Chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí – vật lí 10
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.21 MB, 103 trang )
2
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
NGUYỄN VĂN
CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT
CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ - VẬT LÍ 10
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đà Nẵng, năm 2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
NGUYỄN VĂN
CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT
CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ - VẬT LÍ 10
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành
: Sƣ phạm Vật lý
Khóa học
: 2015 - 2019
Ngƣời hƣớng dẫn
: TS. Phùng Việt Hải
Đà Nẵng, năm 2019
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn tận
tình của GV hướng dẫn và được phía nhà trường tạo điều kiện thuận lợi, tơi đã có một
q trình nghiên cứu, tìm hiểu và học tập nghiêm túc để hoàn thành đề tài. Kết quả thu
được không chỉ do nỗ lực của riêng cá nhân tơi mà cịn sự giúp đỡ của q thầy cơ, gia
đình và các bạn. Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn
chân thành tới:
Quý thầy cô trong khoa Vật Lý – Trường ĐHSP – ĐHĐN đã tận tình dạy dỗ,
gúp tôi trang bị những kiến thức cân thiết quý báu của một người giáo viên để bước
vào đời.
T.S Phùng Việt Hải – người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt
thời gian qua để tôi hồn thành khóa luận của mình.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã động
viên, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong những tháng ngày tôi học tập tại trường Sư phạm
cũng như thời gian tơi hồn thành khóa luận này.
Mặc dù tôi đã cố gắng trong phạm vi cho phép của mình để hồn thành khóa
luận này nhưng khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Tơi mong nhận được sự thơng
cảm và góp ý tận tình của q thầy cơ và bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Đà nẵng, tháng 4 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn
i
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................................................i
DANH MỤC VIẾT TẮT........................................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ........................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................................... iv
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................................1
1.
Lý do chọn đề tài ............................................................................................................................1
2.
Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................................................2
3.
Nhiệm vụ nghiên cứu .....................................................................................................................2
4.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:................................................................................................3
5.
Phƣơng pháp nghiên cứu ...............................................................................................................3
6.
Tổng quan vấn đề nghiên cứu .......................................................................................................3
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƢỜNG PHỔ
THƠNG ...................................................................................................................................................5
1.1.
Đặc điểm của mơn Vật lý ở trƣờng phổ thông............................................................ 5
1.2.
Nhiệm vụ của dạy học Vật lý ở trƣờng phổ thơng ..................................................... 5
1.3. Thí nghiệm vật lý ở trƣờng phổ thơng.............................................................................. 6
1.3.1. Thí nghiệm Vật lý .................................................................................................................6
1.3.3. Vai trị của thí nghiệm trong dạy học Vật lý ......................................................................7
1.3.4. Các chức năng cơ bản của thí nghiệm trong dạy học Vật lý THPT ............................. 11
1.3.5. Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lý ........................................................................ 17
1.3.6. Các yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lý ............................................................................. 27
1.4. Thiết bị thí nghiệm ở trƣờng phổ thơng ......................................................................... 31
1.4.1. Giá trị đặc biệt của thiết bị thí nghiệm đối với dạy học Vật lý...................................... 31
1.4.2. Yêu cầu của các thiết bị thí nghiệm ................................................................................. 31
1.5. Yêu cầu trong cải tiến, chế tạo thiết bị thí nghiệm ....................................................... 32
CHƢƠNG 2. CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM “KHẢO SÁT CÁC ĐỊNH LUẬT
CHẤT KHÍ – CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ 10”................................................................................. 34
2.1. Mục tiêu cần đạt đƣợc của thí nghiệm trong bài học .................................................. 34
2.1.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát định luật Bơi-lơ – Ma-ri-ốt ...................................................... 34
2.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát định luật Sac – lơ ...................................................................... 34
2.1.3. Thí nghiệm 3: Minh họa phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng..................................... 35
2.1.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát định luật Gay –lussac ............................................................... 35
2.2. Chế tạo bộ thí nghiệm “Khảo sát các định luật chất khí” .......................................... 35
2.2.1. Thiết bị hỗ trợ gia cơng, lắp ráp, chế tạo bộ thí nghiệm ................................................ 35
2.2.2. Quy trình chế tạo bộ thí nghiệm ...................................................................................... 36
2.2.3. Nguyên lý hoạt động của bộ thí nghiệm và nguyên tắc đo các đại lƣợng ..................... 41
2.2.4. Những chú ý khi tiến hành chế tạo bộ thí nghiệm .......................................................... 41
CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA BỘ THÍ NGHIỆM ........................ 42
3.1. Khảo sát, đánh giá kết quả................................................................................................ 42
3.1.1. Khảo sát bộ thí nghiệm chứng minh định luật Bơi-lơ - Ma-ri-ốt .................................. 42
3.1.2. Khảo sát bộ thí nghiệm chứng minh định luật Sac-lơ .................................................... 46
3.1.3. Khảo sát bộ thí nghiệm chứng minh định luật Gay-lussac ............................................ 50
3.1.4. Khảo sát bộ thí nghiệm minh hoạ phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng ..................... 54
3.2. Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 58
3.3. Soạn thảo tiến trình dạy học sử dụng bộ thí nghiệm ................................................... 58
3.3.1. Bài 29: Q trình đẳng nhiệt. Định luật Bơi-lơ – Ma-ri-ốt ............................................ 58
3.3.2. Bài 30: Q trình đẳng tích định luật Sac-lơ – Chƣơng trình Vật Lí 10 ..................... 65
3.3.3. Bài 37: Phƣơng trình trạng thái của khí lí tƣởng – Chƣơng trình vật lí 10 ................. 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 87
1. Kết luận ............................................................................................................................................ 87
2. Kiến nghị .......................................................................................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................. 88
PHỤ LỤC............................................................................................................................................. 89
DANH MỤC VIẾT TẮT
STT
Chữ viết tắt
Chữ viết đầy đủ
1
CB
Cơ bản
2
GDPT
Giáo dục phổ thơng
3
GV
Giáo viên
4
HS
Học sinh
5
KLT
Khí lí tưởng
6
KN
Kĩ năng
7
NL
Năng lực
8
THCS
Trung học cơ sở
9
THPT
Trung học phổ thơng
10
SGK
Sách giáo khoa
11
TN
Thí nghiệm
ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Tên hình ảnh
STT
Trang
1
Hình 2.1. Kìm
36
2
Hình 2.2. Kìm mỏ nhọn, kìm bấm, tua vít
36
3
Hình 2.3.Đinh, ốc, vít
36
4
Hình 2.4.Kéo
36
5
Hình 2.5.Dao rọc giấy
36
6
Hình 2.6.Khoan
36
7
Hình 2.7.Súng bắn keo
36
8
Hình 2.8.Cưa tay
36
9
Hình 2.9.Mũi khoan hay mũi bắt vít
36
10
Hình 2.10.Thước cuộn
36
11
Hình 2.11.Bộ ổ cắm điện
36
12
Hình 2.12.Bật lửa
36
13
Hình 2.13. Nhiệt kế
37
14
Hình 2.14.Lon nước (lon sữa, nước yến…)
37
15
Hình 2.15.Ống dây
37
16
Hình 2.16.Các tấm gỗ
38
17
Hình 2.17.Keo Apollo silicon
38
18
Hình 2.18.Ấm đun siêu tốc
38
19
Hình 2.19.Giấy mơ hình
38
20
Hình 2.20.Bút chun dùng viết trên nhựa, gỗ, thủy tinh
38
21
Hình 2.21. Bộ thí nghiệm hồn chỉnh
41
22
Hình 3.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát định luật Bơi-lơ - Ma-ri-ốt
43
23
Hình 3.2a Bộ thí nghiêm khảo sát định luật Sac-lơ
48
24
Hình 3.2b. Đồ thị minh họa định luật Sac-lơ
51
25
Hình 3.3 Bộ thí nghiệm khảo sát định luật Gay-lussac
52
iii
26
27
Hình 3.3.b Đồ thị minh hoạt định luật Gay-lussac
Hình 3.4. Bố trí thí nghiệm minh hoạt phương trình trạng thái
khí lí tưởng
56
57
DANH MỤC BẢNG BIỂU
STT
Tên bảng
Trang
1
Bảng 2.1. Thiết bị, dụng cụ cơ bản để chế tạo bộ thí nghiệm
30
2
Bảng 2.2: Thiết bị thí nghiệm
31
3
Bảng 2.3. Các bước lắp ráp bộ thí nghiệm
32
4
Bảng 3.1a Khảo sát định luật Bơi-lơ - Ma-ri-ốt khi tăng áp suất
38
5
6
7
Bảng 3.1b Xử lí số liệu định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt khi tăng áp
suất
Bảng 3.1c Khảo sát định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt khi giảm áp
suất
Bảng 3.1d Xử lí số liệu định luật Bơi-lơ - Ma-ri-ốt khi giảm áp
suất
38
39
39
8
Bảng 3.2a Bảng số liệu khảo sát định luật Sac-lơ
42
9
Bảng 3.2b Bảng xử lí số liệu khảo sát định luật Sac-lơ
43
10
Bảng 3.3a. Bảng số liệu khảo sát định luật Gay-lussac
46
11
Bảng 3.3b. Xử lí số liệu khảo sát định luật Gay-lussac
46
12
13
Bảng 3.4a. Bảng số liệu khảo sát phương trình trạng thái khí lí
tưởng
Bảng 3.4b. Bảng xử lí số liệu khảo sát phương trình trạng thái
khí lí tưởng
iv
50
50
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Những năm gần đây, ngành giáo dục nước ta đã không ngừng đổi mới về nội
dung, chương trình, sách giáo khoa, sách tham khảo và rất chú trọng đẩy mạnh
phong trào đổi mới phương pháp dạy học ở các cấp, bậc học. Do những yêu cầu về
đổi mới phương pháp dạy học, việc trang bị đầy đủ các phương tiện dạy học ở các
trường phổ thông trở nên rất cấp thiết, và tùy từng bộ mơn mà có những phương
tiện dạy học riêng phù hợp với việc đổi mới phương pháp dạy học.
Vật lý là một bộ môn khoa học thực nghiệm. Tư tưởng chủ đạo của các sách
giáo khoa Vật lý trung học phổ thơng là nội dung kiến thức mới được hình thành
phần lớn thơng qua các thí nghiệm và thực hành, điều đó khơng chỉ tích cực hố
việc học tập của học sinh mà còn rèn luyện kỹ năng sử dụng thiết bị, đồ dùng trong
cuộc sống, rèn luyện thái độ, đức tính kiên trì, tác phong làm việc của những người
làm khoa học. Vì thế, các phương tiện thí nghiệm Vật lý đóng vai trị quan trọng
trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay.
Thực tế dạy học Vật lý cho thấy chất lượng thiết bị, thời gian thí nghiệm,
thói quen sử dụng thí nghiệm trong q trình dạy học cịn rất nhiều mặt hạn chế,
gây nhiều lúng túng cho giáo viên và học sinh. Mặt khác, trong chương trình Vật lý
trung học phổ thơng, ngồi các bài thí nghiệm được chỉ định tối thiểu và đã có các
thiết bị đi kèm, thì rất nhiều nội dung thí nghiệm khác trong sách giáo khoa chưa có
dụng cụ thí nghiệm. Điều đó địi hỏi sự sáng tạo, tích cực của giáo viên và học sinh
để tạo ra những dụng cụ phục vụ nội dung bài học.
Việc giáo viên và học sinh tự thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí
nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm Vật lý là hoạt động nhiều ý nghĩa và
có nhiều tác dụng: tăng cường tính trực quan, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh
hội và nắm vững kiến thức, phát triển năng lực tư duy, độc lập và sáng tạo của học
sinh. Việc tiến hành thí nghiệm, giải thích hoặc tiên đốn kết quả thí nghiệm địi hỏi
học sinh phải vận dụng các kiến thức ở nhiều nội dung khác nhau một cách linh
hoạt. Do đó, các kiến thức mà học sinh đã lĩnh hội được củng cố, đào sâu, mở rộng
và hệ thống hoá. Việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm tự làm trong dạy học Vật lý
1
là rất cần thiết vì trong nhiều trường hợp, các chi tiết của các thiết bị thí nghiệm
hiện đại có thể che lấp bản chất Vật lý của hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm mà
học sinh cần phải quan sát. Đồng thời, để kích thích tính tích cực, độc lập và phát
huy khả năng tư duy sáng tạo của học sinh trong học tập, giáo viên cũng có thể cá
thể hố q trình học tập của học sinh bằng cách giao cho học sinh chế tạo dụng cụ
thí nghiệm tự làm, hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm với mức độ khó, dễ
khác nhau. Các dụng cụ thí nghiệm tự làm phần lớn đáp ứng việc thực hành đồng
loạt của học sinh. Nó giải quyết được một phần khó khăn về thiết bị, tạo điều kiện
cho các em tự lực làm việc nhiều hơn. Nó khơng những địi hỏi khả năng thao tác tay
chân một cách đơn thuần mà cịn phát triển năng lực hoạt động trí tuệ, kinh
nghiệm thực tiễn và kĩ năng hợp tác của học sinh.
Hiện nay trong dạy học vật lí cịn sử dụng rất nhiều thí nghiệm ảo, tuy là dùng
thí nghiệm ảo giáo viên vẫn có thể xây dựng được kiến thức vật lí, nhưng vì thí
nghiệm ảo là xét trong điều kiện lí tưởng, nên học sinh khơng thể nhìn ra được những
khó khăn trong việc làm thí nghiệm. Cũng như không thể phát huy sự sáng tạo khi chỉ
thụ động tiếp thu kiến thức. Như trong chương trình vật lí 10 chương chất khí ở các
trường THPT hiện nay chỉ có bộ thí nghiệm khảo sát định luật Bơi-lơ – Ma ri ơt, cịn
định luật Sac – lơ chỉ có một số trường có bộ thí nghiệm khảo sát. Về định luật Gaylussac hiện nay chưa có trường nào có bộ thí nghiệm chuẩn để đưa vào sử dụng phổ
biến, chỉ có một số bộ thí nghiệm được chế tạo trong các đề tài nghiên cứu. Tuy nhiên
về độ chính xác, độ bền, tính ổn định của các bộ thí nghiệm đó vẫn chưa cao.
Chính những lí do ở trên, tôi đã mạnh dạn chọn đề tài: “Chế tạo và sử dụng bộ
thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí – Vật lí 10”
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Chế tạo được bộ thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí vật lí 10 đảm bảo độ
chính xác, tính ổn định và thẩm mĩ.
- Thiết kế tiến trình dạy học chương “Chất khí” – Vật lí 10 có sử dụng các thí nghiệm
đã xây dựng.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
-
Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương tiện dạy học thí nghiệm trong dạy học Vật lý
ở trường trung học phổ thông.
2
-
Nghiên cứu nội dung chương “Chất khí” chương trình Vật lý 10
-
Nghiên cứu các thí nghiệm Vật lý trong chương “Chất khí” chương trình Vật lý
10
-
Thiết kế, chế tạo bộ dụng cụ thí nghiệm khảo sát định luật chật khí – Vật lý 10
-
Tiến hành bổ sung, chỉnh sửa và hồn thiện bộ thí nghiệm cho phù hợp với thực
trạng nghiên cứu.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
a. Đối tượng nghiên cứu:
-
Q trình dạy học có sử dụng thí nghiệm chương chất khí - chương trình vật lí 10
b. Phạm vi nghiên cứu:
-
Nội dung kiến thức chương “Chất khí” chương trình Vật lý 10
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
-
Phương pháp nghiên cứu lý luận:
Nghiên cứu và nắm vững mục tiêu chung trong giáo dục, mục tiêu giáo dục của
môn Vật lý ở trường phổ thông hiện nay.
Nghiên cứu cơ sở lý luận của về dạy học thí nghiệm Vật Lí ở trường phổ thơng.
Từ đó, hình thành ý tưởng xây dựng bộ thí nghiệm khảo sát các định luật chất
khí vật lí 10.
Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên và các tài
liệu có liên quan để xác định kiến thức, kĩ năng, thái độ mà học sinh cần nắm
vững. Từ đó định hướng đến những năng lực ở học sinh cần được phát triển.
-
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Sử dụng phương pháp phỏng vấn, điều tra
ngắn nhằm thu thập thông tin về tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm trong
dạy học môn Vật lý ở trường trường trung học phổ thơng, nghiên cứu trong phịng
thí nghiệm về việc thiết kế, chế tạo và hoàn thiện
-
Phương pháp khảo sát, điều tra: Điều tra thực trạng hiện tại của các bộ thí nghiệm
và tình hình dạy học thí nghiệm ở các trường phổ thông.
6. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Việc sử dụng thí nghiệm để hỗ trợ q trình dạy học chủ yếu theo hướng
phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh. Trong bài giảng
chuyên đề cho lớp cao học tại trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, tác giả
Nguyễn Ngọc Hưng đã trình bày “Chiến lược dạy học giải quyết vấn đề: tổ chức,
3
định hướng hoạt động tìm tịi sáng tạo giải quyết vấn đề và tư duy khoa học của học
sinh”. Những luận điểm cơ bản của chiến lược đó là: Trong dạy học mơn khoa học,
giáo viên cần tổ chức tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà học
sinh tự thấy mình có khả năng tham gia giải quyết và do đó, học sinh sẽ suy nghĩ
đưa ra giải pháp riêng của mình, tự tìm tịi cách giải quyết thích hợp. Hoạt động
nhận thức khoa học của học sinh cần được định hướng phù hợp với tiến trình xây
dựng tri thức Vật lý: đề xuất vấn đề; suy đốn giải pháp và khảo sát lí thuyết hoặc
thực nghiệm; kiểm tra, vận dụng kết quả. Cần sử dụng những quan điểm vốn có của
học sinh vào việc xây dựng tình huống có vấn đề và định hướng hoạt động giải
quyết vấn đề một cách hữu hiệu. Việc học tập, xây dựng kiến thức khoa học của học
sinh sẽ thuận lợi và có hiệu quả hơn nhờ sự trao đổi, tranh luận với bạn học.
Về việc nghiên cứu thiết bị thí nghiệm để sử dụng trong dạy học chương
“Chất khí”:
- Tác giả Nguyễn Ngọc Hưng [4] có cơng trình nghiên cứu về thí nghiệm Vật lý
với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon, phần Cơ học chất lỏng và chất khí.
- Các trường phổ thơng đều có trang bị bộ thí nghiệm biểu diễn kiểm nghiệm các
định luật Bơi-lơ – Ma-ri-ốt, Sác-lơ. Bộ thí nghiệm này bộc lộ rất nhiều nhược điểm, và
đặc biệt rất dễ hỏng nên hầu hết giáo viên ở các trường đều khơng sử dụng để hỗ trợ
q trình dạy học chương này.
- Bộ thí nghiệm dùng để khảo sát riêng cho định luật Gay – lussac đã được chế tạo, tuy
nhiên chỉ mới bước đầu sử dụng trong dạy học chất khí. Về độ chính xác, thẩm mỹ,
tính ổn định chưa được cao và chỉ khảo sát được định luật Gay – lussac.
Trong đề tài này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu cải tiến bộ thí nghiệm
chứng minh định luật Gay-lussac và thí nghiệm minh họa phương trình trạng thái khí lí
tưởng. Từ đó cải tiến để có thể sử dụng bộ thí nghiệm đó chứng minh định luật Bơi-lơ
– Ma-ri-ốt, đặc biệt là thí nghiệm chứng minh định luật Sác-lơ.
4
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở
TRƢỜNG PHỔ THƠNG
1.1. Đặc điểm của mơn Vật lý ở trƣờng phổ thơng
•
Vật lí ở trường phổ thơng nghiên cứu những hình thức vận động cơ bản nhất
của vật chất.
•
Vật lí học hiện đại vừa là khoa học thực nghiệm, vừa là khoa học lí thuyết
nhưng vật lí ở trường phổ thơng chủ yếu là vật lí thực nghiệm.
•
Tính chất phổ biến và cơ bản của các khái niệm vật lí có ý nghĩa quan trọng tới
việc hình thành và phát triển thế giới quan khoa học cho học sinh.
•
Để nắm vững kiến thức vật lí, học sinh phải tiến hành các thao tác tư duy (phân
tích, tổng hợp, so sánh,khái qt hóa, trừu tượng hóa…)
•
Vật lí học ở trường phổ thông là cơ sở chế tạo các loại máy móc, thiết bị dùng
trong đời sống.
Ở trung học phổ thơng, Vật lý là mơn học thuộc nhóm môn Khoa học tự nhiên,
được lựa chọn theo nguyện vọng của học sinh. Ở giai đoạn giáo dục định hướng nghề
nghiệp này, môn Vật lý giúp học sinh tiếp tục phát triển các phẩm chất, năng lực đã
được định hình trong giai đoạn giáo dục cơ bản, củng cố các phẩm chất, kỹ năng cốt
lõi, tạo điều kiện để học sinh bước đầu nhận biết đúng năng lực, sở trường của bản
thân, có thái độ tích cực đối với mơn học.
Mơn Vật lý giúp học sinh có được những tri thức phổ thông cốt lõi của Vật lý
học và ứng dụng của chúng trong cuộc sống.
1.2. Nhiệm vụ của dạy học Vật lý ở trƣờng phổ thông
-
Trang bị cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại, tương đối có hệ
thống và tồn diện về vật lí.
-
Phát triển tư duy của học sinh trong việc chiếm lĩnh và vận dụng kiến thức vật lí
một cách sáng tạo.
-
Bồi dưỡng cho học sinh thế giới quan duy vật biện chứng, củng cố lịng tin ở khoa
học vơ thần, giáo dục lịng u nước, u chủ nghĩa xã hội.
-
Góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh.
5
1.3. Thí nghiệm vật lý ở trƣờng phổ thơng
1.3.1. Thí nghiệm Vật lý
Khi bàn về khái niệm “thí nghiệm” nói chung và “thí nghiệm Vật lý” nói riêng,
cuốn Đại từ điển Tiếng Việt định nghĩa: “Thí nghiệm là làm thử theo những điều
kiện, nguyên tắc đã được xác định để nghiên cứu, chứng minh...”
Tác giả Nguyễn Đức Thâm định nghĩa: “Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có
chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan.
Thơng 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.” [5].
Từ các định nghĩa trên, ta thấy thí nghiệm Vật lý có một số đặc điểm sau:
a) Tính mục đích và kế hoạch của thí nghiệm: một thí nghiệm bất kỳ được lập ra ln
phải nhằm tới một mục đích cụ thể nào đó và phải có một kế hoạch hành động.
Mục đích của thí nghiệm rất đa dạng và nó thay đổi theo sự phát triển của khoa
học, kỹ thuật. Do đó, kế hoạch tiến hành thí nghiệm cũng đa dạng và khơng có một
mẫu chung
b) Những yếu tố cơ bản: Một thí nghiệm thường phải xác định được nhiệm vụ thí
nghiệm và đối tượng nghiên cứu; người làm thí nghiệm cũng cần lựa chọn phương
pháp nghiên cứu và cách thức phù hợp để thực hiện phương pháp ấy, dùng toán
học và suy luận lơgic để xử lý kết quả thí nghiệm nhằm rút ra những kết luận cần
thiết.
c) Một thí nghiệm bao giờ cũng mang tính chủ quan. Đó là do: thí nghiệm ln phụ
thuộc vào đặc điểm các cơ quan cảm giác của người làm thí nghiệm; khả năng
cảm nhận, năng lực và kiến thức của người làm thí nghiệm; việc xác lập mục đích
và phương pháp nghiên cứu của người làm thí nghiệm; các thao tác của người
làm thí nghiệm.
d) Mọi thí nghiệm đều được gắn liền với một hệ thống lý thuyết. Đó là do: các thí
nghiệm đều sử dụng các dụng cụ thí nghiệm mà các dụng cụ này lại là kết quả
của các hoạt động lý thuyết trước đó; thí nghiệm bao giờ cũng diễn ra theo một
mục đích xác định được xây dựng trên cơ sở của một hệ thống kiến thức nhất
định; các kết quả thí nghiệm khơng ghi lại được tồn bộ diễn biến của hiện tượng
mà chỉ ghi lại được những nút nhất định
6
1.3.2. Đặc điểm của thí nghiệm Vật lý [7]
Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định
sao cho thơng qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được
giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần
được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng
cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác
động.
Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu
sự phụ thuộc giữa hai đại lượng,, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi.
Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định
nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân
tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh
hưởng của các nhiễu ( nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện để khơng làm xuất hiện
các tính chất, các mối quan hệ không được quan tâm).
Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến
đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác. Điều này đạt được
nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc.
Có thể lặp lại được thí nghiệm. Điều này có nghĩa là: với các thiết bị thí
nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành
lại thí nghiệm, hiện tượng, q trình vật lý phải diễn ra trong thí nghiệm giống như ở
các lần thí nghiệm trước.
1.3.3. Vai trị của thí nghiệm trong dạy học Vật lý
1.3.3.1. Vai trị của thí nghiệm Vật lý trong dạy học truyền thống.
Dạy học truyền thống tập trung chủ yếu vào việc truyền thụ cho học sinh những
kiến thức, kinh nghiệm mà lồi người đã tích lũy được để học sinh bắt chước làm theo.
Trong dạy học truyền thống, thí nghiệm đóng vai trị như sau:
- Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp cho học sinh hiểu những kiến thức Vật lý
trừu tượng một cách dễ dàng: Giáo viên làm thí nghiệm để cho học sinh nhận biết
được những biểu hiện cụ thể (có thể chưa đầy đủ) của các kiến thức trong thực tế.
Nhưng như thế là tách kiến thức ra hai phần riêng biệt: lý thuyết và thực tế. Học sinh
có thể hoặc học kiến thức trước, một thời gian sau mới biết biểu hiện thực tế của nó,
hoặc nhiều khi chỉ dừng ở mức hiểu biết lý thuyết, hoặc chỉ biết đến những cái cụ thể
7
mà không biết khái niệm khái quát, trừu tượng. Kết quả là kiến thức của học sinh
không vững chắc, không hồn chỉnh.
- Thí nghiệm Vật lý là nguồn trực tiếp của tri thức: Từ trước đến nay, chúng ta thường
thấy các nhà Vật lý học ln ln làm thí nghiệm để tìm hiểu những tính chất, những
quy luật của thế giới vật chất. Vì vậy, chúng ta có thể có những nhầm tưởng rằng làm
thí nghiệm là tìm thấy những tính chất, những quy luật có sẵn trong đó, làm thí nghiệm
là để cho chúng bộc lộ ra ngồi cho ta quan sát được. Thực ra, nếu chỉ dựa vào quan
sát các thí nghiệm thì ta khơng thể nào biết được các tính chất quy luật của tự nhiên,
thậm chí cịn có thể có những hiểu biết sai. Như vậy, quan niệm cho rằng thí nghiệm là
nguồn trực tiếp của tri thức đã dẫn đến một hậu quả tai hại là làm cho giáo viên và học
sinh tưởng rằng cứ làm thí nghiệm là thấy tất cả, khơng cần phải suy nghĩ gì nữa. Đó
là chưa kể đến việc phải làm thí nghiệm như thế nào, dùng những dụng cụ nào, thực
hiện những động tác nào… thì giáo viên và học sinh cũng chỉ biết nhắc lại thí nghiệm
do các nhà khoa học nghĩ ra và bắt chước làm lại. Nếu yêu cầu học sinh tự nghĩ ra một
thí nghiệm để nghiên cứu một tính chất hay một quy luật chưa biết thì đó thực sự là
một thử thách khó khăn đối với họ. Do đó, thí nghiệm có vai trò giúp rèn luyện kĩ năng
thực hành cho học sinh.
Trong dạy học truyền thống, kiến thức Vật lý được phân biệt rõ thành hai bộ
phận khác hẳn nhau: kiến thức lý thuyết và dạy kĩ năng thực hành (gồm kĩ năng sử
dụng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, các dụng cụ đo lường, các máy móc phổ biến, kĩ
năng bố trí lắp ráp thí nghiệm, tính tốn kết quả đo lường, xác định sai số, vẽ đồ
thị…). Dạy học Vật lý cũng được tách riêng việc dạy kiến thức lý thuyết và dạy kĩ
năng thực hành. Trong khi học kiến thức lý thuyết, học sinh có thể khơng cần biết làm
thí nghiệm, thực hiện các phép đo vì giáo viên đã làm hết. Ngược lại, học sinh có thể
rất khéo léo trong việc sử dụng các dụng cụ máy móc để làm thí nghiệm nhưng khơng
hiểu biết cơ sở lý thuyết của thí nghiệm đó. Đặc biệt, trong điều kiện trang thiết bị còn
thiếu thốn, trong dạy học, người ta dễ dàng bỏ qua phần thực hành, kết quả là học sinh
chỉ biết “lý thuyết suông” việc này dẫn đến sự tách rời giữa lý thuyết và thực tế.
1.3.3.2. Vai trị của thí nghiệm Vật lý trong dạy học hiện đại.
Hiện nay, mục tiêu của chương trình trung học không chỉ dừng lại ở việc trang bị
kiến thức cho học sinh mà cịn chú trọng hình thành ở họ năng lực giải quyết vấn đề,
8
năng lực tự hoạt động nhận thức. Quá trình hình thành năng lực sáng tạo của học sinh
không chỉ được quan tâm ở khâu vận dụng kiến thức vào trong thực tiễn mà còn được
chú trọng ngay trong khâu xây dựng kiến thức mới. Mục tiêu dạy học mới đó không
thể tách rời kiến thức lý thuyết và kĩ năng thực hành mà xem nó là hai mặt của của một
thể thống nhất của phẩm chất của học sinh. Với mục tiêu đó, thí nghiệm Vật lý cũng
có vai trị mới – vai trị thí nghiệm đối với hoạt động nhận thức của học sinh. Cụ thể
như sau:
- Thí nghiệm là phương tiện làm xuất hiện vấn đề cần phải nghiên cứu, kích thích sự
tìm tịi suy nghĩ của học sinh. Thí nghiệm làm xuất hiện trước học sinh một hiện tượng
mới lạ, xảy ra trái với suy nghĩ thông thường của học sinh và với vốn kiến thức đã có,
học sinh khơng giải thích được. Như vậy, thí nghiệm giúp làm xuất hiện mâu thuẫn
nhận thức, kích thích sự tị mị, nhu cầu hiểu biết, tức là thí nghiệm tạo tình huống có
vấn đề.
- Thí nghiệm là phương tiện hỗ trợ việc xây dựng giả thuyết: Trong nghiên cứu Vật lý,
khi đứng trước một vấn đề hoàn toàn mới lạ, nếu người nghiên cứu chưa có một hiểu
biết hay kinh nghiệm nào có liên quan thì khó có thể đưa ra được một dự đốn có căn
cứ. Để tránh khỏi một dự đoán vu vơ, nhà nghiên cứu thực hiện một thí nghiệm thăm
dị để xác định sơ bộ phương hướng diễn biến của hiện tượng, dựa trên đó làm cơ sở
xây dựng giả thuyết. Thí nghiệm trong trường hợp này chưa khẳng định một điều gì cả
mà chỉ gợi lên một hướng suy nghĩ. Tất nhiên, cùng một thí nghiệm cũng có thể gợi ra
những suy nghĩ khác nhau, những dự đoán khác nhau. Đối với học sinh, vì chưa có
nhiều kiến thức Vật lý và kinh nghiệm thì việc dùng thí nghiệm để tạo ra cho họ một
số kinh nghiệm thực tế ban đầu, hỗ trợ cho việc xây dựng giả thuyết là rất quan trọng,
nếu không thì nhiều trường hợp, học sinh sẽ rơi vào tình trạng hồn tồn bế tắc.
- Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết: Trên con đường
tìm tịi nghiên cứu để giải quyết vấn đề mới, nhà khoa học lúc đầu phải đưa ra câu trả
lời dự đốn (giả thuyết). Giả thuyết đó tuy có căn cứ nhưng khơng chắc chắn vì khơng
suy ra được từ những kiến thức đã biết. Vậy muốn biết giả thuyết đó có đúng khơng,
nghĩa là có phù hợp với thực tế khách quan khơng thì bắt buộc phải làm thí nghiệm
kiểm tra. Thực tiễn là tiêu chuẩn của chân lí. Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với giả
9
thuyết thì giả thuyết đó trở thành chân lý khách quan, trở thành kiến thức khoa học.
Nếu không phù hợp thì phải bỏ đi và xây dựng giả thuyết mới
Vì giả thuyết là mới mẻ, chưa từng có nên thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết cũng
là mới mẻ, chưa từng có. Giả thuyết thường có tính trừu tượng khái quát, thí nghiệm
lại chỉ là một biểu hiện trong một trường hợp cụ thể, với những điều kiện có thể quan
sát được. Bởi vậy, trước khi làm thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, cần phải đảm bảo
rằng, lập luận suy từ giả thuyết khái quát ra biểu hiện cụ thể trong thí nghiệm phải chặt
chẽ, khơng sai sót. Trong nhiều trường hợp, q trình suy luận đó khá dài dịng, cần sử
dụng cả lập luận lơgic và biến đổi tốn học khá phức tạp, rất dễ phạm sai lầm. Như
vậy, thí nghiệm khơng phải kiểm tra trực tiếp giả thuyết mà mà kiểm tra gián tiếp qua
hệ quả của nó. Một giả thuyết có thể có nhiều hệ quả trong những điều kiện khác nhau.
Càng kiểm tra bằng thí nghiệm được nhiều hệ quả thì giả thuyết càng có giá trị cao.
Đến một lúc, người ta phát hiện ra kết quả thí nghiệm khơng phù hợp với kết quả nào
đó thì phải bổ sung, sửa đổi kiến thức cũ để xây dựng một kiến thức mới, trong đó kiến
thức cũ như một trường hợp riêng. Tính mới mẻ của thí nghiệm kiểm tra thể hiện ở
nhiều mặt: sử dụng thiết bị mới, cách bố trí thí nghiệm mới, cách xử lý thí nghiệm đo
lường, độ chính xác của phép đo…Bởi vậy, người nghiên cứu phải chế tạo ra dụng cụ
thí nghiệm mới, đề xuất phương án thí nghiệm mới, nghĩ ra một phương án mới nâng
cao tính hiệu quả, độ chính xác của thí nghiệm…
- Thí nghiệm là phương tiện để phát triển hoạt động nhận thức tích cực sáng tạo của
học sinh. Bản thân thí nghiệm là khách quan, vơ cảm với mọi người, nó khơng kích
thích mà cũng khơng kìm hãm tư duy của học sinh. Có khi làm những thí nghiệm rất
khó nhưng chỉ địi hỏi khả năng thành thạo chứ khơng địi hỏi thêm sự sáng tạo. Thí
nghiệm chỉ có tác dụng phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh với sự tổ chức
hướng dẫn của giáo viên. Trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, giáo viên cần chú
ý bồi dưỡng cho học sinh các yếu tố của năng lực hoạt động trí tuệ như sau: năng lực
đề xuất giả thuyết, phân tích mơ tả các hiện tượng, q trình Vật lý, tổng hợp các mặt,
các khía cạnh trong mối liên hệ với nhau, khái quát hóa thành những kết luận tổng
quát nhờ phép quy nạp, đối chiếu các kết quả này với giả thuyết (hoặc hệ quả) đã đề
xuất, giải thích, so sánh các hiện tượng, quá trình Vật lý, các ứng dụng trong sản xuất
và trong đời sống của các kiến thức đã học. Để phát triển năng lực sáng tạo của học
sinh, cần tận dụng nhiều hình thức khác nhau của thí nghiệm, trong đó có thí nghiệm
10
nhằm giải quyết các nhiệm vụ thiết kế - kĩ thuật. Q trình làm việc tự lực với thí
nghiệm của học sinh sẽ làm tăng hứng thú nhận thức, niềm đam mê nghiên cứu, tạo
niềm vui của sự thành công khi giải quyết được nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển
tính tích cực, sáng tạo của học sinh.
- Thí nghiệm là phương tiện đảm bảo sự phù hợp giữa lý thuyết và thực hành (tức là
giữa lí luận và thực tiễn). Như ta đã thấy, sự suy luận lí thuyết thuần túy hay một thí
nghiệm đứng riêng khơng kèm theo phân tích lí thuyết thì đều khơng thể cho phép có
được kết luận đúng đắn về bản chất hay quy luật của tự nhiên. Mặt khác, phải có lí
luận chặt chẽ, sắc bén thì mới có thể dự đoán được những hệ quả cụ thể trong thực tiễn
của những lí thuyết trừu tượng. Người nghiên cứu Vật lý theo phương pháp thực
nghiệm phải luôn kết hợp cả hai mặt đó mới đạt được kết quả. Học sinh hoạt động
nhận thức theo phương pháp đó sẽ đồng thời phát triển cả hai mặt: tư duy lí thuyết và
khả năng thực hành. Cách sử dụng thí nghiệm đúng với vai trị của nó như trên sẽ tạo
ra một lớp học sinh vừa có tư duy sáng tạo, vừa có khả năng thực hành giỏi
1.3.4. Các chức năng cơ bản của thí nghiệm trong dạy học Vật lý THPT
1.3.4.1. Theo quan điểm của lí luận nhận thức
Theo quan điểm của lý luận nhận thức, trong dạy học vật lý ở trường phổ thơng,
thí nghiệm có các chức năng sau:
a) Thí nghiệm là phương tiện để thu nhận tri thức
Vai trò của thí nghiệm trong mỗi giai đoạn của q trình nhận thức phụ thuộc
vào vốn hiểu biết của con người vào đối tượng cần nghiên cứu. Nếu học sinh hoàn
toàn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử
dụng để thu nhận những kiến thức đầu tiên về nó. Khi đó, thí nghiệm được sử dụng
như là “câu hỏi đối với tự nhiên” và chỉ có thể thơng qua thí nghiệm mới trả lời được
câu hỏi này. Việc thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, và xử lý kết
quả quan sát, đo đạc chính là q trình tìm câu trả lời cho câu hỏi đã đặt ra. Hay nói
cách khác, thí nghiệm được sử dụng để phân tích hiện thực khách quan và thơng qua
q trình thiết lập nó một cách chủ quan để thu nhận tri thức khách quan.
Trong quá trình dạy học vật lý, nhất là ở các lớp dưới và ở giai đoạn đầu của
quá trình nhận thức một hiện tượng, quá trình vật lý nào đó, khi học sinh cịn chưa có
hoặc có hiểu biết ít ỏi về hiện tượng, quá trình vật lý cần nghiên cứu thì thí nghiệm
11
được sử dụng để cung cấp cho học sinh những dữ liệu cảm tính về hiện tượng, q
trình vật lý này. Các dữ liệu này tạo điều kiện cho học sinh đưa ra những giả thuyết, là
cơ sở cho những khái qt hố về tính chất hay mối liên hệ phổ biến, có tính quy luật
của các đại lượng vật lý trong hiện tượng, quá trình vật lý được nghiên cứu.
b) Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức
Theo quan điểm của lý luận nhận thức, một trong các chức năng của thí
nghiệm trong dạy học vật lý là dùng để kiểm tra tính đúng đắn của các tri thức mà học
sinh đã thu được trước đó. Trong nhiều trường hợp, kết quả của thí nghiệm phủ định
tính đúng đắn của tri thức đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại
phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác. Nhờ vậy, thường ta sẽ thu nhận được những tri
thức có tính khái qt hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là những trường
hợp riêng, trường hợp giới hạn.
Trong dạy học vật lý ở trường phổ thơng, có một số kiến thức được rút ra từ
suy luận lôgic một cách chặt chẽ từ các kiến thức đã biết. Trong những trường hợp
này, cần tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của chúng
c) Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn
Trong việc vận dụng các tri thức lý thuyết vào việc thiết kế, chế tạo các thiết bị
kỹ thuật, người ta thường gặp nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri thức sử dụng,
tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật của các thiết bị cần chế tạo, hoặc do
lý do về kinh tế hay những nguyên nhân về mặt an tồn. Khi đó, thí nghiệm được sử
dụng như là phương tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực
tiễn. Cơ sở của việc này là tiến hành thí nghiệm với các mơ hình, làm tiền đề cho việc
chế tạo những dụng cụ, những thiết bị sử dụng trong thực tế.
Lịch sử phát triển của vật lý còn làm xuất hiện nhiều ngành vật lý mới, ví dụ như
thí nghiệm về hiệu ứng quang điện tạo cơ sở cho sự ra đời của ngành kỹ thuật quang
điện.
Chương trình vật lý ở trường phổ thông đề cập tới một loạt các ứng dụng của vật
lý trong đời sống và sản xuất. Việc tiến hành thí nghiệm tạo cơ sở để học sinh hiểu
được các ứng dụng của những kiến thức đã học trong thực tiễn.
Thí nghiệm khơng những cho học sinh thấy được những ứng dụng trong thực tiễn
mà còn là bằng chứng sự đúng đắn của các kiến thức này.
12
d) Thí nghiệm là một bộ phận của phương pháp nhận thức Vật Lý
Vai trị của thí nghiệm trong phương pháp thực nghiệm
Phương pháp thực nghiệm bao gồm 4 giai đoạn:
- Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời.
- Đề xuất giả thuyết.
- Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgic để rút ra hệ quả có thể kiểm tra được bằng thí
nghiệm.
- Xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả đã rút ra. Nếu kết
quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân thực, nếu khơng phù
hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới.
Như vậy, thí nghiệm đóng vai trị quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối
của quá trình thực nghiệm. Ở giai đoạn đầu, đa số các thông tin về đối tượng cần
nghiên cứu thường được thu nhận trong các thí nghiệm. Đặc biệt, ở giai đoạn cuối của
phương pháp thực nghiệm, việc kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả rút ra phải thông
qua việc xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để nghiên cứu một hiện tượng,
một mối quan hệ đã được loại bỏ các yếu tố khơng quan tâm.
Vai trị của thí nghiệm trong phương pháp mơ hình
Phương pháp mơ hình gồm 4 giai đoạn sau:
- Thu thập các thông tin về đối tượng gốc.
- Xây dựng mơ hình.
- Thao tác trên mơ hình để suy ra các hệ quả lý thuyết.
- Kiểm tra hệ quả trên đối tượng gốc.
Ở giai đoạn đầu trong phương pháp mơ hình, các thơng tin về đối tượng gốc
thường được thu thập nhờ thí nghiệm. Thơng qua thí nghiệm, nhờ việc chủ động loại
bỏ những yếu tố khơng quan tâm, tác động lên đối tượng, bố trí các dụng cụ quan sát,
thu thập và xử lý số liệu, ta mới có thể tìm ra được các thuộc tính, các mối quan hệ bản
chất của đối tượng gốc, để đưa ra được mơ hình phản ánh các mối quan hệ chính mà ta
quan tâm. Ở giai đoạn 3, cho mơ hình vận động, đối với mơ hình vật chất ta phải tiến
13
hành các thí nghiệm thực với nó. Ở giai đoạn 4, thơng qua thí nghiệm trên vật gốc, đối
chiếu kết quả thu được trên mơ hình với những kết quả thu được trên vật gốc, ta kiểm
tra được tính đúng đắn của mơ hình và rút ra giới hạn áp dụng của mơ hình.
1.3.4.2. Theo quan điểm của lí luận dạy học
a) Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình
dạy học
Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình
dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức, kỹ năng mới; củng cố
kiến thức, kỹ năng đã thu nhận được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học
sinh.
Ở giai đoạn định hướng mục đích nghiên cứu, có thể sử dụng thí nghiệm để
đề xuất vấn đề cần nghiên cứu. Đặc biệt có hiệu quả là việc sử dụng thí nghiệm để tạo
tình huống có vấn đề. Do kết quả của thí nghiệm mâu thuẫn với kiến thức đã biết, với
kinh nghiệm sẵn có hoặc trái ngược với sự chờ đợi của học sinh nên nó tạo ra nhu cầu,
hứng thú tìm tịi kiến thức mới của học sinh.Các thí nghiệm được sử dụng để tạo tình
huống có vấn đề thường là các thí nghiệm đơn giản, tốn ít thời gian chuẩn bị và tiến
hành.
Thí nghiệm có vai trị quan trọng, khơng gì thay thế được trong giai đoạn hình
thành kiến thức mới. Nó cung cấp một cách hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó
khái qt hố quy nạp, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic
rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới.
Trong chương trình vật lý ở trường phổ thơng, một số kiến thức được rút ra bằng
phép suy luận lôgic chặt chẽ từ các kiến thức đã được xác nhận là chính xác. Vì vậy,
các kiến thức rút ra này là đúng đắn. Tuy nhiên, để thể hiện tính chất thực nghiệm của
khoa học vật lý và làm tăng sự tin tưởng của học sinh vào tính chân thật của kiến thức
thu được, giáo viên cũng cần tiến hành các thí nghiệm kiểm nghiện lại chúng.
Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng cố
kiến thức, kỹ năng của học sinh. Việc củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh được
tiến hành ngay ở mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc
luyên tập, các tiết ôn tập và các giừo thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, mỗi phần
của chương trình vật lý phổ thơng. Q trình củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh
14
khơng những diễn ra trong các giờ học nội khố mà cả trong các giờ học ngoại khoá, ở
lớp và ở nhà.
Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của
học sinh. Thông qua các hoạy động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong q trình thí
nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đốn giải thích hiện tượng, q trình vật lý
diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng
cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm…),
học sinh sẽ chứng tỏ không những kiến thức về sự kiện mà cả kiến thức về phương
pháp, kỹ năng của mình. Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng
của học sinh, giáo viên có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm khác nhau, từ dụng cụ
quen thuộc đến xa lạ, mới mẻ, từ bố trí đơn giản đến yêu cầu bố trí phức tạp, v.v.
b) Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển tồn diện nhân cách của học sinh
Việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý góp phần quan trọng vào việc phát
triển nhân cách tồn diện cho học sinh.
Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ
năng, kỹ xảo về vật lý của học sinh.
Chất lượng kiến thức của học sinh được xem xét theo các dấu hiệu: tính chính
xác, tính khái quát, tính hệ thống, tính bền vững và tính vận dụng được. Bởi vì thí
nghiệm ln có mặt trong các q trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lý,
soạn thảo khái niệm, định luật vật lý, xây dựng các thuyết vật lý, đề cập các ứng dụng
trong sản xuất và đời sống. Vì vậy, nó là phương tiện góp phần nâng cao chất lượng
kiến thức của học sinh theo các dấu hiệu trên.
Thí nghiệm vật lý góp phần phát hiện và khắc phục các sai lầm của học sinh và
khẳng định các dự đốn đúng.
Do thí nghiệm vật lý là một bộ phận của phương pháp nhận thức vật lý nên trong
mối quan hệ với q trình thí nghiệm, học sinh sẽ được làm quen và vận dụng các
phương pháp nhận thức này. Các kiến thức về phương pháp mà học sinh lĩnh hội có ý
nghĩa quan trọng, vượt khỏi giới hạn mơn vật lý.
Trong các thí nghiệm do mình tự tiến hành, học sinh được rèn luyện các kỹ năng,
kỹ xảo thí nghiệm như: sử dụng các nguồn điện, dụng cụ đo, đọc và lắp ráp thí nghiệm
theo sơ đồ thí nghiệm, sơ đồ mạch điện,…và được giáo dục các thói quen làm việc
15
khoa học của người làm thí nghiệm như: lựa chon dụng cụ, bố trí thí nghiệm, lắp ráp
các bộ phận thí nghiệm, xử lý các kết quả thí nghiệm, bảo đảm các điều kiện mà thí
nghiệm phải thoả mãn, đánh giá, phân tích sai số khi xử lý kết quả thí nghiệm,…
Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức q
trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh.
Trong quá trình thí nghiệm, học sinh phải tiến hành một loạt các hoạt động trí tuệ
- thực tiễn: thiết kế phương án, kế hoạch thí nghiệm, vẽ sơ đồ thí nghiệm, lập bảng giá
trị đo, lựa chọn dụng cụ, bố trí và tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí
nghiệm, tính tốn sai số, xác định ngun nhân gây sai số. Chính vì vậy, thí nghiệm là
phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh.
Trong q trình thí nghiệm, việc bồi dưỡng các yếu tố của năng lực thực nghiệm
phải được gắn kết với việc bồi dưỡng các yếu tố của năng lực hoạt động trí tuệ như:
năng lực đề xuất giả thuyết, phân tích, mơ tả các hiện tượng, q trình vật lý,tổng hợp
các mặt, các khía cạnh trong mối liên hệ với nhau, khái quát hoá thành những kết luận
tổng quát nhờ phép quy nạp, sau đó đối chiếu các kết luận này với giả thuyết đã đề
xuất, và giải thích, so sánh các hiện tượng, q trình vật lý, các ứng dụng trong sản
xuất và đời sống của kiến thức đã học.
Q trình làm việc tự lực với thí nghiệm của học sinh sẽ khiêu gợi sự hứng thú
nhận thức, lòng ham muốn nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết
được nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển động lực q trình học tập của học sinh.
Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau,
bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh.
Các thí nghiệm do các nhóm học sinh tiến hành địi hỏi sự phân công, phối hợp
những công việc tự lực của học sinh trong tập thể. Vì vậy, trong q trình thí nghiệm
đã diễn ra một quá trình bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức, xây dựng các chuẩn mực
hành động tập thể.
Trong mối liên hệ với quá trình tự lực xây dựng kiến thức ở các thí nghiệm, học
sinh thu nhận được những quan điểm quan trọng của thế giới quan duy vật, đặc biệt là
vai trò của thực tiễn trong q trình nhận thức thế giới, có niềm tin vào khoa học và
nhận thức các sự vật, hiện tượng của tự nhiên.
16
c) Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hố và trực quan trong dạy học Vật Lý
Trong tự nhiên và kỹ thuật, rất ít các hiện tượng, q trình vật lý xảy ra dưới
dạng thuần khiết. Chính nhờ thí nghiệm, ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, q trình
xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi được, có thể quan sát, đo
đạc đơn giản hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của mỗi hiện
tượng và mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng.
Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu nhận
được những thơng tin chân thực về các hiện tượng, quá trình vật lý. Đặc biệt trong việc
nghiên cứu các lĩnh vực của vật lý mà ở đó, đối tượng cần nghiên cứu không thể tri
giác trực tiếp bằng các giác quan của con người thì việc sử dụng trong dạy học vật lý
các thí nghiệm mơ hình để trực quan hố các hiện tượng, q trình cần nghiên cứu là
khơng thể thiếu được.
1.3.5. Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lý
1.3.5.1.Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên [7]
1.3.5.1.1. Khái niệm
Thí nghiệm biểu diễn là thí nghiệm do GV tiến hành trên lớp, trong các giờ học
nghiên cứu kiến thức mới và các giờ ơn tập, cũng cố. Cịn HS chỉ tham gia với mức độ
hạn chế.
Đây là loại thí nghiệm dễ tổ chức, có hiệu lực ngay và khơng địi hỏi số lượng
thiết bị nhiều. Tuy nhiên, các thí nghiệm biểu diễn có những hạn chế, chẳng hạn như
khi giáo viên làm thí nghiệm, học sinh chỉ quan sát chứ khơng trực tiếp làm nên có
những điều HS chưa kịp nhận ra. Hơn nữa, thí nghiệm biểu diễn cũng có hạn chế trong
việc phát triển kĩ năng thực hành và thói quen thực nghiệm của HS
1.3.5.1.2. Vai trò
Việc tổ chức các thí nghiệm biễu diễn của GV nhằm giới thiệu một cách tương
đối nhanh với học sinh chủ yếu làm mặt định tính của các hiện tượng, các q trình và
các quy luật nghiên cứu, cấu tạo và hoạt động của một vài dụng cụ và thiết bị kĩ thuật
những cái mà học sinh có thể cảm thụ bằng mắt và tai được.
17
