tượng khúc xạ, định luật khúc xạ ánh sáng, chiết suất của môi trường và tính thuận nghịch chiều truyền ánh sáng”.

52 Khi chùm sáng gặp mặt phân cách (nhẵn, bóng) giữa hai môi trường khác nhau thì chùm sáng bị đổi hướng truyền sáng. Như chúng ta đã biết hiện tượng đó gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng. Vậy khi chùm sáng truyền xuyên qua mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng thì chùm sáng sẽ truyền như thế nào? Hiện tượng đó gọi là hiện tượng gì? Dựa vào định luật truyền thẳng ánh sáng. HS dự đoán đường truyền của chùm sáng, và dựa vào sự tương tự của hiện tượng phản xạ suy luận ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng và định nghĩa hiện tượng Khảo sát đường truyền của một tia sáng khi chiếu tới mặt phân cách từ không khí sang một bán cầu bằng nhựa (trong suốt) Ánh sáng truyền qua mặt phân cách bi lệch phương truyền sang so với phương ban đầu gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. - đường thẳng đi qua điểm tới, vuông góc với mặt phân cách gọi là pháp tuyến. - Tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa hai môi trường, gọi là tia tới. Góc tạo bởi tia tới và pháp tuyến gọi là góc tới. - Tia sáng truyền qua mặt phân cách gọi là tia khúc xạ. Góc tạo bởi tia khúc xạ và pháp tuyến gọi là góc khúc xạ - Mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến gọi là mặt phẳng tới.

53 - Làm thí nghiệm và quan sát, xác định mặt phẳng chứa tia khúc xạ. Vị trí của tia khúc xạ và tia tới so với pháp tuyến. - Dựa vào bảng số liệu (bảng 26.1) [SGK; 126]. Lập tỉ số giữa góc tới, góc khúc xạ và tỉ số sin góc tới, sin góc khúc xạ Nhận xét về tỉ số đã lập. Dùng kiến thức môn toán để suy ra mối liên hệ giữa các tỉ số đã lập. n = hằng số Làm thế nào để kiểm tra đúng đắn của hệ quả trên? Thiết kế phương án TN để kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả đã rút ra từ suy luận. + Nội dung cần kiểm nghiệm: Tỉ số hằng số Sử dụng các dụng cụ như TN trên. Chiếu tia sáng tới vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường, thay đổi vị trí của tia tới lần lượt ta được các góc tới và góc khúc xạ tương ứng. (giả sử ta xác định góc khúc xạ với góc tới tương ứng là: và ) Vậy mặt phẳng nào chứa tia tới và sự lệch phương của tia sáng khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có tuân theo quy luật nào không?

54 Đối chiếu kết quả TN với kết quả thu được từ những suy luận ở trên ta rút ra được kết luận sau: - Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới. - Với hai môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số hằng số + Tia sáng chiếu vuông góc tới mặt phân cách thì truyền thẳng. - Chiếu chùm tia sáng từ không khí vào nhựa trong và ngược lại từ nhựa trong ra ngoài không khí. Kết quả từ TN cho thấy: Hằng số chỉ phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường. Làm TN và đo r tương ứng hai trường hợp trên, với i= . Dùng công thức n; xác định được hằng số n tương ứng. Kết quả cho thấy hằng số n trong hai trường hợp có mối liên hệ là: - Tỉ số gọi là chiết suất tỉ đối - Chiết suất tuyệt đối là chiết suất tỉ đối của môi trường đối với chân không. - với lần lượt là chiết suất tuyệt đối của môi trường chứa tia tới và môi trường chứa tia khúc xạ. + Khi n 21 > 1 thì i > r ( tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn) + Khi n 21 < 1 thì i > r ( tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn) - Công thức định luật khúc xạ dưới dạng đối xứng Hằng số trên phụ thuộc vào những yếu tố nào? Xét ví dụ sau: Khảo sát sự truyền ánh sáng giữa hai môi trường không khí và nhựa trong (bán cầu nhựa TN trên)

55 b. Mục tiêu dạy học  Nội dung kiến thức cần xây dựng - Khái niệm hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau. - Định luật khúc xạ ánh sáng: + Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và bên kia pháp tuyến so với tia tới. + Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi.  Mục tiêu trong quá trình học: - HS quan sát và tiến hành TN để mô tả được hiện tượng khúc xạ ánh sáng. - tham gia suy đoán giải pháp tìm mối liên hệ giữa tia khúc xạ và tia tới; góc khúc xạ với góc tới. Tia khúc xạ và và tia tới có thể đổi chỗ cho nhau được không? - Nếu đổi chỗ cho nhau được, điều này cho phép ra nhận xét thế nào về chiều truyền ánh sáng. Kết quả TN cho thấy: Ánh sáng truyền theo đường nào thì có thể truyền ngược lại theo đường đó. Hiện tượng như vậy gọi là tính thuận nghịch chiều truyền ánh sáng. - Học sinh làm TN và quan sát với các trường hợp: truyền thẳng, phản xạ và khúc xạ. Sau đó hoán đổi vị trí của tia tới với tia khúc xạ Nhận xét đường truyền của tia sáng trong các trường hợp.

56 - dự đoán được sự phụ thuộc của hằng số 21 sin sin i n r = - nhân xét được đường truyền của tia sáng khi hoán đổi vị trí của tia sáng và tia khúc xạ.  Sau khi học: HS - phát biểu được chính xác hiện tượng khúc xạ ánh sáng và định luật khúc xạ ánh sáng. - trình bày được khái niệm chiết suất tỉ đối, chiết suất tỉ đối, đồng thời viết được hệ thức liên hệ giữa chúng. - biết vận dụng định luật khúc xạ để giải thích một số hiện tượng trong thực tế như: cái bút chì cắm vào cốc thủy tinh chứa nước, bị gãy khúc tại mặt phân cách. Đồng tiền xu như được nâng cao hơn so trước khi cho nước vào chén, từ đó suy luận những lưu ý khi đi bơi. Giải được một số bài tập liên quan. c. Công việc chuẩn bị của GV và HS. + GV: Máy biến áp 6-12 V, đèn laze dùng làm nguồn sáng. - Bán cầu nhựa trong suốt. - Một tờ giấy A4, một ly nước thủy tinh, một cái bút chì. - Một chén bằng sứ, một đồng xu. - Máy vi tính, máy chiếu và màn hình - Phiếu học tập + HS: Ôn tập kiến thức đã học ở cấp 2. d. Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể. Hoạt động 1: Tìm hiểu về hiện tượng khúc xạ ánh sáng Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nêu vấn đề và đề xuất giả thuyết về hiện tượng khúc xạ ánh sáng .Nhúng một cái bút chì vào trong một ly thủy tinh đựng nước. Yêu cầu HS quan sát và đưa ra nhận xét về hình dạng cái bút chì tại mặt phân cách giữa không khí và nước

57 Tại sao lại có hiện tượng như vậy? CH1: Trong không khí ánh sáng truyền theo đường gì? Vậy khi chiếu xiên góc tia sáng từ không khí vào nhựa (trong suốt) ánh sáng còn truyền theo đường thẳng nữa không? - Nhắc lại các khái niệm tia tới, tia khúc xạ, góc tới, pháp tuyến và mặt phẳng tới. Tại mặt phân cách giữa không khí và nước cái bút chì bị gãy khúc. Tiếp nhận vấn đề cần tìm hiểu Trong không khí ánh sáng truyền theo đường thẳng Học sinh dự doán: Khi chiếu như vậy ánh sáng không truyền theo đường thẳng nữa mà tia sáng bị lệch phương tại mặt phân cách giữa hai môi trường Làm thí nghiệm và kết luận về hiện tượng khúc xạ ánh sáng GV yêu cầu các nhóm làm thí nghiệm và quan sát đường truyền của tia sáng khi chiếu chùm tia sáng vuông góc và chiếu chùm sáng xiên góc từ không khí và bản nhựa trong suốt. Yêu cầu các nhóm đưa ra nhận xét về phương truyền của tia sáng tới gặp mặt phân cách của hai môi trường trong hai trường hợp. Kết luận: hiện tượng chùm tia sáng bị lệch phương khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Vậy hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì? Câu trả lời mong đợi: - Khi chiếu vuông góc tới mặt phân cách của hai môi trường tia sáng truyền thẳng - Khi chiếu xiên góc tới mặt phân cách của hai môi trường tia sáng bị lệch phương tại mặt phân cách giữa môi trường. Là hiện tượng chùm tia sáng bị lệch phương khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường. Hoạt động 2: Tìm hiểu về định luật khúc xạ ánh sáng

58 Hoạt động của GV Hoạt động của HS Phát hiện vấn đề Nhắc lại các khái niệm tia tới, góc tới i, pháp tuyến, tia phản xạ, góc phản xạ r Trở lại TN trên nhưng thay đổi phương của chùm tia tới (góc tới i thay đổi) CH1: Em có nhận xét gì về phương của tia khúc xạ phi phương của tia tới thay đổi? Vậy sự thay đổi đó có tuân theo quy luật nào không? Nhớ lại kiến thức đã học ở cấp 2 Phương của tia khúc xạ thay đổi khi phương tia tới thay đổi. Nêu giả thuyết: “Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới”, làm thí nghiệm để xác nhận giả thuyết và nhận xét mặt phẳng tới chứa tia tới và tia khúc xạ vuông góc với mặt phân cách tại điểm tới. CH1: Tia khúc xạ và tia tới có nằm trong cùng một mặt phẳng không? CH2: Mặt phẳng này có thể là mặt phẳng nào? - Làm thế nào để kiểm tra được dự đoán trên? Gv phân tích những điểm hợp lý và chưa hợp lý ở các phương án do HS đề ra, đồng thời giới thiệu phương án TN để kiểm chứng giả thuyết. Làm thí nghiệm: (TN) Chiếu tia sáng tới từ khối nhựa trong suốt ra không khí, đặt tờ giấy A4 để quan sát tia khúc xạ. Gấp tờ giấy A4 tại mặt - Có - Là mặt phẳng vuông góc với mặt phân cách Các nhóm thảo luận đề xuất ra các phương án TN - khi chưa gấp tờ giấy A4, quan sát thấy tia khúc xạ, khi gấp tờ giấy A4 lại thì không thấy tia khúc xạ nữa.