CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN DẠY HỌC THÍ NGHIỆM VẬT LÝ GẮN KẾT CUỘC SỐNG CỦA HỌC SINH 1. Khái niệm thí nghiệm Theo Từ điển Tiếng Việt của Hoàng Phê , thí nghiệm có 2 nghĩa: “Thí nghiệm là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh’’ hay “Thí nghiệm là làm thử theo những điều kiện, nguyên tắc đã xác định để nghiên cứu chứng minh”. Một số quan điểm khác cho rằng: TN là một sự thử nghiệm hay kiểm tra một lí thuyết khoa học bằng cách thao tác với yếu tố trong môi trường để quan sát kết quả có phù hợp với các tiên đoán lí thuyết hay không. [8] TN còn được hiểu là: Quá trình tạo dựng một sự quan sát hay thực hiện một phép đo.
TN là sự quan sát hiện tượng nghiên cứu trong các điều kiện được kiểm tra chính xác, cho phép theo dõi tiến trình của hiện tượng và tái tạo nó mỗi lần lặp lại các hiện tượng này. Thí nghiệm vật lý Theo Phương pháp dạy học vật lý ở trường phổ thông của nhóm tác giả Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế, “Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới”. Trong Vật lí học, TN là phương pháp, là cách thức mà bằng cách nào đó con người tác động một cách có ý thức, hệ thống lên các sự vật, hiện tượng xảy ra trong những điều kiện nhất định.
Sự phân tích về mặt lí thuyết các điều kiện và quá trình xảy ra trong đó đóng vai trò hết sức quan trọng. Sự tác động đó có thể là trực tiếp hay gián tiếp thông qua các thiết bị máy móc gọi là công cụ TN. 4 Từ các phân tích trên, ta có thể hiểu TN là quá trình con người tác động một cách có chủ đích, hệ thống lên một đối tượng trong một điều kiện nhất định nhằm mục đích xác định. TN bao gồm các thành phần sau đây: + Một lí thuyết hay giả thuyết + Đối tượng, hệ thống, quá trình phản ánh lí thuyết đó.
+ Các thao tác lên đối tượng, hệ thống, quá trình theo một trình tự nhất định và trong những điều kiện xác định. Thí nghiệm vật lí (TNVL) là TN để nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lí. Kết quả của TNVL nhiều khi là các định luật, các ứng dụng kĩ thuật nhưng nhiều khi chỉ để chứng minh một giả thuyết hoặc hình thành một giả thuyết Vật lí mới. Thí nghiệm vật lý có một số đặc điểm sau: - Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết.
Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động. - Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi. - Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu (nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện để không làm xuất hiện các tính chất, các mối quan hệ không được quan tâm). - Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác.
Điều 5 này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc. - Có thể lặp lại được thí nghiệm. Điều này có nghĩa là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình vật lý phải diễn ra trong TN giống như ở các lần TN trước. Thí nghiệm vật lý gắn kết cuộc sống của học sinh 1.
Khái niệm thí nghiệm gắn kết với cuộc sống Theo tác giả Nguyễn Đăng Thuấn (2018): “Thí nghiệm vật lý gắn kết với cuộc sống là các thí nghiệm xuất phát từ các vấn đề thực tiễn cuộc sống, được thực hiện bằng các phương tiện gần gũi, thực hiện trong các hoàn cảnh cuộc sống và trả lời các câu hỏi vật lý cũng như câu hỏi gần gũi khác từ cuộc sống”. Như vậy, thí nghiệm vật lý gắn kết với cuộc sống của học sinh ở đây được hiểu là gắn kết theo hai phương diện: - Xuất phát từ các tình huống có vấn đề trong cuộc sống hằng ngày của học sinh, học sinh biết nhưng không giải thích được mà phải cần dùng kiến thức vật lí. - Thí nghiệm được thiết kế bằng những dụng cụ, thiết bị quen thuộc, gần gũi, dễ kiếm đối với học sinh, trên cơ sở hướng dẫn từ giáo viên thì học sinh có thể tự thực hiện được. Các đặc trưng của thí nghiệm gắn kết cuộc sống Thí nghiệm gắn kết cuộc sống có những đặc trưng sau: - Thí nghiệm xuất phát từ các vấn đề, tình huống thực tiễn.
Ví dụ: Thí nghiệm sự nổi xuất phát từ tình huống pha nước chanh ở nhà, ban đầu hạt chanh nổi lên, sau khi pha thêm muối thì hạt chanh chìm xuống. - Thí nghiệm được thực hiện nhờ các phương tiện, hoặc trên các đối tượng gần gũi với cuộc sống. 6 Ví dụ: Thí nghiệm sự co giãn nhiệt của chất khí theo nhiệt độ có thể sử dụng chai thủy tinh và quả trứng luộc. - Thí nghiệm giải quyết các vấn đề của cuộc sống.
Ví dụ: Thí nghiệm thiết kế cầu từ các que kem theo các thiết kế khác nhau (khảo sát sự cân bằng) giúp giải thích được các câu hỏi về tính bền vững trong thiết kế cầu hình dạng cong lên. - Thí nghiệm có sự tham gia hợp tác của các cá thể trong cuộc sống. Tức là có thể có sự hợp tác, tham gia, quan sát của người khác, cha mẹ hoặc bạn bè. - Thí nghiệm có thể được thực hiện tại nhà, ngoài cuộc sống, chứ không nhất định làm trong phòng thí nghiệm.
Ví dụ: Thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước có thể được thực hiện bằng cách rung hai quả cầu trên mặt hồ. - Thí nghiệm có thể được học sinh quay lại, giới thiệu trên mạng Internet, tăng cường tính tương tác, phản hồi từ xã hội, qua đó giúp học sinh tăng sự tự tin, tích cực trong nghiên cứu thí nghiệm và phát triển năng lực. - Thí nghiệm có thể có tính liên môn, xuyên môn. Ví dụ: Thí nghiệm khảo sát suất điện động thực vật liên quan đến sinh – vật lý.
Tuy nhiên, cần chú ý rằng, khi thiết kế và sử dụng các thí nghiệm gắn kết cuộc sống, tránh sa đà vào các yếu tố gắn kết cuộc sống mà bỏ qua các yêu cầu tối thiểu của một thí nghiệm, nhất là thí nghiệm trong dạy học. Đó là, luôn làm rõ các thành phần của thí nghiệm (đâu là đối tượng tác động, đâu là công cụ tác động); làm rõ các thao tác của thí nghiệm (để có thể thực hiện lại và rút ra những cải tiến ở các lần tiếp theo); làm rõ mục đích thí nghiệm, giả thuyết, kết quả của thí nghiệm so sánh với giả thuyết; làm rõ mức độ chính xác, nhất là các yếu tố có thể ảnh hưởng đến thí nghiệm. Vai trò thí nghiệm gắn kết cuộc sống sử dụng trong dạy học vật lý - Quá trình học tập ngày nay cần hướng đến năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn của học sinh. Vì vậy, sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong dạy học vật lý là hoàn toàn đúng đắn.
Nó tạo điều kiện cho giáo viên – học sinh gắn kết các kiến thức vật lý vào thực tiễn, qua đó phát triển năng lực quan sát, giải quyết các vấn đề thực tiễn. - Sự hấp dẫn và gần gũi của các thí nghiệm gắn kết cuộc sống với đối tượng học sinh. Những thí nghiệm gắn kết cuộc sống thường dẫn đến những kết quả thú vị, những khía cạnh vật lý thú vị trong cuộc sống, từ đó tạo sức hút mãnh liệt với đối tượng học sinh, nhất là học sinh trung học. Qua đó, giúp học sinh yêu thích khoa học nói chung và vật lý nói riêng, qua đó tạo động cơ học tập tốt cho học sinh.
- Thí nghiệm gắn kết cuộc sống có thể được thực hiện ngoài nhà trường, tạo cơ hội cho học sinh kết nối, tương tác với xã hội. Hình thành năng lực giao tiếp, kĩ năng sống, thỏa mãn nhu cầu khẳng định. - Thí nghiệm gắn kết cuộc sống là con được tốt để thực hiện cá thể vật lý, đa dạng vật lý trong dạy học. Việc thực hiện thí nghiệm cùng mục đích nhưng với các phương tiện, vật dụng khác nhau của từng học sinh giúp giáo viên quan tâm tốt hơn đến từng đối tượng, có biện pháp giáo dục phù hợp hơn.
- Thí nghiệm gắn kết cuộc sống là cơ hội đổi mới dạy và học vật lý theo định hướng phát triển năng lực học sinh. - Thí nghiệm gắn kết cuộc sống giúp phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn sáng tạo cho học sinh. - Thí nghiệm gắn kết cuộc sống hoàn thiện quá trình tư duy của học sinh, bắt đầu từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng. Sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong dạy học vật lý Sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống để đạt hiệu quả cao trong dạy học vật lý bao gồm những việc sau: Xây dựng và lựa chọn thí nghiệm gắn kết cuộc 8 sống phù hợp; Thiết kế các kế hoạch dạy học phù hợp; Tiến hành, quan sát, tiếp nhận phản hồi và cải tiến.
Các thí nghiệm gắn kết với cuộc sống được chọn lựa trước hết phải phù hợp với nội dung kiến thức dạy học vật lý. Sự liên quan có thể không cần trực diện, nhưng phải nói lên hiện tượng hoặc quy luật vật lý đang thể hiện. Thí nghiệm được chọn lựa phải đảm bảo tính khả thi trong điều kiện của nhà trường, giáo viên và học sinh.