Vận dụng phương pháp mô hình theo hướng giải quyết vấn đề dạy học chương dòng điện trong các môi trường vật lí 11 trung học phổ thông
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (972.41 KB, 90 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
CAO THẮNG S
VậN DụNG PHƯƠNG PHáP MÔ HìNH
THEO HƯớNG GIảI QUYếT VấN Đề DạY HọC
CHƯƠNG DòNG ĐIệN TRONG CáC MÔI TRƯờNG
VậT Lí LớP 11 TRUNG HọC PHổ THÔNG
CHUYấN NGNH: LL& PP GING DẠY VẬT LÍ
MÃ SỐ: 60.14.10
LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC
Cán bộ hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. NGUYỄN ĐÌNH THƢỚC
VINH - 2011
LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học PGS. TS.
Nguyễn Đình Thước đã tận tình giúp tơi hồn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn giúp đỡ của các thầy cô giáo
trong tổ Phương Pháp Giảng dạy và Ban chủ nhiệm khoa Vật lí, Trường Đại
học Vinh đã động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận
văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu và các đồng nghiệp trường
THPT- DTNT Quế Phong - Nghệ An, đã sẵn sàng cộng tác, giúp đỡ và tạo điều
kiện cần thiết để tôi hồn thành chương trình nghiên cứu.
Nhân đây tơi xin chân thành cảm ơn bạn bè và người thân đã động viên
và giúp đỡ tôi trong thời gian qua.
Xin chân thành cảm ơn !
Vinh, tháng 12 năm 2011
Tác giả
Cao Thắng Sỹ
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
1.
Lí do chọn đề tài ...................................................................................... 1
2.
Mục đích nghiên cứu ............................................................................... 2
3.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................... 2
4.
Giả thiết khoa học .................................................................................... 2
5.
Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 2
6.
Các phương pháp nghiên cứu .................................................................. 3
7.
Đóng góp của đề tài ................................................................................. 3
8.
Cấu trúc luận văn ..................................................................................... 3
Chƣơng 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VẬN DỤNG PPMH
THEO HƢỚNG DHGQVĐ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ
Ở TRƢỜNG THPT ........................................................................ 4
1.1.
Mơ hình trong nghiên cứu Vật lý và dạy học Vật lý ............................... 4
1.1.1.
Khái niệm về mơ hình .............................................................................. 4
1.1.2.
Các chức năng của MH ............................................................................ 5
1.1.3.
Tính chất của MH .................................................................................... 5
1.1.4.
Các loại MH sử dụng trong nghiên cứu vật lý......................................... 9
1.2.
Phương pháp mơ hình trong nghiên cứu vật lý ..................................... 12
1.2.1.
Cơ sở lý thuyết của PPMH .................................................................... 12
1.2.2.
Cấu trúc của PPMH trong vật lý học. .................................................... 13
1.2.3.
Ưu - nhược điểm của PPMH trong nghiên cứu vật lý ........................... 16
1.3.
PPMH trong dạy học vật lý ................................................................... 18
1.3.1.
Vai trò của MH trong dạy học vật lý ..................................................... 18
1.3.2.
Tổ chức dạy học theo PPMH ................................................................. 20
1.3.3.
Các mức độ sử dụng PPMH trong dạy học vật lý ................................. 21
1.3.4.
Cấu trúc tài liệu giáo khoa theo PPMH ................................................. 24
1.4.
Dạy học giải quyết vấn đề ..................................................................... 26
1.4.1.
Cấu trúc của dạy học giải quyết vấn đề ................................................. 26
1.4.2.
Các điều kiện để triển khai dạy học GQVĐ .......................................... 28
1.4.3.
Vai trò của GV và HS trong dạy học GQVĐ ........................................ 31
1.5.
Xây dựng tiến trình dạy học kiến thức vật lý sử dụng PPMH theo
hướng DHGQVĐ ................................................................................... 31
1.6.
Một số ý kiến về tình hình dạy học chương: “Dịng điện trong các
mơi trường” ở THPT.............................................................................. 33
Kết luận chương 1 ............................................................................................... 34
Chƣơng 2. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƢƠNG “DỊNG
ĐIỆN TRONG CÁC MƠI TRƢỜNG” DỰA VÀO PPMH
THEO TINH THẦN DẠY HỌC GQVĐ .................................... 35
2.1.
Mục tiêu nội dung dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” .... 35
2.1.1.
Kiến thức ................................................................................................ 35
2.1.2.
Kỹ năng .................................................................................................. 36
2.1.3.
Thái độ ................................................................................................... 37
2.2.
Cấu trúc lôgic, nội dung của chương ..................................................... 37
2.2.1.
Cấu trúc lơgic của chương ..................................................................... 37
2.2.2.
“Vấn đề hóa” nội dung dạy của chương ................................................ 39
2.2.3.
Thiết kế một số giáo án dạy học chương: “Dịng điện trong các mơi
trường” sử dụng PPMH theo hướng DHGQVĐ (Vật lí 11- cơ bản) ........ 42
Kết luận chương 2 ............................................................................................... 61
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM....................................................... 62
3.1.
Mục đích ................................................................................................ 62
3.2.
Phương pháp thực nghiệm ..................................................................... 62
3.3.
Đối tượng thực nghiệm .......................................................................... 62
3.4.
Tiến trình thực nghiệm sư phạm ............................................................ 63
3.5.
Kết quả thực nghiệm .............................................................................. 64
3.5.1.
Lựa chọn tiêu chí đánh giá..................................................................... 64
3.5.2.
Đánh giá kết quả .................................................................................... 65
Kết luận chương 3 ............................................................................................... 70
KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................................ 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 72
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DHGQVĐ
:
Dạy học giải quyết vấn đề
ĐC
:
Đối chứng
GQVĐ
:
Giải quyết vấn đề
GV
:
Giáo viên
HS
:
Học sinh
MH
:
Mơ hình
PP
:
Phương pháp
PPMH
:
Phương pháp mơ hình
SBT
:
Sách bài tập
SGK
:
Sách giáo khoa
THPT
:
Trung học phổ thơng
TN
:
Thực nghiệm
TNSP
:
Thực nghiệm sư phạm
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ
Trang
Hình:
Hình 1.1.
Các loại MH sử dụng trong nghiên cứu vật lý .............................. 12
Hình 1.2.
Sơ đồ cấu trúc PPMH [13] ............................................................ 16
Hình 1.3.
Sơ đồ tiến trình dạy học vật lý bằng PPMH ................................. 21
Hình 1.4.
Sơ đồ tiến trình dạy học GQVĐ [16] ............................................ 27
Hình 1.5.
Tiến trình dạy học bằng PPMH theo hướng DHGQVĐ ............... 32
Hình 2.1.
Sơ đồ cấu trúc lơgic chương “Dịng điện trong các mơi
trường” SGK Vật lý 11 ban cơ bản ............................................... 38
Bảng:
Bảng 1.1.
Vai trò của GV và HS trong DHGQVĐ ...................................... 31
Bảng 3.1.
Bảng thống kê kết quả học tập môn vật lý trước khi tiến hành
TNSP: ............................................................................................ 63
Bảng 3.2.
Bảng thống kê điểm số qua 2 bài kiểm tra ................................... 66
Bảng 3.3.
Bảng thống kê số phần trăm HS đạt điểm xi qua 2 bài kiểm tra ...... 66
Bảng 3.4.
Bảng tần số tích luỹ (Số phần trăm HS đạt điểm xi).................. 66
Bảng 3.5.
Bảng các thông số thống kê qua 2 bài kiểm tra ............................ 68
Biểu đồ:
Biểu đồ 3.1. Phân phối tần suất .......................................................................... 67
Biểu đồ 3.2. Phân phối tần suất tích lũy ............................................................ 67
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
1
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Đất nước đang bước vào thời kì cơng nghiệp hóa với kỳ vọng đến năm
2020 trở thành một nước công nghiệp. Để đạt được mục tiêu đó, địi hỏi ngành
giáo dục Đào tạo phải đổi mới mạnh mẽ, toàn diện về chương trình, nội dung,
phương pháp dạy học trong nhà trường.
Mơn vật lý dạy học trong trường phổ thông là một môn học có nhiều nội
dung cơ sở của nhiều lĩnh vực kỷ thuật - cơng nghệ. Học sinh phổ thơng có kiến
thức vật lý tốt là một trong những điều kiện thuận lợi giúp các em tiếp tục học
nghề, tự tin bước vào cuộc sống lao động, làm việc trong một xã hội hiện đại.
Để nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học vật lý, cơ sở lý luận và thực
tiễn của các nước có nền giáo dục phát triển cho thấy cần phải quan tâm đến
việc đổi mới phương pháp dạy học trong nhà trường. Có thể nói, giáo dục cần
phải sáng tạo, vận dụng một cách sáng tạo các phương pháp dạy học. Vấn đề
mục tiêu dạy học, nội dung dạy học và phương pháp dạy học - phương tiện dạy
học có mối quan hệ biện chứng với nhau và phải hướng vào đối tượng học sinh,
nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức, phát triển tư duy khoa học và năng lực
sáng tạo của học sinh.
Khơng có một phương pháp dạy học nào độc tôn về mặt về mặt tích cực
trong dạy học, chính vì thế cần phải phối hợp các phương pháp dạy học để tăng
thêm tính tích cực trong tổ chức dạy học cho HS trong những bài học cụ thể.
Nội dung dạy học chương: “Dịng điện trong các mơi trường” Vật lý 11
THPT có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật và công nghệ. Với những kiến thức trừu
tượng về bản chất của dòng điện trong các môi trường như Kim loại; Điện phân;
Chân không; Chất khí; Bán dẫn.
Muốn thực hiện tốt 4 nhiệm vụ quan trọng của dạy học vật lý: giáo dưỡng,
giáo dục, phát triển trí tuệ và giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho HS qua các q trình
dạy học chương: “Dịng điện trong các môi trường”. Thực tế dạy học chúng tôi
thấy chưa đạt được như mong muốn về chuẩn kiến thức, kỹ năng, thái độ.
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
2
Với những lí do trên chúng tơi chọn đề tài nghiên cứu: Vận dụng phương
pháp mơ hình theo hướng giải quyết vấn đề dạy học chương: “Dòng điện trong
các môi trường”, Vật lý 11- cơ bản THPT.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu dạy học chương “Dịng điện trong các môi trường”, Vật lý
11- cơ bản THPT bằng PPMH theo hướng DHGQVĐ nhằm nâng cao chất lượng
và hiệu quả học tập của học sinh.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
+ PPMH và lý thuyết DHGQVĐ.
+ Quá trình dạy học Vật lý THPT.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Q trình dạy học chương: “Dịng điện trong các môi trường”.
4. Giả thiết khoa học
Nếu xây dựng được một số tiến trình dạy học chương: “Dịng điện
trong các môi trường” bằng PPMH theo hướng DHGQVĐ đáp ứng các u cầu
về tính khoa học, tính sư phạm sẽ có thể góp phần nâng cao chất lượng và hiệu
quả học tập của học sinh.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu PPMH và DHGQVĐ trong môn Vật lý.
Nghiên cứu phối hợp giữa PPMH và DHGQVĐ.
Tìm hiểu thực trạng dạy học chương: “Dịng điện trong các môi trường” ở
trường phổ thông trên địa bàn huyện Quế Phong - Nghệ An.
Thiết kế một số tiến trình dạy học về chương: “Dịng điện trong các môi
trường” theo SGK Vật lý 11- cơ bản THPT.
Nghiên cứu hiệu quả của các tiến trình dạy học đã đề xuất thông qua thực
nghiệm sư phạm.
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
3
6. Các phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý luận: Đọc các tài liệu, tạp chí giáo dục liên quan đến PPDH
Vật lý, PPMH và DHGQVĐ trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông.
Nghiên cứu thực tiễn:
+ Điều tra, khảo sát thực trạng dạy học chương: “Dòng điện trong các môi
trường” ở trường phổ thông.
+ Thực nghiệm sư phạm để đánh giá kết quả nghiên cứu kiểm chứng giả
thiết khoa học của đề tài.
Phương pháp thống kê toán học:
Xử lí các số liệu điều tra, khảo sát thực tiễn và kết quả định lượng trong
TNSP.
7. Đóng góp của đề tài
- Đánh giá thực tiễn dạy học chương: “Dòng điện trong các môi trường”
Vật lý 11- cơ bản ở trường THPT huyện Quế Phong - Nghệ An.
- Vận dụng dạy học sử dụng PPMH theo hướng DHGQVĐ vào dạy học
Vật lý.
- Thiết kế một số tiến trình dạy học bằng PPMH theo hướng DHGQVĐ
của chương: “Dòng điện trong các môi trường” Vật lý 11- cơ bản THPT.
8. Cấu trúc luận văn
Chƣơng 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn vận dụng PPMH theo hướng
DHGQVĐ trong DH Vật lý ở trường THPT.
Chƣơng 2: Thiết kế tiến trình dạy học chương: “Dịng điện trong các
mơi trường” sử dụng PPMH theo hướng DHGQVĐ.
Chƣơng 3: Thực nghiệm sư phạm.
Kết luận chung của luận văn
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
4
Chƣơng 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VẬN DỤNG PPMH THEO HƢỚNG
DHGQVĐ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƢỜNG THPT
1.1. Mơ hình trong nghiên cứu Vật lý và dạy học Vật lý
1.1.1. Khái niệm về mơ hình
Khái niệm mơ hình (MH) được sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thông
dụng hàng ngày với những ý nghĩa rất khác nhau. Trong các môn khoa học tự
nhiên HS thường gặp MH tế bào, MH lò cao, MH động cơ đốt trong, tức là vật
chất có cấu tạo khơng gian giống như vật mà ta cần nghiên cứu. MH phân tử,
MH nguyên tử lại mô tả những vật thể mà ta chỉ biết được những tính chất của
chúng chứ khơng quan sát trực tiếp được. MH quá trình dạy học, MH bài học lại
không phản ánh một vật thể nào cả mà phản ánh một sự kiện trừu tượng. MH
con người mới, MH nhà trường phổ thông được hiểu là mẫu mực mà ta phải
vươn tới chứ không phải là phỏng theo một thực thể đang tồn tại.
V.A Stôphơ đã định nghĩa MH như sau: “MH là một hệ thống được hình
dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh
những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy
việc nghiên cứu MH sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối tượng” [18].
Theo định nghĩa này, cần đặc biệt chú ý đến sự khác biệt giữa MH với đối
tượng vật chất. Một MH chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng vật chất.
Cùng một đối tượng vật chất có thể có nhiều MH khác nhau. Như vậy MH
không đồng nhất với đối tượng mà nó phản ánh.
Cịn theo Halbwachs thì định nghĩa: “Những dấu hiệu bao gồm trong các
hình vẽ, các giản đồ, các kí hiệu tốn học hay đơn giản hơn, những mệnh đề
được thành lập bởi các từ, những hệ thống sẽ được dùng để biểu diễn cảnh
huống. Với một hệ thống các dấu hiệu như thế, chúng ta gọi là một MH” [18].
Khái niệm “mơ hình” theo nghĩa chung nhất của nó thì là một cái gì đó
(một vật thể, một sự biểu đạt hình tượng, một phương trình…) thay thế cho cái
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
5
nguyên gốc, nó cho phép thay thế cho cái nguyên gốc này bởi sự trung gian giúp
cho dễ hiểu hơn, dễ đạt tới hơn đối với nhận thức. Quan hệ giữa MH với thực tế
có thể hoặc là sự tương tự về hình thức bề ngồi hoặc là sự tương tự của cái cấu
trúc bị che khuất, hoặc là sự tương tự chức năng, hiệu quả.
1.1.2. Các chức năng của MH
Như chúng ta đã biết, vai trò của một MH vật lý nhằm đảm bảo cho sự
thấu hiểu khoa học một đối tượng vật lý nào đó. Như vậy, trong vật lý học MH
có ba chức năng chính sau đây [13], [15], [18],…
a) Mô tả sự vật, hiện tượng.
b) Giải thích các sự kiện và hiện tượng có liên quan tới đối tượng.
c) Tiên đoán các sự kiện và hiện tượng mới.
Một MH không phải dùng để mô tả và giải thích các hiện tượng vật lý mà
hơn thế nữa, nó cịn được dùng để tiên đốn các hiện tượng mới. Khơng có chức
năng tiên đốn này, MH mất di vai trị quan trọng của nó trong khoa học.
Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng MH đường cảm ứng từ trong dạy học từ
trường và hiện tượng cảm ứng từ (lớp 11). MH đường cảm ứng từ khơng những
biểu diễn được hướng mà cịn cả độ lớn của lực từ ở mỗi điểm xung quanh nam
châm. Sử dụng MH đường cảm ứng từ giúp ta phát hiện ra định luật cảm ứng
điện từ: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một khung dây dẫn kín khi từ thông
qua tiết diện của khung dây biến thiên. Bằng MH đường cảm ứng từ ta cịn có
thể phát hiện ra một điều quan trọng là: Khơng gian xung quanh dịng điện cũng
tồn tại từ trường.
1.1.3. Tính chất của MH
Với tư cách là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối
tượng nghiên cứu, một MH có những tính chất cơ bản sau đây:
a) Tính tương tự với “vật gốc”:
Một hệ thống chỉ có thể được coi là MH của vật gốc khi có thể chuyển
được những kết quả nghiên cứu trên MH sang vật gốc. Nghĩa là nó có sự tương
tự giữa MH và vật gốc. Sự tương tự đó có thể là đồng cấu hoặc đẳng cấu.
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
6
Sự tương tự có thể thuộc loại cấu trúc, khi đó sự tương tự chủ yếu ở mối
quan hệ giữa các phần tử của hai hệ thống. Ví dụ MH ảnh của một vật trên võng
mạc: Quan hệ giữa phần này và phần kia của ảnh phản ánh đúng quan hệ giữa
hai phần tương ứng của vật. Cũng có thể là sự tương tự về chức năng, nghĩa là
các phân tử tương ứng của hai hệ thống có chức năng giống nhau nhưng cấu trúc
có thể khác nhau. Ví dụ MH ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ và gương cầu lõm dưới
những điều kiện giống nhau là giống nhau và lại biết: Có thể sử dụng một thấu
kính hội tụ làm vật kính trong chế tạo kính thiên văn. Từ đó cũng có thể sử dụng
gương cầu lõm làm vật kính trong MH kính thiên văn. Sự tương tự cũng có thể
giống nhau hay na ná giống nhau ở kết quả các quá trình trong hai hệ thống,
thuộc loại cuối cùng thường thấy khi so sánh một hệ thống vật chất thực và sự
diễn tả toán học của nó. Các phần tử thuộc hai hệ thống này khơng có điểm nào
giống nhau nhưng kết quả thu được trong q trình biến đổi tốn học lại phù hợp
với kết quả thu được bằng thực nghiệm. Ví dụ MH tốn học diễn tả dao động
điều hịa: Sự tương tự giữa quy luật biến đổi của điện tích q trong mạch cũng
giống như quy luật biến đổi của li độ x trong dao động của con lắc lò xo.
Trong dạy học vật lý, tính chất tương tự với vật gốc của MH có ý nghĩa
quan trọng: Sử dụng tính chất này khi xây dựng MH, HS được rèn luyện một
loạt các thao tác tư duy, được phát triển niềm tin vào mối liên hệ có tính khái
qt, có tính quy luật của các sự vật, hiện tượng tự nhiên đa dạng, phong phú.
Sử dụng tính chất này cịn góp phần nâng cao hiệu quả giờ học, thể hiện trước
hết ở tính sâu sắc, tính hệ thống của các kiến thức vì nó tạo điều kiện khi HS liên
hệ cái chưa biết với cái đã biết, phát hiện những mối liên hệ giữa các hệ thống
khác nhau ở các phần khác nhau của vật lý cũng như những dấu hiệu giống nhau
và khác nhau của chúng.
b) Tính đơn giản:
Như ta đã biết, thực tế khách quan vô cùng đa dạng và phong phú. Mỗi
MH chỉ phản ánh được một mặt nào đó của thực tế. Nhiều khi một hệ thống thực
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
7
thể khách quan phải dùng đến nhiều MH để phản ánh. Trong khi xây dựng MH
ta phải thực hiện các thao tác trừu tượng hóa, khái quát hóa những thao tác ấy
bao giờ cũng dẫn đến một sự đơn giản hóa vì rằng ta đã tước bỏ những chi tiết
thứ yếu, chỉ cịn lại những thuộc tính và những mối liên hệ bản chất. Như vậy
tính đơn giản của MH là một tất yếu khách quan.
Mặt khác cũng nhờ tính đơn giản này của MH mà nhà nghiên cứu có thể
nắm bắt được những vấn đề cơ bản nhất của thực tế khách quan, khái quát hóa
chúng mà rút ra những quy luật. Nếu không dùng những MH đơn giản để nghiên
cứu mà nghiên cứu ngay những hiện tượng thực tế phức tạp thì nhiều trường
hợp quy luật bị lu mờ và nhà nghiên cứu có thể bị nhầm lẫn.
c) Tính trực quan:
Trước hết tính trực quan của MH thể hiện ở chỗ dễ dàng nhận biết bằng
các giác quan. Ta có thể cảm giác, tri giác trực tiếp trên MH, nhưng nhiều khi
khơng làm được việc đó trên các hiện tượng thực tế.
Tính trực quan cũng thể hiện ở chỗ ta đã vật chất hóa những tính chất,
những quan hệ không thể trực tiếp tri giác được. Ví dụ, lực hút, lực đẩy giữa các
phân tử được biểu diễn trên MH bằng các gạch nối đậm hay mảnh, hoặc quy luật
chuyển động được biểu diễn bằng đồ thị vận tốc.
Khái niệm trực quan còn được mở rộng trong trường hợp MH không trực
tiếp diễn tả hiện tượng thực tế mà so sánh với một hiện tượng thực tế khác mà ta
có thể tri giác bằng giác quan được. Ví dụ như dùng MH sóng nước để diễn tả
sự giao thoa của sóng ánh sáng mặc dù sóng ánh sáng hồn tồn khác sóng
nước. Rõ ràng mức độ trực giác gián tiếp loại này phụ thuộc vào vốn hiểu biết
của chính chủ thể, do chủ thể đã tích lũy được từ trước.
Ý nghĩa của tính trực quan của MH trong dạy học thể hiện ở chỗ, làm cho
HS dễ hình dung các hiện tượng vật lý khơng thể quan sát trực tiếp được (Ví dụ
sử dụng con lắc lị xo để trực quan hóa q trình xảy ra và sự biến đổi của các
đại lượng vật lí trong mạch dao động điện LC), dễ hiểu hơn các khái niệm trừu
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
8
tượng (ví dụ khi minh họa các khái niệm dịng điện và hiệu điện thế, có thể sử
dụng hình ảnh dịng nước chảy để trực quan hóa các kiến thức trên).
d) Tính quy luật riêng:
Khi xây dựng MH, người ta dựa vào sự tương tự của nó với tình huống
vật lý mà nó phản ánh. Nhưng bản thân MH có những tính chất riêng của nó
được quy định bởi các tính chất của các phân tử của nó và mối quan hệ giữa các
phần tử ấy. Mối quan hệ ấy tuân theo quy luật riêng, nhiều khi không còn giống
những quy luật chi phối mối quan hệ giữa các phần tử trong tình huống vật lý
nữa. Chẳng hạn như MH kí hiệu tốn học tn theo những quy luật toán học. Từ
sự vận động của các quy luật riêng này có thể rút ra những kết luận mới có khả
năng chuyển tải sang tình huống vật lí (vật gốc). Đương nhiên rằng sự tiên đốn
này có tính chất giả thiết, cần được kiểm tra lại.
Đây là giá trị nhận thức của MH. Nhờ tính chất này mà với MH ta khơng
chỉ dừng lại ở sự mơ tả, tìm hiểu các tình huống vật lý mà cịn phát hiện ra tính
chất mới, cung cấp những thơng tin mới.
e) Tính lý tưởng:
MH xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn. Nhưng khi ta MH hóa một
vật, một mối quan hệ nào đó ta đã thực hiện một sự trừu tượng hóa, khái qt
hóa, phản ánh các thuộc tính của vật thể, hiện tượng khách quan ở mức độ hoàn
thiện cao, loại bỏ tất cả những ảnh hưởng nhiễu trong nhận thức. Như vậy MH
nào cũng có tính chất lý tưởng ít hay nhiều. Nói cách khác khơng có MH nào
giống hệt thực tiễn bởi nếu MH hoàn toàn giống thực tế khách quan thì nó
khơng cịn tính cách là vật đại diện, thay thế nữa. Một MH vật lý chỉ phản ánh
đến một mức độ nhất định một vài mặt của một tình huống vật lý.
Tính chất lý tưởng của MH ngày càng cao thì MH càng khái quát và giúp
ta nhận thức được những nét chung nhất của hiện tượng và bao trùm được một
số càng lớn hiện tượng. Nhưng càng khái qt, càng có tính lý tưởng cao thì khi
sử dụng MH để nghiên cứu thực tế càng gặp nhiều khó khăn vì ta phải bổ sung
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
9
vào cấu trúc chung của MH rất nhiều yếu tố cụ thể phù hợp với các tính chất đối
tượng nghiên cứu.
1.1.4. Các loại MH sử dụng trong nghiên cứu vật lý
Ta có thể phân các MH vật lý ra làm hai loại [12], [13], [15], [16],…
A) MH vật chất:
Là MH trên đó phản ánh đặc trưng cơ bản về mặt hình học, vật lý, động
lực học, chức năng học của đối tượng nghiên cứu.
Thí dụ: MH máy bay, MH lò cao, MH động cơ đốt trong…Loại MH này
chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức khi cần hình thành những
biểu tượng hoặc thu thập kiến thức có tính chất kinh nghiệm. Những kiến thức
thu thập được trên MH hình là những tính chất bên ngoài của hiện tượng, của
đối tượng thực.
B) MH lý tưởng (hay MH lý thuyết):
Là những MH trừu tượng, trên đó về nguyên tắc người ta chỉ áp dụng
những thao tác tư duy lý thuyết. Các phần tử của MH và đối tượng nghiên cứu
thực tế có thể có bản chất vật lý hoàn toàn khác nhau nhưng hoạt động theo
những quy luật giống nhau. Các MH lý thuyết có thể có rất nhiều loại tùy theo
mức độ trừu tượng khác nhau.
a) MH kí hiệu:
Là dạng cụ thể nhất của MH lý tưởng. Đó là hệ thống những kí hiệu dùng
với tư cách là MH: Hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các cơng thức, phương trình
tốn học. Chúng tơi chú ý đặc biệt đến hai loại MH kí hiệu là MH toán học và
MH đồ thị.
a1) MH toán học: Là những MH có bản chất khác với vật gốc, chúng diễn
tả những đặc tính của vật gốc bằng một hệ thức toán học. Chẳng hạn như tất cả
các đại lượng q biến thiên thỏa mãn phương trình: q”+ 2 q = 0 đều biến thiên
theo một quy luật điều hịa. Bởi vậy có thể dùng cơng thức đó là MH của mọi
dao động điều hịa khơng phụ thuộc vào bản chất của dao động. Mục đích của
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
10
MH hóa là thay thế đối tượng nghiên cứu bằng phương trình sao cho có thể thu
được những thông tin cần thiết một cách dễ dàng nhất. Bởi vậy có thể ở giai
đoạn đầu của q trình nhận thức xuất phát từ những yếu tố quan sát được (lực
đàn hồi) để xây dựng MH dao động cơ học, sau đó dùng MH để nghiên cứu dao
động điện khơng quan sát trực tiếp được.
Tuy MH tốn có ưu điểm về sự chặt chẽ của tốn học, có thể xét tới
những yếu tố ảnh hưởng nhỏ nhất tham dự vào quá trình thực nghiệm, song sự
chặt chẽ này lại là nhược điểm của MH tốn học, vì nó có khoảng cách khá xa
với tính linh động của các q trình thực, nhất là các quá trình xã hội.
a2) MH đồ thị: Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến MH đồ thị, là loại MH rất
thông dụng trong nghiên cứu vật lý, đặc biệt là trong nghiên cứu thực nghiệm,
nhưng chưa được hiểu và sử dụng đúng mức.
Vai trò của đồ thị thể hiện rất rõ: Đồ thị biểu diễn một mối quan hệ giữa
hai hoặc ba đại lượng vật lý mô tả hiện tượng tự nhiên.
Nếu chỉ dừng lại ở việc giải thích hiện tượng theo quan điểm vĩ mơ (theo
hiện tượng luận) thì trong nhiều trường hợp, có thể dùng đồ thị để giải thích sự
diễn biến của hiện tượng. Chẳng hạn, người ta thường dùng đặc tuyến vôn ampe của tranzito để chọn điểm làm việc của nó. Ngược lại với một điểm làm
việc nhất định, thì dựa vào đặc tuyến vơn - ampe ta có thể biết tranzito hoạt
động ở chế độ tuyến tính hay khơng tuyến tính.
Mỗi đồ thị khơng những phản ánh đơn thuần mối liên hệ hàm số giữa hai
đại lượng vật lý, mà nó mang nhiều thơng tin q báu ngồi mối liên hệ đó. Đó
chính là chức năng tiên đốn của đồ thị. Đồ thị của đường đẳng tích và đường
đẳng áp đã cho ta tiên đoán sự tồn tai của độ khơng tuyệt đối.
Nếu một đồ thị có một cực đại (hay một cực tiểu) thì nó sẽ cho ta thấy có
hai yếu tố trái ngược nhau chi phối hiện tượng mà ta xét. Đó chẳng hạn là
trường hợp đồ thị thực nghiệm của sự phụ thuộc năng suất phát xạ đơn sắc của
vật đen tuyệt đối và bước sóng.
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
11
Như vây, đồ thị vật lý có đủ tư cách là một MH lý thuyết của hiện tượng
vật lý.
Để cho đồ thị có ý nghĩa như một mơ hình độc lập chứ khơng phải chỉ là
một dạng để biểu diễn một cơng thức tốn học, cần nói rõ cách xây dựng và sử
dụng riêng của đồ thị.
a3) MH lơgic - tốn: MH này dựa trên ngơn ngữ tốn học. MH này được
sử dụng rộng rãi trên các máy tính điện tử. Có thể coi MH sử dụng trong máy
tính điện tử là MH đã được vật chất hóa. Những hiện tượng hoặc quá trình cần
nghiên cứu được MH hóa dưới dạng chương trình của máy tính, nghĩa là hệ
thống quy luật đã được mã hóa theo ngơn ngữ của máy, chương trình này có thể
coi như algorit của các hành vi của đối tượng nghiên cứu.
b) MH biểu tượng:
MH biểu tượng là dạng trừu tượng nhất của MH lý tưởng. Những MH
biểu tượng không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà chỉ có trong tư duy
của ta. Ta chỉ nêu algorit đã tạo ra MH rồi hình dung nó trong óc chứ khơng cần
làm ra MH cụ thể. Với sự hình dung đó người ta có thể hiểu được hành vi của
MH (và do đó của đối tượng cần nghiên cứu) bằng cách suy luận lôgic. Ví dụ
MH phân tử trong thuyết động học phân tử của chất khí. MH này mang nhiều
đặc tính khơng thể diễn tả bằng một vật cụ thể hay một kí hiệu (quả cầu đàn hồi,
có lực hút, lực đẩy, chuyển động hỗn loạn v.v…).
MH lý thuyết nhiều khi được vật chất hóa dưới một dạng nào đó để hỗ trợ
cho q trình tư duy. Ví dụ MH cấu tạo chất: Vật chất được cấu tạo từ những hạt
nhỏ bé, riêng biệt, giữa các hạt có khoảng cách. Hiện tượng quan sát được trên
MH “ngô - vừng” khi chúng được trộn lẫn vào nhau có thể chuyển sang vật gốc
“rượu - nước”.
Trong vật lý học những MH lý thuyết có tác dụng to lớn đối với quá trình
nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng. MH kí hiệu và MH biểu tượng
trong sáng tạo khoa học vật lý liên quan mật thiết với nhau và có ảnh hưởng đến
sự phát triển của nhau.
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
12
Tóm lại, ta có thể xây dựng sơ đồ các loại MH như ở hình 1 sau đây:
MƠ
HÌNH
MH
lý thuyết
MH
vật chất
MH
cấu trúc
MH
chức năng
MH
tốn học
MH
kí hiệu
MH
đồ thị
MH
biểu tượng
MH
lơgic tốn
Hình 1.1. Các loại MH sử dụng trong nghiên cứu vật lý
1.2. Phƣơng pháp mơ hình trong nghiên cứu vật lý
Trong PPMH, người ta dựng lại các tính chất cơ bản của vật thể, hiện
tượng, quá trình và mối quan hệ giữa chúng dưới dạng MH. Việc nghiên cứu
trên MH sẽ thay thế cho chính đối tượng thực tiễn, những kết quả nghiên cứu
trên MH sẽ thay thế cho những đối tượng gốc cho phép ta thu được những thông
tin mới về đối tượng gốc.
1.2.1. Cơ sở lý thuyết của PPMH [13], [18]
Cơ sở lý thuyết của PPMH là PP tương tự. Theo PP này ta dựa vào sự
giống nhau một phần về các tính chất hay về các mối quan hệ mà chuyển các
thông tin thu thập được từ một đối tượng này sang một đối tượng khác. Thuật
ngữ “đối tượng” ở đây dùng theo nghĩa rộng chỉ một vật thể (hay hệ vật thể)
hoặc một hình ảnh (hoặc một hệ hình ảnh) trừu tượng hay một sơ đồ lơgic.
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
13
Giả sử có một đối tượng A mà ta biết có những tính chất a 1, a2, a3, …, an+1
còn khi nghiên cứu đối tượng B ta chỉ mới thấy B có những tính chất a1, a2, a3,
…, an giống như đối tượng A. Ta có thể suy ra rằng B cũng có tính chất a n+1 như
đối tượng A nếu như giữa a1, a2, a3, …, an+1 có một quy luật lơgic gắn bó.
Rõ ràng sự suy luận tương tự trên chỉ có tính chất là một giả thuyết, là
nguồn gốc tri thức mới. Những giả thuyết đó chỉ trở thành nhận thức khoa học
khi chúng được kiểm tra và xác nhận bằng thực nghiệm.
Sở dĩ sự suy luận bằng phép tương tự đạt được những kết quả đáng tin cậy
trở thành một PP có hiệu lực trong khoa học vì theo Kedrốp: Sự tương tự có
ngun nhân sâu xa là sự thống nhất bản chất bên trong của những hiện tượng
khác nhau, sự thống nhất có tính tổng quát của các định luật chung chi phối định
luật riêng.
Trước hết chúng tương tự với nhau vì chúng tuân theo những mối quan hệ
nhân quả. Dựa trên sự tương tự giữa các hệ quả mà người ta có thể đưa ra sự
tương tự giữa các nguyên nhân và ngược lại. D.Didorot đã viết: “Trong vật lý
học tất cả những hiểu biết của chúng ta đều dựa vào sự tương tự nếu sự giống
nhau về hệ quả mà không cho phép ta kết luận về sự giống nhau về ngun nhân
thì khoa học vật lí sẽ ra sao? Có cần phải đi tìm nguyên nhân của tất cả cấc
hiện tượng tương tự khơng loại trừ gì hết? Liệu điều đó có thực hiện được
khơng? Y học và những lĩnh vực thực nghiệm của vật lí sẽ như thế nào nếu
khơng có ngun lý tương tự đó…Có thể rút ra được kết luận gì từ rất nhiều sự
kiện, thực nghiệm và quan sát?”
Trong lịch sử khoa học, PP tương tự đã dẫn đến nhiều phát minh vĩ đại.
Đa số những giả thiết khoa học ngày nay đều được đề xuất dựa trên sự tương tự
với những nguyên lý, những tiên đề hoặc những kết quả đã có từ trước trong
khoa học và đã được thực nghiệm xác nhận là đúng đắn.
1.2.2. Cấu trúc của PPMH trong vật lý học [13]
Trong vật lý, PPMH có cấu trúc gồm 4 giai đoạn chính sau đây:
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
14
Bước 1: Nghiên cứu tính chất của đối tượng gốc:
Bằng quan sát thực nghiệm, người ta phát hiện được một hệ thống tính
chất của đối tượng nghiên cứu. Giai đoạn này còn gọi là tập hợp các sự kiện ban
đầu làm cơ sở để xây dựng mơ hình.
Bước 2: Xây dựng MH:
Thông thường do kết quả của sự tương tự người ta đi đến sự hình dung sơ
bộ về sự vật, hiện tượng cần nghiên cứu, tức là đi đến một MH sơ bộ, chưa đầy
đủ. Trong giai đoạn này trí tưởng tượng và trực giác giữ vai trị quan trọng. Nhờ
có trí tưởng tượng và trực giác mà người ta có thể trừu xuất được những tính
chất và những mối quan hệ thứ yếu của đối tượng nghiên cứu, thay nó bằng MH
chỉ mang tính chất và những mối quan hệ chính mà ta quan tâm. MH lúc đầu
mới chỉ có trong óc người nghiên cứu. Nó trở thành mẫu, dựa vào đó nhà nghiên
cứu xây dựng những MH thật (nếu nhà nghiên cứu dùng PPMH vật chất). Trong
trường hợp MH lý tưởng thì người ta đem đối chiếu trong óc MH với những vật,
những hiện tượng mà người ta đã quen biết, chẳng hạn như trong thuyết động
học chất khí, người ta đã trừu xuất những chi tiết về cấu trúc của các phân tử
chất khí, chỉ còn giữ lại những đặc điểm về mặt động học của các phân tử và
thay thế những phân tử khí bằng những hạt. Những hạt này giống với những quả
cầu va chạm tuyệt đối đàn hồi mà ta đã biết rõ những quy luật chi phối chúng.
Bước 3: Thao tác trên MH suy ra hệ quả lý thuyết:
Sau khi xây dựng MH người ta áp dụng những PP lý thuyết hoặc thực
nghiệm khác nhau từ tư duy trên MH và thu được kết quả, những thông tin mới.
Đối với các MH vật chất thì người ta dùng thí nghiệm thực trên MH. Cịn đối
với MH lý tưởng thì thao tác với các MH trong óc, tức là áp dụng những phép
tính hay những phép phân tích suy luận lơgic dựa trên các mệnh đề của MH như
các tiên đề. Người ta coi cơng việc này như làm một thí nghiệm đặc biệt gọi là
thí nghiệm tưởng tượng. Thí nghiệm tưởng tượng tuy khơng có thật nhưng có
thể thực hiện được và có vai trị rất lớn trong khoa học. Theo Heisenberg: những
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
15
thí nghiệm đó được sáng tạo để giải thích những vấn đề đặc biệt quan trọng bất
kể trong thực tế ta có thể thực hiện được thí nghiệm đó hay khơng. Dĩ nhiên,
điều quan trọng là thí nghiệm đó có thể thực hiện về nguyên tắc, mặc dầu kỹ
thuật thực hiện nó có thể rất phức tạp.
Trong PPMH lý tưởng người ta biết trước hành vi của MH trong những
điều kiện xác định. Điều người ta muốn biết thêm là hiệu quả của những hành vi
đó như thế nào.
Thí nghiệm tưởng tượng thực chất là một thao tác lôgic chứ không phải là
một PP nghiên cứu khách quan, những kết quả trên MH phải được chuyển đổi
về đối tượng nghiên cứu (đối tượng gốc) xem có phù hợp.
Bước 4: Thực nghiệm kiểm tra:
- Nếu bản thân MH là một phần tử cấu tạo của nhận thức thì phải kiểm tra
sự đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu được từ MH với kết quả thu
được trực tiếp từ đối tượng gốc. Nếu sai lệch thì phải điều chỉnh ngay chính
MH, có trường hợp phải bỏ ngay chính MH đó và thay bằng một MH khác. Thí
dụ, MH cấu tạo phân tử khí lý tưởng vừa là đối tượng của nhận thức vừa là
phương tiện nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu trên MH đó đem áp dụng cho khí
thực có sai lệch với thực tế. Bởi vậy phải chỉnh lý MH khí lý tưởng và phải xây
dựng MH khí thực.
- Nếu bản thân MH khơng phải là đối tượng của nhận thức mà chỉ là
phương tiện để nghiên cứu thì việc xử lí kết quả, hợp thức MH là phải phân tích
những kết quả thu được trên MH thành những thông tin về đối tượng nghiên cứu
(ví dụ như MH kỹ thuật, MH tốn học…) nếu những thơng tin ấy khơng phù
hợp cũng phải chỉnh lí lại MH.
Trong nhiều trường hợp MH chỉ phản ánh được một hay một số mặt của
đối tượng nghiên cứu, còn nhiều mặt khác thì khơng phản ánh được, thậm chí
phản ánh sai lệch.
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
16
Những MH đã được kiểm nghiệm trong thực tế là những MH hợp thức và
dùng để phản ánh một số mặt của đời sống khách quan. Nó có thể thay đổi, hoàn
chỉnh thêm hoặc bị bác bỏ khi người ta có thêm thơng tin chính xác hơn về đối
tượng gốc.
Tóm lại, ta có thể xây dựng sơ đồ cấu trúc của PPMH như ở hình 2
dưới đây:
Thuyết
(MH hồn chỉnh)
Kết quả nghiên cứu
trên MH
Nghiên
cứu trên
MH
Nhận thức
về đối tượng
PP thực
nghiệm
Các PP lơgic
tốn
Mơ hình
Xây dựng MH
- PP tương tự
- PP trừu tượng
Hợp thức
hóa MH
Đối tượng
của nhận thức
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc PPMH [13]
1.2.3. Ưu - nhược điểm của PPMH trong nghiên cứu vật lý
a) Những ưu điểm:
Trước hết PPMH giúp ta hiểu rõ đối tượng nghiên cứu. MH là vật đại diện
trên đó ta sẽ tác động các thao tác lơgic và thực nghiệm. Rất nhiều hiện tượng và
q trình được giải thích rõ ràng thơng qua MH. Ví dụ như MH khí lý tưởng giải
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
17
thích các định luật thực nghiệm về chất khí (định luật Bơilơ-Mariốt, định luật
Gayluyxac, định luật Saclơ).
Sự giải thích bằng MH là hình thức cổ xưa nhất trong khoa học. Người ta
coi những quy luật chi phối MH cũng là những quy luật của chính đối tượng
nghiên cứu. Ngày nay, khi khoa học đi sâu vào thế giới vi mơ khơng trực tiếp
quan sát được thì chức năng mơ tả giải thích của mơ hình càng có hiệu lực.
Nhiều khi cùng một đối tượng phải dùng đến nhiều MH mới giải thích
được. Những MH này có thể có những tính chất trái ngược nhau. Chẳng hạn như
để giải thích sự truyền ánh sáng, trong vật lý học cổ điển, người ta dùng MH
“hạt ánh sáng”, nhưng sau đó khi phát hiện ra hiện tượng giao thoa ánh sáng thì
lại dùng “MH sóng ánh sáng” để giải thích. Đối với vật lý học cổ điển thì hai
khái niệm sóng và hạt là hoàn toàn khác biệt. Chỉ mãi đến đầu thế kỷ XX sau
khi xây dựng cơ học lượng tử, MH lưỡng tính sóng hạt mới xóa bỏ sự khơng
tương thích đó.
Có trường hợp một MH có thể dùng cho nhiều hiện tượng khác nhau về
bản chất. Ví dụ phương trình sóng có thể là sự truyền âm trong khơng khí, của
sự lan truyền sóng điện từ trong chân khơng, của chuyển động của êlectron trong
ngun tử. Điều đó nói lên một lần nữa sự thống nhất của vật chất.
Xu hướng hiện đại của vật lý học là xây dựng những MH khái quát phản
ánh nhiều mặt của thế giới khách quan.
PPMH trong nhiều trường hợp đã làm xuất hiện những lý thuyết mới.
Chẳng hạn MH sóng Đơbrơi đã dẫn đến cơ học lượng tử.
PPMH có thể giúp ta phát hiện ra những sự kiện mới chưa biết. Đặc biệt
MH tốn học nhiều khi có tác dụng tiên đốn rất lớn. Chẳng hạn dựa vào
phương trình năng lượng của êlectron: E2 = p2c2 + m02c2, Đirắc đã tiên đoán
được: Ngồi êlectron có năng lượng dương, cịn có hạt khác có năng lượng âm:
E=-
p 2 c 2 m0 c 2 . Điều này về sau được thực nghiệm xác nhận là đúng. Hạt
2
có năng lượng âm đó là positon.
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4..22.Tai lieu. Luan 66.55.77.99. van. Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an.Tai lieu. Luan van. Luan an. Do an
18
Cơ học lượng tử khơng chỉ nói đến ánh sáng mà còn chứng minh bằng lý
thuyết rằng các hạt vi mơ đều có tính chất sóng. Điều tiên đoán này đã được
thực nghiệm xác nhận.
b) Những nhược điểm:
Các nhà khoa học đều công nhận tác dụng lớn lao của PPMH, nhưng đồng
thời cũng nhấn mạnh tính gần đúng, tính tạm thời của nó. Các MH tuy phản ánh
thế giới khách quan nhưng khơng thể thay thế hồn tồn hiện thực khách quan
được. Thậm chí nhiều MH có giá trị như một cơng cụ, phương tiện. Ví dụ
Macxoen dùng MH “ête vũ trụ” để xây dựng các phương trình Macxoen về từ
trường, nhưng ngay trong các phương trình đó cũng khơng có dấu hiệu nào đặc
trưng cho ête vũ trụ. Trong thuyết của Macxoen khơng nói gì đến vai trò của ête
vũ trụ trong các hiện tượng điện từ. Chính vì vậy, chính Macxoen cũng coi ête
vũ trụ như một “giàn giáo” để xây dựng một tòa nhà, và khi tịa nhà đã xây dựng
xong thì bộ “giàn giáo” cũng bị giỡ bỏ đi.
Mặt khác, mặc dù mỗi MH chỉ phản ánh được một mặt nào đó của thế
giới khách quan, nhưng khi sử dụng một MH người ta thường gán cho nó một
tầm khái quát rộng hơn. Và, có khi vì q tin vào một MH đã được xác lập mà
người ta đi đến sự bảo thủ, không thừa nhận những sự kiện thực tế trái với MH
đó. Ví dụ như vì q tin vào MH cơ học của thế giới (theo Niu-tơn) nên các nhà
khoa học phải trải qua một thời kỳ dài dằn vặt và đấu tranh mới xác lập được
những quan điểm lượng tử và tương đối tính là những MH mới phản ánh sâu
sắc, đầy đủ hơn thế giới vật chất.
1.3. PPMH trong dạy học vật lý [12], [13], [15], [16]
1.3.1. Vai trò của MH trong dạy học vật lý
Ở nhà trường phổ thông, chúng ta có thể sử dụng PPMH như một PP độc
lập trong dạy học một số kiến thức vật lý. Việc giảng dạy vật lý không chỉ giới
hạn trong việc truyền thụ cho HS những tri thức của bộ môn này, mà điều quan
@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn
