Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học chủ đề các bức xạ điện từ theo định hướng sách giáo khoa mới

Chia sẻ: Buctranhdo Buctranhdo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài sẽ góp một phần nhỏ, là nguồn tài liệu có ích giúp các thầy cô và các bạn đọc tham khảo và vận dụng vào quá trình dạy học môn Vật lý theo định hướng sách giáo khoa mới.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học chủ đề các bức xạ điện từ theo định hướng sách giáo khoa mới

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: DẠY HỌC CHỦ ĐỀ CÁC BỨC XẠ ĐIỆN TỪ THEO ĐỊNH HƯỚNG SÁCH GIÁO KHOA MỚI LĨNH VỰC: VẬT LÍ
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG THPT THANH CHƯƠNG 1 ĐỀ TÀI: DẠY HỌC CHỦ ĐỀ CÁC BỨC XẠ ĐIỆN TỪ THEO ĐỊNH HƯỚNG SÁCH GIÁO KHOA MỚI LĨNH VỰC: VẬT LÍ Tác giả: Trần Đình Hùng Tổ: Vật lí – Hoá học – CN SĐT liên hệ: 0977666077 Năm thực hiện 2020 - 2021
MỤC LỤC Trang PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 4. Đóng góp của đề tài 2 PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở lí luận 1.1. Quan niệm xây dựng chương trình 3 1.2. Mục tiêu xây dựng chương trình 4 1.3. Yêu cầu cần đạt 4 2. Cơ sở thực tiễn 2.1.Thực trạng dạy học bộ môn Vật lí theo định hướng SGK mới ở trường THPT… 6 2.2. Nguyên nhân khó khăn của thực trạng dạy học Vật lí… 9 3. Hệ thống kiến thức mà đề tài nghiên cứu 3.1. Thang sóng điện từ 10 3.2. Tia hồng ngoại 11 3.3. Tia tử ngoại 15 3.4. Tia X 18 3.5. Tia laser 22 3.6. Tia gamma 26 4. Giải pháp 4.1. Tổ chức hoạt động dạy học theo nhóm 28 4.1.1. Thuyết trình Poster 28 4.1.2. Sản phẩm Poster của các nhóm 29 4.2. Tổ chức các hoạt động trải nghiệm để học sinh tìm hiểu một số ứng dụng của 34 các bức xạ điện từ 4.2.1. Hoạt động trải nghiệm tìm hiểu ứng dụng của tia X trong Y học 34 4.2.2. Hoạt động tìm hiểu ứng dụng của tia Laser và tia gamma từ nguồn tài 37 nguyên internet. 5. Kết quả đạt được 5.1. Các năng lực và phẩm chất đạt được thông qua việc học chủ đề các bức xạ điện 41 từ 5.1.1. Các phẩm chất đạt được 41 5.1.2. Các năng lực đạt được 41 5.2. Kết quả thực nghiệm sư phạm 44 PHẦN III. KẾT LUẬN 1. Kết luận 46 2. Kiến nghị đề xuất 46
Danh mục tài liệu tham khảo 47
PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lí do chọn đề tài Theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, môn Vật lí ở trung học phổ thông là môn học thuộc nhóm môn Khoa học tự nhiên, được lựa chọn theo nguyện vọng và định hướng nghề nghiệp của học sinh. Những học sinh có định hướng nghề nghiệp cần vận dụng nhiều kiến thức, kĩ năng vật lí được học thêm các chuyên đề học tập. Môn Vật lí giúp học sinh tiếp tục phát triển các phẩm chất, năng lực đã được định hình trong giai đoạn giáo dục cơ bản, tạo điều kiện để học sinh bước đầu nhận biết đúng năng lực, sở trường của bản thân, có thái độ tích cực đối với môn học. Chương trình môn Vật lí coi trọng việc rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học để tìm hiểu và giải quyết ở mức độ nhất định một số vấn đề của thực tiễn, đáp ứng đòi hỏi của cuộc sống; vừa bảo đảm phát triển năng lực vật lí – biểu hiện của năng lực khoa học tự nhiên, vừa đáp ứng yêu cầu định hướng nghề nghiệp của học sinh. Thông qua Chương trình môn Vật lí, học sinh hình thành và phát triển được thế giới quan khoa học; rèn luyện được sự tự tin, trung thực, khách quan; cảm nhận được vẻ đẹp của thiên nhiên; yêu thiên nhiên, tự hào về thiên nhiên của quê hương, đất nước; tôn trọng các quy luật của thiên nhiên, trân trọng, giữ gìn và bảo vệ thiên nhiên, ứng xử với thiên nhiên phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững; đồng thời hình thành và phát triển được các năng lực tự chủ và tự học, giao tiếp và hợp tác, giải quyết vấn đề và sáng tạo. Qua quá trình nghiên cứu và giảng dạy bộ môn Vật lí ở THPT chúng tôi thấy có thể khai thác, thiết kế và thực hiện được nhiều chủ đề dạy học nhằm phát triển phẩm chất và nâng cao năng lực cho học sinh bằng hình thức tổ chức dạy học theo nhóm kết hợp với các hoạt động trải nghiệm thực tiễn theo như định hướng của chương trình giáo dục phổ thông mới. Với hình thức dạy học này chúng tôi đã kích thích sự hứng thú, tích cực, sự yêu thích bộ môn Vật lí của học sinh trong quá trình dạy học và bước đầu có sự định hướng nghề nghiệp cho học sinh. Với những lí do trên nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng dạy học, chúng tôi đã nghiên cứu đề tài “Dạy học chủ đề các bức xạ điện từ theo định hướng sách giáo khoa mới” Hi vọng đề tài sẽ góp một phần nhỏ, là nguồn tài liệu có ích giúp các thầy cô và các bạn đọc tham khảo và vận dụng vào quá trình dạy học môn Vật lý theo định hướng sách giáo khoa mới. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Học sinh lớp 12A, 12B trường THPT Thanh Chương 1. -1-
- Phạm vi nghiên cứu: Các bức xạ điện từ: Tia hồng ngoại; tia tử ngoại; tia X; tia Laze; tia gamma nằm ở các chương: Chương 5. Sóng ánh sáng; Chương 6. Lượng tử ánh sáng và chương 7. Hạt nhân nguyên tử. - Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/2020 đến tháng 2/2021. 3. Nội dung nghiên cứu - Nêu sơ lược chương trình giáo dục phổ thông tổng thể môn Vật lí - Phân tích cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học theo định hướng sách giáo khoa mới. - Điều tra, phân tích thực trạng dạy học Vật lí theo định hướng sách giáo khoa mới ở một số trường THPT trên địa bàn thành huyện Thanh Chương. Trên cơ sở đó phân tích các nguyên nhân, khó khăn để đề xuất hướng giải quyết của đề tài. - Hệ thống hoá các kiến thức về tia hồng ngoại; tia tử ngoại; tia X; tia Laze; tia gamma - Đề xuất giải pháp thực hiện đề tài nghiên cứu: Dạy học chủ đề các bức xạ điện từ theo định hướng sách giáo khoa mới. - Tổ chức các hoạt động học tập các bức xạ điện từ và hoạt động trải nghiệm để học sinh tìm hiểu một số ứng dụng của các bức xạ điện từ trong một số lĩnh vực như y học, công nghiệp… 4. Đóng góp của đề tài - Điều tra được thực trạng dạy học Vật lí theo định hướng sách giáo khoa mới ở một số trường THPT trên địa bàn huyện Thanh Chương, phân tích các nguyên nhân, khó khăn, đưa ra hướng khắc phục, giải pháp để nâng cao chất lượng dạy học, áp dụng thực nghiệm có hiệu quả tại trường THPT Thanh Chương 1. - Xây dựng được tiến trình dạy học chủ đề các bức xạ điện từ theo định hướng sách giáo khoa mới nhằm phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh. - Tổ chức dạy học, hoạt động trải nghiệm chủ đề các bức xạ điện từ tại trường phổ thông phù hợp với điều kiện dạy học của nhà trường, của địa phương và thu được những kết quả thiết thực nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lí. -2-
PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở lí luận Tư tưởng chủ đạo của chương trình được thể hiện đầy đủ trong nội dung Nghị quyết 29/NQ-TW ngày 4 tháng 1 năm 2013 về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế. Nội dung cụ thể như sau: Xác định mục tiêu giáo dục con người phát triển toàn diện, vừa đáp ứng yêu cầu xã hội vừa phát triển cao nhất tiềm năng của mỗi cá nhân. Phát triển năng lực và phẩm chất người học, hài hòa đức, trí, thể, mỹ thay vì chỉ chú trọng trang bị kiến thức; kết hợp hài hòa dạy người, dạy chữ và dạy nghề. Đổi mới nội dung giáo dục theo hướng tinh giản, cơ bản, hiện đại, tăng thực hành, vận dụng kiến thức và kỹ năng vào thực tiễn. Chú trọng giáo dục khoa học xã hội - nhân văn, kỹ năng sống, pháp luật, thể chất, quốc phòng an ninh và hướng nghiệp Sau đây chúng tôi trình bày sơ lược một số nội dung của CTGDPT mới đối với bộ môn Vật lí 1.1. Quan niệm xây dựng chương trình Chương trình môn Vật lí quán triệt đầy đủ các quy định cơ bản được nêu trong Chương trình tổng thể, về quan điểm, mục tiêu, yêu cầu cần đạt, kế hoạch giáo dục, nội dung giáo dục, phương pháp giáo dục và đánh giá kết quả, điều kiện thực hiện và phát triển chương trình; định hướng xây dựng chương trình các môn học và hoạt động giáo dục; đồng thời nhấn mạnh một số quan điểm sau: + Chương trình môn Vật lí một mặt kế thừa và phát huy ưu điểm của chương trình hiện hành và mặt khác, tiếp thu kinh nghiệm xây dựng chương trình môn học của các nước có nền giáo dục tiên tiến trên thế giới, đồng thời tiếp cận những thành tựu của khoa học giáo dục và khoa học vật lí phù hợp với trình độ nhận thức và tâm, sinh lí lứa tuổi của học sinh, có tính đến điều kiện kinh tế và xã hội Việt Nam. + Chương trình môn Vật lí chú trọng bản chất, ý nghĩa vật lí của các đối tượng, đề cao tính thực tiễn; tránh khuynh hướng thiên về toán học; tạo điều kiện để giáo viên giúp học sinh phát triển tư duy khoa học dưới góc độ vật lí, khơi gợi sự ham thích ở học sinh, tăng cường khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng vật lí trong thực tiễn. Các chủ đề được thiết kế, sắp xếp từ trực quan đến trừu tượng, từ đơn giản -3-
đến phức tạp, từ hệ được xem như một hạt đến nhiều hạt; bước đầu tiếp cận với một số nội dung hiện đại mang tính thiết thực, cốt lõi. + Chương trình môn Vật lí được xây dựng theo hướng mở, thể hiện ở việc không quy định chi tiết về nội dung dạy học mà chỉ quy định những yêu cầu học sinh cần đạt; chỉ đưa ra các định nghĩa cụ thể cho các khái niệm trong trường hợp có những cách hiểu khác nhau. Căn cứ vào các yêu cầu cần đạt, các tác giả sách giáo khoa chủ động, sáng tạo trong việc triển khai các nội dung dạy học cụ thể theo yêu cầu phát triển chương trình. Trên cơ sở bám sát mục tiêu và đáp ứng yêu cầu cần đạt của Chương trình môn Vật lí, giáo viên có thể lựa chọn, sử dụng một hay kết hợp nhiều sách giáo khoa, nhiều nguồn tư liệu khác nhau để dạy học. Trong một lớp, thứ tự dạy học các chủ đề (bao gồm các chủ đề bắt buộc và các chuyên đề tự chọn) là không cố định “cứng”, các tác giả sách giáo khoa, giáo viên có thể sáng tạo một cách hợp lí, sao cho không làm mất logic hình thành kiến thức, kĩ năng và không hạn chế cơ hội hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh. Thứ tự dạy học các chủ đề được thực hiện sao cho chủ đề mô tả hiện tượng vật lí được thực hiện trước để cung cấp bức tranh toàn cảnh về hiện tượng, sau đó đến chủ đề giải thích và nghiên cứu hiện tượng để cung cấp cơ sở vật lí sâu hơn, rồi đến chủ đề ứng dụng của hiện tượng đó trong khoa học hoặc thực tiễn. Các phương pháp giáo dục của môn Vật lí góp phần phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của người học, nhằm hình thành, phát triển năng lực vật lí cũng như góp phần hình thành, phát triển các phẩm chất và năng lực chung được quy định trong Chương trình tổng thể. 1.2. Mục tiêu chương trình 1. Cùng với các môn học và hoạt động giáo dục khác, giúp học sinh hình thành, phát triển các phẩm chất chủ yếu và năng lực chung được quy định trong Chương trình tổng thể. 2. Giúp học sinh hình thành, phát triển năng lực vật lí, với các biểu hiện sau: a) Có được những kiến thức, kĩ năng phổ thông cốt lõi về: mô hình hệ vật lí; năng lượng và sóng; lực và trường; b) Vận dụng được một số kĩ năng tiến trình khoa học để khám phá, giải quyết vấn đề dưới góc độ vật lí; c) Vận dụng được một số kiến thức, kĩ năng trong thực tiễn, ứng xử với thiên nhiên phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững xã hội và bảo vệ môi trường; d) Nhận biết được năng lực, sở trường của bản thân, định hướng được nghề nghiệp và có kế hoạch học tập, rèn luyện đáp ứng yêu cầu của định hướng nghề nghiệp. -4-
1.3. Yêu cầu cần đạt 1.3.1 Yêu cầu cần đạt về phẩm chất và năng lực chung Môn Vật lí góp phần thực hiện các yêu cầu cần đạt về phẩm chất chủ yếu và năng lực chung theo các mức độ phù hợp với môn học, cấp học đã được quy định trong Chương trình tổng thể. 1.3.2. Yêu cầu cần đạt về năng lực đặc thù Môn Vật lí hình thành và phát triển ở học sinh năng lực vật lí, với những biểu hiện cụ thể sau đây: a) Nhận thức vật lí Nhận thức được kiến thức, kĩ năng phổ thông cốt lõi về: mô hình hệ vật lí; năng lượng và sóng; lực và trường; nhận biết được một số ngành, nghề liên quan đến vật lí; biểu hiện cụ thể là: - Nhận biết và nêu được các đối tượng, khái niệm, hiện tượng, quy luật, quá trình vật lí. - Trình bày được các hiện tượng, quá trình vật lí; đặc điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình vật lí bằng các hình thức biểu đạt: nói, viết, đo, tính, vẽ, lập sơ đồ, biểu đồ. - Tìm được từ khoá, sử dụng được thuật ngữ khoa học, kết nối được thông tin theo logic có ý nghĩa, lập được dàn ý khi đọc và trình bày các văn bản khoa học. - So sánh, lựa chọn, phân loại, phân tích được các hiện tượng, quá trình vật lí theo các tiêu chí khác nhau. - Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng, quá trình. - Nhận ra điểm sai và chỉnh sửa được nhận thức hoặc lời giải thích; đưa ra được những nhận định phê phán có liên quan đến chủ đề thảo luận. - Nhận ra được một số ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân. b) Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí Tìm hiểu được một số hiện tượng, quá trình vật lí đơn giản, gần gũi trong đời sống và trong thế giới tự nhiên theo tiến trình; sử dụng được các chứng cứ khoa học để kiểm tra các dự đoán, lí giải các chứng cứ, rút ra các kết luận; biểu hiện cụ thể là: - Đề xuất vấn đề liên quan đến vật lí: Nhận ra và đặt được câu hỏi liên quan đến vấn đề; phân tích được bối cảnh để đề xuất được vấn đề nhờ kết nối tri thức, kinh nghiệm đã có và dùng ngôn ngữ của mình để biểu đạt vấn đề đã đề xuất. - Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết: Phân tích vấn đề để nêu được phán đoán; xây dựng và phát biểu được giả thuyết cần tìm hiểu. -5-
- Lập kế hoạch thực hiện: Xây dựng được khung logic nội dung tìm hiểu; lựa chọn được phương pháp thích hợp (quan sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn, tra cứu tư liệu); lập được kế hoạch triển khai tìm hiểu. - Thực hiện kế hoạch: Thu thập, lưu giữ được dữ liệu từ kết quả tổng quan, thực nghiệm, điều tra; đánh giá được kết quả dựa trên phân tích, xử lí các dữ liệu bằng các tham số thống kê đơn giản; so sánh được kết quả với giả thuyết; giải thích, rút ra được kết luận và điều chỉnh khi cần thiết. - Viết, trình bày báo cáo và thảo luận: Sử dụng ngôn ngữ, hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt được quá trình và kết quả tìm hiểu; viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu; hợp tác được với đối tác bằng thái độ tích cực và tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích cực và giải trình, phản biện, bảo vệ được kết quả tìm hiểu một cách thuyết phục. - Ra quyết định và đề xuất ý kiến, giải pháp: Đưa ra được quyết định xử lí cho vấn đề đã tìm hiểu; đề xuất được ý kiến khuyến nghị vận dụng kết quả tìm hiểu, nghiên cứu, hoặc vấn đề nghiên cứu tiếp. c) Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học Vận dụng được kiến thức, kĩ năng đã học trong một số trường hợp đơn giản, bước đầu sử dụng toán học như một ngôn ngữ và công cụ để giải quyết được vấn đề; biểu hiện cụ thể là: - Giải thích, chứng minh được một vấn đề thực tiễn. - Đánh giá, phản biện được ảnh hưởng của một vấn đề thực tiễn. - Thiết kế được mô hình, lập được kế hoạch, đề xuất và thực hiện được một số phương pháp hay biện pháp mới. - Nêu được giải pháp và thực hiện được một số giải pháp để bảo vệ thiên nhiên, thích ứng với biến đổi khí hậu; có hành vi, thái độ hợp lí nhằm phát triển bền vững. Trong chương trình môn Vật lí, mỗi thành tố của các năng lực chung cũng như năng lực đặc thù nói trên được đưa vào từng chủ đề, từng mạch nội dung dạy học, dưới dạng các yêu cầu cần đạt, với các mức độ khác nhau. 2. Cơ sở thực tiễn 2.1.Thực trạng tổ chức dạy học môn Vật lí theo định hướng sách giáo khoa mới ở một số trường THPT trên địa bàn huyện Thanh Chương. Huyện Thanh Chương là một huyện miền núi với diện tích rộng, dân số đông kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp và nghề thủ công, các ngành dịch vụ chưa phát triển nên khó khăn về kinh tế, việc học tập và phấn đấu của các em học sinh chưa thực sự được quan tâm từ các bậc học dưới THPT vì vậy kiến thức cơ sở về môn Vật lí của các học sinh hầu hết tập trung ở mức độ trung bình và khá. -6-
Khi chưa áp dụng những nghiên cứu trong đề tài để dạy học nâng cao phẩm chất và năng lực học sinh khi dạy học chủ đề các bức xạ điện từ thì các em học thụ động, phụ thuộc vào sách giáo khoa, nhiều kiến thức ghi nhớ mơ hồ chưa được khắc sâu, niềm yêu thích đam mê môn Vật lí còn hạn chế và tính tự học, tự tìm tòi sáng tạo cũng chưa được nhiều. Kết quả trao đổi, tìm hiểu và khảo sát học sinh ở một số lớp và giáo viên Vật lí THPT trên địa bàn huyện Thanh Chương về hình thức dạy học và sự yêu thích, định hướng nghề nghiệp chỉ có khoảng 20% học sinh hứng thú với chủ đề này. Và đặc biệt còn có sự xa với giữa lí thuyết với thức tiễn trong quá trình dạy học. Để tiến hành tìm hiểu về thực trạng dạy học theo định hướng sách giáo khoa mới trong dạy học Vật lý ở trường THPT tôi đã tiến hành khảo sát bằng phiếu điều tra đối với GV và HS với mục đích thu thập thông tin, phân tích khó khăn, thuận lợi của thực trạng dạy học môn Vật lí ở trường phổ thông. Nội dung khảo sát: Tìm hiểu nhận thức, hiểu biết, quá trình tổ chức dạy học môn Vật lí các GV ở các trường THPT. Đối tượng khảo sát: 20 GV dạy môn Vật lí ở các trường THPT Thanh Chương 1, THPT Thanh Chương 3, THPT Đặng Thúc Hứa, THPT Nguyễn Cảnh Chân và 200 HS trường THPT Thanh Chương 1. Thời gian khảo sát: Từ tháng 9/2020 đến tháng 11/2020. Phiếu khảo sát GV và HS (có trong Phụ lục kèm theo). Sau khi thu thập, phân tích, tổng hợp qua các phiếu điều tra, kết quả cho thấy như sau: Biểu đồ 1. Thống kê về hiểu biết của GV về chương trình GDPT tổng thể -7-
Biểu đồ 2. Thống kê về sự cần thiết của của hoạt động dạy học Vật lí theo định hướng SGK mới Biểu đồ 3. Thống kê về mức độ tổ chức các hoạt động trải nghiệm cho HS trong dạy học Vật lí. Biểu đồ 4. Thống kê về những nguyên nhân khó khăn của việc tổ chức các hoạt động trải nghiệm trong dạy học bộ mon Vật lí. -8-
Biểu đồ 5. Thống kê về sự yêu thích bộ môn Vật lí của HS THPT Biểu đồ 6. Thống kê về hứng thú của HS khi được tham gia các hoạt động trải nghiệm thực tiễn trong bộ môn Vật lí Như vậy thông qua khảo sát GV và HS chúng tôi nhận thấy nhìn chung các GV đều thấy được tầm quan trọng và sự cần thiết của dạy học môn Vật lý theo định hướng của CTGDPT mới (tức là SGK mới), tuy nhiên vấn đề vẫn là triển khai, tổ chức dạy học theo định hướng SGK mới như thế nào cho hiệu quả và phù hợp với điều kiện dạy học ở trường phổ thông và điều kiện của địa phương. Mặc dù một số GV đã thực hiện, nhưng vẫn còn lúng túng, hạn chế, gặp những khó khăn nhất định. Nhiều GV cho biết, trong dạy học Vật lý chỉ tập trung truyền thụ kiến thức mà chưa chú trọng, chủ động phát triển phẩm chất và năng lực cho HS, học tập xa vời với thực tiễn. Chính vì lẽ đó bộ môn Vật lí ngày càng ít HS yêu thích, tâm lí HS nặng nề khi phải học các kiến thức khô khan và trừu tượng. 2.2. Nguyên nhân và khó khăn của thực trạng dạy học Vật lí ở trường THPT theo định hướng SGK mới Mặc dù việc tiếp cận CTDGPT mới đã tạo điều kiện thuận lợi hơn để có thể phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh, tuy nhiên với khung chương trình hiện hành, GV vẫn còn gặp khó khăn trong việc tổ chức các nội dung, chủ đề sao cho -9-
vừa đảm bảo được yêu cầu của khung chương trình vừa phải phát huy tính sáng tạo của HS. Vì vậy khi triển khai CTGDPT mới cần phải có hướng dẫn về cách thức tổ chức các hoạt động dạy học để tạo thuận lợi cho GV tổ chức dạy học, tổ chức các hoạt động trải nghiệm thực tiễn. Do hiện nay đang thực hiện chương trình GDPT hiện hành nặng về truyền thụ kiến thức nên tâm lý của đại bộ phận GV ngại thay đổi, chưa chịu thay đổi cùng với trình độ GV chưa đáp ứng được yêu cầu. Hình thức kiểm tra, đánh giá hiện nay vẫn còn là rào cản. Cụ thể là kì thi tốt nghiệp THPT được tổ chức theo hình thức làm bài thi trắc nghiệm kiểm tra kiến thức, kĩ năng, trong khi kiểm tra, đánh giá theo CTGDPT mới là đánh giá năng lực, phẩm chất một cách toàn diện, đánh giá cả quá trình học tập. Vì vậy trên thực tế, việc triển khai theo CTGDPT mới sẽ gặp khó khăn ở các lớp cuối cấp để dành thời gian cho em ôn thi theo cấu trúc đề tốt nghiệp THPT. Điều kiện cơ sở vật chất của nhà trường chưa đáp ứng được yêu cầu đề ra. Sĩ số mỗi lớp học quá đông cũng gây khó khăn cho tổ chức hoạt động, cản trở việc đổi mới phương pháp dạy học của GV, trong khi phòng thực hành bộ môn chưa phù hợp để HS có không gian hoạt động, làm việc nhóm, nghiên cứu, thí nghiệm cũng là một khó khăn. Bên cạnh đó điều kiện địa phương không có đầy đủ các nhà máy, xí nghiệp… và trong khung chương trình học phổ thông hiện hành chưa có hoạt động trải nghiệm nên hoạt động trải nghiệm cho HS gặp không ít khó khăn. Xuất phát từ thực tiễn trên chúng tôi xây dựng chủ đề dạy học các bức xạ điện từ theo định hướng SGK mới nhằm nâng cao hiệu quả học tập cho HS. Chú trọng việc nâng cao phẩm chất năng lực người học, giúp HS yêu thích bộ môn Vật lí hơn và bước đầu có sự định hướng nghề nghiệp. 3. Hệ thống nội dung kiến thức mà đề tài nghiên cứu 3.1. Thang sóng điện từ Bảng phân chia các bức xạ sóng điện từ/ánh sáng Tên Bước sóng Tần số (Hz) Năng lượng photon (eV) Sóng vô tuyến Trên 1 mm Dưới 300 GHz Dưới 1.24 meV Tia hồng ngoại 760 nm – 1 mm 430 THz - 300 GHz 1.24 meV - 1.7 eV Ánh sáng nhìn thấy 380 nm – 760 nm 790 THz - 430 THz 1.7 eV - 3.3 eV Tia tử ngoại 1 nm – 380 nm 30 PHz - 79 THz 3,3 eV – 12,4 eV - 10 -
Tia X 0,01 nm – 10 nm 30 EHz - 30 PHz 124 eV - 124 keV Tia gamma Dưới 10-11 m Trên 30 EHz Trên 124 keV Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X và tia gamma có cùng bản chất là sóng điện từ, chỉ khác nhau về tần số (hay bước sóng). Các sóng này tạo thành một phổ liên tục gọi là thang sóng điện từ. Ranh giới giữa miền hồng ngoại với sóng vô tuyến, giữa tia tử ngoại và tia X không rõ rệt. Sự khác nhau về tần số (hay bước sóng) dẫn đến sự khác nhau về tính chất và công dụng của chúng. Các bức xạ có bước sóng càng dài thì càng dễ quan sát các hiện tượng sóng như: tán sắc, giao thoa, nhiễu xạ... Các bức xạ có bước sóng càng ngắn thì càng thể hiện rõ tính chất hạt như là: khả năng gây ra hiện tượng quang điện, tính đâm xuyên, làm iôn hoá môi trường, tác dụng sinh học… 3.2. Tia hồng ngoại 3.2.1. Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng từ 760 nm đến cỡ 1 mm Tia hồng ngoại có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy (mắt người có thể cảm nhận được màu sắc) nhưng ngắn hơn tia sóng vô tuyến. Hình ảnh của một chú chó chụp bằng camera hồng ngoại nhiệt. Những chỗ có nhiệt độ cao phát ra tia hồng ngoại tần số cao hơn, thể hiện bằng màu nóng sáng hơn trên hình. - 11 -
Ảnh chụp ở các bước sóng khác nhau 3.2.2. Nguồn phát tia hồng ngoại Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 K đều phát ra tia hồng ngoại. Ví dụ: Đèn LED màu đỏ, đèn của ổ cắm điện, remote, camera IR (Hồng ngoại), Máy thu phát sóng hồng ngoại. 3.2.3. Tính chất Tia hồng ngoại có tính chất cơ bản sau: - Tác dụng nhiệt - Có thể gây ra hiện tượng quang điện trong ở chất bán dẫn - Có thể tác dụng lên một số kính ảnh đặc biệt. - Có thể biến điệu như sóng điện từ cao tần. - Tia hồng ngoại tuân theo các định luật: truyền thẳng, phản xạ, và cũng gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường. 3.2.4. Công dụng Đo nhiệt độ Việc thu nhận và đo đạc tia hồng ngoại có thể giúp xác định nhiệt độ của vật từ xa, nếu chúng là nguồn phát ra các tia thu được. Hình chụp trong phổ hồng ngoại gọi là hình ảnh nhiệt, hay trong trường hợp vật rất nóng trong NIR hay có thể thấy được gọi là phép đo nhiệt. - 12 -
Nhiệt kế hồng ngoại Camera hồng ngoại đo nhiệt độ không cần tiếp xúc Phát nhiệt Tia hồng ngoại được dùng trong đèn hồng ngoại sưởi trực tiếp lên cơ thể, và bố trí ở một số phòng tắm hơi. Tuy nhiên cần lưu ý không nhìn vào các đèn này vì mắt không điều tiết được độ mở sáng theo tia hồng ngoại, chúng có thể gây mù mắt. Một lượng lớn năng lượng mặt trời là nằm trong vùng hồng ngoại. Các vật nóng cỡ vài trăm độ C như lò sưởi, bếp cũng phát ra bức xạ vật đen có cực đại ở vùng hồng ngoại. Do vậy tia hồng ngoại còn được gọi là tia nhiệt. Quạt sưởi Đèn s Kỹ thuật hồng ngoại trong quân sự Kỹ thuật hồng ngoại rất quan trọng với ngành quốc phòng. Những tên lửa không đối không cự ly gần mà máy bay chiến đấu sử dụng đều có dùng tia hồng ngoại dẫn đường, thường gọi là "tên lửa tầm nhiệt" hay tên lửa dẫn hướng hồng ngoại. Đầu tên lửa lắp thiết bị đầu dò hồng ngoại, tên lửa tự động bám sát luồng hơi nóng từ động cơ máy bay để tìm đến đích. - 13 -
Tên lửa tầm nhiệt AIM-9 Sidewinder của Mỹ Điện tử điều khiển Các điều khiển xa (remote control) Các điều khiển xa, thường gọi là "remote control", phần lớn dùng tia hồng ngoại để điều khiển ti vi, dàn âm thanh/hình ảnh, quạt,... Tự động bật tắt thiết bị Tại các nơi công cộng như sân bay, nhà ga, cửa Remote tivi hàng, bệnh viện, nhà riêng,... thì việc tự động đóng mở cửa, bật tắt đèn, vòi nước,... thực hiện bằng cảm biến hồng ngoại (mắt thần) nhận biết người hoặc vật chuyển động thông qua nhiệt độ cao hơn xung quanh. Tuy nhiên nếu chỉ dùng cảm biến hồng ngoại thì hoạt động cảm biến dễ lỗi khi nhiệt độ môi trường cao hơn Cảm biến hồng ngoại 350C. Phụ kiện thiết bị vi tính Tia hồng ngoại cũng được dùng để truyền tải thông tin trong mạng nhỏ, ví dụ như từ máy tính sang máy tính, máy tính sang điện thoại, điện thoại với điện thoại... hoặc các thiết bị gia dụng khác. Tuy nhiên khoảng cách truyền ngắn và dễ nhiễu. Truyền thông Tia hồng ngoại gần và trung được dùng trong viễn thông cáp quang, do có tổn hao nhỏ, cũng như do công nghệ chế tạo linh kiện phát và thu tín hiệu quy định. Thiết bị nhìn đêm Thiết bị nhìn đêm là thiết bị quang học-điện tử thực hiện quan sát được môi trường quan tâm trong điều kiện đêm tối hay có ánh sáng cực yếu. Thiết bị thu nhận tia hồng ngoại bằng các ống kính quang học và hiện hình ảnh trên màn hình điện tử. - 14 -
Thiết bị nhìn đêm trong quân sự Camera hồng ngoại và hình ảnh thu được ban đêm Nghiên cứu thiên văn, chụp ảnh bề mặt Trái đất từ vệ tinh Trong thiên văn học quan sát hồng ngoại đặc biệt có ý nghĩa trong phát hiện và nghiên cứu các đối tượng "lạnh" có nhiệt đô dưới 1.000 K, và khó có thể nhìn thấy trong vùng quang phổ khác, hoặc các đối tượng ở trong hoặc phía sau một đám mây liên sao. Ảnh vòng xoáy thiên hà chụp ở hồng ngoại bước sóng 2 μm 3.3. Tia tử ngoại 3.3.1. Tia tử ngoại hay tia cực tím, tia UV (viết tắt từ tiếng Anh Ultraviolet) là sóng điện từ có bước sóng từ 10-9 m đến 380 nm. - 15 -
Phổ tia tử ngoại có thể chia ra thành tử ngoại gần (có bước sóng từ 380 nm đến 200 nm) và tử ngoại xạ hay tử ngoại chân không (có bước sóng từ 200 nm đến 10 nm). Khi quan tâm đến ảnh hưởng của tia tử ngoại lên sức khỏe con người và môi trường, thì phổ của tia tử ngoại chia ra làm các phần: UVA (380-315 nm), hay gọi là sóng dài hay "ánh sáng đen"; UVB (315-280 nm) gọi là bước sóng trung bình; và UVC (ngắn hơn 280 nm) gọi là sóng ngắn hay có tính tiệt Hình Mặt Trời nhìn dưới bước sóng tia tử ngoại 17,1 nm bằng kính viễn trùng. vọng tử ngoại của tàu vũ trụ SOHO 3.3.2. Nguồn phát Những vật có nhiệt độ cao (từ 20000C trở lên) đều phát ra tia tử ngoại. Nhiệt độ của vật càng cao thì phổ tử ngoại càng của vật càng kéo dài hơn về phía sóng ngắn. Hồ quang điện có nhiệt độ trên 30000C là một nguồn tử ngoại mạnh; bề mặt Mặt Trời có nhiệt độ chừng 6000 K là nguồn tử ngoại còn mạnh hơn nữa Nguồn tử ngoại phổ biến trong phòng thí nghiệm, nhà máy thực phẩm, bệnh viện,… là đèn hơi thuỷ ngân. 3.3.3. Tính chất Tia tử ngoại có nhiều tính chất, quan trọng nhất là các tính chất sau - Tác dụng lên phim ảnh - Kích thích sự phát quang của nhiều chất. - Kích thích nhiều phản ứng hoá học. - Làm ion hoá không khí và nhiều chất khí khác - Gây ra hiện tượng quang điện. - Bị nước, thuỷ tinh … hấp thụ mạnh nhưng lại truyền qua được thạch anh. 3.3.4. Công dụng Tác dụng đối với cơ thể Lợi ích Tia cực tím giúp tổng hợp vitamin D trong cơ thể bằng cách khi chiếu tia cực tím vào da thì chính dehydrocholesterol sẽ chuyển thành vitamin D. Ngoài ra, ở liều lượng vừa phải tia cực tím còn kích thích mọi quá trình hoạt động chính của cơ thể. Tác hại Tia cực tím có thể gây tai biến về mắt khi không đeo kính bảo hộ. Những hậu quả nghiêm trong như khi ra nắng nhiều lần trong thời gian dài, tia cực tím có khả năng gây các chứng bệnh mắt trầm trọng hơn, như suy hoại võng mạc và cườm mắt - làm lòa hay mù mắt. - 16 -