Vận dụng phương pháp mô hình trong dạy học chương Chất khí Vật lí lớp 10 Trung học Phổ thông

Bộ giáo dục và đào tạo

Trờng đại học s phạm Hà Nội 2





Nguyễn đình thắng




Vận dụng phơng pháp mô hình trong
Dạy học chơng chất khí vật lí lớp 10
Trung học phổ thông

Chuyờn ngnh: Lý lun v phng phỏp dy hc Vt lý
Mó s: 60.14.10





Luận Văn thạc sĩ giáo dục học



Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Trọng Rỹ

Hà Nội 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu là của riêng tôi, số liệu trong đề
tài là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình khác.

Xuân Hòa, ngày 26 tháng 11 năm 2011
Tác giả



Nguyễn Đình Thắng

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn
khoa học, PGS - T.S Vũ Trọng Rỹ. Thầy đã dành nhiều thời gian tận
tình giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong tổ bộ môn
Phơng pháp giảng dạy, các thầy cô giáo trong khoa Vật lí, Phòng
Sau đại học của trờng Đại học s phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ và
tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo, các bạn
đồng nghiệp thuộc trờng THPT Bất Bạt, THPT Ba Vì, TP Hà Nội
đã tạo điều kiện giúp đỡ và cùng tôi tiến hành thực nghiệm s phạm
để hoàn thành đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Xuân Hòa, ngày 26 tháng 11 năm 2011
Tác giả


Nguyễn Đình Thắng







4
Mục lục

Mở đầu 7

1. Lý do chọn đề tài 7

2. Mục đích nghiên cứu 8

3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu 8

4. Giả thuyết khoa học 8

5. Nhiệm vụ nghiên cứu 8
6. Phơng pháp nghiên cứu3
7. Kết quả nghiên cứu 9

8. Cấu trúc luận văn 10

Chơng 1: Cơ sở lý luận của việc vận dụng PPMH trong
dạy học vật lí 11

1.1. Tổng quan nghiên cứu vấn đề 11

1.2. Mô hình 13

1.2.1. Khái niệm về mô hình 13

1.2.2. Các chức năng của mô hình 14

1.2.3. Tính chất của mô hình 15

1.2.4. Các loại mô hình sử dụng trong vật lý học 18

1.3. Phơng pháp mô hình trong vật lý học 22

1.3.1 Cơ sở lý thuyết của phơng pháp mô hình 22

1.3.2. Cấu trúc của phơng pháp mô hình trong vật lý học 23

1.3.3. Vai trò của phơng pháp mô hình trong lịch sử vật lý 26

1.3.4. Ưu - nhợc điểm của PPMH trong vật lý học 28

1.4. Phơng pháp mô hình trong dạy học vật lý 30

1.4.1.Vai trò của mô hình trong dạy học vật lý 30

1.4.2. Tổ chức dạy học theo phơng pháp mô hình 32

1.4.3. Các mức độ sử dụng phơng pháp mô hình trong dạy học vật lí 33
1.4.4. Cấu trúc tài liệu giáo khoa theo phơng pháp mô hình 36

1.4.5. Thực trạng sử dụng phơng pháp mô hình trong dạy học vật lý 38

Kết luận chơng 1 40

Chơng 2: Tổ chức dạy học chơng chất khí vật
lý lớp 10 Trung học phổ thông theo phơng pháp
mô hình 41

2.1. Vị trí, mục tiêu của chơng Chất khí 41

2.2. Nội dung, cấu trúc của chơng Chất khí 42

2.2.1. Nội dung, cấu trúc theo sách giáo khoa vật lý lớp 10 hiện hành 42

2.2.2. Nội dung - cấu trúc của chơng theo quan điểm mô hình 44

2.3. Các loại mô hình sử dụng trong dạy học của chơng Chất khí 45

2.3.1. Mô hình vật chất 45

2.3.2. Mô hình biểu tợng 46

2.3.3. Mô hình ký hiệu 46

2.4. Quy trình dạy học vật lí theo PPMH 51

2.5. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức trong chơngChất
khí theo phơng pháp mô hình 52

Kết luận chơng 2 70

Chơng 3: Thực nghiệm s phạm 71

3.1 Khái quát về thực nghiệm s phạm 71

3.1.1 Mục đích thực nghiệm s phạm 71

3.1.2 Nội dung thực nghiệm s phạm. 71

3.1.3 Đối tợng và địa bàn thực nghiệm s phạm. 71

3.1.4. Tiến hành thực nghiệm s phạm. 72

3.2 Phân tích kết quả thực nghiệm. 73
3.2.1 Đánh giá học sinh giữa hai lớp về kĩ năng vận dụng, tính tích cực
nhận thức của học sinh trong các giờ dạy thực nghiệm. 73
3.2.2 Đánh giá mức độ tham gia hoạt động học tập trong các giờ học của
học sinh. 73

3.2.3 Đánh giá mức độ nắm vững kiến thức của học sinh. 75

3.2.4 Xử lý số liệu thực nghiệm. 75

3.2.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm 82

Kết luận chơng 3 84

kết luận 85

tài liệu tham khảo 94
phụ lục



7
Mở đầu

1. Lý do chọn đề tài
Đổi mới phơng pháp dạy học là vấn đề cấp thiết trong các nhà trờng
hiện nay. Việc áp dụng các phơng pháp dạy học hiện đại dựa trên quan điểm
phát huy tối đa tính tích cực, chủ động, sáng tạo của ngời học, đề cao vai trò
tự học dới sự hớng dẫn của thầy đang đợc phổ biến rộng rãi.
Báo cáo chính trị tại đại hội XI của Đảng đã đặt ra nhiệm vụ: Đổi mới
chơng trình, nội dung, phơng pháp dạy và học, phơng pháp thi, kiểm tra
theo hớng hiện đại; nâng cao chất lợng giáo dục toàn diện, đặc biệt coi
trọng giáo dục lý tởng, giáo duc truyền thống lịch sử cách mạng, đạo đức, lối
sống, năng lực sáng tạo, kỹ năng thực hành, tác phong công nghiệp, ý thức
trách nhiệm xã hội[20].
Tuy nhiên thực trạng dạy học ở trờng phổ thông hiện nay vẫn cha đáp
ứng đợc yêu cầu mà Đảng, Nhà nớc đặt ra. Phần đa giáo viên vẫn còn sức ỳ
lớn trong việc đổi mới phơng pháp dạy học nên việc dạy học ở trờng phổ
thông chủ yếu vẫn là lối truyền thụ một chiều mang tính thông báo và nhồi
nhét. Hậu quả là sự quá tải trong học tập của học sinh, làm thui chột t duy
sáng tạo của các em dẫn tới chất lợng đào tạo không nh mong muốn . Do đó

vấn đề bồi dỡng cho học sinh các phơng pháp nhận thức khoa học, t duy
sáng tạo đã trở thành nhiệm vụ quan trọng của các môn học trong nhà trờng
phổ thông.
Chỉ trên cơ sở dạy cho các em các phơng pháp nhận thức khoa học
chúng ta mới có thể làm cho các em biết học tập một cách chủ động, mới rèn
luyện đợc trí thông minh, óc sáng tạo ở các em. Nhng việc rèn luyện trí
thông minh sáng tạo trong dạy học ở trờng phổ thông nớc ta hiện nay còn
mới mẻ, đang còn nhiều khó khăn cả về lý luận lẫn thực tiễn.
Để đạt đợc mục đích đó, chúng ta cần phải nghiên cứu, áp dụng và



8
liên tục cải tiến các phơng pháp giảng dạy. Nền giáo dục của nớc ta hiện
nay đã sử dụng một số phơng pháp dạy học mang lại những hiệu quả nhất
định nh phơng pháp thực nghiệm, phơng pháp dạy hoc nêu vấn đề,
phơng pháp dạy học lấy học sinh làm trung tâm(dạy học hớng vào ngời
học), dạy học algolit
Phơng pháp mô hình (PPMH) là một trong những phơng pháp nhận
thức khoa học và đã đợc vận dụng vào trong dạy học. Khi nghiên cứu những
hiện tợng Vật lí xảy ra trong thế giới vi mô, nhất là trong dạy học vật lí,
chúng tôi đặc biệt quan tâm tới PPMH.
PPMH ngày càng trở nên quan trọng không những trong vật lí mà cả
trong những ngành khoa học tự nhiên và xã hội khác. Chính vì vậy, chúng tôi
chọn đề tài: Vận dụng phơng pháp mô hình trong dạy học chơng Chất
khí vật lí lớp 10 trung học phổ thông.
2. Mục đích nghiên cứu
Đề xuất quy trình dạy học chơng Chất khí trên cơ sở vận dụng
PPMH nhằm góp phần nâng cao chất lợng dạy học vật lí trong trờng THPT.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tợng nghiên cứu: Quá trình dạy học vật lí ở trờng THPT.
3.2. Phạm vi nghiên cứu: Đề tài đợc thực hiện tại các trờng THPT Bất Bạt,
THPT Ba Vì, thuộc huyện Ba Vì TP Hà Nội.
4. Giả thuyết khoa học
Khi dạy học chơng Chất khí lớp 10 THPT, nếu vận dụng PPMH ở
các mức độ khác nhau để thiết kế phơng án dạy học cho một số đơn vị kiến
thức cụ thể thì kết quả học sinh không những nắm vững sâu sắc kiến thức mà
còn phát triển t duy sáng tạo cho học sinh.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
5.1. Nghiên cứu tài liệu, sách, báo liên quan đến vấn đề nghiên cứu
nhằm xác định cơ sở lí luận cho việc thiết kế quy trình dạy học trên cơ



9
sở vận dụng PPMH.
5.2. Nghiên cứu chơng trình và sách giáo khoa vật lí phần nhiệt học.
5.3. Tìm hiểu thực trạng nhận thức về PPMH và sử dụng PPMH trong dạy
học vật lí ở trờng phổ thông.
5.4. Thiết kế các phơng án dạy học chơng Chất khí trên cơ sở vận dụng
PPMH.
5.5. Thực nghiệm s phạm các phơng án đã xây dựng.
6. Phơng pháp nghiên cứu
6.1. Nghiên cứu lý luận: Vận dụng phơng pháp này để khái quát hóa hệ
thống các vấn đề lý luận trong các tài liệu, sách, báo liên quan đến đề tài
nghiên cứu nhằm xác định cơ sở lý luận cho đề tài.
6.2. Nhóm phơng pháp thực tiễn:
6.2.1. Điều tra giáo dục: Phỏng vấn trực tiếp, gián tiếp qua bộ phiếu hỏi các
giáo viên, cán bộ quản lí giáo dục và học sinh về việc sử dụng mô hình và
PPMH trong dạy học vật lí.

6.2.2. Quan sát s phạm: Dự giờ giáo viên.
6.2.3. Nghiên cứu sản phẩm GD của giáo viên và học sinh: Giáo án, vở ghi
chép bài, bài làm kiểm tra của học sinh.
6.3. Thực nghiệm s phạm: Vận dụng phơng pháp này để kiểm nghiệm tính
khoa học, khả thi của các phơng án dạy học trên cơ sở vận dụng PPMH.
7. Kết quả nghiên cứu
Qua quá trình triển khai đề tài: Nghiên cứu sử dụng phơng pháp
mô hình trong dạy học chơng Chất khí vật lý lớp 10 THPT, chúng tôi
đã thu đợc một số kết quả nh sau:
- Về mặt lý luận:
+ Nhận thức đợc cấu trúc của PPMH, vai trò của PPMH trong nghiên
cứu vật lý và trong dạy học vật lý.



10
+ Nắm đợc các bớc cơ bản vận dụng PPMH trong dạy học vật lý.
- Về mặt nghiên cứu ứng dụng:
+ Xây dựng, thiết kế các giáo án chơng Chất khí theo PPMH.
+ Thực nghiệm s phạm: chúng tôi nhận thấy, có thể tiến hành dạy học
chơng Chất khí theo PPMH, nhờ đó học sinh làm quen với PPMH -phơng
pháp nhận thức quan trọng của vật lý học.
8. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, phần phụ lục và tài liệu tham khảo,
luận văn gồm 3 chơng sau:
Chơng 1: Cơ sở lý luận của đề tài
Chơng 2: Tổ chức dạy học chơng Chất khí Vật lí lớp 10 THPT
theo PPMH.
Chơng 3: Thực nghiệm s phạm

11
Chơng 1
Cơ sở lý luận của việc vận dụng
PPMH trong dạy học vật lí

1.1. Tổng quan nghiên cứu vấn đề
Phơng pháp dạy học vật lí là một nghành của khoa học giáo dục,
nghiên cứu quá trình dạy học môn vật lí. Việc xác định những đặc điểm, bản
chất, quy luật vận động của quá trình đó sẽ giúp ngời giáo viên vật lí có thể
điều khiển đợc diễn biến của nó nhằm đạt đợc mục tiêu của việc dạy học
môn vật lí.
Trong quá trình dạy học, có hai loại nhân vật hoạt động đồng thời: giáo
viên dạy, học sinh học. Giữa hai loại nhân vật này có nhiều mối quan hệ nh
quan hệ giữa giáo viên với cá nhân học sinh, quan hệ giữa giáo viên với tập
thể học sinh trong lớp, quan hệ giữa học sinh với nhau. Hoat đông của hai loại
nhân vật này đều nhằm chung một mục đích cuối cùng là làm cho mỗi cá
nhân học sinh lĩnh hội đợc nội dung môn học bao gồm cả kiến thức, kĩ năng,

kĩ xảo, những năng lực và phẩm chất đạo đức có liên quan đến môn học.
Trong quá trình dạy học muốn biến nội dung môn học thành vốn liếng
của cá nhân học sinh thì phải xem xét sự vận động của nội dung dạy học trong
mối liên hệ vứi mục đích dạy học và phơng pháp dạy học: Mục đích Nội
dung Phơng pháp
Phơng phấp dạy học ở đây là cách thức hoạt động và phối hợp hành
động của giáo viên và học sinh để đạt đợc mục tiêu đề ra.
Với t cách là một nghành của khoa học giáo dục, phơng pháp dạy học vật lí
sử dụng những phơng pháp chung của khoa học giáo dục vận dung vao
phơng pháp dạy học vật lí.
Cơ sở phơng pháp luận chung của mọi khoa học là triết học duy vật
biện chứng. Nó cung cấp cho ta những quan điểm cơ bản về con đờng



12
nhận thức thế giới, nhận thức chân lí. Những t tởng của triết học duy vật
biện chứng cần đợc quán triệt trong phơng pháp nghiên cứu phơng pháp
dạy học vật lí là:
- Xem xét những quá trình và hiện tợng trong mối quan hệ nhiều mặt
và tác động qua lai giữa chúng.
- Xem xét những quá trình và hiện tợng trong sự vận động và phát
triển, chỉ ra những bớc chuyển hóa từ sự biến đổi về lợng sang sự biến đổi
về chất.
- Phát hiện những mâu thuẫn nội tại và sự đấu tranh giữa các mặt đối
lập để tìm ra những động lực phát triển.
- Coi thực tiễn là nguồn gốc nhận thức và là tiêu chuẩn của chân lí.
Dạy học sinh tự lực hoạt động để chiếm lĩnh kiến thức vật lí thì tốt nhất
là dạy cho họ biết sử dụng chính phơng pháp mà các nhà khoa học dùng để
nghiên cứu vật lí, đẻ tìm chân lí (phơng pháp nhận thức vật lí).

Tuy nhiên, để sử dụng đợc thành thạo một phơng pháp nhận thức
khoa học là một việc khó, đòi hỏi trình độ t duy phát triển và kinh nghiệm
phong phú. Không thể qua một vài bài dạy về phơng pháp nhận thức mà có
thể hiểu đợc, sử dụng đợc. Phơng pháp là sự vận động của nội dung. Giáo
viên cần phảI thông qua việc hớng đãn học sinh nghiên cứu một nội dung cụ
thể mà khái quát hóa lên thành phơng pháp nhận thức, sau đó lại tiếp tục vận
dụng phơng pháp này cho nghiên cứu các nội dung khác.
Trong dạy học vật lí ở trờng phổ thông ngoài những phơng pháp
chung thì còn có hai phơng pháp đặc thù là phơng pháp thực nghiệm và
phơng pháp mô hình. Phơng pháp thực nghiệm đợc dùng phổ biến nhất, nó
xuyên suốt quá trình dạy học vật lí ở trờng phổ thông. Một số công trình
nghiên cứu có quan tâm đến PPMH nh: Sử dụng phơng pháp nhận thức
(phơng pháp mô hình) trong dạy học vật lí nhằm phát triển t duy học sinh
của tác giả Trịnh Thị Hải Yến. Quan điểm mô hình hoá về vấn đề nhận thức



13
khoa học của tác giả Phạm Hữu Tòng đã đề cập tới mô hình, phơng pháp mô
hình trong dạy học vật lí. Thực tế thì phơng pháp mô hình ít xuất hiện tờng
minh trong các giờ học vật lí ở trờng phổ thông.
Vì vậy chúng tôi chọn đề tài Vận đụng phơng pháp mô hình trong
dạy học chơng chất khí vật lí lớp 10 THPT với mục đích bồi dơng
phơng pháp nhận thức khoa học cho học sinh, giúp họ nắm vững, sâu sắc
kiến thức và phát triển t duy sáng tạo của họ.
1.2. Mô hình
1.2.1. Khái niệm về mô hình
Khái niệm mô hình đợc 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
học sinh thờng gặp mô hình tế bào, mô hình động cơ không đồng bộ ba pha,

mô hình động cơ đốt trong, tức là vật chất có cấu tạo không gian giống nh
vật mà ta cần nghiên cứu. Mô hình phân tử, mô hình nguyên tử lại mô tả
những vật thể mà ta chỉ biết đợc những tính chất của chúng chứ không quan
sát trực tiếp đợc. Mô hình quá trình dạy học, mô hình bài học lại không phản
ánh một vật thể nào cả mà phản ánh một sự kiện trừu tợng. Mô hình con
ngời mới, mô hình nhà trờng phổ thông đợc hiểu là mẫu mực mà ta phải
vơn tới chứ không phải là phỏng theo một thực thể đang tồn tại.
Trong vật lý học, V.A Stôphơ đã định nghĩa mô hình nh sau: Mô hình
là một hệ thống đợc hình dung trong óc hay đợc thực hiện một cách vật
chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tợng nghiên
cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta
những thông tin mới về đối tợng [26].
Theo định nghĩa này, cần đặc biệt chú ý đến sự khác biệt giữa mô hình
với đối tợng vật chất. Một mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối
tợng vật chất. Cùng một đối tợng vật chất nhng có thể có nhiều mô hình
khác nhau. Nh vậy mô hình không đồng nhất với đối tợng mà nó phản ánh.



14
Còn theo Halbwachs thì định nghĩa Những dấu hiệu bao gồm trong
các hình vẽ, các giản đồ, các ký hiệu toán học hay đơn giản hơn, những
mệnh đề đợc thành lập bởi các từ, những hệ thống sẽ đợc dùng để biểu
diễn cảnh huống. Với một hệ thống các dấu hiệu nh thế, chúng ta gọi là
một mô hình[22].
Khái niệm mô hình, theo định nghĩa chung nhất của nó thì là một cái gì
đó (một vật thể, một sự biểu đạt hình tợng, một phơng trình ) thay thế cho cái
nguyên gốc, nó cho phép thay thế cái nguyên gốc này bởi sự trung gian giúp cho
dễ hiểu hơn, dễ đạt tới hơn đối với nhận thức. Quan hệ giữa mô hình với thực tế
có thể hoặc là sự tơng tự về hình thức bề ngoài hoặc là sự tơng tự của cái cấu

trúc bị che khuất, hoặc là sự tơng tự chức năng, hiệu quả.
1.2.2. Các chức năng của mô hình
Nh chúng ta đã thấy, vai trò của một mô hình vật lý nhằm đảm bảo
cho sự thấu hiểu khoa học một đối tợng vật lý nào đó. Nh vậy, trong vật lý
học mô hình có ba chức năng chính sau đây:
a) Mô tả sự vật, hiện tợng.
b) Giải thích các sự kiện và hiện tợng có liên quan tới đối tợng.
c) Tiên đoán các sự kiện và hiện tợng mới.
Một mô hình không phải chỉ dùng để mô tả và giải thích các hiện tợng
vật lý mà hơn thế nữa, nó còn đợc dùng để tiên đoán những hiện tợng mới.
Không có chức năng tiên đoán này, mô hình mất đi vai trò quan trọng của nó
trong khoa học.
Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng mô hình đờng cảm ứng từ trong dạy
học về từ trờng và hiện tợng cảm ứng điện từ (lớp 11). Mô hình đờng cảm
ứng từ không những biểu diễn đợc hớng mà còn cả độ lớn của lực từ ở mỗi
điểm xung quanh nam châm. Sử dụng mô hình đờng 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



15
mô hình đờng cảm ứng từ ta còn có thể phát hiện ra một điều quan trọng là:
không gian xung quanh dòng điện cũng tồn tại từ trờng.
1.2.3. Tính chất của mô hình
Với t cách là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối
tợng nghiên cứu, một mô hình có những tính chất cơ bản sau đây:
a) Tính tơng tự với vật gốc:
Một hệ thống chỉ có thể đợc coi là mô hình của vật gốc khi có thể
chuyển đợc những kết quả nghiên cứu trên mô hình sang vật gốc. Nghĩa là

nó có sự tơng tự giữa mô hình và vật gốc. Sự tơng tự đó có thể là đồng cấu
hoặc đẳng cấu.
Sự tơng tự có thể thuộc loại cấu trúc, khi đó sự tơng tự chủ yếu ở mối
quan hệ giữa các phần tử của hai hệ thống. Ví dụ mô hình 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 tơng ứng của vật. Cũng có thể là sự tơng tự về chức
năng, nghĩa là các phân tử tơng ứng của hai hệ thống có chức năng giống
nhau nhng cấu trúc có thể khác nhau. Ví dụ mô hình ảnh tạo bởi thấu kính
hội tụ và gơng cầu lõm dới 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 gơng cầu lõm làm vật kính trong mô hình
kính thiên văn. Sự tơng 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 thờng 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 không có điểm nào giống nhau nhng kết quả thu đợc
trong quá trình biến đổi toán học lại phù hợp với kết quả thu đợc bằng thực
nghiêm. Ví dụ mô hình toán học diễn tả dao động điều hoà: sự tơng tự giữa
quy luật biến đổi của điện tích q trong mạch dao động LC cũng giống nh
quy luật biến đổi của ly độ x trong dao động của con lắc lò xo.
Trong dạy học vật lý, tính chất tơng tự với vật gốc của mô hình có ý



16
nghĩa quan trọng: sử dụng tính chất này khi xây dựng mô hình, học sinh đợc
rèn luyện một loạt các thao tác t duy, đợc phát triển niềm tin vào mối liên
hệ có tính khái quát, có tính quy luật của các sự vật, hiện tợng tự nhiên đa
đạng, phong phú. Sử dụng tính chất này còn góp phần nâng cao hiệu quả giờ
học, thể hiện trớc hết ở tính sâu sắc, tính hệ thống của các kiến thức vì nó tạo
điều kiện cho học sinh liên hệ cái cha 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
nh những dấu hiệu giống nhau và khác nhau của chúng.
b) Tính đơn giản:
Nh ta đã biết, thực tế khách quan vô cùng đa dạng và phong phú. Mỗi
mô hình chỉ phản ánh đợc một mặt nào đó của thực tế. Nhiều khi một hệ
thống thực thể khách quan phải dùng đến nhiều mô hình để phản ánh. Trong
khi xây dựng mô hình ta phải thực hiện các thao tác trừu tợng hóa, khái quát
hóa những thao tác ấy bao giờ cũng dẫn đến một sự đơn giản hóa vì rằng ta đã
tớc bỏ những chi tiết thứ yếu, chỉ còn lại những thuộc tính và những mối liên
hệ bản chất. Nh vậy tính đơn giản của mô hình là một tất yếu khách quan.
Mặt khác cũng nhờ tính đơn giản này của mô hình mà nhà nghiên cứu
có thể nắm chắc 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 mô hình đơn
giản để nghiên cứu mà nghiên cứu ngay những hiện tợng thực tế phức tạp thì
nhiều trờng hợp quy luật bị lu mờ và nhà nghiên cứu có thể bị nhầm lẫn.
c) Tính trực quan:
Trớc hết tính trực quan của mô hình thể hiện ở chỗ dễ dàng nhận biết
bằng các giác quan. Ta có thể cảm giác, tri giác trực tiếp trên mô hình, nhng
nhiều khi không làm đợc việc đó trên các hiện tợng 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 đợc. Thí dụ lực hút, lực đẩy giữa
các phân tử đợc biểu diễn trên mô hình bằng cách gạch nối đậm hay mảnh,



17
hoặc quy luật chuyển động đợc biểu diễn bằng đồ thị vận tốc.
Khái niệm trực quan còn đợc mở rộng trong trờng hợp mô hình không
trực tiếp diễn tả hiện tợng thực tế mà so sánh với một hiện tợng thực tế khác
mà ta có thể tri giác bằng giác quan đợc. Ví dụ nh dùng mô hình sóng nớc để

diễn tả sự giao thoa của sóng ánh sáng mặc dù sóng ánh sáng hoàn toàn khác
sóng nớc. Rõ ràng mức độ trực giác gián tiếp loại này còn phụ thuộc vào vốn
hiêủ biết của chính chủ thể, do chủ thể đã tích lũy đợc từ trớc.
ý
nghĩa của tính trực quan của mô hình trong dạy học thể hiện ở chỗ,
làm cho học sinh dễ hình dung các hiện tợng vật lý không thể quan sát trực
tiếp đợc (Ví dụ sử dụng con lắc lò xo để trực quan hoá quá trình xảy ra và sự
biến đổi của các đại lợng vật lý trong mạch dao dộng LC), dễ hiểu hơn các
khái niệm trừu tợng (ví dụ khi minh hoạ các khái niệm dòng điện và hiệu
điện thế, có thể dùng dùng hình ảnh dòng nớc chảy để trực quan hoá các kiến
thức trên).
d) Tính quy luật riêng:
Khi xây dựng mô hình, ngời ta dựa vào sự tơng tự của nó với tình
huống vật lý mà nó phản ánh. Nhng bản thân mô hình có những tính chất
riêng của nó đợc quy định bởi tính chất của các phần 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 nh mô hình ký hiệu toán học tuân theo
những quy luật toán học. Từ sự vận động của những quy luật riêng này có thể
rút ra những kết luận mới có khả năng chuyển tải sang tình huống vật lý (vật
gốc). Đơng nhiên rằng sự tiên đoán nàycó tính chất giả thuyết, cần đợc
kiểm tra lại.
Đây là giá trị nhận thức của mô hình. Nhờ tính chất này mà với mô hình
ta không chỉ dừng lại ở sự mô tả, tìm hiểu các tình huống vật lý mà còn phát
hiện ra những tính chất mới, cung cấp những thông tin mới.



18
e) Tính lý tởng:

Mô hình xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn. Nhng khi ta mô
hình hóa một vật, một mối quan hệ nào đó ta đã thực hiện một sự trừu tợng
hóa, khái quát hóa, phản ánh các thuộc tính của vật thể, hiện tợng khách
quan ở mức độ hoàn thiện cao, loại bỏ tất cả những ảnh hởng nhiễu trong
nhận thức. Nh vậy mô hình nào cũng có tính chất lý tởng ít hay nhiều. Nói
cách khác không có mô hình nào giống hệt thực tiễn bởi nếu mô hình hoàn
toàn giống thực tế khách quan thì nó không còn tính cách là vật đại diện, thay
thế nữa. Một mô hình vật lý chỉ phản ánh đến một mức độ nhất định một vài
mặt của một tình huống vật lý.
Tính chất lý tởng của mô hình ngày càng cao thì mô hình càng khái
quát và giúp ta nhận thức đợc những nét chung nhất của hiện tợng và bao
trùm đợc một số càng lớn hiện tợng. Nhng càng khái quát, càng có tính lý
tởng cao thì khi sử dụng mô hình để nghiên cứu thực tế càng gặp nhiều khó
khăn vì ta phải bổ sung vào cấu trúc chung của mô hình rất nhiều yếu tố cụ
thể phù hợp với các tính chất đối tợng nghiên cứu.
1.2.4. Các loại mô hình sử dụng trong vật lý học
Ta có thể phân các mô hình vật lý ra làm hai loại [18, 130], [15, 27].
A) Mô hình vật chất:
Là mô hình trên đó phản ánh đặc trng cơ bản về mặt hình học, vật lý,
động lực học, chức năng học của đối tợng nghiên cứu.
Thí dụ: Mô hình máy phát điện, mô hình động cơ điện, mô hình động
cơ đốt trong Loại mô hình này chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình
nhận thức khi cần hình thành những biểu tợng hoặc thu thập kiến thức có
tính chất kinh nghiệm. Những kiến thức thu đợc trên mô hình là những tính
chất bên ngoài của hiên tợng, của đối tợng thực.
B) Mô hình lý tởng ( hay mô hình lý thuyết)
Là những mô hình trừu tợng, trên đó về nguyên tắc ngời ta chỉ áp

19
dụng những thao tác t duy lý thuyết. Các phần tử của mô hình và đối tợng
nghiên cứu thực tế có thể có bản chất vật lý hoàn toàn khác nhau nhng hoạt
động theo những quy luật giống nhau. Các mô hình lý thuyết có thể có rất
nhiều loại tùy theo mức độ trừu tợng khác nhau.
a) Mô hình ký hiệu:
Là dạng cụ thể nhất của mô hình lý tởng. Đó là hệ thống những ký
hiệu dùng với t cách là mô hình: hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các công
thức, phơng trình toán học. Chúng tôi đặc biệt chú ý đến hai loại mô hình ký
hiệu là mô hình toán học và mô hình đồ thị.
a
1
) Mô hình toán học: Là những mô hình có bản chất khác với vật gốc,
chúng diễn tả những đặc tính của vật gốc bằng một hệ thức toán học. Chẳng
hạn nh tất cả những đại lợng q biến thiên thỏa mãn phơng trình: q+

2
q =
0 đều biến thiên theo một quy luật dao động điều hòa. Bởi vậy có thể dùng
công thức đó là mô hình của mọi dao động điều hòa không phụ thuộc vào bản
chất của dao động. Mục đích của mô hình hóa là thay thế đối tợng nghiên
cứu bằng phơng trình sao cho có thể thu đợc những thông tin cần thiết một
cách dễ dàng nhất. Bởi vậy có thể ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức
xuất phát từ những yếu tố quan sát đợc (lực đàn hồi) để xây dựng mô hình
dao động cơ học, sau đó dùng mô hình để nghiên cứu dao động điện không
quan sát trực tiếp đợc.
Tuy mô hình toán có u điểm về sự chặt chẽ của toán học, có thể xét
tới những yếu tố ảnh hởng nhỏ nhất tham dự vào quá trình thực nghiệm,
song sự chặt chẽ này đồng thời lại là nhợc điểm của mô hình toán, vì nó
có khoảng cách khá xa với tính linh hoạt của các quá trình thực, nhất là các

quá trình xã hội [4].
a
2
) Mô hình đồ thị: Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến mô hình đồ thị, là
một loại mô hình rất thông dụng trong nghiên cứu vật lý, đặc biệt là trong
nghiên cứu thực nghiệm, nhng cha đợc hiểu và sử dụng đúng mức.
Vai trò của đồ thị thể hiện rất rõ: Đồ thị biểu diễn một mối quan hệ giữa



20
hai hoặc ba đại lợng vật lý mô tả hiện tợng tự nhiên.
Nếu chỉ dừng lại ở việc giải thích hiện tợng theo quan điểm vĩ mô
(theo hiện tơng luận) thì trong nhiều trờng hợp, có thể dựa vào đồ thị để giải
thích sự diễn biến của hiện tợng. Chẳng hạn, ngời ta thờng dựa vào đặc
tuyến vôn- ampe của tranzito để chọn điểm làm việc của nó. Ngợc lại với
một điểm làm việc nhất định, thì dựa vào đặc tuyến vôn- ampe ta có thể biết
trazito hoạt động ở chế độ tuyến tính hay không tuyến tính.
Mỗi đồ thị không những chỉ phản ánh đơn thuần mối liên hệ hàm số
giữa hai đại lợng vật lý, mà nó mang nhiều thông tin quý báu ngoài mối liên
hệ đó. đó chính là chức năng tiên đoán của đồ thị. Đồ thị của đờng đẳng tích
và đờng đẳng áp đã cho ta tiên đoán sự tồn tại của độ không 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 ngợc nhau chi phối hiện tợng mà ta xét. Đó chẳng hạn là
trờng hợp đồ thị thực nghiệm của sự phụ thuộc năng suất phát xạ đơn sắc của
vật đen tuyệt đối và bớc sóng.
Nh vậy, đồ thị vật lý hoàn toàn có đủ t cách là một mô hình lý thuyết
của hiện tợng vật lý.
Để cho đồ thị có ý nghĩa nh một mô hình độc lập chứ không phải chỉ
là một dạng để biểu diễn một công thức toán học, cần nói rõ cách xây dựng và

sử dụng riêng của đồ thị.
a
3
) Mô hình lôgic- toán: Mô hình này dựa trên ngôn ngữ toán học. Mô
hình này đợc sử dụng rộng rãi trên các máy tính điện tử. Có thể coi mô hình
dùng trong máy tính điện tử là mô hình ký hiệu đã đợc vật chất hóa. Những
hiện tợng hoặc quá trình cần nghiên cứu đợc mô hình hóa dới dạng chơng
trình của maý tính, nghĩa là hệ thống quy luật đã đợc mã hóa theo ngôn ngữ
của máy, chơng trình này có thể coi nh algorit của các hành vi của đối
tợng nghiên cứu.
b) Mô hình biểu tợng:
Mô hình biểu tợng là dạng trừu tợng nhất của mô hình lý tởng.



21
Những mô hình biểu tợng không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà
chỉ có trong t duy của ta. Ta chỉ nêu algôrit đã tạo ra mô hình rồi hình dung
nó trong óc chứ không cần làm ra mô hình cụ thể. Với sự hình dung đó ngời
ta có thể hiểu đợc hành vi của mô hình (và do đó của đối tợng cần nghiên
cứu) bằng cách suy luận lôgic. Thí dụ mô hình phân tử trong thuyết động học
phân tử của chất khí. Mô hình này mang nhiều đặc tính không thể diễn tả
bằng một vật cụ thể hay một ký hiệu (quả cầu đàn hồi, có lực hút, lực đẩy,
chuyển động hỗn loạn v.v ).
Mô hình lý thuyết nhiều khi đợc vật chất hóa dới một dạng nào đó để
hỗ trợ cho quá trình t duy. Ví dụ mô hình cấu tạo chất: vật chất đợc cấu tạo
từ những hạt nhỏ bé, riêng biệt, giữa các hạt có khoảng cách. Hiện tợng quan
sát đợc trên mô hình ngô-vừng khi chúng đợc trộn lẫn vào nhau có thể
chuyển sang vật gốc rợu-nớc.
Trong vật lý học những mô hình lý thuyết có tác dụng to lớn đối với quá

trình nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng. Mô hình ký hiệu và mô
hình biểu tợng trong sáng tạo khoa học vật lý liên quan mật thiết với nhau và
có ảnh hởng đến sự phát triển của nhau.
Tóm lại, chúng ta có thể xây dựng sơ đồ các loại mô hình nh ở hình
1.1 sau đây:













MÔ hình
MH lý thuyết
MH vật chất
MH ký hiệu

MH biểu tợng

MH đồ thị MH lôgic toán MH toán học
Hình 1.1: Các loại MH sử dụng trong vật lý học

MH chức năng
MH cấu trúc

22
1.3. Phơng pháp mô hình trong vật lý học
Trong phơng pháp mô hình, ngời ta dựng lại những tính chất cơ bản
của vật thể, hiện tợng, quá trình và mối quan hệ giữa chúng dới dạng mô
hình. Việc nghiên cứu trên mô hình sẽ thay thế cho việc nghiên cứu trên
chính đối tợng thực tiễn, những kết quả nghiên cứu trên mô hình sẽ chuyển
sang cho những đối tợng gốc cho phép ta thu đợc những thông tin mới về
đối tợng gốc .
1.3.1 Cơ sở lý thuyết của phơng pháp mô hình
Cơ sở lý thuyết của phơng pháp mô hình là lý thuyết tơng tự. Theo
phơng pháp này ta dựa vào sự giống nhau một phần về các tính chất hay về
các mối quan hệ mà chuyển những thông tin thu thập đợc từ một đối tợng
này sang một đối tợng khác. Thuật ngữ đối tợng ở đây dùng theo nghĩa
rộng chỉ một vật thể (hoặc hệ vật thể) hoặc một hình ảnh (hoặc một hệ hình
ảnh) trừu tợng hay một sơ đồ lôgic.
Giả sử có một đối tơng A mà ta biết có những tính chất a
1
, a
2
, a
3
a
n
,
a
n+1
còn khi nghiên cứu một đối tợng B ta chỉ mới thấy B có những tính chất

a
1
, a
2
, a
3
a
n
giống nh đối tợng A ta có thể suy ra rằng B cũng có tính chất
a
n+1
nh đối tợng A nếu nh giữa a
1
, a
2
, a
3
a
n+1
có một quy luật lôgic gắn bó.
Rõ ràng sự suy luận tơng tự trên chỉ có tính chất là một giả thuyết, là
nguồn gốc trí thức mới. Những giả thuyết đó chỉ trở thành nhận thức khoa học
khi chúng đợc kiểm tra và xác nhận bằng thực nghiệm.
Sở dĩ sự suy luận bằng phép tơng tự đạt đợc những kết quả đáng tin
cậy trở thành một phơng pháp có hiệu lực trong khoa học vì theo Kedrốp: Sự
tơng tự có nguyên nhân sâu xa là sự thống nhất bản chất bên trong của những
hiện tợng khác nhau, sự thống nhất có tính tổng quát của các định luật chung
chi phối những định luật riêng.
Trớc hết chúng tơng tự với nhau vì chúng tuân theo những mối quan
hệ nhân quả. Dựa trên sự tơng tự giữa các hệ quả mà ngời ta có thể đa ra

23
sự tơng tự giữa các nguyên nhân và ngợc lại. D.Didorot đã viết Trong vật
lý học, tất cả những hiểu biết của chúng ta đều dựa vào sự tơng tự nếu sự
giống nhau về hệ quả mà không cho phép ta kết luận về sự giống nhau về
nguyên nhân thì khoa học vật lý sẽ ra sao? Có cần phải đi tìm nguyên nhân
của tất cả các hiên tợng tơng tự không loại trừ gì hết? Liệu điều đó có thực
hiện đợc không? Y học và những lĩnh vực thực nghiệm của vật lý sẽ nh thế
nào nếu không có nguyên lý tơng tự đó Có thể rút ra đợc kết luận gì từ rất
nhiều sự kiện, thực nghiệm và quan sát?.
Trong lịch sử khoa học, phơng pháp tơng tự đã dẫn đến nhiều phát
minh vĩ đại. Đa số những giả thuyết khoa học ngày nay đều đợc đề xuất dựa
trên sự tơng tự với những nguyên lý, những tiên đề hoặc những kết quả đã có
từ trớc trong khoa học và đã đợc thực nghiệm xác nhận là đúng đắn.
1.3.2. Cấu trúc của phơng pháp mô hình trong vật lý học
Trong vật lý, phơng pháp mô hình có cấu trúc gồm 4 giai đoạn sau đây:
a) Nghiên cứu tính chất của đối tợng gốc:
Bằng quan sát thực nghiệm, ngời ta xác định đợc một tập hợp những
tính chất của đối tợng nghiên cứu. Giai đoạn này còn gọi là tập hợp các sự
kiện ban đầu làm cơ sở để xây dựng mô hình.
b) Xây dựng mô hình:
Thông thờng do kết quả của sự tơng tự ngời ta đi đến hình dung sơ
bộ về sự vật, hiện tợng cần nghiên cứu, tức là đi đến một mô hình sơ bộ, cha
đầy đủ. Trong giai đoạn này trí tởng tợng và trực giác giữ vai trò quan
trọng. Nhờ có trí tởng tợng và trực giác mà ngời ta mới trừu xuất đợc
những tính chất và những mối quan hệ thứ yếu của đối tợng nghiên cứu, thay
nó bằng mô hình chỉ mang tính chất và những mối quan hệ chính mà ta quan
tâm. Mô hình lúc đầu mới có ở trong óc nhà nghiên cứu. Nó trở thành mẫu

dựa vào đó nhà nghiên cứu xây dựng những mô hình thật (nếu nhà nghiên cứu



24
dùng phơng pháp mô hình vật chất). Trong trờng hợp mô hình lý tởng thì
ngời ta đem đối chiếu trong óc mô hình với những vật, những hiện tợng mà
ngời ta đã quen biết, chẳng hạn nh trong thuyết động học chất khí, ngời ta
đã trừu xuất những chi tiết về cấu trúc của những phân tử của 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.
c) Thao tác trên mô hình suy ra hệ quả lý thuyết:
Sau khi xây dựng mô hình, ngời ta áp dụng những phơng pháp lý
thuyết hoặc thực nghiệm khác nhau từ t duy trên mô hình và thu đợc kết
quả, những thông tin mới. Đối với các mô hình vật chất thì ngời ta làm thí
nghiệm thực trên mô hình . Còn đối với mô hình lý tởng thì thao tác trên mô
hình trong óc, tức là áp dụng những phép tính hay những phép phân tích suy
luận lôgic dựa trên các mệnh đề của mô hình nh các tiên đề. Ngời ta coi
công việc này nh làm một thí nghiệm đặc biệt gọi là thí nghiệm tởng tợng.
Thí nghiệm tởng tợng tuy không có thật nhng có thể thực hiện đợc và có
vai trò rất lớn trong khoa học. Theo Heisenberg: những thí nghiệm đó đợc
sáng tạo để giải thích những vấn đề đặc biệt quan trọng, bất kể là thực tế ta có
thể thực hiện đợc thí nghiệm đó hay không. Dĩ nhiên, điều quan trọng là thí
nghiệm đó có thể thực hiện về nguyên tắc, mặc dù kỹ thuật thực hiện của nó
có thể rất phức tạp.
Trong phơng pháp mô hình lý tởng ngời ta đã biết trớc hành vi của
mô hình trong những điều kiện xác định. Điều ngời ta muốn biết thêm là hệ
quả của những hành vi đó nh thế nào.
Thí nghiệm tởng tợng thực chất là một thao tác lôgic chứ không phải

là một phơng pháp nghiên cứu khách quan, những kết quả trên mô hình phải
đợc chuyển đổi về đối tợng nghiên cứu (đối tợng gốc) xem có phù hợp.



25
d) Thực nghiệm kiểm tra:
- Nếu bản thân mô hình là một phần tử cấu tạo của nhận thức thì cần
phải kiểm tra sự đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu đợc từ mô
hình với những kết quả thu đợc trực tiếp từ đối tợng gốc. Nếu sai lệch thì
phải điều chỉnh ngay chính mô hình, có trờng hợp phải bỏ hẳn mô hình đó và
thay bằng một mô hình khác. Thí dụ mô hình cấu tạo phân tử khí lý tởng vừa
là đối tợng của nhận thức vừa là phơng tiện nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu
trên mô hình đó đem áp dụng vào khí thực có sai lệch với thực tế. Bởi vậy phải
chỉnh lý mô hình khí lý tởng và phải xây dựng mô hình khí thực.
- Nếu bản thân mô hình không phải là đối tợng của nhận thức mà chỉ
là phơng tiện để nghiên cứu thì việc xử lý kết quả, hợp thức mô hình là phải
phân tích những kết quả thu đợc trên mô hình thành những thông tin về đối
tợng nghiên cứu (thí dụ nh mô hình kỹ thuật, mô hình toán học ) nếu
những thông tin ấy không phù hợp cũng phải chỉnh lý lại mô hình.
Trong nhiều trờng hợp mô hình chỉ phản ánh đợc một hay một số mặt
của đối tợng nghiên cứu, còn nhiều mặt khác thì không phản ánh đợc, thậm
chí phản ánh sai lệch.
Những mô hình đã đợc kiểm nghiệm trong thực tế là những mô hình
hợp thức và dùng để phản ánh một số mặt của thực tế khách quan. Nó có thể
thay đổi, hoàn chỉnh thêm hoặc bị bác bỏ khi ngời ta có thêm thông tin chính
xác hơn về đối tợng gốc.
Tóm lại, ta có thể xây dựng sơ đồ cấu trúc của phơng pháp mô hình
nh ở hình 1.2 dới đây.