CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Với đặc thù là môn khoa học thực nghiệm, hầu hết các kết thức đều được đúc kết qua thực nghiệm. Khi kiến thức có được thông qua lý thuyết, nó sẽ không trở thành kiến thức vật lý cho đến khi được kiểm chứng thông qua thực nghiệm. Vì vậy, trong quá trình giảng dạy, hệ thống thí nghiệm giữ một vai trò hết sức quan trọng.
Nghiên cứu và phát triển các thí nghiệm phục vụ cho giáo dục là điều cực kỳ cần thiết. Thời gian gần đây, đã có nhiều nghiên cứu được công bố về đề tài chế tạo thiết bị thí nghiệm phục vụ cho việc tổ chức các hoạt động dạy học ở trường phổ thông. Tuy nhiên, khi tìm hiểu nghiên cứu về chủ đề “Nhiệt” KHTN 8, tôi nhận thấy chưa có nhiều nghiên cứu khoa học nào được thực hiện để xây dựng tổ chức hoạt động dạy học thông qua hỗ trợ thí nghiệm nhằm phát triển năng lực khoa học tự nhiên của học sinh. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ xem xét những vấn đề sau: Về lý thuyết: hệ thống hóa các khái niệm liên quan đến thí nghiệm, năng lực Khoa học Tự nhiên và việc đánh giá năng lực Khoa học Tự nhiên.
Về thực tiễn: tiến hành xây dựng các bộ thí nghiệm tự tạo cho hoạt động dạy học chủ đề “Nhiệt” KHTN 8; thiết kế tiến trình dạy học sử dụng các bộ thí nghiệm đã thiết kế; TNSP tiến trình DH sử dụng các bộ thí nghiệm ở các lớp đối chứng và thực nghiệm trường TH&THCS Thống Nhất, Hạ Long, Quảng Ninh. Những vấn đề lí luận về thí nghiệm Vật lý 1. Thí nghiệm Vật lý Theo từ điển Tiếng Việt, khái niệm “thí nghiệm” nói chung và “thí nghiệm Vật lý” nói riêng được định nghĩa là: “Thí nghiệm là quá trình thử nghiệm dựa trên những điều kiện và nguyên tắc đã được xác định nhằm mục 5 đích nghiên cứu và chứng minh. Tác giả Nguyễn Đức Thâm định nghĩa: “Thí nghiệm Vật lý là hành động có chủ đích và có tổ chức của con người đối với các đối tượng trong thực tế khách quan.
Bằng cách phân tích các điều kiện xảy ra sự tác động và những kết quả thu được, chúng ta có thể tiếp cận tri thức mới. Kiến thức mới cần được thu thập bằng cách tiến hành các thí nghiệm vật lý. Tuy nhiên, thí nghiệm vật lý của học sinh có sự khác biệt so với thí nghiệm của nhà nghiên cứu ở nhiều khía cạnh trình bày, như đã chỉ ra trong bảng dưới đây. So sánh TN VL của nhà nghiên cứu và TN VL của học sinh Các thành phần Thí nghiệm Vật lý của Thí nghiệm Vật lý của thí nghiệm các nhà nghiên cứu học sinh Mục đích thí nghiệm Tìm tri thức mới phục vụ Tìm tri thức mới phục vụ cho nhân loại cho bản thân mình Phương án thí Tự đề ra Giáo viên hướng dẫn kết nghiệm hợp sách và tài liệu Dụng cụ thí nghiệm Đa dạng, độ khó cao về Ít loại, dễ tháo lắp, dễ thao kĩ thuật tác Thực hiện thí nghiệm Tự tiến hành Giáo viên hướng dẫn kết hợp sách và tài liệu Kết quả thí nghiệm Độ chính xác cao Có độ chính xác không cao Vì vậy, việc thực hiện thí nghiệm vật lý là một hoạt động bao gồm việc áp dụng một loạt các hành động, quy trình và công cụ phù hợp với mục tiêu, phương pháp thực hiện và các điều kiện cụ thể.
Mặc dù là một phần của hoạt động nhận thức nhưng việc tiến hành thí nghiệm khác với hoạt động tư duy lý thuyết. Sự khác biệt đơn giản là khi thực hiện các thí nghiệm vật lý, con người phải sử dụng kết hợp các giác quan, lao động chân tay và vận dụng trí tuệ. 6 Tiến hành một thí nghiệm vật lý bao gồm ba giai đoạn: chuẩn bị, thực hiện, thử nghiệm và xử lý kết quả. Mỗi giai đoạn bao gồm một chuỗi các hành động liên tiếp.
Cấu trúc tổng quát của hoạt động thực nghiệm của học sinh có thể được thể hiện qua Hình 1. Chuẩn bị thí nghiệm Làm rõ mục đích thí nghiệm. Tìm hiểu phương án, tiến trình thí nghiệm.” Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm. Lắp ráp vận hành thử.
Chuẩn bị bảng ghi kết quả thí nghiệm. Thực hiện thí nghiệm Điều kiện thí nghiệm Quan sát Đo đạc các hiện tượng đại lượng Ghi nhận kết quả “Xử lí, đánh giá kết quả thí nghiệm Xử lí đánh giá kết quả thí nghiệm Đối chiếu mục đích, đánh giá kết quả thí nghiệm. Sơ đồ cấu trúc hoạt động làm thí nghiệm của học sinh Cụ thể mỗi giai đoạn là: - Giai đoạn chuẩn bị TN: + Hành động tâm lý bên trong: Nêu rõ mục đích của thí nghiệm. Tìm hiểu thêm về thiết kế và quy trình thử nghiệm; So sánh kế hoạch với các yêu cầu cụ thể về công cụ và thiết bị; ghi nhớ các bước thực hiện thí nghiệm.
+ Hành động bên ngoài: bao gồm việc thu thập các vật liệu, thiết bị thí nghiệm, thiết bị điều khiển, dụng cụ đo lường, cùng với các thiết bị hỗ trợ cho 7 việc quan sát và ghi chép cần thiết. Tiếp theo, thực hiện lắp đặt và kiểm tra thử nghiệm; sau đó là vẽ bảng và ghi chép dữ liệu. Nếu điều này không thể thực hiện được trong giai đoạn chuẩn bị trong quá trình chạy thử, người thử nghiệm sẽ phải xem lại thiết kế và lựa chọn các công cụ và thay vào đó hãy sử dụng một thiết bị riêng. - Giai đoạn thực hiện TN + Chủ yếu là hành động từ bên ngoài: tác động vào sự vật để gây ra hiện tượng và điều khiển các quá trình vật chất; quan sát các vật thể, hiện tượng và quá trình; đo các đại lượng vật lý; ghi lại quá trình phát triển quá trình và dữ liệu thử nghiệm.
+ Hành động bên trong: So sánh các bước thực hiện thực tế với kế hoạch ban đầu; điều chỉnh các hoạt động bên ngoài để đảm bảo sự phù hợp. Một số thí nghiệm chỉ yêu cầu quan sát và không cần đo lường; có nhiều thí nghiệm đòi hỏi cả việc quan sát và đo lường số lượng. – Giai đoạn xử lý và đánh giá kết quả của thực nghiệm: + Hành động: xử lý các dữ liệu, hiện tượng thu thập được; so sánh và đối chiếu kết quả với mục tiêu thí nghiệm; quyết định nên dừng lại hay bắt đầu lại. + Sau khi xử lý hiện tượng, số liệu, so sánh kết quả với mục đích thí nghiệm; nếu mục tiêu đạt được thì kết thúc TN, chưa được thì làm lại.
Vai trò, mục đích của thí nghiệm trong dạy học nội dung Vật lí môn Khoa học tự nhiên Ngày nay, mục tiêu của các chương trình giáo dục không còn tập trung vào việc truyền đạt kiến thức cho học sinh mà tập trung vào việc rèn luyện khả năng tự giải quyết vấn đề và nhận thức của các em. Quá trình hình thành năng lực sáng tạo của học sinh không chỉ được quan tâm ở khâu vận dụng kiến thức vào trong thực tiễn mà còn được chú trọng ngay trong khâu xây dựng kiến thức mới. Mục tiêu giáo dục mới này không thể tách rời khỏi kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành mà là hai mặt của một tổng thể thống nhất về phẩm chất học 8 sinh. Để làm được điều này, TN vật lý còn đóng vai trò mới, đó là vai trò của TN trong hoạt động nhận thức của học sinh.
Cụ thể như sau: - Thí nghiệm là phương tiện làm xuất hiện vấn đề cần phải nghiên cứu, kích thích sự tìm tòi suy nghĩ của học sinh: thí nghiệm làm xuất hiện trước học sinh một hiện tượng mới lạ, xảy ra trái với suy nghĩ thông thường của học sinh và với vốn kiến thức đã có, học sinh không giải thích được. Như vậy, thí nghiệm giúp làm xuất hiện mâu thuẫn nhận thức, kích thích sự tò mò, nhu cầu hiểu biết, tức là thí nghiệm tạo tình huống có vấn đề. - Thí nghiệm là phương tiện hình thành giả thuyết: trong nghiên cứu vật lý, khi người nghiên cứu phải đối mặt với những vấn đề mới và chưa có kinh nghiệm liên quan thì khó có thể đưa ra những dự đoán sáng suốt. Để tránh đưa ra những dự đoán không có căn cứ, các nhà nghiên cứu tiến hành các thí nghiệm thăm dò để xác định tạm thời phương hướng của hiện tượng và xây dựng các giả thuyết dựa trên đó.
Trong trường hợp này, thí nghiệm không xác nhận bất cứ điều gì, nó chỉ gợi ý một ý tưởng. Tất nhiên, cùng một thí nghiệm có thể tạo ra những ý tưởng và dự đoán khác nhau. Đối với những học sinh có ít kiến thức hoặc kinh nghiệm vật lý, việc có được trải nghiệm thực tế ban đầu thông qua các thí nghiệm hỗ trợ cho việc hình thành giả thuyết là rất quan trọng. - Để đánh giá tính đúng đắn của giả thuyết thì không thể không nhắc đến hệ thống thí nghiệm: trong quá trình tìm tòi nghiên cứu để giải quyết một vấn đề mới, trước tiên các nhà khoa học phải đưa ra được câu trả lời dự đoán.
Giả thuyết này có một số cơ sở nhưng không chắc chắn vì không thể rút ra từ ra được từ những kiến thức đã biết. Vì vậy muốn biết giả thuyết này có đúng hay không, tức là nó có phù hợp với thực tế khách quan hay không, cần phải làm thí nghiệm kiểm tra. Nếu kết quả thực nghiệm phù hợp với giả thuyết thì giả thuyết đó trở thành sự thật khách quan, trở thành kiến thức khoa học. Bởi vì giả thuyết này là mới và chưa từng có nên các thí nghiệm để kiểm tra nó cũng là mới.
Các giả thuyết thường trừu tượng và chung chung, nhưng 9 các thí nghiệm lại chỉ đơn thuần là một biểu hiện trong các trường hợp cụ thể, với các điều kiện có thể quan sát được. Vì vậy, trước khi tiến hành thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, cần phải đảm bảo rằng việc suy luận của giả thuyết từ khái quát đến hiện tượng cụ thể trong thí nghiệm là phải chặt chẽ, không có sai sót. Quá trình suy luận thường mất nhiều thời gian, đòi hỏi phải sử dụng cả lập luận lôgic và các phép biến đổi toán học có độ khó cao và dễ sai sót. Do đó, một thí nghiệm không kiểm tra giả thuyết trực tếp mà gián tiếp qua kết quả của nó.
Các giả thuyết có thể mang lại nhiều kết quả khác nhau trong các điều kiện khác nhau. Càng có nhiều kết quả có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm thì giả thuyết càng có giá trị.