SKKN Khai thác bài toán quan hệ tức thời giữa các đại lượng biến thiên tuần hoàn và đồ thị cấp độ vận dụng và vận dụng cao trong chương trình vật lí 12 – THPT.

PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lí do chọn đề tài
Bài tập vật lí trong dạy học là phương tiện củng cố, đánh giá kiến thức vật lí; rèn luyện kĩ năng phân tích, tổng hợp, xử lí thông tin và góp phần phát triển tư duy vật lí. Việc giải bài tập vật lí đòi hỏi học sinh phải sử dụng tư duy tái hiện về bản chất hiện tượng vật lí, từ đó sử dụng các định luật, công thức, các mối quan hệ giữa các đại lượng để giải quyết vấn đề đặt ra.
Nhiều em cảm thấy việc học vật lí và giải bài tập vật lí khó hơn các môn khác là do các em chưa biết phân tích hiện tượng vật lí, chưa thiết lập được các mối quan hệ toán học giữa các đại lượng trong bài, chưa biết khai thác đồ thị, chưa có tư duy để lập luận logic trong việc giải bài tập. Vì vậy việc nghiên cứu để thiết lập được các mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí và phương pháp đọc đồ thị các đại lượng vật lí để giúp học sinh giải bài tập tốt hơn là cần thiết.
Qua quá trình giảng dạy, chúng tôi thấy bốn chương đầu tiên trong chương trình vật lí 12 phần lớn nghiên cứu các đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian và mối quan hệ giữa chúng không phụ thuộc thời gian. Các mối quan hệ này có thể được mô tả bằng các phương trình đại số, cũng có thể mô tả qua đồ thị hàm số. Có nhiều bài tập vận dụng và vận dụng cao trong đề thi học sinh giỏi và đề thi THPT quốc gia đòi hỏi học sinh sử dụng kết hợp quan hệ tức thời giữa các đại lượng biến thiên tuần hoàn và tư duy đồ thị mới giải quyết được. Với đa số học sinh lớp 12, bài tập về quan hệ tức thời và đồ thị là các dạng bài khó, các tài liệu tham khảo mặc dù có đề cập đến nhưng rời rạc, không có tính hệ thống và xuyên suốt bốn chương, do đó học sinh rất “ngại” làm loại bài tập này. Vì vậy nếu xây dựng được phương pháp giải bài toán quan hệ tức thời và đồ thị của các đại lượng biến thiên tuần hoàn và hệ thống bài tập vận dụng khoa học, logic rõ ràng thì sẽ khắc phục được chướng ngại của các em, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học.
Chính vì những lí do trên, với mong muốn góp phần vào việc đổi mới nâng cao chất lượng ôn tập cho học sinh trong các kì thi học sinh giỏi, tốt nghiệp THPT nói riêng và hiệu quả dạy học môn vật lí lớp 12 ở trường THPT nói chung, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài “Khai thác bài toán quan hệ tức thời giữa các đại lượng biến thiên tuần hoàn và đồ thị cấp độ vận dụng và vận dụng cao trong chương trình vật lí 12 – THPT”.
2. Đóng góp của đề tài
Đề tài hệ thống hóa kiến thức về các đại lượng biến thiên điều hòa, biến thiên tuần hoàn theo thời gian, từ đó thiết lập mối quan hệ tức thời giữa các đại lượng đó không phụ thuộc thời gian, mô tả các mối quan hệ trên bằng đồ thị và xây dựng hệ thống bài tập vận dụng, vận dụng cao xuyên suốt bốn chương đầu chương trình vật lí 12 – THPT.
– Tính mới: Đây là đề tài đã được nghiên cứu và đúc rút từ kinh nghiệm giảng dạy có tính thực tiễn cao, khắc phục hạn chế mà các tài liệu tham khảo chưa trình bày được. Kết hợp với hướng phát triển mới trong dạy học, xu hướng ra đề mới trong kì thi tốt nghiệp của Bộ GD & ĐT và kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh lớp 12 của tỉnh Nghệ An. Đề tài có tính ứng dụng cao trong nghiên cứu dạy học của giáo viên và hoạt động tìm tòi học tập, ôn thi của học sinh. Trong đề tài, ngoài các bài tập tham khảo từ các tài liệu và đề thi của các tác giả khác, chúng tôi thiết được một số bài tập mới.
– Về hiệu quả kinh tế – xã hội: Đề tài tạo được hiệu ứng tốt trong quá trình dạy học bộ môn vật lí lớp 12 – THPT. Góp phần nâng cao chất lượng dạy và học, giúp học sinh đạt kết quả cao trong các kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh và kì thi tốt nghiệp THPT, có nhiều phương án tốt hơn trong việc lựa chọn ngành nghề tương lai của mình.
Đề tài có thể làm tư liệu dạy và học cho giáo viên và học sinh ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh và ôn thi tốt nghiệp THPT.

PHẦN II: NỘI DUNG
I. Cơ sở lí luận và thực tiễn.
1.1. Các đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian và đồ thị.
Một đại lượng biến thiên điều hòa theo thời gian được mô tả bởi phương trình toán học dạng hàm số cosin (hoặc sin).
Một đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian có thể được mô tả bởi phương trình toán học dạng tổng của một hàm cosin (hoặc sin) và một hằng số.
Khi đó vị trí cân bằng của vật có toạc độ x = C. Có thể đưa về dạng hàm điều hòa x’ bằng cách dịch song song trục thời gian Ot một khoảng C.

3.1. Đánh giá định tính.
– Đối với công tác ôn thi THPT Quốc gia :
Học sinh lớp thực nghiệm đều học tập tích cực, tiếp thu bài một cách sâu sắc, vận dụng tốt trong việc giải bài tập. Không khí học tập sôi nổi, các em được định hướng nghiên cứu vấn đề một cách logic, có hệ thống ; có phương pháp rõ ràng. Vì vậy việc nắm bắt kiến thức dễ dàng và vận dụng kiến thức để giải các dạng bài tập hiệu quả hơn. Trong quá trình học tập và làm bài tập vận dụng, nhiều em còn chủ động vận dụng phương pháp một cách linh hoạt, hiểu rõ sự tương tự và sự khác biệt của bài toán trong từng nội dung kiến thức, từ đó nâng cao hiệu quả học tập của các em.
Với lớp đối chứng, giáo viên dạy các chuyên đề ôn tập bám sát chương trình ôn thi, trong đó bài tập đồ thị không được phân loại hệ thống đầy đủ và xây dựng phương pháp giải như đề tài đã trình bày. Kết quả cho thấy học sinh hiểu rất mơ hồ về nội dung, mỗi lần gặp bài toán đồ thị đều cảm thấy mới lạ, khó ; kĩ năng vận dụng giải bài tập ở cấp độ vận dụng và vận dụng cao bị hạn chế. Học sinh thiếu tính sáng tạo trong nghiên cứu và giải bài tập.
– Đối với công tác bồi dưỡng học sinh giỏi cấp tỉnh lớp 12 :
Từ năm học 2020 – 2021, do tình hình dịch bệnh Covid 19, Sở GD&ĐT Nghệ An chuyển đổi kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh lớp 11 tháng 3 hàng năm, thành kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh lớp 12 tổ chức vào tháng 10, cũng giúp các em có thể sử dụng kết quả để dự xét vào các trường Đại học. Do đó, khung chương trình thi thuộc chương trình vật lí 12 gồm hai chương : Dao động cơ học và sóng cơ. Bài toán quan hệ tức thời giữa các đại lượng biến thiên tuần hoàn và đồ thị mức vận dụng và vận dụng cao được dùng rộng rãi trong chương trình ôn thi và các đề thi.
Qua quá trình vận dụng bài toán để bồi dưỡng học sinh giỏi năm học 20212022 chúng tôi nhận thấy, ban đầu các em xử lí bài toán theo cảm tính, chưa có đường lối rõ ràng. Tuy nhiên, sau khi được hệ thống và định hướng về phương pháp giải, các em đã vận dụng một cách linh hoạt và hiệu quả, việc giải bài toán này trong các bài thi thử các em đều lấy được điểm tuyệt đối.
3.2. Đánh giá định lượng.
– Đối với công tác ôn thi THPT Quốc gia, chúng tôi yêu cầu học sinh hai lớp ĐC và TN độc lập làm hai bài kiểm tra : Một bài 15 phút, một bài 30 phút với hình thức tự luận và một bài 1 tiết với hình thức trắc nghiệm với cấu trúc đề như sau :
+) Nhận biết, thông hiểu : 4 điểm
+) Vận dụng (vận dụng linh hoạt kiến thức đã học) : 4 điểm
+) Vận dụng cao (vận dụng kiến thức đã học để giải quyết vấn đề đặt ra theo hướng sáng tạo) : 2 điểm
Điểm trung bình kiểm tra = (Tổng điểm TL + Điểm TN x 2) / 4
Để đơn giản và dễ so sánh, chúng tôi làm tròn thành điểm chẵn và tính cho tổng số học sinh tham gia của các lớp đối chứng và các lớp thực nghiệm của các trường tiến hành dạy thực nghiệm, kết quả thu được theo bảng sau : Điểm Kết quả chung của bài kiểm tra khảo sát của các lớp thực nghiệm cao hơn các lớp đối chứng. Ở lớp đối chứng, một số em chỉ ghi đáp số mà không giải được chi tiết bài toán. Với lớp thực nghiệm, bài làm của các em được giải chi tiết, đường lối rõ ràng, một số em còn thực hiện theo các cách giải khác nhau.
Từ các đánh giá trên, có thể rút ra kết luận : Đề tài có tính khoa học, hiệu quả cao, có thể vận dụng tốt trong dạy học ôn thi tốt nghiệp THPT và ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh lớp 12.
PHẦN III: KẾT LUẬN
I. Kết quả áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
Đề tài đã đạt được những kết quả sau:
– Xây dựng được hệ thống kiến thức và phương pháp giải bài tập cấp độ vận dụng và vận dụng cao về bài toán quan hệ pha giữa các đại lượng biến thiên tuần hoàn và đồ thị, cũng như bài toán mở rộng về khai thác đồ thị của các đại lượng vật lí quan hệ bất kì, đưa ra được cách giải ngắn gọn dễ hiểu áp dụng cho bốn chương đầu trong chương trình vật lí 12.
– Xây dựng được hệ thống các ví dụ minh họa và các bài tập vận dụng các bài toán trên, trong đó ngoài các bài tập tham khảo đã thiết kế được một số bài tập mới.
Kết quả thực nghiệm cho thấy đề tài đảm bảo tính khoa học, thực tiễn, có thể vận dụng hiệu quả trong dạy học bồi dưỡng học sinh khá giỏi, học sinh ôn thi THPT Quốc gia, ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh. Đề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo tốt cho giáo viên vật lí và học sinh THPT.
Do hạn chế về dung lượng nên việc xây dựng phương pháp giải phải kết hợp giữa các dạng bài tập, có tính thống nhất cao trên tổng thể đề tài nhưng gây khó khăn cho người đọc và sử dụng đề tài, lượng ví dụ vận dụng chưa nhiều.
II. Những kiến nghị đề xuất.
2.1 Một số khó khăn gặp phải khi tiến hành.
Do thời gian thực hiện đề tài gặp vào đợt cao điểm dịch Covid 19 trên địa bàn các trường học triển khai đề tài, hầu hết là học chương trình chính khóa trực tuyến, dừng chương trình ôn thi tốt nghiệp THPT nên các giáo viên dạy thực nghiệm rất khó khăn khi triển khai đề tài, học sinh khó tiếp cận và rèn luyện. Trong điều kiện đó, đề tài có nhiều hạn chế và không tránh khỏi những thiếu sót, mong Hội đồng khoa học của Sở Giáo Dục và Đào Tạo Nghệ An, các đồng nghiệp góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn và được ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn trong những năm học tới.
2.2. Những kiến nghị đề xuất.
Đề tài có phạm vi nghiên cứu rộng, phần mở rộng tìm tòi còn có thể phát triển sang dạy học các phần khác của chương trình vật lí 12. Vì vậy trong thời gian tới, đề nghị các nhà trường tạo điều kiện về hệ thống mạng Internet, về phân công dạy học,… để chúng tôi có thể tiếp tục phát triển đề tài.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
Chúng tôi xin cam đoan rằng nội dung đề tài này là kinh nghiệm rút ra từ quá trình dạy học, không trích từ đề tài, luận văn nào khác.