CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1. Thí nghiệm Vật lí và vai trò trong dạy học ở trường phổ thông 1. Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí Thí nghiệm Vật lí (TNVL) là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các 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 [7, tr.
76] Thí nghiệm Vật lí có các 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 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.
- Đặc điểm đặc biệt quan trọng của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của đại lượng khác. Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Có thể lặp lại thí nghiệm. Tức 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 lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước đó.
Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT 1. Nhiệm vụ cơ bản của dạy học Vật lí Dạy học Vật lí là tổ chức, hướng dẫn cho học sinh thực hiện các hành động nhận thức Vật lí, để họ có thể tái tạo được kiến thức, kinh nghiệm xã hội (nhờ đó biến chúng thành tri thức của mình), đồng thời làm biến đổi bản thân học sinh, hình thành và phát triển những phẩm chất năng lực của họ. Để thực hiện có hiệu quả mục đích này của hoạt động dạy và hoạt động học, người giáo viên nhất thiết phải nghiên cứu các hoạt động theo một trình tự logic của kiến thức phù hợp với tư duy nhận thức, hành động của học sinh. Hơn nữa giáo viên phải chú ý tới từng đối tượng học sinh nói riêng để định ra những hành động phù hợp, đặc biệt là hành động để tạo ra những điều kiện thuận lợi giúp cho học sinh có thể thực hiện tốt các hành động học tập.
Dạy học Vật lí (DHVL) ở phổ thông phải đảm bảo thực hiện tốt những nhiệm vụ cơ bản sau: - Hình thành cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản (về khoa học và về phương pháp nghiên cứu khoa học Vật lí), vững chắc ở mức độ hiện đại. - Phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của học sinh. - Hình thành thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh. - Góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp và bảo vệ môi trường.
Các nhiệm vụ trên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, được tiến hành trong quá trình DHVL. Trên cơ sở hệ thống kiến thức Vật lí, đặc điểm của học sinh và nhiệm vụ của nhà trường THPT, giáo viên cần lựa chọn những 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hình thức tổ chức và phương pháp dạy học phù hợp để thực hiện các nhiệm vụ đó một cách tối ưu. Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lí luận nhận thức Kế thừa những thành tựu của rất nhiều nhà khoa học trên con đường đi tìm chân lí, V. Lênin đã khái quát hoá và đưa ra con đường nhận thức khoa học như sau: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, rồi từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức hiện thực khách quan”.
Như vậy thực nghiệm luôn là cơ sở để bắt đầu quá trình nhận thức và đồng thời cũng nhờ thực nghiệm mà quá trình nhận thức mới đi đến cái đích là thực tiễn khách quan. Đối với khoa học Vật lí, con đường nhận thức đó đã được nhiều nhà Vật lí nổi tiếng như A. phát biểu, tuy bằng nhiều cách khác nhau nhưng đều toát lên rằng quá trình nhận thức sáng tạo ấy diễn ra theo một chu trình: Từ việc khái quát những sự kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình trừu tượng giả định, có tính chất như một giả thuyết; Từ mô hình dẫn đến việc rút ra hệ quả lí thuyết hoặc bằng suy luận lôgíc hoặc bằng suy luận toán học; để rồi, những hệ quả lí thuyết ấy sẽ được kiểm tra bằng thực nghiệm. - Nếu thực nghiệm phù hợp với những hệ quả trên thì mô hình giả thuyết là đúng và đó là cơ sở để giải thích thực tế.
- Nếu thực nghiệm không xác định những hệ quả lí thuyết ấy thì hoặc làm mô hình lí thuyết không phù hợp hoặc tìm ra giới hạn áp dụng cho mô hình giả thuyết. - Và đương nhiên xuất phát từ thực nghiệm người học phải tìm mọi cách để chứng minh giả thuyết của mình và từ đó lại phát hiện những mâu thuẫn mới cần giả thuyết mới và người học lại kiểm chứng bằng thực tế,. Do mỗi mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một mặt của thực tế nên khi ta mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc ta gặp những sự 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com kiện thực nghiệm mới không thể giải thích được bằng mô hình cũ, lúc này ta phải bổ sung, chỉnh lí mô hình cũ cho phù hợp hoặc thậm chí phải bỏ đi để xây dựng một mô hình mới cho một chu trình mới của quá trình nhận thức. Như vậy, chu trình nhận thức khoa học không khép kín mà được mở rộng dần dần, làm giàu thêm kiến thức khoa học và cũng nhờ đó mà con người ngày càng tiếp cận gần hơn với chân lí khách quan.
Chu trình nhận thức sáng tạo này theo Razumôpxki có thể được biểu diễn bằng sơ đồ trên hình1. [7] Mô hình giả định Các hệ quả lôgíc trừu tượng Những sự kiện Thí nghiệm khởi đầu kiểm tra Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki. Trong hoạt động nhận thức Vật lí thường diễn ra những hành động phổ biến sau: - Quan sát, phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản, xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng và tìm ra những dấu hiệu đặc trưng, bản chất của sự vật, hiện tượng. - Tìm ra các tính chất chung; mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng.
- Mô hình hoá những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lí tưởng để sử dụng chúng làm công cụ tư duy. - Đo các đại lượng Vật lí, tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học. - Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định; giải thích một hiện tượng thực tế. - Xây dựng một giả thuyết, từ giả thuyết suy ra hệ quả.
- Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả). - Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định luật Vật lí. - Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động. Đánh giá kết quả hành động.
- Tìm phương pháp chung để giải quyết một loạt các vấn đề. Cuối cùng, mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác, sắp xếp theo một trình tự xác định. Ứng với mỗi thao tác trong những điều kiện cụ thể là những phương tiện, công cụ thích hợp. Những thao tác phổ biến cần dùng trong hoạt động nhận thức Vật lí là: - Thao tác vật chất: + Nhận biết bằng giác quan.
+ Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, hơ nóng, làm biến dạng, cọ xát. + Sử dụng các dụng cụ đo. + Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị. + Thu thập tài liệu, ghi nhận số liệu thực nghiệm.
+ Thay đổi các điều kiện thí nghiệm, điều chỉnh. - Thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, quy nạp, diễn dịch. Vai trò của thí nghiệm trong mỗi giai đoạn nhận thức phụ thuộc vào vốn hiểu biết của con người, khối kiến thức đã có về đối tượng cần nghiên cứu. Trong dạy học Vật lí ở phổ thông thí nghiệm có các vai trò sau: + Thí nghiệm là phương tiện để học sinh thu nhận tri thức: 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khi học sinh hoàn toàn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng như là một phương tiện phân tích hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập đối tượng nghiên cứu một cách chủ quan: thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lí kết quả quan sát, đo đạc được từ thí nghiệm để từ đó thu nhận những kiến thức đầu tiên về đối tượng cần nghiên cứu.
+ Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức mà học sinh đã thu được. Trong nhiều trường hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức học sinh đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác. Nhờ vậy, học sinh sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn. + Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức học sinh đã thu được vào thực tiễn.