Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC BÒI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIEM VAT LÍ CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu Vật lí 1. Sự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của Vật lí hoc [24],[ 31] 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 tỉnh 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 cỗ 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 đầy tớ 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 tin, khoa hoc phải được xây dựng 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. Đến thế kỷ XVII, Galile (1564 — 1642) đã xây dựng những cơ sở 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 đề 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 đựng cho hoàn chỉnh hơn. Những thành tựu ban đầu của vật lí học thực nghiệm đã khiến cho thế kỉ XVII trở thành thế ki của cuộc cách mạng khoa học thắng lợi với các đại điện tiêu biểu: Torricelli (1608 — 1662), Pascal (1623 — 1662), Otto Guericke (1602 — 1685), Boyle (1627 — 1691), Gilbert (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 cỗ điển mà vẫn còn có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu vật lí học hiện đại.
Nội dung của phương pháp thực nghiệm Galile được coi là ông tổ của vật lí thực nghiệm, người sáng lập ra phương pháp thực nghiệm và các nhà khoa học sau này đã kế thừa và hoàn chỉnh hơn. Spaski đã nêu lên thực chất của phương pháp thực nghiệm của Galile như sau: Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây đựng một giả thuyết (dự đoán). Giá thuyết đó không chỉ đơn thuần là sự tổng quát hóa các sự kiện thực nghiệm đã làm. Nó chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể.
Bằng phép suy luận logic và bằng toán học, các nhà khoa học có thé tir gid thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới trước đó chưa biết đến. Những hệ quá và sự kiện mới đó lại có thé đùng thực nghiệm mà kiểm tra lại được, và nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định giả thuyết, biến giả thuyết thành định luật vật lí chính xác.108] Ở nước ta, cũng đã có rất nhiều các bài viết khác nhau về phương pháp thực nghiệm. Theo tác giả Phạm Hữu Tòng: “Nếu nhà khoa học dựa trên việc thiết kế (nghĩ ra) phương án thí nghiệm khả thi và tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thê, thiết bị dụng cụ, quan sát, đo đạc) để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho van dé dat 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”.125] Còn theo tác giả Nguyễn Đức Thâm và Nguyễn Ngọc Hưng thì phân biệt phương pháp thực nghiệm theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp. “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 thê hiểu như sau: từ lý thuyết đã biết suy ra hệ quả và đùng thì 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 dé quan sát được hiện tượng do lí thuyết dự đoán và thực hiện các phép đo chính xác” [31, tr. Phương pháp thực nghiệm có thê hiểu theo nghĩa rộng hoặc nghĩa hẹp tùy theo quan điểm của mỗi người xem xét, gắn với lịch sử vật lí học, cũng như tùy theo mục đích cụ thể của người vận dụng nó trong dạy học ở các bậc học khác nhau.
Nhưng mặc dù phát biểu theo cách nào thì các yêu tố cơ bản của PPTN trong nghiên cứu khoa học cũng bao gồm: - Van dé can giải đáp hoặc giả thuyết cần kiểm tra. -_ Xử lý một giả thuyết dé 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 giá thuyết hoặc kiếm tra giá thuyết. - _ Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết qua (quan sat, do.
-_ Phân tích kết quả và kết luận. Sir dung phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phé thông 1. Phương pháp thực nghiệm trong mục tiêu dạy học trường trung học [1], [12] Nghị quyết trung ương 2 (khóa VIII) của Đảng đã chỉ rõ: “Nhiệm vụ cơ bản của giáo dục là nhằm xây dựng những con người và thé hệ thiết thực gan bó với lÿ trởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội. có ý thức cộng đẳng và tính tích cực của cá nhân làm chủ trì thức khoa học và công nghệ hiện đại, có tư duy sảng tạo, có kỹ năng thực hành giỏi.
Cụ thể hóa mục tiêu đào tạo con người mới theo Nghị quyết của Đảng, mục tiêu giáo dục THCS và THPT nêu rõ: bồi đưỡng cho học sinh các phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí học, trước hết là PPTN vật lí. Học là nhận thức, là tìm tòi sáng tạo, vì thế phương pháp nhận thức khoa học là hạt nhân của phương pháp đạy học. Do đó, PPTN có những đặc điểm riêng làm cho việc sử đụng nó trong dạy học Vật lí trở thành một giải pháp tổng hợp nhằm thực hiện có hiệu quả mục tiêu dạy học. + Phương pháp thực nghiệm giúp học sinh hình thành và hoàn thiện những phẩm chất tâm lí là nền táng cho hoạt động sáng tạo.
PPTN dạy cho học sinh tìm tòi sáng tạo theo con đường và kinh nghiệm hoạt động sáng tạo mà các nhà khoa học đã trải qua, nó làm cho học sinh quen đần với cách suy nghĩ, làm việc theo kiểu Vật lí. Trong quá trình giải quyết những vấn để đó, học sinh sẽ bộc lộ những nét đặc trưng của hoạt động sáng tạo và đồng thời hình thành, hoàn thiện ở bản thân những phẩm chất tâm lí là nền tảng cho hoạt động sáng tạo. + Phương pháp cho phép gắn lý thuyết với thực tiễn. Thực tiễn được nói trong PPTN là các hiện tượng, các quá trình Vật lí được mô tả, được tái hiện qua các thí nghiệm do giáo viên hay chính học sinh tự làm.
Việc học sinh trực tiếp đề xuất phương án và tiễn hành thí nghiệm kiểm tra, trực tiếp quan sát các hiện tượng, làm việc với các thiết bị thí nghiệm và đụng cụ đo, giải quyết những khó khăn trong thực nghiệm tạo điều kiện cho các em nâng cao được năng lực thực hành, gần gũi hơn với đời sống và kỹ thuật, khái quát hóa các kết quả thực nghiệm, rút ra những kết luận có tính chất lý thuyết (như tính chất của sự vật, hiện tượng, quy luật diễn biến, quan hệ. Hoạt động nhận thức theo phương pháp thực nghiệm làm cho học sinh thấy được sự gắn bó mật thiết giữa lý thuyết và thực tiễn. + PPTN là phương pháp tìm tòi, giải quyết vẫn dé, có thể áp đụng để giải quyết những vấn đề từ nhỏ đến lớn, rất sát với thực tiễn, ở mọi trình độ, không đòi hỏi vốn kiến thức quá nhiều. Đối với yêu cầu đạy học xuất phát từ vốn kinh nghiệm của bản thân, PPTN lại càng phù hợp hơn.
PPTN sẽ giúp các em giải quyết vẫn đề trong học tập, trên cơ sở đó nắm vững kiến thức, kỹ năng, tích lũy kinh nghiệm, nắm vững phương pháp giải quyết vấn đề trong thực tiễn. +_ Việc áp đụng PPTN cho phép và rèn luyện cho học sinh nhiều năng lực. Nó tích cực hóa đến mức tối đa hoạt động nhận thức của học sinh, cho phép hình thành kiến thức sâu sắc và bền vững, tăng cường hứng thú đối với môn học. Nó thôi thúc trong học sinh một nhu cầu về hoạt động sáng tạo, bồi đưỡng cho các em cá tính sáng tạo.