Phương Pháp Nghiên Cứu Phổ Biến Của Vật Lí Học Ở Trường Phổ Thông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SƯ PHẠM

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỔ BIẾN
CỦA VẬT LÍ HỌC Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1


“ Khoa học không phải là sự sưu tập
các định luật, sự tổng hợp các hiện
tượng không liên hệ với nhau. Nó là
sự sáng tạo của trí tuệ con người
bằng những tư tưởng và khái niệm
được phát minh một cách tự do.
Các lý thuyết về Vật lí cố tạo nên
một bức tranh hiện thực và thiết lập

Albert Einstein

sự liên hệ giữa nó với thế giới rộng
lớn của cảm giác”
2


( Phương pháp thực nghiệm (PPTN. 1
 Galilê (1564-1642( được coi là ông tổ của Vật lí
thực nghiệm. Ông cho rằng muốn hiểu thiên nhiên
thì phải quan sát trực tiếp thiên nhiên, phải làm thí
nghiệm và phải hỏi thiên nhiên.
 PPTN không đơn thuần là làm thí nghiệm mà

trong đó đòi hỏi suy luận lí thuyết, kết hợp chặt
chẽ qui nạp và diễn dịch.
 Với sự trợ giúp của các công cụ toán học nhằm
đề xuất giả thuyết và hệ quả lôgíc có thể kiểm tra
được bằng các thí nghiệm.
3


Spaski khái quát về PPTN

Quan sát, thực nghiệm

Giả thuyết

Ví dụ: Định luật vạn vật hấp dẫn
Newton quan sát quả táo rơi, đặt ra câu hỏi tại
? sao quả táo rơi xuống mà không bay lên
? Quả táo rơi xuống do Trái đất hút nó

Hệ quả

Lực tác dụng (F) có mối quan hệ với khối
lượng 2 vật (M,m) và khoảng cách giữa
chúng

Thực nghiệm kiểm tra

Newton đo đạc chuyển động của các hành
tinh.. Xác định lực hấp dẫn. Phát biểu định
luật

Thực tiễn kiểm nghiệm

Kiểm nghiệm lại
bằng thực tiễn. TN:
cân Trái đất

4


Thí nghiệm Cavendisch - Phép cân trái đ ất

5

phương pháp cân xoắn hoặc phương pháp gương )
(quay


 Cavedisch chấp nhận định luật vạn
vật hấp dẫn của Newton và thí
nghiệm của ông chỉ là thí nghiệm để
xác định hằng số G. Dễ dàng tính
được hằng số G theo công thức của
Newton .



F = k. ß )k là hằng số xoắn, ß
là góc xoắn( .

 Sau khi đo được G , Cavendisch
dùng kết quả này để xác định giá trị
trung bình của khối lượng riêng của
trái đất.
 khối lượng trái đất được tính dễ dàng
theo công thức
M = FR2 / Gm .
Do đó người ta nói thí nghiệm xác
định hằng số hấp dẫn G chính là
phép cân trái đất.

Dụng cụ thí nghiệm xác định hằng số
hấp dẫn dùng ở trường phổ thông
6


quy tắc của Newton 4
 Qui tắc 1: Đối với mỗi hiện tượng, không thừa nhận nguyên nhân nào khác
ngoài những nguyên nhân đủ để giải thích nó.
 Qui tắc 2: Bao giờ cũng quy các hiện tượng như nhau về cùng một nguyên
nhân. (Một nguyên nhân xác định phải gây ra một hệ quả xác định(.
 Qui tắc 3: Tính chất của tất cả các vật có thể đem ra thí nghiệm được mà ta
không thể làm nó tăng lên hoặc giảm xuống được thì được coi là tính chất
của mọi vật nói chung. (quy tắc này là sự quy nạp từ những sự kiện đơn lẻ
để tìm ra những định luật tổng quát(.
 Qui tắc 4: Bất kỳ khẳng định nào rút ra được từ thực nghiệm, bằng phương
pháp qui nạp đều đúng, chừng nào chưa có những hiện tượng khác giới
hạn hoặc mâu thuẫn với khẳng định đó.(Qui tắc này thừa nhận: mỗi chân lý
khoa học đều có thể hoàn thiện dần từng bước trong quá trình nhận thức
và nó vẫn giữ nguyên giá trị khoa học trong chừng mực nào đó(.

7


Sử dụng PPTN trong dạy học Vật lí
Phát hiện vấn đề

Xây dựng giả thuyết
Suy ra hệ quả lôgíc

Quan sát hiện tượng,các thí nghiệm đơn
giản, dự đoán hiện tượng, phát hiện ra các
mâu thuẫn, từ đó đưa ra một câu hỏi mà học
sinh chưa biết câu trả lời được.
Bằng suy luận lôgíc hoặc toán học, đưa ra câu
trả lời cho câu hỏi trên.) giả thuyết(
Lượng hóa giả thuyết dưới dạng biểu thức toán
học hoặc các đại lượng có thể đo được, )suy luận
bằng toán học đóng vai trò quan trọng(

Xây dựng và thực hiện
phương án thí nghiệm

thiết kế phương án thí nghiệm.. Với cùng một hệ
quả có thể có nhiều mô hình để thí nghiệm, độ
chính xác phụ thuộc vào thiết bị thí nghiệm

Phân tích, xử lý số liệu

Phân tích quy luật của số liệu thu được )đòi

hỏi các kỹ thuật xử lí, đôi khi trực giác đóng vai
trò quan trọng(.

kiểm nghiệm

Vận dụng vào thực tiễn, kiểm tra các dự đoán
bằng các thí nghiệm,. Khẳng định giả thuyết,
8


Phương pháp tương tự. 2
 Sự tương tự là sự giống nhau với mức độ khác nhau các đối
tượng
 Trong nghiên cứu và dạy học Vật lí có thể vận dụng để so sánh,
sắp xếp vào hệ thống.
 Sự tương tự dẫn đường nghiên cứu, cho phép xây dựng các mô
hình, các lí thuyết mới, đề xuất những tư tưởng mới.
 Nguyên nhân sâu xa là sự thống nhất về tính tổng quát của các
quy luật chi phối chúng.
 Sự suy luận tương tự: phương pháp suy luận lôgíc từ sự giống
nhau về các dấu hiệu xác định, từ đó suy ra sự giống nhau về
các dấu hiệu khác của chúng.
 Vì không có đủ bằng chứng, những KL rút ra bằng SLTT chỉ có
tính chất giả thuyết, nhất thiết phải được kiểm tra bằng TN chính
trên đối tượng cần nghiên cứu.
9


Các giai đoạn cơ bản của PPTT
 1. Tập hợp các dấu hiệu về đối tượng cần nghiên cứu và các

dấu hiệu về đối tượng đã có những hiểu biết phong phú định
đem đối chiếu.
 2. Tiến hành phân tích những dấu hiệu giống nhau và khác
nhau giữa chúng. Kiểm tra xem các dấu hiệu giống nhau có
đồng thời là các dấu hiệu bản chất của các đối tượng hay
không.
 3. Truyền các dấu hiệu của đối tượng đã biết cho đối tượng
cần nghiên cứu bằng suy luận tương tự.
 4. Kiểm tra tính đúng đắn của các kết luận rút ra (hoặc hệ quả
của chúng( có tính chất giả thuyết ở chính đối tượng cần
nghiên cứu.

10


Sự tương tự điện cơ
HT khác
nhau quá
trình giống
nhau

Các đại
lượng tương
đương

Dao động cơ

So sánh

Sự chuyển hoá tuần hoàn

giữa thế năng của lò xo và
động năng của vật

Sự chuyển
hoá năng
lượng

Sự chuyển hoá tuần hoàn
giữa năng lượng điện và
năng lượng từ

Các dạng
năng lượng

Năng lượng điện trường :trong tụ điện
Wtụ=q2/2C
-Năng lượng từ trong cuộn
dây: Wtừ = Li2/2

Thế năng: Wt=kx2/2- Động năng : Wđ = mv2/2

w=

k
m

Sự chuyển hoá cơ năng
thành nội năng do ma sát
Cấu trúc lý
thuyết giống

nhau

x"+)k/m(.x=0
x)t(=A.Sin)wt+ φ(
v)t(=Vo.Cos)wt+φ(
(A)t( = - Ao. Sin )wt+φ

Dao động điện LC

tần số
Nguyên
nhân tắt dần
Phương trình dao
động:
:-Nghiệm

Sự chuyển hoá năng lượng
điện từ thành nội năng do
điện trở
q"+)q/L(.C=0
q)t(=Qo.Sin)wt+φ(
(i )t(=Io.Cos )wt +φ

11


Ý nghĩa
 Khi vượt quá phạm vi cho phép, suy luận tương tự lại làm kìm
hãm bước tiến nhận thức của con người. Do suy luận tương tự dễ
tạo ra những đường mòn, những thói quen cản trở sự hình thành

những tư tưởng, những phương pháp mới.
 Sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học góp phần nâng cao
hiệu quả của giờ học, thể hiện trước hết ở tính sâu sắc, tính hệ
thống của các kiến thức, tạo điều kiện cho học sinh phát hiện
những mối liên hệ giữa các hệ thống khác nhau ở các phần khác
nhau của Vật lí.
 Việc sử dụng PPTT còn giúp học sinh dễ hình dung các hiện
tượng, quá trình Vật lí không thể quan sát trực tiếp được
 Trong dạy học Vật lí, có thể sử dụng phương pháp tương tự để
xây dựng kiến thức mới, minh họa các quá trình Vật lí không thể
quan sát trực tiếp được hoặc hệ thống hóa kiến thức.

12


Phương pháp mô hình. 3
 Mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc hay được
thực hiện một cách vật chất, hệ thống. MH phản ánh những
thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu hoặc tái tạo
nó. Nghiên cứu MH sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới
về đối tượng.
 Cùng một đối tượng vật chất nhưng có thể có nhiều mô
hình khác nhau. Như vậy, mô hình không đồng nhất với đối
tượng mà nó phản ánh.
 Các nguyên lý của Vật lí học được công bố trong điều kiện
của mô hình lý tưởng.
 Cơ sở lý thuyết của PP mô hình
là lý thuyết tương tự

13

Các chức năng của mô hình
 Mô tả sự vật, hiện tượng.
 Giải thích các tính chất và hiện tượng có liên quan
tới đối tượng.
 Tiên đoán các tính chất và hiện tượng mới

Tính chất của mô hình
 Tính tương tự với ‘vật gốc‘
 Tính đơn giản
 Tính trực quan
 Tính quy luật riêng
 Tính lý tưởng
14


Các loại mô hình sử dụng trong DH Vật lí
 Mô hình vật chất : bằng vật thể, phản ánh những tác
động cơ bản về mặt hình học, Vật lí học, động lực
học, chức năng học của đối tượng.
Mô hình lý tưởng (hay mô hình lý thuyết): mô hình
trừu tượng trên đó chỉ áp dụng những thao tác tư
duy lý thuyết:
 Mô hình kí hiệu: hệ thống những lý luận được dùng để mô tả,
thay thế những sự vật, hiện tượng Vật lí thực
 Mô hình biểu tượng: không tồn tại trong không gian, chỉ có trong
tư duy của ta, không cần làm ra mô hình cụ thể.

15

Các giai đoạn của phương pháp mô hình
 Giai đoạn 1: Tập hợp các sự kiện ban đầu làm cơ
sở để xây dựng mô hình.
 Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình, trí tưởng tượng
và trực giác giữ vai trò quan trọng.
 Giai đoạn 3 : Thao tác trên mô hình, suy ra hệ quả
lý thuyết.
 Giai đoạn 4 : Thực nghiệm và kiểm tra.

16


Xử lí số liệu trong quá trình DHVL. 4
A. Xác định các quy luật từ bảng số liệu
 khảo sát sự phụ thuộc của một đại lượng (y( vào một
số đại lượng khác x1,x2, ... tìm quy luật y=f(x1,x2...(.
 Kết quả của phép đo từ thí nghiệm dưới dạng bảng
gồm nhiều giá trị y và x1,x2, ...
 Các phương pháp:
 Phương pháp đồ thị
 Dự đoán các mối quan hệ hàm số
17


B. ước tính và con số giả định
 Sự khác biệt của hai phép đo là độ không chắc chắn của chúng.
Độ không chắc chắn đó còn gọi là sai số.
 Khi không biết độ chính xác của con số mô tả đại lượng Vật lí, các

con số còn rất thô sơ cũng cho nhiều thông tin bổ ích.
 Vài trường hợp chúng ta biết chắc chắn cách tính một đại lượng,
nhưng phép toán quá rắc rối để đưa ra kết quả chính xác, chúng ta
phải đoán dữ liệu đưa vào tính
(ước tính lượng giả định - Order of magnitide estimate(

18


Giải quyết vấn đề trong DHVL. 5
 Cô đọng những lượng lớn kiến thức và tìm ra các
quy luật khái quát kiến thức là phương pháp học
và dạy Vật lí hiệu quả.
 Những kiến thức Vật lí chúng ta học không phải là
học lại, hơn thế nữa là phải hoàn thiện chúng.
 Học cách giải quyết vấn đề như thế nào là thực
sự cần thiết và không thể hiểu Vật lí trừ khi áp
dụng Vật lí.

19


Chiến lược giải quyết vấn đề
 Xác định các khái niệm, vấn đề liên quan: xác định các biến mục tiêu
của vấn đề )giá trị, biểu thức muốn tìm(,lựa chọn ý tưởng Vật lí liên
quan
 Xây dựng giải pháp: Phác thảo mô tả vấn đề, chọn phương trình toán
học sẽ dùng để giải quyết vấn đề và quyết định sẽ sử dụng chúng
như thế nào.
 Thực hiện giải pháp: liệt kê các giá trị biết và giá trị chưa biết, chú ý

tới các biến mục tiêu chưa biết, giải các phương trình để tìm cái chưa
biết.
 Đánh giá kết quả: Mục tiêu giải quyết vấn đề Vật lí không chỉ tìm con
số hoặc công thức mà còn là sự hiểu biết sâu sắc hơn.
20


”Sự phát triển năng lực
tư duy độc lập và óc
phê phán luôn phải đặt
ở vị trí hàng đầu”
Albert Einstein

21