Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ KHI DẠY CÁC KIẾN THỨC VỀ ĐIỆN HỌC CHO HỌC SINH TRƯỜNG TRUNG HỌC CƠ SỞ (CHDCND LÀO) 1. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu 1. Phương pháp thực nghiệm vật lí Trong thực tế dạy học các môn học ở nhà trường phổ thông, nhiều phương pháp nhận thức khoa học đã được nghiên cứu vận dụng thành các phương pháp dạy học, trong đó có phương pháp thực nghiệm (PPTN) trong dạy học vật lí [5, 14, 19]. Theo Lịch sử Vật lí học [12], thời cổ đại, khoa học chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học, mục đích của nó là tìm hiểu và giải thích thiên nhiên một cách toàn bộ mà chưa đi vào từng lĩnh vực cụ thể.
Trong xã hội chiếm hữu nô lệ, lao động chân tay bị coi khinh vì đó là lao động của tầng lớp nô lệ, coi trọng hoạt động tinh tế của trí óc. Do đó nhiều nhà hiền triết cho rằng có thể dùng sự suy lý, sự tranh luận để tìm ra chân lý mà không coi trọng thí nghiệm. Trong cuốn “Vật lí học”, Aristote (384-322 TCN), một đại biểu tiêu biểu cho nền khoa học cổ đại, cũng không dùng thí nghiệm mà đi đến kết luận bằng cách lập luận. Sang thời trung đại, tư tưởng của Aristote trở thành những giáo điều bất khả xâm phạm.
Giáo hội Gia tô có một địa vị tối cao trong đời sống xã hội và coi "Khoa học là đẩy tới của giáo lí”. Tuy vậy, trong thời này cũng có những người muốn tìm những con đường mới hơn để đi đến nhận thức khoa học như Roger Bacon (1214 - 1294) cho rằng khoa học không chỉ có nhiệm vụ bình giải lời lẽ của những kẻ có uy tín, khoa học phải được xây đựng trên cơ sở lập luận chặt chẽ và thí nghiệm chính xác. Và vì vậy, ông bị giáo hội lên án và bị cầm tù hơn 20 năm tới khi 74 tuổi. 5 Đến thế kỷ XVII, (Galile (1564-1642) đã xây dựng những cơ sờ của một nền vật lí học mới - vật lí học thực nghiệm- chân chính, thay thế cho vật lí học của Aristote bằng hàng loạt các nghiên cứu về thiên văn học, cơ học, âm học, quang học.
Galile cho rằng muốn hiểu biết thiên nhiên phải trực tiếp quan sát thiên nhiên, phải làm thí nghiệm, phải “hỏi thiên nhiên” chứ không phải hỏi Aristote hoặc kinh thánh. Trước một hiện tượng tự nhiên cần tìm hiểu, Galile bắt đầu bằng quan sát để xác định rõ vấn để cần nghiên cứu, đưa ra một cách giải thích lý thuyết có tính chất dự đoán. Từ lý thuyết đó, ông rút ra những kết luận có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm. Sau đó, ông bố trí thí nghiệm thích hợp, tạo điều kiện thí nghiệm và phương tiện thí nghiệm tốt nhất để có thể đạt kết quả chính xác tin cậy được.
Cuối cùng, ông đối chiếu kết quả thu được bằng thực nghiệm với lý thuyết ban đầu. Phương pháp của Galile có tính hệ thống, tính khoa học, có chức năng nhận thức luận, tổng quát hóa về mặt lý thuyết những sự kiện thực nghiệm và phát hiện ra bản chất của sự vật hiện tượng. Về sau, các nhà khoa học khác đã kế thừa phương pháp đó và xây dựng cho hoàn chỉnh hơn. Những thành tựu ban đầu của vật lí học thực nghiệm đã khiến cho thế kỉ XVII trở thành thế kỉ của cuộc cách mạng khoa học thắng lợi với các đại diện tiêu biểu: Torricelli (1608 - 1662), Pascal (1623 - 1662), Otto Guericke (1602 - 1685), Boyle (1627 - 1691), Gilbeit (1540 - 1603).
Như vậy, phương pháp thực nghiệm với tư cách là một phương pháp nhận thức khoa học đã ra đời và không những thành công trong sự phát triển của vật lí học cổ điển mà vẫn còn có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trinh nghiên cứu vật lí học hiện đại. Theo Từ điển Bách khoa Việt Nam (NXB Từ điển bách khoa, Hà Nội, 2005) [18]: “Thực nghiệm là phương thức nghiên cứu các đối tượng vật chất, bao gồm việc: tạo ra những điều kiện cần thiết; dùng các phương tiện kĩ thuật để tác động vào đối tượng hoặc tái tạo lại đối tượng; loại trừ những yếu tố 6 ngẫu nhiên; quan sát và đo đạc các thông số bằng những phương tiện kĩ thuật tương ứng. Thực nghiệm có thể mô hình hóa đối tượng. Thực nghiệm là một mặt của hoạt động thực tiễn, là cội nguồn của nhận thức và là tiêu chuẩn đánh giá tính chân thực của các giả thuyết và lí thuyết”.
[13]: “Nhận thức thực nghiệm được thực hiện trong quá trình thí nghiệm, hiểu theo nghĩa rộng nhất, có nghĩa là sự tương tác giữa chủ thể và khách thể, trong đó chủ thể không chỉ phản ánh khách thể một cách thụ động mà còn chủ động làm thay đổi, cải tạo nó”; Ruzavin G. cho rằng, các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm quan sát, thí nghiệm và các phép đo. Cụ thể là: + “Quan sát là một phương pháp thực nghiêm ban đầu vì nó bao hàm cả trong thí nghiệm lẫn trong các phép đo, trong khi đó bản thân các quan sát có thể được tiến hành ngoài thí nghiệm và không đòi hỏi các phép đo”; “Quan sát khoa học là sự tri giác có mục đích rõ ràng và có tổ chức các sự vật và hiện tượng của thế giới xung quanh”; + “ Thí nghiệm là một phương pháp đặc biệt của nghiên cứu thực nghiệm có đặc điểm là nó đảm bảo khả năng tác động thực tế một cách chủ động lên các hiện tượng và quá trình nghiên cứu” (trang 46, sách đã dẫn); + “.Đo là quá trình tìm mối quan hệ giữa một đại lượng nhất định với một đại lượng khác cùng loại, được lấy làm đơn vị đo. Kết quả đo biểu thị bằng một số nào đó và nhờ đó, có thể xử lý bằng toán học các kết quả này.
Nhưng trong những trường hợp cá biệt, người ta gọi mọi phương pháp gán cho các đối tượng được nghiên cứu và cho các tính chất của chúng một con số theo các qui tắc nào đó là một phép đo (chẳng hạn, trong nghiên cứu xã hội học, tâm lí học thực nghiệm và những khoa học nhân văn khác), (trang 73, sách đã dẫn). Các nghiên cứu về sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Có nhiều nghiên cứu về vận dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở nhà trường phổ thông. 7 Ở Việt Nam đã có nhiều nhà khoa học giáo dục quan tâm nghiên cứu về phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí. Các tác giả đã làm rõ các khái niệm phương pháp thực nghiệm, thí nghiệm; đã chỉ ra vai trò to lớn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí; đã chỉ ra các giai đoạn của phương pháp dạy học dựa trên phương pháp thực nghiệm,.
Theo tác giả Nguyễn Đức Thâm và Nguyền Ngọc Hưng thì phán biệt phương pháp thực nghiệm theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp [15]. “Theo nghĩa rộng, phương pháp thực nghiệm có thể bao gồm từ những ý tưởng ban đầu của các nhà khoa học cho đến kết luận cuối cùng. Theo nghĩa hẹp, phương pháp thực nghiệm có thể hiểu như sau: từ lý thuyết đã biết suy ra hệ quả và dùng thí nghiệm để kiểm tra hệ quả. Các nhà thực nghiệm không nhất thiết tự mình xây dựng giả thuyết mà giả thuyết đó đã có người khác đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được.
Nhiệm vụ của nhà vật lí thực nghiệm lúc này là từ giả thuyết đã có suy ra hệ quả có thể kiểm tra được và tìm cách bố trí thí nghiệm khéo léo, tinh vi để quan sát được hiện tượng do lý thuyết dự đoán và thực hiện các phép đo chính xác”. Theo tác giả Phạm Hữu Tòng [17]: “Nếu nhà khoa học dựa trên việc thiết kể (nghĩ ra) phương án thí nghiệm khả thi và tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thể, thiết bị dụng cụ, quan sát, đo đạc) để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra (nó là một nhận định về một tính chất, một mối liên hệ, một nguyên lí nào đó, cho phép đề xuất một kết luận mới hoặc xác minh một giả thuyết, một phỏng đoán khoa học nào đó) thì phương pháp nhận thức trong trường hợp này được gọi là phương pháp thực nghiệm”. Nhưng mặc dù phát biểu theo cách nào thì các yếu tố cơ bản của PPTN trong nghiên cứu khoa học, và dựa vào đó vận dụng vào dạy học vật lí, cũng bao gồm: + Vấn đề cần giải đáp hoặc giả thuyết cần kiểm tra. + Xử lý một giả thuyết đề có thể đưa nó vào kiểm tra bằng thực nghiệm.
+ Xây dựng (thiết kế) phương án thí nghiệm cho phép thu lượm thông tin cần thiết cho sự xác lập giả thuyết hoặc kiểm tra giả thuyết. + Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả (quan sát, đo. 8 + Phân tích kết quả và kết luận. Cũng có nhiều luận văn Thạc sĩ, luận án tiến sĩ nghiên cứu vận dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông.