Khai thác và sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh khi dạy học phần Từ trường

MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ i
Lời cam đoan ii
Lời cám ơn iii
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 4
1. Lí do chọn đề tài 4
2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu 6
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 8
4. Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 8
5. Phương pháp nghiên cứu 8
6. Đối tượng nghiên cứu 9
7. Phạm vi, giới hạn nghiên cứu 9
8. Giả thuyết khoa học 9
9. Cấu trúc của luận văn 9
NỘI DUNG 10
Chương 1. Cơ sở lí luận về tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh với
sự hỗ trợ của máy vi tính trong thí nghiệm 10
1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí 10
1.1.1. Hoạt động nhận thức 10
1.1.2. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí 12
1.2. Vai trò của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh 15
1.2.1. Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức 15
1.2.2. Thí nghiệm là phương tiện của việc kiểm tra tính đúng đắn của
tri thức 16
1.2.3. Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức vào thực tiễn 17
1.3. Khả năng hỗ trợ thí nghiệm của máy vi tính 18
1.3.1. Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống

trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh 18

1.3.2. Các chức năng của máy vi tính trong hỗ trợ thí nghiệm 20
1.3.3. Các loại thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính 21
1.3.3.1. Thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo 21
1.3.3.2. Thí nghiệm ghép nối với máy vi tính 27
1.3.3.3. Trực quan hóa thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính 30
1.4. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh với việc sử dụng thí nghiệm
có sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học vật lí 31
1.5. Kết luận chương 1 32
Chương 2. Khai thác và sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính
trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh 35
2.1. Đặc điểm phần Từ trường trong chương trình vật lí nâng cao THPT 35
2.1.1. Cấu trúc chương và chuẩn kiến thức, kĩ năng 35
2.1.2. Những khó khăn gặp phải khi dạy học phần Từ trường 36
2.1.3. Khả năng hỗ trợ thí nghiệm của máy vi tính trong phần Từ trường 38
2.1.3.1. Dùng máy vi tính trực quan hóa thí nghiệm 38
2.1.3.2. Dùng máy vi tính xây dựng, trình chiếu các thí nghiệm mô phỏng,
thí nghiệm ảo 39
2.1.3.3. Dùng máy vi tính xây dựng các thí nghiệm thực ghép nối máy
vi tính 39
2.2. Quy trình khai thác và sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy
vi tính trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh 39
2.3. Xây dựng, khai thác thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính 41
2.3.1. Khai thác các thí nghiệm trực quan hóa nhờ máy vi tính 41
2.3.2. Khai thác các thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo 47
2.3.3. Xây dựng các thí nghiệm thực với sự hỗ trợ của máy vi tính 49
2.4. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức trong chương Từ trường
có sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính 61
2.4.1. Bài 1: Từ trường 61
2.4.2. Bài 2: Cảm ứng từ. Định luật Am-pe 63
2.4.3. Bài 3: Từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản 66


2.4.4. Bài 4. Lực Lo-ren-xơ 68
2.5. Kết luận chương 2 71
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm 73
3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm 73
3.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 73
3.3. Đối tượng và phạm vi thực nghiệm sư phạm 74
3.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 74
3.4.1. Đánh giá định tính 74
3.4.2. Đánh giá định lượng 75
3.4.3. Kiểm định giả thuyết thống kê 79
3.5. Kết luận chương 3 80
KẾT LUẬN 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 84
PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Ngày nay, sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ cùng với sự
bùng nổ thông tin đã làm cho kho tàng tri thức nhân loại tăng lên nhanh chóng.
Điều đó đã đặt ra cho giáo dục những nhiệm vụ nặng nề và khó khăn. Nhà trường
không thể cung cấp, truyền thụ hết toàn bộ khối kiến thức đồ sộ của nhân loại đến
từng học sinh. Vì vậy, đổi mới giáo dục là một yêu cầu cấp bách của thực tiễn đặt ra
cho tất cả các nước, trong đó có Việt Nam chúng ta. Để đáp ứng yêu cầu về con
người và nguồn nhân lực là nhân tố quyết định sự phát triển đất nước trong thời kỳ
công nghiệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế thì phải tạo chuyển biến cơ bản,
toàn diện về giáo dục và đào tạo. Đổi mới giáo dục cần thực hiện đồng bộ từ mục
tiêu, nội dung, chương trình đến phương pháp, phương tiện dạy học và cả cơ cấu, hệ
thống tổ chức, cơ chế quản lý giáo dục trong đó đổi mới phương pháp được xác
định là nhiệm vụ trọng tâm.

Chiến lược phát triển kinh tế - xã hội 2001- 2010 đã đề ra yêu cầu: “Đổi mới
phương pháp dạy và học, phát huy tư duy sáng tạo và năng lực tự đào tạo của người
học, coi trọng thực hành, thực nghiệm, ngoại khoá, làm chủ kiến thức, tránh nhồi
nhét, học vẹt, học chay” [1].
“Đổi mới nội dung, chương trình, phương pháp giáo dục theo hướng chuẩn
hoá, hiện đại hoá, tăng cường giáo dục tư duy sáng tạo, năng lực tự học, tự tu
dưỡng, tự tạo việc làm” [2].
Những định hướng chỉ đạo của Đảng và Nhà nước là đúng đắn, tuy nhiên
quá trình thực hiện ở các cấp giáo dục, các cơ sở đào tạo, các trường còn những hạn
chế, thiếu sót và bất cập. Báo cáo của Ban chấp hành Trung ương Đảng khóa IX
ngày 10 tháng 4 năm 2006 về phương hướng nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội 5
năm 2006 - 2010 đã đưa ra nhận định: “Chất lượng giáo dục còn nhiều yếu kém;
khả năng chủ động, sáng tạo của học sinh, sinh viên ít được bồi dưỡng, năng lực
thực hành của học sinh, sinh viên còn yếu. Chương trình, phương pháp dạy và học
còn lạc hậu, nặng nề, chưa thật phù hợp” [3]. Do đó, trong định hướng phát triển
giáo dục - đào tạo giai đoạn 2006 - 2010, Đảng ta xác định: “Ưu tiên hàng đầu cho

việc nâng cao chất lượng dạy và học” [3]. Cụ thể hóa định hướng này, ngành Giáo
dục cần phải đưa ra những giải pháp cụ thể để nâng cao chất lượng giáo dục, bồi
dưỡng khả năng chủ động, sáng tạo của học sinh. Về mặt phương pháp dạy học,
một số giải pháp đó là vận dụng các phương pháp dạy học tích cực vào tổ chức hoạt
động nhận thức cho học sinh, khai thác và sử dụng có hiệu quả các phương tiện,
thiết bị dạy học hiện có, nghiên cứu, tiếp cận các xu hướng dạy học mới, những
phương tiện dạy học hiện đại trên thế giới.
Thực tiễn cho thấy công nghệ thông tin (CNTT) và truyền thông ngày càng
thâm nhập sâu và rộng, có tác động mạnh mẽ đến giáo dục. Những năm gần đây,
nghiên cứu về ứng dụng CNTT trong dạy học diễn ra vô cùng sôi động và đã đạt
được nhiều kết quả có ý nghĩa về mặt lí luận và thực tiễn. Trong dạy học vật lí, xu
hướng khai thác và ứng dụng CNTT nói chung và máy vi tính nói riêng cũng được
nhiều nhà khoa học và đông đảo giáo viên quan tâm. Bằng chứng là nhiều đề tài

khoa học, nhiều luận án tiến sĩ và luận văn thạc sĩ đã tiến hành theo hướng này.
Những nghiên cứu trên cùng rất nhiều những sản phẩm CNTT do các chuyên gia,
giáo viên, sinh viên thiết kế đã làm phong phú kho tư liệu điện tử phục vụ dạy học.
Việc khai thác và sử dụng hợp lí nguồn tư liệu này vào dạy học có thể góp phần
nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông.
Vật lí học là một khoa học thực nghiệm, cho nên dạy học vật lí không thể
thiếu thí nghiệm (TN). Chính vì thế, nghiên cứu khả năng hỗ trợ TN của máy vi tính
là một hướng lớn trong ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí. Ở đó, máy vi tính
được khai thác, sử dụng như một thiết bị hỗ trợ TN đa năng. Khả năng hỗ trợ TN
của máy vi tính rất rộng, máy vi tính có thể tạo ra không gian cho các TN ảo, TN
mô phỏng, lưu trữ và trình chiếu các đoạn phim TN, hỗ trợ TN thực. Trong đó,
đáng chú ý là những nghiên cứu về TN ghép nối với máy vi tính là một xu hướng
tương đối mới mẻ và có nhiều tiềm năng phát triển. Song trên thực tế, việc khai thác
khả năng hỗ trợ TN của máy vi tính còn mang tính chất đơn lẻ và chưa có sự phối
hợp cao, sử dụng TN ghép nối máy vi tính trong dạy học chưa phổ biến. Vì vậy,
nghiên cứu khai thác và sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính vào quá trình dạy
học sao cho hợp lí và khoa học là vấn đề mang ý nghĩa thực tiễn cao.

Phần Từ trường thuộc chương trình vật lí trung học phổ thông (THPT) có
nhiều hiện tượng hấp dẫn nhưng kiến thức khá trừu tượng đối với học sinh (HS)
phổ thông. Do đó, tổ chức hoạt động nhận thức cho HS khi dạy học phần này gặp
phải một số khó khăn. Sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính khi dạy học phần
này có thể giải quyết những khó khăn đó và mang lại hiệu quả sư phạm cao.
Với những lí do nêu trên chúng tôi chọn đề tài "Khai thác và sử dụng thí
nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học
sinh khi dạy học phần Từ trường".
2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng CNTT trong dạy học nói chung và máy vi tính trong
hỗ trợ TN vật lí nói riêng những năm gần đây phát triển rất mạnh. Các tác giả trong
nước như Phạm Xuân Quế, Lê Công Triêm, Nguyễn Quang Lạc, Phan Gia Anh Vũ,

Mai Văn Trinh, Nguyễn Xuân Thành, Vương Đình Thắng, Trần Huy Hoàng đã có
nhiều đề tài, công trình nghiên cứu và công bố nhiều bài báo khoa học về vấn đề
này. Những nghiên cứu trên đã làm sáng tỏ phần lớn cơ sở lí luận của ứng dụng
CNTT trong dạy học vật lí. Đồng thời, các nghiên cứu đó cũng đề xuất những
phương án, quy trình khai thác những ứng dụng CNTT và máy vi tính và dạy học
vật lí. Các tác giả Phạm Xuân Quế, Phan Gia Anh Vũ tập trung vào mảng xây dựng
các phần mềm dạy học, các TN mô phỏng, TN ảo. Tác giả Lê Công Triêm, Nguyễn
Quang Lạc đã làm sáng tỏ lí luận của ứng dụng CNTT trong dạy học vật lí. Tác giả
Mai Văn Trinh nghiên cứu sử dụng máy vi tính và các phương tiện dạy học hiện đại
vào quá trình dạy học. Tác giả Vương Đình Thắng nghiên cứu sử dụng máy vi tính
và hệ thống multimedia trong dạy học vật lí ở trường trung học cơ sở. Tác giả
Nguyễn Xuân Thành nghiên cứu sử dụng máy vi tính và phần mềm chuyên dụng để
phân tích video. Tác giả Trần Huy Hoàng nghiên cứu sử TN với sự hỗ trợ của máy
vi tính trong dạy học một số kiến thức phần Cơ và Nhiệt. Trong luận án tiến sĩ của
mình, tác giả Trần Huy Hoàng đã hệ thống hóa cơ sở lí luận của việc sử dụng TN
với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học vật lí, làm sáng tỏ khái niệm thí nghiệm
ảo, thí nghiệm mô phỏng, đồng thời đề xuất tiến trình dạy học một số kiến thức
phần Cơ, Nhiệt theo chiến lược dạy học giải quyết vấn đề.

Ngoài ra, trong nhiều luận văn thạc sĩ, các tác giả cũng đã nghiên cứu một
cách chi tiết các ứng dụng cụ thể của máy vi tính vào dạy học vật lí. Trong đó, tác
giả Nguyễn Đình Chính đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng thí nghiệm với
sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông”. Đề tài
này đã nghiên cứu khai thác phần mềm Datastudio trong dạy học vật lí. Đồng thời
tác giả đã sử dụng phần mềm Datastudio để hỗ trợ các TN phần cơ học trong
chương trình Vật lí THPT [6].
Gần đây, tác giả Lương Lệ Hằng đã thực hiện đề tài “Tổ chức hoạt động
nhận thức cho học sinh trong dạy học phần Từ trường và cảm ứng điện từ Vật lí 11
THPT với sự hỗ trợ của máy vi tính”. Trong đề tài này, tác giả đã nghiên cứu cơ sở
tâm lí của tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh dựa trên thuyết hoạt động,

thuyết xử lí thông tin và thuyết kiến tạo. Đồng thời, tác giả đã xây dựng và khai thác
các tài liệu số hóa bao gồm các hình ảnh, đoạn phim, bài tập và các sơ đồ tư duy,
trong đó tập trung xây dựng các sơ đồ tư duy nhằm củng cố kiến thức. Tuy nhiên,
trong đề tài này, tác giả chưa nghiên cứu sâu về các thí nghiệm có sự hỗ trợ của
máy vi tính.
Như vậy, đã có nhiều tác giả nghiên cứu ứng dụng máy vi tính trong dạy học
vật lí. Ngoài ra, vấn đề dạy học phần Từ trường trong chương trình Vật lí THPT
cũng được nhiều tác giả quan tâm. Tác giả Mai Khắc Dũng đã tiến hành đề tài
“Nghiên cứu thiết kế, khai thác và sử dụng thí nghiệm tự tạo nhằm tích cực hóa hoạt
động nhận thức của học sinh khi dạy học phần Từ trường, Vật lí 11 THPT”. Trong
đề tài này, tác giả đã tập trung thiết kế, khai thác và sử dụng các thí nghiệm tự tạo
trong chương Từ trường.
Trong khi đó, tác giả Nguyễn Thị Phương Dung lại quan tâm đến vấn đề vận
dụng các phương pháp dạy học tích cực trong dạy học phần Từ trường và Cảm ứng
điện từ. Vì vậy, tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, vận dụng các phương pháp
dạy học theo hướng tích cực hóa hoạt động học tập của học sinh trong chương Từ
trường và cảm ứng điện từ lớp 11”.
Như vậy, mặc dù đã có nhiều đề tài nghiên cứu sử dụng máy vi tính trong
dạy học vật lí cũng như nghiên cứu quá trình tổ chức dạy học phần Từ trường, tuy

nhiên chưa thấy tác giả nào nghiên cứu khai thác và sử dụng TN với sự hỗ trợ của
máy vi tính trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS khi dạy học phần Từ trường.
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Những mục tiêu chúng tôi hướng tới khi nghiên cứu đề tài là:
- Cơ sở lí luận của tổ chức hoạt động nhận thức cho HS với sự hỗ trợ của
máy vi tính trong TN;
- Các TN với sự hỗ trợ của máy vi tính trong phần Từ trường;
- Tiến trình dạy dạy học một số kiến thức phần Từ trường có sử dụng TN với
sự hỗ trợ của máy vi tính.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài

Trên cơ sở mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nhiệm vụ nghiên cứu được xác
định là:
- Hệ thống hóa cơ sở lí luận của việc sử dụng máy vi tính để hỗ trợ TN;
- Nghiên cứu cơ sở lí luận của tổ chức hoạt động nhận thức cho HS với sự hỗ
trợ của máy vi tính trong các TN;
- Xây dựng và khai thác một số TN trong phần Từ trường với sự hỗ trợ của
máy vi tính;
- Thiết kế tiến trình dạy học một số bài phần Từ trường có sử dụng TN với
sự hỗ trợ của máy vi tính;
- Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra giả thuyết và rút ra các kết luận cần
thiết.
5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu đã vạch ra ở trên, các phương pháp
nghiên cứu được dùng là:
- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết nhằm hệ thống hóa, khái quát hóa cơ sở
lí luận của tổ chức hoạt động nhận thức cho HS với sự hỗ trợ của máy vi tính trong
các TN;
- Phương pháp điều tra, phỏng vấn nhằm điều tra những khó khăn gặp phải
trong dạy học phần Từ trường;
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học;

- Phương pháp thống kê toán học để xử lí số liệu thu thập được từ thực
nghiệm sư phạm.
6. Đối tượng nghiên cứu
Hoạt động dạy học vật lí phần Từ trường với việc sử dụng thí nghiệm có sự
hỗ trợ của máy vi tính.
7. Phạm vi, giới hạn nghiên cứu
Giới hạn: Chương Từ trường trong chương trình nâng cao vật lí trung học
phổ thông (THPT).
Phạm vi: Thực nghiệm sư phạm một số trường trên địa bàn tỉnh Quảng Bình.

8. Giả thuyết khoa học
Các TN với sự hỗ trợ của máy vi tính khá phong phú, đa dạng, tuy nhiên việc
khai thác và sử dụng chúng trong dạy học vật lí ở trường phổ thông chưa thực sự
hiệu quả. Vì vậy, nếu khai thác, sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính một cách
khoa học và có ý đồ sư phạm tốt thì sẽ kích thích hứng thú học tập của HS và nâng
cao chất lượng dạy học phần Từ trường.
9. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm các phần sau:
Mở đầu
Nội dung
Chương 1. Cơ sở lí luận về tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh với sự
hỗ trợ của máy vi tính trong thí nghiệm
Chương 2. Khai thác và sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính
trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

NỘI DUNG
Chương 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CHO
HỌC SINH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH TRONG THÍ NGHIỆM
1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí
1.1.1. Hoạt động nhận thức
Theo Đại từ điển tiếng Việt của Nguyễn Như Ý, nhận thức là quá trình hoặc
kết quả phản ánh và tái hiện hiện thực vào trong tư duy [19]. Theo Từ điển Từ và
ngữ Việt Nam của GS Nguyễn Lân, nhận thức là sự hiểu biết được [13].
Nhận thức là một trong ba mặt cơ bản của đời sống tâm lí con người (nhận
thức, tình cảm và hành động). Nhận thức là một quá trình. Ở con người quá trình

này thường gắn với mục đích nhất định nên nhận thức là một hoạt động. Đặc trưng
nổi bật nhất của hoạt động nhận thức là phản ánh hiện thực khách quan. Hoạt động
này bao gồm nhiều quá trình khác nhau, thể hiện những mức độ phản ánh hiện thực
khác nhau (cảm giác, tri giác, tư duy, tưởng tượng) và mang lại những sản phẩm khác
nhau về hiện thực khách quan (hình ảnh, hình tượng, biểu tượng, khái niệm) [27].
Như vậy, nhận thức là hoạt động phản ánh và tái hiện hiện thực khách quan
vào trong tư duy của con người.
Căn cứ vào tính chất phản ánh có thể chia toàn bộ hoạt động nhận thức thành
hai giai đoạn lớn: nhận thức cảm tính (gồm cảm giác và tri giác) và nhận thức lí tính
(tư duy và tưởng tượng) [27].
Nhận thức cảm tính là giai đoạn đầu, sơ đẳng trong toàn bộ hoạt động nhận
thức của con người. Đặc điểm chủ yếu của nhận thức cảm tính là chỉ phản ánh
những thuộc tính bề ngoài, cụ thể của sự vật và hiện tượng đang trực tiếp tác động
vào các giác quan của con người. Do đó, nhận thức cảm tính có vai trò rất quan
trọng trong việc thiết lập mối quan hệ tâm lí của cơ thể người với môi trường, định
hướng và điều chỉnh hoạt động nhận thức của con người trong môi trường đó và là
điều kiện để xây nên “lâu đài nhận thức” và đời sống tâm lí của con người [27].
Nhận thức lí tính là giai đoạn cao hơn nhận thức cảm tính. Đặc điểm nổi bật
nhất của nhận thức lí tính là phản ánh những thuộc tính bên trong, những mối liên

hệ bản chất của sự vật, hiện tượng khách quan mà con người chưa biết. Do đó, nhận
thức lí tính có vai trò vô cùng quan trọng trong việc hiểu biết bản chất và những
mối liên hệ có tính quy luật của sự vật, hiện tượng [27].
Hai giai đoạn nhận thức cảm tính và lí tính đều có vị trí vai trò không thể
thay thế trong quá trình nhận thức. Nhận thức cảm tính là cơ sở cho nhận thức lí
tính còn thức lí tính là sự khái quát hóa, trừu tượng hóa những thông tin thu được do
nhận thức cảm tính mang lại để tìm ra bản chất của sự vật hiện tượng. Nếu chỉ có
nhận thức cảm tính mà không có giai đoạn nhận thức lí tính thì con người chỉ có
những kinh nghiệm, những hiểu biết không có hệ thống. Ngược lại, nếu không có
những thông tin thu được từ nhận thức cảm tính thì giai đoạn nhận thức lí tính

không thể diễn ra được. Việc phân chia hoạt động nhận thức thành nhận thức cảm
tính và lí tính như ở trên là nhằm làm rõ con đường nhận thức nói chung, trong quá
trình nhận thức hai giai đoạn trên có thể diễn ra xen kẽ và thống nhất với nhau.
V.I.Lênin đã vạch rõ quy luật chung nhất của hoạt động nhận thức là: “Từ
trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu trượng đến thực tiễn đó
là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức hiện thực
khách quan” [8].
Nhận thức có liên quan rất chặt chẽ với sự học. Về bản chất, sự học là một
quá trình nhận thức. Học tập là một loại hoạt động nhận thức đặc biệt của con
người. Trong thực tế, sự học và nhận thức không tách rời nhau mà gắn bó chặt chẽ
với nhau, đan xen vào nhau và bổ sung hoàn thiện cho nhau. Sự học và nhận thức
vừa là cơ sở, vừa là điều kiện, phương tiện hình thành và phát triển của nhau [27].
Khi HS bắt đầu nghiên cứu một môn học, các em đã tích lũy được một số
biểu tượng ban đầu do quan sát thực tiễn hoặc do trao đổi, học tập mà có. Nhưng
những biểu tượng này không đồng đều giữa các em, mức độ chính xác và sâu sắc
giữa các em cũng không giống nhau. Vì vậy, để HS hiểu bài một cách chính xác và
sâu sắc thì cần phải xây dựng các khái niệm, các thuyết từ sự quan sát trực tiếp các
hiện tượng. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng dễ dàng quan sát các hiện tượng
thực tiễn. Do đó, trong dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng, thầy giáo phải
sử dụng các phương tiện trực quan, đặc biệt là các TN vật lí [25].

Tóm lại, nhận thức là hoạt động phản ánh thế giới khách quan của con người.
Kết quả của hoạt động nhận thức là con người có được các hình ảnh, biểu tượng,
khái niệm về thế giới khách quan. Học tập, xét trên góc độ tâm lí, là một quá trình
nhận thức, cốt lõi của hoạt động học tập chính là hoạt động nhận thức của HS. Vì
vậy, trong dạy học, cần phải tổ chức hoạt động nhận thức cho HS. Để bồi dưỡng
năng lực giải quyết vấn đề và tư duy khoa học, GV nên tổ chức hoạt động nhận thức
thức theo chiến lược giải quyết vấn đề.
1.1.2. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí theo chiến
lược giải quyết vấn đề

Theo Nguyễn Như Ý, tổ chức là tiến hành một công việc theo cách thức,
trình tự nào đó [29]. Vậy, tổ chức hoạt động nhận thức có thể hiểu là việc làm của
giáo viên (GV) nhằm đảm bảo cho hoạt động nhận thức của HS diễn ra theo một
cách thức, trình tự nào đó.
Kết quả của việc học tập phụ thuộc chủ yếu vào hoạt động học của HS.
Muốn tổ chức, hướng dẫn tốt hoạt động học tập vật lí của HS mà thực chất là hoạt
động nhận thức vật lí, GV cần nắm được quy luật chung của quá trình nhận thức
khoa học, logic hình hành các kiến thức vật lí, những hành động thường gặp trong
quá trình nhận thức vật lí, những phương pháp nhận thức vật lí phổ biến để hoạch
định những hành động, thao tác cần thiết cho HS trong quá trình chiếm lĩnh một
kiến thức hay một kĩ năng xác định [18].
Trong dạy học vật lí, cần thiết phải bồi dưỡng các phương pháp nhận thức
vật lí cho HS. Ở nhà trường phổ thông hiện nay, những phương pháp nhận thức vật
lí phổ biến thường dùng là: Phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự,
phương pháp mô hình, phương pháp TN lí tưởng. Mỗi phương pháp nhận thức đó
thích hợp cho một số trường hợp cụ thể và chúng luôn luôn được sử dụng phối hợp,
hỗ trợ lẫn nhau. Tuy nhiên, để cho việc sử dụng các phương pháp đó trong quá trình
tổ chức hoạt động nhận thức cho HS đạt hiệu quả, chúng ta cần nghiên cứu một số
nét chung của quá trình tổ chức hướng dẫn HS giải quyết vấn đề [18].
Phỏng theo quá trình nghiên cứu của các nhà khoa học, trong dạy học vật lí,
người ta có thể tổ chức hoạt động nhận thức cho HS theo phương pháp giải quyết
vấn đề. Dạy học giải quyết vấn đề gồm ba giai đoạn: đề xuất vấn đề; nghiên cứu

giải quyết vấn đề; củng cố và vận dụng tri thức. Dạy học giải quyết vấn đề không
phải là một phương pháp dạy học cụ thể đơn nhất, nó là một hệ phương pháp dạy
học chuyên biệt hóa, tức là một tập hợp nhiều phương pháp dạy học liên kết chặt
chẽ với nhau, trong đó phương pháp xây dựng bài toán nhận thức giữ vai trò trung
tâm, chủ đạo, gắn bó các phương pháp dạy học khác, tập hợp lại thành hệ thống
toàn vẹn [28].
Dạy học giải quyết vấn đề, xét về thực chất, là quá trình GV tổ chức chỉ đạo

người học nghiên cứu tự lực, tích cực để tìm ra các chân lí khoa học đã quy định
trong chương trình học. Về bản chất, có thể nói đó là quá trình nghiên cứu khoa học
“thu nhỏ” trong khuôn khổ của sự dạy học [7].
Theo tác giả Phạm Hữu Tòng, dạy học giải quyết vấn đề là một chiến lược
dạy học trong đó GV tổ chức định hướng hành động tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn
đề và tư duy khoa học của HS. Tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề được mô tả
như sau: đề xuất vấn đề - suy đoán giải pháp - khảo sát lí thuyết và (hoặc) thực
nghiệm - kiểm tra, vận dụng kết quả [21].
Nói tóm lại, trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS, chúng ta có thể dùng
nhiều phương pháp dạy học khác nhau, tuy nhiên do mỗi phương pháp có những ưu
điểm riêng và phạm vi vận dụng của mỗi phương pháp là hạn chế, vì vậy cần phối
hợp các phương pháp. “Chiến lược dạy học giải quyết vấn đề có thể xâm nhập vào
hầu hết các phương pháp dạy học và làm cho tính chất của chúng trở nên tích cực
hơn” [28]. Mặt khác, “tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lí thực
chất và chủ yếu là việc tổ chức, định hướng của GV để HS tích cực, tự chủ giải
quyết bài toán nhận thức trong quá trình học tập” [19]. Do đó, để tổ chức hoạt động
nhận thức cho HS một cách có hiệu quả theo định hướng phát triển hoạt động học
tích cực và tư duy khoa học thì GV nên vận dụng chiến lược dạy học giải quyết vấn
đề. Khi đó HS sẽ được tạo điều kiện thuận lợi để phát huy sự tự chủ hành động xây
dựng kiến thức. Tham gia vào quá trình giải quyết vấn đề, hoạt động của HS đã
được định hướng phỏng theo tiến trình xây dựng kiến thức trong nghiên cứu khoa
học. Nhờ vậy kiến thức của HS được xây dựng một cách hệ thống và vững chắc,
năng lực sáng tạo của HS từng bước được phát triển.


 !"#
$%&"'()*+"% ,-./"012 ,3
4-5% 67 08
9 .%:;<:=
>?@ABC<

DEF3#
DEF6#

+&;!*
"GH !" !"#
$%&"'()*+"% ,-./"012 ,3IJ 2 /(%.%:I2 8"/A<175%3(8
4-5% 67
086KA<17
5%3(8
9 .%:
>?@ABC<
4-5% 67 08
6K(%.%:.L
%
9 .%:
Sơ đồ lôgic của tiến trình khoa học giải quyết vấn đề khi xây dựng, kiểm
nghiệm hoặc ứng dụng một tri thức cụ thể được tác giả Phạm Hữu Tòng đề xuất
như ở Hình 1.1. Trong sơ đó, vấn đề cần giải quyết được phát biểu dưới dạng một
bài toán nhận thức. Bài toán nhận thức đó có thể được giải quyết bằng phương pháp
suy luận lí thuyết hoặc sử dụng thí nghiệm và quan sát. Nếu bài toán có thể giải
bằng cả hai phương pháp thì kết quả giải được so sánh, đối chiếu để rút ra kết luận.
Hình 1.1. Sơ đồ lôgic của tiến trình khoa học giải quyết vấn đề khi xây dựng, kiểm
nghiệm hoặc ứng dụng một tri thức cụ thể [21]

1.2. Vai trò của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh
Theo quan điểm của lí luận nhận thức, TN trong tổ chức hoạt động nhận thức
cho HS có các vai trò sau đây: là phương tiện của việc thu nhận tri thức; là phương
tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức thu nhận được; là phương tiện của việc
vận dụng tri thức vào thực tiễn.
1.2.1. Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức

Vật lí học là một khoa học thực nghiệm, tuy nhiên trong tự nhiên và kĩ thuật,
rất ít các hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra dưới dạng thuần khiết nên muốn nhận
thức được đối tượng vật lí, chúng ta phải tác động vào đối tượng, hiện thực khách
quan một cách có chủ định và hệ thống. Đó chính là quá trình làm TN vật lí. Chính
nhờ TN, ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình trong những điều kiện có thể
khống chế được, thay đổi được, có thể quan sát và đo đạc đơn giản hơn, dễ dàng.
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 [19]. Trong các phương
pháp nhận thức vật lí, ở giai đoạn này hay giai đoạn khác, dù trực tiếp hay gián tiếp
đều cần các cứ liệu mà TN mang lại để có thể nhận thức được các hiện tượng, quá
trình vật lí. Chính vì vậy, trong nhận thức khoa học vật lí nói chung và tổ chức hoạt
động nhận thức vật lí cho HS nói riêng, TN đóng một vai trò hết sức quan trọng, là
phương tiện của việc thu nhận tri thức.
Trong dạy học vật lí, nhất là ở các lớp dưới và ở giai đoạn đầu của quá trình
nhận thức một hiện tượng, một quá trình vật lí nào đó, khi HS còn chưa có hoặc có
hiểu biết ít ỏi về hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu thì TN được sử dụng để
cung cấp cho HS những dữ liệu cảm tính (các biểu tượng, số liệu đo đạc) về hiện
tượng, quá trình vật lí này [19].
Trong chiến lược dạy học giải quyết vấn đề, việc xây dựng bài toán nhận thức
đóng vai trò trung tâm, chủ đạo. Để xây dựng được bài toán nhận thức này, trước hết
và chủ yếu, GV phải tìm cách tạo ra tình huống có vấn đề và đưa được HS vào tình
huống có vấn đề. Sử dụng TN là một trong những biện pháp hữu hiệu để tạo tình
huống có vấn đề. Qua quan sát TN, HS thấy rằng không thể dùng kiến thức cũ để giải
thích hiện tượng xảy ra trong TN, thậm chí hiện tượng xảy ra trái với dự đoán ban
đầu của đại đa số các em. Từ đó làm nảy sinh ở HS nhu cầu đi tìm câu trả lời cho vấn

đề đặt ra. Thông qua việc giải quyết bài toán nhận thức này dưới sự tổ chức, hướng
dẫn, chỉ đạo của GV, HS sẽ thu nhận được kiến thức mới.
Ngoài ra, trong quá trình giải quyết vấn đề, có thể bằng con đường suy luận lí
thuyết hoặc làm TN và tiến hành quan sát, xử lí các số liệu thu thập được để đưa ra

các kết luận và nhận định. Ở giai đoạn này, TN cũng thể hiện rõ vai trò là một
phương tiện chủ yếu để giải quyết bài toán nhận thức, là phương tiện để thu nhận tri
thức.
1.2.2. Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức
Theo con đường biện chứng của hoạt động nhận thức thế giới khách quan mà
Lê-nin đã chỉ ra, kiến thức chỉ thực sự là chân lí khi nó được thực tiễn kiểm nghiệm.
Vì thế, có thể nói TN là hòn đá thử vàng của tri thức nói chung và tri thức vật lí nói
riêng.
Theo quan điểm của lí luận nhận thức, một trong các vai trò của TN trong dạy
học vật lí là dùng để kiểm tra tính đúng đắn của các tri thức mà HS đã thu nhận được
trước đó. Trong nhiều trường hợp, kết quả của TN phủ định tính đúng đắn của các tri
thức đã biết, đòi hỏi phải đưa ra các giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó ở
các TN khác. Nhờ vậy, thường ta 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 [19].
Trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, có một số kiến thức đã được rút ra
bằng suy luận lôgic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết. Trong trường hợp này, cần phải
tiến hành các TN để kiểm nghiệm lại chúng. Việc tiến hành các thí nghiệm đó vừa là
yêu cầu mang tính bắt buộc do đặc điểm thực nghiệm của khoa học vật lí, đồng thời
nó còn có tác dụng xây dựng và củng cố lòng tin của HS vào kiến thức thu được.
Ví dụ khi khảo sát dao động biên độ bé của con lắc lò xo nằm ngang, bằng lí
thuyết, từ định luật II Niu-tơn và phương trình vi phân có thể rút ra biểu thức li độ
của con lắc là một hàm điều hòa dạng sin. Để kiểm nghiệm kết quả này, GV cần sử
dụng TN ghép nối với máy vi tính để HS quan sát đồ thị li độ của của dao động. Sau
khi kiểm nghiệm, HS nhận thấy đồ thị dao động có dạng hình sin, từ đó các em mới
tin tưởng vào kết quả thu nhận từ suy luận lí thuyết [9].

Ngoài ra, trong dạy học vật lí, do trình độ toán học của HS còn hạn chế hoặc
do các thiết bị TN ở trường phổ thông không cho phép tiến hành các TN phức tạp,
với các phép đo định lượng chính xác cao trong khuôn khổ thời gian của tiết học nên

một số kiến thức khó có thể xây dựng bằng con đường lí thuyết cũng như thực
nghiệm. Trong những trường hợp này, GV phải đưa ra những kết luận khái quát hóa
do các nhà khoa học đã tìm ra và thông báo cho HS. Tuy nhiên, để giảm tính áp đặt,
GV có thể tiến hành TN để minh họa kiến thức đã đưa ra trong một trường hợp cụ thể
đơn giản [19].
Ví dụ, khi dạy bài định luật I Niu-tơn, về mặt nguyên tắc, chúng ta không thể
làm được các TN đủ tư cách để từ đó rút ra nội dung định luật mà buộc HS thừa nhận
như một nguyên lí sau khi dùng phương pháp TN lí tưởng và suy luận tương tự từ TN
máng nghiêng của Galilê [22]. Sau đó, GV dùng TN xe trượt trên đệm không khí có
ghép nối với máy vi tính để kiểm nghiệm, minh họa nội dung định luật.
Ở ví dụ khác, khi dạy nội dung định luật về hiện tượng điện phân của
Farađây, trong điều kiện lớp học, GV khó có thể dựa vào TN để thiết lập công thức
định lượng của định luật Farađây. GV có thể tiến hành TN minh họa một cách định
tính cho HS thấy được khi điện phân dung dịch đồng sunfat (CuSO
4
) thì các iôn đồng
đến bám vào điện cực dương của bình điện phân tăng theo thời gian [19].
Như vậy, trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS khi dạy học vật lí, trong
điều kiện có thể, các kiến thức thu nhận được, đặc biệt là bằng con đường suy luận lí
thuyết, phải được làm TN kiểm tra.
1.2.3. Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức vào thực tiễn
Trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lí, việc vận dụng
tri thức là khâu cuối cùng. Nếu cuối mỗi hoạt động nhận thức, HS giải quyết được
các bài tập, giải thích được các hiện tượng hay dự đoán được kết quả các TN có liên
quan đến kiến thức vừa học thì chứng tỏ HS đã nắm được kiến thức. Theo bảng các
mức độ nhận thức của Bloom, mức độ vận dụng là một mức độ cao của việc lĩnh hội
kiến thức.
Khi vận dụng tri thức, GV có thể cho HS giải quyết các bài tập tương tự, giải
thích các hiện tượng liên quan hay dự đoán kết quả các TN trong đó đòi hỏi HS phải


sử dụng tri thức vừa học để lập luận, suy đoán. Ở đó, TN là một phương tiện để HS
vận dụng tri thức vừa học.
Ngoài ra, một số ứng dụng của vật lí trong kĩ thuật cũng được sách giáo khoa
trình bày. Khi đó, cần thiết phải tiến hành các TN để HS hiểu được các ứng dụng của
những kiến thứ đã học vào thức tiễn. TN không những cho HS thấy được sự vận dụng
trong thực tiễn của kiến thức vật lí mà còn là bằng chứng về sự đúng đắn của các kiến
thức này [19].
Ví dụ, khi dạy bài Định luật Bec-nu-li, để HS biết được các ứng dụng như
nguyên lí hoạt động của bộ chế hòa khí, GV nên sử dụng thí nghiệm để trình bày,
minh họa cho nội dung này. Bởi vì nếu không sử dụng các thí nghiệm, HS sẽ rất khó
hình dung hoạt động của bộ chế hòa khí trong thực tế. Các TN như vậy sẽ giúp HS dễ
tiếp thu kiến thức và hứng thú hơn trong học tập, góp phần xây dựng động cơ học tập
đúng đắn cho HS.
Trên đây là những vai trò quan trọng nhất của TN trong tổ chức hoạt động
nhận thức cho HS trong dạy học vật lí. Ngoài ra, về mặt phương pháp luận, TN có vai
trò là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí được dùng trong tổ chức
hoạt động nhận thức cho HS. Về mặt tạo động cơ, hứng thú học tập, TN là phương
tiện kích thích hứng thú học tập, làm cho các em tích cực và sáng tạo hơn trong quá
trình nhận thức.
Như vậy, qua phân tích ở trên chúng ta làm rõ vai trò hết sức quan trọng của
TN trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lí. Tuy nhiên, vẫn
còn những khó khăn nhất định trong việc sử dụng TN để tổ chức hoạt động nhận thức
cho HS. Phần tiếp theo, chúng tôi sẽ tìm hiểu những khó khăn này và nghiên cứu khả
năng hỗ trợ TN của máy vi tính nhằm khắc phục những khó khăn đó.
1.3. Khả năng hỗ trợ thí nghiệm của máy vi tính
1.3.1. Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống trong tổ
chức hoạt động nhận thức cho học sinh
Theo các tác giả Phạm Xuân Quế, Nguyễn Xuân Thành, việc tổ chức hoạt
động nhận thức của HS phỏng theo con đường tìm tòi của các nhà khoa học thường


gặp khó khăn trong các giai đoạn như: đề xuất mô hình-giả thuyết trừu tượng, xây
dựng phương án thực nghiệm và tiến hành thực nghiệm để kiểm tra hệ quả [15].
Để có cơ sở đề xuất mô hình - giả thuyết trừu tượng, vấn đề hết sức quan
trọng là làm thế nào có thể thu thập được các thông tin liên quan đến đối tượng cần
nghiên cứu (với tư cách là các sự kiện xuất phát), để tạo điều kiện cho tư duy trực
giác, đưa ra mô hình - giả thuyết trừu tượng. Trong dạy học vật lí, tuỳ theo các đối
tượng nghiên cứu cụ thể mà các phương tiện dạy học truyền thống có thể hoặc
không thể hỗ trợ cho việc thu thập các thông tin này. Ví dụ như khi nghiên cứu về
hệ thức giữa thể tích và áp suất của chất khí khi nhiệt độ không đổi, thì với việc sử
dụng nhiều bộ TN khác nhau đều có thể thu được các số liệu về sự biến đổi thể tích
và sự biến đổi về áp suất tương ứng của khối khí đang xét. Nghiên cứu bảng số liệu
này, có thể đề xuất dự đoán về mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của lượng khí.
Tuy nhiên, đối với nhiều đối tượng nghiên cứu khác, ví dụ như: va chạm của các vật
trong hệ kín khi nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng, hay chuyển động rơi có
sức cản của không khí, chuyển động của các hành tinh trong hệ Mặt trời…thì hiện
nay, việc thu thập các số liệu thực nghiệm nhờ các thiết bị TN truyền thống hoặc rất
khó, mất rất nhiều thời gian (với TN va chạm) hoặc không thể thực hiện được (với
TN về chuyển động rơi có sức cản không khí) [15].
Ngoài khó khăn trên, trong công việc kiểm tra tính đúng đắn của các mô hình
- giả thuyết trừu tượng cũng thường gặp khó khăn nếu chỉ dựa vào các TN và
phương tiện dạy học truyền thống. Bởi vì việc kiểm tra xem dự đoán nào đúng, dự
đoán nào sai sẽ phải thực hiện nhiều TN và tiến hành quá nhiều phép tính toán.
Điều đó dường như là không thể tiến hành trong khuôn khổ thời gian qui định của
tiết học.
Những phân tích trên cho thấy, trong nhiều trường hợp, nếu chỉ sử dụng các
phương tiện dạy học truyền thống thì việc yêu cầu cao tính tích cực, tự lực của HS
tham gia vào việc giải quyết các vấn đề học tập sẽ bị hạn chế, do đó, việc áp dụng
các phương pháp dạy học nhằm tích cực hoá người học cũng hạn chế. Ngoài ra,
trong nhiều trường hợp, với phương tiện dạy học truyền thống, không thể quan sát,
thu thập được thông tin về đối tượng cần nghiên cứu, (ví dụ như vật rơi có sức cản


không khí ) nên nhiều quá trình vật lí không thể đưa vào trong chương trình vật lí
phổ thông [15].
Nói tóm lại, vẫn còn những khó khăn và hạn khi sử dụng TN và các phương
tiện dạy học truyền thống trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS. Cụ thể là ở
phổ thông thiếu những TN định lượng với độ chính xác cao, do hạn chế về thời gian
trong khuôn khổ tiết học, do hiện tượng khảo sát quá phức tạp, không dễ gì đơn
giản hóa được, hay các hiện tượng vật lí xảy ra quá nhanh hoặc quá chậm, tính trực
quan một số TN chưa cao gây khó khăn cho việc quan sát, thu thập số liệu Vì vậy,
việc nghiên cứu khai thác, sử dụng TN với sự hỗ trợ của các phương tiện dạy học
khác, trong đó có máy vi tính hoặc phối hợp TN với các phương tiện dạy học là cần
thiết để tổ chức hoạt động nhận thức cho HS có hiệu quả hơn.
1.3.2. Các chức năng của máy tính trong hỗ trợ thí nghiệm
Do có những tính năng mới và ưu việt nên máy vi tính ngày càng được sử
dụng rộng rãi trong dạy học. Trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, máy vi tính có
thể sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Đối với TN vật lí, có thể khái quát những
khả năng hỗ trợ của máy vi tính như sau:
Thứ nhất, máy vi tính có thể hỗ trợ các TN thực thông qua các cảm biến, bộ
ghép nối và phần mềm chuyên dụng. Các chức năng hỗ trợ TN thực bao gồm hỗ trợ
thu thập, lưu trữ, xử lí số liệu và biểu diễn kết quả thí nghiệm dưới dạng các bảng, đồ
thị [9].
Thứ hai, với khả năng đồ họa và hỗ trợ thiết kế của các phần mềm chuyên
dụng, máy vi tính có thể tạo ra những TN ảo, TN mô phỏng trên cơ sở các mối liên
hệ giữa các đại lượng vật lí có trong hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu. Những TN
này có thể được dùng thay thế (đối với các TN nguy hiểm, không thể tiến hành TN
thật được) hay phối hợp với các TN thật ở một số giai đoạn trong quá trình tổ chức
hoạt động nhận thức cho HS.
Thứ ba, máy vi tính có thể được sử dụng để trình bày lại các TN thực đã được
chụp ảnh hoặc quay phim. Nhờ việc xây dựng các chương trình phù hợp ta có thể sử
dụng thư viện các trạnh ảnh và phim TN này theo những mục đích dạy học mong

muốn mà các phương tiện khác trước đây không thể làm được [24].

Như vậy, đối với các TN cần khảo sát định lượng, máy vi tính có thể hỗ trợ
trong giai đoạn thu thập, lưu trữ số liệu; tính toán xử lí số liệu; biểu diễn, hiển thị kết
quả của TN một cách nhanh chóng, trực quan, khoa học. Còn đối với các TN định
tính, máy vi tính có thể hỗ trợ nhằm trực quan hóa hoặc mô phỏng lại hiện tượng xảy
ra trong TN.
Trong dạy học vật lí, máy vi tính không chỉ hỗ trợ TN một cách thuần túy như
trên mà còn được sử dụng phối hợp với bài giảng điện tử và các phương tiện dạy học
hiện đại khác. Do đó, máy vi tính vừa hỗ trợ TN vừa hỗ trợ cho chính GV và HS
trong quá trình hoạt động nhận thức.
Tùy thuộc vào mục tiêu, nội dung dạy học cụ thể, phương pháp và hình thức
tổ chức dạy học của GV mà máy vi tính có thể được sử dụng để hỗ trợ TN vật lí theo
3 hình thức sau đây:
- Sử dụng máy vi tính hỗ trợ các TN thực trong việc tiến hành TN và tổ chức
hoạt động nhận thức;
- Sử dụng TN ảo và mô phỏng;
- Sử dụng máy vi tính trong trực quan hóa các TN truyền thống, khó quan sát [9].
Sau đây, chúng tôi sẽ tìm hiểu cụ thể hơn các loại TN với sự hỗ trợ của máy vi
tính và khả năng sử dụng nó trong dạy học vật lí ở trường phổ thông.
1.3.3. Các loại thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính
1.3.3.1. Thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo
TN mô phỏng và TN ảo là những thuật ngữ mới được đưa vào dạy học trong
những năm gần đây. Trên thực tế tồn tại những cách hiểu khác nhau về các khái
niệm này. Để hiểu đúng đặc điểm, chức năng và quan trọng hơn là để sử dụng đúng,
khai thác có hiệu quả chức năng của chúng trong tổ chức hoạt động nhận thức cho
HS, trước hết, các khái niệm này cần được làm rõ.
a. Các khái niệm thí nghiệm mô phỏng, thí nghiệm ảo
Theo Đại từ điển Tiếng Việt của Nguyễn Như Ý, mô phỏng là phỏng theo, lấy
làm mẫu để tạo ra cái tương tự [29].

Trong vật lí, nhờ sự phát triển công nghệ máy tính và các công cụ tính toán,
bên cạnh các phương pháp nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm, người ta đã xây dựng
các chương trình trên máy tính để mô phỏng các đối tượng nghiên cứu. Việc mô

phỏng các đối tượng vật lí trong giai đoạn đầu cũng giống như phương pháp lí thuyết,
nghĩa là cũng phải xây dựng mô hình giả định về đối tượng nghiên cứu. Trong
phương pháp nghiên cứu lí thuyết, mô hình giả định này bao gồm các mối quan hệ
giữa các thuộc tính, đại lượng (cũng như phạm vi tồn tại của chúng…) của đối tượng
nghiên cứu, chúng được mô tả bằng các tiên đề, các phương trình toán lí…Để biết
liệu các mô hình có phù hợp với đối tượng quan sát (trong thực tiễn) không, chúng ta
phải nắm được sự vận hành của mô hình và những tiên đoán cho biết từ mô hình.Từ
các tiên đề, phương trình này, bằng suy luận, tính toán, người ta rút ra được các kết
luận, tiên đoán khoa học. Tuy nhiên, trong rất nhiều trường hợp, ở phương pháp
nghiên cứu lí thuyết này, hoặc do công cụ, phương pháp hay thời gian còn hạn chế
nên việc tính toán trên các biểu thức giải tích cho ta các kết quả biểu thị bằng các biểu
thức giải tích phức tạp, không trực quan. Trong trường hợp như vậy, thay cho tính
toán lí thuyết trên các biểu thức giải tích, người ta xây dựng các chương trình để tính
toán (và hiển thị kết quả) trên máy tính. Ta gọi sự áp dụng tính toán (và hiển thị trên
máy tính) là mô phỏng bằng máy tính hay gọi tắt là mô phỏng. Mô phỏng về thực
chất là quá trình xây dựng, đưa ra các kết quả có tính giả thuyết thông qua các “thí
nghiệm” trên mô hình, ở bình diện mô hình, nhờ máy tính [16].
Như vậy, mô phỏng có thể hiểu là một đối tượng hoặc hệ thống các đối tượng
được tạo ra trên máy vi tính mang đầy đủ các thuộc tính của một đối tượng hay hệ
thống đối tượng thực mà khi thao tác lên các đối tượng đó thì sẽ làm xuất hiện các
thuộc tính bên trong từng đối tượng hay mối quan hệ giữa các đối tượng đó. Nhờ đó
mà người nghiên cứu hiểu được đối tượng riêng lẻ hoặc hệ thống đối tượng cần
nghiên cứu [9].
Tùy theo cơ sở xuất phát khác nhau mà kết quả mô phỏng sẽ khác nhau. Nếu
xuất phát từ các tiên đề hay mô hình được viết dưới dạng toán học (một cách định
lượng) thì việc mô phỏng sẽ cho kết quả hoàn toàn định lượng. Nếu xuất phát từ các

mối quan hệ có tính chất định tính thì kết quả chỉ mang ý nghĩa định tính. Những kết
quả rút ra khi nghiên cứu trên các mô hình thông qua chương trình mô phỏng trên
máy tính là kết quả rút ra trong điều kiện lí tưởng. Các điều kiện này được quy định
khi xây dựng nên mô hình [16].

Từ các quan niệm trên, TN mô phỏng được hiểu là các TN được xây dựng từ
các dụng cụ và đối tượng mô phỏng trên cơ sở các đối tượng thực. Khi tiến hành TN
trên các đối tượng mô phỏng đó sẽ thu được kết quả phù hợp với các quy luật như
trong các TN thực. Do vậy, khi tiến hành các TN này, HS có thể khám phá được
những thuộc tính, hay các mối quan hệ giữa các đối tượng [9].
Hình 1.2. TN mô phỏng đường sức từ.
Theo Đại từ điển Tiếng Việt của Nguyễn Như Ý, ảo là giống như thật nhưng
không phải là thật [29]
Hình 1.3. TN ảo nghiên cứu cặp nhiệt điện [26]
TN ảo là một loại sản phẩm đa phương tiện (multimedia), một loại phần mềm
dạy học mô phỏng TN về hiện tượng, quá trình vật lí, hóa học, sinh học…nào đó xảy
ra trong tự nhiên, trong phòng TN, được tạo ra bởi sự tích hợp các dữ liệu dạng số

trên máy vi tính, có khả năng tương tác với người sử dùng và có giao diện thân thiện
với người dùng [24].
Cũng như TN mô phỏng, TN ảo phải được hiểu đó là các dụng cụ TN ảo, các
đối tượng ảo như thực được tạo ra trong môi trường ảo của máy vi tính. Khi tiến
hành làm TN trên các đối tượng ảo đó sẽ thu được kết quả như trong các TN thực.
Nói ngắn gọn, TN ảo là TN vật lí tồn tại thực trong môi trường ảo do máy vi tính
tạo ra” [9], [24].
Về phương diện nào đó, có thể đồng nhất hai khái niệm TN mô phỏng với TN
ảo là một, bởi chúng đều là sản phẩm của các phần mềm trên máy vi tính và cùng
chung mục đích là mô phỏng các TN thực xảy ra trong thế giới tự nhiên. Suy cho
cùng, các đối tượng hay hệ thống đối tượng đó đều mô phỏng các đối tượng thực
trong thế giới tự nhiên. Tuy nhiên, hình thức mô phỏng hoàn toàn khác nhau. Các đối

tượng trong TN mô phỏng chỉ là các kí hiệu, mô hình khác xa đối tượng thực. Các
đối tượng đó chỉ đủ sức tạo ra một “vi thế giới” chứ chưa đử sức để tạo ra một thế
giới ảo. Ngược lại, các đối tượng, thiết bị, các dụng cụ được sử dụng trong TN ảo rất
giống hoặc gần giống với các đối tượng, thiết bị, dụng cụ trong thực tế. Chính vì vậy,
sự phân biệt hai khái niệm: TN mô phỏng, TN ảo vẫn là cần thiết trong dạy học. TN
ảo rất cần cho HS tiểu học và trung học cơ sở khi mà trình độ tư duy của HS chưa
thật cao [9], [24].
Tóm lại, tiêu chí để phân biệt TN ảo với TN mô phỏng đó là TN ảo phải đạt
trình độ mô phỏng như thật, không những mô tả chính xác mối quan hệ cả định tính
và định lượng như trong TN thật mà còn ở phương diện đồ họa phải giống như thật.
Như vậy, khái niệm TN mô phỏng, TN ảo đã được tìm hiểu và phân biệt. TN
mô phỏng và TN ảo được sử dụng ngày càng nhiều trong dạy học vật lí, chúng có
những vai trò nhất định trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS.
b. Sử dụng thí nghiệm mô phỏng, thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí
TN ảo và TN mô phỏng về nguyên tắc không thể thay thế được TN thực trong
quá trình dạy học. Tuy nhiên, đây là một trong các giải pháp ứng dụng CNTT vào
dạy học vật lí rất hiệu quả được nhiều nước đang dùng [9], [24]. Như đã trình bày ở
trên, TN ảo và TN mô phỏng thực chất đều là các mô phỏng trong môi trường ảo của
máy vi tính về các TN thực. Chúng chỉ khác nhau về trình độ mô phỏng, còn về bản

chất, có thể phân làm hai loại: mô phỏng định tính và mô phỏng định lượng. Ứng với
từng loại TN mô phỏng, trong dạy học vật lí, người ta sử dụng chúng với những mục
đích khác nhau.
TN mô phỏng định lượng có thể sử dụng nhằm hai mục đích:
- Minh họa các hiện tượng, quá trình, trạng thái vật lí …của đối tượng nghiên
cứu không thể quan sát hay khó tưởng tượng một cách trực quan để HS hình dung
đúng, chính xác hiện tượng, quá trình, mối liên hệ vật lí…cần nghiên cứu;
- Mô phỏng các hiện tượng, quá trình, trạng thái vật lí…của đối tượng nghiên
cứu trong phạm vi mà phương pháp nghiên cứu lí thuyết hay thực nghiệm chưa thể
nghiên cứu được (vì lí do nào đó), để dự đoán các hiện tượng, quá trình, trạng thái vật

lí mới [16].
TN mô phỏng định tính trong dạy học vật lí chỉ nhằm mục đích minh họa các
hiện tượng, quá trình, trạng thái vật lí…của đối tượng nghiên cứu không thể quan sát
hay khó tưởng tượng một cách trực quan, qua đó giúp HS hình dung đúng hiện
tượng, quá trình, mối liên hệ vật lí…cần nghiên cứu [16].
Trong dạy học vật lí, sử dụng TN ảo và mô phỏng với những mục đích rõ ràng
như trên sẽ khai thác được khả năng và phát huy được những ưu thế của các TN này.
Trước hết, TN ảo và TN mô phỏng giúp GV và HS tiến hành các TN một cách
chủ động và rất tiện lợi trong quá trình tự học của HS vì không phải vào phòng TN.
Các TN đó có thể thực hiện ngay trên lớp học, trong giờ học ngoại khóa hoặc thư
viện, ở nhà…[9], [24].
Để thực hiện TN, GV và HS không phải mất nhiều thời gian chuẩn bị như khi
thực hiện các TN thực ở phòng TN. Tất cả các TN đều bảo đảm thành công ngay.
Tính thân thiện của các TN ảo và mô phỏng được tiết kế ngày càng phù hợp với
người sử dụng [9], [24].
Việc sử dụng TN ảo và mô phỏng tỏ ra rất có hiệu quả trong các điều kiện
thiếu trang thiết bị TN; các thiết bị TN đắt tiền, dễ hỏng, các thiết bị nguy hiểm như
cháy, nổ, điện áp cao, phóng xạ…; các TN mà thời gian quán sát quá dài hoặc quá
ngắn; các TN mà rất khó thực hiện thành công…[9], [24].
