Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí
Mục lục

Mở ĐầU ....................................................................................................... 3
1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 3
2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 4
3. Nhiệm vụ nghiên cứu.................................................................................. 4
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 5
5. Giả thuyết khoa học .................................................................................... 5
Nội dung .................................................................................................... 6
Chương 1: Cơ sở lí luận của việc bồi dưỡng phương pháp
hộp đen cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường
trung học ................................................................................................ 6
1.1. Hoạt động dạy học và việc hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề ............ 6
1.1.1. Hoạt động dạy học ................................................................................ 6
1.1.2. Hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề trong học tập ............................. 7
1.1.2.1. Vấn đề học tập ................................................................................... 7
1.1.2.2. Hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề trong học tập .......................... 7
1.2. Bồi dưỡng các phương pháp nhận thức vật lí cho học sinh ....................... 9
1.3. Bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy học vật lí ........ 11
1.3.1. Phương pháp hộp đen trong khoa học kĩ thuật ..................................... 11
1.3.2. Các bước của phương pháp hộp đen .................................................... 13
1.3.3. Các khả năng sử dụng phương pháp hộp đen trong dạy học vật lí........ 14
Tổng kết chương 1 ............................................................................. 15
Chương 2: Xây dựng các bài tập hộp đen phần phản xạ
ánh sáng và soạn thảo tiến trình hướng dẫn giải để bồi

1

Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh lớp 7 trường
thcs ........................................................................................................... 16
2.1. Cấu trúc nội dung và logic hình thành kiến thức về phản xạ ánh sáng .... 16
2.2. Việc chế tạo, sử dụng thiết bị và xây dựng các bài toán hộp đen ............ 17
2.2.1. Chế tạo thiết bị ................................................................................... 17
2.2.2. Các thao tác cơ bản với thiết bị ........................................................... 19
2.2.3. Ưu điểm của hộp đen dùng cho các bài tập hộp đen phản xạ .............. 20
2.3. ý đồ sư phạm và cách thức tổ chức hoạt động dạy học .......................... 20
2.4. Các bài tập hộp đen cơ bản và phương pháp giải .................................... 21
2.4.1. Bài tập 1: Bài tập hộp đen chứa một gương phẳng ............................... 21
2.4.1.1. Đề bài .............................................................................................. 21
2.4.1.2. Giải bài tập theo phương pháp hộp đen ............................................ 22
2.4.2. Bài tập 2: Bài tập hộp đen chứa một gương cầu lồi .............................. 23
2.4.2.1. Đề bài .............................................................................................. 23
2.4.2.2. Giải bài tập theo phương pháp hộp đen ............................................ 24
2.4.3. Bài tập 3: Bài tập hộp đen chứa một gương cầu lõm ............................ 25
2.4.3.1. Đề bài .............................................................................................. 25
2.4.3.2. Giải bài tập theo phương pháp hộp đen ............................................ 26
2.5. Dự kiến tiến trình hướng dẫn học sinh giải bài tập ................................. 27
2.5.1. Hộp đen và phương pháp hộp đen ....................................................... 27
2.5.2. Dự kiến tiến trình hướng dẫn học sinh giải bài tập 1 ........................... 29
2.5.3. Dự kiến tiến trình hướng dẫn học sinh giải bài tập 2 ........................... 31
2.5.4. Dự kiến tiến trình hướng dẫn học sinh giải bài tập 3 ........................... 32
Kết luận chương 2 .............................................................................. 34
Kết luận chung ................................................................................... 35

Tài liệu tham khảo ............................................................................ 36

2


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí
Mở ĐầU

1. Lí do chọn đề tài
Chúng ta đang sống trong thời kì bùng nổ tri thức, khoa học công nghệ,
con người ngày càng vươn tới những thành tựu to lớn trong các công trình
nghiên cứu khoa học, phát minh ra các trang thiết bị hiện đại ứng dụng vào
cuộc sống hàng ngày. Do đó, để đáp ứng được nhu cầu của xã hội thì trình độ
dân trí ngày càng phải được nâng cao.
Nhn thc c xu th ca thi i, Đảng và nhà nước ta đã đề ra những
quan điểm, chủ trương đúng đắn để đổi mới giáo dục, nâng cao chất lượng đào
tạo. Nghị quyết hội nghị Ban chấp hành trung ương Đảng khoá VIII đã đặt ra
nhiệm vụ cơ bản của giáo dục - đào tạo là: Xây dựng những con người làm
chủ tri thức khoa học và công nghệ, có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành
giỏi đồng thời cũng chỉ rõ cần phải: Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo
dục - đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng
tạo của người học.
Để đáp ứng được yêu cầu ca xã hi, sách giáo dc phi thng xuyên
i mi c v mc tiêu, ni dung v phng pháp giáo dc - dy hc nhm:
Ngoài việc trang bị cho học sinh những kiến thức, kĩ năng cần thiết thì còn
phải tạo ra cho học sinh khả năng tự giải quyết vấn đề nảy sinh trong lao động
sản xuất. Để có thể giúp học sinh có được năng lực này thì ngay từ khi còn
ngồi trên ghế nhà trường học sinh phải được rèn luyện các phương pháp nhận

thức khoa học và trên cơ sở vận dụng nó đưa học sinh làm chủ kiến thức, phát
triển năng lực trí tuệ.
Vic dy hc môn vật lí trng ph thông cũng đã và đang được sửa
đổi, điều chỉnh thông qua việc đổi mới nội dung và phương pháp dạy học. Một
nhiệm vụ quan trọng được đặt ra là giúp cho học sinh nắm vững các phương
pháp nhận thức vật lí. Qua nghiên cứu chương trình vật lí (ở cả khối trung học

3


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

cơ sở (THCS) và trung học phổ thông (THPT)) chúng tôi nhận thấy ở một số
nội dung có loại bài tập hộp đen có tác dụng rất lớn trong việc phát triển các
năng lực hoạt động học của học sinh. Để giải quyết các bài tập đó, học sinh
cần phải được trang bị phương pháp hộp đen. Đây là phương pháp phổ biến
trong nghiên cứu khoa học, kĩ thuật. Đồng thời, nó cũng có tác dụng rất lớn
trong việc chiếm lĩnh kiến thức, phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học
sinh. Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài:
Bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy học phần phản
xạ ánh sáng lớp 7 trung học cơ sở
làm đề tài nghiên cứu khoá luận tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
Bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trung học cơ sở qua việc
giải bài tập phần phản xạ ánh sáng nhằm nâng cao chất lượng, nắm vững kiến
thức, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ nghiên cứu sau:

-

Nghiên cứu lí luận hiện đại về hoạt động dạy học, lí luận về sử dụng

phương pháp nhận thức vật lí nói chung và phương pháp hộp đen nói riêng
trong dạy học vật lí.
-

Xác định yêu cầu về mặt nội dung kiến thức và kĩ năng của phần

phản xạ ánh sáng.
-

Chế tạo hộp đen và xây dựng các bài tập hộp đen dùng cho dạy học.

-

Soạn thảo nội dung và tiến trình hướng dẫn học sinh giải quyết một

số bài tập phần phản xạ ánh sáng để bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học
sinh.

4


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

4. Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành các nhiệm vụ nghiên cứu trên tôi sử dụng các phương
pháp nghiên cứu sau:
-

Nghiên cứu lí luận:

+ Nghiên cứu các tài liệu lí luận dạy học và các tài liệu về phương pháp
nhận thức vật lí.
+ Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến hộp đen và phương pháp hộp
đen.
+ Nghiên cứu các tài liệu về hiện tượng phản xạ ánh sáng.
- Thử nghiệm ở phòng thí nghiệm: Chế tạo hộp đen dùng cho các bài
tập hộp đen phần phản xạ ánh sáng và thử nghiệm các phương án với thiết bị
đó.
5. Giả thuyết khoa học
Nếu chế tạo được hộp đen để tạo được các bài toán hộp đen và xây dựng
được tiến trình hướng dẫn hợp lí thì sẽ tạo điều kiện cho học sinh được rèn
luyện phương pháp hộp đen. Từ đó, góp phần nâng cao chất lượng nắm vững
kiến thức và rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

5


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí
Nội dung
Chương 1:

Cơ sở lí luận của việc bồi dưỡng phương pháp

hộp đen cho học sinh trong dạy học
vật lí ở trường trung học
1.1. Hoạt động dạy học và việc hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề
1.1.1. Hoạt động dạy học
Quá trình dạy học các tri thức một môn khoa học cụ thể là quá trình
phức tạp, về cơ bản đó là quá trình tương tác thống nhất, biện chứng giữa ba
thành phần trong hệ dạy học bao gồm: Giáo viên - học sinh - tư liệu hoạt động
dạy học. Trong quá trình đó tồn tại hai loại hoạt động, đó là: Hoạt động dạy
của giáo viên và hoạt động học của học sinh.
Dựa trên các đặc điểm tâm lí học hoạt động và tâm lí học xã hội người ta
cho rằng:
Học là hoạt động của chủ thể thích ứng với tình huống, qua đó chủ thể
chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng
lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách của cá nhân.
Dạy học là dạy hành động (hành động chiếm lĩnh tri thức và hành động
vận dụng tri thức). Do đó, trong dạy học giáo viên cần tổ chức các tình huống
học tập đòi hỏi sự thích ứng của học sinh để học sinh chiếm lĩnh được tri thức,
đồng thời phát triển trí tuệ và nhân cách toàn diện của mình.
Như vậy, trong sự vận hành của sự tương tác dạy học giáo viên là người
tổ chức, hướng dẫn hoạt động của học sinh để thông qua hoạt động đó học
sinh tự chiếm lĩnh và xây dựng tri thức cho mình.

6


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

Vì bản chất của hoạt động dạy học là như vậy nên trong dạy học chúng

ta cần đưa học sinh vào vị trí chủ thể hoạt động nhận thức thông qua hoạt
động tự giác, tự lực, tích cực của bản thân mình mà chiếm lĩnh tri thức, hình
thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo.
Quá trình học tập của học sinh thực chất là quá trình học sinh hoạt động
tự lực trong sự phối hợp với tập thể và sự giúp đỡ hướng dẫn của giáo viên
nhằm giải quyết những vấn đề do nhiệm vụ học tập đề ra. Sự giúp đỡ, hướng
dẫn của giáo viên có thể được thực hiện theo nhiều kiểu khác nhau.
1.1.2. Hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề trong học tập
1.1.2.1. Vấn đề học tập
Khái niệm vấn đề dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức
mà học sinh không thể giải quyết được chỉ bằng kinh nghiệm hay khuôn mẫu
sẵn có, nghĩa là không thể dùng tư duy tái tạo đơn thuần mà phải tìm tòi sáng
tạo và khi giải quyết được thì người học đã thu được kiến thức, kĩ năng mới.
ở trong đề tài của chúng tôi, vấn đề học tập được hiểu là vấn đề chứa
đựng câu hỏi về một cái chưa biết. Câu hỏi mà câu trả lời không chỉ đơn thuần
yêu cầu nhớ lại kiến thức đã có mà là câu hỏi đòi hỏi học sinh phải vận dụng
được các kiến thức, kĩ năng cũ vào tình huống ít nhiều mới lạ.
1.1.2.2. Hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề trong học tập
- Lí luận dạy học hiện đại khẳng định: Cần phải tổ chức quá trình học
tập của học sinh tương tự như quá trình tìm tòi, nghiên cứu của các nhà khoa
học. Cụ thể trong dạy học, giáo viên cần hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề
theo các cách mà các nhà khoa học tiến hành giải quyết các vấn đề khoa học.
Hiện nay, kiểu dạy học đó được gọi là kiểu dạy học giải quyết vấn đề. Dựa
vào những lí luận này giáo viên có thể có những kiểu hướng dẫn học sinh giải
quyết vấn đề trong học tập sau:

7


Khóa luận tốt nghiệp

-

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

Hướng dẫn theo mẫu đã biết.

Là kiểu hướng dẫn sau khi học sinh đã biết được một số kiến thức, kĩ
năng cơ bản, giáo viên có thể giao nhiệm vụ học tập mà học sinh chỉ cần thực
hiện theo mẫu đã biết là giải quyết được.
- Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phương pháp đã biết.
Kiểu hướng dẫn này được giáo viên áp dụng khi học sinh mới tiếp xúc
với vấn đề cần giải quyết, học sinh không thấy ngay mối quan hệ của nó với
những cái đã biết, không thể áp dụng ngay một quy tắc, một định luật hay một
cách làm sẵn có mà còn phải tìm ra những dấu hiệu tương tự với cái đã biết.
Lúc này, giáo viên cần gợi ý để học sinh tự tìm ra phương pháp và quy trình
hữu hiệu.
- Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần.
Kiểu hướng dẫn này thường được sử dụng khi nghiên cứu tài liệu mới.
Học sinh được giao nhiệm vụ phát hiện những tính chất mới, những mối liên
hệ có tính chất quy luật mà trước đây học sinh chưa biết hoặc biết chưa đầy
đủ.
ở đây, học sinh không chỉ hoàn toàn chỉ sử dụng những kiến thức đã
biết, không có con đường suy luận logic để suy từ cái đã biết đến cái chưa biết
mà đòi hỏi phải tự sáng tạo thực sự đó là một bước nhảy vọt trong nhận thức.
Lúc này, giáo viên phải giúp đỡ, gợi ý cho học sinh suy nghĩ, tìm tòi và phát
hiện cách giải quyết.
- Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát.
ở kiểu hướng dẫn này, giáo viên chỉ hướng dẫn học sinh phát hiện
phương hướng chung giải quyết vấn đề, còn việc vạch kế hoạch chi tiết và
thực hiện kế hoạch đó do học sinh tự làm. Kiểu hướng dẫn này không những

đòi hỏi ở học sinh tính tự lực cao mà cần phải có vốn kiến thức, kĩ năng, kĩ
xảo vững vàng và có một số kinh nghiệm hoạt động sáng tạo (kiểu hướng dẫn
này thường áp dụng cho đối tượng học sinh khá - giỏi). Trong điều kiện không

8


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

thể tách học sinh khá - giỏi ra thành một lớp riêng, giáo viên vẫn có thể sử
dụng cách hướng dẫn này kết hợp với kiểu hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng
phần. Học sinh khá thì có thể tích cực tham gia thảo luận ngay từ khi xác định
phương hướng chung và lập kế hoạch tổng thể, còn học sinh kém hơn thì tham
gia vào giải quyết từng phần cụ thể của kế hoạch đó.
Các kiểu hướng dẫn giải quyết vấn đề vừa nêu trên được chúng tôi vận
dụng vào việc hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề học tập khi học sinh giải
các bài tập hộp đen phản xạ.
Trong khi giải quyết các vấn đề học tập, chúng tôi yêu cầu sự tự giác và
tính tự lực cao nhất có thể được của học sinh. Lúc đầu, giáo viên sẽ hướng dẫn
học sinh theo kiểu tìm tòi sáng tạo khái quát. Nếu học sinh gặp khó khăn, giáo
viên sẽ thu hẹp dần phạm vi tìm tòi (áp dụng kiểu hướng dẫn tìm tòi sáng tạo
từng phần). Sau đó, nếu học sinh tiếp tục gặp khó khăn thì giáo viên sẽ hướng
dẫn họ theo mẫu đã biết.
1.2. Bồi dưỡng các phương pháp nhận thức vật lí cho học sinh
Để thực hiện được những tư tưởng chỉ đạo việc dạy học thì một trong
những nhiệm vụ quan trọng của các môn học trong nhà trường trung học là
phải bồi dưỡng cho học sinh các phương pháp nhận thức khoa học. Chỉ trên cơ
sở dạy cho học sinh nắm được các phương pháp nhận thức khoa học ta mới có

thể làm cho các em học tập một cách chủ động, sáng tạo, từ đó có thể rèn
luyện được trí thông minh ở các em. Hơn thế nữa, việc bồi dưỡng các phương
pháp nhận thức khoa học cho học sinh sẽ tạo tiềm lực cho các em chủ động
giải quyết được những vấn đề đặt ra trong cuộc sống sau khi ra trường.
Phương pháp nhận thức khoa học là những con đường, những thủ pháp,
những cách thức để đạt được chân lí khoa học.
Ta có thể trình bày vị trí của phương pháp nhận thức khoa học trong quá
trình nhận thức theo sơ đồ sau:

9


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

Thực tiễn

Phương pháp

Nhận

khoa học

nhận thức

thức

Hình 1.1
Sơ đồ vị trí của phương pháp nhận thức khoa học trong quá trình nhận thức

Mỗi phương pháp nhận thức khoa học được coi là sự thống nhất biện
chứng giữa chủ quan và khách quan. Từ tính chất này ta có thể rút ra các yêu
cầu sau đây về việc bồi dưỡng phương pháp nhận thức khoa học cho học sinh:
- Việc dạy phương pháp khoa học không thể tách rời việc dạy nội dung
khoa học mà phải lồng hai quá trình đó vào nhau. Vì nội dung khoa học cơ
bản sẽ quyết định phương pháp học tập tương ứng nên trong chương trình học
tập không thể quy định việc giảng dạy phương pháp khoa học một cách tuỳ
tiện được.
- Việc bồi dưỡng phương pháp nhận thức khoa học cho học sinh khác
với việc truyền thụ kiến thức khoa học đơn thuần cho các em. Kiến thức lí
thuyết hay thực tế là phản ánh của chính những thực tại khách quan diễn ra
trước mắt (hoặc trong trí tưởng tượng) của học sinh nên đối với các em, nó ít
nhiều có tính chất cụ thể. Còn phương pháp nhận thức khoa học dù sao cũng
trừu tượng hơn các kiến thức khoa học. Ta chỉ thực sự nắm được phương pháp
khoa học trong hoạt động tìm tòi, nghiên cứu. Ta cũng cần phải phân biệt việc
rèn luyện phương pháp và việc rèn luyện kĩ năng cho học sinh (chẳng hạn như
việc dạy phương pháp thực nghiệm với việc rèn luyện kĩ năng thực hành). Cần
nhấn mạnh rằng: Muốn rèn luyện phương pháp khoa học cho các em cần phải
có sự đầu tư thích đáng về thời gian, thiết bị thí nghiệm cũng như về công sức
của giáo viên.

10


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

- Phương pháp nhận thức khoa học gắn bó mật thiết với nội dung khoa
học nên mỗi ngành khoa học có một hệ thống nhận thức đặc thù của nó. Nêu

được những nét đặc trưng của các phương pháp nhận thức không phải là một
việc dễ dàng.
Bộ môn vật lí cũng có những phương pháp nhận thức riêng gọi là phương
pháp nhận thức vật lí, nó bao gồm: Phương pháp thực nghiệm, phương pháp
tương tự, phương pháp mô hình, phương pháp thí nghiệm tưởng tượng. Ngoài
ra, còn một số phương pháp nhận thức vật lí khác có vai trò quan trọng không
kém nhưng nó chưa được nghiên cứu nhiều ở các đề tài khoa học, các luận án,
luận văn. Qua thực tế học tập và qua nghiên cứu tài liệu, tôi thấy trong chương
trình vật lí từ trước tới nay, ở mỗi phần kiến thức (cơ, điện, quang) người ta
đã xây dựng được ít nhiều các bài tập kiểu hộp đen (bằng hình vẽ hoặc các thí
nghiệm thực hành). Với những kiểu bài này, học sinh có điều kiện để phát
triển tư duy, phát triển kĩ năng thí nghiệm đặc biệt là có tác dụng đào sâu,
củng cố kiến thức và phát triển ở học sinh hứng thú nhận thức vật lí. Việc giải
quyết các vấn đề trong các bài tập hộp đen của học sinh không thể diễn ra một
cách tuỳ tiện theo cách thử và sai mà cần phải trang bị cho học sinh một quy
trình nghiên cứu có kế hoạch, có hệ thống (tức là cần trang bị cho học sinh
phương pháp nhận thức vật lí). Đó là phương pháp hộp đen.
Trong khi bồi dưỡng cho học sinh phương pháp hộp đen, chúng ta phải
kết hợp với nhiều phương pháp nhận thức khác và các biện pháp suy luận
logic như: Phân tích, tổng hợp, quy nạp, diễn dịch.
1.3. Bồi dưỡng phương pháp hộp đen cho học sinh trong dạy học vật lí
1.3.1. Phương pháp hộp đen trong khoa học kĩ thuật
Hộp đen là một hệ (một máy kĩ thuật, một hệ vật lí) mà ta hoàn toàn
chưa biết hoặc chỉ biết một phần cấu trúc của nó. Do đặc tính của hệ ta không
thể quan sát trực tiếp mà cũng không được phép tháo ra để quan sát cấu trúc

11


Khóa luận tốt nghiệp


Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

bên trong của nó. Khi đó, người ta thường sử dụng phương pháp hộp đen. Đó
là một phương pháp nhận thức khoa học nhằm phát hiện chức năng hoặc cấu
trúc của hộp đen. Thông qua thực nghiệm (thay đổi có chủ đích đầu vào, thâu
tóm đầu ra) và suy luận, phát hiện mối liên hệ giữa các đại lượng ở đầu vào và
các đại lượng ở đầu ra.
Phương pháp hộp đen có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau:

Đầu vào

Hộp đen

Tuỳ theo đầu ra mà
thay đổi đầu vào

Đầu ra

Các kết quả quan sát
được
Người nghiên cứu

Hình 1.2. Sơ đồ phương pháp hộp đen
Trong khoa học kĩ thuật, người ta thường sử dụng phương pháp hộp đen
với những mục đích sau:
- Phát hiện xem một hệ sẽ hoạt động như thế nào, phản ứng ra sao
khi chịu những tác động nhất định. Nhiệm vụ này được đặt ra nếu như người
ta cần tìm hiểu chức năng của một dụng cụ kĩ thuật, chỉ nhằm để biết sử dụng
nó mà không cần biết cấu tạo bên trong của các dụng cụ.

Ví dụ: Tìm hiểu cách sử dụng đồng hồ, dao động kí điện tử chỉ cần xoay
các núm bên ngoài và xem chúng phản ứng như thế nào.
Nghiên cứu xem có thể thu nhận được những kết luận định tính hoặc
định lượng nào về mặt cấu trúc của hệ. Nhiệm vụ này đặt ra cho nhà kĩ thuật

12


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

khi cần tìm hiểu nguyên nhân sự ngừng hoạt động của máy móc, dụng cụ kĩ
thuật. Từ đó, tìm sự hỏng hóc mà không cần phải tháo máy móc, dụng cụ.
Chẳng hạn như: Đối với nhà kĩ thuật, qua tiếng động của động cơ đang
chạy có thể phát hiện những hư hỏng nhẹ; từ hình ảnh trên màn hình, có thể
dự đoán hỏng hóc bên trong tivi; có thể kiểm tra độ an toàn của máy bay nhờ
các chuyên dụng.
Phương pháp hộp đen tuy có điểm chung với phương pháp thử và sai là
đều thu nhận thông tin về đặc điểm của đối tượng cần nghiên cứu bằng thực
nghiệm, nhưng khác với phương pháp thử và sai (một quá trình mò mẫm) ở
phương pháp hộp đen diễn ra một quá trình nghiên cứu có kế hoạch, có hệ
thống.
1.3.2. Các bước của phương pháp hộp đen
Phương pháp hộp đen sử dụng trong dạy học vật lí có thể gồm các bước
sau:
- Xác định hộp đen thuộc vào hệ vật lí nào (cơ, điện hay quang).
- Xác định đầu vào và những cách thức để thâu tóm đầu ra.
- Lần lượt thay đổi đầu vào, quan sát và ghi chép đầu ra.
- Lập bảng biểu thị mối quan hệ giữa đại lượng đi vào và đại lượng đi

ra.
- Từ mối liên hệ này, dự đoán cấu trúc, chức năng của hộp đen.
- Suy ra các hệ quả từ dự đoán trên.
- Kiểm tra bằng thực nghiệm các hệ quả đã rút ra.
-

Đối chiếu kết quả thực nghiệm với dự đoán để xác nhận hoặc phủ

định tính đúng đắn của nó.
-

Vận dụng nhiều lần các bước nêu trên để dẫn đến những kết luận

chính xác về cấu trúc và chức năng của hệ.

13


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

1.3.3. Các khả năng sử dụng phương pháp hộp đen trong dạy học vật lí
- Trong chương trình vật lí ở nhiều nội dung kiến thức (ví dụ: Phần
điện, phần cơ, phần quang hình), giáo viên có thể ra cho học sinh những bài
tập hộp đen, chỉ đòi hỏi sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản, phổ biến ở
trường nhằm bồi dưỡng cho học sinh phương pháp này.
- Giáo viên có thể sử dụng bài tập hộp đen ở nhiều khâu của quá trình
dạy học như:
+ Tạo tình huống học tập.

Ví dụ: Trước khi học sinh học bài Lăng kính, giáo viên cho học sinh
làm bài tập: Hãy sử dụng đèn tạo tia laze, bảng hứng tia xác định xem trong
hộp đen có chứa một trong các linh kiện quang học đã biết không?
ở bài này, học sinh sẽ vận dụng các kiến thức về các linh kiện quang
học đã biết để giải quyết. Sau khi tiến hành một số thí nghiệm, học sinh sẽ xác
định được linh kiện trong hộp đen không phải là các linh kiện đã biết. Từ đó,
kích thích tính tò mò của học sinh muốn biết linh kiện quang học gì nằm
trong hộp. Lúc này, học sinh đã ở vào tình huống học tập.
+ Đào sâu, mở rộng hoặc hệ thống hoá kiến thức đã học:
Ví dụ: Với những bài tập hộp đen xác định tên của những linh kiện
quang học bên trong hộp đen. Dựa vào sự thay đổi đường đi của tia sáng
truyền qua hộp đen đòi hỏi học sinh phải huy động nhiều kiến thức, kĩ năng
đã biết mới giải quyết được. Những bài tập hộp đen này giúp đào sâu và hệ
thống hoá kiến thức đã biết đặc biệt là kích thích hứng thú học tập của học
sinh hơn là chỉ yêu cầu học sinh phát biểu đặc điểm về đường truyền của các
tia sáng qua linh kiện quang học.
Các bài tập hộp đen không những gây hứng thú học tập, kích thích tính
tò mò tự nhiên mà còn tạo điều kiện bồi dưỡng năng lực đề xuất dự đoán, suy
luận logic cũng như rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh.

14


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

Tổng kết chương 1
Tóm lại, ở trong chương 1 này chúng tôi đã trình bày được các yếu tố
cần thiết phải bồi dưỡng phương pháp nhận thức khoa học cho học sinh. Đồng

thời, cũng đã nêu được cơ sở lí luận của phương pháp hộp đen, định nghĩa hộp
đen và các khả năng sử dụng phương pháp hộp đen trong dạy học vật lí.
ở chương tiếp theo chúng tôi sẽ đề cập đến cách chế tạo hộp đen và sử
dụng hộp đen này trong việc hướng dẫn học sinh giải các bài tập hộp đen phản
xạ ánh sáng.

15


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí
Chương 2:

Xây dựng các bài tập hộp đen phần phản xạ ánh sáng
và soạn thảo tiến trình hướng dẫn giải
để bồi dưỡng phương pháp hộp đen
cho học sinh lớp 7 trường thcs
2.1. Cấu trúc nội dung và logic hình thành kiến thức về phản xạ ánh sáng
Cấu trúc nội dung và logic hình thành kiến thức về phản xạ ánh sáng
trong sách giáo khoa Vật lí lớp 7 THCS về cơ bản được thực hiện bằng sơ đồ
sau:
Các khái niệm mở đầu: Tia sáng, chùm sáng, hiện tượng phản xạ ánh
sáng
ánh sáng sẽ bị phản xạ
như thế nào khi gặp bề
mặt một vật chắn?

Định luật phản xạ ánh sáng
áp dụng cho một số bề mặt

cơ bản

Gương phẳng

Gương cầu lồi

Gương cầu
lõm

16


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

2.2. Việc chế tạo, sử dụng thiết bị và xây dựng các bài toán hộp đen
2.2.1. Chế tạo thiết bị
Hộp đen chứa linh kiện quang học (hình 1) gồm các bộ phận sau:

Hình 1
- Hộp đựng linh kiện quang học (hình 2):
Có thể được chế tạo từ nhiều chất liệu khác
nhau (gỗ, nhựa, tôn), hình dạng của hộp
cũng rất đa dạng, phong phú tuỳ theo mỗi
người có thể lựa chọn. ở đây, dựa vào
những nguyên liệu sẵn có. Đồng thời, căn
cứ vào kích thước của những linh kiện có

Hình 2

được, chúng tôi lựa chọn vỏ một hộp thuốc hình trụ (kích thước: Cao 19

cm, đường kính 11.5 cm) bằng nhựa để làm hộp đựng linh kiện. Hộp
được cắt bỏ phần miệng nơi có các đường gen và được cắt thành hai
phần bằng nhau.
Cấu trúc chính của hộp gồm:

17


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

+ Giá đỡ gương trong hộp (hình 3) :
Làm bằng xốp, hình trụ cao 2 cm, đường
kính 11.5 cm. Trên tấm xốp này có khoét
lỗ để gắn linh kiện (lỗ khoét có kích thước
và hình dạng phù hợp với linh kiện).
+ Nắp hộp (hình 4): Để tạo cửa cho tia sáng

Hình 3

đi vào, đi ra. Làm bằng xốp, hình trụ
cao 2 cm, đường kính 11.5 cm. Giữa miếng
xốp có khoét một lỗ hình chữ nhật kích thước
1x5 cm tạo cửa ra - vào cho tia sáng.

Hình 4
+ Đai khớp nối (hình 5): Có tác dụng giữ

chặt hai phần của hộp đen với nhau. Đai khớp
nối là một dải hình chữ nhật, có kích thước
3x50 cm bằng hợp kim nhôm được uốn thành
vành đai vừa khít với hộp. ở hai đầu của đai
có đục lỗ để bắt vít cho chặt.

Hình 5

- Đèn tia laze và bảng chắn tia (hình 6):
Bảng chắn tia có tác dụng hứng vết của tia phản
xạ (quan sát ở hình 8). Bảng này có thể là một
tấm poocmica nhỏ hoặc cũng có thể là một tờ
giấy trắng kích thước vừa đủ.
Hình 6

18


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

- Bảng hứng tia (hình 7): Là một bảng hình chữ nhật kích thước 40x60
cm bằng poocmica. Trên bảng này được khoét một lỗ hình chữ nhật
có kích thước đúng bằng kích thước của hộp đen. Bảng này có tác
dụng hứng các tia sáng tới và tia phản xạ để khảo sát đường truyền
của những tia này(quan sát hình 8)

Hình 7


Hình 8
2.2.2. Các thao tác cơ bản với thiết bị
-

Lắp linh kiện quang học vào giá đỡ: Dùng tay ấn nhẹ, đều sao cho

quang cụ chặt khít với giá đỡ và nằm cân bằng với giá đỡ.
- Lắp giá vào hộp: Tách đôi hai nửa hộp, đặt giá lên miệng hộp (miệng
tạo thành khi cắt đôi hộp). Vừa ấn tay vừa xoay nhẹ sao cho giá xốp vào đều
trong hộp. Khi xốp vào được nửa chiều cao thì dừng lại và lắp phần còn lại vào
nửa kia của hộp. Dùng đai khớp nối bao ngoài đường nối rồi dùng vít khớp đai
lại ta sẽ được hộp đen rất chắc chắn.

19


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

- Lắp cửa cho tia sáng đi vào, đi ra: Dùng tay ấn nhẹ miếng xốp (trên
có khoét lỗ để tia sáng đi vào, đi ra) vào đầu hộp, xoay miếng xốp cho thật
khít và nằm cân bằng ở đầu hộp.
- Lắp hộp đen lên bảng hứng tia: Dùng tay ấn nhẹ hộp đen lên lỗ sao
cho mặt phẳng bảng đi qua trục dọc của hộp đen. Sau đó, dùng các thanh gỗ
nhỏ làm giá đỡ bảng và giá đỡ cho hộp đen khỏi lăn.
2.2.3. Ưu điểm của hộp đen dùng cho các bài tập hộp đen phản xạ
- Hộp đen ở trên được chế tạo từ các vật liệu đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm
như: Hộp nhựa, xốp
- Công cụ dùng để gia công thông dụng (dao, kéo), các thao tác gia

công đơn giản, tốn ít thời gian.
- ít chi tiết, dễ lắp ráp, tháo rời và đặc biệt chỉ cần một hộp đen cũng
có thể tiến hành giải quyết được nhiều bài tập hộp đen khác nhau bằng cách
thay thế các linh kiện quang học trong hộp. Đây là ưu điểm nổi bật nhất vì
không cần chế tạo nhiều hộp.
- Dễ bảo quản, vận chuyển và an toàn trong chế tạo cũng như trong
khi tiến hành thí nghiệm.
- Việc bố trí và tiến hành thí nghiệm với hộp đen đơn giản, không tốn
nhiều thời gian.
- Hiện tượng vật lí diễn ra trong thí nghiệm rõ ràng, dễ quan sát.
2.3. ý đồ sư phạm và cách thức tổ chức hoạt động dạy học
Trên cơ sở những yêu cầu nội dung kiến thức, kĩ năng phần phản xạ
chúng tôi dự kiến xây dựng ba bài tập hộp đen với ý đồ sư phạm sau:
- Các bài tập hộp đen được xây dựng chỉ mới là các bài tập xác định
tên linh kiện đã biết cách đặt sẵn trong hộp. Hộp đen cũng chỉ chứa một loại
linh kiện. Nếu bài tập này giao cho học sinh dưới dạng hộp trắng và yêu cầu

20


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

học sinh vẽ đường đi của tia sáng qua gương hoặc xác định ảnh và tính chất
ảnh qua gương thì không gây khó khăn đối với nhiều học sinh. Điều đó có
nghĩa là nội dung các kiến thức mà học sinh phải vận dụng không vượt ra
ngoài nội dung các kiến thức tối thiểu mà học sinh cần nắm vững. Nhưng khi
các bài tập này được ra cho học sinh dưới dạng các bài tập hộp đen thì sẽ trở
thành các bài tập với yêu cầu thực hiện cao hơn. Học sinh phải vận dụng rất

nhiều kiến thức, kĩ năngđể có thể hoàn thành nhiệm vụ và qua đó học sinh
còn được rèn luyện phương pháp hộp đen để nâng cao năng lực hoạt động.
Để thực hiện ý đồ sư phạm trên chúng tôi ra ba bài tập hộp đen, dạng
của ba bài tập đó là:
+ Bài tập 1: Bài tập hộp đen chứa một gương phẳng.
+ Bài tập 2: Bài tập hộp đen chứa một gương cầu lồi.
+ Bài tập 3: Bài tập hộp đen chứa một gương cầu lõm.
Việc tổ chức hoạt động dạy học theo hình thức nhóm, cụ thể:
Với ba bài tập, chúng tôi dự kiến chia lớp thành ba nhóm để thực hiện ba
yêu cầu đồng thời. Mỗi nhóm được giao đề bài và thiết bị. Trước khi các
nhóm tiến hành, giáo viên giao nhiệm vụ chung, có trình bày các bước tiến
hành của phương pháp hộp đen. Sau đó giao nhiệm vụ chung cho các nhóm
thực hiện.
Giáo viên phải liên tục bao quát các nhóm để hướng dẫn các em trao đổi,
thảo luận và thực hiện các giải pháp đề ra làm trọng tài, cố vấn nếu cần.
2.4. Các bài tập hộp đen cơ bản và phương pháp giải
2.4.1. Bài tập 1: Bài tập hộp đen chứa một gương phẳng
2.4.1.1. Đề bài
Trong hộp đen chứa một trong ba linh kiện sau đây: Gương phẳng,
gương cầu lồi, gương cầu lõm. Linh kiện được đặt song song với cửa ra - vào

21


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

(lỗ khoét trên nắp hộp). Hãy sử dụng đèn chiếu tia, bảng hứng tia và bảng
chắn tia để xác định tên linh kiện đặt trong hộp.

2.4.1.2. Giải bài tập theo phương pháp hộp đen
- Hộp đen ta đang xét là một hệ quang học.
- Đầu vào là một tia sáng tới, quan sát đầu ra là một tia phản xạ.
-

Để xác định được tên linh kiện trong hộp thì chỉ có cách: Lần lượt

thay đổi hướng tia tới rồi quan sát đường đi của tia phản xạ.
- Tiến hành thí nghiệm và dự đoán tên linh kiện.
Đầu vào

Đầu ra

Chiếu tia sáng
vào

cửa

Dự đoán

Chỉ thấy một tia

hộp

sáng nhưng độ

song song với

sáng của tia này


Gương

trục của hộp (đã

lớn hơn độ sáng

phẳng

được đánh dấu

của tia sáng khi

trên bảng hứng

không chiếu vào

tia), đồng thời

linh kiện.

di chuyển tia tới
lên trên, xuống
dưới (vẫn song
song với trục
của hộp).

22

Hình vẽ lí giải



Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

- Từ dự đoán linh kiện quang học là gương phẳng ta có hệ quả: Nếu
một vật đặt trước gương phẳng thì ảnh của vật cùng chiều với vật và khi dịch
chuyển vật ra xa, lại gần gương thì kích thước ảnh là không thay đổi và luôn
bằng kích thước của vật.
- Thí nghiệm kiểm tra dự đoán.
Dự đoán

Đầu vào

Đầu ra

Đặt vật trước

ảnh cùng chiều

cửa hộp và vuông

với vật và có kích

góc với trục hộp.

thước bằng vật.

Hình vẽ lí giải


B

B

A

A

Gương
phẳng.
Dịch chuyển vật

Kích thước của

dọc theo trục của

ảnh không thay

hộp.

đổi.

B

B

A

A


B

B

A

A

- Qua thí nghiệm chứng tỏ dự đoán rút ra là đúng. Vậy tên linh kiện
đặt trong hộp là gương phẳng.
2.4.2. Bài tập 2: Bài tập hộp đen chứa một gương cầu lồi
2.4.2.1. Đề bài
Hãy sử dụng đèn chiếu tia, bảng hứng tia, bảng chắn tia để xác định tên
linh kiện đặt trong hộp. Biết hộp chứa một trong ba linh kiện sau: Gương

23


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

phẳng, gương cầu lồi, gương cầu lõm được đặt sao cho trục chính của gương
trùng với trục hộp.
2.4.2.2. Giải bài tập theo phương pháp hộp đen
- Hộp đen đang xét là một hệ quang học.
- Chiếu một tia sáng vào cửa hộp đen, quan sát đường đi của tia phản
xạ.
- Để xác định được tên linh kiện, ta lần lượt thay đổi hướng của tia tới,
quan sát đường đi của tia phản xạ tương ứng.

- Tiến hành thí nghiệm và dự đoán tên linh kiện.

Đầu vào
Chiếu tia

Đầu ra
Tia phản xạ

Dự đoán

Hình vẽ lí giải

Gương

sáng song

quay trở lại

cầu lồi

song với trục

môi trường

hoặc gương

của hộp.

cũ nhưng


F

cầu lõm.
F

không trùng
với tia tới.
Di chuyển

Tia phản xạ

tia tới lên

luôn không

trên, xuống

cắt trục của

dưới (tia tới
vẫn song

hộp đen.

F
Gương
cầu lồi.
F

song với trục

của hộp).

24


Khóa luận tốt nghiệp

Bùi Thị Thùy Linh K31A Lí

Dựa vào các thí nghiệm ta dự đoán được linh kiện quang học trong hộp
là gương cầu lồi.
Từ dự đoán này ta có hệ quả: Nếu ta có một vật đặt trước gương cầu lồi
thì ảnh của vật qua gương là ảnh ảo, cùng chiều và nhỏ hơn vật.
- Kiểm tra dự đoán tên linh kiện trong hộp.

Dự đoán

Đầu vào

Hình vẽ lí giải

Đầu ra
B

Đặt vật trước
cửa

hộp

B


và

Gương

vuông góc với

cầu lồi.

trục của hộp.

A

A F C

ảnh luôn cùng

Xê dịch vật dọc chiều và
theo trục của hộp hơn vật.
(ra xa, lại gần

nhỏ

B

B

A

A F


C

cửa hộp).

-

Thí nghiệm chứng tỏ dự đoán trên là đúng. Vậy linh kiện quang học

trong hộp là gương cầu lồi.
2.4.3. Bài tập 3: Bài tập hộp đen chứa một gương cầu lõm
2.4.3.1. Đề bài
Dùng đèn tạo tia, bảng hứng tia, bảng chắn tia hãy xác định tên linh kiện
quang học đặt trong hộp đen. Biết trục của linh kiện được đặt trùng với trục
hộp.

25