Sử dụng phương pháp tương tự nhằm nâng cao hiệu quả dạy học phần điện học chương trình vật lí đại cương khối các trường cđspkt

Bộ giáo dục & đào tạo
Tr-ờng Đại học Vinh

-------- *** --------

Đặng Minh Ch-ởng

Sử dụng ph-ơng pháp t-ơng tự nhằm nâng
cao hiệu quả dạy học phần "điện học "
ch-ơng trình vật lý đại c-ơng
khối các tr-ờng CĐSPKT
Chuyên ngành: Lý LUậN Và PH-ơNG PHáP DạY HọC VậT Lý
MÃ Số : 60 14 10

Luận văn thạc sĩ GIáO dụC HọC

NGƯời h-ớng dẫn khoa häc

PGS.TS.Ngun Quang L¹c

vinh-2002


Mở đầu
I. Lý do chọn đề tài
Các cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đà và đang xảy ra
với một tốc độ nhanh chóng. Ngày nay sự bùng nổ của
công nghệ thông tin, sự ra đời và phát triển liên tục của khoa
học công nghệ,... đòi hỏi nền giáo dục phải đào tạo ra những
con ng-ời lao động sáng tạo. Họ phải là những ng-ời có khả
năng nắm bắt những thành tựu khoa học một cách nhanh

chóng, ứng dụng chúng cã hiƯu qu¶, thËm chÝ cã khi ph¶i
nhanh chãng häc thêm nghề, đổi nghề cho phù hợp với đòi
hỏi của thực tiễn. Họ phải là những ng-ời biết giải quyết
đúng, nhanh, sáng tạo các cảnh huống, các vấn đề xảy ra
trong đời sống. Chính cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật, sự
phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ sinh học đÃ
tác động toàn diện và sâu sắc đến sự phân công lao động
trong xà hội. Chúng còn đề ra những yêu cầu rất cao đối với
đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật với số l-ợng ngày một
đông. Họ phải có những năng lực cơ bản: Năng lực giải
quyết những vấn đề về kỹ thuật, về tổ chức và quản lý do
thực tiễn đề ra, năng lực dự đoán xu thế phát triển của các
ngành khoa học, năng lực tiếp cận công nghệ mới, năng lực
hoạt động xà hội chính trị, năng lực đổi mới tri thức cho phù
hợp với sự phát triển của xà hội, năng lực nghiên cứu khoa
học,... Song muốn đào tạo đ-ợc một đội ngị c¸n bé khoa
häc kü tht nh- x· héi hiƯn nay đặt ra thì cần phải đổi mới
t- duy giáo dơc nãi chung, gi¸o dơc trong c¸c Tr-êng kü
tht nãi riêng. Cụ thể các tr-ờng s- phạm kỹ thuật là ''Máy
cái'' cần đào tạo ra một đội ngũ giáo viên kü thuËt. ë ®ã,
trong mét con ng-êi cã hai con ng-ời: Con ng-ời s- phạm
và con ng-ời khoa học kỹ thuËt.


Những đòi hỏi trên đặt ra động lực thúc đẩy các Tr-ờng
s- phạm kỹ thuật nhanh chóng đổi mới về mặt nội dung
ch-ơng trình đào tạo, cải tiến về mặt tổ chức và tìm ra
những ph-ơng pháp phù hợp với mục đích đặt ra để nâng
cao chất l-ợng giảng dạy trong nhà tr-ờng.
Dạy học trong các Tr-ờng s- phạm kỹ thuật cần tìm ra

các ph-ơng pháp dạy học theo h-ớng hiện đại hóa là nhu
cầu cấp bách của thực tại. Chính vì vậy, chúng tôi mạnh dạn
đ-a ra và tiến hành nghiên cứu đề tài: Sử dụng ph-ơng
pháp t-ơng tự nhằm nâng cao hiệu quả dạy học phần "
Điện học" ch-ơng trình vật lý đại c-ơng - khối các
Tr-ờng CĐSPKT .
II. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng ph-ơng pháp t-ơng tự để xây dựng tiến trình
giảng dạy một số chủ đề trong phần ''Điện học'' nhằm nâng
cao chất l-ợng giảng dạy phần ''Điện học'' trong các Tr-ờng
CĐSPKT.
III. Giả thuyết khoa học
Có thể sử dụng ph-ơng pháp t-ơng tự vào việc giảng dạy
phần ''Điện học'' để làm cho ng-ời học: hình thành năng lực
phân tích, so sánh, tổng hợp, khái quát hoá để có thể nhìn
nhận đ-ợc sự t-ơng tự, sự liên hệ hữu cơ giữa các kiến thức
Vật lý, hình thành đ-ợc một ph-ơng pháp nghiên cứu hay
dùng trong khoa học: Ph-ơng pháp t-ơng tự, do đó mà góp
phần nâng cao chất l-ợng giảng dạy phần ''điện học'' ở khối
các Tr-ờng CĐSPKT.
IV. Nhiệm vụ nghiên cứu


-Tìm hiểu nội dung và cấu trúc của ph-ơng pháp t-ơng tự cả
trong nghiên cứu vật lý cũng nh- trong dạy học vật lý.
-Tìm tòi sự t-ơng tự giữa phần ''Điện học'' với các phần
khác.
-Vận dụng ph-ơng pháp t-ơng tự để giảng dạy một số chủ
đề thuộc phần ''Điện học''.
- Chuẩn bị và tiến hành thực nghiệm s- phạm.

- Xử lý và đánh giá kết quả thu đ-ợc .
V. Ph-ơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý luận: +Tổng hợp các tài liệu liên quan đến
ph-ơng pháp t-ơng tự trong nghiên cứu khoa học, trong dạy
học; + Nghiên cứu các công trình đà công bố liên quan đến
việc hình thành năng lực t- duy suy luận t-ơng tự cho
ng-ời học; +Xây dựng cơ sở lý luận cho việc vận dụng
PPTT vào dạy học vật lý.
- Nghiên cứu tình hình thực trạng trên đối t-ợng cụ thể:
Nội dung của phần "Điện học" trong ch-ơng trình vật lý đại
c-ơng ở khối các Tr-ờng cao đẳng s- phạm kỹ thuật, quá
trình giảng dạy và học tập ch-ơng trình này tại Tr-ờng
CĐSP KT Vinh.
- Thực nghiệm s- phạm: Tiến hành giảng dạy một số chủ
đề trọng điểm theo các giáo án soạn thảo, tham gia trao đổi
với các giáo viên trong tổ, kiểm tra mức độ nắm bắt kiến
thức đối với sinh viên (so sánh kết quả các lớp thực nghiệm
với các lớp đối chứng khi tiến hành kiểm tra cùng một nội
dung, từ đó thu thập và xử lý kết quả và đ-a ra kết luận).
VI. Đối t-ợng nghiên cứu
- Ph-ơng pháp t-ơng tự: trong nghiên cứu vật lý và trong
dạy học vật lý.
- Hoạt động dạy và học vật lý đại c-ơng của giảng viên và
sinh viên ở khối các Tr-ờng cao đẳng s- ph¹m kü thuËt .


- Hoạt động dạy và học phần ''Điện học'' ch-ơng trình vật
lý đại c-ơng Tr-ờng CĐSP KT Vinh.
VII. Cấu trúc và nội dung của luận văn
A. Mở đầu.

B. Nội dung.
Ch-ơng I. Cơ sở lý luận của đề tài.
Ch-ơng II. Vận dụng ph-ơng pháp t-ơng tự để giảng
dạy một số chủ đề thuộc phần ''Điện học'' ở khối các Tr-ờng
cao đẳng s- phạm kỹ thuật.
Ch-ơng III. Thực nghiệm s- phạm.
C. Kết luận chung.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.


Ch-ơng 1 - Cơ sở lý luận của đề tài
Các sự vật, hiện t-ợng của thế giới khách quan tuy đa
dạng và phong phú nh-ng giữa chúng có mối liên hệ khách
quan, có những dấu hiệu giống nhau và khác nhau. Vì vậy,
con ng-ời có thể tận dụng những hiểu biết của mình về sự
vật, hiện t-ợng này trong quá trình tìm hiểu sự vật, hiện
t-ợng khác và có thể so sánh, sắp xếp chúng vào cùng một
hệ thống. Để mô tả các mối quan hệ trên do con ng-ời phát
hiện một cách có ý thức trong quá trình nhận thức của mình,
ng-ời ta đà sử dụng các khái niệm ''t-ơng tự'', ''suy luận
t-ơng tự'', và ''ph-ơng pháp t-ơng tự ''.
1.1. Sự t-ơng tự
-Sự t-ơng tự là sự giống nhau với các mức độ khác nhau
giữa
hai hoặc nhiều đối t-ợng (đối t-ợng vật chất hoặc đối t-ợng
mô hình lý t-ởng) về các dấu hiệu xác định, chẳng hạn: Các
tính chất, mối quan hệ, cấu trúc, tiến trình hình thành, chức
năng...
Sự t-ơng tự không chỉ ở mặt bên ngoài mà nó nằm ngay

trong bản chất của sự vật, hiện t-ợng. Sự t-ơng tự giữa các
đối t-ợng có nguyên nhân sâu xa là sự thống nhất về tính
tổng quát của các quy luật chi phối chúng. Những sự t-ơng
tự giữa thế giới vi mô và thế giới vĩ mô, giữa giới vô sinh và
giới hữu sinh, giữa tự nhiên và xà hội, giữa toán học và kỹ
thuật đều có ý nghĩa sâu xa nói trên.
1.2. Suy luận t-ơng tự (SLTT)


Suy luận t-ơng tự là một ph-ơng pháp suy luận logic
từ sự giống nhau về các dấu hiệu xác định của hai hoặc
nhiều đối t-ợng, suy ra sự giống nhau về các dấu hiệu khác
của chúng. Suy luận t-ơng tự có thể đ-ợc diễn tả bằng sơ đồ
sau:
Giả sử đối t-ợng mẫu (đối t-ợng so sánh) A có các dấu
hiệu (M1 , M2, M3,...., Mn+1), còn đối t-ợng B là đối t-ợng
đang nghiên cứu có các dấu hiệu (M1, M2, ..., Mn)
A: M1, M2, ..., Mi, ... Mn, Mn+1
B: M1, M2, ...,Mi,... Mn,
Ta có thể kết luận ngay là: đối t-ợng B cũng phải có dấu
hiệu Mn+1, nếu tr-ớc đó ta đà có một quy luật gắn bó sự tồn
tại cđa c¸c dÊu hiƯu M1, M2, ... Mi , ...Mn, Mn+1.
Tuy nhiên, sơ đồ trên không bao quát hết suy luận
t-ơng tự, chẳng hạn sự t-ơng tự về mặt cấu trúc giữa định
luật vạn vật hấp dẫn và định luật Culông, tr-ờng hấp dẫn và
tr-ờng tĩnh điện chỉ có sự giống nhau về mặt cấu trúc của
các ph-ơng trình, biểu thức diễn tả hai định luật đó, còn
khác nhau ở cả các đặc điểm khác. Song, ng-ời ta vẫn có
thể từ các hiện t-ợng nhất định, trong tr-ờng hấp dẫn, bằng
suy luận t-ơng tự rút ra hiện t-ợng t-ơng tự trong tr-ờng

tĩnh điện.
Hay sự t-ơng tự về mặt giả thuyết của mô hình cấu tạo
nguyên tử và mô hình hệ mặt trời. Mặc dầu ở hai phạm vi
khác nhau (hiện t-ợng vi mô và hiện t-ợng vĩ mô) nh-ng
ng-ời ta đà xây dựng thành công mô hình cấu tạo nguyên tö


và đà giúp cho chúng ta hình dung đ-ợc mô hình nguyên tử
đ-ợc dễ dàng.
1.2.1. Các dạng suy luận t-ơng tự
Có các dạng suy luận t-ơng tự chủ yếu sau:
- Suy luận t-ơng tự về các tính chất của các đối
t-ợng.
- Suy luận về sự t-ơng tự giữa các mối liên hệ của các
đối t-ợng.
- Suy luận về sự t-ơng tự cấu trúc - chức năng của các
đối t-ợng.

1.2.1.1. Suy luận về sự t-ơng tự các tính chất của
các đối t-ợng
- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận này
A,B (T1, T2, ...Tn)
A (Tn + 1)

SLTT

B (Tn + 1)

NÕu c¸c đối t-ợng A và B giống nhau ở các tính chất
T1, T2, ..., Tn và đối t-ợng A còn có tÝnh chÊt Tn + 1 th× cã thĨ

suy ln r»ng: §èi t-ỵng B cịng cã thĨ cã tÝnh chÊt Tn + 1.
Nh- vậy, cấu trúc của dạng suy luận này phù hợp với cấu
trúc cơ bản của suy luận t-ơng tự đà nêu trên. Dạng suy
luận này đà đ-ợc sử dơng tõ thêi Arixtèt.
1.2.1.2. Suy ln vỊ sù t-¬ng tù các mối quan hệ giữa
các đối t-ợng


- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận này là:
A=B
AqC

SLTT

BqC.

Suy luận về sự t-ơng tự các mối quan hệ có thể đ-ợc
tiến hành nếu hai đối t-ợng A và B lµ cïng läai. NÕu A cã mèi
quan hƯ q víi C th× cã thĨ suy ln r»ng: B cịng cã thĨ cã mèi
quan hƯ q víi C.
Mèi quan hƯ q có thể là:
* Quan hệ nhân quả, nghĩa là: C là nguyên nhân của A hoặc C
là kết quả của A.
* Quan hệ đích -ph-ơng tiện, nghĩa là : C là ph-ơng tiện để đạt
đích A hoặc C là đích đạt đ-ợc nhờ ph-ơng tiện A.
* Quan hệ mô hình, nghĩa là: C là mô hình của A.
* Quan hệ điều kiện, nghĩa là: C là điều kiện cho quá trình
xuất hiện A.
* Quan hệ giữa các yếu tố của hai đối t-ợng khác nhau.

a) Suy luận t-ơng tự về mối quan hệ nhân quả
- Suy luận t-ơng tự về mối quan hệ nhân quả là: Các
nguyên nhân cùng loại (hoặc t-ợng tự nhau) d-ới những
điều kiện nh- nhau, có thể gây ra những kết quả cùng loại
(hoặc t-ơng tự nhau).
- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận về sự t-ơng tự
nguyên nhân:
(A = B)
Kết quả B

Kết quả A

=


CN A

SLTT

CN B

Nguyên nhân C

SLTT

Nguyên nhân C .
Các đối t-ợng A và B có thể xem là cùng loại. Nếu C là nguyên
nhân của A thì có thể suy luận rằng: C cũng có thể là nguyên
nhân của B.
Ví dụ: Ta quan sát tác dụng của một nam châm (vĩnh cửu) lên

một kim nam châm (hiện t-ợng A) và tác dụng của một dây dẫn
có dòng điện chạy qua lên một kim nam châm (hiên t-ợng B),
nhận thấy: Kim nam châm đều bị lệch đi. ở tr-ờng hợp đầu, ta đÃ
biết từ tr-ờng nam châm vĩnh cữu (C) là nguyên nhân làm lệch
kim nam châm. Ta có thể SLTT rằng: Dây dẫn có dòng điện chạy
qua cũng tạo ra xung quanh nó một từ tr-ờng, chính từ tr-ờng
này đà làm lƯch kim nam ch©m .
LƯch kim nam ch©m

LƯch kim nam

ch©m
KÕt quả

Kết quả

A= B
T-ơng tác từ:


Từ tr-ờng
nam châm vĩnh cửu ( B ) SLTT Dòng điện sinh ra từ

tr-ờng ( B )
tác dụng lên kim nam châm
nam châm.

tác dụng lên kim

- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận về sự t-ơng tự kết

quả:


* CN (A; B)
Nguyên nhân 2

A (D)

SLTT

Nguyên nhân 1

=

B(D)
Kết quả

SLTT

Kết quả
Các đối t-ợng A và B cùng lọai và cùng chứa nguyên
nhân C. Nếu ở A chỉ ra có kết quả (hiệu ứng) D thì có thể
suy luận rằng ở B cịng cã thĨ cã kÕt qu¶ (hiƯu øng) D.
VÝ dụ: Ta đà biết xung quanh nam châm vĩnh cửu hay
xung quanh dây dẫn có dòng điện đều có từ tr-ờng (C). Do
đó nam châm tác dụng từ lên dây dẫn khác có dòng điện
chạy qua (kết quả D). Thì ta có thể suy luận rằng: Dây dẫn
có dòng điện sẽ tác dụng ''từ '' lên dây dẫn có dòng điện
khác.
b) Suy luận t-ơng tự về quan hệ giữa đích và

ph-ơng tiện
- Suy luận t-ơng tự này dựa trên kinh nghiệm là: Các
đích giống nhau có thể thực hiện đ-ợc nhờ các ph-ơng tiện
giống nhau và ng-ợc lại.
- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận về sự t-ơng tự
đích:
Ph-ơng tiên 1

Đích

=

SLTT

Ph-ơng tiện 2

Đích


- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận về sự t-ơng tự
ph-ơng tiện
Đích 1

=

Ph-ơng tiện

SLTT

Đích 2

Ph-ơng tiện

c) Suy luận t-ơng tự về sự t-ơng ứng
- Ngoài sự t-ơng tự về các mối quan hệ giữa các đối
t-ợng khác nhau đ-ợc xét một cách toàn bộ, còn có thể
tồn tại sự t-ơng tự về các mối quan hệ giữa các yếu tố của
các đối t-ợng này.
- Suy luận t-ơng tự về sự t-ơng ứng là sự truyền (gán)
mối quan hệ tồn tại giữa các yếu tố của đối t-ợng này sang
cho các yếu tố t-ơng ứng của một đối t-ợng khác.
- Cấu trúc hình thức dạng đối t-ợng này:
(a1, a2, an ) t (b1 , b2 ..., bn )
q (a, a2, ..., an)

SLTT

q (b1 , b2 ..., bn ).

NÕu c¸c yếu tố của đối t-ợng A (a1 , a2 ..., an ) có sự
t-ơng ứng t với các yếu tố của đối t-ợng B (b1 , b2 ..., bn )
và giữa các yếu tố của đối t-ợng A tồn tại mét mèi quan hƯ
q th× cã thĨ suy ln r»ng: Giữa các yếu tố của đối t-ợng B
cũng có thể tån t¹i mèi quan hƯ q.


Bởi vì mối quan hệ giữa hai hoặc nhiều đối t-ợng nh- là
cái toàn bộ không tách rời với các mối quan hệ nhất định
giữa các yếu tố của chúng, nên sự t-ơng tự về t-ơng ứng
th-ờng là cơ sở cho các sự t-ơng tự giữa các đối t-ợng

đ-ợc xét một cách toàn bộ và dạng suy luận t-ơng tự này
th-ờng xuyên đ-ợc sử dụng:
Ví dụ : Dựa trên cơ sở sự t-ơng tự : Vật có khối l-ợng m
đặt trong tr-ờng lực hấp dẫn của trái đất thì có thế năng
hấp dẫn. Do đó, điện tích điểm q0 đặt trong tr-ờng tĩnh
điện của điện tích q cũng tồn tại thế năng tĩnh điện.
Mặt khác, ta biết công của tr-ờng lực thế thực hiện lên
vật, làm cho vật dịch chuyển trong nó không phụ thuộc
vào dạng đ-ờng đi mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và
trạng thái cuối của quá trình dịch chuyển đó và công này
chính bằng độ giảm thế năng giữa điểm đầu so với điểm
cuối:
Công lực tÜnh ®iƯn:

A12 

qo q
1 qo q

4 o  r1
4 o  r2
1

C«ng lùc cđa tr-êng lùc thÕ:
A1 2 =

Wt1 - Wt 2

Suy ra biểu thức thế năng tĩnh điện là:

wt 

qo q
c
4 o  r
1

2.1.3. Suy ln vỊ sù t-¬ng tự cấu trúc và chức năng
của đối t-ợng


Đây là một dạng cơ bản của suy luận t-ơng tự. Để thể
hiện đ-ợc tính thống nhất biện chứng giữa cấu trúc và chức
năng của đối t-ợng, ng-ời ta chia dạng suy luận này thành
hai loại: Suy luận t-ơng tự về cấu trúc - chức năng và suy
luận về t-ơng tự chức năng - cấu trúc.
* Suy luận về sự t-ơng tự cấu trúc - chức năng là dạng suy
luận trìu t-ợng hoá khỏi các tính chất cụ thể, dựa vào sự
giống nhau t-ơng tự hoàn toàn hoặc một phần cấu trúc của
hai đối t-ợng, rút ra kết luận về sự có thể giống nhau về
mặt chức năng của chúng.
Ví du: Tuy lực hấp dẫn và lực tĩnh điện đ-ợc gây ra bởi
những nguyên nhân khác nhau về mặt bản chất vật lý,
không cho phép đồng nhất chúng nh-ng có sù gièng nhau
vỊ d¹ng cđa hai biĨu thøc biĨu diƠn định luật vạn vật hấp
dẫn và định luật Culông:

Fhd G

m1m2

;
r2

Ftd

1

q1q2
4 o r 2

Xuất phát từ định luật vạn vật hấp dẫn, Niutơn đà chỉ ra
đ-ợc chuyển động của các hành tinh phù hợp với hai định
luật Kêplơ đ-ợc rút ra từ thực nghiệm tr-ớc đó. T-ơng tự
nh- vậy, xuất phát từ định luật Culông, cũng có thể tính
toán đ-ợc chuyển động của các điện tích điểm trong tr-ờng
tĩnh ®iƯn. Sư dơng suy ln t-¬ng tù rót ra kÕt luận:
Chuyển động của các điện tích điểm trong tr-ờng tĩnh điện
cũng tuân theo hai định luật Kêplơ.
* Suy luận về sự t-ơng tự chức năng - cấu trúc là dạng suy
luận dựa trên sự giống nhau (hoặc t-ơng tự) về mỈt chøc


năng của hai đối t-ợng, rút ra kết luận sự giống nhau (hoặc
t-ơng tự ) về mặt cấu trúc.
ý nghĩa cđa suy ln vỊ sù t-¬ng tù cÊu tróc - chức
năng: Sự t-ơng tự cấu trúc - chức năng và sự t-ơng tự
chức năng - cấu trúc có ý nghĩa hết sức quan trọng trong
điều khiển học và đà đ-ợc vận dụng trong việc nghiên cứu
lý thuyết các hệ thống khác nhau cũng nh- trong việc thiết
kế các mô hình điều khiển trong thực tiễn.

Ví dụ: Dựa vào mô hình kết cấu vững chắc của x-ơng
động vật để thiết kế mô hình trụ các công trình xây dựng,
trụ các bộ phận máy móc..., dựa vào hệ thần kinh của động
vật ®Ĩ thiÕt kÕ hƯ ®iỊu khiĨn ng-êi m¸y, m¸y ®iƯn tử điều
khiển từ xa...
Đối với quá trình nhận thức khoa học, có ý nghĩa cơ bản
là kết luận đ-ợc rút ra từ SLTT, chứ không phải là việc sắp
xếp SLTT đang tiến hành vào một dạng nào đó trong các
dạng SLTT nói trên. Tuy nhiên, sự trình bày khái quát về
các dạng SLTT nh- trên vẫn là điều cần thiết để hiểu sâu
về SLTT và để có biện pháp thích hợp bồi d-ỡng kỷ năng
SLTT cho ng-ời học.
1.2.2. Đặc điểm của suy luận t-ơng tự
Sự SLTT không có đủ bằng chứng xác nhận quy luật
chi phối các lớp hiện t-ợng của đối t-ợng đem so sánh,
chúng có chắc chắn chi phối các lớp

hiện t-ợng của đối t-ợng cần nghiên cứu hay không, cho
nên những kết luận rút ra bằng SLTT chØ cã tÝnh chÊt gi¶


thuyết, nghĩa là mang tính chất xác suất (có thể đúng
nh-ng cũng có thể sai). Chẳng hạn nh-: Trong suy luận
t-ơng tự nhân quả, nhiều tr-ờng hợp cùng một kết quả
nh-ng lại đ-ợc gây ra bởi nhiều nguyên nhân khác nhau,
trong suy ln vỊ sù t-¬ng tù cÊu tróc - chức năng, nhiều
khi cùng một chức năng nh-ng lại có thể thực hiện bởi
nhiều cấu trúc khác nhau. Vì vậy, những kết luận rút ra
bằng suy luận t-ơng tự nhất thiết phải đ-ợc kiểm tra bằng
thực nghiệm trên chính đối t-ợng cần nghiên cứu.

Để làm tăng mức độ xác suất (mức độ tin cậy) của các
kết luận rút ra bằng suy luận t-ơng tự cũng giống nh- suy
luận quy nạp (không đủ), cần phải đáp ứng những điều
kiện sau:
a) Tăng số l-ợng các dấu hiệu đ-ợc xem xét của các đối
t-ợng (số l-ợng các dấu hiệu càng nhiều càng tốt).
b) Lựa chọn một cách ngẫu nhiên các dấu hiệu và xem
xét chúng một cách bình đẳng, không định kiến.
Các dấu hiệu giống nhau càng phong phú thì mức độ xác
suất của kết luận càng cao, vì các đối t-ợng đem so sánh
đ-ợc xem xét đầy đủ, toàn diện hơn.
c) Cần gắn quá trình tìm kiếm các dấu hiệu giống nhau
với việc phát hiện các dấu hiệu bản chất của các đối t-ợng
đem so sánh để tìm các dấu hiệu bản chất chung của
chúng. Các dấu hiệu bản chất chung càng nhiều thì mức độ
xác suất của kết luận rút ra bằng suy luận t-ơng tự càng
cao, vì sẽ phát hiện đ-ợc chính xác mối quan hệ có tính
quy luật của các đối t-ợng này.


1.3. Ph-ơng pháp t-ơng tự (PPTT)
PPTT là ph-ơng pháp nhận thức khoa học với việc sử
dụng sự t-ơng tự và phép SLTT nhằm thu nhận tri thức
mới. Các giai đoạn cơ bản của PPTT:
1. Tập hợp các dấu hiệu về đối t-ợng cần nghiên cứu và
dấu hiệu về đối t-ợng đà 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 t-ợng

này hay không.
3. Truyền các dấu hiệu của đối t-ợng đà biết cho đối t-ợng
cần nghiên cứu bằng suy luận t-ơng tự.
4. Kiểm tra tính đúng đắn của các kết luận rút ra (hoặc các
hệ qủa của chúng) có tính chất giả thuyết đó ở chính đối
t-ợng cần nghiên cứu.
Nếu các kết luận rút ra không đúng đối với đối t-ợng
cần nghiên cứu thì phải trở lại b-ớc một ( lựa chọn đối
t-ợng khác để đem so sánh).
Thực nghiệm có vai trò quan trọng trong PPTT. Nhờ đó,
ta phát hiện đ-ợc sự tồn tại các dấu hiệu giống nhau (t-ơng
tự) của các đối t-ợng, làm cơ sở cho viƯc lùa chän ®èi


t-ợng đem so sánh và cũng nhờ nó, kiểm tra đ-ợc tính
đúng đắn của những kết luận (hệ quả) rút ra đ-ợc bằng suy
luận t-ơng tự.
Ví du: Trong quá trình xây dựng mô hình hành tinh
nguyên tử thông qua thực nghiệm, các nhà khoa học đÃ
nghiên cứu đ-ợc các vấn đề về cấu trúc của hệ mặt trời
(các định luật về chuyển động trong tr-ờng lực xuyên tâm),
các vấn đề về hệ nguyên tử (các kết quả thu đ-ợc trong
việc nghiên cứu sự tán xạ tia trên lá vàng, khái niệm về
êlectrôn, hiện t-ợng phóng xạ, ...), từ

đó tìm đ-ợc những dấu hiệu t-ơng tự : Sự giống nhau về
dạng các biểu thức của lực vạn vật hấp dẫn và lực Culông,
hình dung đ-ợc sự chênh lệch về kích th-ớc, khối l-ợng
giữa các hành tinh với mặt trời, giữa êlectrôn với hạt nhân
nguyên tử..., sự bền vững của hệ mặt trời và hệ nguyên tử

làm cơ sở để suy luận t-ơng tự rút ra giả thuyết về cấu trúc
nguyên tử.
1.3.1. Ph-ơng pháp t-ơng tự trong nghiên cứu vật
lý
Ph-ơng pháp t-ơng tự có giá trị to lớn trong nhận thức
khoa học cũng nh- trong hoạt động thực tiễn của con
ng-ời.
- Trong lịch sử phát triển của vật lý học ng-ời ta cho rằng
''sự t-ơng tự là một sự dẫn đ-ờng cho việc nghiên cứu'' và
việc sử dụng ph-ơng pháp t-ơng tù cho phÐp x©y dùng


đ-ợc các mô hình, các lý thuyết mới, đề xuất những tt-ởng mới.
- Quang hình học đ-ợc xây dựng trên cơ sở sự t-ơng tự
giữa tia sáng và một chùm hạt. Với quan niệm ánh sáng là
những hạt rất nhỏ bay ra tõ ngn s¸ng víi vËn tèc rÊt lín
(c), Niutơn đà giải thích tính bản chất của ánh sáng trong
sự phản xạ, khúc xạ, phân cực và tán sắc nhờ sự chuyển
động của các hạt rất nhỏ này.
- Quang học sóng đ-ợc xây dựng trên cơ sở sự t-ơng tự
giữa sóng ánh sáng và sóng trên mặt n-ớc, sóng trong một
môi tr-ờng đàn hồi. Huy ghen đà phát hiện sự t-ơng tự
giữa sự lan truyền âm và lan truyền ¸nh s¸ng, vËn dơng lý
thut vỊ sãng c¬ häc (cơ thể là sóng âm) để nghiên cứu
ánh sáng và đà giải thích đ-ợc nhiều hiên t-ợng quang học,
mở đ-ờng cho sự phát triển của quang học và điện động
lực học.
-Macxoen cũng đà sử dụng sự t-ơng tự với chuyển động
của chất lỏng trong nghiên cứu về điện tr-ờng và từ tr-ờng,
đ-a ra các khái niệm t-ơng tự với các khái niệm về chuyển

động của chất lỏng (ống dòng, điện thông, từ

thông, nguồn...). Ông cũng rút ra bản chất sóng của các
hiện t-ợng điện từ, từ sự lan truyền sóng ánh sáng.
- Các mô hình nguyên tử của Rudơpho và của Bo đều đ-ợc
xây dựng dựa trên sự t-ơng tự giữa hệ mặt trời và hệ
nguyên tử.


-Một ví dụ điển hình của việc sử dụng PPTT là việc xây
dựng cơ học l-ợng tử. Ng-ời ta đà xây dựng cơ học sóng
(một hình thức của cơ học l-ợng tử) xuất phát từ sự t-ơng
tự cơ - quang, sự t-ơng tự giữa quang hình và cơ học cổ
điển.
-Quá trình so sánh t-ơng tự các đối t-ợng, ngay cả khi so
sánh các đặc điểm bên ngoài không những giúp làm sáng
tỏ các hiện t-ợng ở nhiều lĩnh vực khác nhau, phát hiện
đ-ợc cái cụ thể, cái riêng mà còn giúp làm bộc lộ những
đặc điểm bản chất và chung của một chuỗi các đối t-ợng,
thâu tóm các mối quan hệ giữa chúng, tạo thành các lớp
đối t-ợng để từ đó, khái quát hoá thành các nguyên lý. Các
mối quan hệ, định luật càng có tầm khái quát thì càng phải
sử dụng đến PPTT. Việc đà so sánh quá trình điều khiển
trong kỹ thuật với các quá trình trong các cơ thể sống và đÃ
đi tới kết luận trong các đối t-ợng đó: Có những quy luật
nh- nhau tồn tại. Cách so sánh t-ơng tự này đà tạo nên cơ
sở (cho điều khiển học) nh- là một ngành khoa học míi,
bao qu¸t rÊt nhiỊu lÜnh vùc tri thøc kh¸c nhau (lý thuyết
thông tin, lý thuyết các máy tính và các hệ tự điều chỉnh).
Chúng chi phối những đối t-ợng rất khác nhau nh-ng

t-ơng tự nhau: Các cơ chế máy móc, các cơ quan của sinh
vật, máy móc, bộ óc ...
-Tuy nhiên, khi v-ợt quá phạm vi cho phép suy luận
t-ơng tự lại làm kìm hÃm b-ớc tiến nhận thức của con
ng-ời và do vậy suy luận t-ơng tự dễ tạo ra những đ-ờng
mòn, những thói quen cản trở sự hình thành những t- t-ởng
mới, những ph-ơng pháp mới.


Ví du: Sự t-ơng tự giữa sóng ánh sáng và sóng cơ học có
vai trò tích cực trong quá trình hình thành quang học sóng
nh-ng sau đó thì sự t-ơng tự đó và khái niệm ête vũ trụ đÃ
trở ngại cho sự phát triển thuyết t-ơng đối và thuyết l-ợng
tử.
1.3.2. Ph-ơng pháp t-ơng tự trong dạy học vật lý
Sự cần thiết của việc sử dụng ph-ơng pháp t-ơng tự
trong dạy học vật lý
- Quá trình h-ớng dẫn ng-ời học giải quyết các vấn đề
học tập phỏng theo những cách mà các nhà khoa học đà sử
dụng, đòi hỏi phải cho học sinh làm quen với PPTT. Một
ph-ơng pháp đ-ợc sử dụng rộng rÃi trong nghiên cứu vật
lý.
- Trong quá trình ng-ời học sử dụng PPTT để giải quyết
các vấn đề học tập, ng-ời học phải rèn luyện một loạt các
thao tác t- duy, đ-ợc phát triển niềm tin vào mối liên hệ có
tính khái quát, có tính quy luật của các sự vật, hiện t-ợng
tự nhiên đa dạng và phong phú.
- Việc sử dụng PPTT góp phần nâng cao hiệu quả của bài
học, giờ lên lớp, thể hiện tr-ớc hết ở tính sâu sắc, tính hệ
thống cuả các kiến thức vì nó tạo điều kiện cho học sinh

liên kết cái ch-a biết với cái đà biết, phát hiện những mối
liên hệ dấu hiệu giống nhau và khác nhau của chúng.
- Việc sử dụng PPTT còn làm cho ng-ời học dễ hình
dung các hiện t-ợng, các quá trình vật lý không thÓ quan


sát trực tiếp đ-ợc (Ví du: T-ơng tự dòng điện với dòng
n-ớc, hiệu điện thế t-ơng tự nh- hiệu độ cao; chênh lệch
điện thế nh- chênh lệch độ cao...).
-Dạy học ở các tr-ờng Đại học và Cao đẳng, giảng viên
chủ yếu chỉ ra cho sinh viên con đ-ờng đi tìm tri thøc khoa
häc, thêi gian ë líp Ýt nh-ng

kiÕn thøc lại nhiều. Chính vì vậy mà sinh viên cần phải tự
học, tự tìm cho mình một ph-ơng pháp tiếp cận tri thøc ®Ĩ
chiÕm lÊy tri thøc. Do ®ã ë møc độ này sinh viên cần phải
sử dụng đúng mức, có hiệu quả ph-ơng pháp t-ơng tự
trong quá trình học tập, nghiên cứu.
Khả năng sử dụng sự t-ơng tự và PPTT trong dạy học vật
lý
Có thể sử dụng sự t-ơng tự ở các giai đoạn khác nhau
của quá trình dạy học, nh-ng có giá trị hơn cả là việc sử
dụng PPTT để xây dựng kiến thức mới, ngay cả trong
những tr-ờng hợp mà điều kiện thiết bị thí nghiệm ch-a đủ
để tiến hành, kiểm tra các giả thuyết rút ra bằng suy luận
t-ơng tự.
Ví du: Rút ra đ-ợc tính chất thế của tr-ờng tĩnh điện
t-ơng tự nh- tính chất thế của tr-ờng hấp dẫn bằng cách
xây dựng biểu thức độ giảm thế điện năng khi điện tích
điểm thử q0 đi từ vị trí này đến vị trí khác trong điện

tr-ờng thì bằng công của lực tĩnh điện làm dịch chuyển
điện tích trong sự dịch chuyển đó.


Trong tr-ờng hấp dẫn: Công của trọng lực làm dịch
chuyển chất điểm không phụ thuộc vào dạng đ-ờng dịch
chuyển của chất điểm, chỉ phụ thuộc vị trí điểm đầu và vị
trí điểm cuối của quá trình dịch chuyển, bằng độ gi¶m thÕ

A p  Wt1 - Wt2  G

mMh1

R  h1 2

G

mMh2

R  h2 2

 h1

h2
 GmM 

;
2
2 
R  h2

R h1
năng của chất điểm trong quá trình dịch chuyển đó:

h1, h2 lần l-ợt là độ cao của chất
điểm tr-ớc và sau quá trình dịch
chuyển.
tr-ờng hấp dẫn là một tr-ờng lực thế
Trong tr-ờng tĩnh điện: Xét công của lực tĩnh điện (do
điện tích điểm q gây ra) tác dụng lên điện tích điểm q0
trong một quá trình dịch chuyển từ vị trí (1) đến vị trÝ (2):

A12 

1
4 0

qo q
1 qo q
1 1 1
  *


r1 4 0 r2
4 0  r1 r2 

§iƯn tÝch điểm đặt trong tr-ờng điện tr-ờng t-ơng tự nhchất điểm đặt trong tr-ờng hấp dẫn và ta có thể đặt:

Wt

1

4 0

qq0
c là thế năng tĩnh điện của điện
r
tích q0 trong điện tr-ờng của điện
tích q, c là một h»ng sè.


khi đó ta có thể viết công lực tĩnh điện nh- sau:
A1 2 =

Wt1 - Wt 2

(**)

Wt1 , Wt 2 lần l-ợt là thế năng điện của điện tích q0 ở vị trí
(1) và vị trí (2).
Từ (*) và (**) ta rút ra kết luận công của lực tĩnh điện
làm dịch chuyển điện tích trong điện tr-ờng không phụ
thuộc vào dạng đ-ờng dịch chuyển mà chỉ phụ thuộc vào vị
trí điểm đầu và vị trí điểm cuối của điện tích trong quá
trình dịch chuyển đó, bằng độ giảm thế điện năng của điện
tích trong quá trình dịch chuyển đó.
Vậy, tr-ờng tĩnh điện là một tr-ờng lực thế.

ch-ơng 2 - Sử dụng ph-ơng pháp

t-ơng tự để giảng dạy một số chủ
đề trong phần điện học ở khối các

tr-ờng CĐSPKT

2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung của phần Điện học
Điện học
Tĩnh điện

Từ tr-êng


Vật dẫnĐiện môi

Tr-ờng
tĩnh điện

Từ tr-ờng
không đổi

Cảm ứng
điện từ

Điều kiện cân
bằng tĩnh điện

Định luật
Culông

Định luật
Ampe

Các định luật

cảm ứng điện từ

Điện tr-ờng
véctơ c-ờng độ
điện tr-ờng

Từ tr-ờng
Véctơ cảm
ứng từ

Hiện t-ợng
tự cảm, hỗ cảm

Hệ vật dẫn tích
điện cân bằng

Điện thông
Định lí O-G

Từ thông
Định lí O-G

Năng l-ợng
điện tr-ờng

Điện thế-mặt
đẳng thế

L-u số véctơ
c-ờng độ từ tr-ờng

Điện dung
của vật dẫn

Tr-ờng điện từ

2.2. Những khó khăn chính khi giảng dạy phần Điện
học ở khối các Tr-ờng CĐSPKT
Việc giảng dạy các kiến thức phần điện học cho
ng-ời học tiếp thu đ-ợc, hiểu đ-ợc sâu sắc là vấn đề hết
sức khó khăn đối với giảng viên. Bởi vì, các khái niệm, các
đại l-ợng, các hiện t-ợng trong phần điện học đều mang
tính trừu t-ợng cao. Chúng lại đ-ợc xét trên các đối t-ợng
vi mô hay trên các mô hình vi mô. Chẳng hạn nh-: Khái
niệm điện tr-ờng, khái niệm công của lực tĩnh điện, khái

Vật liệu
từ
Năng l-ợng
từ tr-ờng