CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Vật lý là một bộ môn khoa học thực nghiệm, trong đó các kiến thức Vật lý được xác định thông qua phương pháp thực nghiệm. Ngay cả khi những kiến thức được suy luận từ lý thuyết, chúng chỉ trở thành kiến thức Vật lý khi được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Do đó, thí nghiệm là một yếu tố không thể thiếu trong giáo dục Vật lý.
Việc nghiên cứu, đóng góp xây dựng các thí nghiệm làm phong phú các bài DHVL là rất quan trọng. Trong nghiên cứu này sẽ tìm hiểu những vấn đề sau: Về mặt lí luận: Hệ thống hoá lý luận về việc sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học. Về mặt thực tiễn: - Tiến hành thiết kế, chế tạo được 05 bộ thí nghiệm đơn giản trong tổ chức dạy học phần “Động lực học” Vật lý 10; - Thiết kế tiến trình DH sử dụng 05 bộ thí nghiệm đã xây dựng trong phần “Động lực học” Vật lý 10; - TNSP tiến trình DH sử dụng 05 bộ thí nghiệm ở lớp 10A7 trường THPT Tân Lập, Đan Phượng, Hà Nội. Những nghiên cứu về tự tạo thí nghiệm và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lý 1.
Những nghiên cứu ngoài nước Hiện nay có ba xu hướng chính trong việc sử dụng thí nghiệm và phương tiện trực quan trong giáo dục vật lý trên toàn thế giới, đó là: xu hướng hiện đại hóa; Xu hướng đa phương tiện và nghiên cứu, khai thác và sử dụng thí nghiệm tự tạo [5]. Xu hướng hiện đại hóa nhằm tăng cường tính hiện đại của các thiết bị và công cụ thí nghiệm, đồng thời nâng cao mức độ chính xác. Với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, con người đã tạo ra nhiều công cụ và thiết bị thí nghiệm tiên tiến với độ chính xác ngày càng cao. Sử dụng thí nghiệm theo hướng hiện đại là thực hiện các thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính.
Đây là hình thức được áp dụng rộng rãi 4 trong hầu hết các nước phát triển trên thế giới. Thí nghiệm kết hợp với máy vi tính thường được sử dụng để mô phỏng và minh họa các quá trình Vật lý diễn ra quá nhanh hoặc quá chậm, những quá trình khó quan sát trực tiếp và chỉ có thể khắc phục thông qua mô phỏng bằng máy vi tính. Xu hướng thứ hai trong giáo dục Vật lý là xu hướng khai thác đa phương tiện, nhằm tác động đến người học thông qua nhiều kênh thông tin khác nhau, bao gồm kênh chữ, hình ảnh, và âm thanh… Xu hướng thứ ba là khai thác, chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lý. Do những ưu điểm nổi trội của thí nghiệm tự tạo và hiệu quả của nó trong giảng dạy, việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị và sử dụng thí nghiệm tự tạo là một lĩnh vực đang được quan tâm rất nhiều, cả trong nước và trên thế giới.
Các xu hướng này tồn tại độc lập và có tác dụng bổ sung cho nhau, tạo nên một môi trường dạy học Vật lý trực quan và đa phương tiện. Việc nghiên cứu, thiết kế và sử dụng thí nghiệm tự tạo đã thu hút sự quan tâm từ rất sớm của cộng đồng nghiên cứu dạy học Vật lý, do tính kinh tế và hiệu quả mà nó mang lại trong giáo dục. Đầu tiên, loại thiết bị này được các nhà giáo dục ở Canada quan tâm, trong đó tổ chức "Les petis desbrouillads" làm điều kiện tiên quyết, sau đó phát triển đến nhiều quốc gia khác như Đức, Pháp, Mỹ, Trung Quốc và Romania. Mục tiêu của nghiên cứu là tạo ra và sử dụng các thí nghiệm thông qua việc tăng cường tính trực quan trong quá trình đào tạo Vật lý và phát triển kỹ năng thực hành thí nghiệm cho học sinh thông qua việc tạo ra các thiết bị thí nghiệm từ những vật liệu dễ tìm thấy trong cuộc sống hàng ngày.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu như Michael Vollmer, Klaus Peter Möllmann từ Đại học Cao đẳng Brandenburg, Đức, Hans-Jörg Jodl và Bodo Eckert từ Đại học Kaiserslautern, Đức cũng quan tâm và nghiên cứu về thí nghiệm tự tạo do những ưu điểm và vai trò của chúng trong giáo dục Vật lý [5]. Ở Đức, đã có nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và tiến hành nghiên cứu về thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lý, ví dụ như Hans-Joachim Wilke, D. Hans-Joachim Wilke và G. Tronicke đã xuất bản các công trình như "Experimente mit Kunstoffflaschen" (2007) và "Experimente 1&2, Blechendose" (2008) được xuất bản bởi Klettverlag Stuttgart - Leipzig.
Peters cũng đã đóng góp vào lĩnh vực này với công trình "Qualitative experimente mit einfachen Mitteln, Uneversität Dortmund" (1996) [5]. Trong các công trình nghiên cứu này, các tác giả đã tạo ra và hướng dẫn cách sử dụng nhiều thiết bị thí nghiệm trong các lĩnh vực khác nhau như cơ, nhiệt, điện, quang. Hầu hết các thiết bị thí nghiệm này đều được làm từ các vật liệu dễ tìm như lon nước ngọt, chai nước khoáng.2 Những nghiên cứu trong nước Những năm gần đây, các nhà giáo dục, nhà nghiên cứu trong lĩnh vực giáo dục và khoa học ở Việt Nam đã tích cực nghiên cứu các thiết bị thí nghiệm tự chế tạo. Các tác giả như Nguyễn Thượng Trung, Phạm Đình Cường, Nguyễn Hùng Lưu, Lê Văn Giáo, Hà Văn Hùng - Lê Cao Phấn, Nguyễn Ngọc Hùng, Đông Thị Điền.đã tiến hành nghiên cứu và phát triển các thiết bị thí nghiệm tự tạo, áp dụng chúng vào nhiều mục đích khác nhau trong quá trình dạy và học.
Các mục đích bao gồm sử dụng thí nghiệm tự tạo như một công cụ tăng cường tính tương tác trong hoạt động học tập của học sinh, giúp phát hiện và khắc phục các quan điểm sai lệch của học sinh, hỗ trợ tổ chức các hoạt động dạy học kiến tạo, dạy học nhóm, dạy học dự án. [5] Ngoài ra, việc nghiên cứu và sử dụng các thiết bị thí nghiệm tự tạo trong giáo dục còn được hỗ trợ bởi các luận văn thạc sĩ của các tác giả như Mai Khắc Dung, Trương Công Phi, Nguyễn Thị Hòn Lê, Trần Thị. Luận án tiến sĩ của Thanh Thư, Trần Ngọc Oanh, Trần Thị Ngọc Anh., Ngô Quang Sơn, Lê Văn Giáo, Đông Thị Điền, Lê Cao Phan. Các nghiên cứu này đã tạo ra nhiều thiết bị thí nghiệm tự tạo và sử dụng chúng trong quá trình dạy học một cách hiệu quả, góp phần tích cực vào sự đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông.
Trong thời gian gần đây, việc đổi mới phương pháp dạy học nói chung và đổi mới dạy học Vật lý nói riêng đã được triển khai rộng rãi tại các trường phổ thông. Một trong những mục tiêu quan trọng của giáo dục phổ thông là phát triển kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế cho học sinh. Mục đích của việc đổi mới phương pháp dạy học là nâng cao chất dạy học Vật lý ở trường phổ thông, đặc biệt là giúp học sinh tiếp thu kiến thức tốt hơn, nắm vững kiến thức hơn và áp dụng hiệu quả vào thực tế; đồng thời hình thành và phát triển các kỹ năng thực hành và trí tuệ ngày một cao hơn. 6 Một trong những biện pháp để đổi mới phương pháp dạy học hiện nay ở trường phổ thông là tăng cường sử dụng các phương tiện trực quan trong quá trình giảng dạy, trong đó bao gồm việc tự tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm tự tạo.
Theo hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo, việc tích cực hóa hoạt động học tập nhằm khai thác sự chủ động và sáng tạo của học sinh là cốt lõi của đổi mới phương pháp dạy học, và tư tưởng này đã được thể hiện cụ thể trong nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả khác nhau. Với đề tài khoa học cấp bộ “Nghiên cứu tự tạo, khai thác và sử dụng TN đơn giản, rẻ tiền nhằm góp phần đổi mới PPDH Vật lý ở trường phổ thông theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS” của tác giả Lê Văn Giáo - Nguyễn Thị An Vinh, đã tập trung nghiên cứu cơ sở lí luận về vấn đề đổi mới PPDH theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS; trong đó đã xây dựng được 30 bài TN với 53 phương án khác nhau của các phần: Cơ học, Nhiệt học, Điện học, Quang học thuộc chương trình Vật lý phổ thông. Tác giả đã sử dụng các TNTT đó vào thiết kế tiến trình DH một số kiến thức trong các phần: Cơ học, Nhiệt học, Điện học, Quang học trong chương trình Vật lý phổ thông theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS trong DHVL. Kết quả thu được của đề tài cho phép khẳng định, việc khai thác và sử dụng các TNTT đơn giản trong DHVL ở các trường phổ thông là khả thi và có tính thực tiễn, GV và HS hoàn toàn có khả năng tự tạo các TN nhằm phục vụ cho việc dạy và học Vật lý.
Việc sử dụng TNTT đơn giản trong DHVL đã góp phần tăng cường tính trực quan, kích thích hứng thú học tập, phát huy TTC, tự lực và sáng tạo của HS, qua đó góp phần nâng cao hiệu quả DHVL ở trường phổ thông. Sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lý 1.1 Đặc điểm của thí nghiệm Vật lý - Các điều kiện thí nghiệm cụ thể phải được lựa chọn và thiết lập để trả lời các câu hỏi được đặt ra, kiểm tra các giả thuyết và xác nhận kết quả rút ra từ các giả thuyết. Bất kỳ thử nghiệm nào cũng bao gồm ba yếu tố chính phải được xác định rõ ràng. Nó là đối tượng nghiên cứu, là cách tiếp cận đối tượng, là phương pháp quan sát và đo lường kết quả tác động của nó.
7 - Các điều kiện thí nghiệm có thể được thay đổi để nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc giữa hai biến số, trong khi giữ các biến số khác không thay đổi; - Điều kiện thí nghiệm cần được kiểm soát theo kế hoạch, sử dụng thiết bị thí nghiệm có độ chính xác hợp lý, phân tích thường xuyên các yếu tố liên quan đến đối tượng nghiên cứu để giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố gây nhiễu; - Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là khả năng quan sát được sự biến đổi của một đại lượng do sự biến đổi của các đại lượng khác. Điều này được đạt được nhờ sự hiểu biết của giác quan con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc; - Thí nghiệm cần được lặp lại.