LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, việc đổi mới công tác giáo dục diễn ra rất sôi

động trên thế giới và ở nước ta. Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất

nước ta đòi hỏi ngành giáo dục phải đổi mới đồng bộ cả mục đích, nội dung,

phương pháp và phương tiện dạy học. Trên cơ sở tiếp thu những thành tựu mới

của khoa học giáo dục trên thế giới và phát huy những thành tựu đã đạt được của

nền giáo dục nước nhà, các giải pháp đề ra phải vừa theo kịp sự phát triển chung

của khoa học giáo dục trên thế giới và vừa phù hợp với điều kiện cụ thể của nước

ta sao cho khả thi và hiệu quả.

Cuốn sách này được viết dựa trên những công trình nghiên cứu và những

bài giảng của các tác giả trong những năm gần đây ở Khoa Vật lí- Trường Đại

học Sư phạm Hà nội. Các tác giả đã cố gắng quán triệt mục tiêu của giáo dục

trong giai đoạn mới như đã được chỉ rõ trong Nghị quyết Trung ương lần 2 khoá

VIII: một mặt phải đảm bảo cho thế hệ trẻ tiếp thu được những tinh hoa của nền

văn hoá nhân loại; mặt khác phải phát huy tính năng động cá nhân, bồi dưỡng

năng lực sáng tạo. Quan điểm xuyên suốt các phương pháp dạy học là dạy học

bằng hoạt động, thông qua hoạt động. Học sinh bằng hoạt động tích cực, tự lực

của mình mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành kĩ năng, phát triển năng lực sáng

tạo, bồi dưỡng tình cảm, thái độ. Vai trò của giáo viên trong dạy học là tổ chức,

hướng dẫn giúp đỡ học sinh thực hiện tốt các hoạt động học tập. Với cách dạy

học mới này, việc dạy học không còn là truyền thụ kiến thức một chiều như trước

đây, mà đòi hỏi người giáo viên phải học tập và rèn luyện công phu để có được

một kĩ thuật dạy học mới. Các tác giả đã cố gắng đưa ra những qui trình làm việc

cơ bản của người giáo viên vật lí đảm bảo cho công tác dạy học đạt được mục

tiêu do chương trình giáo dục đề ra và cũng gợi mở những hướng sáng tạo để

nâng cao chất lượng dạy học trong điều kiện cụ thể.

Giáo trình này được dùng chủ yếu cho việc đào tạo các cử nhân sư phạm

ngành vật lí. Một số chương được trình bày sâu, mang tính chất chuyên khảo, có

thể dùng làm tài liệu tham khảo cho việc đào tạo thạc sĩ, tiến sĩ.

Vì cuốn sách đề cập đến nhiều vấn đề mới mẻ, mới bước đầu được áp dụng

trong dạy học vật lí ở nước ta nên khó tránh khỏi những chỗ thiếu sót. Các tác giả

mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các bạn đọc đồng nghiệp để lần xuất

bản sau cuốn sách được hoàn thiện hơn, phục vụ kịp thời sự nghiệp đổi mới giáo

dục.

Hà nội, mùa xuân 2002

Các tác giả

MỞ ĐẦU

1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA MÔN PHƯƠNG PHÁP DẠY

HỌC VẬT LÍ

Phương pháp dạy học vật lí là một ngành của khoa học giáo dục, nghiên

cứu quá trình dạy học môn vật lí. Việc xác định những đặc điểm, bản chất, qui

luật vận động của quá trình đó sẽ giúp người giáo viên vật lí có thể điều khiển

được diễn biến của nó nhằm đạt được mục đích 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 như

quan hệ giữa giáo viên và cá nhân mỗi học sinh, quan hệ giữa giáo viên với tập

thể học sinh trong lớp, giữa học sinh với nhau. Hoạt động của hai loại nhân vật

này đều nhằm chung một mục đích cuối cùng là làm cho mỗi cá nhân lĩnh hội

được 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 xét sự vận động của nội dung dạy học trong mối liên hệ

với mục đích dạy học và phương pháp dạy học:

Mục đích → Nội dung → Phương pháp

Mục đích dạy học là phẩm chất nhân cách mà xã hội đòi hỏi. Nội dung dạy

học ở đây là môn vật lí học. Phương pháp dạy học ở đây là cách thức hoạt động

và phối hợp hành động của giáo viên và học sinh để đạt được mục đích đề ra. Ba

thành phần này tác động lẫn nhau, qui định lẫn nhau, trong đó mục đích dạy học

giữ vai trò chủ đạo.

Sự phân tích đặc điểm của quá trình dạy học như trên dẫn đến việc xác

định nhiệm vụ của môn phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông như sau:

a) Căn cứ vào nhiệm vụ chung của trường phổ thông và đặc điểm của môn

vật lí, xác định những nhiệm vụ của việc dạy học vật lí và đề ra đường lối thực

hiện những nhiệm vụ ấy.

b) Xác định nội dung và trình tự sắp xếp các vấn đề rút ra từ khoa học vật

lí đưa vào môn vật lí ở trường phổ thông sao cho đáp ứng được yêu cầu đào tạo

con người mới và phù hợp với lứa tuổi, với trình độ học sinh ở từng cấp học.

c) Nghiên cứu những phương pháp dạy học vật lí (cách thức hoạt động và

ứng xử của giáo viên, cách thức hoạt động của học sinh và mối quan hệ giữa các

hoạt động đó) nhằm đạt được mục đích dạy học vật lí.

d) Vận dụng lí luận chung ở trên để xác định tiến trình dạy học các đề tài

cụ thể của giáo trình vật lí ở trường phổ thông.

Nói tóm lại, môn phương pháp dạy học vật lí nghiên cứu giải quyết ba vấn

đề cơ bản:

• Dạy học vật lí để làm gì?

• Dạy học những gì trong môn vật lí?

• Dạy học vật lí như thế nào ở trường phổ thông?

2. MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔN PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ

VÀ CÁC MÔN KHOA HỌC KHÁC

Trong dạy học vật lí, ta phải xử lí nhiều mối quan hệ thuộc nhiều lĩnh vực

nên môn phương pháp dạy học vật lí phải sử dụng những thành tựu của các môn

khoa học khác để giải quyết những vấn đề có liên quan của bản thân nó.

2.1. TRIẾT HỌC DUY VẬT BIỆN CHỨNG

Triết học duy vật biện chứng nghiên cứu những qui luật chung nhất của sự

phát triển tự nhiên, xã hội và tư duy con người. Nó là cơ sở phương pháp luận

cho mọi khoa học, trong đó có phương pháp dạy học vật lí. Nó chỉ cho ta con

đường đúng đắn để nhận thức chân lí khách quan (nhận thức luận), hiểu được giá

trị của phương pháp nhận thức vật lí, giúp hình thành thế giới quan duy vật biện

chứng ở thế hệ trẻ. Nó cung cấp cho phương pháp dạy học vật lí phương pháp

nghiên cứu đúng đắn: xem xét những hiện tượng giáo dục nói chung và dạy học

vật lí nói riêng trong quá trình phát triển và trong mối quan hệ phụ thuộc lẫn

nhau, tuân theo qui luật mâu thuẫn thống nhất, qui luật lượng biến đổi dẫn đến

chất đổi.

2.2. VẬT LÍ HỌC

Dĩ nhiên, phương pháp dạy học vật lí có liên hệ chặt chẽ với khoa học vật

lí. Phương pháp dạy học vật lí phải lựa chọn trong kho tàng vô cùng phong phú

của vật lí học những kiến thức cơ bản nhất, cần thiết nhất và sắp xếp thành hệ

thống hợp lí để đưa vào trường phổ thông. Những kiến thức đó cũng phải thuận

tiện để có thể rèn luyện cho học sinh cả những phương pháp nghiên cứu điển

hình được các nhà vật lí học sử dụng rộng rãi. Mặc dù vật lí học đưa vào trường

phổ thông đã là một dạng biến đổi của khoa học vật lí cho phù hợp với trình độ

học sinh, mục đích dạy học và điều kiện của nhà trường, nhưng phải luôn luôn

đảm bảo tính chính xác, phản ánh được những thành tựu mới nhất của vật lí học

trong từng lĩnh vực.

Vật lí học phát triển nhanh như vũ bão. Ngày càng có nhiều sự kiện mới

được phát hiện dẫn đến việc xây dựng những khái niện mới, những định luật mới,

lí thuyết mới. Đã có nhiều trường hợp các nhà khoa học phát hiện ra một lí thuyết

cũ đã sai lầm, không giải thích được một số hiện tượng thực tế mới, phải xây

dựng lí thuyết mới thay thế. Trong quá trình đó, nội dung của môn vật lí ở trường

phổ thông phải được thay đổi kịp thời.

2.3. GIÁO DỤC HỌC

Quá trình dạy học môn vật lí là một bộ phận của quá trình giáo dục nói

chung, tuân theo những qui luật chung của giáo dục. Dạy học vật lí không phải

đơn thuần là truyền thụ cho học sinh những kiến thức vật lí mà thông qua dạy học

môn vật lí phải góp phần hình thành và phát triển phẩm chất, nhân cách toàn diện

cho học sinh. Bởi vậy, phương pháp dạy học vật lí phải vận dụng những kết quả

nghiên cứu của giáo dục học vào việc xác định mục đích, nhiệm vụ môn vật lí

trong toàn hệ thống giáo dục, xác định những hình thức và cách thức hoạt động

của giáo viện và học sinh trong giờ học vật lí phù hợp với phương pháp chung

hình thành nhân cách học sinh.

2.4. TÂM LÍ HỌC

Theo quan điểm hiện đại, dạy học thực chất là hình thành và phát triển

nhân cách học sinh. Muốn làm tốt điều đó thì nhất thiết phải hiểu biểu những đặc

điểm tâm lí của học sinh và những qui luật của sự phát triển nhân cách, trong đó

có năng lực trí tuệ. Nói cách khác, cần phải biết tâm lí học lứa tuổi, tâm lí học

dạy học và giáo dục (nghiên cứu những biến đổi của nhân cách dưới tác động của

hoạt động sư phạm), qui luật của sự phát triển hoạt động nhận thức. Thực tế ngày

càng chứng tỏ rằng: những thành tựu mới của tâm lí học trở thành nguồn gốc, là

cơ sở của những phương pháp dạy học mới hữu hiệu.

2.5. TOÁN HỌC

Vật lí học là một khoa học chính xác. Đa số các khái niệm, định luật vật lí

được diễn đạt bằng những công thức toán học. Đặc biệt là việc biến đổi những

công thức toán học đó có thể dẫn tới dự đoán được những diễn biến của hiện

tượng vật lí hoặc những hiện tượng, những đặc tính mới của thế giới vật chất. Có

thể nói: toán học là một công cụ không thể thiếu được trong nghiên cứu vật lí

học. Sự thiếu hiểu biết về toán học nhiều khi gây ra những khó khăn lớn trong

học tập vật lí không thể vượt qua được. Sự chuẩn bị cho học sinh không đầy đủ

về vốn kiến thức toán học là một trong những nguyên nhân quan trọng ảnh hưởng

đến chất lượng học tập vật lí.

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ

Với tư cách là một ngành của khoa học giáo dục, phương pháp dạy học vật

lí sử dụng những phương pháp chung của khoa học giáo dục vận dụng vào

phương pháp dạy học vật lí.

Cơ sở phương 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 đường nhận thức thế

giới, nhận thức chân lý. Những tư tưởng của triết học duy vật biện chứng cần

được quán triệt trong phương pháp nghiên cứu phương pháp dạy học vật lí là:

- Xem xét những quá trình và hiện tượng trong mối quan hệ nhiều mặt và

tác động qua lại giữa chúng.

- Xem xét những quá trình và hiện tượng trong sự vận động và phát triển,

chỉ ra những bước chuyển hoá từ sự biến đổi về lượng 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.

Những phương pháp nghiên cứu cụ thể của phương pháp dạy học vật lí

gồm:

a) Nghiên cứu lí luận

Trong nghiên cứu lý luận, người ta dựa vào những tài liệu đã có, những lí

thuyết đã được khẳng định, những thành tựu của nhân loại trên nhiều lĩnh vực

khác nhau, những văn kiện chỉ đạo của Đảng và Nhà nước để xem xét vấn đề và

tìm ra giải pháp hợp lí, có sức thuyết phục, xây dựng một lí thuyết hoàn toàn mới

bổ sung, cụ thể hoá lí thuyết cũ.

b) Quan sát sư phạm

Quan sát có mục đích diễn biến thực của các hiện tượng sư phạm, hiện

tượng giáo dục để thu thập những tài liệu, dấu hiệu, số liệu cụ thể đặc trưng cho

quá trình diễn biến của hiện tượng mà ta dự định khảo sát. Trước khi quan sát,

cần xác định rõ mục đích, đối tượng, nội dung, và cả tiêu chí đánh giá, đo lường

các kết quả quan sát.

Trong khi quan sát thực tiễn sư phạm, cũng có khi tình cờ người ta phát

hiện ra những sự kiện, hiện tượng sư phạm mới ngoài dự kiến đòi hỏi phải nghiên

cứu.

c) Tổng kết kinh nghiệm

Tổng kết kinh nghiệm thực chất là đánh giá và khái quát hoá những kinh

nghiệm đã thu thập được trong hoạt động thực tiễn, từ đó phát hiện ra những vấn

đề cần khẳng định để đưa ra áp dụng rộng rãi hoặc cần tiếp tục nghiên cứu hay

loại bỏ. Đặc biệt quan trọng là: việc tổng kết kinh nghiệm nhiều khi dẫn đến

khám phá ra những mối liên hệ có tính qui luật của những hiện tượng giáo dục.

Tổng kết kinh nghiệm cần phải có lí luận để soi sáng, giải thích tính chất

hợp lí, phù hợp với những qui luật đã được khẳng định thì mới tránh khỏi tính

chất ngẫu nhiên, lộn xộn, hời hợt của kết luận.

d) Thực nghiệm sư phạm

Trong thực nghiệm sư phạm, người ta chủ động gây những tác động vào

quá trình dạy học và giáo dục để xem xét kết quả của những tác động đó. Những

tác động đó xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế, điều chỉnh, thay đổi

được, ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên khác. Thực nghiệm sư phạm

thường được dùng để kiển tra (khẳng định hoặc bác bỏ) tính đúng đắn của một

giả thuyết được rút ra từ nghiên cứu lí luận.

Thực nghiệm sư phạm là một phương pháp nghiên cứu rất có hiệu lực,

song việc thực hiện nó rất công phu và có nhiều khó khăn. Nguyên nhân của

những khó khăn đó vì nhà sư phạm thực hiện một tác động lên những con người

cụ thể, kết quả thu được có thể không giống nhau, phụ thuộc vào nhiều yếu tố

tâm lí. Đối với mỗi học sinh cụ thể cũng khó có thể cô lập được các yếu tố không

tác động khác, để chỉ xem xét ảnh hưởng của yếu tố tác động. Như vậy, những

kết quả thực nghiệm thường chỉ có ý nghĩa xác suất, phải xử lí bằng phương pháp

thống kê. Nhưng muốn sử dụng phương pháp thống kê lại cần phải đo lường

được, lượng hoá được các dấu hiệu. Đó cũng là một việc rất khó khăn.

Thông thường, những phương pháp nghiên cứu trên được kết hợp với

nhau, làm cho các kết quả thu được vừa có sức thuyết phục về mặt lí luận, vừa có

ý nghĩa thực tiễn. Thí dụ như: qua nghiên cứu lí luận kết hợp với quan sát, tổng

kết kinh nghiệm, người ta đề xuất ra một giả thuyết, rồi dùng thực nghiệm sư

phạm để kiểm tra giả thuyết đó. Sau đó, lại dùng lí luận để lí giải kết luận và khái

quát lên một trình độ cao hơn, tổng quát hơn.

Chương 1

MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ CỦA VIỆC DẠY HỌC VẬT LÍ

Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1.1. MỤC TIÊU CHUNG CỦA GIÁO DỤC PHỔ THÔNG

Mục tiêu giáo dục ở mỗi quốc gia do nhà nước đề ra, căn cứ vào yêu cầu

phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội của đất nước hiện nay và trong tương lai. Như

vậy, mục tiêu này sẽ thay đổi theo mỗi giai đoạn phát triển của đất nước, bởi vì

nền giáo dục ở bất kì nước nào cũng phải nhằm đào tạo thế hệ trẻ trở thành

những người có đủ khả năng tham gia một cách tích cực và có hiệu quả vào công

cuộc xây dựng và bảo vệ đất nước trong giai đoạn sắp tới.

Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IV của Đảng cộng sản Việt Nam, bàn về

cải cách giáo dục đã nêu rõ: “Mục tiêu của cải cách giáo dục là đào tạo có chất

lượng tốt những người lao động mới; trên cơ sở đó, đào tạo và bồi dưỡng với qui

mô ngày càng lớn đội ngũ công nhân kĩ thuật và cán bộ quản lí, cán bộ khoa học,

kĩ thuật và nghiệp vụ”. Đại hội cũng chỉ ra nội dung của chất lượng là: “Đào tạo

có chất lượng những người lao động mới có ý thức và đạo đức xã hội chủ nghĩa,

có trình độ văn hoá phổ thông và hiểu biết kĩ thuật, có óc thẩm mĩ, có sức khoẻ

tốt”. Hiện nay, đất nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá

đất nước, hoà nhập với cộng đồng khu vực Đông Nam Á và thế giới. Trước tình

hình mới đó, Hội nghị Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng Sản Việt Nam lần

2, khoá VIII đã chỉ rõ mục tiêu của giáo dục trong giai đoạn mới là: “Nhiệm vụ

và mục tiệu cơ bản của giáo dục là nhằm xây dựng những con người và thế hệ

thiết tha gắn bó với lí tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội, có đạo đức

trong sáng, có ý chí kiên cường xây dựng và bảo vệ tổ quốc công nghiệp hoá,

hiện đại hoá đất nước; giữ gìn và phát huy các giá trị văn hoá dân tộc, có năng

lực tiếp thu tinh hoa văn hoá nhân loại; phát huy tiềm năng của dân tộc và con

người Việt Nam, có ý thức cộng đồng và phát huy tích cực của cá nhân, làm chủ

tri thức khoa học và công nghệ hiện đại, có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành

giỏi, có tác phong công nghiệp, có tính tổ chức kỉ luật, có sức khoẻ, là những

người thừa kế xây dựng chủ nghĩa xã hội vừa “hồng” vừa “chuyên” như lời dặn

của Bác Hồ”.

Như vậy, mục tiêu giáo dục của ta trong một thời gian dài vẫn giữ vững

quan điểm giáo dục toàn diện, chú trọng cả bốn mặt trí, đức, thể, mĩ nhằm đào

tạo ra những người lao động mới có khả năng xây dựng và bảo vệ Tổ quốc xã hội

chủ nghĩa. Tuy nhiên, trong giai đoạn này, đất nước ta mở cửa hoà nhập với cộng

đồng quốc tế rộng lớn, trong cơ chế thị trường cạnh tranh quyết liệt, mục tiêu của

giáo dục đã cụ thể hoá thêm một số điểm cho phù hợp với yêu cầu của tình hình

mới. Thí dụ như:

a) Coi trong giáo dục đạo đức, tư tưởng, coi đó là nền tảng nhân cách của

con người mới.

b) Bên cạnh việc bồi dưỡng năng lực tiếp thu tinh hoa văn hoá nhân loại,

phải chú trọng giữ gìn và phát huy các giá trị văn hoá dân tộc.

c) Một mặt phải học để nắm vững và làm chủ tri thức khoa học và công

nghệ hiện đại mà nhân loại đã tích luỹ được; mặt khác lại phải có tư duy sáng tạo,

phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Việt Nam, tìm ra những cách làm

mới phù hợp với hoàn cảnh cụ thể của đất nước để đưa đất nước tiến lên.

d) Người lao động mới vừa phải có ý thức cộng đồng, tinh thần tập thể vì

sự nghiệp chung mà hợp tác giúp đỡ lẫn nhau, vừa phải phát huy tính tích cực cá

nhân, năng động, chủ động, đem hết tài năng, trí tuệ, sức lực của mình cống hiến

cho sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.

1.2. NHIỆM VỤ CỦA VIỆC DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ

THÔNG

Các mục tiêu và nhiệm vụ của trường phổ thông được thực hiện chủ yếu

thông qua việc dạy học các môn học. Mỗi môn học do các đặc điểm của mình có

thể thực hiện các nhiệm vụ chung đó bằng những cách khác nhau hoặc có thuận

lợi hơn trong việc thực hiện một số nhiệm vụ. Căn cứ vào mục tiêu nhiệm vụ

chung và đặc điểm riêng của môn học, ta xác định nhiệm vụ cụ thể của việc dạy

học vật lí ở trường phổ thông .

1.2.1. Đặc điểm của môn vật lí ở trường phổ thông

a) Vật lí học nghiên cứu các hình thức vận động cơ bản nhất của vật chất,

cho nên những kiến thức vật lí là cơ sở của nhiều ngành khoa học tự nhiên, nhất

là của hoá học và sinh học.

b) Vật lí học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm. Phương

pháp của nó chủ yếu là phương pháp thực nghiệm. Đó là phương pháp nhận thức

có hiệu quả trên con đường đi tìm chân lí khách quan. Phương pháp thực nghiệm

có xuất xứ từ vật lí học nhưng ngày nay cũng được sử dụng rộng rãi trong nhiều

ngành khoa học tự nhiên khác.

c) Vật lí học nghiên cứu các dạng vận động cơ bản nhất của vật chất nên

nhiều kiến thức vật lí có liên quan chặt chẽ với các vấn đề cơ bản của triết học,

tạo điều kiện phát triển thế giới quan khoa học ở học sinh.

d) Vật lí học là cơ sở lí thuyết của việc chế tạo máy móc, thiết bị dùng

trong đời sống và sản xuất.

e) Vật lí học là một khoa học chính xác, đòi hỏi vừa phải có kĩ năng quan

sát tinh tế, khéo léo tác động vào tự nhiên khi làm thí nghiệm, vừa phải có tư duy

lôgic chặc chẽ, biện chứng, vừa phải trao đổi thảo luận để khẳng định chân lí.

1.2.2. Các nhiệm vụ của việc dạy học vật lí ở trường phổ thông

a) Trang bị cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại, có

hệ thống, bao gồm:

- Các khái niệm vật lí.

- Các định luật vật lí cơ bản.

- Nội dung chính của các thuyết vật lí.

- Các ứng dụng quan trọng nhất của vật lí trong đời sống và trong sản xuất.

- Các phương pháp nhận thức phổ biến dùng trong vật lí.

b) Phát triển tư duy khoa học ở học sinh: rèn luyện những thao tác, hành

động, phương pháp nhận thức cơ bản nhằm chiếm lĩnh kiến thức vật lí, vận dụng

sáng tạo để giải quyết vấn đề trong học tập và hoạt động thực tiễn sau này.

c) Trên cơ sở kiến thức vật lí vững chắc, có hệ thống, bồi dưỡng cho học

sinh thế giới quan duy vật biện chứng, giáo dục lòng yêu nước, thái độ đối với

lao động, đối với cộng đồng và những đức tính khác của người lao động.

d) Góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh, làm

cho học sinh nắm được những nguyên lí cơ bản về cấu tạo và hoạt động của các

máy móc được dùng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân. Có kỹ năng sử dụng

những dụng cụ vật lí, đặc biệt là những dụng cụ đo lường, kĩ năng lắp ráp thiết bị

để thực hiện các thí nghiệm vật lí, vẽ biểu đồ, xử lí các số liệu đo đạc để rút ra

kết luận. Những kiến thức, kĩ năng đó giúp cho học sinh sau này có thể nhanh

chóng thích ứng được với hoạt động lao động sản xuất trong giai đoạn công

nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.

Những nhiệm vụ trên không tách rời nhau mà luôn luôn gắn liền với nhau,

hỗ trợ lẫn nhau, góp phần đào tạo ra những con người phát triển hài hoà, toàn

diện. Thí dụ như: kiến thức mà học sinh thu nhận được chỉ có thể sâu sắc, vững

chắc khi họ có trình độ tư duy phát triển. Muốn có kiến thức vững chắc, học sinh

không phải chỉ tiếp thu kiến thức một cách thụ động, máy móc mà phải tích cực

tự lực hoạt động, tham gia vào quá trình xây dựng và vận dụng kiến thức. Ngược

lại, học sinh chỉ có thể phát triển trí thông minh, sáng tạo khi có một vốn kiến

thức vững chắc, thường xuyên vận dụng chúng để giải quyết những nhiệm vụ

mới, vừa củng cố vừa mở rộng và phát hiện ra những chỗ chưa hoàn chỉnh của

chúng để tiếp tục sáng tạo ra những kiến thức mới, bổ sung hoàn chỉnh thêm vốn

kiến thức của mình.

Thế giới quan khoa học chỉ có thể được hình thành và phát triển trên cơ sở

vốn kiến thức khoa học của mỗi cá nhân. Thế giới quan là kết quả của sự khái

quát hoá cao những hiểu biết của con người về những đặc tính và qui luật vận

động của thế giới vật chất. Sự khái quát ấy chỉ có thể trở thành niềm tin sâu sắc

khi ta thực sự tin ở những qui luật cụ thể của vật lí học, của khoa học mà ta

nghiên cứu. Ngược lại, cũng nhờ có thế giới quan khoa học mà nhiều nhà khoa

học kiên trì, dũng cảm đi sâu tìm kiếm những định luật vật lí dù gặp phải một số

hiện tượng mà trước đây ta chưa biết nguyên nhân, nhờ thế mà đạt được những

thành công rực rỡ. Mặt khác, không có trình độ tư duy phát triển thì khó có thể

thực hiện sự khái quát hoá cao, do đó khó có thể có thế giới quan khoa học vững

chắc.

Vật lí học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm, trong đó có sự

kết hợp nhuần nhuyễn giữa quan sát, thí nghiệm và suy luận lí thuyết để đạt được

sự thống nhất giữa lí luận và thực tiễn. Bởi vậy, việc rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo

thực hành thí nghiệm sẽ hỗ trợ rất tốt cho việc phát hiện những đặc tính, qui luật

của tự nhiên cũng như kiểm tra tính đúng đắn của các kiến thức lí thuyết. Những

ứng dụng trong kĩ thuật của vật lí không những phục vụ cho nhu cầu đời sống và

sản xuất mà còn phục vụ cho chính công việc nghiên cứu vật lí học, nâng cao khả

năng hoạt động của chính người nghiên cứu, học tập vật lí.

1.3. ĐƯỜNG LỐI CHUNG THỰC HIỆN NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT

LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

Như ta đã thấy, nhiệm vụ dạy học vật lí rất phức tạp và nặng nề. Tất cả

những nhiệm vụ ấy được thực hiện thông qua việc dạy học những kiến thức vật

lí, trong quá trình học sinh học tập vật lí. Sự phát triển tư duy khoa học, năng lực

sáng tạo, sự hình thành thế giới quan duy vật biện chứng, những phẩm chất đạo

đức, nắm được kĩ năng, kĩ xảo hoạt động thực tiễn sản xuất… đều là kết quả

đồng thời với sự nhận thức các kiến thức vật lí của bản thân học sinh. Bởi vậy,

muốn thực hiện tốt các nhiệm vụ dạy học vật lí, phải xác định đúng con đường

nhận thức vật lí và tổ chức hoạt động của học sinh để chiếm lĩnh kiến thức vật lí.

1.3.1. Con đường nhận thức vật lí

Cũng như các môn khoa học tự nhiên khác, khoa học vật lí nghiên cứu thế

giới tự nhiên nhằm phát hiện ra những đặc tính và qui luật khách quan của các sự

vật hiện tượng trong tự nhiên. Vấn đề then chốt đầu tiên phải đặt ra cho người

nghiên cứu là: làm thế nào để tìm ra chân lí, làm thế nào để biết rằng những điều

mà nhà nghiên cứu tìm ra là đúng chân lí khách quan? V.I. Lênin đã khái quát

hoá những thành tựu của rất nhiều nhà khoa học trên con đường đi tìm chân lí,

nhiều khi phải trải qua những cuộc đấu tranh gian khổ, quyết liệt và đã chỉ ra:

“Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, rồi từ tư duy trừu tượng trở về

thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức

hiện thực khách quan”. V.G. Razumôpxki trên cơ sở khái quát hoá những lời phát

biểu giống nhau của những nhà vật lí nổi tiếng như A.Anhstanh, M. Plăng,

M.Boocnơ, P.l. Kapitsa… đã trình bày những khía cạnh chính của quá trình sáng

tạo khoa học dưới dạng chu trình như sau (Hình 1): Từ sự khái quát những sự

kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình trừu tượng giả định (có tính chất như

một giả thuyết); từ mô hình dẫn đến việc rút ra hệ quả lí thuyết (bằng suy luận

lôgic hay suy luận toán học); kiểm tra bằng thực nghiệm những hệ quả đó.

Hình 1. Chu trình sáng tạo khoa học theo Razumôpxki

Nếu những kết quả thực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì mô hình

giả thuyết đó được xác nhận là đúng đắn và trở thành chân lí. Nếu những sự kiện

thực nghiệm không phù hợp với những dự đoán lí thuyết thì phải xem lại lí

thuyết, chỉnh lí lại hoặc thay đổi. Mô hình trừu tượng được xác nhận trở thành

nguồn tri thức mới, tiếp tục được dùng để suy ra những hệ quả mới hoặc để giải

thích những sự kiện thực nghiệm mới phát hiện.

Bởi vì, mỗi mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một số mặt của thực tế,

cho nên khi mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc, ta gặp

những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với hệ quả suy từ mô hình đó,

nghĩa là không giải thích được những sự kiện thực nghiệm mới; đến lúc đó, phải

bổ sung, chỉnh lí mô hình cũ cho phù hợp hoặc phải bỏ đi mà xây dựng mô hình

Mô hình giả định trừu tượng

Các hệ quả

lôgic

Những sự kiện khởi đầu

Thí nghiệm

kiểm tra

mới, bắt đầu một chu trình mới của quá trình nhận thức. Như vậy, chu trình nhận

thức khoa học không khép kín mà được mở rộng dần dần, làm giàu thêm cho

kiến thức khoa học. Bằng cách đó, con người ngày càng tiếp cận hơn với chân lí

khách quan. Ta có thể mô tả quá trình nhận thức vật lí chi tiết hơn, gồm các giai

đoạn điển hình sau:

Thực tiễn → Vấn đề → Giả thuyết → Hệ quả → Định luật →

Lí thuyết → Thực tiễn.

Chu trình và sơ đồ nói trên mô tả toàn bộ quá trình nhận thức vật lí. Đối

với mỗi nhà vật lí, trong một công trình nghiên cứu cụ thể của mình, có thể chỉ

tham gia vào một số giai đoạn. Thí dụ như: Farađây dựa trên khảo sát thực

nghiệm, đề xuất giả thuyết về sự tồn tại của điện trường, từ trường. Về sau,

Macxoen phát triển tư tưởng đó và xây dựng thành lí thuyết vể trường điện từ và

dự đoán về sự lan truyền của sóng điện từ. Cuối cùng, phải đợi đến Hecdơ mới

kiểm tra được bằng thực nghiệm dự đoán của Macxoen. Đến đây, giả thuyết về

sự tồn tại của trường điện từ mới được công nhận là chân lí khách quan.

Như vậy, con đường đi tìm chân lí xuất phát từ thực tiễn và cuối cùng trở

lại thực tiễn, lấy thực tiễn làm chân lí. Những tính chất và qui luật vận động của

thế giới vật chất tồn tại khách quan, không phụ thuộc vào ý muốn của con người.

Những kiến thức khoa học mà con người xây dựng nên để phản ánh, mô tả những

tính chất, những qui luật đó của tự nhiên lại là những sáng tạo tự do của con

người. A.Anhstanh viết: “ Khoa học hoàn toàn không phải là sự sưu tập các định

luật, sự tổng hợp các hiện tượng không liên hệ với nhau. Nó là một sự sáng tạo

của trí tuệ con người bằng những tư tưởng và những khái niệm được phát minh

một cách tự do”. Trong lịch sử vật lí học, đã có nhiều trường hợp, cùng một hiện

tượng, sự vật nhưng nhiều nhà khoa học lại xây dựng những khái niệm và định

luật khác nhau để phản ánh sự vận động của nó. Dần dần, theo thời gian, được

thử thách trong thực tế, một số trong các định luật, khái niệm đó tỏ ra vẫn đúng

đắn, một số khác lại bị bác bỏ hoàn toàn hoặc phải sửa đổi, bổ sung cho phù hợp

với những sự kiện thực tế mới phát hiện. A. Anhstanh viết: “Đối với một nhà vật

lí đầu thế kỷ 19, hiện thực của thế giới bên ngoài của chúng ta được tạo ra từ các

hạt với các lực đơn giản tác dụng giữa chúng chỉ phụ thuộc khoảng cách. Ông ta

cố gắng giữ hết sức lâu niềm tin tưởng rằng ông có thể thành công trong việc giải

thích tất cả các sự kiện trong tự nhiên bằng những khái niệm cơ bản này về hiện

thực. Những khó khăn liên quan đến sự lệch của kim nam châm, tới cấu tạo của

ête cho chúng ta ý nghĩ về một hiện thực tinh tế hơn: phát minh quan trọng về

điện từ trường xuất hiện. Phải có trí tưởng tượng khoa học táo bạo để nhận thức

rằng: không phải tính chất của các vật mà tính chất của cái gì đó nằm giữa chúng,

nghĩa là trường, mới có thể là quan trọng đối với việc sắp xếp và hiểu biết các sự

kiện.

Sự phát triển sau này của khoa học vừa phá vỡ những quan niệm cũ của cơ

học Niutơn, vừa tạo ra những khái niệm mới. Thời gian tuyệt đối và hệ toạ độ

quán tính đã bị thuyết tương đối từ bỏ”.

Ngày nay, người ta đã chứng minh rằng: cơ học cổ điển của Niu tơn là một

trường hợp đặc biệt của cơ học tương đối khi vận tốc chuyển động của các vật

thể rất nhỏ so với vận tốc ánh sáng. Điều đó chứng tỏ: cơ học Niutơn vẫn phản

ánh đúng thực tiễn trong đó các vật có vận tốc nhỏ, còn khi các vật chuyển động

với vận tốc cỡ vận tốc ánh sáng thì phải áp dụng những qui luật của cơ học tương

đối tinh tế hơn.

Như vậy, một vấn đề cơ bản được đặt ra trong quá trình nhận thức vật lí là:

phải luôn luôn đối chiếu những khái niệm, định luật, những mô hình vật lí là

những sản phẩm do trí tuệ con người sáng tạo ra với thực tiễn khách quan để hiểu

rõ chúng dùng để phản ánh, mô tả, biểu đạt đặc tính gì, quan hệ nào của thực tế

khách quan và giới hạn phản ánh của nó đến đâu. Kết quả của quá trình nghiên

cứu, học tập, nhận thức vật lí, ngoài việc nắm được các định luật cụ thể chi phối

các hiện tượng cụ thể của tự nhiên để vận dụng chúng cải tạo tự nhiên, phục vụ

lợi ích của con người, còn phải làm cho học sinh tin tưởng vững chắc rằng: mọi

hiện tượng trong tự nhiên đều diễn ra theo qui luật của tự nhiên có tính chất

khách quan, có hệ thống chặt chẽ mà con người hoàn toàn có thể nhận thức được

ngày càng sâu sắc, tinh tế, chính xác hơn.

1.3.2. Hoạt động nhận thức vật lí của học sinh

1. Dạy học và phát triển

Dạy học là một dạng hoạt động đặc trưng của loài người nhằm truyền lại

cho thế hệ sau những kinh nghiệm xã hội mà loài người đã tích luỹ được, biến

chúng thành vốn liếng kinh nghiệm và phẩm chất, năng lực của cá nhân người

học. Hoạt động dạy học bao gồm hai hoạt động liên quan với nhau, tác động qua

lại với nhau: hoạt động dạy của giáo viên và hoạt động học của học sinh. Hai

hoạt động này đều có chung một mục đích cuối cùng là làm cho học sinh lĩnh hội

được nội dung học, đồng thời phát triển được nhân cách, năng lực của mình. Quá

trình dạy học xảy ra rất phức tạp và đa dạng, trong đó sự phối hợp hoạt động giữa

giáo viên và học sinh có ý nghĩa quyết định.

Trong dạy học cổ truyền trước đây, giáo viên là người quyết định, điều

khiển toàn bộ các hoạt động của quá trình dạy học, từ đặt vấn đề mở đầu, giải

quyết vấn đề, đánh giá và kết luận; còn học sinh thì thụ động tiếp thu, ghi nhớ,

nhắc lại, làm theo mẫu. Chiến lược dạy học này xuất phát từ quan niệm về nhiệm

vụ của giáo dục chỉ là một sự truyền đạt đơn giản những kiến thức, kinh nghiệm

xã hội như những sản phẩm hoàn chỉnh, đã được thử thách. “Từ đó dẫn người

giáo viên ngấm ngầm hay công khai coi đứa trẻ hoặc như một người lớn thu nhỏ

cần dạy dỗ, giáo dục, làm cho nó giống với mẫu người lớn nhanh chừng nào hay

chừng ấy, hoặc như một kẻ hứng chịu tội lỗi của tổ tiên là… chứa trong mình

một chất liệu chống đối, cho nên cần phải uốn nắn hơn là tạo dựng”. (J.Piaget).

Nhà trường mới không chỉ chú trọng đến việc truyền thụ kiến thức mà còn

chú trọng đến phát triển toàn diện nhân cách học sinh. Trong lịch sử giáo dục,

kinh nghiệm về giáo viên truyền thụ kiến thức đã có nhiều, nhưng về phát triển

nhân cách, phát triển năng lực thì còn mới mẻ. Trong sự phát triển đa dạng của

nhân cách thì phát triển năng lực nhận thức là cơ sở, có ảnh hưởng lớn đến việc

phát triển những năng lực khác. Thành tựu quan trọng nhất của tâm lí học phát

triển, dùng làm cơ sở cho việc xây dựng chiến lược dạy học mới, phương pháp

dạy học mới hiện nay là hai lí thuyết phát triển nhận thức của Jean Piaget (1896-

1980) và Lép Vưgôtski (1896- 1934).

Lí thuyết của Piaget nhấn mạnh rằng: học sinh giữ một vai trò rất tích cực

trong việc thích nghi với môi trường. Sự thích nghi bắt đầu từ lúc ra đời như là

kết quả của sự phát triển tự nhiên về mặt sinh học và kinh nghiệm với thế giới.

Thoạt đầu, trẻ em dựa vào các cấu trúc sinh học vốn có của cơ thể thực hiện các

hoạt động tự phát của toàn bộ cơ thể, tạo nên sự cân bằng qua cơ chế đồng hoá và

điều ứng để thích nghi với môi trường, hoàn cảnh và suy rộng ra là với các tác

động bên ngoài từ xã hội vào bản thân đứa trẻ. Trong học thuyết của Piaget, khái

niệm cân bằng là khái niệm công cụ quan trọng nhất. Khái niệm này kéo theo

khái niệm đồng hoá, điều ứng, thích nghi. Piaget viết: “Cuộc sống là sự sáng tạo

không ngừng các dạng thức ngày càng phức tạp và sự cân bằng ngày càng tăng

của các dạng thức này với môi trường”. Phát triển tâm lí tựu trung lại là sự phát

triển trí tuệ cùng với tình cảm, xúc cảm, bao gồm quá trình nảy sinh, hình thành

và phát triển qua các giai đoạn cảm giác- vận động, tiền thao tác, thao tác cụ thể,

thao tác hình thức (tượng trưng), qua quá trình nội tâm hoá, xuất tâm và đều

nhằm tạo lập các cấu trúc tâm lí ở các trình độ khác nhau, cùng nhằm vào mục

đích là đồng hoá, điều ứng, thích nghi và cân bằng. Piaget cho rằng: sự phát triển

là do con người tạo ra bằng cách là đưa qúa trình cân bằng từ thấp lên cao, đạt

đến đỉnh cao là các cấu trúc lôgic- toán, có khi ông gọi là cân bằng nhận thức.

Cân bằng tâm lí không phải chỉ là cân bằng nhận thức được tạo ra theo cơ chế

thao tác với đỉnh cao là thao tác tượng trưng, thao tác khái niệm mà còn là, hay

chủ yếu là cân bằng được tạo ra theo cơ chế hoạt động: quá trình cân bằng được

tạo ra bởi hành động thực tiễn gắn bó, bao gồm hành động trí tuệ. Cân bằng

không phải chỉ để con người sống còn mà chính là để tạo lập ra cuộc sống, sáng

tạo ra các giá trị mới. Như vậy, Piaget đã đi vào quá trình phát triển trí tuệ với

phương pháp tiếp cận duy vật biện chứng, tạo nên một cơ sở khoa học khá chắc

chắn cho tâm lí học phát triển: tri thức nảy sinh từ hành động.

Vấn đề dạy học và sự phát triển trí tuệ trong lứa tuổi học sinh đã được

Vưgôtski giải quyết một cách độc đáo và có hiệu quả dựa trên lí luận về “vùng

phát triển gần” do ông đề xuất. Vưgôtski cho rằng: sự phát triển nhận thức có

nguồn gốc xã hội, chủ yếu thông qua sử dụng ngôn ngữ, đặc biệt trong bối cảnh

tương tác với những người khác. Điều đó có nghĩa là: xã hội tạo ra cơ sở cho sự

phát triển nhận thức. Theo Vưgôtski, chỗ tốt nhất cho sự phát triển nhận thức là

vùng phát triển gần. Vùng đó là khoảng nằm giữa trình độ phát triển hiện tại

được xác định bằng trình độ độc lập giải quyết vấn đề và trình độ gần nhất mà

các em có thể đạt được với sự giúp đỡ của người lớn hay bạn hữu khi giải quyết

vấn đề. Nói cách khác, vùng phát triển gần là khoảng trống giữa nơi mà một

người đang đứng khi giải quyết vấn đề và nơi mà người đó cần phải đến với sự

giúp đỡ của người khác. Lấy thí dụ về học lái xe. Giả sử rằng: người học lái đã

nắm được kĩ năng cơ bản điều khiển cho xe chuyển động thẳng, bây giờ cần phải

học lái vòng. Ta biết rằng: người học chưa thể độc lập tự lực lái vòng, nhưng đã

có hiểu biết để có thể nắm được kĩ năng với sự giúp đỡ của người dạy lái. Người

học lúc đó ở trong vùng phát triển gần và có khả năng tận dụng sự giúp đỡ dưới

dạng giải thích, biểu diễn, hướng dẫn của người dạy.

Đối với giáo viên, điều nói trên có nghĩa là: sự phát triển nhận thức xảy ra

tốt nhất khi học sinh phải đi qua vùng phát triển gần thông qua việc lập luận,

tranh luận với bạn hữu hoặc người lớn tuổi. Để nắm được một công việc, đầu tiên

học sinh có thể hiểu một phần của công việc đó, nhưng nhờ có giải thích, biểu

diễn, hướng dẫn của người khác, học sinh hiểu toàn bộ công việc. Một khi học

sinh đã đạt được sự hiểu biết toàn bộ công việc, họ sẽ phải vượt qua vùng phát

triển gần và có thể độc lập thực hiện công việc đó.

Học thuyết về vùng phát triển gần dẫn đến một kết luận quan trọng khác:

chỉ có sự dạy học đi trước sự phát triển mới là dạy học tốt. Sự dạy học được tổ

chức đúng đắn sẽ dẫn đến sự phát triển trí tuệ của trẻ em, làm cho một loạt quá

trình phát triển đó sống động lên, mà có lẽ nói chung, không diễn ra ngoài dạy

học. Các quá trình dạy học tạo ra vùng phát triển gần, các quá trình phát triển đi

sau các quá trình dạy học.

2. Bản chất của hoạt động học vật lí

a) Đặc điểm của hoạt động học

Hoạt động học là một hoạt động đặc thù của con người nhằm tiếp thu

những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm mà loài người đã tích lũy được, đồng thời

phát triển những phẩm chất năng lực của người học.

Việc tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm nhằm sử dụng chúng

trong hoạt động thực tiễn của mình. Cách tốt nhất để hiểu là làm. Cách tốt nhất

để nắm vững được (hiểu và sử dụng được) những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm

là người học tái tạo ra chúng. Như vậy, người học không phải là tiếp thu một

cách thụ động, dưới dạng đã đúc kết một cách cô đọng, chuyển trực tiếp từ giáo

viên, từ sách vở, tài liệu vào óc mình mà phải thông qua hoạt động tự lực của bản

thân mà tái tạo lại chúng, chiếm lĩnh chúng.

Thông thường, một hoạt động có đối tượng là một khách thể, tác động vào

đối tượng làm biến đổi đối tượng. Chẳng hạn như nghiên cứu tính chất của

chuyển động rơi của một vật trong những điều kiện khác nhau (trong không khí,

trong nước, trong chân không) thay đổi hình dạng của vật. Trong khi đó, hoạt

động học lại làm biến đổi chính chủ thể là người học. Nhờ có hoạt động học mà

xảy ra sự biến đổi trong bản thân học sinh, sản phẩm của hoạt động học là những

biến đổi trong chính bản thân chủ thể trong quá trình thực hiện hoạt động. Học

trong hoạt động, học bằng hoạt động. Những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm mà

người học tái tạo lại không có gì mới đối với nhân loại, nhưng những biến đổi

trong bản thân người học, sự hình thành phẩm chất và năng lực ở người học thực

sự là những thành tựu mới, chúng sẽ giúp cho người học sau này sáng tạo ra được

những giá trị mới. Trong học tập vật lí, những định luật vật lí, kĩ năng sử dụng

các máy đo, kinh nghiệm tiến hành các thí nghiệm vật lí đều là những điều đã

biết, học sinh tái tạo lại chúng để biến chúng thành vốn liếng của bản thân mình,

chứ không đem lại điều gì mới mẻ cho kho tàng kiến thức vật lí. Nhưng với bản

thân học sinh, thông qua hoạt động tái tạo kiến thức đó mà trưởng thành lên. Ví

dụ như: trước khi học, học sinh chưa biết nguyên nhân của lực ma sát. Dưới sự

hướng dẫn của giáo viên, học sinh tác động vào vật chuyển động, thay đổi độ ráp

giữa mặt tiếp xúc của vật chuyển động với mặt bàn trên đó vật chuyển động. Kết

quả là: học sinh phát hiện ra nguyên nhân xuất hiện lực ma sát là do sự gồ ghề

của mặt tiếp xúc, khi vật chuyển động thì những chỗ gồ ghề mắc vào nhau, cản

trở chuyển động, nghĩa là sinh ra ma sát. Kiến thức đó về ma sát trong mọi sách

đều viết rõ, học sinh có thể dễ dàng tìm thấy. Điều quan trọng là: sau khi tái tạo

được kiến thức đó về ma sát thì học sinh có khả năng mới là không cần đọc trong

sách, không cần giáo viên chỉ dẫn, có thể tự mình tìm ra nguyên nhân khác của

ma sát (bản chất của các mặt tiếp xúc) hoặc nguyên nhân của các hiện tượng khác

mà họ sẽ gặp trong hoạt động thực tiễn, ngay cả khi chưa được học. Đó mới

chính là lợi ích lớn lao của việc học tập vật lí.

b) Cấu trúc của hoạt động học

Theo lí thuyết hoạt động, hoạt động học có cấu trúc gồm nhiều thành phần

có quan hệ và tác động lẫn nhau (Hình 2).

Một bên là động cơ, mục đích, điều kiện, phương tiện, bên kia là hoạt

động, hành động, thao tác. Động cơ học tập kích thích sự tự giác, tích cực, thúc

đẩy sự hình thành và duy trì, phát triển hoạt động học, đưa đến kết quả cuối cùng

là thỏa

mãn được lòng khát khao mong ước của

người học. Muốn thoả mãn động cơ ấy,

phải thực hiện lần lượt những hành động

để đạt được những mục đích cụ thể. Cuối

cùng, mỗi hành động được thực hiện

bằng nhiều thao tác sắp xếp theo một

trình tự xác định, ứng với mỗi thao tác

trong những điều kiện cụ thể là những

phương tiện, công cụ thích hợp.

Động cơ Hoạt động

Mục đích Hành động

Phương tiện Thao tác

Điều kiện

Hình 2. Cấu trúc tâm lí của hoạt động

Động cơ học tập có thể được kích thích, hình thành từ những kích thích

bên ngoài người học như: nhu cầu của xã hội đòi hỏi phải hoạt động có hiệu qủa

trong một lĩnh vực nào đó của đời sống xã hội, sự tôn vinh của xã hội đối với

người có học, đem lại vinh dự cho gia đình, cho đất nước. Nhưng quan trọng

nhất, có khả năng thường xuyên được củng cố và phát triển, có hiện quả bền

vững là sự kích thích bên trong bằng mâu thuẫn nhận thức, mâu thuẫn giữa nhiện

vụ mới phải giải quyết và khả năng hạn chế hiện có của học sinh, cần có một sự

cố gắng vươn lên tìm kiếm một giải pháp mới, xây dựng một kiến thức mới: động

cơ tự hoàn thiện bản thân mình. Việc thường xuyên tham gia vào việc giải quyết

những mâu thuẫn này sẽ tạo ra thói quen, lòng ham thích hoạt động, hoạt động tự

giác và tích cực, hoạt động càng có kết quả thì động cơ càng được củng cố.

Mục đích của hoạt động học được thể hiện ở nhiệm vụ cụ thể của mỗi môn

học, mỗi phần của môn học và cụ thể nhất là ở mỗi bài học; đó là mục tiêu cụ thể

mà học sinh phải đạt được sau mỗi bài học, mỗi chương, mỗi phần, mỗi môn học

mà ta có thể đánh giá được. Ta đã biết việc học tập vật lí có nhiều nhiệm vụ. Có

nhiệm vụ có thể hoàn thành một cách rõ rệt, có thể kiểm tra, đáng giá ngay được

kết quả thực hiện sau bài học, thí dụ như: nội dung kiến thức, kĩ năng cần nắm

được. Có những nhiệm vụ phải trải qua nhiều bài học mới có thể thực hiện được,

mỗi bài học, thậm chí mỗi chương chỉ góp một phần. Thí dụ như: khi học bài

"định luật thứ ba của Niutơn", học sinh nắm được mối quan hệ giữa lực và phản

lực, đặc điểm của những lực tương tác, có kĩ năng làm thí nghiệm để khảo sát

những lực đó. Cũng qua bài học này, học sinh phải thực hiện những phép suy

luận phức tạp, suy ra những hệ quả lí thuyết và tìm phương án kiểm tra lại hệ quả

bằng thực nghiệm, có nghĩa là phát triển được năng lực nhận thức, tiến tới có thể

tự lực tìm tòi, nghiên cứu các mối quan hệ khác. Điều này chưa thể đánh giá ngay

được, vì học sinh đang nằm trong vùng phát triển gần. Định luật về mối quan hệ

giữa lực tác dụng và phản lực là một cơ sở của một qui luật tổng quát của thiên

nhiên, là cơ sở của thế giới quan duy vật biện chứng, đó là qui luật mâu thuẫn

thống nhất (thống nhất và đấu tranh giữa các mặt đối lập). Nhưng một mình định

luật này chưa đủ để tạo ra thế giới quan, tạo ra niềm tin ở tính phổ biến khách

quan của qui luật triết học này.

Để thực hiện mỗi mục đích cụ thể, phải thực hiện những hành động tương

ứng. Có thể thực hiện một hành động, nhưng thông thường phải phối hợp nhiều

hành động mới đạt được một mục đích. Nhiệm vụ bài học thường được diễn đạt

dưới dạng các “bài toán nhận thức” hay “vấn đề nhận thức” mà nếu giải quyết

được nó thì học sinh sẽ đạt được mục đích đề ra. Thí dụ như: để nắm được nội

dung định luật thứ ba của Niutơn, học sinh ít nhất phải thực hiện các hành động

sau đây để tự mình tái tạo ra định luật đó:

- Xây dựng một giả thuyết về mối quan hệ giữa lực và phản lực.

- Tìm một hệ quả suy ra từ giả thuyết (bằng suy luận lôgic hay suy luận

toán học).

- Lập phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán.

- Tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán.

- Kết luận.

- Vận dụng vào thực tiễn.

Trong các hành động, có hành động vật chất và hành động trí tuệ. Bằng

hành động vật chất, người ta tác dụng trực tiếp lên đối tượng để nhận biết những

đặc tính bên ngoài của nó hoặc làm bộc lộ những đặc tính bên trong của nó. Thí

dụ như: muốn biết qui luật sự rơi của các vật thì đầu tiên phải quan sát sự rơi của

các vật trong tự nhiên. Sự quan sát tự nhiên đó cho thấy: các vật rơi rất khác

nhau. Cần phải tác động vào tự nhiên, làm thay đổi các điều kiện rơi (rơi trong

không khí, trong nước, trong chân không, vật rơi phẳng, vật được vo viên nhỏ

lại…). Những hành động vật chất đó chỉ cho những thông tin riêng lẻ, rời rạc về

tự nhiên. Phải trải qua những phân tích, so sánh, suy luận diễn ra trong óc, nghĩa

là thông qua hành động trí tuệ mới rút ra được kết luận về qui luật chung sự rơi

của các vật khác nhau: ở cùng một nơi trên mặt trái đất, mọi vật rơi tự do với

cùng một gia tốc.

Muốn đạt được một mục đích, phải thực hiện một hay một số hành động.

Trong khi thực hiện một hành động, ta phải sử dụng một số phương tiện, trong

những điều kiện cụ thể. Khi sử dụng những phương tiện, điều kiện đó là ta đã

thực hiện những thao tác. Tương ứng với hành động vật chất và hành động trí

tuệ, có hai loại thao tác: thao tác chân tay và thao tác trí tuệ. Trong thao tác chân

tay, ta sử dụng những công cụ, phương tiện vật chất như mắt, tay, dụng cụ thí

nghiệm, máy đo… Thao tác trí tuệ hoàn toàn diễn ra trong óc, sử dụng những

khái niệm, những phương pháp suy luận mà ta đã xây dựng lên. Chẳng hạn như:

để rút ra qui luật sự rơi của các vật (mục đích hành động), ta phải sử dụng các

khái niệm “rơi tự do, gia tốc” và thực hiện một loạt thao tác như phân tích, so

sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá…

Đối với những thao tác chân tay, ta có thể quan sát được qúa trình thực

hiện chúng, cho nên có thể can thiệp trực tiếp vào quá trình đó để uốn nắn, rèn

luyện, làm cho học sinh có kĩ năng, kĩ xảo thực hiện chúng một cách đúng đắn,

có hiệu quả. Còn thao tác trí tuệ diễn ra trong óc, ta chỉ biết được kết quả khi học

sinh thông báo ý nghĩ của họ. Nhưng thao tác trí tuệ lại có vai trò to lớn, quyết

định trong nhận thức khoa học. Bởi vậy, việc rèn luyện cho học sinh có kĩ năng,

kĩ xảo thực hiện các thao tác tư duy trong khi học tập vật lí luôn luôn là vấn đề

thời sự, còn nhiều khó khăn.

Để thực hiện được một nhiệm vụ đề ra, đạt được một mục đích mong

muốn, có khi phải thực hiện liên tiếp hoặc đồng thời nhiều hành động, nhiều thao

tác, khó có thể phân biệt rạch ròi một kết quả là do thực hiện một thao tác hay

một hành động cụ thể nào.

c) Những hành động phổ biến trong hoạt động nhận thức vật lí

Hiện tượng vật lí rất phức tạp và đa dạng. Trong lịch sử, các nhà vật lí đã

sáng tạo ra rất nhiều cách làm để đạt được mục đích mong muốn, rất nhiều hành

động đã được áp dụng. Có thể mỗi một phát minh mới của vật lí học là do kết quả

của rất nhiều hành động ở những mức độ khó khăn, phức tạp khác nhau, nhiều

thao tác có mức độ tinh vi, thành thạo ngày càng cao, khó có thể liệt kê đầy đủ và

phân loại chính xác. Dưới đây, chỉ nêu ra những hành động được dùng phổ biến

trong quá trình nhận thức vật lí của học sinh ở trường phổ thông:

1. Quan sát, nhận biết những dấu hiệu đặc trưng của sự vật, hiện tượng.

2. Phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản.

3. Xác định những giai đoạn diễn biến của hiện tượng.

4.Tìm các dấu hiệu giống nhau của các sự vật, hiện tượng.

5. Bố trí một thí nghiệm để tạo ra một hiện tượng trong những điều kiện

xác định.

6. Tìm những tính chất chung của nhiều sự vật, hiện tượng.

7. Tìm mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng.

8. Tìm mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng.

9. Mô hình hoá những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái

niệm, những mô hình lí tưởng để sử dụng chúng làm công cụ của tư duy.

10. Đo một đại lượng vật lí.

11. Tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng vật lí, biểu diễn bằng công

cụ toán học.

12. Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế

xác định.

13. Giải thích một hiện tượng thực tế.

14. Xây dựng một giả thuyết.

15. Từ giả thuyết, suy ra một hệ quả.

16. Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả).

17. Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định

luật vật lí.

18. Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động.

19. Đánh giá kết quả hành động.

20.Tìm phương pháp chung để giải quyết một loại vấn đề.

d) Những thao tác phổ biến cần dùng trong hoạt động nhận thức vật lí

1.Thao tác vật chất

- Nhận biết bằng các giác quan.

- Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, tác dụng lực, làm di

chuyển, làm biến dạng, hơ nóng, làm lạnh, cọ xát, đặt vào một điện áp…

- Sử dụng các dụng cụ đo.

- Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị).

- Thu thập tài liệu, số liệu thực nghiệm.

- Thay đổi các điều kiện thí nghiệm.

2. Thao tác tư duy

- Phân tích.

- Tổng hợp.

- So sánh.

- Trừu tượng hoá.

- Khái quát hoá.

- Cụ thể hoá.

- Suy luận qui nạp.

- Suy luận diễn dịch.

- Suy luận tương tự.

3. Bản chất của hoạt động dạy vật lí

Mục đích của hoạt động dạy là làm cho học sinh lĩnh hội được kiến thức,

kĩ năng, kinh nghiệm xã hội, đồng thời hình thành và phát triển ở họ phẩm chất

và năng lực. Như ta đã biết, học sinh thực hiện được mục đích đó bằng hoạt

động, trong hoạt động của bản thân học sinh. Như vậy, hoạt động dạy của giáo

viên là tổ chức, hướng dẫn, tạo điều kiện cho học sinh thực hiện thành công các

hành động học của họ. Dạy vật lí không phải là giảng giải, minh họa cho học sinh

hiểu ý nghĩa của những khái niệm, định luật vật lí, uốn nắn họ thực hiện đúng

những kĩ năng của nhà nghiên cứu vật lí, nhồi nhét vào đầu học sinh những kinh

nghiệm xã hội đã được đúc kết hoàn chỉnh, như quan niệm cổ truyền về dạy học.

Theo quan điểm hiện đại, dạy vật lí là tổ chức, hướng dẫn cho học sinh thực hiện

các hành động nhận thức vật lí như đã nói ở trên, để họ tái tạo được kiến thức,

kinh nghiệm xã hội và biến chúng thành vốn liếng của mình, đồng thời làm biến

đổi bản thân học sinh, hình thành và phát triển những phẩm chất năng lực của họ.

Muốn thực hiện tốt mục đích trên của hoạt động dạy, người giáo viên cần

phải nghiên cứu hoạt động học, căn cứ vào đặc điểm của hoạt động học của mỗi

đối tượng cụ thể để định ra những hành động dạy thích hợp, mà trước hết là

những hành động để tạo ra những điều kiện thuận lợi giúp cho học sinh có thể

thực hiện tốt các hành động học tập. Dưới đây là những hành động chủ yếu của

giáo viên trong dạy học vật lí:

a) Xây dựng tình huống có vấn đề

Tạo mâu thuẫn nhận thức, gợi động cơ, hứng thú đi tìm cái mới, kích thích

học sinh hăng hái, tự giác hoạt động, tạo ra không khí lớp học thuận lợi ủng hộ

những cuộc phát biểu trao đổi ý kiến thảo luận về những kết quả thực hiện hành

động học tập của học sinh.

b) Lựa chọn một lôgic nội dung bài học thích hợp

Phân chia bài học thành những vấn đề nhỏ, phù hợp với trình độ xuất phát

của học sinh, xác định hệ thống những hành động học tập mà học sinh có thể

thực hiện được với sự cố gắng vừa sức. Nội dung kiến thức vật lí ở trường phổ

thông không phải là nguyên dạng kiến thức vật lí trong khoa học ở dạng đầy đủ

nhất, hiện đại nhất mà đã được biến đổi đi, trình bày dưới dạng đơn giản hơn, phù

hợp với trình độ học sinh. Do đó, những hành động cần thiết để tái tạo lại những

kiến thức đó cũng phải phù hợp với trình độ học sinh. Thí dụ như: định luật thứ

hai của Niutơn có thể viết dưới dạng vi phân tổng quát: xmF &&= . Nhưng ở lớp 10,

chỉ viết dưới dạng đơn giản F = ma, áp dụng cho trường hợp một lực không đổi.

Những hành động học tập cũng đơn giản hơn những hành động phải thực hiện

trong nghiên cứu khoa học. Từ quan sát một vài thí nghiệm, rút ra kết luận bước

đầu về mối quan hệ giữa lực tác dụng với khối lượng của vật và gia tốc mà vật

thu được: gia tốc của vật tăng khi lực tác dụng tăng và giảm khi khối lượng của

vật tăng, rồi khái quát hoá chung cho mọi vật: gia tốc vật thu được tỉ lệ thuận với

lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng. Sau đó, làm thí nghiệm kiểm tra

trong một số trường hợp cụ thể.

c) Rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hiện một số thao tác cơ bản, một số

hành động nhận thức phổ biến

Xây dựng tình huống có vấn đề có thể tạo ra hứng thú ban đầu. Nhưng

muốn duy trì được hứng thú, tính tích cực, tự giác trong suốt quá trình hoạt động

thì cần phải giúp đỡ học sinh sao cho họ có thể thành công trong khi thực hiện

các hành động. Càng thành công, học sinh càng cố gắng vươn lên thực hiện các

nhiệm vụ khó khăn hơn, phức tạp hơn. Nếu thất bại liên tiếp, học sinh sẽ sinh ra

chán nản, mất tự tin. Giáo viên có thể rèn luyện cho học sinh những kĩ năng này

theo hai cách: một là, làm theo mẫu nhiều lần (bắt chước) theo một angôrit (một

trình tự chặt chẽ, máy móc); hai là, rèn luyện theo những cơ sở định hướng (đó là

những sơ đồ, những kế hoạch tổng quát).

Rèn luyện kĩ năng theo con đường angôrit hoá thường được dùng ở cấp

trung học cơ sở khi bắt đầu học vật lí, để rèn luyện những hành động và thao tác

vật chất. Chẳng hạn như: để hình thành kĩ năng sử dụng lực kế để đo lực, đầu tiên

giáo viên biểu diễn việc dùng lực kế để đo trọng lượng của một vật. Sau đó, giáo

viên yêu cầu học sinh thực hiện từng thao tác với lực kế dưới sự điều khiển,

hướng dẫn của mình như: cầm đầu trên của lực kế, giữ cho lực kế ở vị trí thẳng

đứng, kim của lực kế không chạm vào giá đỡ hay bảng chia độ; điều chỉnh cho

kim lực kế chỉ số 0; treo vật vào đầu dưới lò xo của lực kế; chờ cho kim lực kế

đứng yên; đọc số chỉ của kim trên bảng chia độ.

Rèn luyện kĩ năng theo những sơ đồ định hướng sẽ giúp cho học sinh có

thể thực hiện tốt những hành động phức tạp, trong đó việc thực hiện các thao tác

theo một angôrit chặt chẽ không phải là con đường tối ưu, nhiều khi cần có sự

chủ động thay đổi hoặc kết hợp chúng để đem lại hiệu quả nhanh hơn, chính xác

hơn. Sơ đồ định hướng đó có thể áp dụng cho nhiều mục đích tương tự. Thí dụ

như: để rèn luyện các kĩ năng của quá trình thí nghiệm kiểm tra một giả thuyết,

có thể thực hiện theo sơ đồ định hướng sau:

1. Chọn một hệ quả suy ra từ giả thuyết, hệ quả đó biểu hiện ra ở những

hiện tượng, những đại lượng vật lí có thể quan sát hay đo lường được.

2. Chọn những dụng cụ, thiết bị có khả năng quan sát được những hiện

tượng hay đo lường được những đại lượng dự đoán trong điều kiện cụ thể của hệ

quả.

3. Lập kế hoạch thí nghiệm bao gồm:

- Lập sơ đồ bố trí các dụng cụ, thiết bị mà ta cho là hợp lí nhất để cho hiện

tượng xảy ra, các đại lượng phải đo bộc lộ ra.

- Xác định trình tự các thao tác chân tay tác động lên dụng cụ thí nghiệm.

4. Tiến hành thí nghiệm theo trình tự đã định. Thu thập tài liệu, số liệu

quan sát được, ghi vào bảng.

5. Xử lí kết quả thí nghiệm: từ bảng số liệu, rút ra những mối quan hệ, phụ

thuộc hàm số, lập công thức của sự phụ thuộc cần kiểm tra; so sánh kết quả thu

được trong thí nghiệm với kết quả mong đợi (dự đoán).

6. Kết luận về tính chân thực của giả thuyết.

Thí dụ: áp dụng sơ đồ định hướng trên vào quá trình thí nghiệm kiểm tra

giả thuyết về sự bảo toàn động lượng của hai vật tương tác như sau:

1. Hệ quả suy ra từ giả thuyết: chọn hai vật tương tác có khối lượng gấp

đôi nhau: m2 = 2.m1; lúc đầu, vật m1 chuyển động với vận tốc v1, còn vật m2 đứng

yên (v2= 0). Nên khi va chạm, hai vật dính liền vào nhau cùng chuyển động với

vận tốc v’ và ma sát không đáng kể thì từ giả thuyết, suy ra hệ quả là:

m1v1+m2v2=(m1+m2)v'

Vì v2=0 nên: 321

111

11

21

1' vv

mmm

vmm

mv =

+=

+= .

Trong thí nghiệm, không đo được trực tiếp các giá trị của các vận tốc v1 và

v’; cho nên, ta cần tiếp tục suy luận để đi đến những đại lượng có thể quan sát, đo

lường trực tiếp được là đường đi và thời gian.Ta có:

1

11 t

sv = ,

'

''

tsv = nên

'

'

1

1 3ts

ts

= .

Nếu lấy thời gian chuyển động bằng nhau (t1=t’) thì quãng đường xe có

khối lượng m1 đi được trước khi tương tác gấp ba lần quãng đường mà hai xe

dính vào nhau đi được sau tương tác (s1=3s’ ).

2. Có thể thực hiện thí nghiệm trên với nhiều thiết bị khác nhau, ví dụ như

với bộ ghi quỹ đạo bằng cần rung điện. Ở bộ thiết bị này, vật chuyển động là hai

xe lăn có bánh xe gắn trên trục hai đầu nhọn tựa lên hai chỗ lõm hình nón ở

khung xe. Mặt phẳng trên đó xe chuyển động bằng kim loại nhẵn, đặt hơi

nghiêng để cân bằng ma sát. Thời gian được ghi nhờ một đồng hồ rung có tần số

50Hz.

3. Lập sơ đồ bố trí thí nghiệm như Hình 3. Xe lăn chuyển động kéo theo

một băng giấy mềm luồn qua phía dưới của đầu bút dạ gắn ở đầu cần rung của

đồng hồ rung. Khi xe chuyển động, cần rung dao động, bút dạ sẽ đánh dấu trên

băng giấy những chấm đánh dấu vị trí của xe sau những khoảng thời gian bằng

nhau t một cách tự động.

Trình tự thao tác chân tay khi tiến hành thí nghiệm như sau:

- Bố trí thí nghiệm như hình vẽ.

- Đặt xe lăn m1 ở đầu trên máng nghiêng, điều chỉnh độ nghiêng đủ để cân

bằng ma sát.

- Đặt xe lăn m2 cách xe m1 một quãng chừng 15cm từ phía dưới máng

nghiêng.

- Luồn băng giấy qua đồng hồ rung và kéo cho thẳng.

- Tẩm mực vào đầu bút dạ của đồng hồ rung.

- Đóng mạch điện cho đồng hồ rung hoạt động.

- Dùng tay khẽ đẩy cho xe m1 chuyển động về phía xe m2.

4. Tiến hành thí nghiệm theo trình tự đã định. Lấy băng giấy ra và đo các

quãng đường s1 và s’ ghi được trên băng giấy.

5. Xử lí kết quả thí nghiệm. Từ kết quả đo được, rút ra: s1=3s’, với sai số có

thể chấp nhận được. Kết quả trong thí nghiệm phù hợp với kết quả mong đợi.

Hình 3. Thí nghiệm kiểm tra giả thuyết về sự bảo toàn động lượng của hai

vật tương tác

6. Kết luận: Giả thuyết về sự bảo toàn động lượng của hệ hai vật cô lập

tương tác được coi là chân thực và trở thành định luật có tính khái quát.

d) Cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức được sử dụng

rộng rãi trong hoạt động nhận thức vật lí: phương pháp thực nghiệm, phương

pháp mô hình.

Học sinh cần nắm được nội dung các giai đoạn chính của những phương

pháp nhận thức này xem như một định hướng khái quát trên con đường đi tìm

chân lí, làm cho kiến thức vật lí thu được phản ánh đúng thực tế khách quan.

1. Phương pháp nhận thức thực nghiệm gồm các giai đoạn chính sau:

- Nhận biết các sự kiện khởi đầu, phát hiện vấn đề (nêu câu hỏi).

- Xây dựng giả thuyết (câu hỏi trả lời dự đoán).

- Từ giả thuyết, suy ra một hệ quả có thể kiểm tra được trong thực tế.

- Bố trí thí nghiệm kiểm tra.

- Kết luận.

Phương pháp thực nghiệm được dùng rộng rãi ở trường phổ thông nên vật

lí học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm.

2. Phương pháp mô hình gồm các giai đoạn chính sau:

- Phát hiện những đặc tính bản chất của vật gốc.

- Lựa chọn hệ thống những vật thể, kí hiệu mà ta đã biết rõ qui luật hành

động của chúng để biểu thị những đặc tính của vật gốc (xây dựng mô hình). Đặc

biệt quan trọng là những mô hình lí tưởng.

- Cho mô hình hoạt động, suy ra một hệ quả có thể kiểm tra được trong

thực tế.

- Bố trí thí nghiệm kiểm tra hệ quả dự đoán.

- Kết luận: Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với dự đoán thì mô hình phản

ánh đúng thực tế và được chấp nhận, nếu không phù hợp thì phải sửa đổi mô hình

hoặc xây dựng mô hình mới.

Mỗi một mô hình chỉ phản ánh được một số đặc tính của vật gốc. Vì thế,

nhiều mô hình được mở rộng, hoàn chỉnh dần theo mức độ nhận thức ngày càng

sâu sắc của con người.

e) Hướng dẫn, tạo điều kiện để học sinh phát biểu, trao đổi, tranh luận về

các kết quả hành động của mình, động viên khuyến khích kịp thời

Đây không phải chỉ đơn thuần là việc rèn luyện ngôn ngữ, trình bày bằng

lời lẽ sáng sủa, chính xác những ý nghĩ, tư tưởng của mình mà còn là cách hợp

thức hoá các kết quả nghiên cứu, làm cho những người trong cộng đồng thừa

nhận sự đúng đắn của các kết quả nghiên cứu của cá nhân. Có như thế, kiến thức

xây dựng được mới trở thành kiến thức khoa học khách quan. Mặt khác, việc trao

đổi tranh luận này cũng giúp cho việc đánh giá các kết qủa hành động được

khách quan, tránh được những sai lầm chủ quan nhiều khi không tự nhận thấy

được.

g) Lựa chọn và cung cấp cho học sinh những phương tiện, công cụ cần

thiết để thực hiện các hành động

Trong đa số trường hợp, giáo viên là người lựa chọn lôgic nội dung bài

học, biết trước những phương tiện, công cụ cần dùng. Thiếu những phương tiện,

dụng cụ đó thì bài học không thể tiến hành được. Về phương tiện vật chất thì cần

những dụng cụ thiết bị thí nghiệm, những dụng cụ đo lường, những mô hình vật

chất, những hình vẽ biểu đồ. Các phương tiện tinh thần là những khái niệm khoa

học đã biết, những phương pháp suy luận; chúng cần được củng cố để học sinh

có thể sử dụng đúng với ý nghĩa của chúng.

Chương 2

CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH NHỮNG KIẾN THỨC VẬT LÍ CƠ

BẢN

2.1. CÁC YÊU CẦU CỦA VIỆC HÌNH THÀNH NHỮNG KIẾN THỨC

VẬT LÍ CƠ BẢN

Những kiến thức vật lí cơ bản tạo thành nội dung chính của môn vật lí.

Thông qua việc hình thành những kiến thức cơ bản đó mà thực hiện các nhiệm vụ

khác của dạy học vật lí, trước hết là phát triển năng lực nhận thức, năng lực sáng

tạo, hình thành thế giới quan khoa học.

Bởi vậy, việc hình thành những kiến thức vật lí cơ bản phải thỏa mãn

những yêu cầu sau:

1. Đảm bảo tính khoa học, hiện đại của kiến thức. Những kiến thức vật lí

đưa vào chương trình phải là những kiến thức đã được khoa học hiện đại khẳng

định. Tuy nhiên, dạng hiện đại của chúng có thể không còn là dạng đầu tiên khi

chúng mới được xây dựng, bởi vì theo khoa học hiện đại đã có những phương

tiện mới để biểu đạt chúng hoặc đã tìm ra một con đường khác để hình thành

chúng chặt chẽ hơn, ngắn gọn hơn. Thí dụ như: cơ học cổ điển lần đầu tiên được

Niutơn trình bày dưới dạng hình học, nhưng ngày nay được trình bày dưới dạng

giải tích gọn gàng, chính xác và dễ hiểu hơn. Mặt khác, ngày nay khoa học có

những phương tiện kỹ thuật thuận lợi hơn để khảo sát định lượng các quá trình cơ

học, chẳng hạn như đệm không khí, đồng hồ điện tử chính xác đến 0,01s.

2. Đảm bảo cho học sinh có thể tham gia vào quá trình tái tạo ra những

kiến thức trên. Như ta đã biết, cách tốt nhất để nắm vững kiến thức là phải tự

mình làm ra nó. Mặt khác, chính thông qua hoạt động tự lực để tái tạo ra các kiến

thức vật lí mà hình thành và phát triển được năng lực trí tuệ của bản thân. Muốn

thực hiện được yêu cầu này, giáo viên phải phân chia tài liệu học ra thành những

phần nhỏ tương ứng với những hành động không quá khó khăn phức tạp, nếu học

sinh cố gắng một chút thì có thể thực hiện được.

3. Đảm bảo những phương tiện vật chất và tinh thần cần thiết để học sinh

có thể thực hiện được các hành động học tập. Thí dụ như: học sinh phải có những

kiến thức ban đầu có liên quan đến vấn đề cần giải quyết, có dụng cụ máy móc để

quan sát, làm thí nghiệm, đo lường nhằm thu thập thông tin về giới tự nhiên.

4. Đảm bảo sự phát triển liên tiếp những mâu thuẫn nội tại của môn học

vật lí mà việc giải quyết chúng sẽ dẫn đến kết quả là hình thành được kiến thức,

kĩ năng, năng lực mới. Yêu cầu này không chấp nhận lối “truyền thụ một chiều”

rất phổ biến trong dạy học hiện nay, đòi hỏi giáo viên phải tạo ra được mâu

thuẫn, làm cho học sinh ý thức được mâu thuẫn mà tích cực, tự lực tham gia giải

quyết.

Những yêu cầu trên mới chỉ chú trọng đến mặt hoạt động nhận thức thuần

túy, chứ chưa chú ý đến những tác động sư phạm khác nhằm điều hành quá trình

dạy học từ đầu đến cuối, thí dụ như: gợi động cơ, hứng thú, củng cố, ôn tập, điều

chỉnh, kiểm tra, đánh giá.

Những kiến thức vật lí cơ bản cần hình thành trong chương trình vật lí ở

trường phổ thông gồm các loại sau:

- Những khái niệm vật lí, đặc biệt là những khái niệm về đại lượng vật lí.

- Những định luật vật lí.

- Những thuyết vật lí.

- Những ứng dụng của vật lí trong kĩ thuật.

- Những phương pháp nhận thức vật lí.

Chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu lôgic hình thành (con đường tối ưu) từng

loại kiến thức đó.

2.2. XÂY DỰNG LÔGIC HÌNH THÀNH NHỮNG KHÁI NIỆM VẬT LÍ

CƠ BẢN

2.2.1. Đặc điểm của các khái niệm vật lí

1. Khái niệm vật lí là hình thức cơ bản của nhận thức lí tính, được hình

thành do kết quả của hoạt động tư duy, đặc biệt là hai quá trình gắn bó với nhau

mật thiết là khái quát hoá và trừu tượng hoá. Khái quát hoá là thao tác trí tuệ vạch

ra cái chung trong hàng loạt những sự vật hoặc hiện tượng cụ thể mà thoạt mới

quan sát, ta thấy khác nhau. Trừu tượng hoá là thoát li khỏi những dấu hiệu cụ

thể làm phân biệt những hiện tượng và sự vật đó với nhau. Thí dụ: các vật khác

nhau khi tương tác với nhau bằng những cách khác nhau đều có một tính chất

chung là làm cho vận tốc của chúng thay đổi (tức là gây ra gia tốc). Sự thay đổi

vận tốc ấy có thể nhận thấy trên mỗi vật tham gia tương tác. Tính chất chung của

tương tác được biểu thị bằng khái niệm “lực”. Lực là một khái niệm trừu tượng,

chỉ tồn tại trong óc ta, là một sản phẩm của tư duy, chứ không trực tiếp gắn với

một vật cụ thể nào, không thể trực tiếp quan sát nhận biết trực tiếp được bằng các

giác quan. Khoa học vật lí được xây dựng dựa trên một hệ thống khái niệm có

tính chất trừu tượng như thế. Bởi vậy, phải cho học sinh suy nghĩ dựa trên khái

niệm chứ không thể dựa trên biểu tượng cảm tính gắn liền với sự vật, hiện tượng

cụ thể.

2. Một khái niệm mới thường được hình thành trong quá trình tìm hiểu một

khía cạnh mới của hiện tượng, sự vật mà ta không hiểu được, không mô tả, không

lí giải được bằng những khái niệm cũ. Nói cách khác, khái niệm mới xuất hiện do

nhu cầu giải quyết một mâu thuẫn giữa sự hiểu biết đã có và sự chưa hiểu biết và

cũng là kết quả của sự giải quyết mâu thuẫn đó. Thí dụ: để mô tả tính chất nhanh

hay chậm của các chuyển động thẳng đều thì ta dùng khái niệm vận tốc là đủ.

Nhưng khi nghiên cứu chuyển động của các viên bi trên các mặt phẳng nghiêng

khác nhau, ta thấy một hiện tượng mới là vận tốc của chúng thay đổi, tăng dần.

Dùng đại lượng vật lí nào trong các khái niệm đã biết (đường đi, thời gian hay

vận tốc) để biểu thị tính chất mới đó. Mâu thuẫn xuất hiện. Chỉ có thể giải quyết

mâu thuẫn đó bằng cách xây dựng một khái niệm mới: khái niệm gia tốc.

3. Các khái niệm phản ánh các tính chất của các sự vật cũng như mối quan

hệ giữa các tính chất đó. Nhưng sự phản ánh đó đúng đến đâu, đầy đủ đến mức

nào còn tuỳ thuộc vào trình độ nhận thức thế giới khách quan của con người. Bởi

vậy, các khái niệm vật lí không phải là vĩnh viễn bất biến; trái lại, nội dung của

nó có thể thay đổi, trở thành phong phú hơn, phức tạp hơn, đầy đủ hơn, chính xác

hơn do trình độ nhận thức của con người ngày một tiến lên. Thí dụ như: khái

niệm vận tốc đầu tiên được đưa ra để biểu thị tính chất nhanh hay chậm của

chuyển động thẳng đều và được đo bằng thương số ts . Tiếp theo, khái niệm vận

tốc được bổ sung thêm để biểu thị cả hướng của chuyển động, trở thành véc tơ

vận tốc. Khi khảo sát chuyển động biến đổi nhanh dần, chậm dần, chuyển động

cong thì vận tốc thay đổi, tại mỗi điểm trên quĩ đạo có giá trị hoặc hướng khác

nhau. Khái niệm vận tốc được định nghĩa như trên không phản ánh được tính

chất mới này, phải hoàn chỉnh thêm trở thành vận tốc tức thời có công thức định

nghĩa là dtsdv =

r . Điều đó dẫn tới một lưu ý rằng: trong dạy học, nhiều khi không

thể một bài có thể hình thành đầy đủ một khái niệm mà phải qua nhiều bài, nhiều

giai đoạn, tuỳ theo trình độ nhận thức của học sinh.

4. Mỗi khái niệm được biểu hiện ra bằng một từ. Một từ là một kí hiệu,

một cái tên ta gắn cho khái niệm. Cùng một khái niệm nhưng trong ngôn ngữ của

mỗi dân tộc, lại được diễn đạt bằng một từ khác nhau, phát ra bằng một tập hợp

âm khác nhau. Bởi vậy, nhiều khi biết được tên của khái niệm hoàn toàn chưa

phải là nắm được khái niệm mà cần phải biết nội dung gì chứa đựng trong từ đó,

dưới cái tên đó, nghĩa là phải hiểu được nội hàm của khái niệm được biểu thị

dưới cái tên đó.

5. Trong khái niệm vật lí, có một loại khái niệm có tầm quan trọng đặc

biệt. Đó là khái niệm về đại lượng vật lí như các khái niệm vận tốc, gia tốc, lực,

nhiệt lượng, cường độ dòng điện, hiệu điện thế… Mỗi một đại lượng vật lí đều có

hai đặc điểm: đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng. Đặc điểm định tính là

biểu thị một tính chất nào đó của sự vật, hiện tượng (thí dụ như: vận tốc biểu thị

tính chất nhanh hay chậm của chuyển động). Đặc điểm định lượng cho ta biết

cách đo lường độ lớn hay nhỏ, mạnh hay yếu của tính chất đó (thí dụ như: vận

tốc được đo bằng thương số ts ). Những khái niệm về đại lượng vật lí được đặc

trưng bởi sự thống nhất giữa đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng, trong đó

nhiều khi đặc điểm định lượng nổi lên hàng đầu do yêu cầu phải đo lường chính

xác.

Sau đây, ta chỉ đề cập đến việc hình thành khái niệm về các đại lượng vật

lí. Việc hình thành các khái niệm vật lí khác chỉ có mặt định tính, thí dụ như: khái

niệm chân không, sự rơi, sự nhiễm điện, tia sáng, thấu kính…) thì đơn giản hơn

và cũng gồm một số giai đoạn giống như các giai đoạn hình thành một đại lượng

vật lí.

2.2.2. Các giai đoạn điển hình của quá trình hình thành những khái

niệm về đại lượng vật lí

Không thể đưa ra một sơ đồ chung, duy nhất cho việc hình thành tất cả các

khái niệm về đại lượng vật lí, bởi vì tính chất muôn hình muôn vẻ của các sự kiện

và hiện tượng vật lí. Ngay trong lịch sử vật lí học, ta thấy con đường phát hiện ra

những đặc tính của sự vật, hiện tượng vật lí và xây dựng những khái niệm tương

ứng cũng rất đa dạng, phức tạp, nhiều khi rất quanh co trong một thời gian dài.

Mặt khác, đặc điểm của các lớp học sinh cũng rất đa dạng, làm cho quá trình hình

thành các khái niệm vật lí cũng rất khác nhau. Dưới đây, ta chỉ vạch ra những

giai đoạn điển hình của quá trình đó và nội dung chính của mỗi giai đoạn. Khi

vận dụng vào xây dựng từng khái niệm cụ thể, có thể thay đổi ngay cả trình tự

các giai đoạn cũng như những hành động cụ thể trong mỗi giai đoạn cho thích

hợp. Những giai đoạn điển hình đó là: phát hiện đặc điểm định tính, chỉ rõ đặc

điểm định lượng, định nghĩa khái niệm, đơn vị đo và vận dụng vào thực tiễn.

1. Giai đoạn 1: Phát hiện đặc điểm định tính của khái niệm

Như trên đã nói, trong dạy học vật lí, một khái niệm mới được xây dựng để

giải quyết một mâu thuẫn giữa sự hiểu biết đã có và sự chưa hiểu biết, có nghĩa

là: những khái niệm đã có chưa đủ để mô tả, lí giải được những sự vật, hiện

tượng mới xuất hiện. Bởi vậy, trước hết, giáo viên cần tạo điều kiện để học sinh ý

thức được mâu thuẫn đó, phát hiện được những mặt mới của sự vật hiện tượng

mà nếu dùng những khái niệm đã biết thì không thể hiểu được. Muốn thế, giáo

viên tạo ra một tình huống, trong đó xuất hiện tính chất mới của sự vật, hiện

tượng. Thí dụ như: giáo viên có thể giới thiệu (hoặc yêu cầu học sinh nhớ lại) sự

kiện gần gũi với đời sống hàng ngày của học sinh, sử dụng một thí nghiệm đơn

giản để làm xuất hiện một hiện tượng mới, làm một bài tập vận dụng khái niệm

cũ để giải quyết một vấn đề mới. Nhưng những cố gắng nỗ lực của học sinh trong

việc sử dụng vốn kiến thức cũ, khái niệm cũ đều không giải quyết được nhiệm vụ

đề ra, bắt buộc phải đưa ra một khái niệm mới. Lúc đó, học sinh hiểu rõ việc đưa

ra khái niệm mới để làm gì? để đặc trưng cho tính chất mới nào của sự vật, hiện

tượng? Trả lời được câu hỏi đó chính là đã phát hiện được đặc điểm định tính của

khái niệm.

2. Giai đoạn 2: Chỉ ra đặc điểm định lượng của khái niệm

Nói cách khác là chỉ rõ mối liên hệ định lượng giữa khái niệm mới với

khái niệm cũ, cách xác định độ lớn của khái niệm mới. Đặc điểm định lượng phải

thống nhất với đặc điểm định tính, phản ánh được đặc điểm định tính. Thông

thường, đặc điểm định lượng của đại lượng vật lí mới được biểu diễn bằng một

công thức toán học liên hệ giữa đại lượng mới với đại lượng cũ đã biết. Thông

thường, có hai cách để tìm ra đặc điểm định lượng của khái niệm mới:

- Cách 1. Nếu đã biết trước đặc điểm định tính của khái niệm, ta có thể

xuất phát từ đặc điểm định tính đó, dựa trên sự phân tích mối quan hệ giữa khái

niệm mới với các khái niệm cũ, tìm ra một biểu thức định lượng giữa các khái

niệm cũ, biểu thức này có giá trị càng lớn khi đặc tính mới của sự vật và hiện

tượng có biểu hiện càng mạnh và ngược lại. Thí dụ như: ta tìm thấy biểu thức ts

có giá trị càng lớn khi chuyển động càng nhanh và ngược lại. Vậy: biểu thức ts

này biểu thị tính chất nhanh hay chậm của chuyển động.

- Cách 2. Nếu chưa biết trước đặc điểm định tính của khái niệm thì ta

không thể dựa vào đặc điểm định tính để tìm đặc điểm định lượng mà phải làm

một cách độc lập. Ta sử dụng những đại lượng và định luật đã biết để khảo sát

một hiện tượng mới và tìm được một biểu thức luôn luôn có một giá trị không đổi

khi các đại lượng có mặt trong biểu thức đó thay đổi, giá trị của biểu thức này chỉ

phụ thuộc vào bản thân của sự vật, hiện tượng, mà không phụ thuộc vào các điều

kiện bên ngoài. Biểu thức này được coi là đặc trưng cho một tính chất nào đó của

chính bản thân sự vật, hiện tượng mà ta chưa biết, có thể dùng để đặc trưng cho

một tính chất nào đó của sự vật, hiện tượng. Phân tích ý nghĩa thực tiễn của biểu

thức đó, ta sẽ biết được biểu thức đó đặc trưng cho tính chất nào của sự vật, hiện

tượng, nghĩa là tìm được đặc điểm định tính của khái niệm. Cũng có khi ta gọi đó

là ý nghĩa vật lí của biểu thức tìm được. Có nhiều trường hợp, sau khi xác định

được đặc điểm định lượng, người ta mất rất nhiều thời gian mới tìm được đặc

điểm định tính hay ý nghĩa vật lí của biểu thức định lượng.

Thí dụ như: khi khảo sát sự va chạm giữa hai vật có khối lượng m1 và m2,

người ta nhận thấy rằng: tổng các tích mv của chúng (m1v1+m2v2) luôn luôn là

một hằng số, không phụ thuộc vào cách thức va chạm:

m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2

’ .

Vậy: tích mv của các vật có một ý nghĩa, vai trò quan trọng trong tương tác

giữa hai vật, nó chắc chắn đặc trưng cho một đặc tính nào đó của hai vật tương

tác. Ta tạm đặt cho nó một cái tên là động lượng của vật. Một sự phân tích tỉ mỉ

về sau mới thấy được động lượng đặc trưng cho chuyển động của vật xét về mặt

động lực học, hoặc động lượng là số đo chuyển động cơ học của vật.

- Cách 3. Đặc điểm định lượng của khái niệm về đại lượng vật lí biểu thị

một mối quan hệ khách quan giữa khái niệm mới với các khái niệm cũ; cho nên,

nhiều khi nó cũng xuất hiện đồng thời với định luật vật lí biểu thị mối quan hệ

đó. Thí dụ như: khi nghiên cứu mối quan hệ giữa hiệu điện thế đặt vào hai đầu

một dây dẫn và cường độ dòng điện đi qua dây dẫn, ta xác lập được bằng thực

nghiệm rằng: tỉ số IU luôn là một hằng số đối với mỗi dây dẫn. Gọi hằng số đó là

R, ta có: R=IU . Công thức này biểu thị định luật Ôm cho một đoạn mạch, đồng

thời cũng lại là công thức định nghĩa của khái niệm điện trở. Sau khi xác lập

được công thức đó, tìm hiểu ý nghĩa vật lí của nó, ta mới thấy: đại lượng R biểu

thị một tính chất của dây dẫn là cản trở dòng điện nhiều hay ít và gọi là điện trở.

Đại lượng mv trong cách 2 ở trên cũng nằm trong công thức của định luật

bảo toàn động lượng. Công thức của định luật thứ hai Niutơn F=ma cũng chính là

công thức của khái niệm lực.

3. Giai đoạn 3: Định nghĩa đại lượng vật lí

Theo lôgic học, khi định nghĩa một khái niệm, ta phải thực hiện hai nhiệm

vụ:

- Phân biệt sự vật cần định nghĩa với tất cả những sự vật khác tiếp cận với

nó.

- Vạch ra những dấu hiệu bản chất của sự vật cần định nghĩa (nội hàm của

khái niệm).

Để thực hiện được hai nhiệm vụ ấy, trong lôgic học, thường dùng phổ biến

là định nghĩa thông qua giống và khác biệt về loài. Công thức chung của loại

định nghĩa này là:

Thí dụ 1: động năng là năng lượng do chuyển động mà có. Như vậy, muốn

định nghĩa động năng, ta phải đưa ra một khái niệm đã biết có ngoại diên bao

trùm lên ngoại diên của khái niệm cần định nghĩa, là khái niệm năng lượng

Khái niệm muốn định nghĩa

= Khái niệm giống

Thuộc tính bản chất của loài.

+

(giống), sau đó nêu thêm những thuộc tính bản chất của động năng (loài) là do

chuyển động mà có để phân biệt với các dạng năng lượng khác như thế năng.

Thí dụ 2: lực đàn hồi là lực xuất hiện khi vật bị biến dạng, chống lại sự

biến dạng, có độ lớn tỉ lệ với độ biến dạng: F=-kΔ l.

Các định nghĩa này thoả mãn cả hai nhiệm vụ của việc định nghĩa đã nêu ở

trên. Tuy nhiên, trong vật lí học, nhiều khi mỗi đại lượng vật lí thuộc một loại

đặc biệt, không thể phân chia được theo giống và loài, mặc dù chúng có quan hệ

với nhau chặt chẽ. Thí dụ như: vận tốc v có quan hệ với quãng đường đi s và thời

gian đi t theo công thức tsv = , nhưng không thể nói vận tốc là cùng một giống

với quãng đường đi, chúng có bản chất khác nhau, biểu thị hai tính chất hoàn

toàn khác nhau của sự chuyển động: vận tốc biểu thị tính chất nhanh hay chậm

của chuyển động, còn đường đi biểu thị khoảng cách giữa vị trí ban đầu và vị trí

cuối của vật chuyển động. Bởi vậy, cách định nghĩa “vận tốc là quãng đường đi

được trong một đơn vị thời gian” sẽ dẫn tới sự hiểu lầm rằng: vận tốc và quãng

đường đi có cùng bản chất.

Với quan niệm như trên, đối với đa số hiện tượng vật lí, ta nên dùng hình

thức định nghĩa thứ hai: định nghĩa bằng cách nêu toàn bộ nội hàm của khái

niệm, nghĩa là nêu cả đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng của khái niệm.

Thí dụ như: “Vận tốc là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất nhanh hay chậm

của chuyển động và đo bằng thương số giữa quãng đường đi được và khoảng thời

gian để đi hết quãng đường đó”, “Lực là đại lượng vật lí đặc trưng cho tác dụng

của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc và đo bằng tích của khối

lượng của vật với gia tốc mà vật thu được”.

Đối với các đại lượng vật lí, đặc điểm định lượng phản ánh đặc điểm định

tính, thống nhất với đặc điểm định tính, nhưng đặc điểm định lượng có vai trò nổi

bật hơn do yêu cầu phải đo lường chính xác, cách diễn đạt bằng lời cũng gọn

gàng rõ ràng hơn. Do đó, nhiều khi trong định nghĩa, người ta chỉ nêu đặc điểm

định lượng của đại lượng vật lí, còn đặc điểm định tính coi như giải thích ý nghĩa

vật lí của khái niệm, có thể diễn đạt bằng mệnh đề nằm ngoài định nghĩa. Ở

trường phổ thông, ta nên chỉ dùng hình thức gọn gàng trong trường hợp việc diễn

đạt đặc điểm định tính khá phức tạp. Thí dụ như: khi mới bắt đầu nghiên cứu khái

niệm công cơ học, ta chỉ có thể định nghĩa: “Công là đại lượng đo bằng tích số

của lực F nhân với quãng đường đi s do tác dụng của lực và cosin của góc α giữa

hướng của lực và hướng của đường chuyển dời: A=F.s.cosinα ”. Còn đặc điểm

định tính của công thì mãi về sau mới xác định được: “Công là đại lượng biểu thị

phần năng lượng truyền từ vật này sang vật khác hay biến đổi từ dạng này sang

dạng khác”.

Chính vì tính chất phức tạp của việc đưa ra một định nghĩa đầy đủ và chính

xác như đã nói ở trên nên ở trường trung học, nhất là ở trung học cơ sở, nhiều khi

không cần đưa ra rõ ràng, đầy đủ của một đại lượng vật lí mà chỉ đưa ra một vài

dấu hiệu đơn giản để học sinh có thể bước đầu nhận biết được khái niệm. Thí dụ

như: ở trường trung học cơ sở, không đưa ra công thức F=m.a vào định nghĩa của

lực mà chỉ đưa ra đặc điểm định tính, có khi không đưa ra một định nghĩa chính

thức.

4. Giai đoạn 4: Xác định đơn vị đo

Đo một đại lượng vật lí cần phải thoả mãn hai yêu cầu:

- So sánh hai đại lượng cùng loại bằng nhau. Điều đó có nghĩa là: phải

chọn được một “vật mẫu” để so sánh với vật khác có đặc điểm định lượng bằng

đặc điểm định lượng của vật mẫu.

- Xác định được một đại lượng cùng loại có đại lượng gấp đôi vật mẫu.

Những yêu cầu này đặc biệt khó khăn khi “vật mẫu” lại là khái niệm trừu

tượng.

Trong vật lí học, có hai loại đơn vị: đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất. Đơn

vị cơ bản thì có thể tuỳ ý chọn, không phụ thuộc vào đơn vị đo các đại lượng

khác (thí dụ: đơn vị đo độ dài, thời gian, khối lượng trong cơ học). Còn các đơn

vị dẫn xuất đều được xác định dựa trên công thức định nghĩa của đại lượng vật lí

muốn đo. Đơn vị để đo một đại lượng là một trường hợp riêng, cụ thể của chính

đại lượng đó. Thí dụ: đơn vị đo chiều dài chỉ có thể là chiều dài của vật làm mẫu

(cái thước mét mẫu), đơn vị đo công suất chỉ có thể là công suất của một máy

làm mẫu. Trong khi định nghĩa đơn vị, ta phải xác định rõ vật làm mẫu đó. Trong

trường hợp vật làm mẫu ở trạng thái động thì định nghĩa khá phức tạp. Thí dụ

như: “đơn vị gia tốc là gia tốc của một vật chuyển động, trong đó vận tốc của một

vật biến thiên được một lượng bằng một đơn vị vận tốc trong một đơn vị thời

gian”. Không nên cho rằng: việc định nghĩa đơn vị đo đại lượng như thế là “dài

dòng”, "lủng củng”, rồi đi đến chỗ thực dụng chủ nghĩa, cho học sinh biết ngay

tên cụ thể của các đơn vị vật lí. Chính thông qua định nghĩa đơn vị như trên, giáo

viện vạch rõ được cho học sinh cách đo một đại lượng vật lí là so sánh nó với đại

lượng cùng loại đã được chọn làm mẫu. Mặt khác, do việc định nghĩa đơn vị

được tiến hành trên cơ sở công thức định nghĩa đại lượng đó nên có tác dụng

củng cố khái niệm về đại lượng này. Ngoài ra, định nghĩa đơn vị đo như thế

khiến học sinh hiểu được ý nghĩa của tên đơn vị đo. Tên đầy đủ của đơn vị đo

cho học sinh thấy được đơn vị đó phụ thuộc vào các đơn vị khác như thế nào. Do

đó, về sau, học sinh có thể biết cách suy ra được các đơn vị đo trong hệ thống

đơn vị khác và biết cách đổi đơn vị.

Cần lưu ý rằng: các công thức vật lí, phương trình vật lí khác với các công

thức, phương trình toán học ở chỗ đòi hỏi sự bằng nhau về giá trị của độ lớn và

về đơn vị. Đó cũng là một cơ sở để học sinh có thể tự kiểm tra sự đúng đắn của

một công thức hay một phương trình mà họ thiết lập được. Thí dụ như: học sinh

lập được công thức thế năng Wt của một vật có khối lượng riêng D, thể tích V

được nâng lên một độ cao h là:

Wt=DVgh.

Để kiểm tra sơ bộ xem công thức này có đúng không, trước hết, ta kiểm tra

xem đơn vị ở hai vế có giống nhau không. Ta đã biết đơn vị đo từng đại lượng:

Wt( 2

2.smkg ), D(

3mkg ), g(

2sm ), h(m). Thay vào công thức trên, ta có:

Wt( 2

2.smkg )=

3mkg .m3.

2sm .m= 2

2.smkg .

Như vậy, công thức ấy có khả năng đúng về mặt đơn vị, về bản chất, chỉ

cần kiểm tra thêm các hệ số không có đơn vị nữa là được.

5. Giai đoạn 5: Vận dụng khái niệm vào thực tiễn

Sau khi định nghĩa khái niệm, ta đã thu được một sản phẩm trừu tượng và

khái quát, tách rời khỏi những sự vật hiện tượng cụ thể. Nhưng muốn sử dụng

được khái niệm đó, ta lại cần biết những biểu hiện của nó trong thực tiễn, trên

những sự vật hiện tượng cụ thể, phải vận dụng khái niệm mới để giải thích những

sự vật hiện tượng cụ thể, dự đoán những dấu hiệu, những hiện tượng có thể cảm

nhận được trong thực tiễn bằng giác quan, có thể đo lường cụ thể. Nhờ thế mà

hiểu sâu sắc hơn ý nghĩa vật lí của khái niệm mới. Thí dụ như: sau khi đã biết

định nghĩa chung của lực, ta yêu cầu học sinh phải dựa vào định nghĩa đó để giải

thích xem vì sao ta lại cho rằng một vật đặt ở gần mặt đất lại chịu tác dụng của

một lực kéo về phía Trái đất, mặc dù ta không trông thấy lực đó? Hoặc là cần

phải tác dụng lên vật có khối lượng 2kg một lực là bao nhiêu để vật đó có thể

chuyển động trên một mặt phẳng nằm ngang, ma sát không đáng kể và sau thời

gian 10s ( kể từ lúc tác dụng lực lên vật đang đứng yên), vật đi được quãng

đường là 10m?

Trong quá trình vận dụng khái niệm vào thực tiễn, sẽ đến lúc ta gặp những

sự kiện mới, đòi hỏi phải mở rộng bổ sung thêm cho khái niệm được hoàn chỉnh.

Tuy nhiên, việc mở rộng, bổ sung này còn phải tuỳ thuộc vào trình độ học sinh

mà xác định các mức độ thích hợp. Thí dụ như: trong bài học đầu tiên về khái

niệm gia tốc ở lớp 10, ta mới sơ bộ hình thành khái niệm gia tốc. Học sinh chỉ

hiểu gia tốc là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên nhanh hay chậm của vận tốc.

Tuy có nói đến véc tơ gia tốc nhưng điều đó không có ý nghĩa rõ rệt đối với

chuyển động thẳng. Đến khi khảo sát chuyển động tròn đều, học sinh mới hiểu là

véc tơ gia tốc còn đặc trưng cho sự biến đổi về hướng của vận tốc nữa. Đến lớp

12, khi nghiên cứu chuyển động tròn không đều hay dao động điều hòa, phải đưa

vào gia tốc tức thời để biểu thị sự biến thiên của vận tốc ở mỗi thời điểm, ứng với

mỗi thời điểm trên quĩ đạo. Muốn biểu thị tính chất mới này, cần phải sử dụng

đến công cụ toán là kiến thức về đạo hàm để định nghĩa gia tốc:

dtdv

tva

t=

ΔΔ

=→Δ 0

lim .

Công thức này mới chỉ cho ta biết độ lớn của gia tốc tức thời. Ở trường

phổ thông, không thể nâng cao hơn nữa, định nghĩa đầy đủ hơn nữa véc tơ gia tốc

bằng cách dùng đạo hàm véc tơ:

dtvdar

r= .

2.2.3. Mối quan hệ giữa khái niệm và từ

Mỗi khái niệm được biểu thị bằng một từ. Như vậy, quan hệ giữa khái

niệm và từ như là mối quan hệ nội dung được phản ánh trong trí não và hình thức

biểu đạt bằng ngôn ngữ của khái niệm như một tên gọi. Có thể nói: từ là dạng tồn

tại bằng ngôn ngữ của khái niệm. Điều đó gây ra một sự bất lợi là có thể dẫn tới

những cách hiểu khác nhau. Có hai trường hợp đặc biệt đáng quan tâm khi sử

dụng các từ để biểu đạt khái niệm vật lí:

1. Với cùng một từ nhưng có nhiều nghĩa khác nhau (từ đồng âm nhưng

khác nghĩa). Ví dụ từ “hạt” dùng chỉ những đối tượng vật lí vi mô (như nguyên

tử, phân tử, ion…) và cũng để chỉ những đối tượng vĩ mô (như hạt bụi, giọt dầu,

hạt phấn hoa…). Sự đa nghĩa này gây ra những khó khăn đáng kể cho sự hiểu

đơn trị. Điều này thường xảy ra khi ta dùng một từ đã có một nghĩa nhất định

trong đời sống hàng ngày để chỉ một khái niệm khoa học mới có nội dung là một

phần của từ trong đời sống hàng ngày hoặc có những nét gần giống. Cách dùng

từ như thế có lợi là học sinh dễ nhớ, nhưng mặt có hại lại lớn hơn: đó là dễ làm

cho học sinh hiểu sai khái niệm khoa học, lẫn lộn khái niệm khoa học với khái

niệm trong đời sống hàng ngày. Thí dụ: từ “Công” trong đời sống hàng ngày để

chỉ sức lao động cần bỏ ra để hoàn thành một công việc nào đó bằng trí óc hay

chân tay. Nhưng trong vật lý học, từ “Công” chỉ có một nghĩa rất hẹp là biểu thị

phần năng lượng được chuyển từ dạng này sang dạng khác và có giá trị bằng tích

của lực với quãng đường chuyển dời của vật theo phương của lực. Để tránh sự

hiểu lầm này, trong dạy học, người ta chỉ đưa ra một từ biểu thị khái niệm mới

sau khi đã chỉ rõ nội hàm (gồm đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng) của

khái niệm. Trong một số trường hợp, người ta dùng tiếng nước ngoài đã được sử

dụng phổ biến trong khoa học để biểu thị khái niệm mới. Việc này tỏ ra là có

hiệu quả, tránh được nhầm lẫn. Thí dụ như: dùng từ “phôton” thay cho từ “hạt

ánh sáng” trong tiếng Việt.

2. Có nhiều từ khác nhau cùng chỉ một khái niệm (đồng nghĩa, khác âm).

Thí dụ như: lực và sức, điện thế và điện áp, quán tính và tính ỳ. Trong những

trường hợp này, không phải bao giờ học sinh cũng có thể tự mình nhận biết được

rằng: hai từ cùng biểu đạt một khái niệm. Đặc biệt nên lưu ý cho học sinh trường

hợp: một trong hai từ đó là thuật ngữ khoa học, còn từ kia là lấy trong ngôn ngữ

hàng ngày. Từ lấy trong ngôn ngữ hàng ngày thường có nội dung không được

chính xác lắm, còn thuật ngữ trong khoa học có nội dung hoàn toàn rõ ràng; cho

nên, không phải hai từ đó luôn luôn đồng nghĩa. Thí dụ như: nói “lực cản” và

“sức cản” trong cơ học thì hoàn toàn đồng nghĩa, còn nếu thay “sức mạnh của

pháo binh” bằng “lực mạnh của pháo binh” thì từ “lực mạnh” ở đây vô nghĩa.

Trong nhà trường, tốt nhất là nên thống nhất sử dụng một từ để biểu đạt một khái

niệm (thí dụ: nên qui định dùng điện áp hay điện thế). Còn nếu đã có một từ đồng

nghĩa qúa phổ biến trong đời sống thì nên nói cho học sinh rõ nhưng không dùng

trong ngôn ngữ vật lí để rèn cho học sinh tính chính xác của ngôn ngữ khoa học.

2.3. CÁC CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH NHỮNG ĐỊNH LUẬT VẬT LÍ

2.3.1. Đặc điểm của định luật vật lí

1. Xây dựng được một khái niệm tức là ta đã nghiên cứu được từng mặt,

từng tính chất của sự vật, hiện tượng. Nhiệm vụ của khoa học nói chung và của

vật lí học nói riêng không phải chỉ nghiên cứu các mặt riêng biệt mà phải nghiên

cứu hiện tượng, sự vật trong sự vận động của chúng, trong sự phụ thuộc giữa

chúng, tìm ra mối liên hệ khách quan, phổ biến ràng buộc chúng với nhau, nghĩa

là tìm ra các qui luật, các định luật. Theo V.I. Lênin, “Khái niệm về qui luật là

một trong những mức độ nhận thức của con người về sự thống nhất và sự liên hệ,

sự phụ thuộc lẫn nhau và sự toàn bộ của một quá trình trong vũ trụ. Định luật là

phản ánh của vật chất tồn tại trong vận động”.

2. Định luật vật lí là mối liên hệ khách quan, phổ biến giữa các thuộc tính

của các đối tượng, các quá trình và trạng thái được mô tả thông qua các đại lượng

vật lí, tồn tại trong những điều kiện xác định và thể hiện khi những điều kiện này

xuất hiện, tương đối bền vững và có thể lặp lại.

Các định luật vật lí mô tả những sự vật, hiện tượng trong tự nhiên có thể

nhận biết được bởi con người. Chúng có thể được con người phát hiện thông qua

việc quan sát tự nhiên hoặc từ thí nghiệm, cũng có thể suy ra từ những định luật

tổng quát đã biết thông qua lập luận lôgic hay toán học.

Cần chú ý rằng: không phải mọi mối liên hệ đều là qui luật, định luật. Định

luật có tính tất yếu, phổ biến và khách quan, có nghĩa là: trong những điều kiện

nhất định thì định luật nhất thiết có tác dụng, hiện tượng nhất định sẽ xảy ra

giống nhau, bất kì ở đâu, không phụ thuộc vào ý muốn của con người.

3. Mối quan hệ giữa định luật khoa học và qui luật của thực tế khách quan

Qui luật thực tế khách quan tồn tại ngoài ý muốn của con người. Chúng có

từ trước khi loài người xuất hiện và sẽ tồn tại cùng với thế giới vật chất. Khoa

học do con người xây dựng nên để phản ánh thực tế khách quan. Những định luật

vật lí là do con người xây dựng lên để phản ánh các qui luật của thực tế khách

quan. Sự phản ánh đó không thể đầy đủ, chính xác ngay từ đầu mà hoàn thiện

dần theo trình độ nhận thức của con người. Cùng một sự kiện, hiện tượng của

thực tế khách quan nhưng các nhà khoa học có thể xây dựng những qui luật khác

nhau để phản ánh nó. Thí dụ: mặt trời, trái đất, mặt trăng, các vì sao vẫn thấy từ

hàng nghìn năm nay, nhưng Aristốt cho rằng: mặt trời, mặt trăng, các vì sao quay

quanh trái đất, còn Galilê lại cho rằng: trái đất quay quanh mặt trời. Bây giờ,

chúng ta thấy Galilê đúng, vì ông đã quan sát tỉ mỉ hơn và đã phản ánh đúng hơn

thế giới khách quan. Ngày nay, chúng ta không còn ngạc nhiên khi các nhà bác

học phát hiện ra: một số định luật của cơ học Niutơn không còn đúng với các hạt

vi mô như phân tử, nguyên tử, nuclêon, electron…; do đó, phải xây dựng cơ học

lượng tử để phản ánh đúng hơn.

4. Toán học là một công cụ rất quan trọng để biểu diễn các định luật vật lí,

vì đa số các định luật vật lí có tính chất định lượng. Nhiều nhà vật lí học nổi tiếng

tin tưởng rằng: toán học có thể biểu diễn chính xác các qui luật của tự nhiên và

thực tế cho đến nay đã chứng tỏ điều đó. Vì toán học mô tả đúng các hiện tượng

mới mà trước đây loài người chưa hề biết đến. Thí dụ: các nhà khoa học dự đoán

có những hành tinh mới của hệ Mặt trời, hoặc về sự tồn tại những hạt cơ bản

bằng lí thuyết trước khi quan sát bằng thực nghiệm.

2.3.2. Các loại định luật vật lí

Các định luật vật lí có thể chia ra thành những loại sau:

1. Định luật động lực học cho biết một đối tượng riêng lẻ trong những điều

kiện đã cho sẽ hoạt động như thế nào. Các thí dụ:

- Thí dụ 1: Định luật thứ hai của Niutơn: “Một vật có khối lượng m, chịu

tác dụng một lực F sẽ chuyển động với gia tốc a có độ lớn là a=mF ”.

- Thí dụ 2: Định luật Ôm cho một đoạn mạch: “Cường độ dòng điện đi qua

một đoạn mạch tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch và tỉ lệ

nghịch với điện trở của nó I=RU ”.

2. Định luật thống kê cho biết một số lớn các đối tượng riêng lẻ trong một

tập hợp sẽ thể hiện như thế nào trong những điều kiện xác định đã cho. Thí dụ

như: khi khảo sát khí lí tưởng, ta lập được phương trình cơ bản của thuyết động

học phân tử p= 2..31 vnm , nêu lên mối liên hệ giữa áp suất p của khí với khối lượng

phân tử m, số phân tử trong một đơn vị thể tích n và trung bình của bình phương

vận tốc chuyển động của phân tử khí 2v . Nó là một định luật thống kê, chỉ đúng

cho một tập hợp một số rất lớn phân tử khí chứa trong bình.

3. Định luật bảo toàn cho biết có một đại lượng vật lí nào đó luôn không

đổi. Thí dụ như: định luật bào toàn động lượng cho biết: “ động lượng tổng cộng

của một hệ cô lập luôn được bảo toàn”, trong khi vận tốc và khối lượng của các

phần tử trong hệ có thể biến đổi. Số lượng các định luật bảo toàn không nhiều,

nhưng chúng có ý nghĩa tổng quát cao, có thể bao trùm nhiều lĩnh vực hiện

tượng, cho nên có vai trò quan trọng trong vật lí học. Thí dụ như: định luật bảo

toàn động lượng, định luật bảo toàn năng lượng đúng cho mọi hiện tượng vật lí,

định luật bảo toàn điện tích áp dụng cho mọi hiện tượng điện do chuyển động và

tương tác giữa các điện tích gây ra.

2.3.3. Các con đường hình thành những định luật vật lí

Dựa trên đặc điểm của hoạt động nhận thức trong khi đi tìm chân lí, có thể

có ba con đường điển hình sau trong việc hình thành các định luật vật lí:

- Đạt tới định luật thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá thực

nghiệm.

- Đạt tới định luật thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá lí thuyết.

- Đạt tới định luật xuất phát từ những mệnh đề lý thuyết tổng quát đã biết.

1. Đạt tới định luật thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá thực

nghiệm.

Sự nhận thức định luật vật lí thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá

thực nghiệm tồn tại trong sự phát triển của vật lí học và trong dạy học ở một số

lớn các trường hợp trong giai đoạn đầu của quá trình nhận thức khoa học. Lúc đó,

kiến thức khoa học chưa nhiều và còn tản mạn, chưa thành hệ thống chặt chẽ.

Điều quan trọng ở đây là: tạo cho học sinh khả năng có thể tiếp xúc trực tiếp với

đối tượng nhận thức, nhận biết được những dấu hiện cảm tính của chúng. Đó là

điểm xuất phát và cũng là tiêu chuẩn để biết xem: điều mà ta nhận thức được có

phải là chân lí không. Nhưng quan sát trực tiếp bao giờ cũng chỉ thu được những

dấu hiệu bên ngoài rời rạc của sự vật, hiện tượng xảy ra trong những điều kiện

nhất định. Cần phải tiến hành một phép qui nạp để rút ra những thuộc tính bản

chất, những mối liên hệ có tính qui luật, nghĩa là khái quát hoá thành một định

luật vật lí.

Thí dụ: ở lớp 8, học sinh đã biết một môi trường trong suốt, đồng tính, ánh

sáng truyền theo một đường thẳng. Quan sát thực tiễn, học sinh cũng đã biết: khi

ánh sáng gặp một mặt nước yên lặng hay một gương phẳng, ánh sáng đổi hướng.

Giáo viên đưa ra khái niệm “tia phản xạ” để biểu thị tia sáng đổi hướng sau khi

gặp mặt phẳng nhẵn bóng. Vấn đề mới được đặt ra là: tia phản xạ sẽ truyền đi

theo hướng nào? Mối quan hệ giữa hướng của tia tới và hướng của tia phản xạ

như thế nào? Với vốn hiểu biết đã có của mình, học sinh không thể trả lời được

những câu hỏi này một cách rõ ràng, chính xác, họ không thể suy ra một câu trả

lời dựa trên kiến thức đã có trước. Chỉ còn một cách là phải quan sát kĩ hiện

tượng phản xạ nhiều lần để tìm ra mối quan hệ này.

Học sinh phải biết cách xác định hướng của tia sáng, giống như xác định

một đường thẳng: xác định góc tạo bởi đường thẳng đó với một đường thẳng đã

cho trước. Trong trường hợp tia sáng, có một cách thuận lợi là xác định góc tạo

bởi tia sáng với đường thẳng pháp tuyến của mặt phản xạ ở điểm tới. Do đó, để

tìm ra qui luật về đường truyền của tia phản xạ, ta tìm mặt phẳng chứa tia phản

xạ và quan hệ giữa tia tới i và góc phản xạ r.

Quan sát trực tiếp trên thí nghiệm, ta thu được những kết quả sau:

a) Khi thay đổi hướng của tia tới, tia phản xạ cũng thay đổi hướng, nhưng

trong những trường hợp làm thí nghiệm cũng đều thấy một kết quả chung: tia

phản xạ luôn luôn nằm trên cùng một mặt phẳng với tia tới (gọi là mặt phẳng tới).

Ta thu được kết luận chung là: tia phản xạ nằm trên mặt phẳng tới.

b) Để so sánh góc tới và góc phản xạ, ta đo góc tới và góc phản xạ trong

mỗi lần làm thí nghiệm và thu được kết quả ghi trong bảng sau:

Lần đo Góc tới i Góc phản xạ r

Lần 1 100 100

Lần 2 200 200

Lần 3 300 300

Lần 4 600 610

Lần 5 800 810

Ta rút ra kết luận chung cho các lần thí nghiệm trên là: “góc tới bằng góc

phản xạ” với sai số nhỏ không đáng kể. Kết luận này được mở rộng, khái quát

hoá cho mọi góc tới i, kể cả trường hợp không làm thí nghiệm. Kết luận này càng

có giá trị phổ biến khi số lần làm thí nghiệm với các gương khác nhau, các góc

tới có giá trị khác nhau càng nhiều. Trong điều kiện của trường phổ thông, không

thể làm được nhiều; cho nên, chỉ làm cho học sinh quen với cách làm việc vì có

cơ sở để tin rằng: sự khái quát hoá là đúng đắn.

Sự khái quát hoá thực nghiệm như trên cũng chỉ có ý nghĩa như một khái

quát hoá kinh nghiệm. Nó chưa giúp ta trả lời được câu hỏi tiếp theo là “vì sao lại

như thế”.

2. Đạt tới định luật thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá lí thuyết

Mục đích của sự nhận thức khoa học là phải phát hiện ra được bản chất của

sự vật hiện tượng, chứ không dừng lại ở nhận thức cảm tính. Điều đó chỉ có thể

đạt được thông qua sự khái quát hoá lí thuyết. Những kết luận của sự khái quát

hoá lí thuyết cho phép ta phát hiện ra những qui luật có thể giải thích được những

hiện tượng đã biết cũng như tiên đoán những hiện tượng mới. Để thực hiện sự

khái quát hoá lí thuyết, ngoài việc quan sát trực tiếp, còn phải sử dụng các

phương pháp của sự nhận thức gián tiếp, đặc biệt là phép suy luận diễn dịch.

Phép suy luận diễn dịch giúp ta nhận thấy sự gắn bó bản chất giữa các sự vật,

hiện tượng riêng lẻ với những mệnh đề tổng quát, những định luật; mỗi hiện

tượng riêng lẻ là một biểu hiện cụ thể, một trường hợp riêng của một đặc tính

chung của giới tự nhiên.

Con đường nhận thức định luật vật lí thông qua quan sát trực tiếp kết hợp

với khái quát hoá lí thuyết diễn ra theo các giai đoạn sau:

a) Giai đoạn 1. Quan sát nhằm thu thập những cứ liệu thực nghiệm (thông

qua quan sát tự nhiên, thông qua thí nghiệm hay thông qua hiểu biết kinh nghiệm

đã tích luỹ được từ trước). Ở giai đoạn này, học sinh phải mô tả bằng lời hiện

tượng quan sát được và những điều kiện trong đó hiện tượng diễn ra.

b) Giai đoạn 2. Khái quát hoá những kết quả quan sát được, làm nổi bật cái

chung, cái bản chất, cái giống nhau trong các sự vật hiện tượng cụ thể khác nhau;

phân biệt những điều kiện không cơ bản với những điều kiện cơ bản trong đó

hiện tượng xảy ra. Thí dụ như: khi quan sát một cái thước thẳng nhúng một phần

vào nước, ta thấy: dường như nó bị gãy. Ở đây, vật liệu làm cái thước, độ dày của

cái thước là điều kiện không cơ bản, còn sự tồn tại của mặt phân cách giữa hai

môi trường trong suốt khác nhau về mặt quang học là điều kiện cơ bản.

c) Giai đoạn 3. Giải thích những kết quả quan sát được

Ở giai đoạn này, hai trường hợp có thể xảy ra:

- Học sinh giải thích được kết quả quan sát nhờ vận dụng những kiến thức,

những định luật đã biết. Quá trình nhận thức kết thúc với sự giải thích này. Như

vậy, hoạt động nhận thức đi đến giải thích được một hiện tượng mới phát hiện

nhưng không đem lại một định luật mới; nói cách khác, là mở rộng được phạm vi

ứng dụng của định luật đã biết. Thí dụ như: khi cho một tia sáng đi qua một lăng

kính, ta thấy nó luôn bị lệch về phía đáy. Giải thích vì sao? Học sinh vận dụng

định luật khúc xạ ánh sáng và giải thích rõ ràng hiện tượng này. Như vậy, mặc dù

học sinh đã giải thích được một hiện tượng cụ thể mới nhưng không dẫn tới hình

thành một định luật mới.

- Học sinh đã vận dụng tất cả những kiến thức, những định luật đã biết để

giải thích hiện tượng nhưng không thành công, bắt buộc phải đưa ra một phỏng

đoán là: hiện tượng diễn ra do một tính chất mới của sự vật, một qui luật mới của

hiện tượng mà trước đây ta chưa biết. Lời phỏng đoán đó là một giả thuyết. Phát

biểu một giả thuyết có nghĩa là phát biểu một mệnh đề dường như có thể dùng để

giải thích được hiện tượng mới quan sát được. Quá trình nhận thức cần phải được

tiếp tục để xác định xem giả thuyết đó có đúng đắn không.

Tuy nhiên, cần phải chú ý rằng: nếu một giả thuyết đưa ra chỉ để giải thích

một hiện tượng đã biết thì giả thuyết đó không có ý nghĩa khái quát, không có giá

trị khoa học cao. Thí dụ như: quan sát sự rơi của một viên gạch và một cái lá, ta

thấy viên gạch rơi nhanh hơn cái lá. Tại sao lại như thế? Để trả lời câu hỏi này, ta

đưa ra giả thuyết rằng: vì viên gạch nặng hơn cái lá. Đối với một trường hợp cụ

thể này thì giải thích đó là có lí, có thể tin tưởng được. Nhưng nếu ta dùng giả

thuyết “vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ” để giải thích sự rơi của các vật khác lại

không đúng, thí dụ cả tờ giấy trắng nặng gấp đôi nửa tờ giấy, nhưng cả tờ giấy có

khi rơi chậm hơn nửa tờ giấy (khi vo viên nửa tờ giấy lại, còn cả tờ giấy vẫn để

phẳng). Mặt khác, giá trị của một giả thuyết còn là ở chỗ: nó có thể giúp ta tiên

đoán được hiện tượng xảy ra trong những điều kiện mới, hoàn cảnh mới mà trước

đây ta chưa biết. Điều đó là một bằng chứng để xem giả thuyết đã phản ánh đúng

qui luật của tự nhiên chưa.

Việc đưa ra được nhiều giả thuyết khác nhau để giải thích cùng một hiện

tượng, rồi chọn lấy một giả thuyết có nhiều triển vọng nhất là một đặc trưng của

tư duy sáng tạo. Không có con đường lôgic để suy từ những sự kiện thực nghiệm

quan sát được đến những giả thuyết. Ở đây, có vai trò quan trọng của trực giác,

của sự nhạy cảm khoa học, một bước nhảy vọt trong tư duy, có thể rèn luyện cho

học sinh dựa trên các lí thuyết về sự phát triển tâm lí học của Piaget và Vưgôtxki.

d) Giai đoạn 4. Kiểm tra sự đúng đắn của giả thuyết

Thực tiễn là tiêu chuẩn của chân lí. Cho nên, việc kiểm tra sự đúng đắn của

một giả thuyết chính là kiểm tra xem giả thuyết đó có phù hợp với thực tiễn

không? Thực tiễn này phải quan sát được trong tự nhiên hay trong các thí

nghiệm. Có hai trường hợp thường xảy ra:

- Kiểm tra trực tiếp ngay giả thuyết trong thực tiễn, không thông qua một

suy luận trung gian nào cả. Thí dụ như: để kiểm tra giả thuyết “vật nặng rơi

nhanh hơn vật nhẹ”, ta có thể lấy từng cặp hai vật bất kì nặng nhẹ khác nhau để

thả cho vật rơi cùng một lúc ở cùng một độ cao: hòn đá với cái lá, cả tấm bìa và

nửa tấm bìa, lá sắt mỏng rộng và viên phấn… Trong nhiều trường hợp, có thể gặp

trường hợp giả thuyết không đúng như trường hợp lá sắt mỏng rộng tuy nặng hơn

viên phấn nhưng lại rơi chậm hơn viên phấn. Tuy nhiên, cách kiểm tra này mang

tính ngẫu nhiên, rất có thể sau nhiều lần làm thí nghiệm mà không gặp lần nào

giả thuyết là sai.

- Kiểm tra thông qua một hệ quả rút ra từ giả thuyết nhờ suy luận toán học

hay suy luận lôgic. Nếu sự suy luận được thực hiện chặt chẽ, đúng đắn thì giữa

giả thuyết và hệ quả có mối liên hệ bản chất. Hệ quả đúng với thực tiễn thì điều

đó có nghĩa là: giả thuyết phản ánh đúng thực tiễn, nếu không đúng với thực tiễn

thì giả thuyết sai, phải bỏ đi. Điều quan trọng ở đây là: hệ quả đó phải là những

cái có thể quan sát được trong thực tiễn.

Như vậy, sau khi rút ra hệ quả bằng suy luận lí thuyết, ta phải bố trí thí

nghiệm thích hợp để kiểm tra xem hệ quả dự đoán có xảy ra trong thực tế không.

Tất nhiên, hệ quả ở đây phải khác với hiện tượng ban đầu đã biết, đã được dùng

làm những sự kiện xuất phát để xây dựng giả thuyết. Trong trường hợp thí

nghiệm khẳng định điều dự đoán trong hệ qủa thì giả thuyết cũng được khẳng

định và được coi là chân lí, là định luật.

e) Giai đoạn 5. Vận dụng định luật vào thực tiễn

Sau khi giả thuyết đã được xác nhận trong một số thí nghiệm, ta tiếp tục

vận dụng định luật để thử giải thích các hiện tượng khác hoặc để suy ra hệ quả

mới. Nếu định luật này càng giải thích được nhiều hiện tượng mới, càng dự đoán

được nhiều hiện tượng mới phù hợp với thực tế thì định luật này càng có phạm vị

áp dụng rộng hơn cho nhiều lĩnh vực, có thể trở thành cơ sở cho một thuyết tổng

quát hơn và quá trình nhận thức tiếp tục phát triển sâu sắc hơn.

3. Đạt tới định luật xuất phát từ những mệnh đề lí thuyết tổng quát đã biết

Con đường này không thể thực hiện được trong giai đoạn đầu của quá trình

nhận thức về một lĩnh vực nào đó vì nó đòi hỏi đã xác lập được một số mệnh đề lí

thuyết tổng quát. Đối với học sinh, chỉ có thể thực hiện được ở các lớp trên khi

họ đã tích lũy được khá nhiều kiến thức khái quát.

Điểm xuất phát của quá trình nhận thức này là các mệnh đề chắc chắn hoặc

chí ít là về mặt lí thuyết đã được coi là chắc chắn. Từ những mênh đề đó, có thể

thực hiện phép suy luận diễn dịch, rút ra những hệ quả, những tiên đoán có tính

chất qui luật. Qúa trình nhận thức này có thể trải qua các giai đoạn sau:

a) Nêu lên một hiện tượng thực tế mà ta chưa thể giải thích được hoặc

chưa thể dự đoán được diễn biến của nó, chưa thể biết được mối quan hệ giữa

một số đại lượng nào đó.

b) Nêu lên một mệnh đề lí thuyết mà ta dự đoán rằng có liên hệ đến hiện

tượng đang xét. Mệnh đề này phải có giá trị chân thật, nghĩa là đã được chứng tỏ

là chắc chắn.

c) Thực hiện một phép suy luận diễn dịch để từ mệnh đề lí thuyết, rút ra

một hệ quả lôgic trong đó nêu lên mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng như

một định luật vật lí.

d) Làm thí nghiệm để kiểm tra dự đoán có phù hợp với thực tế không. Nếu

phù hợp thì hệ quả dự đoán trở thành một định luật.

Thông thường, theo lôgic học, nếu các mệnh đề xuất phát là chân thực, các

phép suy luận theo đúng các qui tắc của suy luận diễn dịch thì kết quả của phép

suy luận cũng chắc chắn là đúng, không cần phải kiểm tra lại bằng thực nghiệm.

Tuy nhiên, ở trường phổ thông, nhiều khi học sinh chưa đủ kiến thức toán học và

trình độ tư duy để có thể thực hiện được một phép suy luận diễn dịch hoàn hảo.

Bởi vậy, nên tiến hành một thí nghiệm kiểm tra để tăng thêm lòng tin ở sự chắc

chắn của kết quả thu được bằng suy luận ở trên.

Trong vật lí học, thường xảy ra trường hợp một định luật vật lí thoạt đầu

được nhận thức bằng con đường quan sát trực tiếp kết hợp với khái quát hoá lí

thuyết. Nhưng ngày nay, sau khi vật lí đã xây dựng được những lí thuyết tổng

quát thì người ta lại tìm ra con đường khác xuất phát từ một mệnh đề lí thuyết để

đi đến định luật đó. Con đường này vừa gọn nhẹ hơn, vừa làm cho học sinh thấy

rằng được tính thống nhất của giới tự nhiên.

Thí dụ như: định luật Ôm cho toàn mạch trong lich sử vốn là một định luật

được phát hiện bằng con đường quan sát trực tiếp kết hợp với khái quát hoá lí

thuyết, còn ngày nay lại có thể suy ra nó từ định luật bảo toàn năng lượng và định

luật Jun- Lenxơ.

2.4. CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH CÁC THUYẾT VẬT LÍ

2.4.1. Đặc điểm của các thuyết vật lí

Trên con đường nhận thức vật lí, con người đã xây dựng những khái niệm

vật lí để phản ánh những đặc tính của sự vật hiện tượng, đã nghiên cứu mối liên

hệ phổ biến khách quan giữa các đặc tính khác nhau của sự vật hiện tượng, diễn

đạt bằng các định luật vật lí. Các nhà khoa học luôn cố gắng khái quát hoá cao

hơn nữa, xây dựng những thuyết vật lí để có thể giải thích được nguyên nhân sâu

xa của các hiện tượng thuộc các lĩnh vực hiện tượng ngày một rộng rãi hơn.

Có thể nói: một thuyết khoa học là một hệ thống những tư tưởng, qui tắc,

qui luật dùng làm cơ sở cho một ngành khoa học, để giải thích các sự kiện, hiện

tượng, để hiểu rõ bản chất sâu xa của các sự kiện, hiện tượng đó, tạo cho con

người có khả năng tác động mạnh hơn, có hiệu quả hơn vào thực tế khách quan.

Một thuyết vật lí có những đặc điểm sau:

1. Tính thực tiễn

Các thuyết vật lí dù có tính chất lí thuyết, tính khái quát cao đến đâu chăng

nữa, bao giờ cũng được xây dựng trên một cơ sở thực nghiệm nhất định. Mặt

khác, một thuyết vật lí chỉ có giá trị khi từ thuyết đó có thể rút ra được những hệ

quả phù hợp với thực tiễn, được kiểm tra bằng thí nghiệm.

Thí dụ như: thuyết động học phân tử ra đời trên những sự kiện thực

nghiệm về chuyển động Braonơ, về hiện tượng khuyếch tán, về tính chất của chất

khí… Dùng thuyết động học phân tử, có thể giải thích được nhiều hiện tượng như

bản chất của nhiệt là do chuyển động hỗn loạn của các phân tử, định luật phân bố

phân tử theo vận tốc và theo chiều cao của Macxoen…

2. Tính trừu tượng

Các thuyết vật lí tuy được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm nhưng chúng

là sự khái quát hoá, sự lí tưởng hoá các kết quả của những thí nghiệm thực. Chính

nhờ sự lí tưởng hoá, trừu tượng hoá cao độ như vậy, các thuyết mới đi được vào

bản chất bên trong của sự vật, hiện tượng. Cũng chính vì thế mà ta không thể cảm

nhận được các thuyết vật lí trực tiếp bằng các giác quan. Chẳng hạn như: thuyết

động học phân tử cho rằng các chất đều được cấu tạo bằng các phân tử vô cùng

bé, gián đoạn, giữa chúng có khoảng cách và chúng chuyển động hỗn loạn không

ngừng. Nhưng chúng ta chưa bao giờ nhìn thấy từng phân tử chuyển động.

3. Tính hệ thống

Một thuyết vật lí không phải là phán đoán riêng lẻ mà là một hệ thống

những quan điểm tư tưởng, những qui tắc định luật quan hệ chặt chẽ với nhau,

phát triển ngày một sâu sắc, bao gồm được nhiều lĩnh vực hiện tượng hơn, từ một

thuyết hẹp đi đến thuyết rộng hơn hoặc thống nhất nhiều thuyết lại với nhau. Thí

dụ như: từ những định luật về sự bức xạ của vật đen tuyệt đối, Plăng đi đến giả

thuyết lượng tử về năng lượng, áp dụng giả thuyết lượng tử vào hiện tượng quang

điện, Anhstanh xây dựng được thuyết phôton ánh sáng. Vận dụng kết quả thu

được với phôton ánh sáng cho các hạt vi mô khác, Đơbrơi đi đến thuyết về lưỡng

tính sóng hạt của các hạt vật chất nói chung. Thuyết sóng ánh sáng và thuyết

sóng điện từ thống nhất với nhau thành thuyết điện từ về ánh sáng.

4. Tính khái quát

Một thuyết vật lí bao gồm hệ thống những luận đề đủ để giải thích được

một lớp những hiện tượng nhất định. Những luận đề này bổ sung lẫn nhau, không

mâu thuẫn với nhau, tạo thành một hệ thống nhất quán phản ánh đúng chu trình

nhận thức chân lí khoa học: đi từ thực tế khách quan đến tư duy trừu tượng (xây

dựng thuyết) rồi lại từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn.

2.4.2. Cấu trúc của một thuyết vật lí

Căn cứ vào ý kiến của nhiều nhà bác học, có thể coi một thuyết vật lí gồm

ba thành phần sau: cơ sở của thuyết, hạt nhân của thuyết và những hệ quả của

thuyết.

1. Cơ sở của một thuyết vật lí

Sự ra đời của một thuyết vật lí thường được bắt đầu từ khi xuất hiện những

sự kiện mới không giả thích được bằng hệ thống lí thuyết cũ. Thoạt tiên, những

sự kiện mới đó xuất hiện một cách rời rạc, ít ỏi, nhưng đặc biệt đáng chú ý là:

chúng mâu thuẫn với những đặc điểm của thuyết cũ đã biết. Mâu thuẫn này được

các nhà bác học phân tích, kiểm tra kĩ lưỡng và bổ sung những sự kiện mới nữa.

Những sự kiện mới này được sắp xếp tạo thành cơ sở vững chắc cho sự ra đời

của một thuyết mới. Đó là cơ sở thực nghiệm của thuyết. Thành phần cơ bản nhất

của cơ sở thực nghiệm là những thí nghiệm nền tảng, trong đó bộc lộ rõ sự mâu

thuẫn giữa hiện tượng mới và lí thuyết cũ. Thí dụ: thí nghiệm về chuyển động

Braonơ đối với thuyết động học phân tử, thí nghiệm Rudơpho đối với thuyết cấu

tạo nguyên tử.

Bên cạnh cơ sở thực nghiệm, còn có cơ sở kinh nghiệm của thuyết. Đó là

những kinh nghiệm mà người nghiên cứu đã tích lũy được trong khi làm việc, sử

dụng những tư tưởng, quan niệm, ý kiến, kĩ thuật có liên quan đến thuyết cũ.

Cơ sở thực nghiệm và cơ sở kinh nghiệm đó buộc ta phải từ bỏ hệ thống lí

thuyết cũ, đồng thời cũng tạo ra khả năng chín muồi để đưa ra một thuyết mới

thay thế cho thuyết cũ.

Những sự kiện thực nghiệm mới phải được mô tả bằng những khái niệm

mới, những định luật thực nghiệm mới, cần phải thực hiện những phép đo các đại

lượng vật lí mới. Những phép đo các đại lượng mới đó cũng là một thành phần

của cơ sở của thuyết vì nó cho phép ta đối chiếu lí thuyết với thực tế.

Thông thường, để giải thích những định luật thực nghiệm, người ta đưa ra

những mô hình lí tưởng như mô hình cấu trúc vật chất hay mô hình chức năng.

Những mô hình này có những tính chất cơ bản giống vật thật, chúng vận động

theo những qui luật của vật thật. Nhờ những mô hình lí tưởng mà ta có thể dự

đoán được một số tính chất, hiện tượng mới.

Như vậy, cơ sở của một thuyết vật lí bao gồm: cơ sở thực nghiệm, cơ sở

kinh nghiệm, các khái niệm, định luật thực nghiệm, các mô hình lí tưởng như mô

hình cấu trúc, mô hình chức năng.

2. Hạt nhân của thuyết vật lí

Hạt nhân của thuyết là thành phần quan trọng nhất của một thuyết vật lí.

Nhờ hạt nhân này, người ta có thể giải thích được trọn vẹn những hiện tượng mới

nằm trong cơ sở của thuyết và còn dự đoán được, giải thích được một lớp hiện

tượng rộng rãi hơn mà ta gọi là những hệ quả của thuyết. Hạt nhân của thuyết bao

gồm: những tư tưởng cơ bản, những định luật nguyên lí cơ bản, những phương

trình cơ bản, những hằng số cơ bản.

Tư tưởng cơ bản của thuyết là những phán đoán chung nhất, tổng quát nhất

về bản chất bên trong của các hiện tượng. Nó cho phép ta giải thích được cơ chế

của hiện tượng, cấu trúc của sự vật. Nó giúp ta xây dựng được mô hình của sự

vật, hiện tượng. Tư tưởng cơ bản của thuyết chi phối toàn bộ quá trình xây dựng

thuyết. Nó làm cho thuyết mới có một màu sắc đặc biệt, khác hẳn các thuyết cũ.

Có thể coi tư tưởng cơ bản như cột trụ của thuyết. Thí dụ như: tư tưởng cơ bản

của thuyết động học phân tử là sự vận dụng cơ học cổ điển vào thế giới vi mô, là

giải thích các hiện tượng nhiệt bằng chuyển động phân tử theo quan điểm thống

kê.

Các định luật cơ bản là những định luật biểu thị mối liên hệ giữa các hiện

tượng mới chủ yếu nằm trong cơ sở của thuyết. Các định luật này được diễn tả

dưới dạng các phương trình toán học liên kết các đại lượng vật lí mới với nhau.

Thí dụ như: trong thuyết điện từ của Mắcxoen có các định luật Culông, định luật

Farađây, định luật Ampe và các cặp phương trình của Măcxoen.

Các phương trình cơ bản của thuyết có thể xem như những mô hình toán

học của thuyết. Thí dụ như: các phương trình Măcxoen có thể xem là mô hình

của trường điện từ. Từ phương trình cơ bản này, có thể suy ra nhiều dự đoán mới.

Thí dụ như: từ phương trình Măcxoen, người ta dự đoán được sự lan truyền của

sóng điện từ và áp suất của ánh sáng.

Trong phương trình cơ bản của thuyết vật lí, thường chứa những hằng số

cơ bản (hằng số vũ trụ) như vận tốc ánh sáng c, lượng tử tác dụng h, điện tích của

electron e, hằng số hấp dẫn G, hằng số Bôn dơ man k … Việc đưa những hằng số

cơ bản này vào một thuyết vật lí là thể hiện cụ thể việc vận dụng tư tưởng cơ bản

của nó vào thực tế. Thí dụ như: việc đưa vận tốc ánh sáng c vào các phương trình

chuyển động là thể hiện sự phủ nhận tư tưởng tương tác xa (tương tác cách bức)

và đánh dấu sự chuyển từ cơ học cổ điển của Niutơn sang cơ học tương đối của

Anhstanh, việc đưa vào hằng số Plăng đánh dấu sự ra đời của thuyết lượng tử.

3. Những hệ quả của thuyết

Người ta gọi tất cả những hiện tượng mà thuyết có thể giải thích được,

những định luật mới suy ra từ những định luật cơ bản của thuyết, những giả

thuyết khoa học mới xây dựng được, những hiện tượng mới dự đoán được là

những hệ quả của thuyết.

Hệ quả của thuyết phải nhiều hơn cơ sở ban đầu của nó. Nói cách khác, các

thuyết vật lí phải có khả năng làm cho nhận thức của ta rộng hơn, sâu hơn, bản

chất hơn, bao hàm một lớp hiện tượng lớn hơn nhiều so với những cơ sở của

thuyết.

Từ hạt nhân của thuyết, muốn suy ra được những hệ quả, ta phải thực hiện

các phép suy luận lôgic và những suy luận toán học. Nhờ những suy luận toán

học này mà các thuyết vật lí không những tiên đoán được mặt định tính mà cả

mặt định lượng của hiện tượng.

2.4.3. Con đường hình thành thuyết vật lí

1. Trong khoa học

Như ta đã phân tích ở trên, sự hình thành một thuyết vật lí là một quá trình

lâu dài và phức tạp, bao gồm tất cả các giai đoạn của chu trình nhận thức khoa

học. Quá trình này có thể không liên tục về mặt lịch sử vì phải trải qua những

cuộc đấu tranh quyết liệt giữa những tư tưởng cơ bản mới với tư tưởng cũ. Quá

trình đó gồm các giai đoạn điển hình sau:

Thực tiễn → Vấn đề → Giả thuyết → Định luật → Thuyết → Hệ

quả → Thực tiễn.

2. Trong dạy học

Do điều kiện thời gian và sự hạn chế về trình độ tư duy của học sinh nên

không có khả năng để cho học sinh tự lực thực hiện tất cả các giai đoạn trên khi

nghiên cứu một thuyết vật lí. Nhưng nếu ta chỉ thông báo cho học sinh nội dung

“hạt nhân của thuyết” thì học sinh cũng không thể hiểu được vai trò, tác dụng của

thuyết đó trong khoa học và trong thực tiễn, càng không thể phát triển, nâng cao

được năng lực nhận thức của họ. Bởi vậy, cần phải cho học sinh hiểu được những

yếu tố cơ bản trong cả ba thành phần cấu trúc của thuyết.

a) Tìm hiểu những cơ sở của thuyết

Chỉ khi học sinh hiểu được cơ sở của thuyết thì họ mới hiểu được thuyết

mới phải ra đời để giải quyết vấn đề gì. Tốt nhất là cho học sinh quan sát những

thí nghiệm cơ bản và yêu cầu họ giải thích hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm đó

bằng những kiến thức đã có. Sự bế tắc trong việc giải thích này đòi hỏi phải xây

dựng một thuyết mới. Thí dụ như: khi quan sát chuyển động của các hạt Braonơ

(hạt phấn hoa rất nhỏ trong nước), nếu coi nước có cấu tạo liên tục như mắt ta

thường thấy thì không thể nào giải thích chuyển động hỗn loạn của những hạt

phấn hoa nhỏ, trong khi đó những hạt lớn lại đứng yên. Càng nêu ra nhiều cơ sở

thực nghiệm càng tốt. Bởi vậy, để xây dựng thuyết động học phân tử, có thể đưa

ra thêm hiện tượng khuyếch tán trong chất khí, chất lỏng và chất rắn.

Tuy nhiên, những thí nghiệm cơ bản dùng làm cơ sở cho một thuyết nhiều

khi rất khó thực hiện trong nhà trường phổ thông, thí dụ như: thí nghiệm

Rudơpho bắn phá lá vàng bằng hạt anpha, trường hợp đó, giáo viên có thể dùng

phương pháp kể chuyện lịch sử hoặc mô tả tương đối tỉ mỉ thí nghiệm và kết quả

thu được.

b) Xây dựng hạt nhân của thuyết

Hạt nhân của mỗi thuyết vật lí nhiều khi rất phong phú và sâu sắc, không

thể trong một bài, một chương hoặc một phần của chương trình vật lí mà hiểu

được. Bước đầu, chỉ có thể nêu ra những điều cơ bản, định tính. Về sau, khi có

điều kiện, sẽ bổ sung, hoàn chỉnh thêm. Việc đưa ra thuyết mới phải dựa trên sự

phân tích những sự kiện thực nghiệm trong phần cơ sở của thuyết đã nêu trên.

Tuy nhiên, việc đề ra thuyết mới có thể giải thích thành công những sự kiện mới

đòi hỏi một sự sáng tạo mới ở trình độ cao. Trong nhiều trường hợp, học sinh

không có khả năng thực hiện tự lực. Giáo viên có thể trình bày cách suy nghĩ của

giáo viên, lập luận của giáo viên. Ở đây, quan trọng trước hết là ở tư tưởng mới,

quan niệm mới, còn những công thức định lượng, những phương trình toán học

có thể bổ sung sau này khi có điều kiện. Thí dụ như: hiện tượng khuyếch tán và

chuyển đông Braonơ là những sự kiện thực nghiệm mà thuyết về cấu tạo liên tục

của chất không giải thích được. Điều đó dẫn tới ý nghĩ cho rằng: vật chất có cấu

tạo từ những hạt riêng biệt gián đoạn gọi là phân tử. Nhưng các phân tử hoạt

động như thế nào để có thể xen lẫn vào nhau trong hiện tượng khuyếch tán? Theo

quan điểm cũ thì phải có cái gì tác dụng vào thì các phân tử mới chuyển động

được. Ở đây, có một quan niệm mới: các phân tử vốn tự nó chuyển động hỗn loạn

không ngừng. Nhưng sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử thì có liên quan

gì đến chuyển động Braonơ ? Điều này phải giàu trí tưởng tượng và giàu kinh

nghiệm thực tế mới nhận thấy được. Nhiều khi giáo viên phải làm một mô hình

chuyển đông Braonơ (dùng các viên bi nhỏ, các vật tròn lớn hơn làm hạt Braonơ

và sử dụng một cơ chế phụ để làm cho các viên bi chuyển động hỗn loạn, một số

viên đến va chạm vào vật tròn). Nếu vật tròn không lớn lắm thì nó cũng sẽ

chuyển động hỗn loạn vì số viên bi đến đập vào vật tròn không bằng nhau từ mọi

phía. Còn nếu vật tròn khá to, khi bị rất nhiều viên bi va chạm từ mọi phía thì hầu

như các tác dụng đó cân bằng nhau nên vật tròn lại đứng yên.

Ta cũng có thể căn cứ vào quan sát cơ sở thực nghiệm để đưa ra quan niệm

là: giữa các phân tử có lực hút và lực đẩy tồn tại song song. Nhưng những lực đó

có giá trị như thế nào? lúc nào lực hút chiếm ưu thế, lúc nào lực đẩy mạnh hơn

thì ở trường phổ thông chưa có khả năng làm rõ được.

Có một thành phần rất quan trọng của thuyết động học phân tử là phương

trình cơ bản của thuyết động học phân tử thì lại cần đến khái niệm vận tốc trung

bình của phân tử, khái niệm này là một khái niệm có tính thống kê, áp dụng cho

một tập hợp rất lớn các hạt. Cho nên, chỉ đối với những đối tượng học sinh giỏi,

có trình độ tư duy tốt, mới có thể xây dựng được phương trình này.

Mối quan hệ giữa nhiệt độ tuyệt đối (nhiệt độ Kelvin) với động năng trung

bình cũng là một bộ phận quan trọng của thuyết động học phân tử, nhưng cũng

chỉ có thể thông báo, chứ chưa có khả năng giúp cho học sinh xây dựng được nó.

Tóm lại, trong dạy học, có nhiều điểm trong hạt nhân của thuyết chưa thể

xây dựng hoàn chỉnh mà chỉ là bước đầu, chủ yếu là định tính. Để học sinh có thể

tin được sự đúng đắn của những hạt nhân của thuyết, giáo viên cần chú ý đến

việc vận dụng những hạt nhân đó để suy ra các hệ quả ở giai đoạn sau.

c) Vận dụng hạt nhân của thuyết

Vận dụng hạt nhân của thuyết để giải thích những sự kiện thực nghiệm

trong cơ sở của thuyết là bước đầu làm cho học sinh tin tưởng ở sự đúng đắn của

thuyết, nhưng chưa đủ. Giáo viên cần tận dụng những trường hợp có thể được để

suy ra các hệ quả khác. Do sự hạn chế trình độ toán học của học sinh nên nhiều

khi chỉ có thể suy ra các hệ quả đinh tính hay bán định lượng. Tuy vậy, điều đó

cũng rất bổ ích để học sinh hiểu rõ ý nghĩa thực tế của các thuyết trừu tượng,

đồng thời cũng tạo điều kiện để học sinh phát triển khả năng suy luận diễn dịch.

Ví dụ như: đối với thuyết động học phân tử, ta có nhiều cơ hội vận dụng thuyết

đó để giải thích các định luật của chất khí, hiện tượng truyền nhiệt, hiện tượng

biến đổi trạng thái vì nhiệt…

2.5. CÁC CON ĐƯỜNG DẠY HỌC NHỮNG ỨNG DỤNG KĨ THUẬT

CỦA VẬT LÍ

2.5.1. Vai trò của việc nghiên cứu những ứng dụng kĩ thuật trong dạy

học vật lí

Thuật ngữ “các ứng dụng kĩ thuật của vật lí” đã nói lên rằng: loại kiến thức

này là kết quả của việc ứng dụng những kiến thức khái quát của vật lí, nhất là

những định luật vật lí vào kĩ thuật để chế tạo những thiết bị, máy móc có tính

năng, tác dụng nhất định, đáp ứng được những yêu cầu của kĩ thuật và đời sống.

Tuy những kiến thức vật lí là cơ sở để chế tạo các thiết bị, máy móc kĩ

thuật, nhưng không phải một phát minh mới về vật lí có thể áp dụng được ngay

vào kĩ thuật một cách có hiệu quả, đủ để tạo ra một hiện tượng cần thiết trong kĩ

thuật. Áp dụng các định luật vật lí, ta có thể tạo ra một hiện tượng nhất định,

nhưng việc làm thế nào để hiện tượng này có thể giải quyết được một nhiệm vụ

cụ thể nào đó trong kĩ thuật thì còn phải nghiên cứu mới có thể đưa ra được một

thiết bị thích hợp. Thí dụ: ta đã biết định luật cảm ứng điện từ trong vật lí: “khi từ

thông qua một khung dây dẫn kín biến thiên thì trong khung xuất hiện một dòng

điện”. Nhưng làm thế nào để lấy được dòng điện ở trong khung dây dẫn ra ngoài

và để cho dòng điện đó có cường độ đủ lớn có thể làm nóng bếp điện, làm sáng

bóng đèn thì điều này không có trong định luật cảm ứng điện từ. Một máy phát

điện ngoài một khung dây dẫn có nhiều vòng dây và một nam châm tạo ra từ

trường, thì còn cần phải có nhiều bộ phận khác được sắp xếp một cách đặc biệt

như cổ góp, chổi quét, lõi sắt, tay quay… Nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của

vật lí không phải là nghiên cứu xây dựng một kiến thức vật lí mới mà là nghiên

cứu tìm ra một cơ chế, thiết bị hay máy móc có thể tạo ra hiện tượng mà kiến

thức vật lí đã dự đoán và vận dụng được nó để giải quyết một nhiệm vụ nào đó

trong kĩ thuật. Việc làm này nhiều khi rất khó khăn, ngay trong lịch sử khoa học

cũng phải mất hàng chục năm.

Như vậy, việc ứng dụng một kiến thức vật lí vào kĩ thuật để chế tạo một

thiết bị, máy móc không phải đơn thuần chỉ là vận dụng một định luật vật lí, mà

thực sự là một hoạt động sáng tạo. Sự sáng tạo này nhiều khi đòi hỏi sự vận dụng

tổng hợp nhiều kiến thức, nhiều kinh nghiệm. Bởi vậy, đã xuất hiện những ngành

kĩ thuật riêng chuyên nghiên cứu chế tạo thiết bị máy móc này, để đạt được hiệu

qủa cao.

Trong phạm vi của vật lí học, ta chỉ chú ý những hiện tượng vật lí chủ yếu

xảy ra khi vận hành các thiết bị ,máy móc, mà không chú ý nhiều đến những chi

tiết, những giải pháp kĩ thuật nhằm nâng cao hiệu quả của thiết bị, máy móc. Thí

dụ như: khi dạy học về máy phát điện xoay chiều, ta tập trung chú ý vào cách tạo

ra dòng điện xoay chiều và lấy được dòng điện trong khung ra ngoài để sử dụng,

mà không đi sâu vào hình dạng, vật liệu, kích thước của rôto và stato, của dây

dẫn cuốn trong đó.

Nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lí là thiết lập mối quan hệ giữa lí

thuyết và thực tiễn, giữa cái trừu tượng (các khái niệm, định luật vật lí) và cái cụ

thể (các hiện tượng xảy ra trong máy móc, thiết bị). Nhờ đó mà làm cho việc

nhận thức các kiến thức vật lí trừu tượng trở thành sâu sắc hơn, mền dẻo hơn.

Việc nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lí góp phần phát triển tư

duy vật lí kĩ thuật của học sinh, làm cho học sinh thấy được vai trò quan trọng

của kiến thức vật lí đối với đời sống và sản xuất; qua đó mà kích thích hứng thú,

nhu cầu của học sinh khi học tập vật lí.

2.5.2. Hai con đường dạy học những ứng dụng kĩ thuật của vật lí

Việc nghiên cứu những ứng dụng kĩ thuật của vật lí trong dạy học vật lí ở

trường phổ thông có thể diễn ra theo hai con đường sau:

1. Con đường thứ nhất: quan sát cấu tạo của đối tượng kĩ thuật đã có sẵn,

giải thích nguyên tắc hoạt động của nó

Nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật của vật lí theo con đường này thực chất là

giải bài toán “hộp trắng”: biết cấu tạo bên trong của hộp, biết tác động ở đầu vào

và kết quả của đầu ra, giải thích vì sao đầu vào thế này, nhờ thiết bị lại cho đầu ra

như vậy. Sự giải thích phải dựa vào các định luật vật lí đã biết. Để đưa ra được

lời giải thích đúng đắn thì trước hết phải làm rõ được “điều cần giải thích”, nghĩa

là phải phát hiện được chính xác những điều kiện tác động ở đầu vào, hiện tượng

xuất hiện ở đầu ra, rồi tìm những định luật, qui tắc vật lí chi phối quá trình biến

đổi ở bên trong đối tượng kĩ thuật đó từ đầu vào đến đầu ra. Được định hướng từ

“điều cần giải thích” này, học sinh tìm cách giải thích bằng suy luận diễn dịch:

xuất phát từ những định luật, qui tắc vật lí áp dụng vào những điều kiện cụ thể

của đối tượng kĩ thuật để đi đến kết luận là hiện tượng thu được ở đầu ra. Tiến

trình nghiên cứu có thể gồm các giao đoạn sau:

a) Giai đoạn 1: Quan sát thiết bị gốc, cho vận hành để xác định được chính

xác tác động ở đầu vào và kết quả thu được ở đầu ra

Kết quả thu được ở đầu ra chính là mục đích sử dụng của thiết bị. Nhiều

khi sự quan sát này gặp khó khăn vì hiện tượng tinh tế, khó quan sát được chính

xác bằng các giác quan của mình. Đối với trường hợp này, giáo viên có thể mô tả

bổ sung bằng lời cho rõ. Kết thúc giai đoạn này, đưa ra được điều cần giải thích,

thường được diễn đạt bằng một câu hỏi dưới dạng “tại sao?".

b) Giai đoạn 2: Quan sát thiết bị gốc để xác định cấu tạo bên trong của nó,

làm rõ những bộ phận có liên quan với nhau, tác dụng lẫn nhau trong khi thiết bị

vận hành

Trong nhiều trường hợp, việc làm này khó khăn vì thiết bị máy móc gốc có

một vỏ bọc ngoài che kín những bộ phận bên trong và có rất nhiều chi tiết bên

ngoài mà thoạt mới nhìn, ta không rõ chúng có liên quan gì tới quá trình vận

hành của thiết bị. Để tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của học sinh trong

giai đoạn này, cần đưa ra một số thiết bị gốc đã được bổ dọc hay bổ ngang để có

thể quan sát được ở bên trong, rồi xây dựng một mô hình để thay thế cho đối

tượng gốc. Mô hình này chỉ bao gồm những bộ phận chính của thiết bị gốc mà ta

cho rằng có liên quan đến diễn biến của quá trình xảy ra trong thiết bị. Thông

thường ở đây, ta dùng mô hình hình vẽ hay mô hình vật chất- chức năng hoặc kết

hợp cả hai. Việc chọn những bộ phận, chi tiết nào của thiết bị để đưa vào mô

hình nhiều khi gặp khó khăn. Giáo viên có thể giúp học sinh bằng cách định

hướng cho họ chú ý đến những bộ phận, chi tiết của thiết bị máy móc có biến đổi,

có tương tác với nhau hoặc có những dấu hiệu, những đặc tính có liên quan đến

hiện tượng ở đầu vào và đầu ra. Việc cho mô hình vận hành sẽ tạo điều kiện cho

học sinh phát hiện ra những mối quan hệ giữa sự vận hành của các bộ phận trong

thiết bị với các định luật vật lí chi phối chúng. Việc xây dựng một mô hình như

thế không phải luôn luôn thành công mà phải chỉnh lí, bổ sung nhiều lần.

c) Giai đoạn 3: Giải thích nguyên tắc hoạt động của thiết bị máy móc

Ta phải lựa chọn một định luật, qui tắc vật lí đã biết làm cơ sở xuất phát,

sau đó dựa vào những điều kiện cụ thể, đặc điểm của thiết bị, thực hiện phép suy

luận diễn dịch, suy ra một kết luận. Nếu kết luận đó phù hợp với hiện tượng quan

sát được ở đầu ra của thiết bị máy móc là ta đã hoàn thành việc giải thích. Cũng

có khi quá trình vận hành của thiết bị có nhiều giai đoạn nối tiếp nhau, ta phải

thực hiện nhiều phép suy luận nối tiếp cho đến khi ra kết quả cuối cùng.

Nếu kết quả thu được từ suy luận không phù hợp với kết quả cuối cùng

quan sát được thì ta phải lựa chọn lại định luật xuất phát hoặc kiểm tra lại xem

quá trình suy luận có tuân thủ chặt chẽ các qui tắc của suy luận diễn dịch không,

hoặc có thể bỏ qua một giai đoạn nào đó của quá trình vận hành thiết bị không.

Để cho thuận lợi, dễ hình dung, ở giai đoạn này, ta có thể sử dụng mô hình đã

đưa ra ở giai đoạn 2.

Như vậy, việc lựa chọn định luật vật lí làm cơ sở xuất phát có vai trò quyết

định. Cần phải hướng dẫn học sinh biết dựa vào những dấu hiệu quan sát được ở

đầu vào và đầu ra để liên tưởng đến những định luật, qui tắc vật lí có liên quan

đến hiện tượng đó, nhận biết xem hiện tượng xảy ra thuộc loại hiện tượng gì, có

liên quan đến định luật nào.

Thí dụ: Nghiên cứu cấu tạo và hoạt động của máy biến thế

Đầu tiên, giáo viên đưa ra một máy biến thế thật, thí dụ như máy biến thế

thường dùng trong phòng thí nghiệm hoặc một máy biến thế đơn giản mà vẫn

hoạt động được. Sau đó, tiến hành một thí nghiệm để học sinh nhận thấy được

rằng: nếu ta đưa vào một đầu của máy biến thế một hiệu điện thế xoay chiều thì

ta thu được ở đầu ra một hiệu điện thế xoay chiều lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Tuy

nhiên, bằng quan sát trực tiếp trên các vôn kế thì khó có thể nhận biết được là

hiệu điện thế ở đầu vào và đầu ra là hiệu điện thế xoay chiều. Giáo viên cần phải

bổ sung bằng cách cung cấp thêm cho học sinh một thông tin là: hiệu điện thế ở

đầu vào và đầu ra là hiệu điện thế xoay chiều. Kết thúc giai đoạn 1 này, giáo viên

đưa ra một câu hỏi: vì sao khi ta đưa vào máy biến thế một hiệu điện thế xoay

chiều thì ở đầu ra, ta lại thu được một hiệu điện thế xoay chiều thấp hơn hoặc

cao hơn ?

Tiếp theo, giáo viên đưa máy biến thế ra khỏi hộp đựng để quan sát được

các bộ phận bên trong và hướng dẫn học sinh rằng: đây là hiện tượng điện nên

cần chú ý đến các bộ phận có liên quan đến điện như dây điện, cuộn dây, lõi sắt.

Kết quả là: học sinh quan sát thấy có hai cuộn dây điện, đặt cách điện với nhau,

một cuộn có nhiều vòng, một cuộn có ít vòng, cả hai cuộn đều lồng vào một lõi

sắt chung. Hai cuộn dây đều quấn trên ống cách điện. Các chi tiết khác như hình

dạng ống dây, cấu tạo của lõi sắt, cách bố trí các chốt cắm để lấy điện vào, đưa

điện ra… tạm thời chưa chú ý đến. Biểu diễn những bộ phận chính nói trên bằng

một hình vẽ (Hình 4). Trên mô hình vẽ này, có cả thông tin về dòng điện xoay

chiều ở đầu vào và đầu ra.

Bây giờ, ta phải lựa chọn một định luật vật

lí đã biết để làm điểm xuất phát cho sự giải thích.

Trước đây, học sinh đã biết nhiều định luật về

điện như định luật Ôm, định luật Jun- Lenxơ, qui

tắc về tương tác của nam châm điện, từ trường

của dòng điện, định luật cảm ứng điện từ…

Hình 4. Mô hình máy biến thế

Ở đây, các cuộn dây đều đặt cách điện với nhau và với lõi sắt nên không có

hiện tượng dẫn điện từ cuộn dây vào đến cuộn dây ra. Ta chưa chú ý đến hiện

tượng nóng lên của máy biến thế, sự rung của các cuộn dây. Ta chỉ quan tâm giải

thích sự xuất hiện của hiệu điện thế xoay chiều ở đầu ra. Điều đó gợi ý cho học

sinh thử chọn định luật cảm ứng điện từ. Hiện tượng cảm ứng điện từ làm xuất

hiện trong một cuộn dây kín một dòng điện hay trong cuộn dây hở một hiệu điện

thế. Diễn biến của hiện tượng như sau: khi đưa dòng điện vào cuộn dây 1, trong

cuộn dây xuất hiện một từ trường (kiến thức về từ trường của dòng điện); lõi sắt

đặt trong lòng cuộn dây sẽ bị nhiễm từ (kiến thức về sự nhiễm từ của sắt); dòng

điện hay hiệu điện thế đưa vào cuộn dây 1 là dòng điện xoay chiều biến thiên.

Vậy: từ trường mà nó sinh ra cũng biến thiên, lõi sắt bị nhiễm từ cũng sinh ra một

từ trường biến thiên: từ trường biến thiên của lõi sắt gây ra một từ thông biến

thiên qua tiết diện của cuộn dây 2 (kiến thức về từ thông); cuối cùng, là từ thông

qua cuộn dây 2 biến thiên làm xuất hiện trong cuộn dây 2 một hiệu điện thế biến

thiên xoay chiều cùng nhịp độ với sự biến thiên của từ thông. Sự giải thích như

thế là chấp nhận được vì quá trình lập luận chặt chẽ (tuy chỉ ở mức độ định tính)

và kết luận phù hợp với điều quan sát được ở cuộn dây ra.

Tuy nhiên, ở đây còn một điều nữa phải giải thích là: sự khác nhau của

hiệu điện thế ở đầu vào và hiệu điện thế ở đầu ra. Điều này khó khăn hơn vì cần

dùng đến những kiến thức mà học sinh chưa biết. Bởi vậy, không thể yêu cầu họ

giải thích được mà chỉ có thể yêu cầu họ nhận xét dựa trên qui nạp thực nghiệm

là: trong hai cuộn dây, cuộn nào có số vòng dây lớn hơn sẽ có hiệu điện thế lớn

hơn.

2. Con đường thứ hai: dựa trên những định luật vật lí, những đặc tính vật lí

của sự vật hiện tượng, thiết kế một thiết bị nhằm giải quyết một yêu cầu kĩ thuật

nào đó

Con đường này thực chất là tìm tòi, phát minh lại một thiết bị máy móc

dùng trong kĩ thuật, là một bài tập sáng tạo. Ở đây, hiện tượng vật lí và những

định luật chi phối nó đã biết dưới dạng tổng quát. Yêu cầu tìm tòi là đưa ra một

thiết bị có cấu tạo thích hợp để tạo ra hiện tượng vật lý đáp ứng được một số yêu

cầu cụ thể của sản xuất hay đời sống. Việc nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật của

vật lí theo con đường thứ hai này có thể tiến hành theo các giai đoạn sau:

a) Giai đoạn 1: Xác định rõ những định luật, qui tắc vật lí ta sẽ phải sử

dụng để chế tạo thiết bị kĩ thuật mới

Việc nhìn lại con đường đã dẫn đến nhận thức được định luật, qui tắc này

(từ thực tiễn đến kiến thức khái quát) sẽ là một gợi ý rất bổ ích để có thể tìm

ngược lại con đường đi từ những định luật trừu tượng, khái quát đến hiện tượng

cụ thể mà ta cần tạo ra trong các thiết bị kĩ thuật. Thí dụ như: khi xây dựng định

luật cảm ứng điện từ, ta đã làm nhiều thí nghiệm kiểm tra tính đúng đắn của giả

thuyết cho rằng: sự biến thiên của từ thông qua tiết diện của khung dây dẫn kín là

nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong khung dây. Một trong những thí

nghiệm đó là: thay đổi góc α ( αφ cos..SB= ) nghĩa là cho khung dây quay trong

từ trường. Điều đó sẽ định hướng cho học sinh chế tạo một máy phát điện bằng

cách cho một cuộn dây quay trong một từ trường.

b) Giai đoạn 2: Đưa ra nhiệm vụ thiết kế một thiết bị có một chức năng xác

định nhằm sử dụng được hiện tượng vật lí vào sản xuất hay đời sống.

c) Giai đoạn 3: Đưa ra một phương án thiết kế thiết bị

Đối chiếu hiện tượng do các định luật, qui tắc vật lí dự đoán được với hiện

tượng yêu cầu thiết bị cần tạo ra để đưa ra các phương án thiết kế thiết bị. Ở đây,

cần vận dụng những kiến thức và kinh nghiệm của mình để tìm phương án thiết

kế phù hợp. Những vấn đề thường gặp trong thiết kế, chế tạo thiết bị kĩ thuật là:

- Tăng cường độ của một đại lượng nào đó đến mức độ đủ lớn để có thể sử

dụng được trong sản xuất (thí dụ: tăng cường độ của dòng điện cảm ứng trong

khung dây).

- Đảm bảo sự xuất hiện liên tục của một hiện tượng (thí dụ: duy trì dòng

điện trong pin).

- Điều khiển để hiện tượng xảy ra theo một hướng, ở một thời điểm có lợi

cho công việc mà ta mong muốn (thí dụ: thời điểm nổ của nhiên liệu, hướng

chuyển động của pittông trong động cơ đốt trong, tập trung ánh sáng phản xạ vào

một điểm trong gương cầu lõm).

- Chuyển được hiệu quả của hiện tượng xảy ra trong thiết bị ra ngoài để sử

dụng (thí dụ: máy phát điện, hiện tượng quang điện).

- Phối hợp hiện tượng xảy ra trong thiết bị với một hiện tượng khác ở bên

ngoài (thí dụ: tốc kế ly tâm hay tốc kế cộng hưởng).

- Đo lường chính xác một đại lượng (thí dụ: đo cường độ dòng điện, đo áp

suất chất khí).

Để đưa ra một phương án giải quyết những vấn đề như thế, có khi phải vận

dụng tổng hợp nhiều kiến thức vật lí và những kiến thức thuộc các lĩnh vực khác

nữa.

Nếu nhiệm vụ giải quyết khá phức tạp thì nên tìm cách chia thành những

nhiệm vụ thành phần đơn giản hơn, cho phù hợp với trình độ học sinh.

d) Giai đoạn 4: Dựa trên phương án thiết kế đã chọn, đưa ra một mô hình

vật chất- chức năng, kèm theo hình vẽ có các bộ phận chính của thiết bị đã chọn,

sắp xếp theo một cách thích hợp và cho mô hình vận hành để sơ bộ kiểm tra tính

hợp lí của thiết kế này. Ví dụ như: gây một tác động ở đầu vào thì ở đầu ra có thu

được hiện tượng mong muốn không.

e) Giai đoạn 5: Dựa trên mẫu thiết kế, lắp ráp một thiết bị thật (bằng vật

thật). Cho thiết bị vận hành để quan sát hiệu quả thu được, kiểm tra tính đúng

đắn, khả thi của thiết kế.

g) Giai đoạn 6: Hoàn chỉnh thiết kế, bổ sung điều chỉnh trên thiết bị thật để

tăng thêm tính hiệu quả. Trong dạy học, đến đây, giáo viên nên đưa ra một thiết

bị cùng loại đang được sử dụng trong kĩ thuật và nói cho học sinh rõ một số chi

tiết khác với mẫu đã thiết kế nhưng đều có cùng một chức năng.

Thí dụ: Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ để chế tạo máy phát điện xoay

chiều

a) Giai đoạn 1: Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại định luật cảm ứng điện

từ, nghĩa là nói rõ: trong điều kiện nào thì trong một khung dây dẫn kín xuất hiện

một dòng điện cảm ứng? Có những cách nào để làm biến thiên từ thông qua

khung dây? Giáo viên có thể làm một vài thí nghiệm trong số những thí nghiệm

đã làm và nhận xét rằng: dòng điện xuất hiện trong khung dây kín rất yếu không

thể dùng để thắp sáng bóng đèn.

b) Giai đoạn 2: Giáo viên đề xuất nhiệm vụ mới: thiết kế một máy có thể

tạo ra một dòng điện cảm ứng xoay chiều đủ mạnh để có thể dùng được trong sản

xuất và đời sống (như thắp đèn, chạy máy…). Ta đã biết: cứ cho khung dây kín

quay trong từ trường thì trong khung xuất hiện dòng điện cảm ứng. Tại sao

không lấy thẳng dòng điện trong khung ra để dùng vào thắp đèn, chạy máy? Qua

thảo luận, đưa đến hai khó khăn, hai vấn đề cần giải quyết:

- Dòng điện trong khung yếu qúa.

- Khung dây quay làm cho dây nối ra ngoài bị xoắn lại và sẽ đứt.

Vậy thì máy phát điện cần thiết kế phải giải quyết hai vấn đề trên. Bây giờ,

ta giải quyết từng vấn đề.

c) Giai đoạn 3:

- Làm thế nào để cho dòng điện trong khung mạnh lên? Cuộc thảo luận đi

đến giải pháp là: thay khung dây bằng cuộn dây có nhiều vòng và cho cuộn dây

quay nhanh trong từ trường. Như vậy, phải gắn cuộn dây với một trục quay, một

đầu nối với một tay quay để dễ dàng quay nhanh hơn.

- Để có thể lấy được dòng điện ở trong khung ra ngoài mà dây ở chỗ lấy ra

không bị xoắn đứt thì làm thế nào? Cuộc thảo luận đưa ra một số cách làm như

sau:

1) Cho hai đầu cuộn dây luôn luôn chạm vào hai tấm kim loại phẳng đứng

yên trong khi cuộn dây quay.

2) Hai đầu cuộn dây luôn luôn chạm vào hai tấm lá đồng uốn thành hình

trụ đặt song song với trục quay. Hai tấm đồng nối với hai dây dẫn đưa dòng điện

ra ngoài.

3) Hai đầu cuộn dây nối với hai vòng kim loại đồng trục, mỗi đầu dây nối

với một vòng kim loại. Khi khung quay kéo theo hai vòng kim loại. Hai thanh

quét lấy điện ra ngoài luôn tì lên các vòng kim loại.

Phương án 1) bị loại bỏ vì khá phức tạp, không tiện dụng. Các phương án

2) và 3) tương đương nhau nhưng phương án 3 gọn nhẹ hơn.

d) Giai đoạn 4:

Đưa ra mô hình kèm theo hình vẽ (Hình 5). Giáo viên giúp học sinh thể

hiện phương án 3 trên hình vẽ, chủ yếu là bộ vành khuyên, thanh quét để lấy điện

từ trong khung ra ngoài. Sau đó cho mô hình hoạt động để sơ bộ kiểm tra tính

hợp lí của phương án đã thiết kế.

e) Giai đoạn 5: Vì trong hoàn

cảnh lớp học không có điều kiện để

học sinh tham gia vào việc lắp ráp

một thiết bị tương đối phức tạp như

trên nên giáo viên có thể đưa ra máy

phát điện quay tay đơn giản có sẵn Hình 5. Mô hình máy phát điện xoay chiều

trong phòng thí nghiệmđể học sinh

quan sát cấu tạo và hiệu quả của máy (làm sáng nhấp nháy một bóng đèn).

g) Giai đoạn 6: Nếu có điều kiện, giáo viên cho học sinh xem một máy

phát điện xoay chiều thật dùng trong sản xuất; nếu không thì dùng hình vẽ, tranh

giáo khoa.

2.6. BỒI DƯỠNG CHO HỌC SINH CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN

THỨC VẬT LÍ PHỔ BIẾN

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 phương pháp mà các nhà khoa học đã dùng để

nghiên cứu vật lí, để tìm chân lí (phương pháp nhận thức vật lí).

Tuy nhiên, sử dụng được thành thạo một phương pháp nhận thức khoa học

là một việc khó, đòi hỏi trình độ tư duy phát triển và kinh nghiệm phong phú.

Không thể qua một vài bài dạy về phương pháp nhận thức mà có thể hiểu được,

sử dụng được. Phương pháp là sự vận động của nội dung. Giáo viên cần phải

thông qua việc hướng dẫn học sinh nghiên cứu một nội dung cụ thể mà khái quát

hoá lên thành phương pháp nhận thức, sau đó lại tiếp tục vận dụng phương pháp

này cho nghiên cứu các nội dung khác; nhờ thế, mà nắm vững cả nội dung và

phương pháp đã sử dụng để đạt được nội dung đó.

Có hai phương pháp nhận thức được dùng phổ biến ở trường phổ thông là

phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình.

2.6.1. Phương pháp thực nghiệm

1. Nội dung của phương pháp thực nghiệm

Vật lí học ở trường phổ thông hiện nay chủ yếu là vật lí thực nghiệm.

Phương pháp thực nghiệm do Galilê sáng lập ra và được các nhà khoa học khác

hoàn chỉnh. Spaski đã nêu lên thực chất của phương pháp thực nghiệm như sau:

“Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả

thuyết (dự đoán). Giả thuyết đó không chỉ đơn thuần là sự tổng quát hoá các sự

kiện thực nghiệm đã làm. Nó còn chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn

trong từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận lôgic và bằng toán học, các nhà

khoa học có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự

kiện mới trước đó chưa biết đến. Những hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng

thực nghiệm mà kiểm tra lại được, và nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng

định một giả thuyết, biến giả thuyết thành định luật vật lí chính xác”.

Như vậy, phương pháp thực nghiệm không phải là làm thí nghiệm đơn

thuần, không phải là sự qui nạp giản đơn (như chủ nghĩa qui nạp thực nghiệm)

mà là sự phân tích sâu sắc các sự kiện thực nghiệm, tổng quát hóa nâng lên mức

lí thuyết và phát hiện ra bản chất của sự vật. Đó là sự thống nhất giữa thí nghiệm

và lí thuyết nhằm mục đích nhận thức thiên nhiên.

Phương pháp thực nghiệm hiểu theo nghĩa trên là bao gồm cả quá trình tìm

tòi từ ý tưởng ban đầu đến kết luận cuối cùng. Nhưng trong sự phát triển của vật

lí học, có khi quá trình phát sinh ra một định luật rất lâu dài và phức tạp, mỗi nhà

bác học chỉ thực hiện một khâu trong quá trình đó. Thí dụ như: Maikenxơn trong

hơn 20 năm làm thí nghiệm đo vận tốc ánh sáng truyền theo chiều quay của trái

đất và theo chiều ngược lại cốt để kiểm tra lại giả thuyết về “gió ête” đã có từ

trước. Ông nổi tiếng là nhà vật lí thực nghiệm vì thiết bị thí nghiệm do ông chế

tạo ra (giao thoa kế) đã đạt mức độ chính xác cao. Anhstanh đã tin tưởng ở kết

quả thí nghiệm đó và dùng nó làm tiên đề cho thuyết tương đối của ông. Bởi thế,

ngày nay có thể hiểu phương pháp thực nghiệm theo nghĩa hẹp chỉ gồm hai giai

đoạn sau: “Từ giả thuyết rút ra hệ quả và dùng thí nghiệm để kiểm tra lại hệ quả

đó”.

2. Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

Để giúp học sinh có thể bằng hoạt động của bản thân mình mà tái tạo,

chiếm lĩnh được các kiến thức vật lí thực nghiệm thì tốt nhất là giáo viên tổ chức

cho họ trải qua các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm như sau:

- Giai đoạn 1: Giáo viên mô tả một hoàn cảch thực tiễn, hay biểu diễn một

vài thí nghiệm và yêu cầu các em dự đoán diễn biến của hiện tượng, tìm nguyên

nhân hoặc xác lập một mối quan hệ nào đó; tóm lại là nêu lên một câu hỏi mà học

sinh chưa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời được.

- Giai đoạn 2: Giáo viên hướng dẫn, gợi ý cho học sinh xây dựng một câu

dự đoán ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mỉ, kĩ lưỡng, vào kinh nghiệm bản thân,

vào những kiến thức đã có… (Ta gọi là xây dựng giả thuyết). Những dự đoán này

có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lí nhưng chưa chắc chắn.

- Giai đoạn 3: Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgic hay suy luận toán học,

suy ra một hệ quả: dự đoán một hiện tượng trong thực tiễn, một mối quan hệ giữa

các đại lượng vật lí.

- Giai đoạn 4: Xây dựng và thực hiện một phương án thí nghiệm để kiểm

tra xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp với kết quả thực nghiệm không. Nếu

phù hợp thì giả thuyết trên trở thành chân lí, nếu không phù hợp thì phải xây

dựng một giả thuyết mới.

- Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức. Học sinh vận dụng kiến thức để giải

thích hay dự đoán một số hiện tượng đơn giản trong thực tiễn dưới hình thức các

bài tập. Thông qua đó, trong một số trường hợp, sẽ đi tới giới hạn áp dụng của

kiến thức và xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mới cần giải quyết.

3. Các mức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí

Những bài học mà học sinh có thể tham gia đầy đủ vào 5 giai đoạn trên

không nhiều. Đó là những bài mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự

phân tích quá phức tạp và có thể kiểm tra giả thuyết bằng những thí nghiệm đơn

giản sử dụng những dụng cụ đo lường mà học sinh đã quen thuộc. Thí dụ như:

các bài định luật về rơi tự do, định luật 3 của Niutơn, qui tắc mô men về sự cân

bằng của các vật quay quanh một trục, định luật Bôilơ- Mariốt, định luật phản xạ

ánh sáng…

Trong nhiều trường hợp, học sinh gặp khó khăn không thể vượt qua được

thì có thể sử dụng phương pháp thực nghiệm ở các mức độ khác nhau, thể hiện ở

mức độ học sinh tham gia vào các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm.

4. Thí dụ: Bài học về định luật cảm ứng điện từ (lớp 11)

a) Đầu tiên, giáo viên nhắc lại thí nghiệm Ơcstet mà học sinh đã biết:

Chung quanh dây dẫn có dòng điện chạy qua có một từ trường, nói cách khác là

dòng điện sinh ra từ trường. Một câu hỏi thông thường hay đặt ra là: Ngược lại,

từ trường có thể sinh ra được dòng điện hay không và trong trường hợp nào có

thể sinh ra được?

Đối với đa số học sinh thì phần đầu tiên của câu hỏi là quá khó. Câu trả lời

dòng điện có thể sinh ra từ trường là một phát minh vĩ đại của nhà bác học thiên

tài Farađây. Nhưng ngày nay, người ta đã biết cách dùng nam châm để tạo ra

dòng điện, cho nên giáo viên có thể thực hiện một thí nghiệm đơn giản để qua đó

học sinh có thể thấy ngay rằng có thể dùng từ trường để tạo ra dòng điện. Vấn đề

còn lại là: Trong trường hợp nào thì từ trường có thể tạo ra dòng điện? Thí

nghiệm được tiến hành như sau:

- Đưa một cực của một thanh nam châm lại gần một ống dây kín: trong ống

dây có dòng điện.

- Đặt nam châm đứng yên trong ống dây: trong ống dây không có dòng

điện.

- Kéo nam châm ra xa ống dây: trong ống dây có dòng điện.

b) Xây dựng giả thuyết: Giáo viên yêu cầu học sinh dự đoán nguyên nhân

nào sinh ra dòng điện trong ống dây?

Về mặt hình thức, học sinh có thể nhận ra nguyên nhân chung sau ba lần

thí nghiệm trên: khi có chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây thì

trong ống dây xuất hiện dòng điện. Nói cách khác: chuyển động tương đối giữa

nam châm và ống dây là nguyên nhân sinh ra dòng điện trong ống dây (gọi là

dòng điện cảm ứng).

c) Từ giả thuyết trên, suy ra hệ quả: đối với mọi nam châm, khi không có

chuyển động tương đối với ống dây thì trong ống dây không có dòng điện cảm

ứng.

d) Thí nghiệm kiểm tra: dùng một nam châm điện có dòng điện thay đổi

được. Đặt nam châm điện nằm im bên trong ống dây và hoàn toàn cách điện với

ống dây. Làm thay đổi dòng điện qua nam châm điện (bằng một biến trở), trong

ống dây vẫn có dòng điện cảm ứng.

Như vậy, kết quả thí nghiệm không phù hợp với hệ qủa dự đoán. Giả

thuyết ở trên là không đúng, phải xây dựng giả thuyết mới.

Giáo viên gợi ý cho học sinh: giả thuyết mới phải tìm ra nguyên nhân

chung của hai thí nghiệm trên. Ở đây, có khó khăn cao hơn vì về mặt hình thức

bên ngoài, không trực tiếp quan sát được điểm chung nào, cần phải phân tích sâu

sắc hơn. Giáo viên gợi ý thêm rằng: có lẽ ở đây không phải là mối quan hệ trực

tiếp giữa nam châm và ống dây mà là giữa từ trường của nam châm với ống dây,

nhưng ta không quan sát được trực tiếp từ trường. Vậy làm thế nào mà phát hiện

ra những biến đổi của từ trường đối với ống dây? Học sinh đã biết mô hình

đường cảm ứng từ để biểu diễn từ trường. Giáo viên hướng dẫn học sinh vẽ

những đường cảm ứng từ của nam châm và suy nghĩ xem trong hai thí nghiệm

trên, đường cảm ứng từ qua ống dây biến đổi thế nào?

Giáo viên có thể dùng bản giấy trong suốt có vẽ nam châm và các đường

cảm ứng từ để di chuyển bên trên một bản giấy trắng vẽ ống dây.

Nhờ mô hình đường cảm ứng từ trên, học sinh có thể phát hiện ra trong hai

thí nghiệm trên có điểm chung là: khi số đường cảm ứng từ qua ống dây biến đổi

thì trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng và đưa ra giả thuyết mới: dòng

điện cảm ứng xuất hiện trong ống dây khi từ thông qua ống dây biến đổi.

Kiểm tra giả thuyết mới: Học sinh đã biết công thức tính từ thông qua tiết

diện S của ống dây αφ cos..SB= . Vậy bằng cách khác làm biến đổi từ thông qua

tiết diện S của ống dây thì cũng sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng, ví dụ như giữ

nguyên B và S mà thay đổi góc α , nghĩa là cho ống dây (hay một cuộn dây) quay

xung quanh một trục trong từ trường.

Thí nghiệm kiểm tra: Giáo viên có thể dễ dàng lấy một máy phát điện nhỏ

trong đó có một cuộn dây quay trong từ trường của một nam châm móng ngựa.

Học sinh quan sát thấy dòng điện cảm ứng làm sáng một bóng đèn nhỏ. Như vậy,

giả thuyết mới đã được khẳng định và có thể phát biểu thành định luật cảm ứng

điện từ.

c) Các ứng dụng kỹ thuật của định luật cảm ứng điện từ sẽ được nghiên

cứu tiếp trong những bài sau.

2.6.2. Mô hình và phương pháp mô hình

1. Định nghĩa mô hình

Khái niệm mô hình được sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thông thường

hàng ngày với những ý nghĩa rất khác nhau. Trong các môn khoa học tự nhiên,

học sinh thường gặp mô hình tế bào, mô hình lò cao, mô hình động cơ đốt trong

tức là vật có cấu tạo không gian giống như vật mà ta cần nghiên cứu. Mô hình

phân tử, mô hình nguyên tử lại mô tả những vật thể mà ta chỉ biết được những

tính chất của chúng, chứ không quan sát trực tiếp được. Mô hình quá trình dạy

học, mô hình bài học lại không phản ánh một vật thể nào cả, mà là phản ánh một

sự kiện trừu tượng. Mô hình con người mới, mô hình nhà trường phổ thông được

hiểu là mẫu mực mà ta phải vươn tới, chứ không phải là phỏng theo một thực thể

đang tồn tại.

Trong vật lí học, V.A Stôphơ đã định nghĩa mô hình như sau:

“Mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện

một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng

nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta

những thông tin mới về đối tượng”.

Theo định nghĩa này, cần đặc biệt chú ý sự khác biệt giữa mô hình với đối

tượng vật chất. Một mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng vật

chất. 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.

Trong vật lí học, mô hình có các chức năng sau:

- 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.

Một mô hình không phải chỉ dùng để mô tả và giải thích các hiện tượng vật

lí mà hơn thế nữa, nó còn được dùng để tiên đoán những hiện tượng mới. Không

có chức năng tiên đoán này, mô hình mất đi vai trò quan trọng của nó trong khoa

học.

2. Các loại mô hình sử dụng trong vật lí học

Ta có thể phân các mô hình vật lí thành hai loại:

a) Mô hình vật chất

Là mô hình bằng vật thể, trên đó phản ánh những đặc trưng cơ bản về mặt

hình học, vật lí học, động lực học, chức năng học của đối tượng nghiên cứu.

Thí dụ: mô hình máy bay, mô hình hệ mặt trời, mô hình động cơ đốt

trong… Loại mô hình này chỉ sử dụng ở giai đọan thấp của quá trình nhận thức,

khi cần hình thành những biểu tượng hoặc thu thập kiến thức có tính chất kinh

nghiệm. Những kiến thức thu được trên mô hình là những tính chất bên ngoài của

hiện tượng, của đối tượng thực.

b) Mô hình lí tưởng (hay mô hình lí thuyết)

Là những mô hình trừu tượng, trên đó về nguyên tắc người ta chỉ áp dụng

những thao tác tư duy lí thuyết. Các phần tử của mô hình và đối tượng nghiên

cứu thực có thể có bản chất vật lí hoàn toàn khác nhau nhưng hoạt động theo

những qui luật giống nhau. Các mô hình lí thuyết có thể có rất nhiều loại, tuỳ

theo mức độ trừu tượng khác nhau.

- Mô hình kí hiệu

Đó là hệ thống những kí hiệu được dùng để mô tả, thay thế một sự vật hiện

tượng vật lí. Trong vật lí rất hay sử dụng loại mô hình toán học.

·Mô hình công thức toán là những mô hình có bản chất vật lí khác với vật

gốc, chúng diễn tả những đặc tính của vật gốc bằng một hệ thức toán học. Chẳng

hạn như: tất cả các đại lượng q biến thiên thoả mãn phương trình 0.2 =+ qq ω&& đều

biến thiên theo một quy luật dao động điều hoà. Bởi vậy, có thể dùng công thức

đó như mô hình của mọi dao động điều hoà, không phụ thuộc bản chất dao động.

Mục đích của mô hình hoá là thay thế đối tượng nghiên cứu bằng phương trình

sao cho có thể thu được 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 được (lực đàn hồi) để xây dựng mô hình dao động cơ học, sau đó dùng

mô hình này để nghiên cứu dao động điện không quan sát trực tiếp được.

·Mô hình đồ thị: Thông thường, một định luật vật lí được biểu diễn bằng

một công thức toán học hoặc đồ thị tương ứng. Vậy đồ thị cũng là một loại mô

hình, nhưng nhiều khi trong vật lí học, người ta xây dựng được đồ thị biểu diễn

mối liên hệ giữa hai đại lượng trước khi xây dựng được công thức biểu diễn nó.

Dựa vào đồ thị, người ta mới xây dựng được công thức biểu diễn nó. Nhiều khi

đồ thị diễn tả được những diễn biến phức tạp mà công thức toán học không làm

được.

Trong nhiều trường hợp, có thể dựa vào đồ thị để giải thích sự diễn biến

của hiện tượng (theo quan điểm vĩ mô- quan điểm hiện tượng luận). Chẳng hạn

như: người ta thường dựa vào đặc tuyến vôn- ampe của tranzito để chọn điểm

làm việc của nó. Ngược lại, với một điểm làm việc nhất định, thì dựa vào đặc

tuyến vôn- ampe, ta có thể biết được tranziton 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 lượng vật lí, mà còn mang nhiều thông tin quí báu khác. Đó chính là chức

năng tiên đoán của đồ thị. Thí dụ như: đồ thị đường đẳng tích và đường đẳng áp

đã cho ta tiên đoán sự tồn tại của độ không tuyệt đối.

·Mô hình lôgic- toán: Mô hình này dựa trên ngôn ngữ toán học và được 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 được vật chất hoá. Những hiện tượng hoặc quá

trình nghiên cứu được mô hình hoá dưới dạng chương trình của máy tính, nghĩa

là hệ thống quy luật đã được mã hoá theo ngôn ngữ của máy, chương trình này có

thể coi như algorit của các hành vi của đối tượng nghiên cứu.

- Mô hình biểu tượng

Mô hình biểu tượng là dạng trừu tượng nhất của mô hình lí tưởng. Những

mô hình biểu tượng không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà chỉ có trong

tư duy của ta. Ta chỉ nêu algorit 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, người ta có thể hiểu được

hành vi của mô hình (và do đó của đối tượng cần nghiên cứu) bằng suy luận

lôgic. Thí dụ: mô hình phân tử trong thuyết động học phân tử của chất khí là mô

hình mang nhiều đặc tính không thể diễn tả bằng một vật cụ thể hay một kí hiệu

(quả cầu đàn hồi, có lực hút, lực đẩy, chuyển động hỗn loạn…).

Mô hình biểu tượng nhiều khi được vật chất hoá dưới một dạng nào đó để

hỗ trợ cho quá trìmh tư duy.

Trong vật lí học, những mô hình biểu tượng có tác dụng to lớn đối với qúa

trình nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng. Mô hình kí hiệu và mô hình

biểu tượng trong sáng tạo khoa học vật lí liên quan mật thiết với nhau và có ảnh

hưởng đến sự phát triển của nhau.

3. Phương pháp mô hình trong vật lí học

Trong phương pháp mô hình, người ta xây dựng các mô hình mang những

tính chất cơ bản của vật thể, hiện tượng, quá trình và mối liên hệ giữa chúng.

Việc nghiên cứu trên mô hình sẽ thay thế cho việc nghiên cứu trên chính đối

tượng thực, những kết quả nghiên cứu trên mô hình sẽ chuyển sang cho đối

tượng gốc, cho phép ta thu được những thông tin mới về đối tượng gốc, dự đoán

được những tính chất, hiện tượng mới có thể có của vật gốc.

a) Cơ sở lí thuyết của phương pháp mô hình

Cơ sở lí thuyết của phương pháp mô hình là lí thuyết tương tự. Theo lí

thuyết này, dựa vào sự giống nhau một phần về các tính chất hay về các mối quan

hệ, ta có thể chuyển những thông tin thu thập được từ một đối tượng này sang

một đối tượng khác. Thuật ngữ “đối tượng” ở đây dùng theo nghĩa rộng, chỉ một

vật thể (hoặc hệ vật thể) hoặc một hình ảnh (hoặc một hệ hình ảnh) trừu tượng

hay một sơ đồ lôgic.

Giả sử có một đối tượng A mà ta đã biết có những tính chất a1, a2, a3,…, an,

an+1, còn khi nghiên cứu một đối tượng B, ta chỉ thấy B có những tính chất a1, a2,

a3,…, an giống như đối tượng A. Ta có thể suy ra rằng : B cũng có tính chất an+1

như đối tượng A, nếu giữa a1, a2, a3,…, an+1 có một quy luật lôgic gắn bó.

Rõ ràng kết luận rút ra trên từ suy luận tương tự chỉ có tính chất là một giả

thuyết, là nguồn gốc tri thức mới. Giả thuyết đó chỉ trở thành chân lí khoa học

khi chúng được kiểm tra và xác nhận bằng thực nghiệm.

Sở dĩ suy luận bằng phép tương tự đã đạt được những kết quả đáng tin cậy,

trở thành một phương pháp có hiệu lực trong khoa học vì theo Keđrốp: Sự tương

tự có nguyên nhân sâu xa là sự thống nhất bản chất bên trong của những hiện

tượng khác nhau, sự thống nhất có tính tổng quát của các định luật chung chi

phối những định luật riêng.

Trước hết, chúng tương tự với nhau vì chúng tuân theo những mối quan hệ

nhân quả. Dựa trên sự tương tự giữa các hệ quả mà người ta có thể đưa ra sự

tương tự giữa các nguyên nhân và ngược lại. D. Didorot đã viết: “Trong vật lí

học, tất cả những hiểu biết của chúng ta đều dựa vào sự tương 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 lí sẽ ra sao? Có cần phải đi tìm nguyên nhân của tất cả các sự

kiện tương tự, không loại trừ gì hết? Liệu điều đó có thực hiện được không? Y

học và những lĩnh vực của vật lí sẽ như thế nào nếu không có nguyên lí tương tự

đó… Có thể rút ra được kết luận gì từ rất nhiều sự kiện thực nghiệmvà quan

sát?”.

Trong lịch sử khoa học, phương pháp tương tự đã dẫn đến nhiều phát minh

vĩ đại. Đa số những giả thuyết khoa học ngày nay đều được đề xuất dựa trên sự

tương tự với những nguyên lí, những tiên đề hoặc những kết quả đã có từ trước

trong khoa học và đã được thực nghiệm xác nhận là đúng đắn.

b) Các giai đoạn của phương pháp mô hình

Trong vật lí, phương pháp mô hình nói chung gồm 4 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Thu thập các thông tin về đối tượng gốc

Bằng quan sát thực nghiệm, kinh nghiệm, những kiến thức đã biết, người

ta xác lập được một tập hợp những tính chất của đối tượng nghiên cứu. Giai đoạn

này còn được gọi là tập hợp các sự kiện ban đầu làm cơ sở để xây dựng mô hình.

- Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình

Thông thường, do kết quả của sự tương tự, người ta đi đến hình dung sơ bộ

về sự vật, hiện tượng cần nghiên cứu, tức là đi đến một mô hình sơ bộ, chưa đầy

đủ. Trong giai đoạn này, trí tưởng tượng và trực giác giữ vai trò quan trọng. Nhờ

có trí tưởng tượng và trực giác, người ta mới trừu xuất được những tính chất và

những mối quan hệ thứ yếu của đối tượng nghiên cứu, thay nó bằng mô hình chỉ

mang tính chất và những mối quan hệ chính mà ta phải quan tâm. Mô hình lúc

ban đầu mới có ở trong óc người nghiên cứu. Nó trở thành mẫu dựa vào đó nhà

nghiên cứu xây dựng những mô hình thật (nếu nhà nghiên cứu dùng phương pháp

mô hình vật chất). Trong trường hợp mô hình lí tưởng thì người ta đem đối chiếu

trong óc mô hình với những vật, những hiện tượng mà người ta đã quen biết.

Chẳng hạn: trong thuyết động học phân tử chất khí, người ta đã trừu xuất những

chi tiết về cấu trúc của các phân tử 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.

- Giai đoạn 3: Thao tác trên mô hình, suy ra hệ qủa lí thuyết

Sau khi xây dựng mô hình, người ta áp dụng những phương pháp lí thuyết

hoặc thực nghiệm khác nhau tác động trên mô hình và thu được kết quả, những

thông tin mới. Đối với các mô hình vật chất thì người ta làm thí nghiệm thực trên

mô hình. Còn đối với mô hình lí tưởng thì tiến hành thao tác trên mô hình trong

óc, tức là áp dụng những phép tính hay những phép suy luận lôgic trên các kí

hiệu. Người ta coi công việc này như làm một thí nghiệm đặc biệt, gọi là thí

nghiệm lí tưởng. Thí nghiệm lí tưởng tuy không có thật nhưng có vai trò rất lớn

trong khoa học. Theo Heisenberg, những thí nghiệm đó được sáng tạo ra để giải

thích những vấn đề đặc biệt quan trọng, bất kể là thực tế ta có thể thực hiện được

thí nghiệm đó hay không. Dĩ nhiên, điều quan trọng là thí nghiệm đó có thể thực

hiện được về nguyên tắc, mặc dù kĩ thuật thực nghiệm của nó có thể rất phức tạp.

Trong phương pháp mô hình lí tưởng, người ta đã biết trước hành vi của

mô hình trong những điều kiện xác định theo những quy luật riêng. Điều người ta

muốn biết thêm là hệ quả của những hành vi đó như thế nào?

Thí nghiệm lí tưởng thực chất là một thao tác lôgic, chứ không phải là một

phương pháp nghiên cứu khách quan, những kết quả trên mô hình phải được

chuyển về đối tượng nghiên cứu (đối tượng gốc) xem có phù hợp hay không.

- Giai đoạn 4: Thực nghiệm kiểm tra

Bản thân mô hình là một sản phẩm của nhận thức nên cần phải kiểm tra sự

đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu được từ mô hình với những kết

quả thu được trực tiếp từ đối tượng gốc. Nếu sai lệch thì phải điều chỉnh ngay

chính mô hình, có trường hợp phải bỏ hẳn mô hình đó và thay bằng một mô hình

khác. Thí dụ như: mô hình cấu tạo chất khí lí tưởng vừa là đối tượng nhận thức

vừa là phương 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 lí mô hình khí lí tưởng

và phải xây dựng mô hình khí thực.

Nếu bản thân mô hình không phải là đối tượng của nhận thức mà chỉ là

phương tiện để nghiên cứu thì việc xử lí kết quả, hợp thức mô hình là phải phân

tích những kết quả thu được trên mô hình thành những thông tin thực về đối

tượng nghiên cứu (thí dụ như: mô hình kĩ thuật, mô hình toán học…). Nếu những

thông tin ấy không phù hợp với thực tiễn thì cũng phải chỉnh lí lại mô hình.

Mỗi mô hình chỉ phản ánh được một hay một số mặt của đối tượng nghiên

cứu, còn nhiều mặt khác thì không phản ánh được, thậm chí phản ánh sai lệch.

Những mô hình đã được 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 người ta có thêm thông tin chính xác hơn về

đối tượng gốc.

4. Thí dụ về việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

Sử dụng mô hình đường cảm ứng từ trong dạy học về từ trường và hiện

tượng cảm ứng điện từ (lớp 11)

a) Giai đoạn 1: Học sinh đã biết rằng: Nếu để một kim sắt lại gần một nam

châm thì kim sắt sẽ bị nam châm tác dụng một lực hút. Giáo viên giới thiệu hai

sự kiện mới sau đây mà học sinh có thể quan sát được qua thí nghiệm đơn giản:

Đặt nam châm lên một tấm bìa nằm ngang rồi rắc mạt sắt chung quanh

nam châm và gõ nhẹ tấm bìa, sẽ thấy: Các mạt sắt sắp xếp theo một trật tự xác

định, có dạng như những đường cong tập trung vào hai cực của nam châm. Nếu

ta lại gõ nhẹ tấm bìa, từng “đường cong mạt sắt” có thể thay đổi nhưng hình dạng

tổng thể của hệ thống các đường cong này vẫn không đổi.

Khi di chuyển một nam châm nhỏ có trục quay dọc theo một trong những

đường cong đó, thì thấy: ở mỗi điểm trên đường cong đó, kim nam châm luôn có

một hướng xác định, trục nam- bắc của kim nam châm luôn tiếp tuyến với đường

cong. Điều đó có nghĩa là: lực tác dụng của nam châm vào cực bắc của kim nam

châm tại mỗi điểm có một hướng xác định, hướng đó thay đổi theo vị trí của kim

nam châm trong không gian quanh nam châm.

b) Giai đoạn 2

- Giáo viên hướng dẫn học sinh dựa vào dạng của các “đường cong mạt

sắt” để vẽ các đường cong và các véc tơ lực tác dụng lên cực bắc của kim nam

châm ở các điểm liên tiếp trên các đường cong đó. Ở đây, học sinh không thể tự

mình vẽ được cả hệ thống đường cong. Vì vậy, sau khi học sinh vẽ được một vài

đường cong chưa đầy đủ, giáo viên thông báo cho học sinh biết: ta có thể vẽ được

những đường cong liên tục để biểu diễn phương, chiều của lực từ tác dụng lên

cực bắc của kim nam châm đặt tại mỗi điểm trong không gian quanh nam châm.

Đó là những đường cong liên tục nối hai

cực của nam châm sao cho tiếp tuyến tại

mỗi điểm trên đường cong trùng với

phương của véc tơ lực từ tác dụng lên cực

bắc của kim nam châm đặt tại điểm đó và

hướng theo cực bắc của kim nam châm.

Những đường cong đó gọi là những đường

cảm ứng từ (Hình 6).

Hình 6. Các đường cảm ứng từ của

thanh nam châm

- Sau khi vẽ hệ thống đường cảm ứng từ quanh nam châm, giáo viên yêu

cầu học sinh nhận xét xem ở chỗ nào thì lực từ mạnh hơn và ở chỗ đó, sự phân bố

các đường cảm ứng từ có gì khác với chỗ khác. Học sinh dễ dàng nhận thấy rằng:

ở chỗ lực từ mạnh hơn (ở gần hai cực của nam châm) thì các đường cảm ứng từ

mau hơn so với chỗ khác. Trong thí nghiệm, ở chỗ lực từ mạnh hơn thì các

đường cong mạt sắt xít hơn so với những chỗ khác.

Như vậy, mô hình đường cảm ứng từ không những biểu hiện được hướng

mà còn cả độ lớn của lực từ ở mỗi điểm trong không gian quanh nam châm.

- Đến đây, học sinh chỉ mới biết được một đặc tính của khoảng không gian

xung quanh nam châm là tác dụng lực từ lên cực bắc của kim nam châm đặt trong

đó. Giáo viên thông báo thêm rằng: các nhà khoa học đã chứng tỏ được rằng:

trong khoảng không gian xung quanh nam châm có một môi trường vật chất gọi

là từ trường. Ở những bài học sau, học sinh sẽ biết: từ trường tác dụng lực từ

không những lên cực bắc kim nam châm mà còn lên một dây dẫn có dòng điện

chay qua đặt trong nó.

- Cần lưu ý học sinh rằng: tuy số đường cảm ứng từ trên mô hình là một số

hữu hạn theo quy ước của người vẽ nhưng từ trường tồn tại ở mọi điểm trong

không gian quanh nam châm, chứ không chỉ tồn tại trên mặt phẳng tấm bìa nằm

ngang được rắc mạt sắt và cũng không chỉ ở những chỗ vẽ các đường cảm ứng

từ. Giáo viên có thể dùng mô hình vật chất gồm nhiều kim nam châm nhỏ gắn

trên những bản nhựa trong suốt có trục quay trùng với trục của nam châm để

minh hoạ điều này. Khi quay các bản nhựa đó quanh trục quay thì các kim nam

châm vẫn sắp xếp theo những đường cong xác định.

c) Giai đoạn 3 và giai đoạn 4

- Khi nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện từ, thông thường khó có thể

nhận thấy mối quan hệ giữa từ trường của nam châm và dòng điện cảm ứng trong

ống dây chuyển động tương đối so với nam châm. Nhưng học sinh có thể phát

hiện ra điều đó nhờ sử dụng mô hình đường cảm ứng từ vẽ trên bản trong suốt.

Khi đưa mô hình đó lại gần một ống dây được vẽ trên một bản giấy trắng, học

sinh thấy rõ số đường cảm ứng từ qua mặt ống dây tăng lên; ta nói là: từ thông

gửi qua diện tích S của mặt ống dây tăng lên.

- Nếu thay nam châm vĩnh cửu bằng nam châm điện, cũng có thể dễ dàng

nhận xét rằng: nếu tăng cường độ dòng điện vào nam châm điện thì từ trường của

nam châm mạnh lên và trên mô hình, số đường cảm ứng từ sẽ dày đặc hơn. Do

đó, số đường cảm ứng từ đi qua diện tích S của mặt ống dây cũng tăng lên.

Như vậy, việc sử dụng mô hình đường 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 mô hình đường cảm ứng từ, ta có thể dự đoán một hiện tượng mới

như sau: ta có một mạch điện trong đó có dòng điện chay qua nhờ một nguồn

điện (một pin chẳng hạn). Điều gì sẽ xảy ra trong mạch điện, nếu ta đột ngột ngắt

mạch điện khỏi nguồn? Trước khi ngắt mạch, chung quanh dây dẫn có một từ

trường, từ trường này gửi qua mặt giới hạn S của mạch điện một số đường cảm

ứng từ. Khi ngắt mạch điện, từ trường này biến mất, số đường cảm ứng từ qua

mặt S giản đi rất nhanh, nghĩa là từ thông qua mặt S biến thiên rất nhanh. Do đó,

trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng mạnh trong thời gian ngắt mạch ngắn.

Thí nghiệm đã xác nhận điều dự đoán này. Người nào ngắt mạch điện cũng đều

nhận thấy: có một tia lửa điện xuất hiện ở chỗ bị ngắt, đó là tia lửa điện do dòng

điện cảm ứng mạnh gây ra.

- Bằng mô hình đường cảm ứng từ, ta có thể phát hiện ra một điều quan

trọng là: không gian xung quanh dòng điện cũng tồn tại từ trường.

Hiện nay, trong một số sách giáo khoa, thông qua việc nêu ra các thí

nghiệm: thí nghiệm về tương tác giữa thanh nam châm và kim nam châm, thí

nghiệm Ơcstet về tác dụng của dòng điện lên kim nam châm và thí nghiêm Ampe

về tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song để nhận xét về sự tương đương

giữa dòng điện và nam châm, rút ra kết luận: Khoảng không gian xung quanh

nam châm và khoảng không gian xung quanh dòng điện có tính chất giống nhau

là tác dụng lực từ lên kim nam châm đặt trong chúng. Thật ra, từ hướng của các

lực từ tác dụng lên kim nam châm trong các thí nghiệm trên, rất khó rút ra sự

tương đương giữa dòng điện và nam châm. Theo Anhstanh, sự tương đương trên

chỉ thể hiện rõ rệt khi khảo sát từ phổ của thanh nam châm và từ phổ của ống dây

điện có dòng điện không đổi chạy qua. Mô hình đường cảm ứng từ trong cả hai

trường hợp là giống nhau. Như vậy, việc sử dụng mô hình đường cảm ứng từ

giúp ta phát hiện được rằng: khoảng không gian chung quanh dòng điện cũng tồn

tại từ trường giống như khoảng không gian chung quanh nam châm.

- Sự phát hiện ra từ trường của dòng điện và mô hình đường cảm ứng từ

của dòng điện giúp ta dự đoán và giải thích một loạt hiện tượng mới sau này. Ví

dụ như: thay nam châm vĩnh cửu bằng nam châm điện thuận tiện hơn và mạnh

hơn, thay nam châm quay để tạo ra từ trường quay trong động cơ không đồng bộ

ba pha bằng từ trường quay của dòng điện ba pha.

- Cần lưu ý học sinh rằng: mô hình đường cảm ứng từ không thể thay thế

được từ trường thực vì nó chỉ phản ánh được một tính chất của từ trường, còn

những tính chất khác như năng lượng, xung lượng của từ trường không được thể

hiện trong mô hình này.

Chương 3

PHÁT TRIỂN TƯ DUY VÀ NĂNG LỰC SÁNG TẠO

CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

3.1. PHÁT TRIỂN TƯ DUY CỦA HỌC SINH

3.1.1. Tư duy

Tư duy là một quá trình nhận thức khái quát và gián tiếp những sự vật và

hiện tượng của hiện thực trong những dấu hiệu, những thuộc tính bản chất của

chúng, những mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa chúng, đồng thời cũng là

sự vận dụng sáng tạo những kết luận khái quát đã thu được vào những dấu hiệu

cụ thể, dự đoán được những thuộc tính, hiện tượng, quan hệ mới.

Tư duy có những đặc điểm sau:

1. Tư duy phản ánh hiện thực khách quan vào trong óc. Bởi vậy, tư duy có

quan hệ mật thiết với nhận thức cảm tính, sử dụng những tài liệu cảm tính, những

kinh nghiệm thực tế, những cơ sở trực quan sinh động.

2. Tính trừu tượng và khái quát của tư duy: tư duy phản ánh cái bản chất

chung cho nhiều sự vật hiện tượng, đồng thời đã trừu xuất khỏi những sự vật,

hiện tượng đó. Nhờ tính chất trừu tượng và khái quát, tư duy có thể cho phép ta

đi sâu vào bản chất và mở rộng phạm vi nhận thức sang cả những sự vật, hiện

tượng cụ thể mới mà trước đây ta chưa biết.

3. Tính gián tiếp: trong quá trình tư duy, quá trình hoạt động nhận thức của

con người nhanh chóng thoát khỏi những sự vật cụ thể cảm tính mà sử dụng

những khái niệm để biểu đạt chúng, thay thế những sự vật cụ thể bằng những kí

hiệu, bằng ngôn ngữ.

4. Tư duy liên hệ chặt chẽ với ngôn ngữ: ngôn ngữ là phương tiện, là hình

thức biểu đạt của tư duy. Ngôn ngữ cố định lại các kết quả của tư duy, nhờ đó

làm khách quan hoá chúng cho người khác và cho cả bản thân chủ thể tư duy.

Không có ngôn ngữ thì bản thân quá trình tư duy không diễn ra được, đồng thời

các sản phẩm của tư duy cũng không thể sử dụng được.

5. Tính “có vấn đề”: Hoạt động tư duy chỉ bắt đầu khi con người đứng

trước một câu hỏi về một vấn đề mà mình quan tâm nhưng chưa giải đáp được

bằng những hiểu biết đã có của mình, nghĩa là gặp phải tình huống có vấn đề.

3.1.2. Các loại tư duy

Có nhiều cách phân biệt tư duy, dựa theo những dấu hiệu khác nhau. Trong

dạy học vật lí, người ta quan tâm đến những loại tư duy chủ yếu dưới đây:

1. Tư duy kinh nghiệm

Tư duy kinh nghiệm là một tư duy dựa chủ yếu trên kinh nghiệm cảm tính

và sử dụng phương pháp “thử và sai”. Chủ thể phải thực hiện một nhiệm vụ nào

đó, thử mò mẫn thực hiện một số thao tác, hành động nào đó, ngẫu nhiên gặp một

trường hợp thành công, sau đó lặp lại đúng như thế mà không biết nguyên nhân

vì sao. Kiểu tư duy này đơn giản, không cần phải rèn luyện nhiều, có ích trong

hoạt động hàng ngày để giải quyết một số vấn đề trong một phạm vi hẹp. Thí dụ:

đứng trước một máy thu hình có nhiều nút bấm, một học sinh bấm thử tất cả các

nút. Sau một số lần bấm, em đó nhận ra rằng: ấn nút thứ nhất thì có hình ảnh, ấn

nút thứ hai thì có tiếng mà không hiểu tại sao. Kinh nghiệm này không áp dụng

được cho các loại máy thu hình khác, trong đó không có nút bấm mà có núm

xoay hoặc cần gạt.

2. Tư duy lí luận

Tư duy lí luận là loại tư duy giải quyết nhiệm vụ được đề ra dựa trên sử

dụng những khái niệm trừu tượng, những tri thức lí luận. Đặc trưng của loại tư

duy này là:

- Không dừng lại ở kinh nghiệm rời rạc mà luôn hướng tới xây dựng qui

tắc, qui luật chung ngày một sâu rộng hơn.

- Tự định hướng hành động, suy nghĩ về cách thức hành động trước khi

hành động.

- Luôn sử dụng những tri thức khái quát đã có để lí giải, dự đoán những sự

vật, hiện tượng cụ thể.

- Luôn lật đi, lật lại vấn đề để đạt đến sự nhất quán về mặt lí luận, xác định

được phạm vi ứng dụng của mỗi lí thuyết.

Tư duy lí luận rất cần thiết cho hoạt động nhận thức và phải rèn luyện lâu

dài mới có được. Nhờ có tư duy lí luận, con người mới có thể đi sâu được vào

bản chất của sự vật hiện tượng, phát hiện được qui luật vận động của chúng và sử

dụng những tri thức khái quát đó để cải tạo bản thân và làm biến đổi thế giới tự

nhiên, phục vụ lợi ích của mình.

3. Tư duy lôgic

Tư duy lôgic là tư duy tuân theo các qui tắc, qui luật của lôgic học một

cách chặc chẽ, chính xác, không phạm phải sai lầm trong các lập luận, biết phát

hiện ra các mâu thuẫn, nhờ đó mà nhận thức được đúng đắn chân lý khách quan.

Lôgic học là một khoa học nghiên cứu những tư tưởng của con người về

mặt hình thức lôgic của chúng và xây dựng những qui tắc, qui luật mà việc tuân

theo chúng là điều kiện cần để đạt tới chân lí trong quá trình suy luận. Con người

bằng kinh nghiệm của mình đã suy nghĩ theo những qui luật nhất định rất lâu

trước khi những qui luật này được khoa học lôgic khám phá ra. Những qui luật

của lôgic học mà mỗi người sử dụng trong quá trình hoạt động tư duy không phải

là con người tự ý tái tạo ra mà là sự phản ánh những mối liên hệ và quan hệ

khách quan của các sự vật và hiện tượng quanh ta. Bởi thế, dù chưa biết lôgic

học, nhưng con người bằng kinh nghiệm sống của mình đã có thể trao đổi tư

tưởng với nhau, thông hiểu nhau và thống nhất được với nhau trong một số lập

luận, phán đoán. Tuy nhiên, điều đó chỉ xảy ra trong một số trường hợp đơn giản,

còn khi gặp những trường hợp phức tạp thì khó có thể thông hiểu lẫn nhau hoặc

khó phân biệt đúng hay sai, nếu không nắm vững và vận dụng đúng đắn những

qui tắc, qui luật lôgic học. Thí dụ như: học sinh có thể dễ dàng tin rằng lập luận

sau đây là đúng, dù không hiểu lí do vì sao:

Tất cả kim loại đều dẫn điện.

Vật này là kim loại.

Vậy: vật này dẫn điện.

Nhưng họ khó có thể biết rằng lập luận dưới đây là đúng hay sai:

Tất cả kim loại đều dẫn điện.

Vật này dẫn điện.

Vậy: vật này là kim loại.

Tuy nhiên, đối với học sinh ở trường phổ thông, không thể dạy cho họ

lôgic học để sau đó, họ mới vận dụng các qui tắc và qui luật lôgic để suy nghĩ,

lập luận. Trái lại, ta có thể thông qua việc giải quyết những nhiệm vụ cụ thể mà

tích luỹ dần kinh nghiệm và đến một lúc nào đó sẽ tự tổng kết thành những qui

tắc đơn giản thường dùng.

Tư duy lôgic được sử dụng trong mọi lĩnh vực hoạt động nhận thức, cho

nên phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh.

4.Tư duy vật lí

Ta hiểu tư duy vật lí là sự quan sát các hiện tượng vật lí, phân tích một

hiện tượng phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa chúng những

mối quan hệ và những sự phụ thuộc xác định, tìm ra mối liên hệ giữa mặt định

tính và mặt định lượng của các hiện tượng và các đại lượng vật lí, dự đoán các hệ

quả mới từ các lí thuyết và áp dụng những kiến thức khái quát thu được vào thực

tiễn.

Các hiện tượng vật lí trong tự nhiên rất phức tạp, nhưng những định luật

chi phối chúng thường lại rất đơn giản, vì mỗi hiện tượng bị nhiều yếu tố tác

động chồng chéo lên nhau hoặc nối tiếp nhau mà ta chỉ quan sát được kết qủa

tổng hợp cuối cùng. Bởi vậy, muốn nhận thức được những đặc tính bản chất và

qui luật của tự nhiên thì việc đầu tiên là phải phân tích được hiện tượng phức tạp

thành những bộ phận, những giai đoạn bị chi phối bởi một số ít nguyên nhân, bị

tác động bởi một số ít yếu tố, tốt nhất là một nguyên nhân, một yếu tố. Có như

thế, ta mới xác lập được những mối quan hệ bản chất, trực tiếp, những sự phụ

thuộc định lượng giữa các đại lượng vật lí dùng để đo lường những thuộc tính

bản chất của sự vật hiện tượng. Muốn biết những kết luận khái quát thu được có

phản ánh đúng thực tế khách quan không, ta phải kiểm tra lại trong thực tiễn. Để

làm việc đó, ta phải xuất phát từ những kết luận khái quát, suy ra những hệ quả,

dự đoán những hiện tượng mới có thể quan sát được trong thực tiễn. Nếu thí

nghiệm xác nhận hiện tượng mới đúng như dự đoán thì kết luận khái quát ban

đầu mới được xác nhận là chân lí. Mặt khác, việc vận dụng những kiến thức vật lí

khái quát vào thực tiễn tạo điều kiện cho con người cải tạo thực tiễn, làm cho các

hiện tượng vật lí xảy ra theo hướng có lợi cho con người, thoả mãn được nhu cầu

ngày càng tăng của con người.

Trong quá trình nhận thức vật lí như trên, con người sử dụng tổng hợp, xen

kẽ nhiều hình thức tư duy, trong đó có hình thức chung như tư duy lí luận, tư duy

lôgic và những hình thức đặc thù của vật lí học như thực nghiệm, mô hình hoá….

Thí dụ: Quan sát hiện tượng các vật nổi hay chìm trong nước, ta thấy rất

phức tạp. Thông thường, vật nặng thì chìm, vật nhẹ thì nổi, nhưng cũng có trường

hợp vật nặng lại nổi mà vật nhẹ lại chìm. Hai vật nặng như nhau cùng thả trong

nước nhưng một vật thì chìm, vật kia lại nổi. Hình như cả trọng lượng, hình dạng,

kích thước, bản chất của vật, của chất lỏng đều ảnh hưởng đến hiện tượng nổi

này. Sự quan sát trực tiếp những hiện tượng đa dạng đó trong tự nhiên khó có thể

rút ra được điều gì là chung, khó mà phát hiện được qui luật chi phối hiện tượng.

Ta phải phân tích xem có yếu tố nào ảnh hưởng đến hiện tượng nổi và xem xét

từng yếu tố một. Chẳng hạn: vật nhúng trong nước chịu tác dụng của hai lực:

trọng lượng kéo vật xuống và nước đẩy vật lên. Lực đẩy của nước lên vật cũng là

một hiện tượng phức tạp, phụ thuộc vào cả vật và cả chất lỏng: phụ thuộc vào thể

tích của vật và vào trọng lượng riêng của chất lỏng. Cuối cùng thì hiện tượng nổi

của một vật nhúng trong chất lỏng rất đa dạng và phức tạp lại bị chi phối bởi một

loạt những tính chất, qui luật đơn giản sau:

Trọng lượng của vật P=DV.

Lực đẩy của chất lỏng tác dụng lên vật nhúng trong nó bằng trọng lượng

của khối chất lỏng bị chiếm chỗ: F=D’V.

Vật nổi hay chìm là do mối quan hệ giữa P và F quyết định:

P>F → vật chìm xuống

P=F → vật lơ lửng

P<F → vật nổi lên.

3.1.3. Các biện pháp phát triển tư duy của học sinh

1. Tạo nhu cầu hứng thú, kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của học sinh

Tư duy là quá trình tâm lí diễn ra trong óc học sinh. Tư duy chỉ thực sự có

hiệu quả khi học sinh tự giác mang hết sức mình để thực hiện. Tư duy chỉ thực sự

bắt đầu khi trong đầu học sinh xuất hiện một câu hỏi mà chưa có lời giải đáp

ngay, khi họ gặp phải mâu thuẫn giữa một bên là, nhu cầu, nhiệm vụ nhận thức

mới phải giải quyết và một bên là trình độ kiến thức hiện có không đủ để giải

quyết nhiệm vụ đó, cần phải xây dựng kiến thức mới, tìm giải phát mới. Lúc đó,

học sinh vừa ở trạng thái tâm lí hơi căng thẳng, vừa hưng phấn khao khát vượt

qua được khó khăn, giải quyết được mâu thuẫn, đạt được một trình độ cao hơn

trên con đường nhận thức. Ta nói rằng: học sinh được đặt vào “tình huống có vấn

đề”.

Có thể tạo ra nhu cầu, hứng thú bằng cách kích thích bên ngoài, chẳng hạn

như: khen thưởng, sự ngưỡng mộ của bạn bè, gia đình, sự hứa hẹn một tương lai

tươi đẹp, thực tế xây dựng quê hương đất nước… Những sự kích thích này không

được thường xuyên, bền vững và phụ thuộc nhiều vào hoàn cảnh của mỗi học

sinh.

Nhu cầu, hứng thú có thể nảy sinh ngay trong quá trình học tập, nghiên

cứu một môn học, một bài học, nghĩa là từ nội bộ môn học, từ mâu thuẫn nội tại

của quá trình nhận thức.

Những tình huống điển hình hay gặp trong dạy học vật lí là:

a) Tình huống phát triển

Học sinh đứng trước một vấn đề chỉ mới được giải quyết một phần, một bộ

phận, trong một phạm vi hẹp, cần phải được tiếp tục phát triển, hoàn chỉnh, mở

rộng sang những phạm vi mới, lĩnh vực mới. Phát triển hoàn thiện vốn kiến thức

của mình luôn là niềm khao khát của tuổi trẻ. Ngoài ra, như Risa Fâyman nói, đó

cũng là con đường phát triển của khoa học. Quá trình phát triển, hoàn thiện vốn

kiến thức sẽ đem lại những kết quả mới (kiến thức mới, kĩ năng mới, phương

pháp mới) nhưng trong quá trình đó, vẫn có thể sử dụng những kiến thức, kĩ năng

và phương pháp đã biết cho đến lúc gặp mâu thuẫn không thể giải quyết được

bằng vốn hiểu biết cũ.

Thí dụ: học sinh lớp 10 đã biết rằng một vật có khối lượng m chịu tác dụng

của một lực F sẽ thu được một gia tốc a theo định luật thứ hai của Niutơn: F=ma.

Nếu F không đổi thì a cũng không đổi và chuyển động của vật là chuyển động

biến đổi đều. Đến lớp 12, đặt vấn đề áp dụng định luật hai của Niutơn cho trường

hợp vật chịu tác dụng của một lực biến đổi, thí dụ như lực đàn hồi: F=-kx thì vật

sẽ chuyển động như thế nào? Mặc dù vẫn tin tưởng rằng: định luật hai Niutơn

vẫn đúng, nhưng học sinh không thể có ngay một câu trả lời đúng cho câu hỏi đó.

Cần phải thực hiện một chuỗi các suy luận toán học để tìm nghiệm của phương

trình:

xmmakx &&==−

hay 0=+ xmkx&& .

Ta thu được nghiệm x=Asinω t.

Sau khi kiểm tra lại bằng thí nghiệm, ta rút ra được kiến thức mới: vật chịu

tác dụng của lực có dạng F=-kx sẽ chuyển động theo một dao động điều hoà hình

sin.

b) Tình huống lựa chọn

Học sinh đứng trước một vấn đề có mang một số dấu hiệu quen thuộc có

liên quan đến những kiến thức hay nhiều phương pháp giải quyết đã biết, nhưng

chưa biết chắc chắn có thể dùng kiến thức nào hay phương pháp nào sẽ mang lại

kết quả chắc chắn. Học sinh cần phải lựa chọn, thậm chí còn phải làm thử mới

biết được cách nào đem lại kết quả như mong muốn.

Thí dụ: ở lớp 10, khi nghiên cứu sự tương tác bằng va chạm giữa hai vật,

vấn đề được đặt ra là: ngoài khối lượng hai vật, còn đại lượng nào được bảo toàn

trong khi tương tác nữa không? Học sinh không thể trả lời ngay được, nhưng họ

có thể cảm nhận được rằng có hai phương pháp để tìm câu trả lời:

- Một là, ở đây ta có bài toán hai vật va chạm, nghĩa là hai vật tương tác,

chúng tác dụng vào nhau những lực, vậy có thể áp dụng định luật Niutơn để tìm

xem trong quá trình tương tác thì vận tốc biến đổi, gia tốc cũng có thể biến đổi,

hy vọng sẽ tìm ra một đại lượng mới không biến đổi.

- Hai là, theo cách thông thường như vẫn làm từ khi học cơ học, có thể áp

dụng phương pháp thực nghiệm, dựa vào thí nghiệm để tìm tòi.

c) Tình huống bế tắc

Học sinh đứng trước một hiện tượng vẫn thường thấy nhưng không hiểu vì

sao, vẫn coi như một điều bí mật của tự nhiên. Bây giờ, họ được giao nhiệm vụ

phải tìm hiểu nguyên nhân, lí giải rõ ràng nhưng chưa biết dựa vào đâu.

Thí dụ: Trước khi học quang học, nhiều học sinh vẫn thường quan sát thấy

một chiếu que thẳng nhúng vào nước thì thấy như nó bị gãy đi khi nhìn từ trên

xuống, hoặc khi lội qua suối thì thấy hình như suối nông hơn khi đầy nước, cho

nên tưởng nhầm là suối nông nhưng thực ra lại sâu. Những điều đó các em vẫn

thường thấy hàng ngày, nhưng không hiểu tại sao.

d) Tình huống ngạc nhiên bất ngờ

Học sing đứng trước một hiện tượng xảy ra theo một chiều hướng trái với

suy nghĩ thông thường (có tính chất nghịch lí, hầu như khó tin được đó là sự

thực), do đó kích thích sự tò mò, lôi cuốn sự chú ý của họ tìm cách lí giải, phải bổ

sung hoàn chỉnh hoặc phải thay đổi quan niệm cũ sai lầm của mình.

Thí dụ: Học sinh đã biết: một con cá sống bỏ vào nồi nước đun sôi, tất sẽ

chết. Thế nhưng, khi giáo viên biểu dễn một thí nghiệm, trong đó xảy ra một hiện

tượng bất ngờ: con cá vẫn có thể sống trong một ống nghiệm có nước đang sôi.

Cho một con cá nhỏ vào một ống nghiệm thủy tinh đựng nước lạnh lên đến gần

miệng. Đặt ống hơi nghiêng và hơ phần trên

miệng ống lên ngọn lửa đèn cồn cho

đến khi nước trên miệng ống sôi, con

cá vẫn sống và bơi lội ở phần dưới

ống nghiệm. Lưu ý không đun sôi quá

lâu và cũng không dùng ống nghiệm

bằng kim loại.

Hình 7. Cá vẫn sống ở phần dưới, khi

nước ở phần trên ống nghiệm sôi

e) Tình huống lạ

Học sinh đứng trước một hiện tượng lạ có những nét đặc biệt lôi cuốn sự

chú ý của họ mà họ chưa thấy bao giờ.

Thí du: Giáo viên cầm một cái kim khâu bằng sắt thả trêm mặt nước nhưng

kim không chìm mà nổi trên mặt nước hoặc như giáo viên lấy một ống thuỷ tinh

hở hai đầu, có đường kính trong rất nhỏ nhúng đầu dưới vào một cốc đựng dầu

hoả và bật diêm đốt ở đầu trên, học sinh quan sát thấy ngọn lửa mặc dù không

thấy có bấc trong ống.

Chú ý rằng: với cùng một hiện tượng vật lí, giáo viên có thể tạo ra tình

huống này hay tình huống khác, tuỳ theo cách chuẩn bị cho học sinh, nghĩa là

đưa học sinh đến chỗ nhận ra mâu thuẫn bằng cách nào.

Thí dụ: Cùng một trường hợp con cá bơi lội trong ống nghiệm có nước đun

sôi, nếu giáo viên đưa ngay ra cho học sinh, cả lớp nhìn thấy một con cá đang bơi

lội trong ống nghiệm có nước sôi sùng sục, các em có thể reo hò vì lạ mắt, thì đó

là tình huống lạ đã xuất hiện. Nhưng nếu giáo viên dẫn dắt dần dần bằng những

câu gợi ý để cho học sinh tin tưởng chắc chắn ở sự hiểu biết của mình là con cá

chỉ có thể sống trong nước nguội rồi mới đưa ra thí nghiệm con cá bơi lội trong

ống nghiệm có nước đang sôi, làm cho học sinh phải nghi ngờ chính những điều

mà chỉ trước đây mấy phút, họ tin chắc là đúng; như vậy là giáo viên đã đưa họ

vào tình huống bất ngờ.

2. Xây dựng một lôgic nội dung phù hợp với đối tượng học sinh

Vật lí học đưa vào dạy học ở trường phổ thông không phải là vật lí học

được trình bày dưới dạng hiện đại nhất của khoa học, bởi nếu như vậy thì nhiều

khi học sinh không thể hiểu được. Hơn nữa, ta lại yêu cầu học sinh phải tự lực

hoạt động để xây dựng, để chiếm lĩnh kiến thức. Bởi vậy, giáo viên phải tìm một

con đường thích hợp vừa với trình độ học sinh để họ có thể làm được việc ấy.

Mặc dù nhiều khi vật lí học trong nhà trường phổ thông đơn giản, dễ hiểu hơn vật

lí trong khoa học thực sự nhưng không được trái với tinh thần của khoa học hiện

đại. Trong quá trình học lên các lớp trên, kiến thức của học sinh sẽ được hoàn

chỉnh, bổ sung thêm, tiếp cận ngày càng gần hơn với khoa học vật lí hiện đại.

Thí dụ như: để mô tả sự nhanh hay chậm của chuyển động, cần phải xây

dựng khái niệm vận tốc. Ở lớp 7 hiện nay, chỉ có thể đưa ra vận tốc của chuyển

động thẳng đều, biểu diễn bằng công thức v=ts . Tuy nhiên, để mô tả một chuyển

động biến đổi thì phải dùng khái niệm vận tốc tức thời. Nhưng ở lớp 10, học sinh

chưa học vi phân và đạo hàm trong toán học, cho nên phải định nghĩa vận tốc tức

thời một cách đơn giản vt= ts

ΔΔ khi Δ s rất nhỏ. Điều đó chưa thật đúng mà chỉ là

một cách mô tả gần đúng nhưng không sai. Cho đến lớp 12, sau khi học vi phân

và đạo hàm thì mới có thể định nghĩa vận tốc tức thời một cách chính xác

dtds

tsv

tt =ΔΔ

=→Δ 0

lim . Tuy vậy, cũng phải đợi đến sau này lên đại học, mới có thể dùng

đạo hàm véc tơ để định nghĩa vận tốc tức thời một cách đầy đủ.

Sau khi chọn một yêu cầu thích hợp với một nội dung khoa học, còn cần

phải lựa chọn một con đường hình thành thích hợp. Theo quan điểm hoạt động,

dạy học là liên tiếp tổ chức cho học sinh tự lực hoạt động để giải quyết vấn đề,

qua đó mà chiếm lĩnh kiến thức. Bởi vậy, giáo viên cần phải phân chia một vấn

đề lớn thành một chuỗi những vấn đề nhỏ hơn mà học sinh có thể tự lực giải

quyết được với sự hướng dẫn cần thiết của giáo viên. Trong chuỗi các vấn đề nhỏ

ấy, có những vấn đề học sinh có thể vận dụng kiến thức, phương pháp đã biết để

giải quyết và cũng có cả những vấn đề phải đòi hỏi kiến thức mới, phương pháp

mới. Trong chương trình và sách giáo khoa hiện nay, đã đưa ra một lôgic trình

bày kiến thức phù hợp với trình độ chung của đa số học sinh trong cả nước. Tuy

nhiên, đối với mỗi đối tượng học sinh cụ thể ở từng vùng, từng trường, từng lớp,

giáo viên vẫn có thể và cần thiết tự hoạch định ra một con đường thích hợp, có

những nét riêng phù hợp với học sinh của mình để có thể đưa họ đến một mục

tiêu như qui định trong chương trình chung. Xét về mặt này thì công việc của

người giáo viên luôn luôn đòi hỏi một sự sáng tạo, chứ không phải chỉ nhắc đi

nhắc lại như trong lối dạy học giảng giải minh họa, truyền thụ một chiều.

3. Rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hiện các thao tác tư duy, những

hành động nhận thức phổ biến trong học tập vật lí

Trong quá trình nhận thức vật lí, học sinh phải luôn thực hiện các thao tác

chân tay (như: bố trí dụng cụ, sử dụng các dụng cụ đo, thực hiện các phép đo),

các thao tác tư duy (như phân tích, so sánh, khái quát hoá, trừu tượng hoá, cụ thể

hoá), các hành động nhận thức (như xác định đặc tính bản chất của sự vật hiện

tượng, tìm nguyên nhân, xác định mối quan hệ).

Để cho học sinh có thể tự lực hoạt động nhận thức có kết quả và hoạt động

với tốc độ ngày càng nhanh thì giáo viên phải luôn luôn có kế hoạch rèn luyện

cho học sinh. Chính trong quá trình tái tạo các khái niệm, phát hiện các định luật

vật lí, học sinh phải thực hiện các thao tác, hành động nhận thức phổ biến đó.

Những thao tác tư duy lại diễn ra trong đầu học sinh, cho nên giáo viên không thể

quan sát được mà uốn nắn trực tiếp. Mặt khác, học sinh cũng không thể quan sát

được hành động trí tuệ của giáo viên mà bắt chước. Bởi vậy, giáo viên có thể sử

dụng những cơ sở định hướng sau đây để giúp học sinh có thể tự lực thực hiện

những thao tác tư duy đó:

a) Giáo viên tổ chức quá trình học tập sao cho ở từng giai đoạn, xuất hiện

những tình huống bắt buộc học sinh phải thực hiện các thao tác tư duy và hành

động nhận thức mới có thể giải quyết được vấn đề và hoàn thành được nhiệm vụ

học tập.

b) Giáo viên đươc ra những câu hỏi để định hướng cho học sinh tìm những

thao tác tư duy hay phương pháp suy luận, hành động trí tuệ thích hợp.

c) Giáo viên phân tích câu trả lời của học sinh, chỉ ra chỗ sai của họ trong

khi thực hiện các thao tác tư duy và hướng dẫn cách sửa chữa.

d) Giáo viên giúp học sinh khái quát hoá kinh nghiệm thực hiện các suy

luận lôgic dưới dạng những qui tắc đơn giản.

4. Tập dượt để học sinh giải quyết vấn đề nhận thức theo phương pháp

nhận thức của vật lí

Để rèn luyện tư duy vật lí cho học sinh thì tốt nhất là tập dượt cho họ giải

quyết các nhiệm vụ nhận thức bằng chính phương pháp của các nhà vật lí. Việc

hiểu và vận dụng được một phương pháp khoa học là một điều khó khăn hơn cả

việc tiếp thu một định luật vật lí cụ thể. Việc dạy cho học sinh phương pháp nhận

thức khoa học tách rời khỏi quá trình nghiên cứu chính môn học đó là rất ít hiệu

quả. Chính trong quá trình hướng dẫn học sinh tự lực hoạt động để tái tạo kiến

thức vật lí, giáo viên làm cho họ hiểu nội dung của các phương pháp vật lí và sử

dụng các phương pháp này ở những mức độ thích hợp, tuỳ theo trình độ của học

sinh và điều kiện của nhà trường. Sau một số lần áp dụng các phương pháp nhận

thức cụ thể, giáo viên có thể giúp học sinh khái quát hoá thành một trình tự các

giai đoạn của mỗi phương pháp, dùng làm cơ sở định hướng tổng quát cho hoạt

động nhận thức vật lí của học sinh.

Những phương pháp nhận thức chủ yếu hay dùng trong hoạt động nhận

thức vật lí ở trường phổ thông là: phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô

hình (xem 2.6).

5. Rèn luyện ngôn ngữ vật lí cho học sinh

Như ta đã biết, ngôn ngữ là hình thức biểu hiện của tư duy. Mỗi khái niệm

vật lí được biểu đạt bằng một từ, mỗi định nghĩa, định luật vật lí được phát biểu

bằng một mệnh đề, mỗi suy luận bao gồm nhiều phán đoán liên tiếp. Tuy kiến

thức vật lí rất đa dạng nhưng những cách phát biểu các định nghĩa, qui tắc, định

luật vật lí cũng có những hình thức chung nhất định, giáo viên có thể chú ý rèn

luyện cho học sinh quen dần.

Để mô tả một loại hiện tượng, cần những thuật ngữ diễn tả những dấu hiệu

đặc trưng của loại hiện tượng đó. Thí dụ như: để mô tả chuyển động cơ học, cần

đến các thuật ngữ để chỉ quĩ đạo (thẳng, cong, tròn…), chỉ sự nhanh hay chậm

của chuyển động (vận tốc), chỉ sự thay đổi vận tốc (gia tốc), chỉ vị trí (toạ độ); để

mô tả tương tác cơ học giữa các vật, cần đến thuật ngữ lực.

Định nghĩa một đại lượng vật lí thường gồm hai phần: một phần nêu lên

đặc điểm định tính (đại lượng này đặc trưng cho hay biểu thị một đặc tính nào

của sự vật hiện tượng) và một phần nêu lên đặc điểm định lượng (đại lượng này

đo bằng cách nào, quan hệ với các đại lượng khác theo công thức nào).

Một định luật vật lí thường nêu lên mối quan hệ hàm số giữa hai đại lượng

hoặc nêu lên những điều kiện để cho một hiện tượng có thể xảy ra. Thí dụ như:

định luật khúc xạ ánh sáng nêu lên mối quan hệ giữa sin của góc tới và sin của

góc khúc xạ, còn định luật cảm ứng điện từ nêu lên điều kiện để xuất hiện dòng

điện cảm ứng trong khung dây dẫn kín.

Đặc biệt đáng chú ý là: nhiều khi trong vật lí, vẫn dùng những từ ngữ dùng

trong ngôn ngữ hàng ngày nhưng có một nội dung phong phú và chính xác hơn.

Mỗi khi gặp một thuật ngữ mới diễn tả một khái niệm mới, cần giải thích rõ cho

học sinh và yêu cầu họ tập sử dụng nó một cách chính xác, thành thạo thay cho

ngôn ngữ hàng ngày.

3.2. PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

3.2.1. Khái niệm năng lực

Trong khoa học tâm lí, người ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lí

riêng của cá nhân; nhờ những thuộc tính này mà con người hoàn thành tốt đẹp

một loại hoạt đông nào đó, mặc dù phải bỏ ra ít sức lao động nhưng vẫn đạt kết

qủa cao.

Người có năng lực về một mặt nào đó thì không phải nỗ lực nhiều trong

quá trình công tác mà vẫn khắc phục được những khó khăn nhanh chóng và dễ

dàng hơn những người khác hoặc có thể vượt qua được những khó khăn mới mà

nhiều người khác không vượt qua được.

Năng lực gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo trong lĩnh vực hoạt động tương ứng.

Song kĩ năng, kĩ xảo liên quan đến việc thực hiện một loại hành động hẹp,

chuyên biệt, đến mức thành thạo, tự động hoá, máy móc. Còn năng lực chứa

đựng yếu tố mới mẻ, linh hoạt trong hành động, có thể giải quyết nhiệm vụ thành

công trong nhiều tình huống khác nhau, trong một lĩnh vực hoạt động rộng hơn.

Thí dụ như: người có kĩ năng, kĩ xảo thực hiện các phép đo lường thì có thể thực

hiện nhanh chóng, chính xác các phép đo, khéo léo lắp ráp các thiết bị để đo

lường. Còn người có năng lực thực nghiệm thì ngoài việc thực hiện các phép đo,

còn có việc thiết kế các thí nghiệm, xử lí các số liệu đo lường rút ra kết qủa, giải

thích, đánh giá các kết quả đo được, rút ra kết luận khái quát.

3.2.2. Sự hình thành và phát triển năng lực

Nguồn gốc phát sinh và quá trình phát triển năng lực là một vấn đề phức

tạp, tuân theo qui luật chung của sự phát triển nhân cách. Tâm lí học hiện đại cho

rằng: con người mới sinh ra chưa có năng lực, chưa có nhân cách. Chính trong

quá trình sống, học tập, lao động, giao lưu, con người đã hình thành và phát triển

nhân cách của mình. Sự hình thành và phát triển năng lực của con người chịu sự

tác động của nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố sinh học, yếu tố hoạt động của chủ

thể và yếu tố giao lưu xã hội.

1. Yếu tố sinh học: vai trò của di truyền trong sự hình thành năng lực

Di truyền là sự tái tạo ở trẻ em những thuộc tính sinh học đã có ở cha mẹ,

là sự truyền lại từ cha mẹ đến con cái những đặc điểm và những phẩm chất nhất

định đã được ghi lại trong hệ thống gien. Những đặc điểm về giải phẫu sinh lí,

nhất là về hệ thần kinh cao cấp của con người được gọi là “tư chất”. Di truyền tạo

ra những điều kiện ban đầu để con người có thể hoạt động có kết qủa trong lĩnh

vực nhất định. Tuy nhiên, di truyền không thể qui định những giới hạn tiến bộ

của xã hội loài người nói chung và của từng người nói riêng. Những đặc điểm

sinh học mặc dù có ảnh hưởng đến quá trình hình thành tài năng, xúc cảm, sức

khỏe, thể chất của con người, nhưng nó chỉ tạo nên tiền đề của sự phát triển năng

lực. Mặt khác, những tư chất được di truyền chỉ đặc trưng cho những lĩnh vực

hoạt động rất rộng mà không định hướng vào một lĩnh vực hoạt động hay sáng

tạo cụ thể nào. Việc định hướng cụ thể này do các điều kiện xã hội cụ thể, do

trình độ phát triển của những loại hình sản xuất, khoa học, nghệ thuật… và nhất

là do hoạt động sáng tạo của các cá nhân quyết định. Những tư chất có sãn trong

cấu tạo của não, trong các cơ quan cảm giác, các cơ quan vận động và ngôn

ngữ… là điều kiện để thực hiện có kết quả một lĩnh vực hoạt động cụ thể. Tuy

nhiên, sự thành công trong lĩnh vực đó phần lớn phụ thuộc vào hoàn cảnh thực

tiễn, vào lao động học tập, rèn luyện cũng như vào việc tích luỹ kinh nghiệm của

cá nhân.

2. Yếu tố hoạt động của chủ thể

Như đã nói ở trên, năng lực không có sẵn trong con người. Con người bằng

hoạt động của chính mình mà chiếm lĩnh những kinh nghiệm hoạt động của các

thế hệ đi trước, biến thành năng lực của chính mình. Đặt biệt là về mặt khoa học,

nghệ thuật, ngày nay trên thế giới có rất nhiều nhà khoa học, nghệ sĩ hoạt động

rất thành công trong một lĩnh vực nào đó mà một phần rất quan trọng là do đã

tiếp thu được những kinh nghiệm sáng tạo của biết bao thế hệ đi trước. Lịch sử

nhân loại cho thấy: các thiên tài về một lĩnh vực nào đó trước hết là những người

hoạt động rất say mê, tích cực, miệt mài, kiên trì, dồn hết thời gian và tâm trí vào

hoạt động đó. Nhiều nhà khoa học lỗi lạc đều cho rằng “thiên tài, chín mươi chín

phần trăm là do lao động, chỉ có một phần trăm là do bẩm sinh”. Tuỳ theo đặc

điểm của loại hình hoạt động của con người mà các yếu tố bẩm sinh có thể phát

triển mạnh theo hướng này hay hướng khác hoặc có thể bị thui chột đi. Như vậy,

hoạt động của chủ thể có ý nghĩa quyết định đối với việc hình thành năng lực.

3. Yếu tố môi trường xã hội

Ta hiểu môi trường xã hội là hệ thống các quan hệ chính trị, kinh tế, tư

tưởng,… được thiết lập trong xã hội. Những bộ phận của môi trường thường có

tác động mạnh mẽ đến con người là gia đình, trường học, bạn bè, người xung

quanh, cơ sở sản xuất, văn hoá, thể thao.

Mỗi con người đều hoạt động trong một môi trường xã hội nhất định. Môi

trường góp phần tạo nên động cơ, mục đích, phương tiện hành động và đặc biệt

cho hoạt động giao lưu của mỗi cá nhân với xã hội mà nhờ đó, cá nhân thu được

kinh nghiệm xã hội loài người, biến nó thành của mình. Cũng chính nhờ sự giao

lưu với môi trường xã hội, con người mới biết được hoạt động của mình có ý

nghĩa như thế nào, có ích lợi ra sao, có phù hợp với thực tế không…; từ đó, mà

điều chỉnh hoạt động của mình để mang lại hiệu quả ngày càng cao, năng lực

ngày càng được phát triển. Ngay cả các nhà bác học về các ngành khoa học tự

nhiên, phần lớn thời gian làm việc trong phòng thí nghiệm, hầu như cô lập với xã

hội bên ngoài thì những công trình sáng tạo của họ cũng có nguồn gốc từ sự tiếp

nối phải giải quyết những vấn đề mà trước họ chưa ai làm được và kết quả công

việc của họ cũng phải được xã hội kiểm tra và thừa nhận thì mới thực sự trở

thành tài sản của nhân loại, đáng được lưu truyền.

4. Vai trò của giáo dục trong việc hình thành các năng lực

Giáo dục là một loại hoạt động chuyên môn của xã hội nhằm hình thành và

phát triển nhân cách con người (trong đó có năng lực) theo những yêu cầu của xã

hội trong những giai đoạn lịch sử nhất định.

Sự hình thành và phát triển năng lực của học sinh lại phải thông qua chính

hoạt động của học sinh trong mối quan hệ với cộng đồng. Bởi vậy, nhà trường

hiện đại phải là nhà trường hoạt động, lấy hoạt động của học sinh làm động lực

chính để đạt được mục đích đào tạo. Chỉ có dạy học trong nhà trường mới có khả

năng tạo ra những loại hoạt động đa dạng, phong phú, cần thiết, tạo điều kiện

phát triển những năng lực khác nhau ở trẻ em, phù hợp với năng khiếu bẩm sinh

của họ và yêu cầu của xã hội. Tất nhiên, không phải là nhà trường đóng cửa lại

mà dạy; trái lại, chính nhà trường còn phải tạo điều kiện để cho mỗi cá nhân học

sinh giao lưu với các thành viên khác trong nhà trường cũng như ngoài xã hội.

Chính trong dạy học có thể lựa chọn kĩ lưỡng những hình thức hoạt động,

có sự định hướng chính xác giúp cho học sinh sớm ý thức được những yêu cầu

của xã hội đối với hoạt động của mỗi người trong những lĩnh vực khác nhau. Nhà

trường cũng tích luỹ được những phương pháp tổ chức hoạt động học tập của học

sinh có hiệu quả cao, tránh được sự mò mẫn của mỗi cá nhân.

Như vậy, giáo dục (dạy học) có thể mang lại những hiệu quả, những tiến

bộ của mỗi học sinh mà các yếu tố khác không thể có được. Đặc biệt là dạy học

có thể đi trước sự phát triển, thúc đẩy sự phát triển.

Tuy nhiên, cũng cần phải chú ý rằng: trong khi dạy học có khả năng định

hướng, thúc đẩy sự phát triển năng lực của trẻ em thì cũng có khả năng gò ép học

sinh theo một khuôn mẫu cứng nhắc, do đó hạn chế sự phát triển đa dạng ở họ.

Tổ chức cho học sinh hoạt động, thông qua hoạt động tích cực, tự lực mà chiếm

lĩnh kiến thức, hình thành năng lực là phương pháp hữu hiệu để khắc phục xu

hướng xấu đó.

3.2.3. Khái niệm năng lực sáng tạo

“Sáng tạo là một loại hoạt động mà kết quả của nó là một sản phẩm tinh

thần hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị” (Sáng tạo. Bách

khoa toàn thư Liên Xô. Tập 42, trang 54).

Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật

chất và tinh thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành

công những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới.

Trong khoa học kĩ thuật, khi xem xét những phát kiến, phát minh, người ta

dựa theo tiêu chuẩn sau đây:

Được thừa nhận là một phát kiến, nếu nó là một sự xác lập những qui luật,

những thuộc tính, những hiện tượng chưa biết trước đây, tồn tại một cách khách

quan của thế giới vật chất. Được thừa nhận là một phát minh, nếu đó là một cách

giải quyết mới mẻ một nhiệm vụ trong bất kì lĩnh vực nào của kinh tế quốc dân,

văn hoá, y tế hay quốc phòng mang lại một hiệu quả tích cực.

Trong nghiên cứu vật lí, quá trình sáng tạo diễn ra theo chu trình gồm bốn

giai đoạn như ta đã biết, trong đó khó khăn nhất, đòi hỏi sự sáng tạo cao nhất là

giai đoạn từ những sự kiện thực nghiệm khởi đầu đề xuất mô hình giả thuyết và

giai đoạn đưa ra phương án thực nghiệm để kiểm tra hệ quả suy ra từ lí thuyết.

Trong hai giai đoạn này, không có con đường suy luận lôgic mà phải chủ yếu dựa

vào trực giác.

Vấn đề bản chất tâm lí học của trực giác là vấn đề về cơ chế giải quyết các

nhiệm vụ nhận thức mà không thể thực hiện được bằng con đường suy luận lôgic.

Đó là trường hợp mà chủ thể nhận thức không có đủ tri thức cần thiết cho việc

biến cải tình huống dần dần để cuối cùng đi đến giải quyết được nhiệm vụ. Ở

đây, bắt buộc phải đưa ra một phỏng đoán mới, một giải pháp mới chưa hề có,

một hoạt động sáng tạo thực sự.

Tư duy trực giác khác với tư duy biện giải lôgic là ở chỗ: những bước đi

của nó không thể hiện rõ một trình tự tất yếu chặt chẽ, việc giải quyết vấn đề lại

giống như một phỏng đoán đòi hỏi có một căn cứ lôgic.

Nếu tri thức biện giải được đạt tới bằng con đường suy luận lôgic liên tục,

liên tiếp, mà trong đó mỗi một tư tưởng tiếp theo đều xuất phát một cách lôgic từ

cái trước, phụ thuộc vào cái trước và là tiền đề cho cái tiếp theo, thì tư duy trực

giác thu nhận được một cách nhảy vọt, một cách trực tiếp, các giai đoạn của nó

không thể hiện một cách minh bạch và người suy nghĩ không thể kể ngay ra làm

thế nào mà anh ta đi đến cái quyết định đó, con đường đó vẫn còn chưa nhận thức

được, phải sau này mới xác lập được cơ sở lôgic của phỏng đoán trực giác đó.

Năng lực sáng tạo gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo và vốn hiểu biết của chủ thể.

Trong bất cứ lĩnh vực hoạt động nào, càng thành thạo và có kiến thức sâu rộng

thì càng nhạy bén trong dự đoán, đề ra được nhiều dự đoán, nhiều phương án để

lựa chọn, càng tạo điều kiện cho trực giác phát triển. Bởi vậy, không thể rèn

luyện năng lực sáng tạo tách rời, độc lập với học tập kiến thức về một lĩnh vực

nào đó.

Đặc trưng tâm lí quan trọng của hoạt động sáng tạo là tính chất hai mặt chủ

quan và khách quan: chủ quan theo quan điểm của người nhận thức mà trong đầu

đang diễn ra quá trình sáng tạo và khách quan theo quan điểm của người nghiên

cứu cái quá trình sáng tạo đó xem như là một quá trình diễn ra có qui luật, tác

động qua lại giữa ba thành tố: tự nhiên, ý thức của con người và sự phản ánh tự

nhiên vào ý thức của con người.

Đối với người đang hoạt động sáng tạo thì tính mới mẻ, tính bất ngờ, tính

ngẫu nhiên của phỏng đoán đều là chủ quan. Người đó có thể không biết rằng:

những điều mình đề xuất ra nhân loại đã biết rồi. Tuy nhiên, sự phát minh, phát

kiến mới xuất phát từ nhu cầu xã hội đã chín muồi, không người này thì người

khác sẽ đạt được, nhiều khi nhiều người cùng đạt được trong một thời gian.

3.2.4. Các biện pháp hình thành và phát triển năng lực sáng tạo của

học sinh

1. Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức

mới

Kiến thức vật lí trong trường phổ thông là những kiến thức đã được loài

người khẳng định; tuy vậy, chúng luôn luôn là mới mẻ đối với học sinh. Việc

nghiên cứu kiến thức mới sẽ thường xuyên tạo ra những tình huống đòi hỏi học

sinh phải đưa ra những ý kiến mới, giải pháp mới đối với chính bản thân họ.

Tổ chức quá trình nhận thức vật lí theo chu trình sáng tạo sẽ giúp cho học

sinh trên con đường hoạt động sáng tạo dễ nhận biết được: chỗ nào có thể suy

nghĩ dựa trên những hiểu biết đã có, chỗ nào phải đưa ra kiến thức mới, giải pháp

mới. Việc tập trung sức lực vào chỗ mới đó sẽ giúp cho hoạt động sáng tạo có

hiệu quả, rèn luyện cho tư duy trực giác nhạy bén, phong phú. Trong nhiều

trường hợp, giáo viên có thể giới thiệu cho học sinh kinh nghiệm sáng tạo của các

nhà bác học.

Theo quan điểm hoạt động, giáo trình vật lí được xây dựng đi từ dễ đến

khó, phù hợp với trình độ học sinh, tận dụng được những kinh nghiệm sống hàng

ngày của họ, tạo điều kiện cho họ có cơ hội đề xuất ra được những ý kiến mới mẻ

có ý nghĩa, làm cho họ cảm nhận được hoạt động sáng tạo là hoạt động thường

xuyên có thể thực hiện được với sự cố gắng nhất định. Sự tự tin trong hoạt động

sáng tạo là một yếu tố tâm lí rất quan trọng làm cho chủ thể nhận thức thoát khỏi

những sự ràng buộc, hạn chế của những hiểu biết cũ hay bởi ý kiến của người

khác, nhất là của những nhà bác học. Như vậy, kiểu dạy học thông báo- minh họa

về nguyên tắc không thể rèn luyện cho học sinh năng lực sáng tạo.

2. Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết

Như đã biết, dự đoán có vai trò rất quan trọng trên con đường sáng tạo

khoa học. Dự đoán dựa chủ yếu vào trực giác, kết hợp với kinh nghiệm phong

phú và kiến thức sâu sắc về mỗi lĩnh vực. Các nhà khoa học nói rằng: việc xây

dựng giả thuyết dựa trên sự khái quát hoá những sự kiện thực nghiệm, những

kinh nghiệm cảm tính. Tuy nhiên, sự khái quát hoá đó không phải là một phép

qui nạp đơn giản, hình thức mà chứa đựng một yếu tố mới, không có sẵn trong

các sự kiện dùng làm cơ sở. Dự đoán khoa học không phải là tuỳ tiện mà luôn

luôn phải có một cơ sở nào đó, tuy chưa thật là chắc chắn. Có thể có các cách dự

đoán sau đây trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức vật lí của học sinh:

a) Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có

Thí dụ: Quan sát một bình chứa không khí nối với một ống tiết diện nhỏ

bên trong có một giọt chất lỏng để ngăn cách không khí trong bình với bên ngoài.

Đem hơ bình trên ngọn lửa hay để bình gần ngọn đèn điện, ta quan sát thấy: giọt

chất lỏng di chuyển, chứng tỏ thể tích khí nở ra. Câu hỏi đặt ra là nguyên nhân vì

sao mà chất khí trong bình nở ra. Câu trả lời: vì khí bị hơ lửa, vì để gần đèn điện

thì không phải là dự đoán mà là một sự thật, ai cũng thấy. Nhưng nếu câu trả lời

là: “khí nở ra vì nóng lên” thì đó là một dự đoán, dựa trên sự liên tưởng đến một

cái chung giữa ngọn lửa và cái đèn là “sự nóng”.

b) Dựa trên sự tương tự

- Dựa trên một dấu hiện bên ngoài giống nhau mà dự đoán sự giống nhau

về bản chất.

Thí dụ: quan sát hiện tượng xảy ra khi hai chùm sáng kết hợp giao nhau, ta

thấy: có những vân sáng và vân tối xen kẽ và cách đều nhau. Hiện tượng này

giống như hiện tượng xảy ra khi hai sóng nước kết hợp giao nhau; ta cũng thấy

có những vân dao động với biên độ cực đại và những vân dao động với biên độ

cực tiểu xen kẽ nhau. Từ đó, ta có thể dự đoán là: ánh sáng cũng có bản chất sóng

như sóng nước. Ở đây, biên độ của sóng ánh sáng biểu hiện ở cường độ sáng.

- Dựa trên sự giống nhau về cấu tạo mà dự đoán sự giống nhau về tính

chất.

Thí dụ: Chất khí, chất lỏng, chất rắn đều cấu tạo bởi các phân tử riêng biệt

chuyển động hỗn loạn không ngừng, giữa chúng có những lực hút đẩy. Thí

nghiệm cho biết: chất khí nở ra khi nóng lên, có thể dự đoán: chất lỏng và chất

rắn cũng nở ra khi nóng lên.

c) Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa

chúng có quan hệ nhân quả.

Thí dụ: Sau một số lần quan sát thấy: khi cho một nam châm chuyển động

tương đối so với một cuộn dây dẫn kín thì trong cuộn dây có dòng điện cảm ứng,

ta có thể dự đoán: chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây là nguyên

nhân gây ra dòng điện cảm ứng.

d) Dựa trên nhận xét thấy: hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời,

cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng.

Thí dụ: Quan sát các hạt phấn hoa hoà trong nước, ta thấy: chúng chuyển

động hỗn loạn không ngừng. Khi hơ nóng làm tăng nhiệt độ của nước lên, ta

thấy: vận tốc chuyển động của các hạt phấn hoa (hạt Braonơ) tăng lên; ngược lại,

khi làm giảm nhiệt độ của nước, lại thấy: vận tốc của các hạt phấn hoa giảm đi.

Ta có thể dự đoán: sự tăng giảm nhiệt độ là nguyên nhân làm tăng giảm vận tốc

của các hạt Brao nơ.

e) Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình

Thí dụ: ta quan sát thấy: dòng điện sinh ra quanh nó một từ trường, vậy có

thể dự đoán: ngược lại, từ trường cũng có thể sinh ra dòng điện.

g) Dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang

một lĩnh vực khác

Thí dụ: quan sát hai lực kế tương tác móc vào nhau gây ra biến dạng, ta

thấy: hai lực tương tác giữa chúng bằng nhau và ngược chiều. Mở rộng kiến thức

đó cho trường hợp hai vật chuyển động đến va chạm vào nhau, lực tương tác giữa

chúng gây ra gia tốc. Ta dự đoán: trong trường hợp này, hai lực tương tác cũng

bằng nhau và ngược chiều:

F1=m1a1

F2=m2a2

m1a1=m2a2.

h) Dự đoán về mối quan hệ định lượng

Những hiện tượng vật lí xảy ra rất phức tạp, nhưng một điều đáng ngạc

nhiên là các định luật chi phối chúng lại rất đơn giản và có thể biểu diễn bằng

những công thức toán học đơn giản. Mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lí trong

chương trình phổ thông thường được biểu diễn bằng các hàm số sau:

- bằng nhau. Thí dụ: định luật phản xạ ánh sáng: i=r.

- tỉ lệ thuận hay tỉ lệ nghịch. Thí dụ: định luật Ôm cho đoạn mạch có điện

trở thuần: I=kU; RUI = .

- hàm số bậc nhất. Thí dụ: sự nở vì nhiệt: l=lo(1+α t).

- tỉ lệ bậc hai. Thí dụ: định luật vạn vật hấp dẫn: 221

rmm

GF = .

- tỉ lệ theo hàm số lượng giác. Thí dụ: định luật khúc xạ ánh sáng:

sini=nsinr.

- sự bảo toàn của một đại lượng. Thí dụ: định luật bảo toàn cơ năng:

constmvmgh =+2

2

.

Trong vật lí, còn sử dụng một số không nhiều những hàm số khác để biểu

diễn mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí nhưng học sinh chưa được học ở

trường phổ thông.

Muốn dự đoán được mối quan hệ định lượng, cần phải thực hiện các phép

đo. Thực hiện các phép đo với số các giá trị khác nhau càng nhiều thì càng dự

đoán được chính xác. Tuy nhiên, ở trường phổ thông không có thời gian để làm

việc đó nên ít nhất cũng phải làm ba lần với ba giá trị khác nhau của một đại

lượng.

Trong nhiều trường hợp, nếu biểu diễn các cặp số đo trên một đồ thị thì

việc dự đoán sẽ dễ dàng hơn. Tuy nhiên, sự dự đoán về mối quan hệ định lượng

bao giờ cũng phải chú ý đến sai số có thể phạm phải.

3. Luyện tập đề xuất phương án kiểm tra dự đoán

Trong nghiên cứu vật lí, một dự đoán, một giả thuyết thường là một sự

khái quát các sự kiện thực nghiệm nên nó có tính chất trừu tượng, tính chất

chung, không thể kiểm tra trực tiếp được. Muốn kiểm tra xem dự đoán, giả thuyết

có phù hợp với thực tế không, ta phải xem điều dự đoán đó biểu hiện trong thực

tế như thế nào, có những dấu hiệu nào có thể quan sát được. Điều đó có nghĩa là:

từ một dự đoán, giả thuyết, ta phải suy ra được một hệ quả có thể quan sát được

trong thực tế, sau đó tiến hành thí nghiệm để xem hệ quả rút ra bằng suy luận đó

có phù hợp với kết qủa thí nghiệm không.

Hệ quả suy ra được phải khác với những sự kiện ban đầu dùng làm cơ sở

cho dự đoán thì mới có ý nghĩa. Số hệ quả phù hợp với thực tế càng nhiều thì dự

đoán càng trở thành chắc chắn, sát với chân lí hơn.

Quá trình rút ra hệ quả thường áp dụng suy luận lôgic hay suy luận toán

học. Sự suy luận này phải đảm bảo là đúng qui tắc, qui luật, không phạm sai lầm.

Những qui tắc, qui luật đó đều đã biết; cho nên, về nguyên tắc, sự suy luận đó

không đòi hỏi một sự sáng tạo thực sự, có thể kiểm soát được.

Vấn đề đòi hỏi sự sáng tạo ở đây là đề xuất được phương án kiểm tra hệ

quả đã rút ra được. Thí dụ như: sau khi dự đoán rằng: “tương tự như chất lỏng,

chất rắn cũng nở ra khi nóng lên”, ta suy ra một hệ qủa về một vật rắn cụ thể như

một thanh đồng chẳng hạn: thanh đồng cũng sẽ nở ra khi bị hơ nóng. Cần phải bố

trí một thí nghiệm như thế nào để biết được thanh đồng có thực sự nở ra khi bị

làm nóng lên không? Có những cách nào để làm nóng thanh đồng lên, có những

cách nào để biết được thanh đồng có nở ra không? Cần đưa ra một thiết bị thích

hợp để phối hợp hai cách đó, khiến ta có thể đồng thời làm nóng thanh đồng và

nhận biết được nó nở ra. Trước đây, học sinh chưa bao giờ làm việc này. Thực tế

cũng có nhiều cách làm khác nhau, học sinh có thể đưa ra một vài phương án mà

họ cho là hợp lí. Giáo viên là người có nhiều kinh nghiệm hơn, sẽ hướng dẫn học

sinh phân tích tính khả thi của mỗi phương án và chọn ra phương án có triển

vọng nhất. Việc tổ chức thực hiện phương án kiểm tra đó ngay trong lớp học cần

có thiết bị thích hợp. Điều này giáo viên phải chuẩn bị trước, dựa vào kinh

nghiệm dạy học của mình.

Chẳng hạn như: học sinh đưa ra ý kiến sau:

- làm nóng thanh đồng lên bằng cách nhúng nó vào nước nóng hoặc hơ nó

trên ngọn lửa của que diêm, cây nến, bật lửa hay ngọn lửa đèn cồn.

- nhận biết sự nở của thanh đồng bằng cách để nó bên cạnh một thanh

khác, có cùng chiều dài mà không bị hơ nóng; đặt hai vật chắn ở hai đầu thanh,

nếu thanh nở ra nó sẽ đẩy vật chắn dịch chuyển; đặt thanh đồng vừa khít vào hai

vật chắn cố định ở hai đầu nhưng vẫn lấy ra, đưa vào được, nếu thanh nở ra nó sẽ

chặt khít vào hai vật chắn không lấy ra được, không đưa vào được.

Giáo viên biết rằng: chất rắn nở rất ít, có thể sơ bộ làm cho học sinh biết

điều ấy để họ lực chọn phương án nào có thể giúp phát hiện được một sự nở ra

rất ít của thanh đồng.

Về sau, còn cần kiểm tra các chất rắn giãn nở khác nhau. Muốn thế, còn

cần phải đưa ra một thiết bị có thể khuyếch đại sự dịch chuyển thêm của đầu các

thanh đồng, sắt, nhôm để so sánh. Điều này đòi hỏi ở học sinh vừa phải có kinh

nghiệm trong cuộc sống và có sáng kiến vận dụng tổng hợp các kinh nghiệm đó

vào giải quyết nhiệm vụ cụ thể này. Để có thể đề ra được một phương án thí

nghiệm kiểm tra, học sinh không những phải huy động những kiến thức vật lí đã

có mà còn cả những kinh nghiệm trong đời sống hàng ngày hay từ những môn

học khác nữa.

Nhiều khi để có thể suy ra được một hệ quả có thể kiểm tra được trong

thực tiễn, ta phải thực hiện một chuỗi nhiều phép suy luận liên tiếp. Thí dụ như:

để kiểm tra giả thuyết cho rằng: lực tương tác giữa hai vật chuyển động là hai lực

bằng nhau và ngược chiều, ta phải đo lực bằng cách dựa trên biểu hiện gây ra gia

tốc của lực, nghĩa là dựa vào công thức F=ma. Nhưng bởi vì ta không có một

dụng cụ để đo trực tiếp lực trong trường hợp này nên phải tiếp tục thực hiện các

phép suy luận cho đến khi thu được những đại lượng có thể quan sát được trong

các thí nghiệm về động lực học, đó là đường đi và thời gian chuyển động. Cụ thể

là, cần phải thực hiện các phép suy luận sau:

Theo công thức F=ma, muốn đo lực, ta phải đo khối lượng của vật và gia

tốc mà vật thu được khi tương tác. Khối lượng của vật đo được bằng cân. Vì ta

không có dụng cụ đo trực tiếp gia tốc nên để xác định được gia tốc của vật

chuyển động nhanh dần đều, ta có thể dùng công thức a=t

vv ot − , trong đó vt và vo

là các vận tốc của vật ngay sau tương tác và ngay trước tương tác. Nếu ta loại trừ

được ma sát để chỉ có hai vật tương tác với nhau thì chuyển động của vật trước

và sau tương tác là chuyển động thẳng đều. Vì vậy, ta có thể xác định các vận tốc

vt và vo từ các quãng đường mà vật đi được trước tương tác, sau tương tác và các

khoảng thời gian tương ứng theo công thức tính vận tốc của chuyển động thẳng

đều v=ts .

Việc bố trí một phương án thí nghiệm để quan sát hiện tượng hay đo lường

các đại lượng cụ thể đã dự đoán có khi tương đối đơn giản (thí dụ như: quan sát

hiện tượng nở vì nhiệt của các vật rắn), nhưng cũng có khi rất phức tạp (thí dụ

như: trường hợp đo lực tương tác giữa hai vật trong tương tác chuyển động nói ở

trên). Ở trường hợp này, phải tạo ra chuyển động không có ma sát, phải đo đồng

thời cả s và t. Đến đây, tuỳ theo trình độ của học sinh mà học sinh có thể đề xuất

nhiều phương án thí nghiệm khác nhau. Thí dụ như: để khử ma sát phải dùng vật

lăn được (bi, xe lăn) hoặc đệm không khí; còn để đo được đồng thời s và t phải

áp dụng biện pháp ghi tự động vị trí của vật theo thời gian.

4. Giải các bài tập sáng tạo

Ở trên, ta đã xem xét việc rèn luyện năng lực sáng tạo cho học sinh trong

quá trình xây dựng kiến thức mới. Ngoài ra, trong dạy học vật lí, người ta còn

xây dựng những loại bài tập riêng vì mục đích này và được gọi là bài tập sáng

tạo. Trong loại bài tập sáng tạo này, ngoài việc phải vận dụng một số kiến thức

đã học, học sinh bắt buộc phải có những ý kiến độc lập mới mẻ, không thể suy ra

một cách lôgic từ những kiến thức đã học.

Khi khảo sát chu trình sáng tạo khoa học, ta đã biết: hai giai đoạn khó khăn

hơn cả đòi hỏi sự sáng tạo là giai đoạn từ sự kiện cảm tính tới việc xây dựng mô

hình giả thuyết trừu tượng và giai đoạn chuyển từ một tiên đề lí thuyết, những qui

luật nhất định của hiện tượng sang việc kiểm tra bằng thực nghiệm. Giai đoạn thứ

nhất đòi hỏi sự giải thích hiện tượng, trả lời câu hỏi: tại sao?. Còn giai đoạn thứ

hai lại đòi hỏi thực hiện một hiện tượng thực, đáp ứng với những yêu cầu đã cho,

nghĩa là trả lời câu hỏi: làm thế nào? Tương ứng với hai trường hợp trên là hai

bài tập sáng tạo: bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế chế tạo.

Thí dụ: với đề tài “lực tác dụng lên vật chuyển động tròn đều”, có thể đưa

ra hai bài tập sáng tạo sau:

Bài tập nghiên cứu: Một miếng gỗ nhỏ đặt ở rìa một đĩa tròn nằm ngang.

Cho đĩa quay từ từ quanh một trục xuyên qua tâm đĩa với vận tốc góc tăng từ từ.

Đến một lúc nào đó, miếng gỗ bị văng ra khỏi đĩa. Giải thích tại sao?

Bài tập thiết kế: Hãy thiết kế một thiết bị trong đó sử dụng trọng lực với tư

cách là một lực hướng tâm để giữ cho một vật chuyển động tròn đều trong một

mặt phẳng nằm ngang.

3.3. HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG DẠY

HỌC VẬT LÍ

Hoạt động nhận thức của con người chỉ thực sự bắt đầu khi con người gặp

phải mâu thuẫn: một bên là trình độ hiểu biết đang có, bên kia là nhiệm vụ mới

phải giải quyết một vấn đề mà những kiến thức, kĩ năng đã có không đủ. Để giải

quyết được nhiệm vụ nhận thức mới, khắc phục được mâu thuẫn trên thì phải xây

dựng kiến thức mới, phương pháp mới, kĩ năng mới. Như vậy, hoạt động nhận

thức của học sinh trong học tập thực chất là hoạt động giải quyết vấn đề nhận

thức.

Ở trên, chúng ta đã khảo sát một số phương pháp nhận thức được dùng phổ

biến trong học tập vật lí, mỗi phương pháp nhận thức đó thích hợp cho một số

trường hợp cụ thể trên con đường hoạt động sáng tạo và chúng luôn luôn được sử

dụng phối hợp, hỗ trợ lẫn nhau. Tuy nhiên, để cho việc sử dụng các phương pháp

đó trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh đạt hiệu quả, ta cần

nghiên cứu một số nét chung của quá trình tổ chức, hướng dẫn học sinh giải

quyết vấn đề. Trên cơ sở đó, có thể định hướng cho việc lựa chọn phương pháp

nhận thức thích hợp để giải quyết vấn đề. Quá trình học tập sẽ là quá trình liên

tiếp giải quyết các vấn đề học tập.

3.3.1. Tổ chức tình huống có vấn đề

Tổ chức tình huống có vấn đề thực chất là tạo ra hoàn cảnh để học sinh tự

ý thức được vấn đề cần giải quyết, có nhu cầu, hứng thú giải quyết vấn đề, biết

được mình cần phải làm gì và sơ bộ xác định được làm như thế nào.

Cần thiết kế mỗi bài học thành một chuỗi tình huống có vấn đề liên tiếp,

được sắp đặt theo một trình tự hợp lí của sự phát triển vấn đề cần nghiên cứu,

nhằm đưa học sinh tiến dần từ chỗ chưa biết đến biết, từ biết không đầy đủ đến

biết đầy đủ và nâng cao dần năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.

Quy trình tổ chức tình huống có vấn đề trong lớp có thể gồm các giai đoạn

chính sau:

- Giáo viên mô tả một hoàn cảnh cụ thể mà học sinh có thể cảm nhận được

bằng kinh nghiệm thực tế, biểu diễn một thí nghiệm hoặc yêu cầu học sinh làm

một thí nghiệm đơn giản để làm xuất hiện hiện tượng cần nghiên cứu.

- Giáo viên yêu cầu học sinh mô tả lại hoàn cảnh hoặc hiện tượng bằng

chính lời lẽ của mình theo ngôn ngữ vật lí.

- Giáo viên yêu cầu học sinh dự đoán sơ bộ hiện tượng xảy ra trong hoàn

cảnh đã mô tả hoặc giải thích hiện tượng quan sát được dựa trên những kiến thức

và phương pháp đã có từ trước (giải quyết sơ bộ vấn đề).

- Giáo viên giúp học sinh phát hiện chỗ không đầy đủ của họ trong kiến

thức, trong cách giải quyết vấn đề và đề xuất nhiệm vụ mới cần giải quyết (dưới

dạng câu hỏi, nêu rõ những điều kiện đã cho và yêu cầu cần đạt được).

Như vậy, tình huống có vấn đề xuất hiện khi học sinh ý thức được rõ ràng

nội dung, yêu cầu của vấn đề cần giải quyết và sơ bộ nhận thấy mình có khả năng

giải quyết vấn đề, nếu cố gắng suy nghĩ và tích cực hoạt động.

3.3.2. Các kiểu hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề

Dựa theo những cách mà các nhà bác học thường dùng để giải quyết các vấn đề khoa học kĩ thuật, có thể có những kiểu hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề sau: Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức đã biết, phương pháp đã biết; hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần; hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát.

1. Hướng dẫn tìm tòi qui về kiến thức, phương pháp đã biết

Các định luật vật lí rất đơn giản, nhưng biểu hiện của chúng trong thực tế

lại rất phức tạp. Các định luật vật lí thường phát biểu lên các mối quan hệ trong

điều kiện lí tưởng, hiện tượng chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, nhưng hiện

tượng thực tế thường lại bị chi phối bởi nhiều nguyên nhân tác động đồng thời

hoặc diễn biến nhanh theo nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn có một nguyên nhân

nhưng ta chỉ quan sát thấy giai đoạn cuối cùng.

Hướng dẫn tìm tòi qui về kiến thức, phương pháp đã biết có nghĩa là: thoạt

mới tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết, không thấy ngay mối quan hệ của nó với

những cái đã biết, không thể áp dụng ngay một quy tắc, một định luật hay một

cách làm đã biết mà cần phải tìm tòi bằng phương pháp phân tích, tổng hợp, so

sánh để tìm ra dấu hiệu tương tự với cái đã biết. Kiểu hướng dẫn này thường gặp

khi học sinh vận dụng kiến thức đã biết nhưng chưa có phương pháp, quy trình

hữu hiệu. Có ba trường hợp phổ biến sau:

a) Hướng dẫn học sinh diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngôn ngữ vật lí

Nhiều khi ngôn ngữ sử dụng trong đời sống hàng ngày không giống như

ngôn ngữ dùng trong các định luật, quy tắc vật lí. Nếu không chuyển được sang

ngôn ngữ vật lí thì không thể nào áp dụng được những định luật, qui tắc đã biết.

Ví dụ: Giải thích vì sao ngồi trên xe đang chạy hãm phanh đột ngột, người

lại ngả về trước. Mới nghe không thấy có định luật vật lí nào nói đến “xe đang

chạy” “ngã” và “hãm phanh đột ngột”. Nếu phân tích kĩ ý nghĩa của các cụm từ

này, học sinh dễ nhận ra dấu hiệu quen thuộc của quán tính: “Xe đang chạy” có

nghĩa là người đang chuyển động cùng xe, “hãm phanh đột ngột” có nghĩa là xe

dừng lại đột ngột, “người ngả về trước” có nghĩa là người tiếp tục chuyển động

về phía trước so với xe. Hiểu theo ngôn ngữ vật lí như thế, học sinh sẽ giải thích

được hiện tượng như sau: Xe có lực hãm làm cho nó giảm vận tốc đột ngột và

dừng lại, còn người đang chuyển động không bị lực nào tác dụng nên tiếp tục

chuyển động thẳng đều vì quán tính, bị văng đi về phía trước xe, do đó người ngã

về phía trước.

b) Hướng dẫn học sinh phân tích một hiện tượng vật lí phức tạp bị chi phối

bởi nhiều nguyên nhân thành những hiện tượng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi một

nguyên nhân, một định luật đã biết

Ví dụ: Một hòn bi được thả không có vận tốc ban đầu trên một máng

nghiêng từ một độ cao h. Xuống đến cuối máng nghiêng, bi tiếp tục đi lên một

máng hình tròn trong mặt phẳng thẳng đứng có bán kính R. Tìm độ cao h tối

thiểu cần phải thả bi để nó có thể đi qua vị trí cao nhất của vòng tròn mà không

chạm vào vòng. Coi ma sát không đáng kể.

Đây là một bài tập mới dự đoán một hiện tượng xảy ra trong những điều

kiện xác định mà học sinh chưa gặp bao giờ. Việc bi có thể đi qua vị trí cao nhất

của vòng tròn phụ thuộc vào hai yếu tố: có vận tốc v cần thiết ở độ cao 2R và có

lực hướng tâm đủ để giữ cho bi trên quỹ đạo tròn. Việc hướng dẫn học sinh là

nhằm giúp họ phát hiện ra hai yếu tố đó mà lúc đầu họ không nhận thấy được.

Giáo viên có thể đặt những câu hỏi như sau:

- Bi muốn chuyển động trên quỹ đạo tròn với vận tốc v thì phải có điều

kiện gì? (Phải có lực hướng tâm tác dụng lên bi phù hợp với công thức Fht= Rmv 2

).

- Ở điểm cao nhất của vòng tròn, có những lực nào tác dụng lên bi và lực

hướng tâm tại điểm này tính thế nào ? (Có trọng lực P=mg và phản lực N của

vòng tròn. Hai lực này đều hướng vào tâm nên Fht=mg+N).

- Vận tốc v của bi do đâu mà có? (do bi được thả từ độ cao h xuống, sau đó

tiếp tục đi lên).

- Định luật nào chi phối sự biến đổi vận tốc của bi khi thay đổi độ cao h?

(Định luật bảo toàn cơ năng: Cơ năng của bi ở điểm được thả bằng cơ năng của

bi ở điểm cao nhất của vòng tròn).

mgh=mg.2R+2

2mv

2g(h-2R)=v2.

- Khi bi không chạm vào vòng tròn ở điểm cao nhất thì phản lực của vòng

tròn tác dụng lên bi có giá trị là bao nhiêu? Do đó lực hướng tâm lúc này là bao

nhiêu? (N=0, do đó Fht=mg).

Cuối cùng, áp dụng điều kiện của chuyển động tròn đều, suy ra:

Fht=mg=R

mv 2

Rg=v2=2g(h-2R)

h=2

5R .

c) Hướng dẫn học sinh phân chia quá trình diễn biến của hiện tượng thành

nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đó tuân theo một qui luật xác định đã biết

Ví dụ: Một con cá nhỏ được thả trong một ống thuỷ tinh dài đựng đầy

nước. Dùng đèn cồn đun nóng phần trên gần miệng ống cho đến khi nước ở phần

này sôi lên, ta thấy cá vẫn bơi lội ở dưới. Giải thích tại sao?

Lúc đầu, học sinh rất lạ lùng trước hiện tượng xảy ra vì cá lại có thể sống

trong nước sôi. Nhưng xét kĩ sẽ thấy điều đó phù hợp với những qui luật, những

tính chất của vật thể mà học sinh đã biết. Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh

phân tích diễn biến của hiện tượng này như sau:

- Cá sống được vì nước ở phần dưới ống chưa nóng lên, trong khi nước ở

miệng ống đã bị đun sôi. Vậy nước có tính chất gì mà ở trên mặt thì nước sôi, còn

ở dưới nước vẫn lạnh ? (Nước dẫn nhiệt kém).

- Nước có thể truyền nhiệt bằng những cách nào? Ở đây, có những hình

thức truyền nhiệt nào? (Dẫn nhiệt và đối lưu. Ở đây, không có đối lưu vì nước

nóng nhẹ ở trên mặt nước không chìm xuống dưới, còn nước ở dưới lạnh trọng

lượng riêng lớn không nổi lên được).

- Thuỷ tinh có tính chất gì mà đun nóng ở trên miệng những dưới đáy vẫn

lạnh? (Dẫn nhiệt kém).

- Nếu đun lâu thì cá có sống được không? Vì sao?

Tóm lại, qua những gợi ý trên, học sinh sẽ hình dung thấy được diễn biến

của hiện tượng như sau: đầu tiên đun nóng phần trên của ống thì cả ống và nước

ở phần này đều nóng lên. Nhiệt thu được ở đây sẽ truyền xuống dưới, nhưng ống

thuỷ tinh và nước đều dẫn nhiệt kém, truyền nhiệt chậm, cho nên tuy phần trên đã

sôi mà phần dưới vẫn còn lạnh. Bởi thế, cá vẫn sống. Nếu đun lâu hoặc dùng ống

bằng kim loại dẫn nhiệt tốt thì phần dưới sẽ mau chóng bị nóng lên và cá sẽ chết.

Ba kiểu hướng dẫn tìm tòi qui về kiến thức, phương pháp đã biết nêu trên

có tác dụng rất tốt để chuẩn bị cho học sinh tìm tòi sáng tạo, vì trước khi sáng tạo

ra cái mới thông thường người ta phải sử dụng tất cả những cái đã biết mà không

thành công.

2. Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần

Kiểu hướng dẫn này thường được sử dụng khi nghiên cứu tài liệu mới, học

sinh được giao nhiệm vụ phát hiện những tính chất mới, những mối liên hệ có

tính qui luật mà trước đây học sinh chưa biết hoặc chưa biết đầy đủ.

Ở đây, không thể hoàn toàn sử dụng những kiến thức đã biết, không có con

đường suy luận lôgic để suy ra từ cái đã biết mà đòi hỏi sự sáng tạo thực sự, một

bước nhảy vọt trong nhận thức. Các nhà khoa học cho rằng: trong tình huống

này, trực giác đóng vai trò quan trọng. Bằng trực giác (dựa trên kinh nghiệm và

vốn hiểu biết), nhà khoa học dự đoán một câu trả lời, một giải pháp cho vấn đề

đặt ra rồi tìm cách kiểm tra tính đúng đắn của dự đoán (giả thuyết) đó bằng thực

nghiệm. Rèn luyện trực giác khoa học cho học sinh là điều khó khăn, giáo viên

không thể chỉ ra cho học sinh con đường đi đến trực giác mà tự học sinh phải

thực hiện nhiều lần để có kinh nghiệm, không ai có thể làm thay được. Tuy

nhiên, giáo viên có thể tạo điều kiện thuận lợi cho học sinh tập dượt những bước

nhảy đó, bằng cách phân chia một bước nhảy vọt lớn trong khoa học thành những

bước nhỏ nằm trong vùng phát triển gần của học sinh. Sau khi được rèn luyện

nhiều lần, học sinh sẽ tích luỹ được kinh nghiệm, có sự nhạy cảm phát hiện, đề

xuất được giải pháp mới để vượt qua khó khăn.

Thông thường, trong khi tìm tòi giải quyết một vấn đề mới, học sinh không

phải là hoàn toàn bế tắc ngay từ đầu hoặc bế tắc trong toàn bộ tiến trình giải

quyết vấn đề. Trong khi lập luận để giải quyết vấn đề có nhiều phần sử dụng

những kiến thức cũ, phương pháp cũ thành công, chỉ đến một phần nào đó mới bế

tắc, đòi hỏi phải tìm cái mới thực sự.

Ví dụ: Khi nghiên cứu định luật bảo toàn cơ năng ở lớp 10, học sinh đã

biết cách tính động năng và thế năng của vật khi chuyển động trong trường trọng

lực và biết rằng: Khi vật rơi, thế năng giảm và động năng tăng. Vấn đề mới đặt ra

là: trong quá trình vật rơi, cả thế năng và động năng đều biến đổi, vậy có đại

lượng nào bảo toàn hay không? Trong những kiến thức mà học sinh đã biết, chưa

có kiến thức nào nói tới điều này. Nhưng vì học sinh đã biết: trong khi một vật

rơi thì thế năng giảm và động năng tăng lên, nên có thể dự đoán là : Tổng động

năng và thế năng của vật không đổi.

Làm thế nào để biết dự đoán đó đúng hay không? Học sinh đã biết qui luật

của sự rơi tự do nên cũng biết cách tính vận tốc của vật rơi tự do khi nó rơi ở một

độ cao h, do đó tính được giá trị của động năng, thế năng của vật ở mỗi vị trí và

tổng của chúng. Học sinh thực hiện các phép biến đổi đã biết và đi đến kết luận

mới: Tổng động năng và thế năng của vật không đổi khi vật chuyển động trong

trường trọng lực. Kết luận này được rút ra bằng suy luận lí thuyết, cần phải kiểm

tra bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, việc bố trí thí nghiệm kiểm tra rất phức tạp do

việc đo vận tốc tức thời của vật ở cuối đoạn đường rơi. Bởi thế, giáo viên giới

thiệu cho học sinh thí nghiệm trên máy Attut nhằm kiểm tra kết luận trên. Thí

nghiệm này chỉ có thể thực hiện được trong một bài thí nghiệm thực hành.

Học sinh đã biết có hai trường hợp lực thế trong cơ học là trọng lực và lực

đàn hồi. Vậy một vấn đề mới đặt ra là: liệu định luật bảo toàn cơ năng có đúng

cho trường hợp vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi không? Do sự

tương tự giữa trọng lực và lực đàn hồi (đều là lực thế) nên có thể dự đoán là: định

luật bào toàn cơ năng cũng đúng cho trường hợp lực đàn hồi. Làm thế nào để

kiểm tra được dự đoán này? Ở lớp 10, học sinh chưa biết cách tính công của lực

đàn hồi (F=-kx) do lực đàn hồi biến đổi theo độ dãn, nén của lò xo. Vì thế, học

sinh cũng chưa tính được động năng và thế năng của vật ở mỗi vị trí của con lắc

lò xo. Ở đây, học sinh không áp dụng được phương pháp đã dùng cho trường hợp

trọng lực, mà cần phải có một cách làm khác, đó là sử dụng phương pháp thực

nghiệm.

Giáo viên hướng dẫn học sinh từ dự đoán đã nêu, suy ra hệ quả là: Khi

không có ma sát, con lắc lò xo sẽ dao động mãi mãi giữa hai điểm A và B đối

xứng với vị trí cân bằng O. Sau đó, phải làm thí nghiệm để kiểm tra hệ quả này.

Việc bố trí một con lắc lo xo nằm ngang không có ma sát là một việc rất khó, học

sinh có thể đề ra được những phương án làm giảm ma sát những không có hiệu

quả, dao động của con lắc lò xo mau chóng bị tắt dần. Giáo viên phải giới thiệu

một thiết bị đặc biệt (đệm không khí) mới có ở trường phổ thông để làm giảm ma

sát triệt để và cho vật dao động trên đệm không khí. Thí nghiệm đã chứng tỏ hệ

quả trên là đúng. Như vậy, ta khẳng định được: định luật bảo toàn cơ năng có ý

nghĩa tổng quát, đúng cho cả hai trường hợp lực thế trong cơ học là trọng lực và

lực đàn hồi.

3. Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát

Ở kiểu hướng dẫn này, giáo viên chỉ hướng dẫn học sinh xây dựng phương

hướng chung giải quyết vấn đề, còn việc vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện kế

hoạch đó học sinh tự làm. Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi ở học sinh không những

tính tự lực cao mà còn phải có vốn kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo vững vàng và có

một số kinh nghiệm hoạt động sáng tạo. Nói cách khác,kiểu hướng dẫn này áp

dụng cho đối tượng học sinh khá và giỏi. Trong điều kiện không tách những học

sinh khá ra thành một lớp riêng, giáo viên vẫn có thể sử dụng kiểu hướng dẫn này

kết hợp với kiểu hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần. Học sinh khá thì có thể

tích cực tham gia thảo luận ngay từ khi xác định phương hướng và lập kế hoach

tổng thể, còn học sinh yếu hơn thì tham gia vào giải quyết từng phần cụ thể của

kế hoạch đó.

Ví dụ: Khi nghiên cứu kính hiển vi, học sinh đã biết có thể dùng kính lúp

để quan sát ảnh ảo phóng đại của những vật nhỏ. Vấn đề mới xuất hiện là: độ

phóng đại góc của kính lúp không vượt quá được 25, vậy phải làm thế nào có thể

đạt được độ phóng đại góc lớn hơn nữa để quan sát được những vật rất nhỏ (tế

bào, vi khuẩn)? Rõ ràng là phải dùng biện pháp mới: phóng đại lần thứ hai qua

một thấu kính, để thu được ảnh ảo cuối cùng nhiều lần lớn hơn là dùng kính lúp.

Giáo viên hướng dẫn học sinh nhớ lại những cách khác nhau để phóng đại

ảnh bằng thấu kính và yêu cầu học sinh đề xuất giải pháp. Học sinh có thể đề

xuất hai giải pháp sau:

- Dùng kính thứ nhất là kính lúp cho ảnh ảo phóng đại, rồi dùng một thấu

kính hội tụ thứ hai như một kính lúp thứ hai phóng đại ảnh lên một lần nữa.

- Dùng một thấu kính hội tụ cho một ảnh thật phóng đại lên lần thứ nhất,

sau đó dùng một thấu kính hội tụ thứ hai như là một kính lúp để thu được ảnh ảo

được phóng đại lên lần thứ hai.

Tiếp theo, giáo viên yêu cầu học sinh tự lực dùng cách vẽ hình để tạo ảnh

qua hệ thấu kính nói trên, phân tích ưu nhược điểm của hai giải pháp và chọn lấy

giải pháp có lợi hơn. Học sinh tự lực thực hiện công việc dựng hình và thảo luận

về kết quả thu được.

3.3.3. Ví dụ về bài học theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề

Ta hãy xét bài học về lực đẩy Acsimet- sự nổi của các vật (lớp 7). Bài học

này được chia thành một chuỗi nhiều tình huống có vấn đề liên tiếp và sử dụng

nhiều phương pháp nhận thức khác nhau để giải quyết vấn đề học tập. Mặc dù

học sinh lớp 7 chưa được học tường minh các phương pháp nhận thức, nhưng

giáo viên thì cần phải biết rõ mình sử dụng phương pháp nào để làm cho đúng và

rèn luyện cho học sinh quen dần.

1. Tình huống 1

Giáo viên yêu cầu học sinh nêu lên những hiện tương xảy ra khi ta thả các

vật khác nhau vào nước (hòn đá, cái lá, cái thuyền sắt, cái kim khâu, miếng xốp

và miếng sắt cùng thể tích…). Vấn đề đặt ra là: khi ta nhúng các vật khác nhau

vào nước, có vật chìm xuống, có vật lại nổi lên. Thông thường thì vật năng chìm

xuống, vật nhẹ nổi lên, nhưng có nhiều trường hợp, vật nhẹ lại chìm xuống, còn

vật năng lại nổi lên. Tại sao? (tình huống “tại sao”).

Tình huống này phức tạp, nêu lên một vấn đề lớn, không thể giải quyết

ngay được nên học sinh lúng túng. Giáo viên cần phải phân chia vấn đề cần giải

quyết ra thành những vấn đề nhỏ hơn.

2. Tình huống 2

Giáo viên nhắc lại điều đã biết là: Các vật đều chịu tác dụng của trọng lực

làm vật rơi từ trên xuống dưới. Khi thả một miếng xốp vào chậu nước, tại sao

miếng xốp không rơi xuống đáy chậu? Có lực nào tác dụng lên miếng xốp? Bằng

kinh nghiệm hàng ngày, học sinh dễ dàng phát hiện được là: nước đẩy vật lên,

nghĩa là nước tác dụng một lực lên vật, lực này hướng thẳng đứng từ dưới lên

trên.

Khi ta thả một cục sắt vào chậu nước, cục sắt tiếp tục rơi trong nước chìm

xuống đáy chậu. Ở trường hợp này, nước có tác dụng một lực lên vật không?

Làm thế nào biết được? Muốn biết có lực của nước tác dụng lên vật không, ta

phải tìm cách đo lực đó. Học sinh đã biết cách dùng lực kế để đo lực, nhưng ở

đây không đo được trực tiếp lực đẩy của nước lên vật. Ta phải tìm một cách đo

gián tiếp như thế nào? (Tình huống phát triển).

- Vấn đề: làm thế nào để chứng tỏ được rằng: Có lực đẩy của nước tác

dụng lên một vật nhúng trong nó và đo lực đó bằng cách nào?

- Kiểu hướng dẫn giải quyết vấn đề: hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần,

sử dụng phương pháp thực nghiệm.

Treo vật ở đầu dưới lực kế. Khi chưa nhúng vật vào nước, lực kế chỉ trọng

lực của vật (ở lớp 7, chưa phân biệt trọng lực và trọng lượng). Khi nhúng vật vào

nước, lực kế chỉ một lực nhỏ hơn trọng lực. Điều đó chứng tỏ một lực đẩy của

nước từ dưới lên, lực kế chỉ hiệu số của hai lực đó: Flk=P-FA. Lực đẩy của nước

tác dụng lên vật hướng từ dưới lên trên được gọi là lực đẩy Acsimet.

3. Tình huống 3

Ta tiếp tục đi sâu hơn nữa, xem xét lực đẩy Acsimet phụ thuộc vào những

yếu tố nào? (tình huống phát triển).

- Vấn đề: hãy xác định độ lớn của lực đẩy Acsimet phụ thuộc vào những

yếu tố nào?

- Kiểu hướng dẫn giải quyết vấn đề: hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần,

sử dụng phương pháp thực nghiệm.

Lần lượt kiểm tra các dự đoán mà học sinh có thể nêu ra: lực đẩy Acsimet

phụ thuộc vào thể tích của vật, vào trọng lượng riêng của vật, vào trọng lượng

riêng của chất lỏng…, để rút ra kết luận về sự phụ thuộc của lực đẩy Acsimet vào

thể tích của vật chìm trong chất lỏng (thể tích của khối chất lỏng bị vật chiếm

chỗ) và vào trọng lượng riêng của chất lỏng. Kết quả của việc giải quyết vấn đề

dẫn tới nội dung định luật Acsimet.

Mặt khác, vì học sinh đã biết tính áp suất của chất lỏng tác dụng lên mặt có

diện tích S nhúng trong chất lỏng có trọng lượng riêng d ở độ sâu h: p=dh, nên

giáo viên có thể yêu cầu học sinh xuất phát từ công thức này để rút ra công thức

tính độ lớn của lực đẩy Acsimet. Ở đây, giáo viên sử dụng kiểu hướng dẫn tìm tòi

qui về kiến thức, phương pháp đã biết. Giáo viên hướng dẫn học sinh phân tích

hiện tượng để rút ra kết luận: lực đẩy Acsimet bằng hiệu số của các áp lực mà

chất lỏng tác dụng lên mặt dưới và mặt trên của vật (chỉ xét trường hợp đơn giản

vật có hình dạng khối lập phương).

4. Tình huống 4

Như ta đã biết ở trên, một vật nhúng trong chất lỏng sẽ chịu tác dụng của

hai lực: trọng lực và lực đẩy Acsimet. Ta đã biết cách xác định hai lực đó. Vậy ta

quay trở lại vấn đề được nêu lên từ đầu: nhúng một vật trong chất lỏng, khi nào

thì vật nổi lên, chìm xuống hay lơ lửng trong chất lỏng? (tình huống phát triển).

- Vấn đề: so sánh trọng lực và lực đẩy Acsimet để tìm xem một vật nhúng

trong chất lỏng khi nào thì nổi lên, chìm xuống hay lơ lửng trong chất lỏng?

- Kiểu hướng dẫn giải quyết vấn đề: hướng dẫn tìm tòi qui về kiến thức,

phương pháp đã biết.

Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại kiến thức cũ: khi vật chịu tác dụng của

hai lực cùng phương, ngược chiều nhau F1 và F2 thì có những khả năng chuyển

động nào của vật, nếu độ lớn của hai lực này thay đổi?

Học sinh vận dụng qui tắc hợp lực của hai lực cùng phương, ngược chiều

để tìm hợp lực. Từ đó, suy ra hướng chuyển động của vật (đứng yên, nổi lên hay

chìm xuống).

5. Tình huống 5

Ta đã biết ở trên: một vật nhúng vào trong chất lỏng thì chịu tác dụng của

lực đẩy Acsimet. Ta lại biết: Giống như chất lỏng, các chất khí cũng gây ra áp

suất ở trong lòng chúng. Vậy một vật nhúng trong chất khí, chẳng hạn trong

không khí, có chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet từ chất khí lên nó không? (tình

huống phát triển).

- Vấn đề: một vật đặt trong không khí có chịu tác dụng của lực đẩy

Acsimet giống như vật nhúng trong chất lỏng không?

- Kiểu hướng dẫn giải quyết vấn đề: hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần,

sử dụng phương pháp tương tự.

Dựa trên sự tương tự của chất lỏng và chất khí trong việc gây ra áp suất

trong lòng chúng, suy ra dự đoán: một vật đặt trong không khí cũng chịu một lực

đẩy Acsimet bằng trọng lượng của khối không khí bị vật chiếm chỗ. Từ dự đoán

này, suy ra hệ quả: vật nổi lên hay rơi xuống trong không khí cũng tuỳ thuộc vào

mối tương quan về độ lớn giữa lực đẩy Acsimet và trọng lực tác dụng lên vật.

Giáo viên nêu lên ví dụ khẳng định hệ quả và cũng là khẳng định dự đoán trên:

quả bóng cao su rơi xuống đất do trọng lực lớn hơn lực đẩy Acsimet, quả bóng

bay, khí cầu chứa chất khí (ví dụ chứa khí hê li) có trọng lượng riêng nhỏ hơn

trọng lượng riêng không khí nên “nổi” trong không khí.

Chương 4

GIÁO DỤC TƯ TƯỞNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

Giáo dục tư tưởng, đạo đức luôn là nhiệm vụ hàng đầu của nhà trường phổ

thông. Nội dung chủ yếu của giáo dục tư tưởng bao gồm hai mặt: giáo dục thế

giới quan và giáo dục nhân sinh quan. Thế giới quan bao gồm những quan điểm

về sự tồn tại và vận động của thế giới khách quan, còn nhân sinh quan là quan

điểm, thái độ ứng xử của mỗi người trong cộng đồng xã hội. Thế giới quan và

nhân sinh quan sẽ chỉ đạo hành vi của mỗi người khi tiếp xúc với tự nhiên và xã

hội. Có thế giới quan đúng đắn, con người sẽ hành động phù hợp với qui luật của

tự nhiên, nên có thể làm cho hiện tượng tự nhiên diễn ra theo chiều hướng có lợi

cho con người. Bản thân con người cũng là một thực thể khách quan vận động và

phát triển có qui luật; cho nên, thế giới quan đúng đắn giúp cho thái độ ứng xử

giữa con người với nhau đúng đắn. Ngược lại, nhân sinh quan đúng đắn không

chỉ dừng lại ở thái độ ứng xử giữa con người với nhau mà còn định hướng cho

con người trong việc khai thác tự nhiên phục vụ lợi ích của mình. Mỗi môn học

đều phải thực hiện cả hai mặt đó của giáo dục tư tưởng. Tuy nhiên, do đặc điểm

của mỗi môn học mà nội dung giáo dục và cách làm cụ thể khác nhau. Môn vật lí

ở trường phổ thông có nhiều điều kiện thuận lợi để giáo dục thế giới quan khoa

học cho học sinh, ta cần phải biết tận dụng khả năng đó.

4.1. GIÁO DỤC THẾ GIỚI QUAN KHOA HỌC

4.1.1. Nội dung thế giới quan khoa học trong giáo trình vật lí

Thế giới quan khoa học hiện đại thực chất là thế giới quan duy vật biện

chứng, bao gồm các vấn đề về sự tồn tại của vật chất, mối quan hệ giữa vật chất

và ý thức và các quy luật tổng quát của sự vận động của vật chất. Trong dạy học

vật lí ở trường phổ thông, ta không đưa ra tường minh những khái niệm, quan

niệm triết học về các vấn đề trên, nhưng có nhiều cơ hội để đưa ra các cơ sở thực

tiễn của những quan niệm trên, làm cho học sinh cảm nhận được và tin tưởng ở

sự đúng đắn của các bằng chứng thực tiễn, góp phần hình thành những quan niệm

trên.

1. Thế giới vật chất tồn tại khách quan

Vật lí học là một môn học nghiên cứu về tự nhiên. Việc đầu tiên là phải

quan sát tự nhiên, nhận biết sự tồn tại của thế giới tự nhiên bằng các giác quan

của mình. Tiếp theo là phải xây dựng những khái niệm vật lí để phản ánh những

thuộc tính bản chất của thế giới khách quan. Khoa học vật lí xây dựng trên những

khái niệm đó. Nhưng các khái niệm vật lí đều có tính chất khái quát và trừu

tượng. Bởi vậy, ngay từ khi học những khái niệm đầu tiên về vật lí, đã phải chú ý

làm sáng tỏ cơ sở thực tiễn, nguồn gốc vật chất của các khái niệm.

Thí dụ như: khi xây dựng khái niệm “lực”, cần luôn luôn chú ý làm nổi bật

ý “lực là đại lượng đặc trưng tương tác giữa vật này vào vật khác". Khi nói rằng:

có một lực tác dụng lên vật A thì có nghĩa rằng: chắc chắn phải có vật B (một

thực thể vật chất) thực hiện tác dụng đó. Trong mọi trường khi nói có lực tác

dụng, ta đều phải chỉ ra được “vật tác dụng” đó. Điều này sẽ làm cho học sinh

ngày càng tin tưởng là: không có lực phi vật chất.

Ngày nay, nhờ có các phương tiện hiện đại, ta có thể quan sát thấy những

thực thể vật lí mà trước đây ta chỉ phỏng đoán về sự tồn tại của chúng. Thí dụ:

bằng kính hiển vi điện tử, ta đã trông thấy các phân tử của nhiều chất.

2. Sự phát hiện ra một dạng tồn tại thứ hai của vật chất sẽ gặp khó khăn

hơn, bởi vì ta không nhận biết được trường trực tiếp bằng các giác quan. Ta chỉ

có thể căn cứ vào một số tính chất đặc biệt của trường mà phán đoán về sự tồn tại

của nó. Thí dụ như: căn cứ vào lực tác dụng lên một điện tích đặt tại một điểm

trong không gian mà nhận biết rằng tại điểm đó, có tồn tại một điện trường, hoặc

là một hạt điện tích đặt trong một điện trường sẽ chuyển động và thu được năng

lượng. Năng lượng đó do điện trường truyền cho nó. Năng lượng gắn liền với vật

chất, là một biểu thị của sự tồn tại của vật chất.

3. Vật chất vận động không ngừng

Vật lí học khảo sát các hiện tượng trong tự nhiên. Có thể chỉ cho học sinh

biết rằng: mọi hiện tượng vật lí đều do sự chuyển động và tương tác của các phần

tử vật chất mà sinh ra. Không có vật nào tuyệt đối đứng yên, chuyển động vốn là

thuộc tính cố hữu, luôn gắn liền với vật thể. Ngay cả khi ta thấy mặt nước trong

chậu yên lặng thì thực ra ở đó đang diễn ra một sự biến đổi qua lại giữa nước và

hơi nước, luôn luôn có sự chuyển động theo hai chiều trái ngược nhau của các

phân tử nước qua mặt thoáng của nước.

4. Sự vận động có qui luật của thế giới vật chất

Sự vận động có qui luật của thế giới vật chất tuy rất đa dạng, mới thoạt

nhìn có vẻ hỗn độn, ngẫu nhiên, nhưng thực ra đều tuân theo những qui luật xác

định và rất đơn giản. Hầu hết các hiện tượng nghiên cứu trong giáo trình vật lí

đều dẫn đến các định luật vật lí hay dẫn đến những nhận xét có tính qui luật

khách quan. Thí dụ như: hiện tượng rơi của các vật quanh ta xảy ra rất phức tạp

và rất khác nhau như hòn đá, cái lá, cái nút chai, giọt mưa… Thế nhưng, tất cả

các vật rơi lại tuân theo một định luật rất đơn giản: khi sức cản của môi trường

không khí không đáng kể so với trọng lượng của vật thì ở cùng một nơi, các vật

đó đều rơi với cùng một gia tốc.

Các định luật vật lí do con người xây dựng lên để phản ánh những qui luật

của tự nhiên. Sự phản ánh đó đúng đến đâu, chính xác đến đâu là do trình độ con

người. Bởi vậy, qui luật của tự nhiên tồn tại vĩnh viễn, trong khi những định luật

do con người xây dựng lên thì có thể thay đổi để ngày càng phản ánh đúng hơn

qui luật của tự nhiên, ngày càng tiến dần hơn đến chân lí khách quan.

5. Nhiều hiện tượng vật lí là những biểu hiện cụ thể của những qui luật

biện chứng của sự vận động và phát triển của thế giới vật chất

Trước hết, trong giáo trình vật lí, có nhiều dịp để chỉ cho học sinh thấy

rằng: các hiện tượng vật lí luôn luôn có liên quan và phụ thuộc lẫn nhau. Trong

một hiện tượng vật lí thực, không chỉ có một dạng chuyển động của vật chất, một

qui luật chi phối mà thường là có nhiều dạng chuyển động cùng tồn tại, nhiều

mối quan hệ, nhiều định luật cùng tác động. Do đó, các định luật vật lí thường rất

đơn giản nhưng biểu hiện của chúng trong thực tế lại rất phức tạp. Chẳng hạn

như: hiện tượng nhiệt có liên quan đến sự cọ xát của các vật vĩ mô chuyển động

nhưng thực chất, nguyên nhân sâu xa của hiện tượng nhiệt là do chuyển động của

các phân tử tạo thành vật, chuyển động của các phân tử cũng là một loại chuyển

động cơ học. Trong hiện tượng giãn nở vì nhiệt, chuyển động hỗn loạn của các

phân tử lại chuyển hoá thành chuyển động theo một hướng xác định cuả vật thể.

Cũng chính trong hiện tượng giãn nở đó, một chất khí vừa tuân theo định luật áp

suất, vừa tuân theo định luật về tăng thể tích của lượng khí. Thực ra, những biến

đôỉ đó luôn xảy ra đồng thời, chúng ta đã tách ra từng mặt cho dễ nghiên cứu mà

thôi.

Những biến đổi về các tính chất vật lí của vật chất vừa có giai đoạn ổn

định chỉ có biến đổi về lượng, vừa có giai đoạn đột biến về chất. Trong dạy học

vật lí ở trường phổ thông, giáo viên có nhiều cơ hội để chỉ ra cho học sinh bằng

chứng về qui luật những biến đổi dần dần về số lượng dẫn đến những biến đổi

nhảy vọt về chất lượng. Thí dụ như: trong quá trình nhiệt, sự tăng nhiệt độ dần

dần làm cho vật nóng lên, đến một mức độ nào đó dẫn đến kết quả làm thay đổi

hẳn trạng thái cấu tạo (sôi, đông đặc). Trong thang sóng điện từ, sự tăng dần về

số lượng của độ dài bước sóng, đến một giới hạn nào đó, sóng điện từ sẽ có một

tính chất khác hẳn (thí dụ như: từ ánh sáng thấy được chuyển sang không trông

thấy được, nhưng lại có khả năng đâm xuyên rất mạnh).

Quy luật mâu thuẫn thống nhất cũng thể hiện rất rõ ràng trong nhiều hiện

tượng vật lí: cực bắc và cực nam có những tính chất trái ngược nhau nhưng lại

luôn luôn tồn tại trong một thanh nam châm. Điện tích dương và điện tích âm

luôn tồn tại cùng nhau trong một nguyên tử, đảm bảo cho sự toàn vẹn của một

nguyên tử. Lực và phản lực tuy là ngược nhau nhưng luôn xuất hiện đồng thời

trong mỗi tương tác… Trong nhiều trường hợp, giáo viên có thể chỉ cho học sinh

thấy rằng: sự đấu tranh giữa hai mặt đối lập trong mâu thuẫn là động lực thúc đẩy

sự phát triển của hiện tượng. Thí dụ như: ở nhiệt độ nóng chảy, có hai quá trình

độc lập cùng tồn tại: nóng chảy và đông đặc. Nếu ta cung cấp thêm nhiệt độ cho

vật thể thì quá trình nóng chảy sẽ chiếm ưu thế và vật rắn chuyển sang trạng thái

lỏng; ngược lại, nếu tạo điều kiện cho nhiệt độ tỏa ra môi trường ngoài, vật sẽ trở

về trạng thái rắn. Như vậy, con người bằng tác động của mình có thể tạo điều

kiện để mặt này hay mặt kia của mâu thuẫn chiếm ưu thế, làm cho hiện tượng

diễn ra theo chiều hướng có lợi cho con người.

6. Định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng chiếm một vị trí quan

trọng trong thế giới quan khoa học hiện đại. Định luật có tính chất tổng quát, áp

dụng cho mọi quá trình biến đổi trong tự nhiên. Đó là một trong những cơ sở đầu

tiên để đánh giá sự đúng đắn của những phát minh vật lí mới. Định luật này cũng

là sự phản ánh tính thống nhất của các dạng chuyển động khác nhau của vật chất.

Định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng được hình thành dần dần

trong nhiều giai đoạn của giáo trình vật lí. Tư tưởng của định luật này được phát

triển một cách tuần tự qua việc khảo sát các hiện tượng thuộc nhiều lĩnh vực.

Trong dạy học vật lí, đặc biệt cần nhấn mạnh đến hai khía cạnh cơ bản sau:

- Định luật này biểu hiện của đặc tính không tự sinh ra và cũng không tự

mất đi của chuyển động của vật chất, chỉ có sự chuyển hoá từ dạng này sang dạng

khác. Mỗi dạng năng lượng đều gắn với một dạng chuyển động của vật chất.

- Sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác không mất đi của

nó chính là một biểu hiện của sự bảo toàn vật chất. Định luật này biểu hiện trong

mọi tương tác của các phần tử vật chất, trong mọi hiện tượng tự nhiên.

7. Hình thành quan điểm về tính có thể nhận thức được thế giới vật chất

Đây là một vấn đề rất quan trọng, tạo ra lòng tin vững chắc ở những tính

chất và qui luật của tự nhiên mà con người phát hiện ra. Thiếu lòng tin đó thì khó

có thể tiếp tục con đường nghiên cứu tự nhiên mà loài người đang theo đuổi,

cũng như khó có thể sử dụng những qui luật đã tìm được để cải tạo thiên nhiên,

phục vụ lợi ích của con người. Để hình thành được quan điểm này cho học sinh,

cần phải dần dần làm sáng tỏ những vấn đề sau:

a) Thực tiễn là nguồn gốc tri thức của chúng ta, đồng thời cũng là tiêu

chuẩn để đánh giá xem những tri thức trừu tượng mà chúng ta đã thu được có

phải là chân lí không. Những qui luật của tự nhiên tác động không phụ thuộc vào

ý muốn của con người (có tính khách quan), nhưng con người có thể nhận thức

được những tính chất và qui luật của tự nhiên bằng tư duy của mình. Chỉ có một

cách duy nhất để biết xem sự nhận thức đó có đúng không bằng cách đối chiếu,

vận dụng kiến thức thu được vào thực tiễn.

b) Nhận thức là một quá trình không ngừng chuyển từ chỗ chưa đầy đủ đến

chỗ đầy đủ hơn, từ một chân lí tương đối (trong một phạm vi hẹp) sang một chân

lí tương đối khác rộng hơn, đầy đủ hơn, tiến dần đến chân lí tuyệt đối của tự

nhiên. Mỗi một khái niệm, định luật vật lí do con người xây dựng lên đều chỉ

phản ánh được một mặt nào đó của tự nhiên, trong giới hạn hiểu biết hiện nay của

con người. Thế giới tự nhiên là vô tận, không bao giờ ta có thể đi đến chân lí cuối

cùng. Tuy nhiên, những điều mà khoa học hiện nay đạt được là hoàn toàn phù

hợp với thực tiễn ta đang sống và vì thế nó có ý nghĩa lớn lao đối với cuộc sống

của con người. Tuy nhiên, khoa học vật lí thực sự chỉ mới được hình thành trong

khoảng 400 năm nay, đó là một thời gian rất ngắn so với lịch sử loài người và so

với tương lai lâu dài. Do đó, sự hiển biết của chúng ta về tự nhiên còn hạn chế,

còn nhiều hiện tượng mà ta chưa hiểu được nguyên nhân của chúng, qui luật của

chúng và cũng có cả các hiện tượng mà ta chưa quan sát, nhận biết được do có sự

hạn chế của các giác quan của chúng ta. Những phương tiện, dụng cụ kĩ thuật

mới do con người chế tạo ra sẽ giúp ích làm tăng rất nhiều khả năng quan sát

nhận biết của chúng ta, sẽ giúp phát hiện ra nhiều điều mà hiện nay còn được coi

là bí ẩn.

c) Nhận thức luôn luôn là một quá trình có mục đích và được qui định bởi

những nhu cầu của xã hội. Quá trình này không kết thúc ở chỗ phát hiện được

những tính chất, những qui luật của tự nhiên để thoả mãn sự tò mò, muốn hiểu

biết của con người. Sự nhận thức khoa học nào cũng nhằm áp dụng kết quả của

nó vào đời sống, vào kĩ thuật sản xuất, vào các mặt hoạt động đa dạng của con

người, để làm biến đổi thế giới khách quan cho phù hợp với nhu cầu của con

người. Theo ý nghĩa đó, vật lí học cũng như các môn khoa học khác mới có ý

nghĩa lớn lao, trở thành một lực lượng sản xuất trong đời sống xã hội.

4.1.2 Phương pháp thực hiện nội dung giáo dục thế giới quan khoa

học

1. Thế giới quan khoa học phải được rút ra từ chính quá trình nghiên cứu

những kiến thức vật lí. Những kết luận thu được trong khi nghiên cứu vật lí chính

là những trường hợp riêng làm tài liệu, làm cơ sở để khái quát hoá thành những

thành phần của thế giới quan. Thí dụ như: nghiên cứu một vài định luật vật lí thì

chưa đủ để làm cho học sinh nhận thức được tính qui luật của những hiện tượng

tự nhiên, nhưng sau khi đã khảo sát hàng chục hiện tượng khác nhau trong thời

gian dài nhiều năm ở bậc trung học, học sinh sẽ nhận thức được đặc tính này của

thế giới khách quan. Đến một lúc thích hợp, khi học sinh đã tích luỹ được tương

đối đủ kiến thức vật lí và kinh nghiệm, giáo viên có thể giúp họ khái quát lên

thành một nhận xét chung về tính qui luật đó và vận dụng cho các lĩnh vực

nghiên cứu mới.

2. Thế giới quan không chỉ là sự hiểu biết mà còn là niềm tin. Muốn làm

cho học sinh tin ở những quan điểm của chủ nghĩa duy vật biện chứng thì không

phải là giảng giải, thông báo cho họ những quan điểm trừu tượng đó mà tốt nhất

là để cho học sinh bằng hành động của mình mà phát hiện những biểu hiện cụ

thể của những quan điểm đó trong mỗi hiện tượng vật lí. Sự chứng kiến tận mắt

những hiện tượng vật lí diễn ra không phụ thuộc vào ý muốn của mình mà luôn

tuân theo những qui luật xác định sẽ hình thành được ở học sinh lòng tin vững

chắc hơn là giảng giải hàng trăm lần. Thế giới quan cũng là một phẩm chất tâm lí

của con người, được hình thành, phát triển cùng với hoạt động của con người.

Học sinh biết rằng: giáo viên là người nắm vững những tính chất vật lí,

những định luật vật lí. Cho nên, trong trường hợp giáo viên vận dụng một định

luật vật lí để dự đoán một hiện tượng nhưng hiện tượng lại xảy ra không đúng dự

đoán mà không hiểu nguyên nhân vì sao thì dẫn đến kết quả tai hại là: làm giảm

lòng tin của học sinh ở tính phổ biến, khách quan của định luật đó.

3. Thế giới quan là kết quả của một quá trình nhận thức khái quát và trừu

tượng ở mức độ cao hơn đối với việc nhận thức các tính chất và định luật vật lí.

Bởi vậy, muốn làm cho học sinh tin tưởng ở thế giới quan như tin tưởng ở một

chân lí khách quan thì giáo viên cần luôn luôn tận dụng những trường hợp cụ thể

trong quá trình nghiên cứu vật lí để chứng tỏ thế giới quan đó phù hợp với thực tế

khách quan. Trong những trường hợp cụ thể, bằng cách kể chuyện lịch sử để

chứng tỏ các nhà khoa học nhờ có thế giới quan đúng đắn mà đạt được những

thành tựu rực rỡ trong công tác nghiên cứu khoa học.

Thí dụ như: để cho học sinh tin tưởng rằng hiện tượng tự nhiên tuy xảy ra

rất phức tạp, đa dạng nhưng vẫn tuân theo những định luật nhất định, giáo viên

khi hướng dẫn học sinh bắt đầu nghiên cứu một hiện tượng mới, thì trước hết nên

để cho học sinh quan sát hiện tượng trong thực tế với tất cả những sự phức tạp

của nó; sau đó mới tìm cách phân tích ra những hiện tượng đơn giản hơn, xảy ra

trong những điều kiện khống chế được, để xác định nguyên nhân trực tiếp của

hiện tượng đó. Nếu ngay từ đầu, giáo viên đã cho học sinh quan sát hiện tượng

trong một trường hợp đơn giản tạo ra ở phòng thí nghiệm thì khó có thể cho họ

tin tưởng ở tính khái quát của kết luận.

4.2. GIÁO DỤC NHÂN SINH QUAN

Nếu như thế giới quan khoa học gắn chặt với nội dung khoa học của kiến

thức vật lí, được hình thành và phát triển trong chính quá trình xây dựng những

kiến thức vật lí đó, thì nhân sinh quan lại là một kết quả gián tiếp thông qua việc

sử dụng những kiến thức đó nhằm phục vụ lợi ích của con người. Vì vật lí học có

rất nhiều ứng dụng trong mọi mặt hoạt động của con người nên có nhiều cơ hội

để góp phần giáo dục cho học sinh lòng yêu nước, thái độ đối với lao động, đối

với môi trường.

4.2.1. Giáo dục lòng yêu nước

Lòng yêu nước của học sinh bắt nguồn ngay từ sự gắn bó với làng xóm,

quê hương, từ tình yêu đối với người thân quen ở địa phương mình trong suốt

tuổi thiếu niên cùng chia xẻ những niềm vui hay những lo lắng về đời sống xã

hội, từ lòng khát khao xây dựng quê hương đất nước giàu đẹp, từ lòng tự hào về

những thành tựu lao động, chiến đấu bảo vệ tổ quốc của dân tộc. Việc gắn liền

kiến thức vật lí với đời sống, chỉ ra cho học sinh thấy có thể đem những kiến thức

vật lí mới tiếp thu được để cải thiện cuộc sống của gia đình, của địa phương mình

sẽ làm cho học sinh thấy ý nghĩa đẹp đẽ của việc học tập vật lí, thấy gắn bó với

địa phương. Thí dụ như: đất nước ta còn nghèo, lao động chân tay còn phổ biến

thì việc sử dụng các máy móc đơn giản để giảm nhẹ sự vất vả và mệt nhọc là rất

có ý nghĩa. Việc áp dụng những kiến thức về thuỷ tĩnh học vào việc tưới tiêu

nước trên ruộng đồng, khai thác và phân phối nước sạch trong sinh hoạt ở nông

thôn, miền núi; việc sắp đặt mạng lưới điện hợp lí trong nhà, trong xóm vừa đảm

bảo an toàn, vừa chống hao phí thất thoát, tiết kiệm nguồn năng lượng quí giá

đó… không những giúp học sinh phát triển trí tuệ mà con làm nảy sinh tình cảm

với quê hương, lòng khao khát đem kiến thức của mình làm đẹp cho cuộc sống

ngay trên địa phương mình ở.

Trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, việc đưa các ứng

dụng kỹ thuật của vật lí vào phục vụ sản xuất và đời sống đã diễn ra với tốc độ

rất nhanh ở khắp nơi trên đất nước ta, ở nhiều mặt trong một thời gian ngắn đã

theo kịp sự phát triển chung của khu vực và trên thế giới. Điều đó chứng tỏ tinh

thần lao động cần cù, sức sáng tạo mạnh mẽ của người Việt Nam, trong đó có thế

hệ trẻ là những người được đào tạo cẩn thận để làm chủ khoa học kĩ thuật. Những

thông tin về sự phát triển công nghiệp, đưa công nghệ mới vào sản xuất như điện

khí hoá, phát triển hệ thống nhà máy thuỷ điện, phát triển mạng lưới thông tin

liên lạc, phủ sóng truyền hình khắp đất nước… có thể tìm thấy hàng ngày qua

những phương tiện thông tin đại chúng. Việc đưa chúng kịp thời vào các bài học

vật lí sẽ làm tăng thêm lòng tự hào về dân tộc mình, về thế hệ trẻ Việt Nam đang

đem kiến thức khoa học xây dựng đất nước.

Cũng cần và có thể giáo dục cho học sinh biết xót thương, căm ghét những

hành động hoặc không hiểu biết kiến thức vật lí hoặc cố tình áp dụng kiến thức

để chăm lo lợi ích riêng, làm tổn hại đến lợi ích chung. Chẳng hạn như: việc chặt

phá rừng bừa bãi làm cho nước mưa từ trên núi chảy xuống với tốc độ lớn, gây lũ

lụt làm thiệt hại nghiêm trọng về người và của; đào xới chân đê để khai thác cát,

làm lò gạch, xây nhà… có thể làm rò rỉ, vỡ đê vì chân đê là chỗ áp suất nước lớn;

việc dùng thuốc nổ để khai thác thuỷ sản làm huỷ diệt môi trường sinh thái. Việc

sử dụng các thành tựu vật lí để sản xuất vũ khí giết người hàng loạt trong các

cuộc chiến tranh phi nghĩa trên thế giới và chiến tranh xâm lược nước ta trước

đây cần phải được nhắc đến trong các bài học vật lí về các kiến thức có liên quan

đến những vũ khí đó. Bài học về vụ ném bom nguyên tử xuống Hirôsima và

Nagadaki ở Nhật Bản năm 1945 cần phải làm cho thanh thiếu niên mãi mãi ghi

nhớ để luôn cảnh giác, đấu tranh ngăn chặn những việc tương tự.

4.2.2. Giáo dục thái độ đối với lao động

Thái độ đối với lao động của mỗi cá nhân góp phần xây dựng cộng đồng là

một trong những tiêu chuẩn phẩm hạnh của con người trong xã hội mới.

Trước hết là tính tích cực cá nhân, tinh thần trách nhiệm trong lao động.

Điều đó cần được thường xuyên rèn luyện trong quá trình học tập, bằng cách tăng

cường hoạt động tự lực của học sinh, khuyến khích sự suy nghĩ sáng tạo, sự kiên

trì, nhẫn nại khắc phục khó khăn hoàn thành nhiệm vụ học tập.

Việc phân công công việc, phối hợp hành động trong các nhóm học tập,

nhóm thí nghiệm và đôn đốc lẫn nhau để thực hiện phần việc của mỗi người là

một biện pháp có hiêụ quả để giáo dục tinh thần cộng đồng trách nhiệm trong lao

động, rất cần để chuẩn bị cho học sinh tham gia vào các quá trình sản xuất hiện

đại.

Việc giới thiệu cho học sinh những ứng dụng mới của kiến thức vật lí để

chế tạo ra những máy móc, thiết bị hiện đại, làm tăng năng suất lao động, chất

lượng sản phẩm lên nhiều lần là một cách nhắc nhở học sinh rằng: thế kỷ 21 là

thế kỉ của trí tuệ, của chất xám. Sang thế kỷ 21, không thể lao động sản xuất có

hiệu quả, có năng suất cao, nếu không làm chủ được kiến thức khoa học.

Gương lao động quên mình của các nhà khoa học Việt Nam trong chiến

tranh cứu nước, cũng như trong xây dựng hoà bình, luôn luôn khắc phục khó

khăn, phát huy sáng tạo, sử dụng có hiệu quả các thành tựu của vật lí học vào

hoàn cảnh của đất nước ta sẽ có tác dụng khích lệ rất lớn đối với học sinh, khắc

phục tâm lí tự ti trong hoạt động khoa học.

Bản thân giáo viên vật lí cũng phải luôn luôn gương mẫu trong lao động

dạy học của mình, luôn tìm tòi sáng tạo, say mê với công việc, hết lòng vì học

sinh, vì tương lai của đất nước để lôi cuốn các em say mê học tập.

Chương 5

GIÁO DỤC KĨ THUẬT TỔNG HỢP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

5.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA GIÁO DỤC KĨ THUẬT TỔNG HỢP

Một trong những mục tiêu của giáo dục phổ thông là chuẩn bị cho học sinh

những kiến thức và kĩ năng cần thiết để họ có thể nhanh chóng tham gia vào các

hoạt động sản xuất đa dạng trong xã hội hiện đại. Trong thời đại ngày nay, bất kì

một ngành hoạt động xã hội nào cũng phải sử dụng những máy móc, thiết bị kĩ

thuật được chế tạo dựa trên các định luật vật lí. Có nhiều loại máy móc, thiết bị

được sử dụng trong rất nhiều ngành sản xuất. Cũng có nhiều loại máy chuyên

dùng trong một ngành nhưng nguyên lí vật lí thì vẫn là phổ biến, chỉ khác trong

chi tiết kĩ thuật. Chẳng hạn như động cơ điện trong máy tiện, trong quạt máy hay

trong máy khoan răng của bác sĩ nha khoa thì về nguyên tắc là giống nhau. Dụng

cụ đo cường độ dòng điện, đo hiệu điện thế thì có thể dùng để đo các đại lượng

đó trong bất kì ngành sản xuất nào. Ngày nay, trong mọi ngành sản xuất, người

lao động cũng cần có những kiến thức và kĩ năng sử dụng các thiết bị đó.

Việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp không đòi hỏi phải dạy cho học sinh tất cả

các máy móc, thiết bị, nhưng đòi hỏi phải dạy những cơ sở của công nghiệp hiện

đại nói chung. Nắm được những nguyên tắc chung đó, học sinh sẽ dễ dàng sau

này đi vào sử dụng từng loại máy móc chuyên dùng cụ thể trong mỗi ngành sản

xuất.

Tuy nhiên không thể hiểu dạy học kĩ thuật tổng hợp chỉ đơn thuần là rèn

luyện cho học sinh kĩ năng thực hành. Chúng ta chỉ trang bị cho học sinh những

thao tác đơn giản trên những máy móc dụng cụ được sử dụng phổ biến. Ngay cả

các thao tác đó cũng phải tuân theo các nguyên tắc vật lí để đảm bảo an toàn,

chính xác, có hiệu quả. Thí dụ: thao tác trên các máy điện thì phải tuân thủ các

qui tắc về an toàn điện, sử dụng các máy đo thì phải chú ý đến giới hạn đo, đến

thang chia độ ...

Việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp càng tỏ ra quan trọng trong điều kiện khoa

học kĩ thuật phát triển như vũ bão hiện nay. Những ứng dụng của vật lí vào kĩ

thuật không những tạo ra những phương pháp sản xuất mới, dẫn tới năng suất lao

động cao mà nhiều khi còn thay đổi cơ bản chức năng của con người và của máy

móc trong các quá trình sản xuất. Chẳng hạn như trong nhiều lĩnh vực sản xuất

hiện nay đã được tự động hoá hoàn toàn hay một phần, máy móc hoạt động theo

một chương trình hoàn toàn xác định với một mức độ chính xác cao hơn cả khi

con người thao tác trực tiếp trên máy. Vai trò của con người ở đây qui về việc

kiểm tra hoạt động của các hệ thống tự động, phát hiện và điều chỉnh những trục

trặc sự cố, chứ không còn phải thao tác trên vật liệu cần gia công. Nếu như trước

đây, người công nhân đứng trên máy tiện cần phải trực tiếp điều khiển lưỡi dao

để cắt gọt một thỏi kim loại thì ngày nay, với máy móc tự động, người công nhân

chỉ còn lập chương trình hoạt động cho máy, hoặc là cài đặt vào máy một chương

trình đã được lập từ trước, máy tự động hoạt động tạo ra sản phẩm đúng như qui

định trong chương trình. Người công nhân chỉ còn phải chọn chương trình thích

hợp đưa vào máy, ấn nút ra lệnh cho máy hoạt động và theo dõi kiểm tra xem có

trục trặc gì thì điều chỉnh, giúp cho máy hoạt động bình thường đúng như dự

định. Trong nhiều lĩnh vực, công việc của công nhân tác động trực tiếp lên sản

phẩm đã được các rôbôt đảm nhận, cả một phân xưởng chỉ cần vài ba người theo

dõi các đồng hồ kiểm tra hoạt động của các rôbôt.

Bước vào thế kỷ 21, sẽ xuất hiện nhiều công nghệ sản xuất hiện đại, trong

đó tự động hoá giữ một vai trò quan trọng, người lao động cần phải có kiến thức

cơ bản về tự động hoá.

Trong tình hình phát triển rất nhanh của khoa học kĩ thuật hiện nay, rất

nhiều phát minh vật lí được nhanh chóng ứng dụng vào kĩ thuật sản xuất. Tuy

nhiên, việc chuyển từ kiến thức vật lí sang ứng dụng kĩ thuật không phải là trực

tiếp mà phải trải qua một quá trình sáng tạo thực sự. Vật lí học nghiên cứu những

tính chất, những qui luật chung của một lớp đối tượng, nhưng khi ứng dụng vào

kĩ thuật là ứng dụng vào một trường hợp cụ thể, trong những điều kiện riêng

hoàn toàn xác định. Trong những điều kiện cụ thể đó, hiện tượng vật lí được biểu

hiện đủ rõ, đủ mạnh để có thể đưa vào sản xuất và phải sử dụng một cách thuận

tiện, thao tác dễ dàng. Hiện nay, trong nhà trường phổ thông, có những môn học

riêng như kĩ thuật công nghiệp, kĩ thuật nông nghiệp. Trong những môn học này,

học sinh nghiên cứu chủ yếu kết cấu, vận hành của các máy móc thiết bị dùng

trong công nghiệp, nông nghiệp, những qui trình thao tác trên các máy móc cụ

thể. Còn vật lí học lại quan tâm chính đến hiện tượng vật lí, qúa trình vật lí xảy ra

trong các máy đó làm cơ sở cho sự chế tạo, vận hành các máy đó. Thí dụ: cả môn

vật lí và môn kĩ thuật công nghiệp đều nghiên cứu máy phát điện xoay chiều. Vật

lí học thì xuất phát từ định luật cảm ứng điện từ, cho ta biết cách tạo dòng điện

trong một khung dây dẫn kín khi cho khung dây quay trong từ trường, nhưng

dòng điện cảm ứng mà ta có thể phát hiện được trong các thí nghiệm ở trên lớp

hay trong phòng thí nghiệm thường có cường độ rất yếu và nhất là khó mà có thể

lấy ra ngoài để sử dụng khi mà khung dây quay liên tục. Khi nghiên cứu máy

phát điện xoay chiều trong môn vật lí, phải chỉ ra nguyên tắc dùng cổ góp để lấy

được dòng điện ra ngoài và tăng số vòng dây, tăng tốc độ quay nhằm tạo ra một

dòng điện cảm ứng đủ mạnh có thể dùng để thắp sáng bóng đèn, để chạy được

máy. Nhưng vật lí học không đi sâu vào kết cấu của rôto, cách cuốn dây, kết cấu

của rôto để giảm hao phí năng lượng, tăng hiệu suất của máy, các điều kiện an

toàn khi sử dụng máy, vật liệu để chế tạo các chi tiết của máy. Những nội dung

này được đề cập ở môn kĩ thuật công nghiệp.

5.2. NHỮNG NGUYÊN TẮC CỦA GIÁO DỤC KĨ THUẬT TỔNG HỢP

TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

1. Giáo dục kĩ thuật tổng hợp phải kết hợp với giáo dục phổ thông, phục vụ

mục tiêu chung của giáo dục phổ thông

Trường phổ thông có nhiệm vụ giáo dục toàn diện, cung cấp cho học sinh

những kiến thức phổ thông cơ bản, có hệ thống để sau này có thể tiếp tục học lên

cao hoặc tự học. Như vậy, không thể quá thực dụng đi ngay vào một lĩnh vực kĩ

thuật sản xuất nào đó, cho dù rằng lĩnh vực đó là phổ biến ở địa phương mình.

Chương trình vật lí vẫn phải bao gồm những kiến thức vật lí có hệ thống, chúng

có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất, nhiều lĩnh vực kĩ thuật. Thí dụ

như: động cơ là một loại máy cần dùng trong rất nhiều lĩnh vực sản xuất nhằm

tạo ra lực phát động để thực hiện những nhiệm vụ cụ thể khác nhau như máy

bơm nước, máy tuốt lúa, máy xay xát trong nông nghiệp, máy tiện, máy cưa

trong công nghiệp, quạt máy trong đời sống ... Nhưng không phải vì thế mà trong

môn vật lí học, học sinh đi ngay vào nghiên cứu động cơ điện như một đối tượng

độc lập. Chúng ta phải bắt đầu nghiên cứu từ những qui luật cơ bản chi phối: tác

dụng tương hỗ giữa từ trường và dòng điện, cơ chế chuyển hoá từ điện năng sang

cơ năng. Động cơ điện chỉ là một ứng dụng trong những kiến thức vật lí tổng

quát này. Có nhiều loại động cơ điện trong kĩ thuật có cấu trúc rất khác nhau

nhưng nguyên tắc hoạt động vẫn dựa trên qui luật chung đó. Mặt khác, những qui

luật chung đó còn được ứng dụng trong việc chế tạo những thiết bị kĩ thuật khác

ngoài động cơ điện, thí dụ như làm máy đo điện, làm loa điện động, làm máy

phát điện...

2. Giáo dục kĩ thuật tổng hợp phải mang tính hiện đại, cập nhật. Mục đích

của giáo dục kĩ thuật tổng hợp là để chuẩn bị cho học sinh có thể nhanh chóng

tham gia được vào các hoạt động sản xuất của xã hội ngày nay. Bởi vậy, những

đối tượng đề cập đến phải là những đối tượng được sử dụng rộng rãi. Thí dụ như:

ngày nay trong lĩnh vực truyền tin, nghe nhìn, người ta dùng dụng cụ bán dẫn,

tranzito. Mặc dù hoạt động của đèn điện tử ba cực dễ quan sát, dễ hiểu hơn với

học sinh, nhưng do hiện nay không còn dùng phổ biến trong kĩ thuật nên trong

chương trình vật lí, phải bỏ đèn điện tử ba cực mà thay bằng tranzito bán dẫn.

Cũng vì tuân thủ nguyên tắc tính hiện đại, cập nhật này mà nhiều khi cần

phải đưa vào chương trình vật lí những đề tài mới mẻ có liên quan đến kĩ thuật

hiện đại, không được đề cập mà trong chương trình truyền thống trước đây. Thí

dụ như những nguyên lí vật lí của tự động hoá, của điều khiển từ xa, sử dụng máy

tính... là những kiến thức về các lĩnh vực mới cần đề cập nhằm chuẩn bị cho học

sinh tiếp thu công nghệ mới trong sản xuất hiện đại.

3. Giáo dục kĩ thuật tổng hợp phải làm cho học sinh hiểu được những

nguyên lí cơ bản của tất cả các qúa trình sản xuất, đồng thời phải rèn luyện cho

học sinh thói quen biết dùng những dụng cụ đơn giản phổ biến trong các ngành

sản xuất.

Như vậy, giáo dục kĩ thuật tổng hợp có hai mặt: một mặt, đòi hỏi học sinh

phải biết được những cơ sở khoa học chung của các ngành sản xuất công nghiệp

và nông nghiệp chủ yếu nhất, hiểu được nguyên lí vận hành của các máy móc

thiết bị cũng như quá trình kĩ thuật phổ biến nhất trong nền kinh tế quốc dân; mặt

khác, phải rèn luyện cho học sinh có kĩ năng, kĩ xảo sử dụng những công cụ đơn

giản nhất của các ngành sản xuất, kĩ năng lao động trong các ngành sản xuất đó.

Việc làm này sẽ tạo điều kiện cho học sinh sau này có thể nhanh chóng đi sâu

vào bất kì một ngành sản xuất nào đó.

4. Học sinh phải có được thói quen vận dụng sáng tạo những kiến thức vật

lí đã tiếp thu được để tìm hiểu nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của các đối tượng

quan trọng nhất trong nền kinh tế quốc dân cũng như để giải quyết các nhiệm vụ

lao động hàng ngày. Muốn vậy, dạy học vật lí phải luôn luôn gắn với đời sống và

sản xuất, làm cho học sinh thấy được những ứng dụng của kiến thức vật lí trong

đời sống và kĩ thuật, đồng thời nhận ra được những đòi hỏi phải giải quyết những

vấn đề mới của cuộc sống của đời sống và kĩ thuật đối với vật lí học, với người

học vật lí.

Như vậy, giáo dục kĩ thuật tổng hợp đòi hỏi phải kết hợp chặt chẽ với dạy

học vật lí, với thực tiễn lao động sản xuất.

5.3. NỘI DUNG CỦA GIÁO DỤC KĨ THUẬT TỔNG HỢP TRONG

DẠY HỌC VẬT LÍ

1. Những kiến thức vật lí có ý nghĩa thực tiễn, có nhiều ứng dụng trong kĩ

thuật và công nghệ học. Những thành tựu về vật lí học hiện nay rất phong phú, đa

dạng. Có những kiến thức vật lí giúp ta hiểu được bản chất của các hiện tượng,

giải thích được những hiện tượng phức tạp và bí ẩn của tự nhiên. Những kiến

thức này có giá trị lí thuyết sâu sắc, chúng cho phép ta thấy được sự thống nhất

trong cái đa dạng của thế giới vật chất. Có những kiến thức vật lí khác lại có ý

nghĩa thực tiễn lớn lao, có thể ứng dụng một cách hiệu quả để chế tạo các thiết bị

máy móc, làm giảm nhẹ lao động, tăng năng suất, chất lượng sản phẩm, cải thiện

đời sống vật chất và tinh thần con người. Chương trình vật lí phải cân đối cả hai

loại kiến thức đó. Tuy nhiên, vì nhiều lí do, nhiều khi người ta quá thiên về kiến

thức lí thuyết khiến cho môn vật lí trở thành xa rời đời sống, sản xuất, không còn

có tác dụng chuẩn bị cho học sinh bước vào hoạt động sản xuất là loại hoạt động

chủ yếu của xã hội.

Cùng một vất đề vật lí, có thể nhấn mạnh mặt lí thuyết hay nhấn mạnh mặt

kĩ thuật mà dẫn đến cách trình bày nội dung và xác định phương pháp dạy học

khác nhau. Thí dụ như: với chất bán dẫn, nếu nhấn mạnh mặt lí thuyết thì phải lí

giải cơ chế dẫn điện của các lớp tiếp giáp n-p-n hay p-n-p. Điều này không đơn

giản, không thể học ở trung học cơ sở mà phải đợi lên lớp 11. Còn nếu chú ý đến

mặt kĩ thuật của nó thì ta có thể khảo sát những đặc tính vĩ mô có thể quan sát

được của các tranzito hay của điốt được chế tạo bằng chất bán dẫn. Như thế, học

sinh ngay ở trung học cơ sở cũng có thể nhận biết được những tính chất vĩ mô

của tranzito, của điốt, hiểu được ứng dụng của chúng trong kĩ thuật để chỉnh lưu

hay khuyếch đại tín hiệu điện. Hiện nay, dụng cụ bán dẫn là phần tử không thể

thiếu được trong các thiết bị điện. Do đó, kiến thức về dụng cụ bán dẫn cần thiết

cho mọi người lao động, không thể đợi đến lớp 11 mới học; hơn nữa, hiện nay

còn có nhiều người không có điều kiện để học đến lớp 11. Vấn đề đặt ra ở đây là

xác định đúng yêu cầu cần đạt được và phương pháp dạy học chất bán dẫn sao

cho thích hợp thích hợp.

2. Giáo trình vật lí ở trường phổ thông đề cập tới nhiều khái niệm, định

luật là cơ sở khoa học của ngành năng lượng học. Thí dụ như các khái niệm công,

thế năng, động năng, nội năng, các quá trình biến đổi nhiệt thành công cơ học,

định luật Jun- Lenxơ, hiện tượng cảm ứng điện từ, định luật bảo toàn và chuyển

hoá năng lượng...

Dựa trên những kiến thức này, giáo trình cũng nghiên cứu cả nguyên tắc

cấu tạo và hoạt động của các máy móc khai thác, biến đôỉ năng lượng dùng phổ

biến trong nền kinh tế quốc dân.

Về các động cơ nhiệt, chúng ta có thể kể: máy bơm nước, động cơ đốt

trong, tua bin nước, tua bin hơi, động cơ phản lực. Cơ sở hoạt động của các máy

này là các định luật nhiệt động lực học. Ở đây, nội năng của chất đốt được

chuyển hoá thành cơ năng.

Về các động cơ điện thì giáo trình có nghiên cứu: các máy phát điện một

chiều, xoay chiều, các nhà máy nhiệt điện và thuỷ điện, nhà máy điện nguyên tử,

các loại động cơ điện. Sự hoạt động của đa số các máy này dựa trên định luật

cảm ứng điện từ, sự chuyển hoá năng lượng ở đây thể hiện trường hợp riêng của

định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng.

Sự truyền năng lượng đi xa bằng dòng điện cao thế có vai trò quan trọng

trong việc sử dụng năng lượng điện và điện khí hoá.

Điện khí hoá có vai trò chủ đạo trong việc xây dựng cơ sở vật chất kĩ thuật

của chủ nghĩa xã hội. Năng lượng điện được sử dụng phổ biến trong nền công

nghiệp và nông nghiệp hiện đại. Các tri thức và kĩ năng về điện là những yếu tố

quan trọng nhất của việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Việc nghiên cứu nhiều đề tài

trong giáo trình vật lí ở trường phổ thông là phương tiện làm cho học sinh nắm

được lí luận và thực tiễn điện khí hoá.

3. Bản chất của cơ khí hoá là sự thay thế sức bắp thịt của con người và lao

động chân tay kém năng suất bằng những máy móc khác nhau. Trong các máy

móc, bao giờ cũng có ba bộ phận: máy động cơ, cơ chế truyền, máy công cụ.

Tài liệu giáo khoa đề cập đến những loại cơ chế truyền phổ biến nhất: bánh

xe răng cưa, dây cua roa, truyền bằng ma sát. Giáo trình cũng đặc biệt chú ý đến

vai trò của các loại ma sát: ma sát nghỉ, trượt và lăn cũng như việc áp dụng các ổ

bi.

Học sinh cũng được làm quen với nguyên tắc hoạt động của nhiều máy:

cần trục, máy xúc, máy san đất, mặt phẳng nghiêng được dùng nhiều trong ngành

xây dựng. Nguyên lí chủ yếu hoạt động của các máy này là qui tắc vàng của cơ

học (định luật bảo toàn công).

Khi nghiên cứu chuyển động tròn học sinh cũng được làm quen với nhiều

loại máy quay li tâm dùng phổ biến trong công nghiệp và nông nghiệp.

Nghiên cứu công suất hoạt động của các máy, giáo trình có đưa ra công

thức N=Fv để chứng tỏ cho học sinh thấy rằng: với một máy có công suất nhất

định, khi tăng lực tác dụng, thì phải giảm tốc độ hoạt động của máy.

Liên hệ mật thiết với sự cơ khí hoá các quá trình sản xuất là sự tăng hiệu

suất và tăng công suất. Sự tăng hiệu suất của các động cơ nhiệt được qui định bởi

công thức: H=1

21

TTT − . Việc nâng cao hiệu suất được giải quyết theo các phương

hướng: nâng cao nhiệt độ của nguồn nóng, hạ thấp nhiệt độ nguồn lạnh và qui

trình thu hoá nhiệt. Các máy hơi nước có hiệu suất thấp được thay dần bằng các

tua bin, động cơ điêden hay động cơ điện.

4. Một xu hướng hiện đại của sự phát triển nền sản xuất là tự động hoá.

Những yếu tố về sự tự động hoá chiếm vị trí ngày càng lớn trong giáo trình vật lí

ở nhà trường. Học sinh được nghiên cứu các loại máy thu biến, rơle (nhiệt, điện,

từ và quang điện). Học sinh cũng được nghiên cứu điôt bán dẫn, tranzito và ứng

dụng của chúng vào việc chỉnh lưu dòng điện, khuyếch đại và thu phát sóng vô

tuyến; nghiên cứu hoạt động của tế bào quang điện, một dụng cụ dùng phổ biến

trong các thiết bị tự động hoá.

Giáo trình vật lí ở trường phổ thông cũng đề cập tới cơ sở khoa học của

nhiều ngành quan trọng như giao thông vận tải, thông tin liên lạc ...

5. Môn vật lí cũng có nhiều điều kiện rèn luyện cho học sinh những kĩ

năng, kĩ xảo thực hành, những loại kĩ năng này cần thiết cho việc nắm vững

những công cụ đơn giản nhất của nhiều ngành sản xuất. Đó là các loại kĩ năng:

đọc và vẽ các hình, sơ đồ, đồ thị; sử dụng các dụng cụ đo lường như panme,

thước kẹp, lực kế, cân; sử dụng các máy đo điện và thực hiện các phép đo đơn

giản, sử dụng các nguồn điện, lắp các mạch điện không phức tạp; thực hiện

những công việc lắp ráp đơn giản về kĩ thuật điện và kĩ thuật vô tuyến điện; biết

sử dụng các động cơ phổ biến nhất.

Những điều phân tích trên cho thấy: việc dạy học vật lí ở trường phổ thông

tạo nhiều khả năng cho giáo viên tiến hành giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học

sinh. Nhiệm vụ của giáo viên là phải biến những khả năng đó thành hiện thực.

5.4. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN NỘI DUNG GIÁO DỤC KĨ THUẬT

TỔNG HỢP

Phương pháp cơ bản giáo dục kĩ thuật tổng hợp trong dạy học vật lí được

tiến hành trên cơ sở việc dạy học vật lí, ngay trong quá trình giáo viên tổ chức

việc học tập của học sinh ở trên lớp, ở nhà và trong các hoạt động ngoại khoá về

vật lí. Thông qua việc dạy học những kiến thức vật lí, giáo viên cho học sinh hiểu

được những ứng dụng quan trọng của chúng, đặc biệt là các ứng dụng của các

định luật, các thuyết vật lí trong kĩ thuật và trong đời sống. Những ứng dụng này

phải tạo thành một hệ thống xác định và có liên hệ chặt chẽ với nội dung giáo

trình. Khi lựa chọn tài liệu, cần chú ý tới: tầm quan trọng của các đối tượng kĩ

thuật đối với nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là đối với tình hình sản xuất của địa

phương, tính phổ biến và tính điển hình của chúng đối với nhiều ngành sản xuất,

ảnh hưởng của việc nghiên cứu các đối tượng đó đối với việc phát triển tư duy

khoa học kĩ thuật và óc sáng tạo của học sinh; tác dụng giáo dục tư tưởng của tài

liệu đó.

Những yêu cầu kể trên có thể thực hiện được nếu chúng ta lựa chọn tài liệu

kĩ thuật tổng hợp làm sáng tỏ cơ sở khoa học của những ngành sản xuất cũng như

những phương hướng quan trọng của sự phát triển nền kinh tế quốc dân mà

chúng ta đã nêu. Trong quá trình dạy học vật lí, giáo viên phải thường xuyên chú

ý tới các biện pháp nhằm làm cho mỗi bài học về vật lí đều gắn liền với thực tiễn

kĩ thuật sản xuất và đời sống, đồng thời chú ý tăng cường các hoạt động của học

sinh có gắn liền với thực tiễn sản xuất và đời sống. Sau đây là một số biện pháp

giáo dục kĩ thuật tổng hợp trong sự dạy học vật lí:

5.4.1. Đưa tài liệu kĩ thuật sản xuất và đời sống vào bài học vật lí

Đưa tài liệu kĩ thuật sản xuất và đời sống vào bài học vật lí là việc giáo

viên phải làm thường xuyên. Chỉ có như thế thì bài học mới làm cho học sinh dễ

hiểu, dễ nhớ và chỉ có như thế, học sinh mới hiểu được một cách hệ thống những

ứng dụng quan trọng của các kiến thức vật lí trong các ngành sản xuất quan trọng

nhất và mới có cơ sở vận dụng sáng tạo kiến thức đã tiếp thu vào thực tiễn.

Những kiến thức thực tế, những tài liệu kĩ thuật đưa vào bài học trước hết

là những tài liệu có tính chất kĩ thuật tổng hợp, những tài liệu rút ra từ thực tế lao

động sản xuất của học sinh cũng như những tài liệu về nền sản xuất của nước ta.

Vì nền kinh tế nước ta còn nghèo nàn và lạc hậu, sản xuất nhỏ mang nặng

tính chất thủ công nên những tài liệu kĩ thuật nêu ra trong giáo trình vật lí phổ

thông nhiều khi còn xa lạ đối với học sinh. Vì vậy, bên cạnh việc giới thiệu với

học sinh những hướng phát triển của nền sản xuất nước ta trong một tương lai

không xa, cần phải tìm những thí dụ thực là gần gữi với đời sống học sinh, phải

tận dụng mọi điều kiện kĩ thuật sản xuất và cả những điều kiện tự nhiên sẵn có ở

địa phương để chuẩn bị cho học sinh hiểu được các đối tượng hiện đại.

Giáo viên có thể đưa tài liệu kĩ thuật vào bài học vật lí theo nhiều cách.

Thông thường nhất là đưa vào dưới hình thức thí dụ minh hoạ ứng dụng thực tế

của kiến thức vật lí vừa nghiên cứu xong. Cũng có thể dùng tài liệu kĩ thuật sản

xuất để đề xuất vấn đề nghiên cứu, nhằm tạo ra nhu cầu học tập.

Trong khi giới thiệu tài liệu kĩ thuật sản xuất, giáo viên chú trọng trước hết

đến nguyên tắc vật lí của các quá trình. Việc mô tả các chi tiết kĩ thuật không

phải là mục đích của bài học vật lí, giáo viên chỉ đề cập tới khi cần thiết và tới

mức độ vừa đủ để học sinh hiểu được nguyên tắc vật lí của các quá trình kĩ thuật

đang nghiên cứu. Vì thời gian nghiên cứu bài mới ở trên lớp có hạn nên việc

nghiên cứu một số vấn đề kĩ thuật cần thiết phải dành cho hoạt động ngoại khoá.

Ta hãy xét một số thí dụ:

Chương trình vật lí lớp 10 có qui định học về các loại ma sát, lợi ích và tác

hại của ma sát. Tài liệu kĩ thuật về đề tài này rất phong phú. Song giáo viên chỉ

có thể chọn lọc một số tài liệu nào đó và cũng phải đưa ra những tài liệu này vào

bài học dần dần một cách thích hợp. Chẳng hạn như khi nói về lợi ích của ma sát,

giáo viên có thể dựa trên hiện tượng người đi trên mặt đường lúc đường trơn để

nêu lên rằng: hiện tượng ma sát là nguyên nhân của lực kéo của xe cộ và giới

thiệu với học sinh một phương pháp làm tăng lực kéo mà họ có thể đã gặp: người

ta rắc cát xuống đường ray hoặc lót rơm rạ, cành cây xuống mặt đường khi trời

mưa trơn hoặc khi xe lửa và ôtô lên dốc. Sau khi học sinh đã nghiên cứu về định

luật thứ ba của Niutơn, giáo viên có thể trở lại vấn đề này, phân tích một cách cụ

thể sự xuất hiện lực kéo của xe cộ, đồng thời đề cập tới các cách tăng lực kéo của

xe: tăng hệ số ma sát nghỉ và tăng lực ép ở các bánh xe phát động. Về những tài

liệu có liên quan đến lao động sản xuất của học sinh thì giáo viên có thể phân tích

hiện tượng ma sát nghỉ giữa đinh và gỗ làm cho đinh bám chắc vào gỗ và giải

thích vì sao một cái đinh đóng vào vết đinh cũ lại không giữ được chắc. Khi nói

về cách giảm ma sát bằng cách dùng ổ bi, giáo viên có thể nêu lên những tài liệu

cụ thể về tăng năng suất lao động nhờ dùng ổ bi trong các công cụ cải tiến của

địa phương, của gia đình.

Môn vật lí cũng có nhiều khả năng giới thiệu với học sinh một số vấn đề

về kĩ thuật chiến tranh. Trong khi giới thiệu phải chú ý đến tính tư tưởng của

những vấn đề trình bày, đặc biệt là tránh làm cho học sinh không thấy được vai

trò của con người trong cuộc chiến tranh nhân dân. Thí dụ như: học sinh có thể

vận dụng những hiểu biết về định luật Niutơn thứ hai và chuyển động biến đổi

đều để giải thích vì sao những cỗ pháo bắn tầm xa thường có nòng súng dài. Giáo

viên có thể giới thiệu việc sử dụng nguyên tắc chuyển động bằng phản lực trong

các loại vũ khí tự động và vũ khí phản lực khi học định luật bảo toàn động lượng.

Khi đề cập nguyên tắc thu phát sóng vô tuyến điện, có thể nói đến việc sử dụng

vô tuyến điện trong chiến tranh, nhân đó giới thiệu những mẩu chuyện chứng tỏ

tác dụng của những phương tiện kĩ thuật đó phụ thuộc vào con người sử dụng

chúng...

5.4.2. Giải những bài tập có nội dung kĩ thuật sản xuất

Giải những bài tập có nội dung kĩ thuật sản xuất là một trong những biện

pháp cơ bản thực hiện nội dung giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Nội dung của những

bài tập có tính kĩ thuật tổng hợp phải được rút ra từ những hiện tượng thực tiễn,

kĩ thuật sản xuất và đời sống, những số liệu của bài tập phải phù hợp với thực tế.

Ngoài những bài tập có nội dung thực tế trong các sách bài tập vật lí, giáo viên

cần chú ý đưa ra những bài tập sử dụng những số liệu rút ra từ nền sản xuất của

địa phương, nhất là từ thực tế sản xuất của học sinh. Những bài tập này thường

có giá trị giáo dục to lớn.

Có giáo viên đã dành thời gian thâm nhập thực tế sản xuất của địa phương,

lập ra được những bài tập đòi hỏi học sinh giải thích các hiện tượng kĩ thuật sản

xuất. Loại bài tập này có tác dụng làm cho học sinh hiểu được tình hình sản xuất

xung quanh họ. Thí dụ như các bài tập:

- Giải thích sự sụp đổ của một bức tường xây ngăn giữa hai lò nung nhiệt

độ cao khi chỉ có một lò làm việc, còn một lò phải nghỉ việc để sửa chữa (của

một giáo viên Hải phòng ra cho học sinh sau khi đi tìm hiểu nhiều xí nghiệp

trong thành phố).

- Tại sao trong nội qui sử dụng cần trục, người ta qui định không được mở

máy rút nhanh đột ngột dây cáp treo trọng vật.

Giáo viên có thể ra những bài tập dưới hình thức phải giải quyết một vấn

đề nào đó của sản xuất. Loại này có tác dụng kích thích học sinh vận dụng sáng

tạo kiến thức vật lí đã học được để giải quyết một vấn đề nào đó của sản xuất.

Thí dụ như:

- Tại phân xưởng lắp ráp của một nhà máy phải đưa dòng điện tới một

động cơ của một máy tiện có công suất là 7,3kW. Chọn dây đồng có tiết diện là

bao nhiêu, nếu bảng phân phối điện ở cách máy tiện là 30m. Tổn hao công suất

trên dây cho phép là 4% công suất tiêu thụ. Điện áp của mạng là 380V. Biết điện

trở suất của dây đồng là 17.10-8Ω.m.

- Tại công trường xây dựng trạm bơm X, người ta cần di chuyển một khối

lượng lớn đất từ địa điểm này sang địa điểm khác bằng xe. Hãy nghiên cứu một

phương án vận chuyển hợp lí tăng được năng suất. Thông qua thực tế lao động

của học sinh, giáo viên giúp học sinh phân tích để thấy được giá trị của con

đường lát ván nghiêng dùng để vận chuyển tại công trường. Khi xe đất đi thì

đường xuống dốc nên lợi về lực, còn khi xe không đi về thì tuy phải đẩy lên dốc,

song xe nhẹ nên có thể đẩy được dễ dàng.

Cũng cần chú ý đến phương tiện giải bài tập bằng đồ thị vì nó có tác dụng

giáo dục kĩ thuật tổng hợp to lớn.

5.4.3. Tăng cường rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh

Tăng cường rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh là biện pháp làm cho

học sinh "có thói quen biết dùng những công cụ đơn giản nhất của tất cả các

ngành sản xuất". Các kĩ năng có tính chất kĩ thuật tổng hợp mà ta đã nêu ra được

rèn luyện chủ yếu qua các bài thí nghiệm thực tập của học sinh. Hình thức này

còn có điều kiện rèn luyện tư duy độc lập cho học sinh và có thể giải quyết cả

những vấn đề thực sự kĩ thuật đơn giản.

5.4.4. Tăng cường các hoạt động ngoại khoá về vật lí theo hướng kĩ

thuật tổng hợp

Có thể có các hình thức sau:

- Thành lập các nhóm ngoại khoá chế tạo dụng cụ vật lí. Hình thức hoạt

động này ngoài tác dụng giáo dục kĩ thuật tổng hợp và tư tưởng cho học sinh, còn

có tác dụng trang bị dụng cụ thí nghiệm cho nhà trường. Việc chế tạo các mô

hình hoạt động được có tác dụng tốt đối với việc phát triển tư duy sáng tạo học

sinh. Khi chế tạo mô hình, họ thấy rõ được nguyên tắc hoạt động của các đối

tượng kĩ thuật cụ thể cũng như những kiến thức vật lí đã được vận dụng vào đó;

thí dụ như mô hình máy tiết chế Oát, mô hình sóng ngang, sóng dọc, mô hình

động cơ điện 3 pha.

- Cần đặc biệt chú ý đến hoạt động ngoại khoá về điện kĩ thuật và vô tuyến

điện kĩ thuật. Có thể cho các nhóm đó vẽ lại sơ đồ mạch điện trong các nhà nhiều

hộ ở khu phố và đề xuất ý kiến sửa lại những chỗ không hợp lí cũng như tiến

hành sửa chữa để đảm bảo an toàn điện. Cũng có thể cho học sinh lập sơ đồ

đường dây truyền thanh trong thôn xóm, đảm nhiệm việc mắc, bảo quản, sửa

chữa đường dây cho hợp tác xã.

- Một hình thức hoạt động ngoại khoá hấp dẫn là hội vui vật lí. Trong hội

vui này, một mặt học sinh thấy được tận mắt các kết quả hoạt động của nhóm

ngoại khoá chế tạo dụng cụ như máy thu thanh đơn giản, những trò chơi vật lí;

mặt khác, trong quá trình vừa chơi vừa học, kiến thức và kĩ năng kĩ thuật tổng

hợp của học sinh cũng được mở rộng.

5.4.5. Tham quan sản xuất có nội dung vật lí

Tham quan sản xuất có nội dung vật lí được coi là biện pháp quan trọng

giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh. Những buổi tham quan các nhà máy và

nông trường giúp cho học sinh thấy được các hiện tượng vật lí trong mối liên hệ

tương hỗ của chúng, thấy được sự vận dụng tri thức khoa học trong thực tiễn sản

xuấtcủa con người cũng như vai trò của các tri thức đó trong nền sản xuất hiện

đại.

Đi tham quan học sinh sẽ thấy được các quá trình sản xuất, hoạt động của

các máy móc, các cơ chế và hoạt động sản xuất của con người. Học sinh có dịp

làm quen với những xu hướng cơ bản của sự pháp triển kĩ thuật hiện đại, cơ khí

hoá, điện khí hoá, tự động hoá.

Chương 6

CÁC PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

Phương tiện dạy học là các phương tiện sư phạm đối tượng- vật chất do

giáo viên hoặc (và) học sinh sử dụng dưới sự chỉ đạo của giáo viên trong quá

trình dạy học, tạo những điều kiện cần thiết nhằm đạt được mục đích dạy học.

6.1. CÁC LOẠI PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC

6.1.1. Các phương tiện dạy học truyền thống

Trong dạy học vật lí, có thể sử dụng các phương tiện dạy học quen thuộc

sau:

- Các vật thật trong đời sống và kĩ thuật.

- Các thiết bị thí nghiệm dùng để tiến hành các thí nghiệm của giáo viên và

các thí nghiệm của học sinh.

- Các mô hình vật chất.

- Bảng.

- Tranh ảnh và các bản vẽ sẵn.

- Các tài liệu in: sách giáo khoa, sách bài tập, sách hường dẫn thí nghiệm

và các tài liệu tham khảo khác.

6.1.2. Các phương tiện dạy học hiện đại

Trong những năm gần đây, các phương tiện dạy học nghe- nhìn ngày càng

thâm nhập và được sử dụng trong dạy học vật lí, như:

- Phim học tập: phim đèn chiếu, phim chiếu bóng, phim học tập trên vô

tuyến truyền hình, phim viđêô.

- Các phần mền máy vi tính mô phỏng, minh hoạ các hiện tượng, quá trình

vật lí, luyện tập cho học sinh giải bài tập và giải quyết các vấn đề học tập trên

máy vi tính hoặc để tiến hành các thí nghiệm với các thiết bị thí nghiệm hiện đại,

trong đó máy vi tính như là máy đo, xử lí các kết quả thí nghiệm.

Các phương tiện dạy học nghe- nhìn là các phương tiện dạy học được sử

dụng trong dạy học với sự hỗ trợ của các máy móc kĩ thuật (đèn chiếu, máy chiếu

phim, máy thu hình, máy sang và phát băng hình, máy thu và phát băng hình,

máy chiếu LCD đa năng, máy vi tính). Lượng thông tin chứa đựng trong các

phương tiện dạy học này được khai thác thông qua bộ phận phân tích quang học

và (hoặc) âm thanh. Chúng tác động đến học sinh qua hình ảnh (ảnh đứng yêu

hoặc chuyển động, sơ đồ, kí hiệu, chữ viết…) và qua âm thanh (tiếng nói, nhạc

điệu, tiếng động).

Sự liệt kê trên cho thấy: các phương tiện dạy học có thể sử dụng trong dạy

học vật lí là đa dạng và phong phú. Trong các loại phương tiện dạy học đó, các

thiết bị thí nghiệm dùng cho thí nghiệm của giáo viên và thí nghiệm của học sinh

đứng ở vị trí hàng đầu, thể hiện đặc thù của vật lí là một môn khoa học thực

nghiệm. Vai trò của chúng không hề giảm sút, mặc dù các phương tiện dạy học

nghe- nhìn ngày càng được sử dụng rộng rãi.

Ở cuối chương, sẽ trình bày việc sử dụng các phương tiện dạy học sau đây

trong dạy học vật lí ở trường phổ thông: bảng, vật thật, mô hình vật chất, tranh

ảnh và bản vẽ sẵn, tài liệu in. Các loại thiết bị thí nghiệm được giới thiệu vài nét,

còn việc sử dụng chúng trong dạy học sẽ được trình bày ở chương 7 “Thí nghiệm

trong dạy học vật lí”. Việc sử dụng các phương tiện hiện đại: phim học tập, dao

động kí điện tử, máy vi tính và các phần mền máy vi tính sẽ được trình bày ở

chương 8 "Một số phương tiện dạy học hiện đại trong dạy học vật lí".

6.2. CÁC CHỨC NĂNG CỦA PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC

Chỉ có thể thâu tóm đầy đủ các chức năng cuả phương tiện dạy học trong

dạy học vật lí, nếu xem xét việc sử dụng phương tiện dạy học một cách đồng thời

trên nhiều phương diện khác nhau: trên cơ sở các quan điểm của lí luận về

phương tiện dạy học, của lí luận dạy học đại cương, lí luận dạy học bộ môn và

của tâm lí học học tập. Nhưng dù xét theo quan điểm nào, chức năng chủ yếu của

phương tiện dạy học cũng là tạo điều kiện cho học sinh nắm vững chính xác, sâu

sắc các kiến thức, phát triển năng lực nhận thức và hình thành nhân cách.

6.2.1. Các chức năng của phương tiện dạy học theo quan điểm của lí

luận dạy học

Nếu xét theo quan điểm của lí luận dạy học, phương tiện dạy học có thể

được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: tạo động cơ học tập và kích thích

hứng thú nhận thức; hình thành, củng cố hoặc kiểm tra kiến thức, kĩ năng; phát

triển năng lực nhận thức; gây hiệu quả xúc cảm; điều khiển và hợp lí hoá quá

trình nhận thức của học sinh; phân hoá học sinh. Cũng như giờ học có đặc trưng

phức hợp, việc sử dụng phương tiện dạy học có thể cùng một lúc đạt được nhiều

mục đích nêu trên.

1. Sử dụng phương tiện dạy học để tạo động cơ học tập, kích thích hứng

thú nhận thức của học sinh, đặc biệt trong giai đoạn định hướng mục đích nghiên

cứu

Có thể sử dụng các thí nghiệm đơn giản, có tính chất nghịch lí để tạo tình

huống có vấn đề: sự lơ lửng của quả bóng bay trong không gian ngay cả khi

luồng gió thổi vào nó nghiêng một góc nào đó (định luật Becnuli), một bóng đèn

mắc nối tiếp với nhiệt điện trở được nối với nguồn điện không sáng lên ngay (sự

phụ thuộc của điện trở chất bán dẫn vào nhiệt độ). Tính tò mò tự nhiên của học

sinh sẽ được khêu gợi khi sử dụng phương tiện dạy học để chỉ ra các hiện tượng,

quá trình vật lí mới mẻ mà học sinh không thấy trong cuộc sống hàng ngày (ví

dụ: chuyển động của vật trên đệm khí, chuyển động của chất lỏng được chỉ ra

nhờ các hạt thuốc tím, các thí nghiệm về tia tử ngoại, về quang phổ vạch…).

2. Sử dụng phương tiện dạy học để hình thành kiến thức, kỹ năng mới

Các phương tiện dạy học: thiết bị thí nghiệm, mô hình, tranh ảnh, sách

giáo khoa, phim học tập, các phần mền máy vi tính… được sử dụng để cung cấp

các cứ liệu thực nghiệm nhằm khái quát hoá hoặc kiểm chứng các kiến thức về

các khái niệm, định luật vật lí, mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lí vi mô,

đề cập các ứng dụng của các kiến thức vật lí trong đời sống và kĩ thuật.

Cần sử dụng các thiết bị thí nghiệm thực hành ngay trong khâu nghiên cứu

tài liệu mới để tăng cường hoạt động tự lực và rèn luyện kĩ năng thí nghiệm của

học sinh.

3. Phương tiện dạy học có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá

trình củng cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá) kiến thức, kĩ năng của học

sinh.

Cần sử dụng các phương tiện dạy học: các dụng cụ thí nghiệm đơn giản,

các thiết bị thí nghiệm thực hành, các mô hình, các chương trình phần mền máy

vi tính, các chương trình ôn tập trên vô tuyến truyền hình chưa được sử dụng khi

nghiên cứu tài liệu mới.

Các vật thật trong đời sống, kĩ thuật có thể được sử dụng như là xuất phát

điểm của quá trình nghiên cứu các khái niệm, định luật vật lí nhưng cũng có thể

được dùng như là sự vận dụng các kiến thức đã học ở khâu củng cố.

4. Phương tiện dạy học được sử dụng để kiểm tra kiến thức, kĩ năng mà

học sinh đã thu được

Hiện nay, tiềm năng này của phương tiện dạy học vẫn chưa được khai thác

sử dụng đầy đủ trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. Việc kiểm tra kiến thức

của học sinh mới chỉ thông qua các bài tập định tính và định lượng.

5. Trong dạy học vật lí, chức năng góp phần phát triển năng lực nhận thức

của học sinh của phương tiện dạy học được thể hiện rõ nhất trong việc tổ chức

cho học sinh tiến hành các thí nghiệm với các thiết bị thí nghiệm thực hành.

Trong quá trình thí nghiệm, học sinh phải tiến hành một loạt các hoạt động trí

tuệ- thực tiễn: lập phương án, kế hoạch thí nghiệm, vẽ sơ đồ thí nghiệm, lập bảng

giá trị đo, bố trí và tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lí kết quả thí nghiệm

(bằng số, bằng đồ thị), tính toán sai số, xét nguyên nhân của sai số. Thông qua

đó, phương tiện dạy học góp phần hình thành các phẩm chất của nhân cách học

sinh. Có thể sử dụng hình vẽ, mô hình… hỗ trợ học sinh trong quá trình thí

nghiệm.

6. Ngoài hiệu quả về mặt lí trí, việc sử dụng phương tiện dạy học (thiết bị

thí nghiệm, mô hình, tranh ảnh, phim viđêô, phần mền máy vi tính…) đem lại

hiệu quả về mặt xúc cảm, do những đặc điểm bề ngoài (hình dạng, màu sắc), bố

trí đẹp về mặt thẩm mĩ, cách thức gây tác động đến học sinh (tiếng động, màu

sắc), do các hiện tượng, quá trình vật lí diễn ra trái với dự đoán của học sinh hoặc

học sinh không nhìn thấy hàng ngày.

Hiệu quả xúc cảm của phương tiện dạy học sẽ được tăng lên nhiều qua

việc sử dụng khéo léo phương tiện dạy học về mặt phương pháp và qua lời nói

của giáo viên.

7. Phương tiện dạy học được thiết kế, chế tạo và cần được giáo viên sử

dụng sao cho có tác dụng điều khiển quá trình nhận thức của học sinh. Chẳng hạn

như: các phần mềm máy vi tính để ôn tập kiến thức thường bắt đầu từ việc làm

sống lại vốn kinh nghiệm hàng ngày của học sinh, nhắc lại những điều đã biết (từ

hiện tượng tới bản chất) và cuối cùng là đề cập tới các ứng dụng kĩ thuật của kiến

thức đó. Khi chế tạo các thiết bị thí nghiệm, cái cơ bản bao giờ cũng được làm

nổi rõ, bộ phận kim chỉ bao giờ cũng được bố trí dễ thấy ở nửa phía trên, phần sử

dụng của giáo viên thường nhỏ và ở mặt sau.

Để khai thác tiềm năng này của phương tiện dạy học, cần sử dụng những

biện pháp sau:

- Sử dụng đồng thời nhiều phương tiện dạy học để điều khiển hoạt động

nhận thức của học sinh trên nhiều mức độ trừu tượng khác nhau.

- Sử dụng các thí nghiệm song song để học sinh (nhất là học sinh yếu) có

thể quan sát, so sánh theo một mục đích nhất định; nhờ đó, tạo được sự giúp đỡ

có tính chất định hướng quá trình ghi chép các kết quả quan sát của học sinh.

8. Nhiều phương tiện dạy học (mô hình tháo lắp được, máy vi tính được sử

dụng như là thiết bị thu nhận và xử lí các kết quả thí nghiệm…) là những phương

tiện qúi báu giúp cho việc hợp lí hoá quá trình lĩnh hội kiến thức của học sinh.

9. Phương tiện dạy học cũng góp phần vào việc thực hiện một trong những

nhiệm vụ của dạy học vật lí là phát triển tối ưu từng học sinh.

Một trong những nhiệm vụ của trường phổ thông là phát triển tối ưu từng

học sinh. Trong dạy học, có hai khả năng cá biệt hoá học sinh: biến đổi mức độ

yêu cầu đặt ra cho từng học sinh trong quá trình hoạt động trí tuệ- thực tiễn của

họ và biến đổi mối quan hệ giữa hoạt động chỉ đạo của giáo viên và hoạt động tự

lực của học sinh. Việc sử dụng phương tiện dạy học trong dạy học vật lí có thể

thực hiện hai khả năng cá biệt hoá học sinh nêu trên.

- Giáo viên cần khai thác các khả năng phân hoá học sinh trong qúa trình

sử dụng phương tiện dạy học thông qua việc lựa chọn các phương tiện dạy học,

việc đặt ra các nhiệm vụ khác nhau cho các loại đối tượng học sinh khi tiến hành

các thí nghiệm, khi làm việc với sách giáo khoa, việc giúp đỡ học sinh yếu nhiều

hơn trong quá trình học sinh làm thí nghiệm, giải bài tập, giải quyết các vấn đề

học tập trên máy vi tính.

- Ngoài ra, bản thân phương tiện dạy học cũng có thể gây ra hiệu quả phân

hoá học sinh. Ví dụ như: khi giáo viên tiến hành thí nghiệm với dao động kí điện

tử, học sinh yếu chỉ thấy được sự dịch chuyển vị trí của hai đồ thị hiệu điện thế u

và cường độ dòng điện i trên màn dao động kí, học sinh khá còn nhận ra mặt kĩ

thuật của thí nghiệm, thậm chí cả tác dụng của bộ chuyển mạch điện tử.

Từ việc phân tích các chức năng của phương tiện dạy học trong dạy học

vật lí dưới góc độ quan điểm của lí luận dạy học, có thể rút ra những kết luận sau:

- Cần sử dụng phương tiện dạy học không chỉ để hình thành các kiến thức

mới như hiện nay mà còn ở các khâu khác của quá trình dạy học, với nhiều mục

đích khác nhau.

- Việc sử dụng phương tiện dạy học góp phần vào việc nâng cao chất

lượng dạy học. Tuy nhiên, hiệu quả của mỗi phương tiện dạy học phụ thuộc vào

phương pháp sử dụng nó trong giờ học. Phương tiện dạy học phải là “chỗ dựa

bên ngoài cho các hành động bên trong”, phải được sử dụng như là phương tiện

tạo sự tranh luận trí tuệ- thực tiễn của học sinh với đối tượng học tập. Học sinh

phải được tham gia vào các giai đoạn của quá trình sử dụng phương tiện dạy học

với mức độ tự lực cao nhất có thể được.

- Trong việc đặt kế hoạch sử dụng phương tiện dạy học ở từng tiết học,

giáo viên phải lựa chọn và xác định phương tiện dạy học nào cần sử dụng, sử

dụng ở khâu nào của quá trình dạy học và sử dụng như thế nào để khai thác hết

các tiềm năng về mặt giáo dục của phương tiện dạy học.

6.2.2. Các chức năng của phương tiện dạy học theo quan điểm của

tâm lí học học tập

Theo quan điểm của tâm lí học học tập, hoạt động nhận thức của học sinh

trong quá trình học tập có thể diễn ra trên các bình diện khác nhau: bình diện

hành động đối tượng- thực tiễn, bình diện trực quan trực tiếp, bình diện trực quan

gián tiếp và bình diện nhận thức khái niệm- ngôn ngữ, trong đó vai trò của ngôn

ngữ tăng dần và vai trò của trực quan giảm dần. Học sinh chỉ có thể nắm vững

sâu sắc, chính xác, bền vững và vận dụng được các kiến thức, nếu như trong quá

trình học tập, hoạt động nhận thức của học sinh diễn ra trên nhiều bình diện khác

nhau (Lompscher).

Nếu xem xét việc sử dụng phương tiện dạy học từ quan điểm nêu trên của

tâm lí học học tập, thấy rõ rằng: việc sử dụng phương tiện dạy học tạo điều kiện

cho quá trình nhận thức của học sinh trên tất cả các bình diện khác nhau, đặc biệt

là trên bình diện trực quan trực tiếp và bình diện trực quan gián tiếp.

Các bình diện của

hoạt động nhận thức

Các ví dụ về việc các phương tiện dạy học tạo điều kiện

cho hoạt động nhận thức của học sinh

Bình diện hành động

đối tượng- thực tiễn

- Các thí nghiệm của học sinh với các thiết bị thí nghiệm

Bình diện trực quan

trực tiếp

- Các vật thật, các bức ảnh chụp

- Các thí nghiệm của giáo viên với các thiết bị thí nghiệm

- Phim học tập (quay các cảnh thật)

Bình diện trực quan

gián tiếp

- Các thí nghiệm mô hình

- Các phim hoạt hoạ

- Các phần mềm máy vi tính mô phỏng các hiện tượng,

quá trình vật lí

- Các mô hình vật chất

- Các hình vẽ, sơ đồ

Bình diện nhận thức

khái niệm- ngôn ngữ

- Sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham khảo

- Các phần mềm máy vi tính dùng cho việc

ôn tập

1. Phương tiện dạy học tạo điều kiện cho quá trình hoạt động nhận thức

của học sinh trên bình diện trực quan trực tiếp, nghĩa là dựa trên sự tri giác trực

tiếp các sự kiện cảm tính- cụ thể. Việc sử dụng các vật thật trong đời sống và

trong kĩ thuật, các bức ảnh chụp, phim học tập quay các cảnh thật, các thí nghiệm

biểu diễn của giáo viên gây hiệu quả đối với hoạt động nhận thức của học sinh

trên bình diện này.

2. Phương tiện dạy học cũng tạo điều kiện cho quá trình hoạt động nhận

thức của học sinh trên bình diện cao hơn- bình diện trực quan gián tiếp, nghĩa là

dựa trên các biểu tượng về các sự kiện cảm tính- cụ thể mà học sinh đã tri giác

trực tiếp trước đó hoặc là dựa trên sự trừu tượng hoá các sự kiện này. Các thí

nghiệm mô hình, các phim hoạt họa, các phần mềm máy vi tính mô phỏng các

hiện tượng, quá trình vật lí, các mô hình vật chất, các hình vẽ, sơ đồ trong sách

giáo khoa, trên giấy là sự trừu tượng hoá các sự kiện cảm tính- cụ thể, tạo điều

kiện cho hoạt động nhận thức của học sinh trên bình diện trực quan gián tiếp.

3. Phương tiện dạy học (đặc biệt là các thiết bị thí nghiệm dùng cho thí

nghiệm của học sinh) tạo điều kiện cho học sinh trong quá trình làm việc trực tiếp

với chúng tiến hành các hoạt động trí tuệ- thực tiễn trên bình diện hành động đối

tượng thực tiễn.

4. Phương tiện dạy học (sách giáo khoa, sách bài tập, các mềm máy vi tính

dùng cho việc ôn tập…) cũng tạo điều kiện cho học sinh hoạt động nhận thức

trên bình diện nhận thức khái niệm- ngôn ngữ, nghĩa là hoạt động nhận thức được

tiến hành chỉ trên cơ sở các khái niệm, các kết luận khái quát.

Trong quá trình học tập, hoạt động nhận thức của học sinh trên các bình

diện khác nhau diễn ra không theo một trình tự cứng nhắc, mà thường thâm nhập

vào nhau. Ví dụ như: Trong quá trình hoạt động nhận thức trên bình diện khái

niệm- ngôn ngữ, học sinh không chỉ tiến hành các thao tác tư duy với các khái

niệm, phương trình mà còn thường liên tưởng tới những mối liên hệ với các sự

kiện cảm tính- cụ thể đã tri giác trực tiếp trước đó. Điều đó cũng có nghĩa là: các

phương tiện dạy học cũng có thể gây hiệu quả trên nhiều bình diện khác nhau của

hoạt động nhận thức.

Thực tiễn dạy học vật lí ở trường phổ thông hiện nay cho thấy: hoạt động

nhận thức của học sinh thường chỉ trên bình diện nhận thức khái niệm- ngôn ngữ

hoặc diễn ra qúa nhanh tới bình diện nhận thức này. Các bình diện thấp hơn của

hoạt động nhận thức chưa được đưa vào hoặc đưa vào quá trình nhận thức của

học sinh quá ít. Tiềm năng của phương tiện dạy học trong việc tích cực hoá hoạt

động nhận thức của học sinh chưa được khai thác đầy đủ. Đó cũng là một trong

những nguyên nhân làm cho kiến thức của học sinh hời hợt, ít khả năng vận

dụng.

Sự phân tích trên đây việc sử dụng phương tiện dạy học trong dạy học vật

lí dưới góc độ quan điểm của tâm lí học học tập dẫn tới kết luận là: Cần phải sử

dụng phối hợp các phương tiện dạy học trong dạy học vật lí, nhất là ở các lớp

dưới, tạo điều kiện cho hoạt động nhận thức của học sinh diễn ra trên nhiều bình

diện khác nhau nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh.

6.3. MỘT SỐ ĐỊNH HƯỚNG CHUNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG

PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC

Trên cơ sở phân tích chức năng của phương tiện dạy học dưới góc độ các

quan điểm của lí luận dạy học và của tâm lí học học tập, có thể rút ra một số định

hướng chung sau đây về mặt phương pháp cho việc sử dụng phương tiện dạy học

trong dạy học vật lí ở trường phổ thông:

1. Sử dụng phối hợp các phương tiện dạy học trên các bình diện khác nhau

của hoạt động nhận thức ở các khâu của quá trình dạy học.

Ví dụ: Ở khâu đề cập các ứng dụng của kiến thức vật lí trong tự nhiên và kĩ

thuật, học sinh sẽ dễ dàng mô tả, giải thích cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của một

thiết bị kĩ thuật, nếu trong giờ học có sử dụng phối hợp các phương tiện dạy học

sau: vật thật hoặc bức ảnh chụp vật thật, thí nghiệm của học sinh hoặc của giáo

viên về nguyên tắc hoạt động của thiết bị, mô hình chức năng của thiết bị, hình

vẽ về sơ đồ bố trí thí nghiệm, về nguyên tắc hoạt động của thiết bị (trên tranh hay

trên tấm bản trong được chiếu lên tường nhờ máy chiếu) hoặc phần mềm máy vi

tính minh họa cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của thiết bị. Ví dụ như:

- Khi đề cập “Máy phát điện một chiều” ở lớp 9, cần sử dụng phối hợp các

phương tiện dạy học: mô hình máy phát điện một chiều và xoay chiều để tìm hiểu

nguyên tắc cấu tạo (đặc biệt là vai trò của cổ góp điện) và để làm sáng tỏ nguyên

tắc hoạt động của máy (thông qua thí nghiệm với mô hình này), các hình vẽ về sự

đổi chiều của dòng điện cảm ứng trong khung và sự không đổi chiều của dòng

điện lấy ra ngoài ở các vị trí đặc biệt của khung dây, máy phát điện quay tay

nhằm chứng minh tính thuận nghịch của máy phát điện một chiều.

- Khi đề cập “Kính hiển vi” ở lớp 12, cần sử dụng các phương tiện dạy

học: kính hiển vi học sinh để học sinh tìm hiểu cấu tạo của nó, tác dụng của từng

bộ phận và rèn luyện kĩ năng sử dụng kính hiển vi; các thí nghiệm mô hình do

học sinh hoặc giáo viên tiến hành về đường đi của tia sáng qua kính hiển vi trên

quang bản và về sự tạo ảnh qua kính hiển vi trên băng quang học, tranh vẽ về cấu

tạo và đường đi của tia sáng qua kính hiển vi.

2. Gắn việc sử dụng phương tiện dạy học với các hoạt động trí tuệ- thực

tiễn của học sinh, tạo ra các kích thích đa dạng về mặt cơ học, âm học, quang

học… với mối tương quan phù hợp trong quá trình thu nhận và chế biến thông tin

của học sinh, kích thích sự tranh luận tích cực của học sinh với đối tượng nhận

thức.

Đặc biệt trong việc tổ chức cho học sinh tiến hành các thí nghiệm ở khâu

nghiên cứu tài liệu mới hoặc trong thực hành, các hoạt động tay chân (vẽ sơ đồ

thí nghiệm, bố trí thí nghiệm, sử dụng các dụng cụ, đo đạc, viết kết quả thí

nghiệm…) cần gắn liền với các hoạt động trí óc (đề xuất giả thuyết, thiết kế

phương án thí nghiệm, so sánh, khái quát hoá, tính toán, mô tả, giải thích kết quả

thí nghiệm…).

3. Việc sử dụng phương tiện dạy học trong quá trình hình thành và vận

dụng kiến thức phải góp phần làm sáng tỏ tính biện chứng giữa cái chung và

những cái riêng, cái giống nhau và cái khác nhau của các hiện tượng, quá trình

vật lí.

a) Lựa chọn các phương tiện dạy học sao cho việc sử dụng chúng tạo điều

kiện cho việc thâu tóm được cái chung và những cái riêng, làm nổi bật được cái

mới, cái đặc biệt. Ví dụ như:

- Khi học chương “Các máy cơ đơn giản” ở lớp 8, cần thông qua các thí

nghiệm và các hình vẽ tương ứng để đi tới khái quát được cái chung của chúng

(là các thiết bị làm biến đổi lực, phải tuân theo định luật về công) từ những cái

riêng: chỉ làm biến đổi về hướng của lực (ròng rọc cố định), chỉ làm biến đổi độ

lớn của lực (ròng rọc động) hoặc làm biến đổi cả độ lớn lẫn hướng của lực (pa

lăng, đòn bảy, mặt phẳng nghiêng).

- Để học sinh hiểu sâu khái niệm “Dao động cơ học điều hoà” ở lớp 12,

cần tiến hành các thí nghiệm, sử dụng các hình vẽ tương ứng (có thể cả phần

mềm mô phỏng trên máy vi tính) về dao động của con lắc lò xo ngang, con lắc lò

xo dọc, con lắc đơn, thanh thép đàn hồi, cột nước trong ống hình chữ U.

b) Sử dụng đồng thời các phương tiện dạy học (các thí nghiệm song song,

bảng tổng kết, các bài tập trong sách giáo khoa, trên máy vi tính…) nhằm tạo

điều kiện cho học sinh dễ dàng phát hiện những đặc điểm giống nhau của các

hiện tượng, quá trình vật lí. Chẳng hạn như: Tiến hành các thí nghiệm song song

về sự tạo ảnh của vật qua gương cầu và qua thấu kính, về sự giao thoa của sóng

nước và của sóng ánh sáng.

Việc sử dụng đồng thời các phương tiện dạy học không những làm sáng tỏ

được sự tương tự về mặt nội dung vật lí mà có khi còn thể hiện được cả sự tương

tự trong lô gic hình thành nội dung các kiến thức vật lí (ví dụ như: lô gic xây

dựng biểu thức định luật 2 Niu tơn a=mF và biểu thức định luật Ôm I=

RU ).

4. Việc sử dụng phương tiện dạy học phải góp phần làm tăng tính chính

xác và tính hệ thống của các kiến thức mà học sinh lĩnh hội.

a) Sử dụng phương tiện dạy học thích hợp làm sống lại các sự kiện cảm

tính- cụ thể mà học sinh đã tri giác trong đời sống hàng ngày để không những tận

dụng vốn kinh nghiệm mà còn nhằm phát hiện và góp phần khắc phục các sai

lầm của học sinh. Ví dụ như: Tiến hành thí nghiệm với thiết bị thí nghiệm mới về

định luật Paxcan để loại bỏ sự nhầm lẫn phổ biến của học sinh về tính chất của

chất rắn và chất lỏng trong sự truyền áp suất và áp lực tác dụng từ ngoài, sử dụng

các thí nghiệm về sự rơi của các vật trong không khí và trong ống thuỷ tinh đã

hút hết khí để bác bỏ quan niệm sai lầm dựa vào kinh nghiệm hàng ngày “Vật

nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ” của học sinh.

b) Sử dụng nhiều lần một số phương tiện dạy học nhất định ở nhiều

chương, nhiều phần của chương trình vật lí để nêu bật mối liên hệ giữa các kiến

thức mà học sinh đã lĩnh hội. Ví dụ như: sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát chuyển

động thẳng không chỉ ở phần động học và phần động lực học mà còn ở cả phần

các định luật bảo toàn trong dạy học vật lí ở lớp 10, sử dụng bộ đệm khí trong

dạy học không những về chuyển động thẳng ở lớp 10 mà cả về dao động cơ học

ở lớp 12.

6.4. SỬ DỤNG BẢNG

Dù nhiều phương tiện dạy học nghe- nhìn ngày càng được sử dụng rộng rãi

trong nhà trường, đối với mọi môn học ở nước ta hiện nay, bảng vẫn là một

phương tiện dạy học quan trọng và gần gũi nhất. Sử dụng bảng một cách hợp lí là

một vấn đề cần phải đặt ra khi nói tới chất lượng của giờ học. Giáo viên cần tận

dụng những ưu điểm sau đây của bảng đen: có thể ghi chép trên bảng theo tiến

trình giờ học, lôi cuốn được nhiều học sinh vào việc hình thành nội dung ghi trên

bảng, có thể thay đổi dễ dàng những điều ghi chép trên bảng và mọi học sinh đều

thấy được rõ ràng các nội dung ghi trên bảng.

Bảng được sử dụng như một phương tiện để giáo viên ghi chép và vẽ hình.

Nó cũng là phương tiện để khi cần, học sinh có thể trình bày bài giải hoặc câu trả

lời của mình trước giáo viên và toàn lớp.

Giáo viên ghi bảng hợp lí sẽ giúp học sinh theo dõi bài học một cách dễ

dàng, thấy được những điểm mấu chốt của bài học và trình tự phát triển lôgic của

vấn đề. Trong nhiều trường hợp, nhờ việc ghi chép của giáo viên trên bảng mà

học sinh có thể hiểu được nhanh những vấn đề rắc rối, trừu tượng, phục hồi được

nhanh chóng những kiến thức khi củng cố tài liệu học tập ở nhà.

Việc vẽ hình ở trên bảng là cần thiết ngay cả khi hướng dẫn học sinh quan

sát thí nghiệm. Nó giúp cho học sinh hình dung được cách bố trí các thí nghiệm,

hiểu rõ cơ cấu và hoạt động của các dụng cụ, máy móc.

6.4.1. Yêu cầu về nội dung và kĩ thuật ghi chép trên bảng

Ghi bảng hợp lí sẽ góp phần đáng kể vào việc nâng cao chất lượng của một

giờ học. Muốn thế, cần đảm bảo một số yêu cầu cơ bản sau:

- Phải ghi chép một cách hệ thống, phản ánh được quá trình phát triển của

nội dung bài học.

- Vạch rõ được bản chất vật lí của vấn đề nghiên cứu, nhất là trong trường

hợp có suy luận toán học.

- Tập trung được sự chú ý của học sinh vào những vấn đề cần thiết, quan

trọng.

- Củng cố được nội dung nghiên cứu trong giờ học.

- Hướng dẫn được học sinh ghi chép vào vở và học tập ở nhà.

Để thoả mãn những yêu cầu trên, kết hợp với lời nói và viết, sử dụng các

phương tiện dạy học khác, giáo viên có thể ghi lên bảng những điểm sau:

1- Đầu bài (tên đề mục và các tiểu mục).

2- Các hình vẽ, sơ đồ, đồ thị.

3- Những công thức và các hệ quả suy ra từ những công thức đó.

4- Sơ đồ bố trí thí nghiệm, các bước chính trong tiến trình thí nghiệm, bảng

số liệu thu được từ thí nghiệm và những kết luận rút ra từ thí nghiệm.

5- Bài giải mẫu (bài tập vật lí).

6- Những thuật ngữ mới, tên tuổi các nhà bác học, tài liệu lịch sử và kĩ

thuật.

7- Bài tập về nhà (số mục phải đọc theo sách giáo khoa, một số bài tập

trong sách giáo khoa hay sách bài tập…).

Tất nhiên, phải tùy nội dung cụ thể của từng bài học mà ghi chép trên bảng

những điểm cần thiết, miễn là đảm bảo được những yêu cầu nêu ở trên. Giáo viên

cần phải chuẩn bị chu đáo nội dung ghi trên bảng ngay từ khi soạn kế hoạch chi

tiết cho mỗi bài học.

Nên phân nội dung ghi trên bảng làm hai phần: một phần cần giữ lại trên

bảng trong suốt giờ học(chẳng hạn như: dàn bài, công thức định nghĩa, định luật,

đồ thị…), một phần có thể xoá đi sau khi đã dùng xong (chẳng hạn như câu hỏi

đặt vấn đề, lời giải thích định luật, những phép tính…). Phần giữ lại nên ghi ở

một bên bảng dưới hình thức rất tóm tắt. Phần thứ hai cũng nên ghi ở một bên

bảng và giáo viên cần căn cứ vào diện tích của bảng dành cho phần này để lường

trước việc xoá bảng đúng lúc cần thiết.

Chữ viết và hình vẽ trên bảng phải đủ lớn để cho học sinh toàn lớp đều

nhìn thấy rõ. Nên dùng phấn màu để làm nổi bật điểm cần chú ý.

Giáo viên cần phối hợp nhịp nhàng lời nói, việc viết và vẽ hình trên bảng

với việc tiến hành thí nghiệm hoặc sử dụng phương tiện dạy học khác.

Ví dụ về sự trình bày bảng bài: “Hệ thức giữa thể tích và áp suất của chất

khí khi nhiệt độ không đổi. Định luật Bôilơ - Mariốt" ở lớp 10

HỆ THỨC GIỮA THỂ TÍCH VÀ ÁP SUẤT CỦA CHẤT KHÍ

KHI NHIỆT ĐỘ KHÔNG ĐỔI. ĐỊNH LUẬT BÔILƠ - MARIỐT

Một số khái niệm cơ bản:

- Các thông số trạng thái xác định trạng thái nhiệt của một lượng khí: V, p và t0.

- Phương trình trạng thái của chất khí: phương trình thiết lập mối liên hệ giữa V, p, t0.

1. Hệ thức giữa thể tích và áp suất của chất khí khi nhiệt độ không đổi

Xét mối quan hệ V và p của một khối khí không đổi khi t0= hằng số (quá trình

đẳng nhiệt).

a) Thí nghiệm

- Dụng cụ và cách lắp đặt: Hình vẽ

bên.

- Tiến hành thí nghiệm: Nén, giãn

lượng khí chậm, thấy: Khi V tăng thì p

giảm và ngược lại.

- Thu thập số liệu:

Sơ đồ thí nghiệm

Lần đo V (cm3) p (at)

1

2

3

- Xử lí số liệu, rút ra nhận xét: Trong phạm vi sai số cho phép, thấy: Khi

giảm thể tích bao nhiêu lần thì áp suất tăng lên bấy nhiêu lần.

b) Định luật

- Làm thí nghiệm với nhiều chất khí khác, đều có định luật sau: Ở nhiệt độ

không đổi, áp suất và thể tích của một khối lượng khí xác định tỉ lệ nghịch với

nhau (Định luật Bôilơ - Mariốt).

1

2

2

1

VV

pp

= p1V1=p2V2

pV= hằng số

2. Đường đẳng nhiệt

a) Biểu thị mối quan hệ giữa p và V bằng đồ

thị p, V ứng với t0=t1

Đường đẳng nhiệt

b) Các đường đẳng nhiệt ứng

với các t0 khác nhau

Họ đường đẳng nhiệt

3. Định luật Bôilơ- Mariốt là định luật gần đúng

- Thí nghiệm chính xác cho thấy: các khí

thực chỉ tuân theo gần đúng định luật.

- Đồ thị quan hệ pV và p của các khí

thực (H2, He hay O2): các đường liền nét với

các p không lớn, khí tuân theo định luật này.

- Chỉ có khí lí tưởng là tuân theo hoàn toàn

Đồ thị p.V và p

đúng định luật (tích p.V của nó ứng với đường

chấm chấm).

6.4.2. Yêu cầu và kĩ thuật vẽ hình trên bảng

Hình vẽ mà giáo viên thực hiện trên bảng có mục đích chủ yếu là làm sáng

tỏ bài học. Cho nên, điều trước hết cần quan tâm khi vẽ hình là tính chất sư phạm

của chúng, chứ không phải là tính chất mĩ thuật. Hơn nữa, sự hạn chế về thời

gian đòi hỏi phải vẽ hình trên bảng sao cho nhanh chóng. Vì thế, trước hết cần

tuân theo những yêu cầu cơ bản sau:

1. Hình vẽ phải đơn giản và rõ ràng để học sinh có thể thấy được những

điểm chủ yếu, đồng thời cũng là để giáo viên và học sinh có đủ thời giờ vẽ ngay

tại lớp, không ảnh hưởng tới việc dạy học các phần khác.

Muốn cho hình vẽ được đơn giản và rõ ràng, trong nhiều trường hợp,

không thể sao chép lại những hình vẽ trong sách giáo khoa mà giáo viên phải cải

biến, tước bỏ một số chi tiết không cần thiết hoặc chuyển từ cách vẽ này sang

cách vẽ

khác trong những trường hợp cần thiết. Thí

dụ như:

- Thiết bị do Jun chế tạo để xác định

đương lượng cơ của nhiệt có thể vẽ như

Hình 8.

- Sơ đồ cấu tạo điện kế sắt quay có

thể vẽ đơn giản như Hình 9.

Hình 8. Thiết bị thí nghiệm để xác định

đương lượng cơ của nhiệt

Để làm nổi bật một số điểm quan

trọng, chủ yếu trên hình vẽ, có thể dùng

phấn màu hay dùng những nét đặc biệt.

Chẳng hạn như: khi vẽ, có thể dùng nét

đậm vẽ vòng dây phía ngoài và nét mảnh

vẽ vòng dây phía trong (Hình 10a) hay khi

vẽ khung dây quay trong từ trường thì dùng

Hình 9. Nguyên tắc cấu tạo của

điện kế sắt quay

phấn trắng vẽ trục quay của khung, dùng

phấn xanh và phấn vàng phân biệt hai nửa

khung (Hình 10b).

Hình 10.

2. Hình vẽ trước hết phải vạch rõ được nguyên lí

vật lí đang nghiên cứu, sau đó mới đến những chi tiết kĩ

thuật. Vì thế, trên hình vẽ phải nổi bật những cơ cấu chủ

yếu của máy móc, dụng cụ mà ở đó thể hiện được hiện

tượng cần nghiên cứu. Thí dụ: trên hình vẽ máy phát điện

ba pha (Hình 11), điều chủ yếu là phải làm rõ cách bố trí

ba cuộn dây stato và vị trí của rôto để có thể hình dung

được rõ ràng khi rôto quay thì từ thông qua ba cuộn dây

lần lượt biến thiên như thế nào.

Hình 11.

3. Hình vẽ phải đúng kĩ thuật họa hình. Trong vật lí học, người ta hay dùng

ba cách vẽ sau:

- Vẽ chiếu vuông góc: theo cách vẽ này, các tia sáng đều coi như vuông

góc với mặt hình vẽ. Do đó, ta chỉ nhìn thấy mặt ngoài của vật theo một phương

nào đó hoặc từ đằng trước lại hoặc từ trên xuống. Cách vẽ này được dùng khi

không cần phân biệt sự bố trí trước sau.

Thí dụ: Hình 12 vẽ cách bố trí thí

nghiệm trong đó ta chỉ cần chú ý đến sự chuyển

động của xe theo chiều từ trái sang phải.

Hình 12.

- Vẽ cắt: Cách vẽ này mô tả

hình dạng của vật trong mặt phẳng

bổ dọc hay bổ ngang, thường được

sử dụng khi cần thấy rõ cấu tạo bên

trong của các máy móc, dụng cụ

(Hình 13). Hình 13.

- Vẽ phối cảnh: Cách vẽ này cho thấy hình dạng của vật trong không gian,

phân biệt rõ vị trí của các bộ phận sắp xếp trong không gian theo ba chiều. Trong

cách vẽ phối cảnh, bộ phận nào ở gần sẽ to, bộ phận nào ở càng xa thì càng nhỏ,

những bộ phận nằm trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng hình vẽ thì

giữ nguyên tỉ lệ kích thước, những bộ phận nằm trên đường vuông góc với mặt

phẳng hình vẽ thì sẽ qui tụ lại ở một điểm gọi là chú điểm. Trong nhiều trường

hợp, có thể coi chú điểm ở rất xa để các đường vuông góc với mặt phẳng hình vẽ

song song với nhau. Hình 14 là cách vẽ phối cảnh hình lập phương với chú điểm

ở gần và ở rất xa.

Cách vẽ phối cảnh thường là khó, đòi

hỏi nhiều thời gian, vì thế chỉ dùng

khi hai cách nói trên không cho

phép mô tả được đầy đủ hình dạng và

cấu tạo của vật. Thí dụ: khi vẽ điện kế

khung quay (Hình 15) thì nên vẽ phối

cảnh để có thể thấy được đầy đủ các

bộ phận của dụng cụ và cách bố trí

các bộ phận đó.

Hình 14. Hình 15.

Việc chọn cách vẽ này hay cách vẽ khác là

tuỳ theo yêu cầu dạy học trong từng trường hợp cụ

thể. Nhiều khi cần phải phối hợp hai cách vẽ mới

mô tả được hết cấu tạo và hoạt động của một dụng

cụ. Thí dụ: để mô tả sự phân bố các lớp chất lỏng

có khối lượng riêng khác nhau trong bình cầu của

máy phân li li tâm đang quay, có thể dùng cả hai

cách vẽ: vẽ cắt và vẽ chiếu vuông góc (Hình 16)

Hình 16.

Chú ý rằng: về nguyên tắc, trong cùng một

hình vẽ, không thể dùng hai cách vẽ, nhất là trong

trường hợp dễ gây hiểu nhầm. Thí dụ như: ở Hình

17, thì không được vẽ như hình a mà phải vẽ như

hình b.

Cần chú ý thêm rằng: hình vẽ cần có tỷ lệ

đúng hoặc gần với thực tế. Thí dụ như: chiều cao của

ống Torixenli không nên chỉ vẽ cao khoảng gấp đôi

chiều cao của cái chậu.

Hình 17.

4- Vẽ hình phải kết hợp với nội dung bài học, đúng lúc cần thiết, tức là dạy

tới đâu thì vẽ tới đó. Trong trường hợp hình vẽ phức tạp thì có thể vẽ ở giấy

trước, nhưng chỉ vẽ mờ và đến khi dạy thì mới tô đậm lên hoặc có thể vẽ trên các

tấm giấy bản trong phủ được lên nhau (xem 6.8).

6.5. SỬ DỤNG CÁC VẬT THẬT

Khác với nhiều môn học khác, trong dạy học vật lí, các vật thật có thể

được sử dụng để nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lí (thí dụ như: các đồ

chơi, các dụng cụ đo phổ biến trong gia đình như cân, đồng hồ, nhiệt kế) hoặc để

nghiên cứu các ứng dụng trong đời sống và kĩ thuật của các kiến thức vật lí (thí

dụ: các dụng cụ cơ học như kìm, kéo; các dụng cụ điện như chuông điện, đi-na-

mô xe đạp; các dụng cụ quang học như máy ảnh, ống nhòm, kính lúp).

Các vật thật là những phương tiện quan trọng nhằm sử dụng những kinh

nghiệm sống hàng ngày của học sinh và là những bằng chứng của việc vận dụng

các kiến thức vật lí vào thực tiễn. Chúng có thể được sử dụng ở các giai đoạn

khác nhau của quá trình dạy học.

Tuy nhiên, khi lựa chọn các vật thật đưa vào giờ học, cần lưu ý rằng: do

tính phức hợp, tính phức tạp của nhiều dụng cụ, cái bản chất nhiều khi bị che lấp

hoặc do độ lớn của chúng nên không phải vật thật nào cũng có thể đưa vào giờ

học được.

6.6. CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Giá trị đặc biệt của các thiết bị thí nghiệm đối với dạy học vật lí là ở chỗ:

chúng tạo điều kiện cho sự nghiên cứu có hệ thống, trực quan các hiện tượng, quá

trình vật lí, cho phép hình thành các khái niệm, nghiên cứu các định luật một

cách trực tiếp trên các đối tượng cần nhận thức trong giờ học và tạo điều kiện

nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lí.

Các thiết bị thí nghiệm được chế tạo để tiến hành các thí nghiệm của giáo

viên (thiết bị thí nghiệm biểu diễn) hoặc các thí nghiệm của học sinh (thiết bị thí

nghiệm thực hành).

6.6.1. Các thiết bị thí nghiệm biểu diễn

Các thiết bị thí nghiệm biểu diễn được chế tạo với kích thước đủ lớn sao

cho toàn lớp có thể quan sát rõ các bộ phận quan trọng của thiết bị, các hiệu ứng

vật lí diễn ra trong các thí nghiệm được làm với chúng. Với các thiết bị thí

nghiệm này, có thể thu được những giá trị đo chính xác.

Các thiết bị thí nghiệm biểu diễn được chế tạo để sử dụng một cách độc lập

(thí dụ: bộ thí nghiệm về định luật Bôilơ- Mariốt, bộ thí nghiệm về trạng thái cân

bằng của vật rắn, dụng cụ chứng minh sự co giãn vì nhiệt của vật rắn Tyndall),

nhưng cũng có khi được chế tạo thành một bộ thí nghiệm gồm nhiều chi tiết có

thể lắp ghép với nhau để tiến hành một loạt thí nghiệm ở nhiều phần khác nhau

của vật lí (thí dụ như: với bộ băng đệm khí, có thể làm được nhiều thí nghiệm

không chỉ ở các phần động học, động lực học và năng lượng của chuyển động

thẳng mà còn tiến hành được với nó các thí nghiệm về dao động cơ học; bộ thí

nghiệm điện từ cho phép tiến hành các thí nghiệm về dòng điện một chiều và

dòng điện xoay chiều, về từ trường và về cảm ứng điện từ cũng như các ứng

dụng kĩ thuật của nó…). Với các thiết bị thí nghiệm biểu diễn như vậy, học sinh

làm quen tương đối nhanh nguyên tắc hoạt động của bộ thiết bị thí nghiệm, cách

bố trí thí nghiệm cơ bản; ở các thí nghiệm sau, học sinh dễ nhận thấy các bộ phận

không thay đổi, những chi tiết thay đổi, bổ sung so với các thí nghiệm đã được

tiến hành trước đó.

Các bộ thí nghiệm này thường được sử dụng kết hợp với các nguồn điện

(biến thế biểu diễn), máy đo (ví dụ: dao động kí điện tử, đồng hồ đo điện biểu

diễn) ở ngoài thiết bị.

6.6.2. Các thiết bị thí nghiệm thực hành

Các thiết bị thí nghiệm thực hành thường được chế tạo thành các bộ thí

nghiệm bao gồm nhiều chi tiết, dùng cho hoạt động thí nghiệm của học sinh khi

nghiên cứu tài liệu mới hoặc thực hành sau một chương, một phần chương trình

vật lí.

Các yêu cầu cơ bản sau đây đã được lưu ý khi chế tạo các bộ thí nghiệm

thực hành:

- Sử dụng đơn giản bằng tay.

- Việc lắp ráp các chi tiết tốn ít thời gian.

- Dễ dàng phối hợp, thay đổi các chi tiết. Do có nhiều cách phối hợp các

chi tiết với nhau nên với mỗi bộ thí nghiệm thực hành, học sinh có thể làm được

nhiều thí nghiệm khác nhau trong một phần chương trình vật lí phổ thông. Cũng

vì lẽ đó, các bộ thí nghiệm thực hành tạo điều kiện cho việc tổ chức các hoạt

động trí tuệ- thực tiễn đa dạng, sáng tạo của học sinh trong quá trình làm việc với

các bộ thí nghiệm này, góp phần phát triển vốn kiến thức, kỹ năng của học sinh.

- Tất cả các chi tiết có thể được bố trí trong các thí nghiệm vững chắc, đẹp

về hình thức và phù hợp với những qui tắc an toàn.

Hiện nay, nhiều trường phổ thông nước ta đã có các bộ thí nghiệm thực

hành sau: bộ thực hành khảo sát chuyển động thẳng dùng cần rung điện, bộ thực

hành cơ học, bộ thực hành nhiệt học, bộ thực hành tĩnh điện, bộ thực hành điện

từ, bộ thực hành bán dẫn, bộ thực hành quang học. Các bộ thí nghiệm thực hành

này có khoảng 3000 chi tiết để học sinh có thể tiến hành khoảng 300 thí nghiệm

chủ yếu.

Với điều kiện trang thiết bị hiện nay ở nhiều trường phổ thông nước ta,

giáo viên nhiều khi vẫn phải sử dụng các thiết bị thí nghiệm thực hành để tiến

hành các thí nghiệm biểu diễn. Trong những trường hợp này, giáo viên cần lưu ý

bố trí thiết bị sao cho học sinh cả lớp quan sát được thí nghiệm.

6.7. SỬ DỤNG CÁC MÔ HÌNH VẬT CHẤT

1. Các mô hình vật chất giữ vai trò quan trọng trong dạy học vật lí. Chúng

được sử dụng để minh họa các hiện tượng, quá trình vật lí vi mô, trực quan hoá

các mô hình lí tưởng (thí dụ như: sử dụng các miếng nam châm gốm trong bộ thí

nghiệm bàn đệm khí để tiến hành các thí nghiệm mô hình khi nghiên cứu mô

hình hạt) hoặc khi nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lí.

2. Các mô hình vật chất được sử dụng trong dạy học vật lí có thể là mô

hình tĩnh (ví dụ: mô hình mạng tinh thể) hoặc mô hình động (các mô hình cấu tạo

và hoạt động của máy phát điện và của động cơ điện, mô hình máy hơi nước); mô

hình phẳng, trong đó có mô hình được làm trên tấm nhựa trong suốt để chiếu lên

màn được (ví dụ: mô hình phẳng động cơ 4 kì) hoặc mô hình không gian (ví dụ:

các mô hình động cơ nhiệt, máy phát điện và động cơ điện).

3. Sử dụng các mô hình vật chất, ta có thể tách ra được những yếu tố riêng

biệt cuả đối tượng nghiên cứu, giúp cho học sinh nhìn thấy được các bộ phận của

đối tượng kĩ thuật mà thực tế thường bị che kín, quan sát được các quá trình động

xảy ra với nhịp điệu chậm hơn, có thể lặp lại các quá trình nghiên cứu với một số

lần cần thiết. Sử dụng các loại mô hình này sẽ giúp học sinh hiểu được nguyên

tắc hoạt động, cấu tạo và cơ chế vận chuyển của các thiết bị kĩ thuật cũng như

hiểu được một cách trực quan những hiện tượng, quá trình không tri giác trực tiếp

được.

Việc sử dụng các mô hình vật chất không những làm cho học sinh hiểu sâu

hơn các định luật vật lí mà còn giúp học sinh làm quen với một trong các phương

pháp nghiên cứu của khoa học vật lí là phương pháp mô hình.

4. Quá trình sử dụng mô hình vật chất để nghiên cứu một thiết bị kĩ thuật

trong dạy học vật lí có thể diễn ra theo một trong hai con đường lĩnh hội những

ứng dụng kĩ thuật của vật lí (xem mục 2.5). Việc sử dụng mô hình dù diễn ra theo

con đường nào cũng đòi hỏi sự kết hợp giữa việc sử dụng mô hình (trong đó có

việc tiến hành thí nghiệm với mô hình), hình vẽ (trên bảng, giấy hoặc tấm bản

trong) và lời nói của giáo viên để làm rõ nguyên tắc hoạt động, cấu tạo, tác dụng

từng bộ phận cơ bản của thiết bị và quá trình chuyển vận của thiết bị.

6.8. SỬ DỤNG TRANH ẢNH VÀ CÁC BẢN VẼ SẴN

Tranh ảnh và các bản vẽ sẵn trên giấy, trên tấm bản trong là một phương

tiện dạy học giúp cho sự mô tả các đối tượng, hiện tượng, quá trình vật lí vừa

sinh động, vừa tốn ít thời gian trên lớp.

Trước hết, giáo viên cần tận dụng các tranh ảnh và các bản vẽ sẵn đã được

xuất bản; ví dụ như: các bản vẽ về nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ

không đồng bộ ba pha, về các pha của mặt trăng, về cấu tạo và nguyên tắc hoạt

động của kính hiển vi, về phản ứng dây chuyền.

Đối với những bản vẽ do giáo viên vẽ lấy, cũng cần đảm bảo các yêu cầu

và kĩ thuật vẽ hình như đã nói ở 6.4.2. Giáo viên cũng có thể dùng nhiều cách vẽ

khác nhau về cùng một đối tượng để có thể giúp học sinh hình dung được một

cách đầy đủ về đối tượng đó.

Trong những năm gần đây, các bản vẽ sẵn trên tấm bản trong (đã được

xuất bản hoặc do giáo viên tự vẽ lấy) ngày càng được sử dụng rộng rãi. Người ta

thường sử dụng các bản vẽ trên tấm bản trong trong những trường hợp sau:

- Thông tin cần trình bày nhiều, nếu viết hoặc vẽ trên bảng sẽ chiếm nhiều

diện tích hoặc đòi hỏi quá nhiều thời gian (ví dụ như: sơ đồ phức tạp của một

thiết bị kĩ thuật) nên cần phải chuẩn bị sẵn.

- Khi nghiên cứu các thiết bị kĩ thuật hoặc xét các hiện tượng cần có sự

xuất hiện dần dần từng bộ phận trước mắt học sinh, người ta thường dùng các

bản trong vẽ riêng từng bộ phận và xếp dần lên nhau trong quá trình nghiên cứu.

Ví dụ như:

Để rút ra kết luận về sự thay đổi từ thông do một nam châm gây ra gửi qua

tiết diện một ống dây khi cho nam châm tiến vào hay lùi ra xa ống dây, ta có thể

chồng một tờ giấy bản trong có vẽ một nam châm và các đường cảm ứng từ của

nó lên một tờ giấy bản trong có vẽ ống dây. Sau đó, giữ nguyên tờ giấy bản trong

ở dưới, di chuyển tờ giấy bản trong ở trên theo phương mong muốn. Bằng cách

đó, ta sẽ tạo được hình ảnh động về sự thay đổi số đường cảm ứng từ gửi qua tiết

diện ống dây.

Khi nghiªn cøu hiÖn t−îng giao thoa

sãng n−íc, gi¸o viªn cã thÓ lÇn l−ît vÏ trªn

bèn tÊm b¶n trong hÖ thèng sãng cña nguån S1,

hÖ thèng sãng cña nguån S2, c¸c v©n giao thoa

(H×nh 18) sao cho phï hîp nhau vÒ kÝch th−íc.

Bèn tÊm b¶n trong nµy d¸n chång lªn nhau vµ

khi d¹y th× gië ra, råi xÕp dÇn lªn nhau.

H×nh 18.

Trong tiÕt häc cã sö dông c¸c tranh ¶nh vµ b¶n vÏ s½n, cÇn l−u ý r»ng: chØ

treo chóng lªn khi cÇn thiÕt vµ sau khi dïng xong, cÇn cÊt ®i ngay ®Ó tr¸nh sù

ph©n t¸n chó ý cña häc sinh.

6.9. SỬ DỤNG CÁC TÀI LIỆU IN

Ngày nay, trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, người ta sử dụng các

tài liệu in dùng cho học sinh như: sách giáo khoa, sách bài tập, sách hướng dẫn

thí nghiệm. Ngoài ra, học sinh cũng còn sử dụng sách tóm tắt, sách đọc thêm,

phiếu hay vở bài làm.

Dưới đây, ta sẽ xem xét một số tài liệu in nói trên.

6.9.1. Sách giáo khoa

1. Sách giáo khoa là một trong những phương tiện dạy học quan trọng của

dạy học vật lí ở trường phổ thông và thực hiện đồng thời hai chức năng: là

phương tiện làm việc của học sinh (sách giáo khoa là nguồn kiến thức, phương

tiện củng cố kiến thức, kĩ năng của học sinh) và là phương tiện hỗ trợ giáo viên

hiểu và thực hiện chương trình dạy học đã qui định.

- Trong sách giáo khoa, nói chung các nội dung học tập của bậc học được

trình bày một cách có hệ thống, phù hợp với chương trình quốc gia về bộ môn,

phù hợp với các yêu cầu chung đối với sách giáo khoa như: tính khoa học của nội

dung, tính trực quan, tính dễ hiểu, tính lô gic của việc trình bày và phải có mối

liên hệ hữu cơ với các môn học khác.

- Ngoài ra, sách giáo khoa vật lí còn phải đáp ứng những yêu cầu đặc thù

khác như: sự cần thiết phải mô tả các thí nghiệm vật lí, xây dựng những kết luận

khoa học từ lí thuyết hoặc thực nghiệm, nêu ra những ứng dụng cơ bản của vật lí

trong kĩ thuật và đời sống, sử dụng hợp lí các công cụ toán học, đưa vào sách

giáo khoa hệ thống các bài tập đảm bảo hình thành ở học sinh những kĩ năng, kĩ

xảo cần thiết.

2. Với các yếu tố cấu trúc khác nhau, sách giáo khoa là phương tiện dạy

học thích hợp cho việc giáo viên sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của

quá trình dạy học.

a) Có thể sử dụng sách giáo khoa một cách có hiệu quả để đảm bảo trình

độ xuất phát ban đầu (học sinh sử dụng sách giáo khoa để tự ôn tập các kiến thức

cũ trước khi nghiên cứu tài liệu mới), tạo động cơ học tập, đặt vấn đề nghiên cứu

tài liệu mới. Các đoạn trình bàylịch sử nảy sinh vấn đề sắp nghiên cứu, hiện

tượng vật lí mà học sinh thường gặp hàng ngày có liên quan tới kiến thức mới,

những bức ảnh ở đầu chương về các ứng dụng trong kĩ thuật và đời sống tạo điều

kiện thuận lợi cho việc tạo động cơ học tập ở học sinh khi bắt đầu nghiên cứu

một lĩnh vực mới, một chương cũng như các giờ học riêng biệt.

b) Trong giai đoạn làm việc với tài liệu mới, về cơ bản, có hai khả năng

cho học sinh sử dụng sách giáo khoa:

- Học sinh làm việc với sách giáo khoa trong một khoảng thời gian ngắn

của quá trình xây dựng kiến thức mới. Ví dụ như: học sinh làm việc với các đoạn

văn, hình vẽ, sơ đồ để biết cách bố trí thí nghiệm, tiến trình thí nghiệm sau khi đã

đưa ra các dự đoán và trước khi giáo viên hoặc học sinh tiến hành thí nghiệm.

Học sinh cũng có thể làm việc với các đồ thị tương ứng ở sách giáo khoa trong

giai đoạn xử lí kết quả thí nghiệm hoặc với sự giải thích chính xác, đầy đủ các kết

quả thí nghiệm trong sách giáo khoa.

- Học sinh tự lực làm việc trong một khoảng thời gian tương đối dài với

sách giáo khoa để lĩnh hội các kiến thức mới. Khi đó, học sinh được tranh luận

một cách gián tiếp với đối tượng cần nhận thức nhằm thu nhận hoặc chế biến các

thông tin trong sách giáo khoa. Giáo viên có thể sử dụng khả năng làm việc này

với sách giáo khoa của học sinh trong những trường hợp học sinh cần thu nhận

các thông tin về các định luật không thể đề cập bằng thí nghiệm ở trường phổ

thông, về cấu tạo, cách thức hoạt động của các máy móc phức tạp và các thông

tin có nội dung lịch sử như cuộc sống và sự nghiệp của các nhà bác học.

c) Trong giai đoạn củng cố các kiến thức, kĩ năng đã thu được, sách giáo

khoa cũng tạo điều kiện cho một sự lựa chọn các kiểu bài tập khác nhau từ đơn

giản đến phức tạp, từ việc chỉ sử dụng các kiến thức vừa học đến việc phải vận

dụng nhiều kiến thức đã học từ trước. Những lưu ý, tóm tắt, bản tổng kết các kiến

thức cơ bản cuối mỗi chương ở sách giáo khoa tạo điều kiện cho việc ôn tập, hệ

thống hoá các kiến thức mà học sinh đã học.

d) Sách giáo khoa cũng có thể được sử dụng ở giai đoạn kiểm tra, đánh giá

kết quả học tập của học sinh, thông qua việc giáo viên ra cho học sinh các bài tập

cuối chương trong sách giáo khoa hoặc giao cho học sinh chuẩn bị một báo cáo

khoa học về một chủ đề nào đó, trong đó sách giáo khoa là một nguồn tài liệu.

Cần tập cho học sinh có thói quen trả lời các câu hỏi nêu trong sách giáo khoa

sau mỗi đoạn, mỗi bài học để tự kiểm tra kiến thức của mình.

3. Để học sinh làm việc có kết quả với sách giáo khoa nói riêng và với tài

liệu in nói chung, điều quan trọng là phải bồi dưỡng cho học sinh ngày càng tự

lực tiến hành các hoạt động sau:

- Tìm thông tin (ví dụ: tìm đoạn cần thiết trong sách nhờ mục lục).

- Tiếp nhận thông tin (đọc các đoạn văn, xem hình vẽ, tra cứu các bảng số

liệu… trong sách).

- Định hình thông tin (gia công thành các ý hoặc gạch chân những ý quan

trọng).

- Chế biến thông tin theo mục đích đặt ra.

- Vận dụng thông tin trong phạm vi nhất định (ví dụ: tham gia tranh luận ở

giờ học, báo cáo trước lớp).

4. Việc hướng dẫn học sinh sử dụng sách giáo khoa của giáo viên cần chú

ý những điểm sau:

- Sự chuẩn bị của học sinh để làm việc với sách giáo khoa là yếu tố quan

trọng để học sinh làm việc có kết quả. Công việc chuẩn bị đó phải được giáo viên

giao cho học sinh dưới dạng một nhiệm vụ học tập (trả lời các câu hỏi), kích

thích học sinh phải làm việc với sách giáo khoa (tìm, tiếp nhận và chế biến thông

tin).

- Trong giai đoạn mỗi học sinh làm việc tự lực trực tiếp với sách giáo

khoa, giáo viên phải lưu ý học sinh thâu tóm nội dung của đoạn sách giáo khoa,

rút ra những phát biểu cô đọng (các câu trả lời) cho việc hoàn thành nhiệm vụ

được giao.

- Ở giai đoạn đánh giá kết quả làm việc với sách giáo khoa của học sinh,

giáo viên phải kiên nhẫn sửa chữa những cái sai, bổ sung những cái chưa đầy đủ.

6.9.2. Sách bài tập

Cũng như sách giáo khoa, sách bài tập vật lí là phương tiện học tập cơ bản,

bởi vì việc dạy giải các bài tập là một trong những phương pháp dạy học cần thiết

để rèn luyện cho học sinh kĩ năng áp dụng kiến thức đã học vào thực tiễn. Sách

bài tập được dùng để bổ sung cho sách giáo khoa, tạo thành một cơ cấu hoàn

chỉnh về nội dung.

Trong các sách bài tập, thường có một hệ thống các bài tập định tính và

định lượng, trong đó có các bài tập thí nghiệm, bài tập đồ thị, bài tập sáng tạo…

Việc dùng bài tập coi như một phương pháp dạy học được sử dụng ở

những giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học, nhưng đặc biệt được dùng rộng

rãi khi học sinh củng cố tài liệu đã học ở trên lớp và ở nhà. Trước hết, giáo viên

cho học sinh làm các bài tập đơn giản có tính chất tập dượt. Sau khi học sinh đã

nắm vững các định luật đã học, nhớ được những công thức, đơn vị đo các đại

lượng vật lí qua quá trình giải các bài tập đó, giáo viên cho học sinh làm các bài

tập ở mức độ khó khăn hơn và các bài tập có một vài cách giải. Cuối cùng, khi

học sinh học xong một đề tài, giáo viên ra cho học sinh các bài tập tổng hợp

trong đó một số đại lượng có mặt trong công thức không cho trực tiếp mà phải rút

ra từ những định luật đã học từ trước. Những bài tập này là phương tiện tốt để

học sinh ôn tập một khối lượng lớn các kiến thức đã học. Những bài tập thí

nghiệm và các bài tập sáng tạo sẽ được sử dụng khi học sinh đã nắm khá vững

kiến thức.

6.9.3. Sách hướng dẫn thí nghiệm

Sách hướng dẫn thí nghiệm bao gồm một hệ thống các bài thí nghiệm thực

hành vật lí sau khi học sinh đã học xong một chương hay một phần của chương

trình học tập. Việc thực hiện các bài thí nghiệm thực hành thúc đẩy tính tự lực

cao của học sinh.

Trong các bài thí nghiệm thực hành, có nêu đề tài công việc, liệt kê các

dụng cụ cần dùng kèm theo sự hướng dẫn cách sử dụng các dụng cụ đó và các

máy đo cần thiết, nhiệm vụ cần thực hiện và tiến trình thí nghiệm (cách bố trí các

dụng cụ, các bước tiến hành thí nghiệm và cách thức xử lí kết quả thí nghiệm).

Để đào sâu, mở rộng kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo và phát triển năng lực sáng

tạo của học sinh, giáo viên cần đưa vào các bài thí nghiệm thực hành một số

nhiệm vụ và các câu hỏi phụ có liên quan tới sự cần thiết phải sửa đổi thí nghiệm

và làm các thí nghiệm bổ sung.

6.9.4. Các tài liệu tham khảo

Để phát triển hứng thú học tập vật lí, tích cực hoá hoạt động nhận thức,

đào sâu và mở rộng vốn kiến thức, kĩ năng của học sinh, giáo viên cần đưa ra các

nhiệm vụ học tập đòi hỏi học sinh phải sử dụng các tài liệu tham khảo. Thông

qua đó, học sinh được rèn luyện thói quen, kĩ năng làm việc với sách như là một

nguồn kiến thức cho cuộc sống sau này của mình.

Các nhiệm vụ học tập đó có thể là: tìm những số liệu phù hợp cho việc giải

các bài tập, tự lập những bài tập theo các số liệu trong các sách tóm tắt về vật lí

dùng cho học sinh, chuẩn bị các báo cáo theo các chủ đề, tiến hành các quan sát,

chế tạo và tiến hành các thí nghiệm với những dụng cụ thí nghiệm theo những chỉ

dẫn trong các sách tham khảo ở nhà hoặc ở nhóm ngoại khoá, tiến hành các thí

nghiệm với các đồ chơi hay với các dụng cụ sinh hoạt hàng ngày… Giáo viên cần

lựa chọn những bài đọc thêm trong các sách tham khảo có nội dung, hình thức

trình bày vừa sức, lí thú và hấp dẫn với học sinh.

Chương 7

THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

7.1. CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA THÍ NGHIỆM VẬT LÍ

1. Thí nghiệm vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người

vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều

kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể

thu nhận được tri thức mới.

Sau đây là một số đặc điểm của thí nghiệm vật lí:

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ

định sao cho thông 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

không 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 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, quá trình vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm

giống như ở các lần thí nghiệm trước đó.

2. Sự khác nhau cơ bản giữa thí nghiệm và quan sát tự nhiên

- Quan sát có chủ định là một phương pháp thu nhận tri thức dựa trên sự tri

giác cảm tính đối tượng cần nghiên cứu theo mục đích nhất định. Về nguyên tắc,

đối tượng cần quan sát cũng được lựa chọn có chủ định và được chủ thể quan sát

một cách có ý thức.

- Với các đặc điểm của thí nghiệm nêu trên, sự khác nhau cơ bản giữa thí

nghiệm và quan sát tự nhiên là ở chỗ: trong quan sát, ta không có một sự tác động

nào vào đối tượng cần quan sát. Ngược lại, trong thí nghiệm, ta tác động có chủ

định vào đối tượng cần nghiên cứu. Nhờ vậy, thí nghiệm không những cho phép

nghiên cứu các hiện tượng không xảy ra hoặc không xảy ra dưới dạng thuần khiết

trong tự nhiên mà còn làm cho sự quan sát, đo đạc được đơn giản, dễ dàng hơn,

tạo ra những hiện tượng ở một thời điểm và ở một địa điểm mong muốn, tạo điều

kiện đi tới nhận thức được các điều kiện để xảy ra một hiện tượng, quá trình nào

đó.

- Việc nghiên cứu các mối quan hệ có tính qui luật nhưng chỉ mang tính

chất bộ phận giữa các đại lượng vật lí ở từng thí nghiệm riêng biệt tạo cơ sở cho

việc xem xét sự tác động đồng thời của nhiều định luật vật lí trong một hiện

tượng, quá trình vật lí, cho việc đi tới nhận thức được hiện tượng, quá trình vật lí

đầy đủ hơn, sâu sắc hơn.

Những điều phân tích trên đây có thể được minh hoạ qua thí nghiệm

nghiên cứu hiện tượng rơi tự do.Từ lâu, con người đã quan sát thấy sự rơi của các

vật, như sự rơi của lá cây, quả cây. Quá trình rơi này phụ thuộc nhiều vào ảnh

hưởng của lực cản không khí, lực nâng khí động học và vào chuyển động của

không khí (chuyển động thành lớp hay chuyển động xoáy). Chính những yếu tố

này làm cho việc quan sát sự rơi của các vật trong điều kiện tự nhiên dẫn tới kết

luận sai lầm: vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ. Đến thời Galilê, ông đã cực lực

phản đối kết luận trên và cho rằng: chỉ quan sát thuần tuý sự rơi trong tự nhiên thì

không thể rút ra được kết luận đúng đắn về quy luật rơi. Vì vậy, ông đã sử dụng

thí nghiệm như là một phương tiện có chủ định để nghiên cứu quá trình rơi. Tuy

nhiên, một vật có khối lượng lớn và diện tích bề mặt nhỏ (để có thể bỏ qua được

ảnh hưởng của không khí xung quanh) lại rơi quá nhanh.Vì vậy, ông cố gắng làm

“chậm lại” chuyển động rơi mà không làm thay đổi tính chất của chuyển động

bằng cách cho vật “rơi” trên mặt phẳng nghiêng với góc nghiêng tăng dần. Nhờ

cách bố trí thí nghiệm đơn giản như vậy và với phương tiện đo lúc đó, ông đã tìm

ra được định luật rơi tự do.

3. Những điều trình bày trên đây cũng dẫn đến một lưu ý trong dạy học vật

lí là: khi xử lí các kết quả thí nghiệm, nhất thiết phải chỉ ra ”nhiễu”, phạm vi để

có thể bỏ qua ảnh hưởng của “nhiễu”, các điều kiện và sai số của thí nghiệm và

phải phân biệt rành mạch sai số chủ quan và sai số khách quan của thí nghiệm.

7.2. CÁC CHỨC NĂNG CỦA THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT

LÍ

7.2.1. Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận nhận

thức

Theo quan điểm của lí luận nhận thức, trong dạy học vật lí ở trường phổ

thông, thí nghiệm có các chức năng sau:

- Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức (nguồn trực tiếp của

tri thức).

- Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu

được.

- Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào

thực tiễn.

- Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí.

1. Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức

- Vai trò của thí nghiệm trong mỗi giai đoạn của quá trình nhận thức phụ

thuộc vào vốn hiểu biết của con người về 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 đâù tiên về nó. Khi đó, thí nghiệm

được sử dụng như là “câu hỏi đối với tự nhiên” và chỉ có thể thông qua thí

nghiệm mới trả lời được câu hỏi này. Việc tìm cách đặt câu hỏi đối với tự nhiên

(thiết kế phương án thí nghiệm), việc tiến hành thí nghiệm và việc xử lí các kết

quả quan sát, đo đạc sau đó chính là quá trình tìm câu trả lời cho câu hỏi đã đặt

ra. Như vậy, thí nghiệm được sử dụng như là kẻ phân tích hiện thực khách quan

và thông qua quá trình thiết lập nó một cách chủ quan để thu nhận tri thức khách

quan.

- Trong dạy học vật lí, nhất là ở các lớp dưới và ở giai đoạn đầu của quá

trình nhận thức một hiện tượng, quá trình vật lí nào đó, khi học sinh còn chưa có

hoặc có hiểu biết ít ỏi về hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu thì thí

nghiệm được sử dụng để cung cấp cho học sinh những dữ liện cảm tính (các biểu

tượng, các số liệu đo đạc) về hiện tượng, quá trình vật lí này.

Các dữ liệu này tạo điều kiện cho học sinh đưa ra những giả thuyết, là cơ

sở cho những khái quát hoá về tính chất hay mối liên hệ phổ biến, có tính qui luật

của các đại lượng vật lí trong hiện tượng, quá trình vật lí được nghiên cứu.

Ví dụ như: khi nghiên cứu hiện tượng khúc xạ ánh sáng, thông qua thí

nghiệm, học sinh không những quan sát được hiện tượng khúc xạ ánh sáng (sự bẻ

gãy đột ngột đường đi của tia sáng tại chính mặt ngăn cách giữa hai môi trường)

mà còn thu thập được các số liệu về góc tới và góc khúc xạ tương ứng, tạo cơ sở

để rút ra nội dung định luật khúc xạ ánh sáng.

2. Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu

được

a) Theo quan điểm của lí luận nhận thức, một trong các chức năng của thí

nghiệm trong dạy học vật lí 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 qủa 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

được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó

như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn.

Ví dụ như: khi học về tính chất sóng của ánh sáng ở lớp 12, dựa vào định

luật truyền thẳng của ánh sáng đã được học ở quang hình học, học sinh không thể

giải thích được kết quả thí nghiệm về sự nhiễu xạ ánh sáng qua một khe hẹp. Dựa

vào sự tương tự với sóng nước lan truyền qua một khe hẹp, học sinh đề xuất giả

thuyết mới: ánh sáng có tính chất sóng. Từ giả thuyết này, học sinh suy ra hệ quả:

nếu ánh sáng có tính chất sóng thì khi hai chùm sáng phát ra từ hai nguồn kết hợp

giao nhau, sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng, nghĩa là ta sẽ quan sát được

những vân có độ sáng cực đại xen kẽ với những vân tối. Thí nghiệm với khe Iâng

được tiến hành sau đó đã khẳng định tính đúng đắn của hệ quả này và do đó cũng

xác nhận giả thuyết trên là đúng.

b) Trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, có một số kiến thức được rút

ra bằng suy luận lôgic 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.

Ví dụ như: khi học về "lực

Lorenxơ” ở lớp 11, xuất phát từ

việc cho rằng (đã được đơn giản

hoá): lực từ tác dụng lên đoạn dây

dẫn mang dòng điện bằng tổng các

lực từ tác dụng lên các êlectrôn tạo

thành dòng

Hình 19. Sơ đồ cấu tạo của bộ thí nghiệm

đo lực Lorenxơ

điện và dựa vào biểu thức tính độ lớn F của lực từ tác dụng lên đoạn dây dài l

mang dòng điện có cường độ I đặt trong từ trường đều B, vuông góc với đường

cảm ứng từ F=IBl cũng như dựa vào định nghĩa cường độ dòng điện I=nSve, học

sinh rút ra được biểu thức tính độ lớn của lực Lorenxơ tác dụng lên êlectrôn

chuyển động trong từ trường fL=evB. Sau đó, khái quát cho trường hợp tổng quát,

ta sẽ có biểu thức tính độ lớn của lực Lorenxơ tác dụng lên hạt mang điện tích q

chuyển động với vận tốc v làm với véc tơ B một góc α fL=qvBsinα.

Việc kiểm nghiệm biểu thức trên có thể nhờ các thí nghiệm được tiến hành

với bộ thí nghiệm đo lực Lorenxơ gồm các bộ phận được chỉ ra ở Hình 19, trong

đó ống tia êlectrôn là một bóng thuỷ tinh chứa hỗn hợp khí trơ có thể phát quang

khi êlectrôn va chạm vào, được đặt trong từ trường đều do 2 cuộn dây tròn, đồng

trục mắc nối tiếp với nhau, có dòng điện chạy qua tạo ra. Tia êlectrôn phát xạ

nhiệt từ catốt được nung nóng sẽ được tăng tốc nhờ hiệu điện thế một chiều đặt

vào 2 bản lái tia. Khi cho dòng điện chạy qua 2 cuộn dây thì các êlectrôn chuyển

động của tia sẽ chịu tác dụng của lực Lorenxơ. Việc kiểm nghiệm biểu thức tính

độ lớn của lực Lorenxơ fL=evBsinα (e là độ lớn của điện tích êlectrôn, v là độ lớn

vận tốc chuyển động của êlectrôn, B là độ lớn của véc tơ cảm ứng từ trong

khoảng giữa 2 cuộn dây và α là góc hợp bởi giữa hướng chuyển động của

êlectrôn và hướng của véc tơ cảm ứng từ) đòi hỏi cần tiến hành các thí nghiệm

kiểm nghiệm fL~v (khi B không đổi, α=900), fL~B ( với v không đổi, α=900),

fL~sinα (khi v, B không đổi) và thí nghiệm kiểm nghiệm bản thân công thức

fL=evB (khi α=900).

Do lực Lorenxơ đóng vai trò là lực hướng tâm và tia êlectrôn được tăng tốc

trong điện trường giữa hai bản lái tia có hiệu điện thế U nên ta có các biểu thức:

evBsinα= eUmvr

vmr

mv==⊥

2,)sin( 222 α . Ngoài ra, ta có biểu thức tính độ lớn cảm

ứng từ B trong khoảng giữa 2 cuộn dây:

IsR

NRB .

2

23

22

2

0

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

= μ (B~I), trong đó: N là

số vòng dây của một cuộn dây, R là bán

kính trung bình của một cuộn dây, s là

khoảng cách giữa 2 cuộn dây và I là cường

độ dòng điện chạy qua các cuộn dây. Bằng cách biến đổi các biểu thức trên, ta sẽ

thấy: việc tiến hành các thí nghiệm kiểm nghiệm fL~v, fL~B và fL~sinα sẽ qui về

kiểm nghiệm lần lượt bán kính qũi đạo của êlectrôn r~ U , r~I1 và r~sinα. Bằng

cách thay đổi giá trị U, I, α (xoay ống tia êlectrôn trong từ trường), đọc các giá trị

U nhờ vôn kế, các giá trị I nhờ ampe kế, các giá trị α nhờ vòng chia độ cũng như

các giá trị r tương ứng nhờ thước ngắm, ta sẽ kiểm nghiệm được các mối liên hệ

trên. Do lực Lorenxơ đóng vai trò là lực hướng tâm nên để kiểm nghiệm biểu

thức tính độ lớn của lực Lorenxơ fL=evB khi α=900, ta cần tiến hành thí nghiệm

kiểm nghiệm rằng: độ lớn của lực hướng tâm r

mvFht

2

= luôn bằng độ lớn của lực

Lorenxơ fL=evB. Điều này có thể thực hiện bằng cách thay đổi U, đọc các giá trị

U, r tương ứng và tính các giá trị v, B theo các công thức ở trên. Kết quả của các

thí nghiệm tiến hành với bộ thí nghiệm đo lực Lorenxơ khẳng định biểu thức tính

độ lớn của lực Lorenxơ tác dụng lên êlectrôn chuyển động trong từ trường

fL=evBsinα được rút ra bằng suy luận lôgic từ các kiến thức đã biết là đúng.

3. Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào

thực tiễn

Trong việc vận dụng các tri thức lí thuyết vào việc thiết kế, chế tạo các

thiết bị kĩ thuật, người ta thường gặp nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri

thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật của các thiết

bị cần chế tạo hoặc do lí do về mặt kinh tế hay những nguyên nhân về mặt an

toàn. 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. Ví dụ như: để thiết kế các phương

tiện giao thông như tàu thuỷ, máy bay, ôtô..., các nhà kĩ thuật tiến hành thí

nghiệm với các mô hình vật chất thu nhỏ trên các kênh nước và các buồng gió.

Sau đó, dựa vào lí thuyết đồng dạng để chuyển các kết quả thu được trên mô hình

vào các đối tượng cần thiết kế.

Lịch sử phát triển của vật lí cũng cho thấy: các thí nghiệm cơ bản không

chỉ dẫn đến hình thành những thuyết vật lí mới mà còn làm xuất hiện nhiều

ngành kĩ thuật mới. Ví dụ như: thí nghiệm Stôlêtôp về hiệu ứng quang điện

không chỉ là xuất phát điểm của việc xây dựng quang lượng tử mà còn tạo cơ sở

cho sự ra đời của ngành kĩ thuật quang điện.

Chương trình vật lí ở trường phổ thông đề cập tới một loạt các ứng dụng

của vật lí 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 không những cho học sinh thấy được sự vận dụng trong thực tiễn của các

kiến thức vật lí mà còn là bằng chứng sự đúng đắn của các kiến thức này. Ví dụ

như: các thí nghiệm về sự co giãn vì nhiệt của băng kép giúp học sinh hiểu được

nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của rơ le điều nhiệt trong bàn là, bếp điện, thiết

bị báo cháy tự động... Các thí nghiệm về sự xuất hiện những lực rất lớn trong quá

trình co giãn vì nhiệt của thanh nhôm nhưng bị các chốt gang ngăn cản (Hình 20)

tạo cơ sở để đề cập tới các ứng dụng của sự nở vì nhiệt của chất rắn như: phương

pháp tán rivê để ghép chặt 2 tấm kim

loại vào nhau, tác dụng của các con

lăn ở một đầu cầu thép, của khe hở

giữa các đường ray xe lửa, của các

đoạn uốn vòng ở những ống kim loại

dẫn hơi, nước nóng...

Hình 20. Thí nghiệm về hiệu ứng lực khi

thanh nhôm giãn nở vì nhiệt

4. Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí

Việc bồi dưỡng cho học sinh các phương pháp nhận thức được dùng phổ

biến trong nghiên cứu vật lí (phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô

hình) là một trong những nội dung của việc hình thành những kiến thức cơ bản

vật lí ở trường phổ thông (xem 2.6). Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở cả hai

phương pháp nhận thức vật lí này.

a) Vai trò 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 qủa 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 không phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới.

Như vậy, thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và ở giai

đoạn cuối của phương pháp 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 không

quan tâm nên thường không có trong tự nhiên.

b) Vai trò của thí nghiệm trong phương pháp mô hình

Phương pháp mô hình gồm 4 giai đoạn sau:

- Thu thập các thông tin về đối tượng gốc.

- Xây dựng mô hình.

- Thao tác trên mô hình để suy ra các hệ quả lí thuyết.

- Kiểm tra hệ quả trên đối tượng gốc.

Ở giai đoạn đầu của phương pháp mô hình, các thông tin về đối tượng gốc

thường được thu thập nhờ thí nghiệm. Thông qua thí nghiệm, nhờ việc chủ động

loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tác động lên đối tượng, bố trí các dụng cụ

quan sát, thu thập và xử lí 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 mô hình phản ánh các

mối quan hệ chính mà ta quan tâm. Ở giai đoạn 3 cho mô hình vận động (thao tác

trên mô hình), đối với mô hình vật chất, người ta phải tiến hành các thí nghiệm

thực với nó. Ở giai đoạn 4, thông qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả

thu được từ mô hình với những kết quả thu được trực tiếp trên vật gốc, ta kiểm

tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụng của mô hình.

7.2.2. Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận dạy

học

1. 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, kĩ năng mới,

củng cố kiến thức, kĩ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng

của học sinh.

a) 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 tòi 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, như: thí nghiệm về sự rơi

nhanh khác nhau của 2 tờ giấy như nhau nhưng một tờ được vo viên, còn tờ kia

được để nguyên (ảnh hưởng của sức cản không khí lên sự rơi của các vật), thí

nghiệm về sự phồng trở lại của quả bóng bàn bị bẹp trong nước nóng (sự nở vì

nhiệt của không khí), thí nghiệm về sự sôi của nước nóng trong một bình kín

không phải bằng cách đun nóng nước mà nhờ đổ nước lạnh lên vỏ ngoài bình (sự

sôi dưới áp suất thấp), thí nghiệm về sự nhìn thấy hòn sỏi nhỏ dưới đáy cốc nhờ

đổ nước vào cốc (hiện tượng khúc xạ ánh sáng).

b) Thí nghiệm có vai trò quan trọng, không 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 quát hoá qui 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.

Ví dụ như: thí nghiệm về sự rơi nhanh như nhau của các vật nặng khác nhau

(mẩu bấc, lông chim, cục chì nhỏ) trong ống thuỷ tinh đã hút hết khí xác nhận giả

thuyết về sự ảnh hưởng của sức cản không khí lên sự rơi của các vật; thí nghiệm

xác định thời gian rơi t nhờ thì kế điện của hòn bi rơi từ các độ cao h khác nhau

cho biết h~t2, đã khẳng định tính đúng đắn của giả thuyết: sự rơi tự do của các vật

là chuyển động nhanh dần đều, giả thuyết này được đề xuất dựa trên phép ngoại

suy từ trường hợp vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng mà học sinh đã biết là

chuyển động nhanh dần đều.

Trong chương trình vật lí ở trường phổ thông, 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, những kiến thức rút ra này là đúng đắn. Tuy nhiên, để thể hiện tính

chất thực nghiệm của khoa học vật lí và làm tăng sự tin tưởng của học sinh vào

tính chân thực của kiến thức thu được, giáo viên cũng cần tiến hành các thí

nghiệm kiểm nghiệm lại chúng. Ví dụ như: thí nghiệm kiểm nghiệm công thức

tính độ lớn lực Lorenxơ đã trình bày ở trên, thí nghiệm kiểm nghiệm qui luật dao

động điều hoà của con lắc lò xo ngang x=Asin( ϕω +t ).

Ngoài ra, do trình độ toán học của học sinh còn hạn chế, do các thiết bị thí

nghiệm ở trường phổ thông không cho phép tiến hành những thí nghiệm phức

tạp, với các phép đo định lượng chính xác cao hoặc vì thời gian eo hẹp của tiết

học nên một số kiến thức không thể xây dựng bằng con đường lí thuyết và cũng

không thể xây dựng bằng con đường thực nghiệm. Trong những trường hợp này,

giáo viên phải đưa ra những kết luận khái quát do các nhà khoa học đã tìm ra,

buộc học sinh phải thừa nhận. Để giảm tính áp đặt, giáo viên có thể tiến hành thí

nghiệm để minh hoạ kiến thức đã đưa ra trong một trường hợp cụ thể, đơn giản.

Ví dụ 1: Khi nghiên cứu hiện tượng điện phân ở lớp 11, trong điều kiện

của lớp học, khó có thể dựa vào thí nghiệm để thiết lập công thức định lượng của

định luật Farađây. Giáo viên có thể tiến hành thí nghiệm minh hoạ một cách định

tính cho học sinh thấy được: khi điện phân dung dịch đồng sunfat (CuSO4) thì

các iôn đồng đến bám vào điện cực dương trong bình điện phân và lớp đồng tăng

theo thời gian.

Ví dụ 2: Khi đề cập đến hiện tượng

mao dẫn ở lớp 11, học sinh phải thừa nhận

công thức tính độ cao chất lỏng dâng lên

trong ống mao dẫn h=Dgdδ4 , trong đó δ là hệ

số căng mặt ngoài của chất lỏng, D là khối

lượng riêng của chất lỏng, g là gia tốc trọng

trường và d là đường kính bên trong của ống.

Hình 21. Hiện tượng mao dẫn

giữa

2 tấm thuỷ tinh hình nêm

Để minh họa quan hệ tỉ lệ nghịch giữa độ dâng h của mặt thoáng chất lỏng trong

ống mao dẫn và đường kính bên trong d của ống, ta có thể tiến hành thí nghiệm

(Hình 21.) với một cái nêm rỗng được tạo ra bằng cách kẹp chặt 2 tấm thuỷ tinh

phẳng có kích thước 15cm x 15cm đặt chồng lên nhau sao cho một cạnh của

chúng tiếp xúc với nhau, còn cạnh kia của chúng ngăn cách nhau bởi một dải

nhựa dày 2mm. Khi dựng đứng dụng cụ thí nghiệm đơn giản này vào bình nước

màu thì sẽ thấy nước màu dâng lên giữa 2 tấm thuỷ tinh có dạng đường hypebol.

c) Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng

cố (ôn tập, đàu sâu, mở rộng, hệ thống hoá và vận dụng) kiến thức, kĩ năng của

học sinh. Việc củng cố kiến thức, kĩ năng của học sinh được tiến hành ngay ở

mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập,

các tiết ôn tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, mỗi phần của

chương trình vật lí phổ thông. Quá trình củng cố kiến thức, kĩ năng của học sinh

diễn ra không những trong các giờ nội khoá mà cả trong các giờ học ngoại khoá,

ở lớp và ở nhà.

Việc sử dụng các thí nghiệm ở giai đoạn củng cố không phải là sự lặp lại

nguyên xi các thí nghiệm đã làm nhằm nhắc lại những kiến thức cũ mà phải có

những yếu tố mới nhằm đào sâu, mở rộng các kiến thức đã biết của học sinh,

giúp học sinh thấy được các biểu hiện trong tự nhiên, các ứng dụng trong đời

sống và sản xuất của các kiến thức này. Các thí nghiệm được sử dụng trong giai

đoạn củng cố có thể được tiến hành với các thiết bị thí nghiệm sẵn có ở trường

phổ thông, với các đồ chơi có bán trên thị trường hoặc với các dụng cụ sẵn có ở

nhà, với các vật liệu dễ kiếm, các dụng cụ thí nghiệm đơn giản do học sinh tự chế

tạo từ những vật liệu này. Trong các thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn

củng cố, thí nghiệm thực hành của học sinh có vai trò nổi bật trong việc củng cố

kiến thức và rèn luyện kĩ năng của học sinh. Cần chú ý rằng: việc tiến hành các

thí nghiệm trong giai đoạn củng cố phải được giao cho học sinh dưới dạng những

nhiệm vụ có nội dung sao cho phát triển được năng lực hoạt động trí tuệ – thực

tiễn của học sinh, chứ không đơn thuần chỉ là sự đòi hỏi hoạt động tay chân đơn

giản.

Ví dụ 1: Sau khi học sinh đã nghiên cứu hiện tượng không trọng lượng của

vật ở lớp 10, học sinh được giao nhiệm vụ chế tạo một dụng cụ thí nghiệm từ

chai nhựa : dùi một lỗ nhỏ ở chính giữa đáy chai và luồn qua lỗ một đầu sợi chỉ

ni lon có buộc một miếng xốp nhỏ. Đổ gần đầy nước vào chai và vặn chặt nắp

chai lại (Hình 22). Sau đó, học sinh dự đoán hiện tượng xảy ra và tiến hành thí

nghiệm kiểm tra điềuđã dự đoán trong trường hợp: dùng một tay cầm cổ chai để

nâng chai

lên cao, tay còn lại kéo sợi chỉ cho miếng

xốp chìm xuống đáy chai, rồi buông tay

kéo sợi chỉ (miếng xốp nổi nhanh lên trên

mặt nước) và trong trường hợp buông cả

hai tay (chai rơi tự do, không còn lực đẩy

Acsimet tác dụng lên vật ngập trong nước

nên miếng xốp vẫn nằm nguyên ở đáy

chai).

Hình 22. Thí nghiệm về sự triệt tiêu

lực đẩy Acsimet khi chai

đựng nước rơi tự do

Với thí nghiệm này, học sinh hiểu sâu hơn nguyên nhân của sự xuất hiện

lực đẩy Acsimet đã được học ở lớp 7.

Ví dụ 2: Khi học về gương phẳng ở lớp 12, giáo viên có thể giao cho học

sinh nhiệm vụ tiến hành ở nhà thí nghiệm xác định số ảnh n của một ngọn nến

(một miếng giấy màu nhỏ) đặt trước hệ hai gương phẳng ghép sát nhau và lập với

nhau các góc α lần lượt là 450, 600,

720, 900, 1200 (Hình 23). Qua thí

nghiệm này, học sinh thấy được số

ảnh n của vật qua hệ hai gương

phẳng phụ thuộc vào góc α và có

thể khái quát lên công thức tính số

ảnh n= 13600

−α

.

Hình 23. Thí nghiệm xác định số ảnh của

ngọn nến qua hệ hai gương phẳng

Thí nghiệm này không những làm mở rộng các kiến thức mà học sinh đã

biết về tính chất ảnh của vật qua gương phẳng mà còn giới thiệu nguyên tắc hoạt

động của đồ chơi kính vạn hoa (nếu dùng miếng giấy màu nhỏ làm vật trong thí

nghiệm).

Ví dụ 3: Tiến hành thí nghiệm để xác định tên của một linh kiện điện

Giáo viên giao cho học sinh lớp 12 nhiệm vụ: Sử dụng nguồn điện một

chiều (biến thế học sinh) và ampe kế, xác định tên của một linh kiện điện nằm

trong hộp đen. Chỉ biết rằng: linh kiện trong hộp đen là một trong 4 linh kiện sau:

vật cách điện, điện trở, bộ chỉnh lưu dòng điện, tụ điện.

Để xác định tên của linh kiện nằm trong hộp đen, học sinh phải xác định cách

thay đổi đầu vào với nguồn điện một chiều đã cho và cách thâu tóm đầu ra nhờ

ampe kế. Vận dụng kiến thức đã học về tính chất của các linh kiện điện trong

mạch điện một chiều, học sinh lập bảng kế hoạch thí nghiệm, đưa ra các dự đoán

về tên của linh kiện trên cơ sở các đầu ra có thể xảy ra.

Sau khi lập bảng trên, các nhóm học sinh bố trí thí nghiệm (chẳng hạn với

U=10V ở thí nghiệm 1 và -10V ở thí nghiệm 2), quan sát số chỉ của ampe kế. Từ

kết quả thí nghiệm, học sinh xác định được tên của linh kiện trong hộp đen.

Bài tập hộp đen này có thể ra cho học sinh sau khi học xong đề tài "Dòng

điện xoay chiều", để ôn tập và hệ thống hoá các kiến thức về tính chất của các

linh kiện điện mà học sinh đã biết.

Trong chương trình vật lí ở trường phổ thông, ở nhiều nội dung kiến thức

(ví dụ: phần điện, phần quang hình), giáo viên có thể ra cho học sinh những bài

tập hộp đen chỉ đòi hỏi sử dụng các thiết bị thí nghiệm đơn giản, phổ biến ở

trường phổ thông. Các bài tập hộp đen không những gây hứng thú học tập, khêu

gợi tính tò mò tự nhiên (học sinh muốn biết cái gì nằm trong hộp đen) mà còn bồi

dưỡng cho học sinh phương pháp hộp đen- một phương pháp nhận thức thường

được sử dụng trong khoa học và kĩ thuật.

Phương pháp hộp đen là phương pháp nhận thức khoa học nhằm phát hiện

chức năng hoặc cấu trúc của hộp đen (black-box). Nó là một hệ (một máy kĩ

thuật, một hệ vật lí) mà ta hoàn toàn chưa biết hoặc chỉ biết một phần cấu trúc

của nó. Do đặc tính của hệ, ta không thể quan sát trực tiếp và cũng không được

phép tháo ra để quan sát cấu trúc bên trong của nó. Thông qua thí nghiệm (thay

đổi có chủ định đầu vào- Input, thâu tóm đầu ra- Output) và suy luận, phát hiện

mối liên hệ giữa các đại lượng ở đầu vào và các đại lượng ở đầu ra.

Trong khoa học và kĩ thuật, người ta thường sử dụng phương pháp hộp đen

với những mục đích nhận thức sau:

- Phát hiện xem một hệ sẽ hoạt động như thế nào, "phản ứng" ra sao khi

chịu những tác động nhất định. Nhiệm vụ này được đặt ra nếu như người ta cần

tìm hiểu chức năng của một dụng cụ kĩ thuật, chỉ nhằm để biết cách sử dụng nó,

mà không cần biết cấu tạo bên trong của dụng cụ.

Ví dụ như: tìm hiểu cách sử dụng đồng hồ, dao động kí điện tử (chỉ cần

xoay các núm bên ngoài và quan sát xem chúng "phản ứng" như thế nào).

- Nghiên cứu xem có thể thu nhận những kết luận định tính hoặc định

lượng nào về cấu trúc của một hệ. Nhiệm vụ này được đặt ra cho nhà kĩ thuật khi

cần tìm hiểu nguyên nhân sự ngừng hoạt động của máy móc, dụng cụ kĩ thuật,

tìm sự hỏng hóc mà không cần phải tháo máy móc, dụng cụ.

Chẳng hạn như, đối với nhà kĩ thuật, qua tiếng động của động cơ đang

chạy, có thể phát hiện những hỏng hóc nhẹ; từ hình ảnh trên màn hình, có thể dự

đoán hỏng hóc bên trong tivi; có thể kiểm tra độ an toàn của máy bay nhờ các

máy chuyên dụng...

Sự phổ biến của những nhiệm vụ nêu trên trong thực tiễn đời sống và kĩ

thuật đòi hỏi trong dạy học vật lí, cần phải cho học sinh làm quen với phương

pháp hộp đen.

Phương pháp hộp đen tuy có điểm chung với phương pháp thử và sai là

đều thu nhận thông tin về những đặc điểm của đối tượng cần nghiên cứu bằng thí

nghiệm nhưng khác với phương pháp thử và sai (một quá trình mò mẫn), ở

phương pháp hộp đen diễn ra một quá trình nghiên cứu có kế hoạch, có hệ thống.

Phương pháp hộp đen sử dụng trong dạy học vật lí có thể gồm các bước

sau:

Xác định hộp đen thuộc hệ cơ, điện hay quang ...

Xác định đầu vào và những cách thức để thâu tóm đầu ra (đặt vào hộp

đen hiệu điện thế một chiều hoặc xoay chiều, đo cường độ dòng điện I và hiệu

điện thế U ...).

Lần lượt thay đổi đầu vào, quan sát và ghi chép đầu ra. Lập bảng biểu thị

mối liên hệ giữa đại lượng đi vào và đại lượng đi ra khỏi hộp đen.

Từ mối liên hệ này, dự đoán cấu trúc hoặc chức năng của hộp đen.

Suy ra các hệ quả từ dự đoán trên.

Kiểm tra bằng thí nghiệm các hệ quả đã rút ra.

Đối chiếu kết quả thí nghiệm với dự đoán để xác nhận hoặc phủ nhận

tính đúng đắn của nó.

Vận dụng nhiều lần các bước nêu trên để dẫn đến những kết luận chính

xác về cấu trúc hoặc chức năng của hệ.

Thí nghiệm cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ quá trình hệ thống hoá

kiến thức mà học sinh đã học. Việc tiến hành các thí nghiệm song song sẽ tạo

thuận lợi để học sinh so sánh, nhận ra được những điểm giống nhau, khác nhau

của các hiện tượng, quá trình vật lí. Ví dụ như: sử dụng các thí nghiệm song song

trong việc hệ thống hóa các tính chất (phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, giao thoa) của

sóng cơ học (sóng nước, sóng âm), sóng điện từ và sóng ánh sáng.

d) Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kĩ năng

của học sinh. Thông qua các hoạt động trí tuệ- thực tiễn của học sinh trong quá

trình thí nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích hiện

tượng, quá trình vật lí 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 lí kết quả thí nghiệm...), học sinh sẽ chứng tỏ không những kiến thức về sự

kiện mà cả kiến thức về phương pháp, không những kiến thức mà cả kĩ năng của

mình.

Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kĩ năng của học sinh,

giáo viên có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm với nhiều mức độ yêu cầu khác

nhau: từ việc sử dụng thí nghiệm quen thuộc đến việc sử dụng thí nghiệm hoàn

toàn mới, từ việc sử dụng thí nghiệm có bố trí đơn giản đến việc sử dụng thí

nghiệm có bố trí phức tạp, từ thí nghiệm chỉ liên quan tới một mối liên hệ đến thí

nghiệm liên quan tới nhiều khái niệm, định luật vật lí, thí nghiệm có thể là thí

nghiệm định tính nhưng cũng có thể là thí nghiệm định lượng, học sinh được giao

nhiệm vụ chỉ tiến hành một thí nghiệm nhưng cũng có thể được giao nhiệm vụ

giải quyết một nhiệm vụ nhận thức mà trong đó thí nghiệm chỉ là một bộ phận

của quá trình giải quyết nhiệm vụ này. Mức độ tự lực của học sinh trong quá

trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí nghiệm theo bản

hướng dẫn chi tiết cho sẵn đến việc học sinh hoàn toàn tự lực trong tất cả các

giai đoạn thí nghiệm.

2. Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của

học sinh

Việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí góp phần quan trọng vào việc

phát triển nhân cách toàn diện của học sinh.

a) Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn

luyện kĩ năng, kĩ xảo về vật lí 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 luôn có mặt trong quá trình nghiên cứu các hiện tượng, quá

trình vật lí, soạn thảo khái niệm, định luật vật lí, xây dựng các thuyết vật lí, đề

cập các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của những kiến thức đã học nên nó

là phương tiện góp phần nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh theo các dấu

hiệu nêu trên. Thí nghiệm vật lí góp phần vào việc phát hiện và khắc phục các sai

lầm của học sinh, như: thí nghiệm về ảnh của một vật thật (một ngọn lửa nến)

qua một thấu kính hội tụ được che đi một nửa để gạt bỏ dự đoán sai lầm của học

sinh cho rằng chỉ có ảnh của một nửa ngọn lửa nến, khẳng định dự đoán đúng: có

ảnh của toàn bộ vật, chỉ có độ sáng của ảnh là bị giảm đi; thí nghiệm về sự phân

kì của các tia sáng đi qua một thấu kính lồi ghép từ hai mặt đồng hồ và được

nhúng ngập vào một cốc nước nhằm khắc phục sai lầm của học sinh cho rằng

thấu kính lồi luôn luôn là thấu kính hội tụ.

Do thí nghiệm vật lí là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí

nên trong mối quan hệ với quá trình thí nghiệm, học sinh sẽ được làm quen và

vận dụng có ý thức các phương pháp nhận thức này. Các kiến thức về phương

pháp mà học sinh lĩnh hội có ý nghĩa quan trọng, vượt ra khỏi giới hạn môn vật

lí.

Trong các thí nghiệm do mình tự tiến hành, học sinh được rèn luyện các kĩ

năng, kĩ xảo thí nghiệm như: sử dụng các nguồn điện, dụng cụ đo (thước, các loại

đồng hồ, cân, lực kế, nhiệt kế, ampe kế, von kế, đồng hồ đo điện vạn năng...), gia

công bảng ghi các giá trị đo, đọc và lắp ráp thí nghiệm theo sơ đồ thí nghiệm, sơ

đồ các mạch điện tương đối đơn giản... và được giáo dục các thói quen làm việc

khoa học của người làm thí nghiệm như: tuân thủ các giai đoạn của quá trình thí

nghiệm (đặt kế hoạch thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến

hành thí nghiệm và xử lí kết quả thí nghiệm), tìm hiểu kĩ cách sử dụng các dụng

cụ thí nghiệm trước khi sử dụng, lắp ráp các bộ phận thành các nhóm, bố trí thí

nghiệm sáng sủa và kiểm tra sự hoạt động của hệ thống các dụng cụ đã bố trí

trước khi tiến hành thí nghiệm, tuân thủ các qui tắc an toàn và chú ý đảm bảo các

điều kiện mà thí nghiệm phải thoả mãn trong khi tiến hành thí nghiệm, đánh giá

phân tích sai số khi xử lí kết quả thí nghiệm... Ví dụ như: cần rèn luyện cho học

sinh sử dụng thành thạo đồng hồ đo điện vạn năng theo các bước sau: điều chỉnh

kim về số 0 trước mỗi phép đo, sử dụng thang đo lớn nhất- nếu số chỉ nhỏ mới

giảm dần đến thang đo sao cho kim chỉ một độ lệch dễ đọc; quá trình xác định

các giá trị đo phải diễn ra theo các bước sau: xác định hệ số trong phép đo, đọc

các số chỉ, tính giá trị đo bằng cách nhân hệ số với số chỉ. Để phát triển kĩ năng,

kĩ xảo thí nghiệm của học sinh, cần tăng dần mức độ yêu cầu đặt ra đối với học

sinh trong các thí nghiệm mà học sinh phải tiến hành: từ các thí nghiệm đơn giản

để tập sử dụng các dụng cụ đo đến các thí nghiệm phức tạp không phải chỉ đo

một đại lượng mà đo đồng thời nhiều đại lượng, từ thí nghiệm giải quyết một

nhiệm vụ riêng lẻ đến thí nghiệm giải quyết một nhiệm vụ phức hợp, từ thí

nghiệm có bản hướng dẫn chi tiết đến thí nghiệm học sinh phải hoàn toàn tự lực.

b) Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lí, tổ chức

quá 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 lí kết quả thí nghiệm (bằng số, bằng đồ thị), tính toán sai số, xác định nguyên

nhân của sai số (nguyên nhân khách quan, nguyên nhân chủ quan), tìm biện pháp

làm giảm sai số. Chính vì vậy, thí nghiệm là phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng

năng lực sáng tạo của học sinh. Trong quá 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, mô tả

các hiện tượng, quá trình vật lí, tổng hợp các mặt, các khía cạnh trong mối liên hệ

với nhau, khái quát hoá thành những kết luận tổng quát nhờ phép qui nạp, đối

chiếu các kết luận này với giả thuyết (hoặc hệ quả) đã đề xuất, giải thích, so sánh

các hiện tượng, qúa trình vật lí, các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của kiến

thức đã học. Để phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, cần tận dụng sử dụng

nhiều hình thức khác nhau của thí nghiệm học sinh, trong đó có thí nghiệm nhằm

giải quyết các nhiệm vụ thiết kế- kĩ thuật. Cần tránh khuynh hướng sai lầm chỉ

chú trọng đến việc rèn luyện kĩ năng thực hiện các thao tác chân tay mà không

quan tâm tới việc bồi dưỡng năng lực hoạt động trí tuệ của học sinh. Điều đó dẫn

đến kết quả là không phát triển được tư duy vật lí của học sinh, học sinh không

hiểu được mối quan hệ giữa thực tế và tư duy, giữa những khái niệm, định luật

trừu tượng và những hiện tượng cụ thể quan sát được trong thực tế. Khuynh

hướng sai lầm này thường dẫn đến đòi hỏi phải trang bị cho học sinh những thiết

bị thí nghiệm, dụng cụ đo lường chính xác, đắt tiền mà nhiều khi học sinh không

hiểu nguyên tắc hoạt động của chúng, coi nhẹ những dụng cụ thí nghiệm đơn

giản, dễ kiếm, dễ làm trong cuộc sống hàng ngày mà học sinh lại thấy rõ cấu tạo,

hiểu rõ nguyên tắc hoạt động của chúng.

Quá trình làm việc tự lực với thí nghiệm của học sinh sẽ khêu 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 qúa trình học tập

của học sinh.

c) 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 đòi hỏi sự phân công, phối

hợp những công việc tự lực của học sinh trong tập thể. Vì vậy, trong quá 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. Quá trình cùng nhau cố gắng giải quyết những

nhiệm vụ đặt ra trong quá trình thí nghiệm có nhiều điểm chung với quá trình làm

việc tập thể trong cuộc sống nghề nghiệp sau này của học sinh.

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 việc nhận thức thế giới, có niềm tin

dựa trên cơ sở vốn hiểu biết của mình về tính nhận thức được thế giới và về sự

tồn tại khách quan của các mối liên hệ có tính qui luật trong tự nhiên.

3. Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong dạy học vật

lí

a) Trong tự nhiên và kĩ thuật, rất ít các hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra

dưới dạng thuần khiết. Chính nhờ thí nghiệm, ta có thể nghiên cứu các hiện

tượng, quá 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 qui luật giữa chúng với

nhau. Ưu điểm nổi bật này của thí nghiệm vật lí có ý nghĩa không chỉ xét nó theo

quan điểm của lí luận nhận thức mà cả theo quan điểm của lí luận dạy học.

b) Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu được những thông tin chân thực về các hiện tượng, quá trình vật lí. Đặc biệt trong việc nghiên cứu các lĩnh vực của vật lí 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 lí các thí nghiệm mô hình (các thí nghiệm được tiến hành trên những mô hình vật chất thay thế cho đối tượng gốc cần nghiên cứu) để trực quan hoá các hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu là không thể thiếu được. Các hiện tượng, quá trình vật lí diễn ra trong thí nghiệm mô hình (ví dụ: các thí nghiệm mô hình về cấu tạo từ các

hạt của các chất) đơn giản hoá các hiện tượng, quá trình vật lí thực, nhằm

cung cấp cho học sinh các biểu tượng về các hiện tượng, quá trình này.

Các thí nghiệm mô hình còn được sử dụng khi nghiên cứu các ứng dụng

của vật lí trong kĩ thuật nhằm giới thiệu nguyên tắc của ứng dụng, nguyên tắc cấu

tạo và hoạt động của các máy móc, thiết bị: động cơ nhiệt, động cơ điện, máy

phát điện, các dụng cụ quang học... Ví dụ như: ở lớp 11, khi nghiên cứu "Hiện

tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt", có thể đề cập tới một ứng dụng

trong sản xuất của kiến thức vật lí này: sự làm giàu quặng bằng quá trình tuyển

nổi. Có thể sử dụng thí nghiệm mô hình sau để minh họa nguyên tắc của quá

trình này: cho một chút nước vào 0,2gam bột than chì (quặng) rồi nghiền nhỏ cho

thấm nước, trộn bội đó với 2gam bột đất sét (bẩn quặng) vào nước đựng trong

cốc thuỷ tinh nhỏ. Sau khi dùng bông lấy hết bẩn trên mặt dung dịch thì nhỏ vài

giọt benzen (C6H6) vào hỗn hợp và dùng que khuấy mạnh để tạo bọt cho tới khi

nhìn thấy những bọt khí tròn có phủ than chì ở ngoài. Ta sẽ thấy: than chì

(quặng) nổi lên trên mặt hỗn hợp, còn đất sét (bẩn quặng) từ từ chìm xuống đáy

cốc.

7.3. CÁC LOẠI THÍ NGHIỆM ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC

VẬT LÍ

Có hai loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học vật lí ở trường phổ

thông: Thí nghiệm biểu diễn (thí nghiệm do giáo viên tiến hành là chính, tuy có

thể có sự hỗ trợ của học sinh) và thí nghiệm thực tập (thí nghiệm do học sinh tự

tiến hành dưới sự hướng dẫn của giáo viên).

Do tác dụng trên nhiều mặt của thí nghiệm thực tập nên việc tăng cường

các thí nghiệm thực tập là một trong những nội dung của việc đổi mới chương

trình, nội dung và phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông. Phần lớn các

thí nghiệm vật lí được qui định trong chương trình trung học cơ sở mới là thí

nghiệm thực tập và các thí nghiệm thực tập cũng chiếm một tỉ lệ cao trong tổng

số các thí nghiệm bắt buộc phải tiến hành ở chương trình trung học phổ thông sắp

tới. Chỉ khi không có điều kiện tổ chức cho tất cả học sinh đồng thời làm thí

nghiệm trong quá trình nhận thức như không đủ dụng cụ, thí nghiệm quá phức

tạp, mất nhiều thời gian, khó đảm bảo an toàn trong quá trình học sinh làm thí

nghiệm...) mới phải sử dụng thí nghiệm biểu diễn.

7.3.1. Thí nghiệm biểu diễn

Thí nghiệm biểu diễn được giáo viên tiến hành ở trên lớp, trong các giờ

học nghiên cứu kiến thức mới và có thể ở các giờ học củng cố kiến thức của học

sinh. Căn cứ vào mục đích lí luận dạy học của thí nghiệm biểu diễn trong quá

trình nhận thức của học sinh, thí nghiệm biểu diễn gồm những loại sau:

1. Thí nghiệm mở đầu là thí nghiệm nhằm giới thiệu cho học sinh biết qua

về hiện tượng sắp nghiên cứu, để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú

học tập của học sinh, lôi cuối học sinh vào hoạt động nhận thức (xem thêm các

mục 3.1.3, 6.2.1, 7.2.2.1).

2. Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng là thí nghiệm nhằm xây dựng nên

hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới, được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu

kiến thức mới (xem thêm mục 7.2.2.2). Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng bao

gồm:

- Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát là thí nghiệm nhằm cung cấp các cứ liệu

thực nghiệm để từ đó khái quát hoá qui nạp, kiểm tra được tính đúng đắn của giả

thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, giải quyết được vấn đề

xuất hiện ở đầu giờ học, từ đó xây dựng nên kiến thức mới.

Các thí nghiệm trong dạy học vật lí thuộc loại này là các thí nghiệm về tính

chất của sự rơi tự do, định luật 3 Niutơn, về khái niệm mô men lực và qui tắc mô

men lực, định luật Bôilơ- Mariôt, định luật cảm ứng điện từ, định luật khúc xạ

ánh sáng...

- Thí nghiệm nghiên cứu minh họa là thí nghiệm nhằm kiểm chứng lại kiến

thức đã được xây dựng bằng con đường lí thuyết, dựa trên những phép suy luận

lôgic chặt chẽ (trong đó có suy luận toán học) như: qui luật dao động điều hoà

của con lắc lò xo ngang, biểu thức tính độ lớn của lực Lorenxơ... hoặc nhằm

minh họa kiến thức mà do nhiều lí do: trình độ học sinh, thiết bị thí nghiệm ở

trường phổ thông, tính chất phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao của thí nghiệm,

thời gian tiết học..., giáo viên phải thông báo, buộc học sinh thừa nhận (ví dụ

như: thí nghiệm về định luật Farađây, thí nghiệm về độ cao h của chất lỏng dâng

lên trong ống mao dẫn- chỉ minh họa một mối quan hệ trong công thức).

3. Thí nghiệm củng cố là thí nghiệm nêu lên những biểu hiện của kiến thức

đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng của kiến thức này trong sản xuất và

đời sống, đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải

thích hiện tượng hay cơ chế hoạt động của các thiết bị, dụng cụ kĩ thuật. Thông

qua đó, giáo viên cũng có thể kiểm tra được mức độ nắm vững kiến thức của học

sinh.

Thí nghiệm củng cố có thể được sử dụng không chỉ trong các tiết học

nghiên cứu kiến thức mới mà cả trong những giờ luyện tập và hệ thống hoá kiến

thức đã học.

7.3.2. Thí nghiệm thực tập

Thí nghiệm thực tập là thí nghiệm do học sinh tự tiến hành trên lớp (trong

phòng thí nghiệm), ngoài lớp, ngoài nhà trường hoặc ở nhà với các mức độ tự lực

khác nhau.

Có thể chia thí nghiệm thực tập ra làm 3 loại: thí nghiệm trực diện (thí

nghiệm do học sinh tiến hành trên lớp chủ yếu khi nghiên cứu kiến thức mới,

nhưng cũng có thể khi ôn tập trong tiết học bài mới hoặc trong tiết củng cố), thí

nghiệm thực hành (thí nghiệm do học sinh thực hiện trên lớp hoặc trong phòng

thí nghiệm sau mỗi chương, mỗi phần của chương trình vật lí nhằm củng cố kiến

thức đã học và chủ yếu để rèn luyện kĩ năng thí nghiệm), thí nghiệm và quan sát

vật lí ở nhà (thí nghiệm và quan sát do học sinh hoàn toàn tự lực thực hiện ở nhà

theo nhiệm vụ mà giáo viên đã giao).

1. Thí nghiệm trực diện

- Cũng như thí nghiệm biểu diễn, tuỳ theo mục đích sử dụng, thí nghiệm

trực diện có thể là thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng được

tiến hành dưới dạng nghiên cứu khảo sát hay nghiên cứu minh họa và cũng có thể

là thí nghiệm củng cố.

- Thí nghiệm trực diện có thể được tổ chức dưới hình thức thí nghiệm đồng

loạt (giáo viên chia học sinh trong lớp thành các nhóm, tất cả các nhóm học sinh

cùng một lúc làm các thí nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau để giải quyết

cùng một nhiệm vụ) nhưng cũng có thể dưới hình thức thí nghiệm cá thể (các

nhóm học sinh cùng một lúc tiến hành các thí nghiệm khác nhau thường với cùng

một dụng cụ nhằm giải quyết các nhiệm vụ bộ phận, để đi tới giải quyết được

một nhiệm vụ tổng quát).

Trong chương trình trung học cơ sở sắp tới, hầu hết các thí nghiệm cần tiến

hành đều là thí nghiệm trực diện đồng loạt.

Ví dụ về việc sử dụng thí nghiệm trực diện cá thể: khi nghiên cứu ở lớp 11

độ lớn F của lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn dài l mang dòng điện có cường

độ I đặt trong từ trường đều của khối nam châm móng ngựa, sau khi qua thí

nghiệm nhận thấy F phụ thuộc vào I và l, do thời gian tiết học có hạn, một số

nhóm học sinh được giao nhiệm vụ sử dụng bộ thí nghiệm đo lực từ bằng cân

đòn tiến hành thí nghiệm nghiên cứu mối quan hệ định lượng giữa F và I khi l

không đổi (F~I), còn các nhóm học sinh khác thì cũng sử dụng bộ thí nghiệm này

nhưng tiến hành thí nghiệm nghiên cứu mối quan hệ định lượng giữa F và l khi I

không đổi (F~l). Tập hợp kết quả thí nghiệm của các nhóm học sinh cho phép rút

ra kết luận F~Il, IlF = hằng số.

- So với thí nghiệm biểu diễn, ngoài các tác dụng về mặt rèn luyện kĩ năng

thí nghiệm, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu, giáo dục thái độ, tác phong và

phương pháp làm việc tập thể, thí nghiệm trực diện còn có ưu điểm hơn ở chỗ:

các kết luận được rút ra trên cơ sở một số lượng nhiều hơn các cứ liệu thực

nghiệm, các cứ liệu thực nghiệm này đã được các nhóm học sinh so sánh, bổ

sung; qua đó, học sinh thấy được tính chất khách quan của các qui luật đang

nghiên cứu.

2. Thí nghiệm thực hành

Thí nghiệm thực hành là loại thí nghiệm do học sinh thực hiện trên lớp

(trong phòng thí nghiệm) mà sự tự lực làm việc cao hơn so với ở thí nghiệm trực

diện. Học sinh dựa vào tài liệu hướng dẫn đã in sẵn mà tiến hành thí nghiệm, rồi

viết báo cáo thí nghiệm.

- Thí nghiệm thực hành vật lí có thể có nội dung định tính hay định lượng,

song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, các qui tắc đã học và xác định các

đại lượng vật lí mà các nội dung này không có điều kiện để thực hiện ở dạng thí

nghiệm trực diện.

Do được tiến hành sau khi học sinh đã học xong một chương, một phần

của chương trình nên thí nghiệm thực hành vật lí thường có nội dung phong phú,

mỗi bài thí nghiệm thực hành thường từ 1 đến 2 tiết liền và đòi hỏi thiết bị hoàn

chỉnh, phức tạp hơn so với thí nghiệm trực diện. Yêu cầu đối với học sinh ở loại

thí nghiệm này cũng cao hơn so với ở thí nghiệm trực diện, học sinh phải tự lực

thực hiện các giai đoạn của qúa trình thí nghiệm, thực hiện nhiều thao tác, tiến

hành nhiều phép đo, xử lí nhiều số liệu định lượng mới có thể rút ra các kết luận

cần thiết.

- Thí nghiệm thực hành có thể được tổ chức dưới một trong hai hình thức:

thí nghiệm thực hành đồng loạt (tất cả các nhóm học sinh tiến hành những thí

nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau theo cùng một mục đích) hoặc thí

nghiệm thực hành cá thể với nhiều phương án khác nhau: các nhóm học sinh tiến

hành thí nghiệm về những đề tài khác nhau với các dụng cụ khác nhau nhằm đạt

được những mục đích khác nhau, về cùng một đề tài theo cùng một mục đích

nhưng với các dụng cụ (phương pháp đo) khác nhau hoặc về cùng một đề tài với

cùng một dụng cụ nhưng nhằm giải quyết các nhiệm vụ khác nhau. Mỗi hình

thức tổ chức thí nghiệm thực hành trên đều có thuận lợi và khó khăn riêng. Ở

hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành đồng loạt, ưu điểm nổi bật của nó là phát

huy được tác dụng của sự tương tác lẫn nhau giữa các nhóm học sinh, việc chỉ

đạo của giáo viên đơn giản hơn, nhưng lại gặp khó khăn về việc trang bị đồng

loạt cùng dụng cụ thí nghiệm cho tất cả các nhóm học sinh. Ngược lại, ở hình

thức tổ chức thí nghiệm thực hành cá thể, tuy khắc phục được khó khăn này

nhưng giáo viên lại khó bao quát lớp, giúp đỡ kịp thời các nhóm học sinh khi gặp

khó khăn.

Ví dụ như: Ở bài thí nghiệm thực hành lớp 12 xác định tiêu cự của thấu

kính hội tụ, ngoài các cách xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ được nêu trong

bản hướng dẫn thí nghiệm mà mọi nhóm học sinh đều phải làm, giáo viên có thể

yêu cầu thêm học sinh xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng các cách khác.

Một số nhóm học sinh xác định

tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng

phương pháp dùng chùm sáng

song song; khi đó, tiêu cự của

thấu kính hội tụ sẽ bằng khoảng

cách từ ảnh điểm tới thấu kính

hội tụ. Một số nhóm lại xác định

Hình 24. Thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu

kính hội tụ bằng phương pháp tự chuẩn

tiêu cự của thấu kính hội tụ theo phương pháp tự chuẩn (Hình 24): dịch chuyển

vật- một cái kim cho tới khi nhìn thấy vị trí của ảnh của kim qua hệ thấu kính hội

tụ- gương phẳng trùng với vị trí của vật; khi đó, khoảng cách từ kim đến thấu

kính chính là tiêu cự của thấu kính hội tụ. Các nhóm học sinh còn lại thì lại được

giao nhiệm vụ tiến hành thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ bằng

phương pháp Bessel, sau khi đã tính toán ra biểu thức tính tiêu cự của thấu kính

hội tụ theo phương pháp này (Hình 25):

eaef

4

22 −= ( với fe 4≥ ), trong

đó e là khoảng cách từ vật tới

màn hứng ảnh, a là khoảng cách

giữa 2 vị trí của thấu kính cho

ảnh thật lớn hơn vật và nhỏ hơn

vật trên màn.

Hình 25. Thí nghiệm xác định tiệu cự của thấu

kính hội tụ bằng phương pháp Bessel

3. Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà

- Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà là một loại bài làm mà giáo viên giao

cho từng học sinh hoặc các nhóm học sinh thực hiện ở nhà.

Khác với các loại thí nghiệm khác, học sinh tiến hành thí nghiệm và quan

sát vật lí trong điều kiện không có sự giúp đỡ, kiểm tra trực tiếp của giáo viên. Vì

vậy, loại thí nghiệm này đòi hỏi cao độ tính tự giác, tự lực của học sinh trong học

tập. Cũng khác với các loại thí nghiệm khác, thí nghiệm vật lí ở nhà chỉ đòi hỏi

học sinh sử dụng các dụng cụ thông dụng trong đời sống, các đồ chơi có bán trên

thị trường, những vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền hoặc các dụng cụ đơn giản được học

sinh tự chế tạo từ những vật liệu này. Chính đặc điểm này tạo nhiều cơ hội để

phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong việc thiết kế, chế tạo và sử dụng

các dụng cụ nhằm hoàn thành nhiệm vụ được giao.

Loại thí nghiệm này khác với các loại bài làm khác của học sinh ở nhà ở

chỗ: nó đòi hỏi sự kết hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, giữa hoạt động trí óc và

hoạt động tay chân của học sinh.

- Với những đặc điểm nêu trên, thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà có tác

dụng trên nhiều mặt đối với việc phát triển nhân cách của học sinh: quá trình tự

lực thiết kế phương án thí nghiệm, lập kế hoạch thí nghiệm, chế tạo hoặc lựa

chọn dụng cụ, bố trí và tiến hành thí nghiệm, xử lí kết quả thí nghiệm thu được

góp phần vào việc phát triển năng lực hoạt động trí tuệ- thực tiễn của học sinh.

Việc thực hiện và hoàn thành các công việc trên sẽ làm tăng rõ rệt hứng thú học

tập, tạo niềm vui của sự thành công trong học tập của học sinh. Việc thiết kế

phương án thí nghiệm, tiên đoán hoặc giải thích các kết quả thí nghiệm đòi hỏi

học sinh phải huy động các kiến thức đã học, mà nhiều khi ở nhiều phần khác

nhau của vật lí. Nhờ vậy, chất lượng kiến thức của học sinh được nâng cao. Thí

nghiệm vật lí ở nhà có tác dụng làm phát triển những kĩ năng, kĩ xảo thí nghiệm,

các thói quen của người làm thực nghiệm mà học sinh đã thu được trong thí

nghiệm trực diện và thí nghiệm thực hành.

Loại thí nghiệm này cũng tạo điều kiện để giáo viên cá thể hoá quá trình

học tập của học sinh bằng cách giao cho các loại đối tượng học sinh khác nhau

nhiệm vụ chế tạo dụng cụ thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm với mức độ khó dễ

khác nhau, nông sâu khác nhau và với mức độ hướng dẫn khác nhau về cách chế

tạo, lựa chọn dụng cụ, tiến hành thí nghiệm... được thể hiện trong đề bài.

Khi sử dụng loại thí nghiệm này trong dạy học vật lí, giáo viên cần bố trí

thời gian để học sinh báo cáo trước toàn lớp các kết quả đã đạt được, giới thiệu

những sản phẩm của mình, nhận được sự đánh giá của giáo viên và tập thể cũng

như sự động viên, khen thưởng kịp thời.

- Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà không những nhằm đào sâu, mở rộng

các kiến thức đã học mà trong nhiều trường hợp, các kết quả mà học sinh thu

được sẽ là những cứ liệu thực nghiệm cho việc nghiên cứu kiến thức mới ở các

bài học sau trên lớp. Vì vậy, nội dung của các thí nghiệm vật lí ở nhà không phải

là sự lặp lại nguyên xi các thí nghiệm đã làm ở trên lớp mà phải có nét mới,

không đơn thuần chỉ là sự tiến hành thí nghiệm với những hướng dẫn chi tiết.

Nội dung của loại bài làm ở nhà này rất phong phú, có thể ra dưới nhiều

dạng khác nhau: mô tả một phương án thí nghiệm, yêu cầu học sinh tiến hành thí

nghiệm, tiên đoán hoặc giải thích kết quả thí nghiệm; cho trước các dụng cụ, yêu

cầu học sinh thiết kế phương án thí nghiệm để đạt được một mục đích nhất định

(quan sát thấy một hiện tượng, xác định được một đại lượng vật lí); yêu cầu học

sinh chế tạo một dụng cụ thí nghiệm đơn giản (có thể cho trước các vật liệu cần

thiết) rồi tiến hành thí nghiệm với dụng cụ này nhằm đạt được mục đích cho

trước... Nội dung của các thí nghiệm vật lí ở nhà có thể mang tính chất định tính

hoặc định lượng.

Ví dụ 1: Sau khi học sinh lớp 12 đã học xong "Hiện tượng phản xạ toàn

phần", giáo viên giao cho học sinh thực hiện ở nhà thí nghiệm sau: nhúng

nghiêng một ống thuỷ tinh rỗng vào một cốc thuỷ tinh chứa gần đầy nước sao

cho đáy ống chạm vào đáy cốc và miệng ống nằm ở phía trên (Hình 26)

1. Nhìn dọc theo thành ống thuỷ tinh

từ phía trên (A). Mô tả hiện tượng quan sát

thấy và giải thích kết quả quan sát này.

2. Cuộn một đoạn giấy màu thành

hình trụ và luồn nó vào trong ống thuỷ tinh

tới sát đáy ống, rồi lại nhúng ống vào cốc

nước. Dự đoán hiện tượng sẽ quan sát thấy

khi lại nhìn dọc theo thành ống thuỷ tinh từ

phía trên (A). Tiến hành thí nghiệm kiểm tra

điều đã dự đoán.

Hình 26. Thí nghiệm về hiện

tượng phản xạ toàn phần

3. Rút đoạn giấy màu ra khỏi ống thuỷ tinh. Dự đoán các hiện tượng sẽ

quan sát thấy khi nhìn dọc theo thành ống từ phía trên (A) trong hai trường hợp:

- Đổ nước vào trong ống cho tới nửa chiều cao của mực nước trong cốc

thuỷ tinh.

- Đổ nước vào trong ống tới khi mặt nước trong ống ngang bằng với mặt

nước trong cốc.

Tiến hành thí nghiệm kiểm tra các dự đoán.

Ví dụ 2: Các thí nghiệm về hiện tượng căng mặt ngoài ở lớp 11, nhất là thí

nghiệm định lượng về mối liên hệ giữa độ lớn của lực căng mặt ngoài và chiều

dài của đường giới hạn mặt ngoài chất lỏng là những thí nghiệm khó có điều kiện

để thực hiện trọn vẹn trên lớp. Vì vậy, trước khi nghiên cứu lực căng mặt ngoài

trên lớp, giáo viên có thể hướng dẫn học sinh thực hiện ở nhà các công việc sau:

- Pha dung dịch xà phòng.

- Làm các vòng dây tròn bằng đồng có buộc những sợi chỉ tơ (Hình 27).

Hình27. Thí nghiệm chỉ ra sự xuất hiện lực căng mặt ngoài nhờ các vòng

dây tròn có buộc các sợi chỉ hình dạng khác nhau

- Chế tạo 2 khung dây đồng hình chữ U có móc các thanh ngang với chiều

dài khác nhau, dễ dàng trượt trên hai cạnh của các khung dây. Làm những gia

trọng là những móc nhỏ để treo vào điểm giữa của các thanh trượt (Hình 28).

- Tiến hành các thí nghiệm định tính và định lượng về lực căng mặt ngoài

với những dụng cụ thí nghiệm đã

chế tạo. Kết quả của các thí nghiệm

mà học sinh thu được (những hiện

tượng quan sát thấy khi chọc thủng

các màng xà phòng ở một số vị trí,

độ lớn lực kéo cần thiếtđể các màng

xà phòng ở trạng thái cân bằng) sẽ là

những cứ liệu thực nghiệm làm cơ

sở

Hình 28. Dụng cụ thí nghiệm để xác định

độ lớn lực căng mặt ngoài của

màng xà phòng

cho việc nghiên cứu hiện tượng căng mặt ngoài trong tiến học nghiên cứu về lực

căng mặt ngoài- một tiến học có nhiều nội dung kiến thức cần đề cập.

Ví dụ 3: Để củng cố kiến thức của học sinh về định luật khúc xạ ánh sáng

ở lớp 12, giáo viên có thể giao cho học sinh nhiệm vụ “Sử dụng các dụng cụ sau:

cốc nước, giấy kẻ mili, ngọn nến, thước, bút chì, kéo, hãy xác định vận tốc của

ánh sáng trong nước, cho biết vận tốc của ánh sáng trong không khí là

c=3.106km/s”. Muốn giải quyết nhiệm vụ được giao, học sinh phải vận dụng sáng

tạo định luật khúc xạ ánh sáng đã biết đối với cặp hai môi trường không khí và

nước, đề xuất phương án thí nghiệm và lập được tiến trình thí nghiệm với các

dụng cụ đã cho (Hình 29): Dùng giấy dán bao quanh thành cốc, chỉ để chừa lại

một khe hẹp dọc theo một đường sinh của cốc (khe này qua điểm A trên chu vi

đáy cốc), rồi đổ nước vào chừng nửa cốc.

Đặt ngọn nến cách xa cốc một khoảng

nào đó sao cho chân ngọn nến S, tâm

O của đáy tròn cốc và điểm chiếu B

xuống đáy cốc của vết sáng trên tờ

giấy dán ở thành cốc nằm trên một

đường thẳng. Khi xoay cốc đi một góc

nào đó, ánh sáng đi từ ngọn lửa nến

truyền thẳng qua cốc ở phần trên mặt

nước và bị khúc xạ đi khi di vào nước

bên trong cốc. Dùng bút chì đánh dấu

các điểm chiếu D và E trên chu vi đáy

cốc của 2 vết sáng ở thành cốc.

Theo định luật khúc xạ ánh sáng,

có: EBDB

vc

nn

===2

1

sinsin

βα (trong đó n1, n2

Hình 29. Thí nghiệm xác định vận tốc

ánh sáng trong nước

là chiết suất của nước và không khí, c là vận tốc của ánh sáng trong không khí và

v là vận tốc của ánh sáng trong nước). Từ đó, rút ra: v=c.DBEB .Để xác định vận tốc

của ánh sáng trong nước, ta chỉ cần dùng thước đo các khoảng cách EB và DB

tương ứng.

7.4. NHỮNG YÊU CẦU VỀ MẶT KĨ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP

DẠY HỌC ĐỐI VỚI VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC

VẬT LÍ

Để thí nghiệm phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học vật lí

thì việc sử dụng thí nghiệm phải tuân theo một số yêu cầu chung về mặt kĩ thuật

và về mặt phương pháp dạy học. Ngoài những yêu cầu chung này, do tính đặc thù

của nó, từng loại thí nghiệm (thí nghiệm biểu diễn, thí nghiệm trực diện, thí

nghiệm thực hành) còn tuân theo các yêu cầu riêng cụ thể.

7.4.1. Những yêu cầu chung đối với việc sử dụng thí nghiệm

- Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng thí

nghiệm phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một

nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức. Trước mỗi thí nghiệm, phải đảm bảo

cho học sinh ý thức được sự cần thiết của thí nghiệm, hiểu rõ mục đích thí

nghiệm.

- Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình thí

nghiệm (Để đạt được mục đích thí nghiệm, cần sử dụng các dụng cụ nào, bố trí ra

sao, cần tiến hành thí nghiệm theo các bước nào, cần quan sát, đo đạc cái gì?).

Không xem nhẹ các dụng cụ thí nghiệm đơn giản.

- Đảm bảo cho học sinh ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả

các giai đoạn thí nghiệm bằng cách giao cho học sinh thực hiện các nhiệm vụ cụ

thể.

- Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi thí nghiệm trước giờ học, đảm bảo thí nghiệm

phải thành công (hiện tượng xảy ra quan sát được rõ ràng, kết quả đo có độ chính

xác chấp nhận được).

- Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành thí nghiệm phải tuân theo các qui

tắc an toàn.

7.4.2. Những yêu cầu đối với thí nghiệm biểu diễn

Mặc dù thí nghiệm trực diện sẽ chiếm tỉ lệ cao trong toàn bộ các thí

nghiệm ở chương trình trung học cơ sở và trung học phổ thông sắp tới, thí

nghiệm biểu diễn vẫn cần thiết phải sử dụng trong dạy học vật lí ở trường phổ

thông, đặc biệt ở những trường hợp sau: thí nghiệm quá phức tạp, mất nhiều thời

gian, khó đảm bảo an toàn trong quá trình học sinh làm thí nghiệm, không đủ

dụng cụ để trang bị đồng loạt cho học sinh.

Việc sử dụng thí nghiệm biểu diễn phải tránh tình trạng lạm dụng thí

nghiệm, chỉ sử dụng thí nghiệm như là một sự trình diễn đơn thuần và phải tuân

thủ các yêu cầu của việc đặt kế hoạch thí nghiệm, chuẩn bị thí nghiệm, bố trí thí

nghiệm, tiến hành thí nghiệm và xử lí kết quả thí nghiệm.

1. Các yêu cầu trong việc đặt kế hoạch thí nghiệm

- Xác định chính xác mục đích của thí nghiệm cần phải tiến hành và chức

năng lí luận dạy học của nó (đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức

mới, củng cố hay kiểm tra đánh giá).

- Xác định các nhiệm vụ mà học sinh cần phải hoàn thành trong việc chuẩn

bị thí nghiệm, trong việc tiến hành thí nghiệm và trong việc xử lí kết quả thí

nghiệm.

- Từ mục đích thí nghiệm và vị trí của nó trong quá trình nhận thức của

học sinh, lựa chọn phương án thí nghiệm cần biểu diễn đáp ứng các đòi hỏi sư

phạm: tính trực quan (các dụng cụ phải có kích thức đủ lớn để cả lớp nhìn rõ, có

cấu tạo đơn giản, thể hiện rõ được nguyên tắc khoa học của hiện tượng cần

nghiên cứu, có màu sắc thích hợp, hình dạng đẹp đẽ lôi cuốn sự chú ý của học

sinh, nhất là ở những chi tiết chính, trên đó biểu hiện kết quả thí nghiệm; bố trí

thí nghiệm sáng sủa, dễ hiểu, có thể nhận thấy rõ ràng kết quả thí nghiệm, loại bỏ

được một cách tối đa các hiện tượng không mong muốn), tính hiệu quả (các dụng

cụ là tối thiểu, hoạt động tốt , có độ chính xác đủ cao; ưu tiên thí nghiệm đơn

giản, thí nghiệm có thể tiến hành nhanh chóng; sử dụng thí nghiệm song song),

tính an toàn (dụng cụ, cách bố trí và tiến hành thí nghiệm phải đảm bảo an toàn

cho người và dụng cụ, bố trí thí nghiệm vững chắc, có thể di chuyển dễ dàng) và

đặt kế hoạch tiến hành một chuỗi các thí nghiệm sao cho có đủ cứ liệu để khái

quát hoá, trong đó có việc xác định thời điểm sử dụng, thời gian cần thiết cho

mỗi thí nghiệm trong giờ học.

2. Các yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm

- Nghiên cứu kĩ lưỡng tính năng của các dụng cụ thí nghiệm đã được lựa

chọn và sử dụng thành thạo chúng.

- Trước giờ học, phải kiểm tra sự hoạt động của các dụng cụ sẽ sử dụng và

thủ nghiệm lại các thí nghiệm sẽ tiến hành, dù là thí nghiệm đơn giản nhất, kịp

thời thay thế những bộ phận hỏng hóc.

Công việc chuẩn bị thí nghiệm chỉ kết thúc khi thí nghiệm có thể lặp lại

nhiều lần, cho kết quả rõ ràng, đơn trị.

3. Các yêu cầu trong việc bố trí thí nghiệm

Bố trí thí nghiệm phải đảm bảo sao cho mọi học sinh từ vị trí ngồi của

mình trong lớp học đều nhìn rõ mọi dụng cụ, độ lệch của kim chỉ các dụng cụ đo,

đẹp về thẩm mĩ. Muốn vậy, cần thực hiện các yêu cầu sau:

- Lắp ráp từng bước các dụng cụ trong thí nghiệm trước mắt học sinh.

Trong trường hợp không cho phép, phải lắp ráp hoàn chỉnh trước giờ học thì cần

phải phân tích kĩ lưỡng cách nối kết các bộ phận với học sinh.

- Những thiết bị mà học sinh mới gặp lần đầu, phải mô tả, giải thích cho

học sinh hiểu rõ nguyên tắc hoạt động của chúng.

- Chỉ đặt trên bàn những dụng cụ cần thiết cho thí nghiệm.

- Bố trí các dụng cụ thí nghiệm trên nhiều độ cao khác nhau. Bố trí thí

nghiệm thẳng đứng (có thể sử dụng các giá, bảng sắt), nếu phải bố trí thí nghiệm

trên mặt phẳng nằm ngang thì phải sử dụng các phương pháp chiếu sáng (gương

phẳng lớn dặt nghiêng 450 để học sinh quan sát ảnh thẳng đứng trong gương, đèn

chiếu sáng, camera). Thay đổi độ sáng của phòng học, nhất là khi tiến hành các

thí nghiệm quang hình học.

- Cần sắp xếp các dụng cụ mà ở đó hiện tượng mong muốn sẽ diễn ra nằm

bên phải các dụng cụ khác, các dụng chính ở mặt trước, không che khuất nhau,

các bộ phận của một thiết bị phải nằm cạnh nhau.

- Dùng vật chỉ thị để làm nổi bật bộ phận chính, đánh dấu sự diễn biến hiện

tượng mà học sinh cần theo dõi (vật làm mốc, chất chỉ thị màu...).

- Bố trí các dây nối, đặc biệt trong các thí nghiệm điện không được cắt

nhau. Dùng các dây nối có màu sắc khác nhau để dễ phân biệt. Chọn một mặt sau

(phông) thích hợp đặt phía sau các máy đo trong suốt.

- Đối với mỗi thí nghiệm, phải có một hình vẽ (trên bảng, giấy) thống nhất

tối đa với bố trí thí nghiệm.

4. Các yêu cầu trong việc tiến hành thí nghiệm

- Trong quá trình tiến hành thí nghiệm, cần định hướng học sinh vào

những trọng điểm cần quan sát.

- Đối với thí nghiệm định lượng, phải lập bảng ghi các giá trị đo hợp lí

trước khi tiến hành thí nghiệm.

- Trong suốt quá trình thí nghiệm, giáo viên phải đứng sau hoặc ở cạnh

dụng cụ thí nghiệm, không che khuất tầm quan sát của mọi học sinh.

- Thí nghiệm cần được lặp lại vài lần, phải chú ý đảm bảo các điều kiện mà

thí nghiệm phải thoả mãn, phải cho những kết quả rõ ràng, đơn trị (yêu cầu này

có thể đạt được thông qua việc lựa chọn dụng cụ thích hợp, lựa chọn các thông số

thuận tiện), ngắn gọn.

5. Các yêu cầu trong việc xử lí kết quả thí nghiệm

- Việc thu nhận các cứ liệu thực nghiệm phải trung thực, đủ cho việc khái

quát hoá rút ra kết luận.

- Việc xử lí các kết quả thí nghiệm phải được dành đủ thời gian và được

thực hiện một cách chu đáo:

Đối với thí nghiệm định tính, học sinh phải phát biểu các kết quả đã quan

sát thấy, phân tích, suy luận lôgic để rút ra kết luận.

Đối với thí nghiệm định lượng, các kết quả phải rành mạch, chính xác, làm

tròn có ý nghĩa các kết quả. Biểu diễn các kết quả thu được qua thí nghiệm dưới

dạng biểu bảng, đồ thị (về nguyên tắc, không phải là sự nối các điểm đo riêng

biệt với nhau mà là vẽ đường cong gần đúng). Phải tính toán sai số (nếu có thể).

Từ việc xử lí các kết quả thí nghiệm, hướng dẫn học sinh rút ra các kết

luận về các dấu hiệu, mối liên hệ bản chất trong hiện tượng, quá trình vật lí đang

nghiên cứu, phát biểu chúng bằng lời hay bằng những biểu thức toán học.

7.4.3. Những yêu cầu đối với thí nghiệm trực diện

1. Các yêu cầu trong việc lựa chọn các thí nghiệm trực diện để sử dụng

trong dạy học vật lí

Mặc dù thí nghiệm trực diện tác dụng to lớn trong việc phát triển năng lực

hoạt động nhận thức của học sinh nhưng do những khó khăn về dụng cụ thí

nghiệm, về thời gian, về trình độ của học sinh, về kĩ thuật thí nghiệm... nên

không phải tất cả các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học vật lí ở trường phổ

thông, nhất là ở cấp trung học phổ thông đều có thể được tiến hành dưới dạng thí

nghiệm trực diện.

Việc lựa chọn các thí nghiệm để thực hiện dưới dạng thí nghiệm trực diện

cần được cân nhắc kĩ lưỡng. Các thí nghiệm trực diện sẽ được sử dụng trong

những trường hợp sau:

- Nội dung của đề tài cần nghiên cứu chỉ đòi hỏi những thí nghiệm với các

dụng cụ có sẵn không quá phức tạp, việc bố trí và tiến hành thí nghiệm với các

dụng cụ này cũng không quá khó đối với học sinh, hiện tượng vật lí diễn ra trong

các thí nghiệm dễ quan sát, không quá phức tạp.

- Có thể sử dụng những dụng cụ, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng

ngày, quen thuộc với học sinh. Nhờ sự quen thuộc này mà học sinh có thể đề xuất

được những phương án thí nghiệm, chứ không chỉ máy móc tiến hành thí nghiệm

do giáo viên đưa ra.

- Nội dung các thí nghiệm cần thực hiện mang tính chất định tính hoặc bán

định lượng, nhằm làm cho học sinh hiểu rõ bản chất vật lí của hiện tượng đang

nghiên cứu. Tuy nhiên, cũng cần tăng dần các thí nghiệm trực diện định lượng

theo bậc học, nhất là ở các lớp trên.

- Các thí nghiệm không đòi hỏi nhiều thời gian trong việc bố trí và tiến

hành thí nghiệm.

- Việc sử dụng các dụng cụ và việc tiến hành thí nghiệm với các dụng cụ

này đảm bảo an toàn cho học sinh, không làm hỏng các dụng cụ (các dụng cụ thí

nghiệm dùng cho thí nghiệm thực tập phải có độ bền vững cần thiết, ít hỏng hóc,

với độ chính xác các phép đo khoảng 10%).

2. Các yêu cầu trong công việc chuẩn bị thí nghiệm trực diện

a) Đối với giáo viên

- Vì thí nghiệm trực diện là một bộ phận của bài học nên giáo viên cần

chuẩn bị phương án thí nghiệm ngay trong khi soạn bài. Giáo viên cần dự đoán

các phương án thí nghiệm mà học sinh có thể đề xuất, phân tích được ưu điểm,

nhược điểm của mỗi phương án để chọn một phương án phù hợp với điều kiện cụ

thể về thiết bị thí nghiệm của nhà trường. Giáo viên có thể huy động sự đóng góp

của học sinh bằng các dụng cụ tự làm, tự tìm kiếm sao cho có đủ một số lượng

cần thiết các dụng cụ thí nghiệm cho mỗi bài học.

- Chia nhóm học sinh: do chưa có điều kiện trang bị cho mỗi học sinh một

bộ dụng cụ thí nghiệm và đặc biệt do tác dụng của việc học tập theo nhóm trong

việc rèn luyện phương pháp làm việc tập thể nên giáo viên chia học sinh trong

lớp thành các nhóm từ 3 đến 4 em.

- Để giảm bớt ghi chép của học sinh trên lớp, giáo viên cần soạn một bản

hướng dẫn học sinh, trong đó chỉ rõ những hành động trí óc và hành động tay

chân chủ yếu cần thực hiện, những số liệu cần thu thập, các câu hỏi cần giải đáp

với những chỗ trống để học sinh điền vào sau khi cá nhân làm việc, đã thảo luận

trong nhóm và thảo luận toàn lớp.

Đầu giờ học có sử dụng thí nghiệm trực diện, giáo viên sẽ phát cho từng

học sinh bản hướng dẫn này. Học sinh sẽ làm việc với bản hướng dẫn này, chứ

không sử dụng sách giáo khoa như hiện nay, vì trong sách giáo khoa đã có sẵn

phương án thí nghiệm, các số liệu thu được, cách xử lí kết qủa thí nghiệm và

những kết luận được rút ra- những công việc mà trong thí nghiệm trực diện, học

sinh phải tự lực thực hiện.

b) Đối với học sinh

Các nhóm học sinh thực hiện nhiệm vụ mà giáo biên đã giao cho: tìm kiếm

những vật liệu, dụng cụ có sẵn hoặc chế tạo một số dụng cụ đơn giản mà giáo

viên đã hướng dẫn cách làm.

3. Các yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của học

sinh trong thí nghiệm trực diện

a) Để cho việc theo dõi, giúp đỡ các nhóm học sinh được dễ dàng, thuận

tiện, tốt nhất nên bố trí các bàn thí nghiệm thành hình vòng cung, hình chữ U

hoặc có thể bố trí các bàn song song nhau như hiện nay, nhưng phải có khoảng

cách đủ rộng để giáo viên và học sinh đi lại dễ dàng khi cần thiết.

b) Cũng như thí nghiệm biểu diễn, thí nghiệm trực diện có thể được sử

dụng trong giai đoạn đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, giai đoạn hình thành kiến

thức mới và giai đoạn củng cố kiến thức mà học sinh đã học.

Việc sử dụng thí nghiệm trực diện trong dạy học vật lí phải thỏa mãn các

yêu cầu sau:

- Đảm bảo cho mọi học sinh trong tất cả các nhóm đều tích cực, tự lực hoạt

động trong giờ học: từ việc thực hiện một vài thí nghiệm với những dụng cụ đơn

giản đã chuẩn bị ở nhà, quan sát hiện tượng, phát hiện ra điều lạ, điều mới mẻ,

trái với những hiểu biết đã có của mình để tự nêu ra câu hỏi (nêu vấn đề cần giải

quyết) và đề xuất giả thuyết, suy luận từ giả thuyết ra hệ quả có thể kiểm tra bằng

thí nghiệm; xây dựng phương án thí nghiệm (dự kiến sử dụng dụng cụ nào, quan

sát, đo đạc cái gì? quan sát, đo đạc như thế nào?) để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ

quả suy ra từ nó và để kiểm nghiệm kiến thức đã xây dựng bằng con đường lí

thuyết cũng như để minh họa kiến thức đã được thông báo đến việc thực hiện các

thao tác bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, ghi chép các hiện tượng quan sát

được, các số liệu đo được, xử lí kết quả thí nghiệm và rút ra kết luận.

- Phối hợp hình thức làm việc cá nhân, làm việc theo nhóm và làm việc

chung toàn lớp dưới sự hướng dẫn của giáo viên sao cho vừa phát huy tính chủ

động, tự lực của từng học sinh, vừa tạo điều kiện cho sự giúp đỡ lẫn nhau và

phân công, phối hợp công việc của các nhóm học sinh.

- Trong thí nghiệm trực diện, giáo viên đóng vai trò là người tổ chức,

hướng dẫn và trọng tài. Sự hướng dẫn của giáo viên cần phải đúng lúc, đúng chỗ

và chỉ với mức độ cần thiết. Để đảm bảo tiến độ làm việc chung của toàn lớp,

giáo viên cần bao quát hoạt động của các nhóm học sinh, giúp đỡ kịp thời học

sinh khi học sinh gặp khó khăn.

Ví dụ như: cần định hướng sự quan sát của học sinh nếu khó phát hiện hiện

tượng cần quan sát trong thí nghiệm mở đầu, tổ chức thảo luận chung toàn lớp

khi nhiều học sinh chú ý đến các khía cạnh khác nhau của hiện tượng xảy ra

trong thí nghiệm để loại trừ những mặt thứ yếu, chú ý đến mặt bản chất của hiện

tượng, thảo luận các phương án thí nghiệm mà học sinh đề xuất để lựa chọn một

phương án khả thi, phù hợp với những dụng cụ thí nghiệm đang có (giáo viên

không đưa ra ngay từ đầu, có tính chất áp đặt), thảo luận các bước tiến hành thí

nghiệm trước khi học sinh làm thí nghiệm cũng như thảo luận những kết quả thí

nghiệm mà các nhóm đã thu được, rồi giáo viên mới chỉnh lí, bổ sung các kết

luận rút ra cho gọn gàng, sáng sủa. Nếu có dụng cụ thí nghiệm mà học sinh mới

gặp lần đầu, giáo viên cần mô tả nguyên tắc cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, nhất

là giới thiệu cách sử dụng nó. Đối với những thí nghiệm phức tạp, nhiều học sinh

lúng túng, không làm được, giáo viên có thể làm mẫu nhưng không được đưa ra

kết luận trước. Trong khi các nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm, giáo viên cần

theo dõi, giúp đỡ riêng cá nhân học sinh khi gặp khó khăn để theo kịp nhịp độ

chung của cả lớp.

7.4.4. Những yêu cầu đối với thí nghiệm thực hành

Cũng như thí nghiệm trực diện, thí nghiệm thực hành đòi hỏi sự chuẩn bị

chu đáo của cả giáo viên và học sinh.

1. Các yêu cầu trong công việc chuẩn bị thí nghiệm thực hành

a) Đối với giáo viên

- Cần tìm hiểu kĩ nội dung bài thí nghiệm thực hành trong sách giáo khoa

để xác định rõ ràng các nhiệm vụ giao cho học sinh và cách thức kiểm tra, đánh

giá việc thực hiện các nhiệm vụ đó.

- Chuẩn bị đầy đủ và kiểm tra chất lượng từng dụng cụ cần thiết cho mỗi

nhóm học sinh. Có thể huy động một vài học sinh tham gia vào công việc này.

- Phải làm thử tất cả các thí nghiệm trong bài thí nghiệm thực hành để dự

kiến những khó khăn mà học sinh có thể gặp phải trong khi làm thí nghiệm và

cách thức hướng dẫn, giúp đỡ học sinh vượt qua những khó khăn đó.

- Nếu thấy cần thiết, có thể điều chỉnh nội dung, yêu cầu bài thí nghiệm

thực hành trong sách giáo khoa sao cho phù hợp với điều kiện thiết bị của trường.

Dự kiến nhiệm vụ bổ sung đối với học sinh khá giỏi (ví dụ: tiến hành thêm thí

nghiệm theo một phương án khác).

b) Đối với học sinh

Để học sinh thực hiện bài thí nghiệm thực hành có ý thức và có hiệu quả,

giáo viên phải yêu cầu học sinh chuẩn bị ở nhà những công việc sau:

- Nghiên cứu nội dung bài thí nghiệm thực hành trong sách giáo khoa và

chuẩn bị sẵn bản báo cáo thí nghiệm theo mẫu trong sách giáo khoa.

Nội dung bài thí nghiệm thực hành gồm những phần chính sau: mục đích

thí nghiệm (nêu lên các mục tiêu cụ thể cần phải đạt được sau khi học sinh làm

thí nghiệm, ví dụ như: xác định gia tốc của sự rơi tự do, nghiệm lại định luật bảo

toàn động lượng, khảo sát bằng thực nghiệm các đặc tính của tranzito), cơ sở lí

thuyết (nêu những điểm chính về nội dung các kiến thức đã biết sẽ được vận

dụng trong bài thí nghiệm thực hành), thiết bị thí nghiệm (liệt kê những dụng cụ

cần sử dụng, giới thiệu nguyên tắc hoạt động và cách sử dụng chúng), tiến trình

thí nghiệm (cách lắp ráp dụng cụ có sơ đồ kèm theo, trình tự các thao tác thí

nghiệm, các phép đo, các bảng số liệu cần thu thập), xử lí kết quả thí nghiệm (bao

gồm cả tính sai số phép đo) và rút ra kết luận (đáp ứng các mục tiêu đặt ra), báo

cáo thí nghiệm (nêu nội dung mà học sinh cần viết báo cáo, thường không yêu

cầu học sinh nêu lại tiến trình thí nghiệm, các thao tác thí nghiệm đã thực hiện

mà chỉ trình bày các kết quả quan sát, đo đạc, tính toán, kết luận rút ra và trả lời

những câu hỏi nhằm đào sâu, mở rộng nội dung bài thí nghiệm thực hành, nêu

nguyên nhân của sai số và cách khắc phục). Thông qua việc nghiên cứu trước nội

dung bài thí nghiệm thực hành trong sách giáo khoa, học sinh phải nắm được

mục đích thí nghiệm, ôn tập các kiến thức có liên quan, trả lời những câu hỏi

được nêu trong bài thí nghiệm thực hành, nắm được nội dung và tiến trình thực

hiện các thí nghiệm sẽ làm cũng như ghi lại các điều chưa hiểu rõ để giáo viên và

học sinh trao đổi vào đầu buổi thí nghiệm thực hành.

- Tự tìm kiếm hoặc tự làm các dụng cụ đơn giản theo chỉ dẫn trong bài thí

nghiệm thực hành (nếu có).

Những công việc chuẩn bị nêu trên của giáo viên và học sinh có tác dụng

rất lớn đến kết qủa buổi thí nghiệm thực hành, tránh mất thời gian vô ích và tránh

việc làm hỏng dụng cụ của học sinh.

2. Các yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của học

sinh trong thí nghiệm thực hành

- Việc phân nhóm thí nghiệm và bố trí các bàn thí nghiệm trong thí nghiệm

thực hành cũng giống như trong thí nghiệm trực diện.

- Vào đầu buổi thí nghiệm thực hành, giáo viên cần tiến hành những công

việc sau: kiểm tra sự chuẩn bị ở nhà của học sinh thông qua các câu hỏi, hướng

dẫn cách sử dụng các dụng cụ mà học sinh chưa được làm quen, nhất là những

dụng cụ phức tạp, dễ hỏng, có thể gây nguy hiểm như các dụng cụ đo điện, nguồn

điện, nguồn sáng... và cùng với toàn lớp thảo luận, giải đáp những thắc mắc của

học sinh.

- Trong lúc các nhóm học sinh thực hiện công việc, giáo viên cần theo dõi,

giúp đỡ kịp thời khi học sinh gặp khó khăn, mắc sai sót để học sinh sử dụng đúng

qui tắc các dụng cụ, ghi lại đầy đủ, chính xác, trung thực các hiện tượng quan sát

được, các kết quả đo đạc, trình bày các kết quả dưới dạng biểu bảng, đồ thị, câu

kết luận một cách ngắn gọn, rõ ràng theo nội dung mẫu báo cáo đã chuẩn bị sẵn.

- Sau khi học sinh làm xong thí nghiệm, cần yêu cầu học sinh tháo rời các

chi tiết đã lắp ráp, sắp xếp các dụng cụ gọn gàng như lúc đầu. Tùy theo nội dung

bài thí nghiệm thực hành và việc hoàn thành các công việc của học sinh, giáo

viên có thể yêu cầu học sinh nộp ngay báo cáo thí nghiệm tại lớp hoặc cho về nhà

hoàn chỉnh tiếp, nộp sau.

Chương 8 MỘT SỐ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC HIỆN ĐẠI TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

8.1. PHIM HỌC TẬP

8.1.1. Các loại phim học tập

Phim học tập được sử dụng trong dạy học vật lí bao gồm:

1. Phim đèn chiếu

Ví dụ: phim đèn chiếu về đối tượng của vật lí học, về các phương pháp đo

trong vật lí, "các loại động cơ nhiệt", về "sản xuất và truyền tải điện năng", về

cầu vồng và về các ứng dụng của vật lí hạt nhân, "thiên văn và du hành vũ trụ".

2. Phim chiếu bóng bao gồm phim quay các cảnh thật và phim hoạt hình.

Ví dụ: phim về buồng sương Uynxơn, về chuyển động Braonơ, về sự dẫn

điện trong chất bán dẫn.

3. Phim vô tuyến truyền hình

Ví dụ: phim về dao động cơ học, về cảm ứng điện từ, về sóng cơ học, về

sóng điện từ.

4. Phim trên băng vi đê ô

Trong những năm gần đây, việc sử dụng những băng viđêô ngày càng rộng

rãi trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, vì những lí do sau:

- Việc sử dụng máy sang và phát băng hình hoặc máy thu và phát băng

hình dễ dàng hơn so với việc sử dụng máy quay phim nhựa, giá thành cuốn băng

cũng rẻ hơn. Vì vậy, giáo viên cũng có thể tự quay (tự "sản xuất") băng hình hoặc

tự sao băng. Do hai thiết bị này có chế độ làm cho hình đứng yên nên các giai

đoạn trong hiện tượng vật lí cần nghiên cứu có thể cho dừng lại ở bất kì thời

điểm nào, tạo điều kiện cho học sinh quan sát rõ ràng hiện tượng.

- Máy vi tính đã được trang bị cho các trường phổ thông. Nội dung các

cuốn băng viđêô ghi hình các quá trình vật lí thực cũng có thể được phân tích nhờ

một số thiết bị ghép nối với máy vi tính và phần mềm tương ứng (xem 8.3.4), tạo

thuận lợi hơn trong việc nghiên cứu các quá trình vật lí.

8.1.2. Các trường hợp cần thiết sử dụng phim học tập

Các loại phim học tập nói trên thường được sử dụng trong các trường hợp

sau:

- Khi nghiên cứu các đề tài không thể làm thí nghiệm, mặc dù đó là những

thí nghiệm rất cơ bản, do thiết bị thí nghiệm cần sử dụng cồng kềnh, phức tạp,

đắt tiền, không an toàn. Ví dụ như: thí nghiệm Caveđisơ xác định hằng số hấp

dẫn, thí nghiệm Stecnơ xác định vận tốc chuyển động của các phân tử khí, thí

nghiệm Miliken xác định điện tích nguyên tố, các thí nghiệm về tia X.

- Khi nghiên cứu các đối tượng, hiện tượng vật lí không thể quan sát, đo

đạc trực tiếp được do chúng quá nhỏ hoặc quá to.Ví dụ như: khi nghiên cứu cấu

trúc của các chất, các đối tượng vi mô trong cơ chế dẫn điện ở các môi trường

khác nhau, người ta thường sử dụng phim đèn chiếu, phim chiếu bóng để cung

cấp cho học sinh những biểu tượng có tính chất mô hình về các đối tượng và các

quá trình vật lí này.

Khi nghiên cứu sự truyền âm, các hiện tượng ở vùng quang phổ mà mắt

người không nhìn thấy được, người ta sử dụng phim học tập đã được quay nhờ

kết hợp máy biến đổi quang điện tử với máy quay phim.

- Khi nghiên cứu các quá trình vật lí diễn ra quá nhanh (ví dụ như: sự biến

dạng của hai quả cầu trong sự va chạm đàn hồi của chúng, sự rơi tự do) hoặc diễn

ra quá chậm (ví dụ: hiện tượng khuyếch tán trong các vật rắn).

Trong những trường hợp này, người ta có thể sử dụng phim chiếu bóng,

phim vô tuyến truyền hình hoặc băng video đã được quay và cho chúng chạy với

tốc độ mong muốn để học sinh quan sát được trên màn ảnh các quá trình này. Ví

dụ như: nếu quay nhanh trong ánh sáng phân cực quá trình va chạm đàn hồi của

hai quả cầu trong suốt thì khi xem phim, học sinh không những thấy được sự biến

dạng đàn hồi của hai quả cầu mà còn thấy được sự lan truyền sóng của các biến

dạng đàn hồi.

- Khi nghiên cưú các hiện tượng diễn ra ở những nơi, những thời điểm

không thể đến quan sát trực tiếp được. Ví dụ như: khi nghiên cứu sự hình thành

dải Plasma, động đất..., người ta có thể sử dụng các phim đèn chiếu về các nội

dung này.

- Khi nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lí (nguyên tắc hoạt động,

cấu tạo của các máy đo, các máy phức tạp, các dây chuyền sản xuất, nguyên tắc

hoạt động của nhà máy thuỷ điện, nhà máy điện nguyên tử...), người ta cũng sử

dụng phim đèn chiếu, phim chiếu bóng, phim chiếu trên vô tuyến truyền hình.

Bằng cách đưa thêm dần các chi tiết vào hình vẽ, sẽ chỉ ra được trên phim đèn

chiếu, phim chiếu bóng (phim hoạt hình) sự chuyển từ sơ đồ nguyên lí sang thiết

kế cụ thể máy móc tương ứng.

- Các loại phim học tập cũng còn được sử dụng khi trình bày lịch sử phát

triển của một vấn đề vật lí, một phát minh khoa học và sự tiến bộ của khoa học kĩ

thuật. Qua việc xem phim, học sinh thấy được con đường thu nhận các kiến thức

trong các bối cảnh xã hội cụ thể và vị trí của các nhà khoa học trong sự phát triển

của vật lí học.

8.1.3. Lợi ích của việc sử dụng phim học tập trong dạy học vật lí

- Phim học tập giúp thu nhận thế giới tự nhiên vào lớp học, xoá bỏ những

hạn hẹp về mặt không gian của lớp học và về mặt thời gian của giờ học.

- Nhờ các cuốn phim được quay trước học sinh với tốc độ mong muốn

hoặc có thể làm dừng lại các hình ảnh, học sinh quan sát được rõ ràng các hiện

tượng, các quá trình vật lí đã được phóng đại (thu nhỏ) một cách tối ưu, làm cho

học sinh có những biểu tượng đúng đắn về chúng.

- Việc sử dụng các khả năng của sự đồ hoạ (đánh dấu, đóng khung, tô màu,

sơ đồ, đồ thị), kết hợp hài hoà với các tín hiệu âm thanh và sự thuyết minh phim

không những tạo ở học sinh những biểu tượng tốt hơn về đối tượng nghiên cứu

mà còn làm tăng tính trực quan và hiệu quả xúc cảm của phương tiện dạy học.

- Phim học tập có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn của quá trình dạy

học (tạo động cơ học tập, đề xuất vấn đề nghiên cứu, nghiên cứu kiến thức mới,

củng cố), ở trong lớp học và ngoài lớp học, trong và ngoài giờ học chính khoá.

8.1.4. Phương pháp sử dụng phim học tập trong dạy học vật lí

1. Giáo viên cần căn cứ vào mục đích sử dụng, nội dung cuốn phim để

định ra những biện pháp sư phạm thích hợp nhằm làm tăng hiệu quả của cuốn

phim đối với học sinh.

2. Các giai đoạn chủ yếu của công việc giáo viên với phim học tập

a) Đặt kế hoạch sử dụng phim trong kế hoạch dạy học tổng thể một

chương, một phần cụ thể (sử dụng lúc nào? nhằm đạt được mục đích gì về mặt lí

luận dạy học?).

b) Các công việc chuẩn bị với học sinh trước khi sử dụng phim

- Giao cho học sinh nhiệm vụ ôn tập ở nhà những kiến thức cần thiết để có

thể hiểu được nội dung phim.

Nêu mục đích sử dụng phim nhằm đặt học sinh ở tâm thế chờ đợi tích cực,

khêu gợi tính tò mò nhận thức.

- Trước khi chiếu phim, để định hướng sự chú ý của học sinh vào những

nội dung cơ bản của cuốn phim, giáo viên cần giao cho học sinh các nhiệm vụ

cần hoàn thành sau khi xem phim, ví dụ: nêu các câu hỏi (không nên quá nhiều)

mà học sinh cần trả lời, các bảng, các bài tập mà học sinh cần điền vào chỗ trống

sau khi xem phim.

c) Trong khi học sinh xem phim, giáo viên cần quan sát, có thể đưa ra

những gợi ý nhỏ để hướng sự chú ý của học sinh vào cái cơ bản, cái đặc biệt (ví

dụ: chỉ vào bảng, phương tiện dạy học đã chuẩn bị sẵn, có những lời nói thích

hợp).

c) Đánh giá hiệu quả việc sử dụng phim học tập

- Sau khi học sinh xem phim, cần cho học sinh nghỉ giải lao ngắn để có thể

suy nghĩ lại những cái đã xem, đã nghe.

- Việc đánh giá hiệu quả việc sử dụng phim có thể ngay sau khi chiếu phim

hoặc ở các giờ học sau.

- Hiệu quả sử dụng phim cần được đánh giá thông qua sự trả lời của học

sinh các câu hỏi (nhiệm vụ) nêu ra lúc đầu. Trong quá trình trả lời các câu hỏi,

cần cho học sinh được trao đổi, đặt ra các câu hỏi, tranh luận nhằm có thể đánh

giá đúng mức độ hiểu nội dung phim của học sinh. Trong những trường hợp cần

thiết, cũng có thể tiến hành thí nghiệm của giáo viên hoặc thí nghiệm của học

sinh trước hoặc ngay sau khi chiếu phịm.

8.2. DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ

Dao động kí điện tử là một thiết bị đo lường đa chức năng hiển thị kết quả

đo dưới dạng đồ thị trên màn sáng (màn hình) có thể quan sát bằng mắt được.

Hiện nay, dao động kí điện tử là một trong các thiết bị có thể hỗ trợ nhiều

trong các thí nghiệm nghiên cứu về các dao động điện, dòng điện xoay chiều, dao

động và sóng điện từ... ở chương trình vật lí phổ thông. Dao động kí điện tử dùng

trong trường phổ thông hiện nay có 2 loại: dao động kí điện tử một chùm tia và

dao động kí điện tử hai chùm tia. Sau đây, sẽ trình bày cấu tạo và nguyên tắc hoạt

động của hai loại dao động kí điện tử đó.

8.2.1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử

1. Dao động kí điện tử một chùm tia

Dao động kí điện tử một chùm tia là dao động kí điện tử chỉ tạo ra một

chùm tia điện tử. Sơ đồ khối của dao động kí điện tử một chùm tia đơn giản được

trình bày trên Hình 30. Nó gồm một đèn hiện sóng, bộ khuếch đại dọc Y, bộ

khuếch đại ngang X, bộ tạo quét răng cưa và bộ nguồn cung cấp điện cho toàn bộ

dao động kí điện tử.

Hình 30. Sơ đồ khối của dao động kí điện tử một chùm tia

Trong sơ đồ này, đèn hiện sóng là bộ phận quan trọng nhất của dao động kí

điện tử, nó được vẽ trên Hình 31.

Hình 31. Cấu tạo của đèn hiện sóng trong dao động kí điện tử

Đèn hiện sóng gồm có sợi đốt f, catốt C, lưới G, anốt A1, anốt A2, phiến lái

tia dọc PY, phiến lái tia ngang PX, màn sáng và bộ nguồn cung cấp điện cho toàn

bộ máy.

Sợi đốt f được đốt nóng nhờ một hiệu điện thế và làm các êlectrôn bứt ra.

Lưới G có dạng hình ống bao quanh catốt và có nhiều lỗ. Lưới G này có điện áp

âm so với catốt, điện áp này khoảng vài chục von nên có tác dụng làm giảm tốc

đối với các êlectrôn bay tới màn sáng. Anốt A1 có điện áp dương so với catốt.

Anốt A2 có điện áp dương (khoảng 500V tới vài nghìn von) lớn hơn điện áp anốt

A1 vài lần. Điện áp dương lớn của các anốt tạo nên điện trường tăng tốc của các

êlectrôn bay về phía màn với vận tốc rất lớn. Các anốt này còn có tác dụng hội tụ

các êlectrôn thành tia êlectrôn. Song anốt A1 có tác dụng hội tụ các tia êlectrôn

nhiều hơn nên trong thực tế, khi sử dụng dao động kí điện tử, xoay núm điều

chỉnh điện áp anốt A1 (tên là núm Focus), ta có thể thay đổi độ hội tụ (to hay nhỏ)

của tia đập vào màn sáng, làm cho vết sáng quan sát thấy trên màn nhoè hoặc nét.

Vì các điện áp đưa vào hai phiến Y và hai phiến X phải lớn tới hàng trăm

von mới có thể điều khiển được tia êlectrôn lệch hết chiều dọc và chiều ngang

của màn sáng nên trong cấu tạo của dao động kí điện tử phải có bộ khuếch đại

dọc và bộ khuếch đại ngang để khuếch đại các điện áp đó trước khi đưa chúng

vào hai phiến Y và hai phiến X. Còn màn sáng là màn làm bằng thuỷ tinh, mặt

bên trong được phủ bằng chất mà nguyên tử của chất đó dễ chuyển sang trạng

thái kích thích khi nhận được năng lượng do các êlectrôn bay tới truyền cho, để

rồi sau đó khi trở về trạng thái cũ thì phát ra phôton.

Với cấu tạo như trên nên nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử

như sau: khi đốt nóng catốt C (tức là khi bật máy), các êlectrôn được phát ra. Do

các anốt A1 và A2 có điện áp dương rất cao nên kéo các êlectrôn qua lưới và tập

trung chúng thành các tia nhỏ bắn về phía màn sáng, tạo thành các điểm sáng mà

ta có thể quan sát thấy trên màn. Do điện trường giữa lưới G và catốt có tác dụng

làm giảm tốc đối với những êlectrôn phát ra từ catốt nên khi điện áp của G càng

âm so với catốt thì số điện tử bay qua lỗ lưới càng ít. Nếu điện áp âm này vượt

quá một giới hạn nào đó thì toàn bộ điện tử sau khi bay ra đều bị đẩy trở lại catốt,

lúc đó màn hình hoàn toàn tối. Vì vậy, bằng cách điều chỉnh điện áp lưới G nhờ

một núm gọi là núm độ sáng (Bright), ta sẽ tạo nên được các độ sáng tối khác

nhau trên màn.

Nếu trên hai phiến Y và hai phiến X không có chênh lệch điện áp, tia

êlectrôn phát ra từ catốt sau khi qua lưới G sẽ được tăng tốc nhờ các điện áp

dương của các anốt A1 , A2 và bay thẳng đến giữa tâm màn, tạo ra chấm sáng tại

đó. Nếu ta nối vào hai phiến Y một tín hiệu có hiệu điện thế không đổi thì tức

khắc tia điện tử sẽ bị di chuyển theo chiều dọc, nghĩa là sẽ dịch lên hay dịch

xuống (dịch về phía bản có điện áp cao hơn). Lúc đó, trên màn có một chấm sáng

(cao hoặc thấp hơn tâm màn). Bây giờ, tín hiệu điện cần nghiên cứu lại dao động

theo thời gian thì chấm sáng trên màn cũng sẽ dao động lên xuống, đúng như

dạng dao động của tín hiệu đó. Quan sát dao động của chấm sáng trên màn cho ta

biết qui luật biến đổi điện áp của tín hiệu theo thời gian. Tương tự như vậy, khi

đưa vào hai phiến X một hiệu điện thế thay đổi thì tia êlectrôn lại bị dịch sang

phải hay sang trái. Nhưng trong thực tế, người ta đưa vào hai phiến X dao động

kí êlectrôn một điện áp biến đổi có dạng răng cưa (gọi là điện áp quét- Hình 32 )

để các tia êlectrôn luôn bị quét bắt đầu từ trái màn hình sang phải màn hình. Tới

bên phải thì tia trước tắt, tia sau lại xuất hiện bắt đầu từ bên trái và lại được quét

sang bên phải. Ta có thể điều chỉnh vị trí xuất phát và vị trí cuối của các tia này.

Hình 32. Điện áp dạng răng cưa

Như vậy, khi chịu tác động đồng thời của điện áp tín hiệu cần nghiên cứu

(đặt vào hai phiến Y) và điện áp quét (đặt vào hai phiến X), tia điện tử sẽ vẽ trên

màn hình một đường cong (đồ thị) có dạng sóng mà trục tung là biên độ của điện

áp cần nghiên cứu, còn trục hoành là trục thời gian. Khi điều chỉnh tần số của

điện áp quét bằng (hoặc nhỏ hơn n lần) tần số của tín hiệu thì trên màn hình cho

ta một (hoặc n) chu kỳ của tín hiệu.

Quan sát đường cong trên màn sẽ cho ta biết dạng tín hiệu cần nghiên cứu,

tìm ra qui luật của nó.

2. Dao động kí điện tử hai chùm tia

Trong nghiên cứu, nhiều khi ta cần quan sát đồng thời dạng của hai tín

hiệu một lúc, để có thể so sánh chúng. Ví dụ như: cần quan sát đồng thời dạng

của điện áp đặt trên một mạch điện và dạng của dòng điện đi qua mạch điện đó.

Dao động kí điện tử một chùm tia không đáp ứng được yêu cầu đó. Vì vậy, người

ta đã chế tạo ra dao động kí điện tử hai chùm tia.

Cấu tạo của dao động kí điện tử hai chùm tia khác dao động kí điện tử một

chùm tia ở ống phóng tia điện tử. Thực chất đây là hai ống phóng tia điện tử một

chùm tia được đặt trong cùng một ống thuỷ tinh và chung một màn sáng. Hình 33

là sơ đồ khối của dao động kí điện tử hai chùm tia.

Hình 33. Sơ đồ khối của dao động kí điện tử hai chùm tia

Nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử hai chùm tia giống hoàn

toàn nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử một chùm tia. Tín hiệu cần

nghiên cứu thứ nhất được đưa vào hai phiến lái tia dọc Y1, còn tín hiệu cần

nghiên cứu thứ hai được đưa vào hai phiến lái tia dọc Y2. Cùng một điện áp quét

răng cưa được tạo ra trong máy đặt lên đồng thời hai cặp phiến lái tia ngang X1

và X2. Mỗi một trong hai catốt phát ra một chùm tia êlectrôn độc lập. Chùm tia

êlectrôn này chịu tác dụng điều khiển của mỗi một điện áp của tín hiệu cần được

nghiên cứu và của điện áp quét răng cưa chung. Do vậy, mỗi một tia êlectrôn này

sẽ dao động và quét độc lập với nhau trên màn, tạo thành các đường cong độc lập

hiển thị đồng thời trên màn.

Để tạo được sự đồng bộ đối với các dao động (tín hiệu) cần nghiên cứu, ta

phải điều chỉnh tần số của dao động quét nhờ một núm có tên viết trên máy là

TIME/ DIV.

Trước khi tín hiệu đặt vào hai bản Y1 và hai bản Y2 , từng tín hiệu có thể

được khuếch đại độc lập sao cho việc quan sát được thuận lợi bằng cách sử dụng

núm CH1 VOLS/ DIV (cho tín hiệu vào Y1) và núm CH2 VOLS/ DIV (cho tín

hiệu vào Y2 ).

Hầu hết các dao động kí điện tử đang được sử dụng ngày nay là dao động

ký điện tử hai chùm tia.

8.2.2. Sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học vật lí

Hiện nay, dao động kí điện tử được sử dụng rất nhiều trong dạy học vật lí

vì nó có các chức năng ưu việt sau:

- Dùng để đo nhiều đại lượng vật lí khác nhau như: điện trở, điện dung, độ

tự cảm, hiệu điện thế, độ lệch pha, tần số, hệ số khuếch đại của một tầng khuếch

đai hoặc của máy khuếch đại...

- Là máy đo có độ chính xác rất cao (vì dao động kí điện tử có điện trở rất

lớn).

- Có thể đo được các đại lượng vật lí có độ lớn khá nhỏ (do dao động kí

điện tử có bộ khuếch đại dọc khá mạnh).

- Giúp ta quan sát được các dao động điều hoà, dao động tắt dần, đường

đặc trưng von-ampe của đèn điện tử, tranzito...

- Giúp ta quan sát được các quá trình điện từ biến đổi nhanh.

- Giúp ta nghiên cứu được các quá trình điện có tần số từ vài Héc đến hàng

triệu Héc do bên trong máy có bộ phận phát xung răng cưa để quét tia êlectrôn

theo chiều ngang có dải tần số có thể thay đổi từ vài Héc đến vài chục Kilohéc.

- Dao động kí điện tử hai chùm tia cho phép nghiên cứu đồng thời hai quá

trình điện (ví dụ 2 điện áp...) thuận tiện cho việc so sánh, đối chiếu.

- Có thể dùng dao động kí điện tử để nghiên cứu các loại dao động khác,

không phải là dao động điện (ví dụ như: dao động âm, hiện tượng nhiễu xạ, giao

thoa...) bằng cách biến đổi chúng thành các dao động điện rồi đưa các tín hiệu

của dao động điện này vào đầu vào của dao động kí điện tử.

Sau đây là một số ví dụ điển hình nhờ sự hỗ trợ của dao động kí điện tử, ta

có thể khảo sát một số hiện tượng vật lí mà bằng các thiết bị truyền thống không

thể thực hiện được.

1. Sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học "Dòng điện xoay chiều"

Sử dụng dao động kí điện tử hai chùm tia, có thể biểu thị trên màn hình

dao động kí điện tử đồ thị diễn tả mối quan hệ về pha giữa dòng điện và hiệu điện

thế trong đoạn mạch hoặc chỉ có điện trở thuần, hoặc chỉ có tụ điện, hoặc chỉ có

cuộn cảm hoặc có cả 3 linh kiện trên. Sau đây, trình bày việc sử dụng dao động kí

điện tử để biểu thị một số mối quan hệ trên.

a) Biểu thị mối quan hệ về pha giữa hiệu điện thế và dòng điện ở hai đầu

đoạn mạch chỉ có tụ điện (Hình 34)

Hình 34. Sơ đồ mạch điện để nghiên cứu mối quan hệ u, i giữa hai đầu

đoạn

mạch chứa tụ điện

Vì dòng điện đi qua tụ C cũng chính là dòng điện đi qua điện trở R và cũng

tỉ lệ với điện áp UR n ên khi đưa tín hiệu điện áp trên hai đầu điện trở R vào kênh

1 của dao động kí điện tử sẽ cho ta dạng tín hiệu của dòng điện qua R , cũng tức

là qua C. Còn khi đưa tín hiệu giữa hai đầu bản tụ C vào lối vào kênh 2 của dao

động kí điện tử sẽ cho ta dạng đồ thị của hiệu điện thế trên hai bản tụ điện C trên

màn hình.

Chú ý rằng: hiệu điện thế xoay chiều đặt vào mạch điện (U~) với độ lớn

khoảng 5V~ có thể lấy từ biến thế học sinh hay từ máy phát âm tần. Sau khi điều

chỉnh các núm trên dao động kí điện tử để quan sát rõ đồ thị dòng điện qua R và

hiệu điện thế trên C thì có thể xác định ngay được độ lệch pha giữa hiệu điện thế

trên bản tụ so với dòng điện.

Trong thí nghiệm này, còn có thể minh hoạ sự phụ thuộc của dòng điện

trong mạch vào ω và C theo biểu thức đã rút ra từ lí thuyết: I0 = ω.C .U0 (trong

đó I0 và U0 là các biên độ cực đại của dòng điện và điện áp) cũng như sự phụ

thuộc của dung kháng mạch điện vào giá trị của C trong biểu thức ZC = 1/ ω.C ).

Để minh hoạ các mối liên hệ này, ta thay đổi giá trị ω (bằng cách thay biến thế

học sinh bởi máy phát âm tần), rồi thay đổi điện dung C của tụ. Khi đó, quan sát

trên màn hình dao động kí điện tử, ta sẽ thấy biên độ đường hình sin (mô tả dòng

điện) thay đổi tỉ lệ thuận với giá trị của ω và C. b) Biểu thị mối quan hệ về pha giữa hiệu điện thế và dòng điện ở hai đầu

đoạn mạch chỉ có cuộn cảm (Hình 35)

Hình 35. Sơ đồ mạch điện để nghiên cứu mối quan hệ u, i giữa hai đầu

đoạn

mạch chứa cuộn cảm

Vì dòng điện đi qua điện trở R cũng chính là dòng điện đi qua cuộn cảm L

và cũng tỉ lệ với điện áp UL nên khi đưa tín hiệu điện áp trên hai đầu điện trở R

vào kênh 1 của dao động kí điện tử, ta sẽ thu được dạng tín hiệu của dòng điện

qua R, cũng tức là qua L. Còn khi đưa tín hiệu giữa hai đầu cuộn cảm L vào lối

vào kênh 2 của dao động kí điện tử, ta sẽ thu được dạng đồ thị của hiệu điện thế

trên hai đầu cuộn cảm L trên màn hình.

Sau khi điều chỉnh các núm trên dao động kí điện tử để quan sát rõ đồ thị

dòng điện qua R và hiệu điện thế trên L, có thể xác định ngay được độ lệch pha

giữa hiệu điện thế trên hai đầu cuộn cảm so với dòng điện.

Cũng như thí nghiệm trên, trong thí nghiệm này, có thể minh hoạ sự phụ

thuộc của dòng điện trong mạch vào ω và L theo biểu thức đã rút ra từ lí thuyết:

I0 = U0 / ω.L cũng như sự phụ thuộc của cảm kháng mạch điện vào giá trị của L

trong biểu thức ZL = ω.L. Để minh hoạ các sự phụ thuộc này, ta thay đổi giá trị ω

(bằng cách dùng máy phát âm tần thay cho biến thế học sinh), rồi thay đổi các

cuộn cảm có giá trị L khác nhau. Khi đó, quan sát trên màn hình dao động kí điện

tử, ta sẽ thấy biên độ đường hình sin (mô tả dòng điện) thay đổi tỉ lệ nghịch với

giá trị của ω và L.

c) Biểu thị mối quan hệ về pha giữa hiệu điện thế và dòng điện ở hai đầu

đoạn mạch có cả điện trở, tụ điện và cuộn cảm (Hình 36)

Hình 36. Sơ đồ mạch điện để nghiên cứu mối quan hệ u, i giữa hai đầu

đoạn mạch chứa R, L, C

Trong thí nghiệm này, hiệu điện thế xoay chiều (U~) đưa vào mạch được

lấy từ máy phát âm tần. Vì dòng điện đi qua điện trở R cũng chính là dòng điện

đi qua cuộn cảm L, tụ điện C nên khi đưa tín hiệu điện áp trên hai đầu điện trở R

vào kênh 1 của dao động kí điện tử, ta sẽ thu được dạng tín hiệu của dòng điện

qua R , cũng tức là qua L và C. Còn khi đưa tín hiệu giữa hai đầu mạch có R, L

và C vào lối vào kênh 2 của dao động kí điện tử sẽ cho ta dạng đồ thị của hiệu

điện thế trên hai đầu mạch đó.

Sau khi điều chỉnh các núm trên dao động kí điện tử để quan sát rõ đồ thị

dòng điện qua R và hiệu điện thế trên mạch RLC thì có thể xác định ngay được

độ lệch pha giữa hiệu điện thế trên mạch RLC so với dòng điện.

Trong thí nghiệm này, ta có thể minh hoạ hiện tượng cộng hưởng trong

mạch RLC như sau: chọn giá trị của L, C và tần số f của tín hiệu từ máy phát âm

tần sao cho quan sát trên màn hình thấy đồ thị dòng điện và hiệu điện thế cùng

pha với nhau, khi đó ta có hiện tượng cộng hưởng. Để làm được điều đó, ta có

thể giữ nguyên hai trong ba đại lượng L, C và f, chỉ thay đổi một đại lượng thôi.

Trong thực tế, ta có thể thay đổi giá trị L bằng cách thay đổi vị trí lõi sắt trong

cuộn cảm, thay đổi giá trị C bằng cách dùng tụ xoay và thay đổi giá trị f bằng

cách sử dụng máy phát âm tần có thể điều chỉnh tần số.

d) Xác định điện dung C của tụ điện hay độ tự cảm L của cuộn dây

Các dụng cụ đo thông thường như am pe kế, von kế thường không dùng để

xác định độ tự cảm L của cuộn dây hay điện dung C của tụ điện. Để xác định các

giá trị đó tương đối chính xác, ta có thể dùng dao động kí điện tử.

Ta biết rằng: trong mạch RLC, có hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi ω.L =

1/ ω. C. Từ đây, ta có thể tính L qua ω và C: L = 1/ ω2.C hay tính C qua ω và L:

C = 1/ ω2.L. Lúc đó, dòng điện trong mạch có giá trị cực đại và nó cùng pha với

hiệu điện thế. Nhờ dao động kí điện tử ta có thể quan sát được rõ ràng hai hiện

tượng này trên màn hình (như đã trình bày ở các phần trên).

Vậy, để xác định được L (hoặc C), ta chỉ cần có một dao động kí điện tử,

một máy phát âm tần và một tụ điện đã biết điện dung C0 (hoặc một cuộn cảm đã

biết cảm kháng L0). Sơ đồ thí nghiệm để xác định L và C được biểu diễn trên

Hình 37.

Hình 37. Sơ đồ mạch điện để xác định L và C

Khi khoá K để ở vị trí 1, điều chỉnh tần số của máy phát âm tần sao cho

quan sát thấy hiện tượng cộng hưởng trong mạch RLC, tức là quan sát thấy đồ thị

dòng điện (tại kênh 1) là cực đại, hay quan sát thấy đồ thị dòng điện (tại kênh 1)

và hiệu điện thế (tại kênh 2) cùng pha với nhau. Đọc số chỉ giá trị tần số trên máy

phát âm tần, đã biết điện dung tụ điện C0 , ta tính ngay được giá trị của L theo

biểu thức trên (với ω = 2 π f ).

Trong sơ đồ trên, khi đã biết L, chuyển khoá K về vị trí 2 và làm tương tự

như trên để quan sát thấy hiện tượng cộng hưởng. Lại đọc số chỉ giá trị tần số

trên máy phát âm tần. Vì đã biết giá trị của L, ta tính ngay được giá trị của điện

dung tụ điện Cx .

Trên thực tế, có thể dùng am-pe kế, von kế, điện trở mẫu hay tụ điện mẫu

và dòng điện xoay chiều 50 Hz để xác định độ tự cảm L của cuộn dây hay điện

dung C của tụ điện. Tuy nhiên, sử dụng máy phát âm tần và dao động kí điện tử

cho ta kết quả chính xác hơn. Hơn nữa, với dao động kí điện tử, khi đã lắp đặt thí

nghiệm xong, ta chỉ cần điều chỉnh tần số máy phát âm tần để quan sát thấy hiện

tượng cộng hưởng.

e) Nghiên cứu sự chỉnh lưu dòng điện xoay chiều

Dao động kí điện tử là một phương tiện quí báu để minh họa một cách hết

sức trực quan và khách quan hình dạng dòng điện xoay chiều sau khi được chỉnh

lưu. Sơ đồ mạch điện chỉnh lưu nửa chu kì, chỉnh lưu cả chu kì và chỉnh lưu cả

chu kì có bộ lọc đựơc trình bày ở Hình 38.

Trên màn hình của dao động kí điện tử, ta sẽ thấy các hình ảnh về hình

dạng dòng điện xoay chiều sau khi được chỉnh lưu tương ứng (Hình 39).

Hình 38. Sơ đồ mạch điện chỉnh lưu nửa chu kỳ (a), chỉnh lưu cả chu kỳ

(b)

và chỉnh lưu có bộ lọc (c) dòng điện xoay chiều

Hình 39. Dòng điện xoay chiều (a) sau khi đã được chỉnh lưu nửa chu kì (b)

và chỉnh lưu cả chu kì (c)

2. Sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học "Sóng âm"

Các hiện tượng về dao động và sóng, trong đó có sóng âm là một trong các

hiện tượng khó hình dung trong quá trình nghiên cứu ở chương trình vật lí phổ

thông. Một trong các nguyên nhân cơ bản là do hiện tượng sóng âm không quan

sát được. Hơn nữa, đến nay trong thực tế dạy học vật lí ở trường phổ thông, hầu

hết các đại lượng vật lí cơ bản đặc trưng cho quá trình sóng âm như: biên độ, tần

số, bước sóng, vận tốc truyền sóng... chỉ được trình bày trên phương diện lí

thuyết, chứ không được trình bày hay xác định bằng thí nghiệm.

Khó khăn cơ bản ở đây trước hết là về mặt kĩ thuật trong việc chuyển các

quá trình cơ học không quan sát được sang các quá trình điện học có thể quan sát

được nhờ các thiết bị đo điện, ví dụ như nhờ dao động kí điện tử hay nhờ máy vi

tính và các thiết bị ghép nối với nó.

Sau đây là một số phương án thí nghiệm có sự hỗ trợ của dao động kí điện

tử nhằm chuyển việc nghiên cứu các quá trình âm học sang nghiên cứu các quá

trình điện học trong việc nghiên cứu sóng âm. Giáo viên có thể sử dụng các thí

a) b) c)

nghiệm này trong dạy học đề tài sóng âm, góp phần đảm bảo cho học sinh nắm

vững kiến thức về sóng âm cũng như phát triển tư duy khoa học của học sinh.

a) Biểu diễn dạng dao động cơ học của sóng âm

Để nghiên cứu các đại lượng đặc trưng cho sóng âm, trước hết cần phải mô

tả được dạng dao động cơ học gây bởi sóng âm. Do không thể trực tiếp quan sát

các dao động của sóng âm nên cần phải chuyển việc quan sát các dao động cơ

học này sang việc quan sát các dao động điện do chính các dao động cơ học gây

ra. Để làm điều đó, ta có thể tiến hành như sau: sóng âm từ một nguồn âm (ví dụ

như từ một âm thoa hay máy phát âm tần nối với loa...) được truyền tới một

micro (thường đặt vuông góc với phương truyền sóng âm). Tại ống nói, dao động

cơ học được biến đổi thành dao động điện. Nếu dao động điện này đủ khoẻ và

được đưa vào lối vào của dao động kí điện tử thì trên màn hình của dao động kí

điện tử sẽ cho ta hình ảnh về dao động của sóng âm. Sơ đồ thí nghiệm để thu

được trên màn hình dao động kí điện tử hình ảnh về dao động của sóng âm được

trình bày ở Hình 40.

Hình 40. Sơ đồ thí nghiệm biểu diễn dạng dao động của sóng âm nhờ dao

động kí điện tử

Trong sơ đồ này, có thể thay máy phát âm tần và loa bằng một âm thoa. Để

thí nghiệm thu được hình ảnh tốt thì các nguồn âm phải tạo ra âm có âm lượng

lớn, độ nhạy của ống nói phải cao và các bộ khuếch đại dọc, ngang của dao động

kí điện tử phải có công suất lớn. Hơn nữa, ống nói trong thí nghiệm này là ống

nói kiểu điện động. Đối với kiểu ống nói khác thì để biến dao động của sóng âm

thành dao động điện tại ống nói, ta cần nối tiếp nó với một nguồn điện một chiều.

Hình 41 thu được trên màn hình dao động kí điện tử cho ta hình ảnh về dao

động của sóng âm của một âm có cùng độ cao nhưng do các nguồn âm khác nhau

gây ra.

Hình 41. Dao động của sóng âm cùng độ cao do âm thoa gây ra a) và

tiếng nói gây ra b)

Qua quan sát hình ảnh dao động sóng âm trên dao động kí điện tử, học sinh

sẽ thấy dao động của sóng âm là dao động tuần hoàn, có biên độ và tần số xác

định. Cũng từ thí nghiệm này, có thể rút ra mối quan hệ giữa độ to của âm và

biên độ dao động của sóng âm: với các âm có cùng tần số nhưng khác nhau về độ

to (âm lượng), khi quan sát hình ảnh thu được trên màn hình dao động kí điện tử,

ta thấy: âm càng to thì biên độ dao động của sóng âm càng lớn.

Chú ý rằng: để thu được hình ảnh tương tự về dao động của sóng âm như

trên, trong sơ đồ thí nghiệm, ta có thể nối trực tiếp đầu ra của máy phát âm tần

vào lối vào của dao động kí điện tử. Tuy nhiên, ta phải nhớ rằng: trong trường

hợp này, không xuất hiện sóng âm vì không có quá trình biến đổi từ tín hiệu điện

có tần số âm (từ máy phát âm tần) sang dao động của sóng âm tại loa.

Khi nghiên cứu sóng âm, việc xác định bằng thí nghiệm các đại lượng đặc

trưng cho quá trình truyền sóng như tần số, chu kì, bước sóng hay vận tốc truyền

sóng là hết sức cần thiết. Cũng nhờ dao động kí điện tử, ta có thể xác định các đại

lượng đặc trưng đó của sóng âm.

b) Xác định tần số của sóng âm

Sau khi đã tạo trên màn hình của dao động kí điện tử hình ảnh dao động

sóng âm như đã trình bày ở trên, ta có thể xác định tần số của sóng âm này. Cách

xác định như sau:

- Xoay núm điều chỉnh tần số quét xung răng cưa (có tên gọi là TIME/ DIV) đến

một vị trí nào đó để quan sát thấy có vài ba chu kì dao động trên màn hình.

- Dựa vào hình ảnh này và vị trí núm điều chỉnh tần số TIME/ DIV để tính tần số

của dao động sóng âm. Cách tính cụ thể như sau: xác định chiều dài X (có đơn vị

là số độ chia ghi trên màn hình) ứng với mỗi một chu kì của dao động sóng âm

(nhờ mặt chia độ gắn trên mặt màn hình), đọc giá trị n được đánh dấu tại núm

điều chỉnh tần số TIME/ DIV, Tính chu kì dao động của sóng âm đang nghiên

cứu là: T = X.n, tính tần số của sóng âm là f=1/ T = 1/ X.n.

Ví dụ như: chiều dài X ứng với mỗi một chu kì của dao động sóng âm là

10 độ chia, núm điều chỉnh tần số TIME/ DIV đặt ở vị trí 0,2 ms. Vậy ta tính

được:

T= 10. 0,2ms = 2 ms = 0,002 s

Tần số sóng âm trong trường hợp này f= 1/ T= 1/ 0,002 s = 500 Hz.

Với các thí nghiệm về xác định tần số của sóng âm khác nhau, ta có thể

cho học sinh thấy mối quan hệ giữa độ cao của âm và tần số: âm càng cao thì tần

số càng lớn.

c) Xác định bước sóng của sóng âm

Có nhiều cách xác định bước sóng của sóng âm nhờ dao động kí điện tử,

chúng dựa trên các cơ sở lí thuyết khác nhau.

- Xác định bước sóng của sóng âm khi đã biết vận tốc truyền âm

Bước sóng của sóng âm được xác định theo biểu thức: λ = v.T

Nếu đã biết vận tốc truyền âm trong không khí (ví dụ ở nhiệt độ từ 200C

đến 300C, có v= 332m/s ± 3m/s) thì qua việc xác định chu kì T của sóng âm như

trên, ta có thể tính được bước sóng của sóng âm đang nghiên cứu.

- Xác định bước sóng của sóng âm khi không biết vận tốc truyền âm bằng

cách so sánh pha

Giả sử, ở thí nghiệm bố trí theo Hình 42, sát ngay loa (tại vị trí phát ra âm),

ta đặt một ống nói M1. Tín hiệu dao động điện (được biến đổi từ dao động âm) tại

nó được đưa vào hai bản X của dao động kí điện tử. Một ống nói khác được nối

với 2 bản Y của dao động kí điện tử.

Hình 42. Sơ đồ thí nghiệm xác định bước sóng âm bằng cách so sánh pha

Chú ý rằng: ở thí nghiệm này, không cho xung quét ngang lấy ở trong dao

động kí điện tử hoạt động. Sau đó, cho máy phát âm tần hoạt động, giữ nguyên vị

trí ống nói M1 sát ngay loa và dịch chuyển ống nói kia tới gần (hay ra xa) loa,

trên đường thẳng đi qua loa (nguồn âm), tốt nhất là trên đường thẳng vuông góc

với mặt loa. Ứng với các vị trí xác định của ống nói trên đường dịch chuyển này,

ta sẽ thu được trên màn hình dao động kí điện tử một trong các hình có dạng elip,

tròn hay một vạch. Sở dĩ ta thu được các hình đó là vì: tuỳ theo sự lệch pha khác

nhau giữa hai tín hiệu dao động điện vào X và Y của dao động kí điện tử mà sẽ

tạo ra các hình có dạng khác nhau như trên. Trong quá trình ống nói dịch chuyển

theo một hướng không đổi thì các hình sẽ xuất hiện tuần tự như Hình 43.

Hình 43. Sự xuất hiện lần lượt các hình có dạng khác nhau trên màn dao

động kí điện tử khi thay đổi pha giữa hai tín hiệu dao động điện

Vậy trong quá trình dịch chuyển này, khoảng cách ứng với 2 vị trí liên tiếp

của ống nói mà tại 2 vị trí đó, ta thu được hai hình ảnh trên dao động kí điện tử

hoàn toàn giống nhau (ví dụ như hình vạch) sẽ chính là độ lớn của bước sóng. Từ

nhận xét trên, cho ta cách xác định bằng thí nghiệm độ lớn bước sóng của sóng

âm như sau: dịch chuyển ống nói trên đường thẳng nối giữa loa và ống nói đến

khi quan sát trên màn hình thấy hình elip (hay hình tròn) biến mất, thay vào đó là

một gạch, ta đánh dấu vị trí của ống nói là X0; tiếp tục dịch chuyển ống nói trên

đường thẳng đó và bắt đầu đếm xem có bao nhiêu lần sự xuất hiện lặp lại của

hình vạch này, ví dụ có n lần; đánh dấu vị trí của ống nói là Xn .

Từ đó, có thể tính được giá trị của bước sóng là:

λ= (X0 - Xn )/ n, trong đó (X0 - Xn ) chính là khoảng cách giữa hai vị trí X0

và Xn đã đánh dấu.

Trong thí nghiệm này, để việc lắp ráp được đơn giản, ta có thể không cần

dùng ống nói M1 mà nối trực tiếp hai đầu ra của máy phát âm tần với hai tấm X

của dao động kí điện tử như Hình 44.

Hình 44. Sơ đồ thí nghiệm đơn giản xác định bước sóng âm bằng cách so

sánh pha

Các thí nghiệm xác định bước sóng của sóng âm theo cách so sánh pha sẽ

giúp học sinh nắm sâu sắc các kiến thức sau đây về sóng âm: pha dao động của

các phần tử tại các vị trí khác nhau trên phương truyền sóng ở cùng một thời

điểm là khác nhau, tính tuần hoàn của pha dao động nói riêng và của sóng nói

chung trong không gian.

Ngoài ra, người ta còn có thể xác định bước sóng của sóng âm khi không

biết vận tốc truyền âm theo phương pháp sóng dừng.

d) Xác định vận tốc của sóng âm

Từ việc xác định được tần số f (hay chu kì T) và bước sóng λ nhờ dao

động kí điện tử như đã trình bày ở trên, ta dễ dàng tính được vận tốc truyền của

sóng âm theo biểu thức: v = λ / T.

8.3. MÁY VI TÍNH

Ngày nay, máy vi tính đã có mặt ở hầu hết các lĩnh vực của đời sống: trong

sản xuất, kinh doanh, nghiên cứu khoa học, vui chơi giải trí... Chiếc máy tính đầu

tiên hoạt động có chương trình điều khiển ra đời năm 1941, đến nay đã hơn nửa

thế kỉ. Trong quá trình phát triển, máy tính đã trải qua bốn thế hệ. Thế hệ đầu của

máy tính hoạt động dựa trên hoạt động của các rơle điện cơ, thế hệ thứ hai dựa

trên đèn điện tử, thế hệ thứ ba dựa trên đèn bán dẫn. Đến thế hệ cuối, hoạt động

của máy tính dựa trên hoạt động của các vi mạch bán dẫn. Mỗi khi chuyển sang

thế hệ mới, tính năng của máy tính được nâng lên, trong đó đặc biệt là nâng cao

tốc độ tính và bộ nhớ. Đồng thời, máy cũng được giảm nhỏ về kích thước, khối

lượng, giá tiền cũng giảm rõ rệt. Đến nay, máy tính đã rất gọn nhẹ và có tốc độ

tính rất cao (ví dụ như hiện nay, máy tính có tốc độ tới hơn 700 Mhz), kích thước

bộ nhớ rất nhỏ nhưng dung lượng rất lớn ( trên 256 MB) và có thể mở rộng theo

yêu cầu người sử dụng. Cũng vì vậy, máy tính ngày nay được gọi là máy vi tính

(Microcomputer).

8.3.1. Cấu tạo của máy vi tính

1. Cấu tạo phần cứng của máy vi tính

Cấu tạo của máy vi tính bao gồm các bộ phận chính sau đây: đơn vị (hay

gọi là bộ) xử lí trung tâm (Central Processing Unit, viết tắt là CPU), bộ nhớ thứ

cấp (ổ cứng), hệ thống vào, ra (Input/ Output-System) và thiết bị ngoại vi

(Peripheral). Sơ đồ cấu tạo này được trình bày ở Hình 45.

- Đơn vị xử lí trung tâm là nơi lưu trữ, xử lí và điều khiển đặt ở bên trong

máy, bao gồm: đơn vị số học- lôgic (Arithmetic and Logic Unit, viết tắt là ALU),

đơn vị điều khiển (Control Unit, viết tắt là CU) và bộ nhớ sơ cấp trong dạng

RAM hoặc ROM. Ngoài ra, trong đơn vị xử lí trung tâm còn có đồng hồ (Clock)

tạo các xung thời gian chính xác để đồng bộ hoá các thành phần trong CPU.

Đơn vị số học- lôgic có chức năng thực hiện các phép toán về số học, lôgic

và phép tạo mã, còn đơn vị điều khiển thì có nhiệm vụ xác định xem phần nào

của đơn vị số học-lôgic đang hoạt động và đảm nhiệm điều khiển quá trình

chuyển tải dữ liệu. RAM (Random-Access Memory) là bộ nhớ truy cập ngẫu

nhiên. Nó là bộ nhớ sơ cấp đọc và ghi của máy vi tính, trong đó các chỉ lệnh

chương trình và dữ liệu được lưu trữ sao cho bộ xử lí trung tâm CPU có thể truy

nhập trực tiếp vào chúng thông qua buýt (Bus) dữ liệu cao tốc của bộ xử lý đó.

Còn ROM (Read- Only Memory) là bộ nhớ đọc ra, là một phần lưu trữ sơ cấp

trong máy, không bị mất nội dung khi tắt máy. ROM chứa các chương trình hệ

thống cần thiết do hãng sản xuất cài đặt vào, dùng để khởi động máy mà người sử

dụng cũng như máy không thể xoá được.

Hai bộ phận: đơn vị số học-logic và đơn vị điều khiển được chứa trong

một bộ phận gọi là bộ vi xử lí (Microprocessor), hay còn gọi là Chip. Còn bộ nhớ

RAM, ROM thì được lắp ở một chỗ khác (trên Board mẹ hay trên một Card cắm

trên Bus mở rộng).

- Bộ nhớ thứ cấp (đĩa cứng): là một môi trường lưu trữ thứ cấp sử dụng

một số đĩa cứng có phủ vật liệu từ tính và có gắn một đầu đọc trong một hệ cơ

khí gắn kín. Tất cả các chương trình của máy vi tính (ví dụ như Windows, Word,

Turbo Pascal, Ecxel...) hay cơ sở dữ liệu đều được lưu trữ trong các đĩa cứng gắn

trong máy vi tính.

Hình 45. Sơ đồ cấu tạo máy vi tính

- Hệ thống vào, ra (Input/ Output-System) là hệ thống bao gồm các mối

liên kết của bộ vi xử lí và các phân mạch khác trong máy, dùng để đưa các lệnh

chương trình và dữ liệu vào đơn vị xử lí trung tâm và chuyển các kết quả sau khi

đã xử lí ra các bộ phận khác (như màn hình, máy in...).

- Thiết bị ngoại vi (Peripheral) bao gồm hai nhóm thiết bị: thiết bị vào và

thiết bị ra nằm ngoài đơn vị xử lí trung tâm của máy vi tính và được nối với máy

vi tính. Nhóm thiết bị vào gồm bàn phím (dùng để đưa dữ liệu vào máy vi tính

trực tiếp, không qua giá mang tin), con chuột (dùng để định vị các đối tượng trên

màn hình), máy quét ảnh (scanner, dùng để chụp ảnh in trên giấy vào trong bộ

nhớ của máy vi tính). Nhóm thiết bị ra bao gồm: màn hình (monitor hay display,

dùng để hiển thị các dữ liệu ra như thông báo các kết quả tính toán, xử lí của máy

vi tính), máy in (dùng để in các thông tin đã xử lí trong máy ra giấy in), ổ đĩa

(dùng để ghi các dữ liệu trong máy ra các đĩa để lưu trữ).

Trong máy vi tính thì bộ phận quyết định chất lượng của máy là Chip

(Microprocessor). Nó quyết định đến tốc độ tính toán của máy. Chip của các

hãng sản xuất khác nhau cũng có chất lượng khác nhau. Các Chip được sử dụng

trong các máy vi tính hiện nay do các hãng Intel, AMD hoặc Cirix chế tạo.

2. Các loại phần mềm (software) và chức năng của chúng

Phần mềm (software) được sử dụng trong máy vi tính là các chương trình

hệ thống, chương trình tiện ích và chương trình ứng dụng được diễn đạt theo

ngôn ngữ mà máy tính có thể đọc được.

Phần mềm hệ thống (system software) là tất cả các phần mềm được sử

dụng để điều hành và bảo trì một hệ máy vi tính, bao gồm hệ điều hành và các

chương trình tiện ích-phân biệt với các chương trình ứng dụng. Thuộc về phần

mềm hệ thống có thể là chương trình cơ sở (firmware). Các chương trình cơ sở

được nạp cố định trong bộ nhớ chỉ đọc ra (ROM) của máy vi tính, hoặc ở một nơi

khác nào đó trong mạng điện máy vi tính, như các chip BIOS của các máy tính

tương thích IBM chẳng hạn. Người sử dụng không thể thay đổi gì trong nội dung

phần mềm này. Các hệ điều hành được sử dụng trong các máy vi tính hiện nay có

thể kể ra là: DOS, Windows, Macintosh..v..v...

Phần mềm ứng dụng là các chương trình nhằm thực hiện các công việc cụ

thể như xử lí từ, quản lí dữ liệu, vẽ hình, tính toán..., khác với phần mềm hệ

thống dùng để duy trì và tổ chức hệ máy tính, và các chương trình tiện ích nhằm

trợ giúp cho người sử dụng trong việc duy trì và tổ chức hệ đó. Phần mềm ứng

dụng được sản xuất ra rất nhiều. Mỗi một lĩnh vực nghiên cứu, hoạt động có một

hoặc nhiều chương trình ứng dụng khác nhau.

Hiện nay, nhiều cơ sở trong nước ta đã và đang nghiên cứu viết ra các phần

mềm ứng dụng để sử dụng trong các ngành kinh tế quốc dân. Trong dạy học nói

chung và trong dạy học vật lí nói riêng, đã có các phần mềm về ôn tập, kiểm tra

đánh giá hoặc mô phỏng... Mặc dù phần mềm ở Việt nam có nhiều điều kiện phát

triển, song các phần mềm trong lĩnh vực dạy học còn đang trong giai đoạn thử

nghiệm và chưa được sử dụng rộng rãi.

8.3.2. Các chức năng cơ bản của máy vi tính

Sở dĩ ngày nay máy vi tính được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực

của cuộc sống xã hội vì rằng máy vi tính có rất nhiều chức năng ưu việt như sau:

- Trước hết, máy vi tính là thiết bị có thể tạo nên, lưu trữ trong máy và hiển

thị lại trên màn hình một khối lượng thông tin vô cùng lớn dưới dạng văn bản,

hình ảnh và âm thanh mà các giác quan con người có thể tiếp nhận được. Hơn

nữa, việc truy nhập cũng như các trao đổi các nội dung bất kì trong khối lượng

thông tin khổng lồ đó hết sức dễ dàng, nhanh chóng, chính xác, tiện lợi và rẻ tiền

hơn mọi phương pháp thường sử dụng.

- Máy vi tính có khả năng tính toán, xử lí cực nhanh một khối lượng vô

cùng lớn các phép tính với độ chính xác cao mà các máy tính hiện tại không bao

giờ thực hiện được. Chức năng ưu việt này của máy vi tính đã giúp cho con

người thực hiện những khốilượng công việc tính toán vô cùng lớn trong khoảng

thời gian vô cùng nhỏ. Ví dụ: theo phương pháp tính cũ, thời gian tính toán phải

mất một tháng thì nhờ máy vi tính chỉ cần làm trong một phút, hơn nữa kết quả

lại hoàn toàn chính xác. Do vậy, máy vi tính đã được sử dụng trong công việc

nghiên cứu ở mọi lĩnh vực để giải quyết những vấn đề mà trước kia còn chưa giải

quyết nổi.

- Máy vi tính có thể biến đổi cực kì nhanh chóng, chính xác các dữ liệu đã

thu thập được (qua tính toán, xử lí), cho ra các kết quả được hiển thị dưới dạng

chuẩn như: biểu bảng, biểu đồ, đồ thị..., tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên

cứu mà các phương tiện khác không thể làm được với chất lượng và thời gian

như vậy.

- Máy vi tính còn có ưu việt nữa là có thể ghép nối với các thiết bị nghiên

cứu khác để tạo thành một hệ thiết bị mới có chất lượng cao hơn hẳn thiết bị cũ.

Những hệ thiết bị mới này hiện nay thay thế hầu hết các thiết bị cũ trong các lĩnh

vực nghiên cứu khoa học, sản xuất tại các nước phát triển.

- Nhờ phần mềm, thông qua máy vi tính có thể điều khiển hoàn toàn tự

động các quá trình theo chương trình đặt sẵn.

8.3.3. Sử dụng máy vi tính trong dạy học

Do có những tính năng mới và ưu việt nên trong khoảng ba, bốn mươi năm

gần đây, máy vi tính đã được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của xã hội

như: kinh tế, quốc phòng, nghiên cứu khoa học...Trong lĩnh vực giáo dục, người

ta cũng đã và đang nghiên cứu sử dụng máy vi tính trong dạy học.

Nhờ chức năng có thể tạo nên, lưu trữ và hiển thị lại một khối lượng thông

tin vô cùng lớn dưới dạng văn bản, hình ảnh và âm thanh nên máy vi tính được

sử dụng để hỗ trợ giáo viên trong việc minh hoạ các hiện tượng, quá trình tự

nhiên cần nghiên cứu. Tất cả các văn bản, hình ảnh hay âm thanh cần minh hoạ

cho bài học đều có thể được chọn lọc, sắp xếp trong máy vi tính và được trình

bày nhanh chóng với chất lượng cao theo một trình tự tuỳ ý trong giờ học (không

mất thời gian ghi chép, vẽ lại). Máy vi tính thể hiện tính ưu việt của nó hơn hẳn

các phương tiện dạy học khác còn ở chỗ: Ngay tức khắc, theo ý muốn của giáo

viên, nó có thể phóng to, thu nhỏ, làm chậm, làm nhanh, dừng lại quá trình đang

xảy ra hay chuyển sang nghiên cứu quá trình khác.

Nhiều chương trình (phần mềm) đã xây dựng nhằm hỗ trợ cho việc tự học,

tự ôn tập của học sinh, trong đó các yếu tố kích thích hứng thú, phát huy tính tích

cực, tự lực cũng như phát triển trí tuệ của học sinh được hết sức chú trọng. Việc

kiểm tra, đánh giá với sự hỗ trợ của máy vi tính cũng đã và đang được thử

nghiệm trong lĩnh vực dạy học, để đảm bảo được tính khách quan, chính xác cao

của công việc kiểm tra, đánh giá. Nhiều chương trình (phần mềm) tự kiểm tra,

đánh giá đã đảm bảo thực hiện các mối liên hệ ngược trong quá trình dạy học.

Bên cạnh đó, máy vi tính còn sử dụng trong việc mô phỏng, mô hình hoá

các hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu. Nhờ các phần mềm về đồ họa (như

Turbo Pascal..) hay phần mềm thiết kế (trong Computer Aided Design, viết tắt là

CAD)..., ta có thể mô phỏng các hiện tượng, quá trình nghiên cứu thông qua các

dấu hiệu, mối quan hệ có tính bản chất của đối tượng đó để tạo điều kiện thuận

lợi cho qúa trình nhận thức của học sinh. Tương tự như thế, nhờ máy vi tính, ta

có thể xây dựng mô hình về các đối tượng nghiên cứu, giúp cho việc nhận thức

đối tượng đó thuận lợi hơn. Đặc biệt là nhờ máy vi tính và các phần mềm, ta có

thể xây dựng và quan sát mô hình tĩnh hay mô hình động ở các góc độ khác nhau,

trong không gian một, hai hay ba chiều, với đủ loại màu sắc khác nhau có trong

tự nhiên...

Do có khả năng tạo nên, lưu trữ, hiển thị, truy nhập cũng như trao đổi các

nội dung bất kì với khối lượng thông tin khổng lồ dưới dạng văn bản, hình ảnh và

âm thanh nên máy vi tính ngày nay được kết nối với mạng Internet và được sử

dụng như một trong các phương tiện dạy học trên mạng Internet.

8.3.4. Sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lí

Bên cạnh các lĩnh vực sử dụng thường thấy trong các môn học khác như:

học, ôn tập bằng máy, kiểm tra, đánh giá bằng máy, xử lí và tính toán các kết quả

bằng máy..., máy vi tính còn được sử dụng chủ yếu trong dạy học vật lí ở các lĩnh

vực quan trọng sau:

- Mô phỏng các đối tượng vật lí cần nghiên cứu (Computersimulation).

- Hỗ trợ trong việc xây dựng các mô hình (Computer assisted

Modellbuilding).

- Hỗ trợ các thí nghiệm vật lí (Computer assisted Physics Experiments).

- Hỗ trợ cho việc phân tích băng video ghi các quá trình vật lí thực

(Computer assisted Videoanalyse).

Do máy vi tính là thiết bị đa phương tiện có thể ghép nối với các thiết bị

hiện đại khác trong nghiên cứu vật lí và có tính năng hết sức ưu việt trong việc

thu thập dữ liệu, xử lí dữ liệu cũng như trình bày các kết quả xử lí một cách tự

động và cực kì nhanh chóng, chính xác, đẹp đẽ nên nó đã được sử dụng rất thành

công trong các lĩnh vực nêu trên, góp phần giải quyết những khó khăn mà các

phương tiện dạy học trước nó chưa giải quyết được trọn vẹn.

1. Sử dụng máy vi tính trong việc mô phỏng các đối tượng nghiên cứu của

vật lí

Mô phỏng các đối tượng nghiên cứu của vật lí nhờ máy vi tính theo quan

điểm của lí luận dạy học hiện đại là một phương pháp dạy học. Nó xuất phát từ

các tiên đề hay các kết luận lí thuyết (các phương trình hoặc các nguyên lí vật lí)

được viết dưới dạng toán học, thông qua vận dụng các phương pháp tính toán

trên mô hình nhờ máy vi tính để giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Mô phỏng, minh hoạ một cách trực quan và chính xác các hiện tượng,

quá trình vật lí cần nghiên cứu.

- Mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lí, để qua đó tìm ra các kiến thức

mới ( mối quan hệ, qui luật mới...) bằng con đường nhận thức lí thuyết.

a) Mô phỏng, minh hoạ một cách trực quan các hiện tượng, quá trình vật lí

Không phải mọi quá trình xảy ra trong tự nhiên đều dễ quan sát. Đối với

chuyển động của chiếc thuyền, đoàn tàu thì việc quan sát để xác định vị trí của

chúng ứng với từng thời điểm hay quãng đường đi ứng với từng khoảng thời gian

trôi qua là không khó khăn. Nhưng cũng có những quá trình xảy ra trong tự nhiên

không thể quan sát bằng mắt thường để xác định được các đại lượng cần thiết vì

diễn biến của các quá trình này xảy ra quá nhanh hay quá chậm. Điều đó gây khó

khăn trong việc nghiên cứu tìm ra qui luật của chúng. Các quá trình như vậy

được nghiên cứu trong chương trình vật lí phổ thông có thể kể ra ở đây như:

chuyển động rơi, chuyển động ném ngang của một vật, dao động điều hoà, dao

động điện, quá trình phân rã hạt nhân, phóng xạ... Một trong các giải pháp có thể

hỗ trợ cho việc nghiên cứu các quá trình đó có hiệu quả hơn là sử dụng máy vi

tính để mô phỏng các quá trình đó, nghĩa là hiển thị hiện tượng, quá trình nghiên

cứu trên màn hình, làm cho quá trình đó nhanh lên hay chậm đi, dừng lại từng

giai đoạn để giúp ta nghiên cứu dễ dàng (ví dụ như quan sát, thu thập số liệu...).

Tuy nhiên, việc mô phỏng chính xác đến đâu còn phụ thuộc vào hai yếu tố:

- Trước hết, nó phụ thuộc vào mức độ nhận thức của người nghiên cứu về

qui luật phản ánh hiện tượng, quá trình vật lí. Các qui luật này thường được mô tả

bằng các phương trình, hệ phương trình toán-lí.

- Sau đó, nó phụ thuộc vào khả năng của người lập trình , sử dụng ngôn

ngữ máy tính để phản ánh lại các qui luật đó chính xác đến chừng nào trong phần

mềm của máy vi tính. Những phần mềm này nhiều khi các giáo viên vật lí không

tự làm được mà phải do các cán bộ có kĩ thuật lập trình làm.

Ví dụ 1: chương trình mô phỏng "chuyển động của một vật bị ném theo

phương nằm ngang" (được nghiên cứu ở lớp 10)

Như đã biết, vật bị ném theo phương nằm ngang dưới tác dụng của trọng

lực chuyển động rất nhanh mà mắt thường không thể quan sát được rõ ràng như

chuyển động của tàu hoả hay của chiếc thuyền trên sông. Để giúp học sinh hình

dung được chuyển động này, sách giáo khoa đã diễn đạt bằng lời, biểu bảng hay

hình vẽ về các chuyển động thành phần (theo phương ngang do quán tính và theo

phương thẳng đứng do trọng lực) và về chuyển động tổng hợp. Tuy nhiên, điều

đó cũng không dễ dàng và trực quan đối với mọi học sinh. Nhờ máy vi tính, ta có

thể hoàn toàn mô phỏng hiện tượng này một cách trực quan, động bằng cách lập

chương trình sao cho mô phỏng được trên màn hình cả ba chuyển động này xảy

ra đồng thời (chuyển động theo phương ngang, chuyển động theo phương thẳng

đứng và chuyển động tổng hợp). Do đó, tạo điều kiện cho học sinh thấy được bức

tranh chính xác và trực quan về các mối quan hệ giữa các chuyển động thành

phần và chuyển động tổng hợp (tức chuyển động thực của vật).

Việc mô phỏng chuyển động của vật ném ngang được viết thành một

chương trình (phần mềm) theo ngôn ngữ máy tính (ngôn ngữ Turbo Pascal) trong

chế độ màn hình đồ hoạ. Sử dụng phần mềm này, có thể làm được những việc

sau:

- Quan sát trên màn máy vi tính thấy chuyển động của mô hình của vật

(với tư cách là vật được nghiên cứu).

- Khi thay đổi vận tốc ban đầu v0 một cách tuỳ ý thì quĩ đạo cũng thay đổi.

- Làm cho chuyển động của vật chậm hơn so với chuyển động thật trong tự

nhiên để dễ quan sát.

- Có thể làm cho vật dừng lại tại một thời điểm, một vị trí nào đó trên màn

hình, đồng thời cho xuất hiện trên màn hình các thông số muốn biết ở thời điểm

đó (như toạ độ, vận tốc...).

Ví dụ 2: Chương trình mô phỏng "hiện tượng sóng dừng" (được nghiên

cứu ở lớp 12)

Hiện tượng sóng dừng là hiện tượng rất khó hình dung vì tần số dao động

của các phần tử môi trường tạo được trong thí nghiệm (ví dụ sóng dừng trên dây)

hết sức nhanh. Sử dụng máy vi tính và các chương trình mô phỏng hiện tượng

này sẽ giúp học sinh có biểu tượng trực quan, rõ ràng về hiện tượng và qua đó mà

nhận thức được những dấu hiệu bản chất của hiện tượng. Dưới đây là hình ảnh

mô phỏng về sóng dừng trên dây được tạo bởi hai đầu dây cố định và tạo bởi một

đầu dây cố định và một đầu dây tự do (Hình 46).

Hình 46. Sóng dừng được tạo bởi hai đầu dây cố định a) và bởi một đầu

dây cố định, một đầu dây tự do

Hình ảnh mô phỏng sóng dừng được tạo bởi hai đầu dây cố định cho thấy:

tại các đầu dây cố định, pha của sóng tới và sóng phản xạ luôn luôn ngược nhau.

Trái lại, tại sóng dừng được tạo bởi một đầu dây cố định và một đầu dây tự do thì

tại đầu dây tự do, pha của sóng tới và sóng phản xạ luôn luôn trùng nhau.

b) Mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lí để qua đó tìm ra các kiến thức

mới

Ngoài khả năng mô phỏng một cách trực quan và chính xác các hiện

tượng, quá trình vật lí, máy vi tính còn có thể tạo điều kiện để đi sâu vào và tìm

ra các mối quan hệ có tính qui luật của các hiện tượng, quá trình vật lí. Sở dĩ thực

hiện được điều đó là do các chức năng ưu việt trong việc tính toán và xử lí số liệu

của máy vi tính. Vai trò của máy vi tính ở đây là tạo ra các khả năng mới trong

tính toán: khả năng rút ngắn thời gian tính toán và đặc biệt là khả năng có thể tìm

ra lời giải các bài toán (nếu không có máy vi tính thì trong điều kiện ở trường phổ

thông, với công cụ toán học còn thiếu và không được bổ sung thì học sinh không

có khả năng giải được). Nhờ các phần mềm (ví dụ như chương trình cơ bản

Turbo Pascal và các chương trình ứng dụng do người nghiên cứu tự viết ra) được

cài đặt sẵn trong máy, giúp giáo viên và học sinh thực hiện nhanh chóng và tương

đối mĩ mãn các tính toán lí thuyết. Thêm vào đó, máy vi tính có khả năng hiển thị

các kết quả tính toán, xử lí số liệu dưới nhiều dạng trực quan khác nhau, tạo điều

kiện cho học sinh dễ phát hiện ra các mối quan hệ chứa đựng trong đó.

Ta có thể hình dung khả năng này như sau: để giải quyết một vấn đề nào

đó đặt ra trong bài học vật lí, giáo viên và học sinh sử dụng một số tiên đề hay

kết luận lí thuyết (có thể được mô tả bằng các phương trình vật lí), tiến hành các

suy luận lí thuyết trên đó, nhưng do công cụ toán học còn thiếu nên không thể đạt

được tới đích. Do vậy, ở đây cần có sự hỗ trợ của máy vi tính và phần mềm để có

thể giải ra kết quả. Kết quả mà máy tính đưa ra không phải được phát biểu “bằng

lời“ (dưới dạng văn bản) mà biểu thị dưới dạng số, biểu bảng, đồ thị hay các hình

ảnh động. Các dạng đó cho ta biết tồn tại các mối quan hệ mới, có tính qui luật

trong hiện tượng, quá trình vật lí đang nghiên cứu.

Như vậy, việc tìm ra các mối quan hệ mới này được thực hiện trên phương

diện tính toán lí thuyết. Kết quả này phải được kiểm tra bằng thí nghiệm, cũng

giống như mọi kết luận được suy ra theo con đường lí thuyết khác. Các kết luận

đã được kiểm chứng bằng thí nghiệm sẽ dùng để giải thích và tiên đoán các hiện

tượng liên quan.

Ví dụ về việc sử dụng máy vi tính trong việc mô phỏng dao động của con

lắc lò xo, để qua đó tìm ra các kiến thức mới bằng con đường nhận thức lí thuyết

Dao động của con lắc lò xo là một trường hợp điển hình về dao động dưới

tác dụng của lực đàn hồi của một vật có khối lượng m được gắn vào lò xo có khối

lượng không đáng kể. Khi nghiên cứu về dao động của con lắc lò xo, các mối liên

hệ quan trọng sau đây cần được rút ra (trong trường hợp bỏ qua ma sát):

- Dao động của con lắc là một dao động điều hoà.

- Li độ x được mô tả theo định luật hình sin.

- Vận tốc góc ω = k m/ hay chu kì T = m k/ .

- Độ lệch pha giữa x,v và a.

Trường hợp dao động theo phương nằm ngang của con lắc lò xo có khối

lượng m chỉ chịu tác dụng của một lực đàn hồi (bỏ qua lực ma sát) đã được

nghiên cứu ở lớp 12. Trình tự việc nghiên cứu đó như sau:

Xuất phát từ biểu thức: F = - k x (biểu thị mối quan hệ giữa độ dịch

chuyển x của con lắc và lực đàn hồi F) và định luật 2 Niu tơn: F = ma, có thể suy

ra: a = - km

x . Vì a = v’ và v = x’ nên a = x’’. Do đó, ta viết được: x’’ = - km

x.

Đây là phương trình vi phân hạng 2. Khó khăn ở đây mà học sinh lớp 12

gặp phải là chưa thể giải tìm nghiệm x được, mà phải thông báo dạng nghiệm cho

học sinh: x = Asin (ωt +ϕ ), trong đó A và ϕ là hằng số, còn ω = k m/ . Chỉ sau

khi chấp nhận dạng nghiệm đó, ta mới rút ra được các mối liên hệ quan trọng như

đã nêu ở trên.

Có thể nhờ máy vi tính và các phần mềm mô phỏng dao động của con lắc

lò xo để rút ra các mối liên hệ này mà không phải buộc học sinh chấp nhận dạng

nghiệm của phương trình vi phân bậc 2. Trình tự con đường đó như sau:

Khi quan sát dao động của con lắc lò xo, có thể đặt ra vấn đề: dao động của

nó tuân theo qui luật như thế nào? Chu kì dao động phụ thuộc vào các yếu tố nào

(cụ thể phụ thuộc vào m và k như thế nào)? Độ lệch pha giữa x, v và a như thế

nào?. Để giải quyết vấn đề đó theo con đường lí thuyết, trước hết ta cũng dựa

vào các định luật vật lí: định luật Huc: F = - k x, định luật 2 Niu-tơn: F = ma và

các biểu thức động học: vt = vo + a. Δt, xt = xo + v. Δt, t = to + Δt.

Để có thể tiếp tục nghiên cứu dao động của con lắc lò xo và từ đó rút ra

các mối liên hệ có tính qui luật, người ta đã viết chương trình (phần mềm) để mô

phỏng dao động theo phương nằm ngang của con lắc dựa trên các định luật vật lí

và các biểu thức động học nêu trên. Khi cho chương trình hoạt động, sẽ cho phép

hiển thị trên màn hình:

- Hình ảnh về quá trình dao động ngang của con lắc trên trục toạ độ OX,

ứng với mỗi giá trị cho trước k, m, x0, v0 (các điều kiện này có thể thay đổi trên

máy vi tính một cách dễ dàng, theo ý muốn).

- Đồ thị về li độ x, vận tốc v và gia tốc a theo thời gian của con lắc...

Việc quan sát các hình ảnh và đồ thị đó cho phép ta suy ra các mối liên hệ

(định lượng hay bán định lượng) có tính qui luật trong dao động của con lắc. Ví

dụ như: từ việc quan sát hình ảnh về quá trình dao động của con lắc trên trục toạ

độ OX, ta thấy dao động của nó là dao động điều hoà. Khi ta thay đổi trị số k và

giữ nguyên các điều kiện khác, trên màn hình sẽ cho các hình ảnh dao động của

con lắc với các chu kỳ T khác nhau. Từ đó, có thể rút ra mối liên hệ định lượng

giữa k và T, cũng tức là giữa k và ω. Còn khi ta quan sát đồ thị về li độ x và vận

tốc v theo thời gian của con lắc, ta có thể rút ra li độ x cũng như v biến đổi theo

qui luật hình sin. Việc so sánh hai đồ thị này do máy vi tính mô phỏng ở Hình 47

cho phép ta xác định độ lệch pha giữa li độ x và vận tốc v.

Hình 47. Đồ thị sự biến thiên theo thời gian của li độ và vận tốc con lắc lò xo trên màn hình máy vi tính

Như vậy, các mối liên hệ này được tìm ra là hoàn toàn theo con đường lí

thuyết có sự hỗ trợ của máy vi tính và phần mềm tương ứng.

2. Sử dụng máy vi tính hỗ trợ việc xây dựng các mô hình toán học (đồ thị,

biểu thức, phương trình) của các hiện tượng, quá trình vật lí

Khi nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lí mới, người ta tiến hành

quan sát, đo đạc, thu thập phân tích, xử lí số liệu để đi tới nhận thức được các qui

luật chi phối chúng. Việc đầu tiên người ta thử xem các hiện tượng, quá trình này

có tuân theo các qui luật đã biết không. Nếu các hiện tượng, quá trình đang

nghiên cứu, thường là những hiện tượng, quá trình phức tạp không tuân theo các

qui luật đã biết thì việc thử đưa ra, xây dựng một mô hình toán học mới (đồ thị,

biểu thức, phương trình) cho hiện tượng, quá trình vật lí đang nghiên cứu sao cho

giải thích được các kết quả quan sát, đo đạc đã thu thập được trong quá trình

nghiên cứu chúng là hết sức cần thiết và thường được làm trong nghiên cứu vật

lí.

Ví dụ như: khi nghiên cứu chuyển động rơi tự do của một vật, sử dụng phương pháp ngoại suy từ qui luật đã biết về chuyển động thẳng nhanh dần đều của một vật trên mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng của mặt phẳng 0<α<900) cho

1

trường hợp giới hạn (α=900), ta đưa ra giả thuyết: chuyển động rơi tự do của vật

là chuyển động thẳng nhanh dần đều. Vì vây, mối liên hệ giữa quãng đường s mà

vật đi được và thời gian t để đi hết quãng đường đó sẽ phải là s~t2. Việc thu thập

các số liệu, tính toán và dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa s và t trong thí

nghiệm sau đó đã khẳng định hệ quả và do đó cũng xác nhận giả thuyết đã nêu

trên.

Nhưng khi nghiên cứu chuyển động rơi của một vật trong không khí, do có

lực cản của không khí tác dụng vào vật nên việc đề xuất giả thuyết, tìm ra qui luật

của chuyển động rơi này và qua đó, tính được các đại lượng đặc trưng của chuyển

động như độ lớn của lực tác dụng vào vật, trị số của gia tốc rơi và đặc biệt là hệ số

cản của không khí là hết sức khó khăn nếu chỉ sử dụng các thiết bị thí nghiệm

hiện có. Ở đây, với sự hỗ trợ của máy vi tính và phần mền "GALILEO- Nghiên

cứu chuyển động cơ học", nghiên cứu theo phương pháp mô hình, ta có thể đạt

được các điều nói trên một cách đơn giản.

Trước hết, quan sát hiện tượng thả rơi một quả bóng (khối lượng m=0,1 kg,

có tiết diện hiệu dụng A=0,066 m2) trong không khí (khối lượng riêng ρ = 1,3 kg/

m3) từ một độ cao 9,00 m. Nhờ các phương tiện đo, ta xác định toạ độ x, y và thời

điểm tương ứng, lập bảng số liệu đo của vật chuyển động và vẽ đồ thị y-t (Hình

48).

2

Hình 48. Bảng số liệu x, y, t và đồ thị y- t của quá bóng rơi trong không khí

Nhìn vào bảng số liệu và dạng đồ thị y-t thu được, ta thấy: phần đầu của đồ

thị có dạng như Parapol (giống như dạng đồ thị chuyển động rơi tự do) nhưng

càng về sau thì dạng đồ thị càng thẳng ra và ở đoạn cuối thì dạng đồ thị là đường

thẳng (khi đó lực cản cân bằng với trọng lực, vật chuyển động đều).

Trước hết, ta dự đoán lực tác dụng vào vật gồm trọng lực Fyo theo phương

rơi Oy và lực cản của không khí tỉ lệ với v2 theo công thức của Niu-tơn: Fc =

C.vy02 (với C= cc ρA/2), trong đó cc là hệ số cản của không khí, ρ là khối lượng

riêng của không khí; A là tiết diện hiệu dụng của vật rơi và vyo là vận tốc ban đầu

theo phương Oy của vật, nghĩa là ta dự đoán lực tác dụng vào vật về độ lớn có giá

trị: F=Fyo - C.vy02.

Sau khi chọn lực đó, phần mềm sẽ giúp ta áp dụng ngay hợp lực đó cho

trường hợp ta xét. Bên trái màn hình sẽ xuất hiện ngay một cửa sổ để ta có thể thử

vẽ một đồ thị lí thuyết tương ứng với các giá trị ban đầu theo x, y (cụ thể ở đây là

y0 = 8,01m, vy0=1,66m/s) và các giá trị của C =0,023, Fy0=- 0,86 N. Đó là đồ thị

(Hình 49- đường liền nét) ứng với các giá trị ban đầuyo và vyo và các giá trị của C,

Fy0 này. Ta so sánh đồ thị mới vẽ này với đồ thị thu được từ thực nghiệm (đường

nối các ô vuông nhỏ), thấy rằng: chúng chưa trùng nhau, chứng tỏ đồ thị mới vẽ

chưa phản ánh đúng qui luật chuyển động rơi của vật đang nghiên cứu.

3

Hình 49. Đồ thị lí thuyết chưa trùng khít với đồ thị thực nghiệm

Bây giờ, đến lúc ta phải nhờ sự hỗ trợ của phần mềm để điều chỉnh đồ thị lí

thuyết (mô hình) cho phù hợp (phản ánh đúng) với qui luật chuyển động đang

nghiên cứu. Phần mềm sẽ giúp ta thay đổi các giá trị ban đầu và các giá trị của C,

Fy0 sao cho đồ thị lí thuyết trùng sát nhất với đồ thị thực nghiệm. Khi đó, chỉ cần

đọc các giá trị ban đầu và các giá trị của C, Fy0 , ta sẽ biết được qui luật chuyển

động của vật rơi đang xét (Hình 50).

Hình 50. Đồ thị lí thuyết trùng khít với đồ thị thực nghiệm

Hình 50 cho thấy: giá trị của C= 0,019 và Fy0=- 0,98. Từ đây, ta có thể xác

định được độ lớn một số đại lượng vật lí, ví dụ như độ lớn gia tốc trọng trường

g=Fy0/m = - 0,98 N/0,1 kg = - 9,8m/s2. (Dấu trừ chứng tỏ gia tốc hướng xuống

dưới).

Trong trường hợp đang nghiên cứu, ta có: ρ = 1,3 kg/m3 , và A (tiết diện

hiệu dụng của quả bóng) = 0.066 m2 nên hệ số cản cc sẽ được xác định như sau: cc

= 2.C /ρA = 2. 0,019/ 1,3. 0,066 = 0,44.

4

Ngoài ra, ta còn thấy vận tốc ban đầu theo phương Oy là vy0 của vật có giá

trị: vy0 = -1,22m/s và độ cao ban đầu của vật y0= 8,97m (với sai số là 0,03m).

Với các giá trị này, ta xây dựng được phương trình (mô hình) mô tả qui luật

chuyển động của vật. Từ phương trình này, ta có thể xác định được các đại lượng

liên quan đến chuyển động của vật ở tất cả các thời điểm khác mà không cần phải

đo cụ thể. Với ý nghĩa đó, máy vi tính và phần mềm đã hỗ trợ trong việc xây dựng

phương trình (mô hình) mô tả qui luật chuyển động của vật.

a) Các bước trong việc xây dựng mô hình toán học nhờ máy vi tính

Với sự trợ giúp của máy vi tính, nhiều mô hình toán học về các hiện tượng,

quá trình vật lí có thể được xây dựng với sự tham gia của học sinh. Quá trình xây

dựng mô hình về các hiện tượng, quá trình vật lí có thể theo các giai đoạn sau:

- Quan sát hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu

Nhu cầu đề xuất một mô hình mới thường xuất phát từ việc tìm các cơ sở

khoa học để giải thích các kết quả quan sát, số liệu thu thập được trong khi nghiên

cứu một hiện tượng, quá trình vật lí trong tự nhiên hay trong phòng thí nghiệm.

Vì vậy, trước khi xây dựng mô hình về hiện tượng, quá trình vật lí, điều quan

trọng là cần phải quan sát tỉ mỉ hiện tượng, quá trình đó và tiến hành các phép đo,

thu thập các số liệu, biểu thị số liệu dưới dạng bảng hay đồ thị. Nhiều khi việc

quan sát và đo đạc thu thập số liệu phải tiến hành, bổ sung nhiều lần để có đủ cơ

sở dữ liệu cho việc phân tích, tổng hợp đưa ra các giả thuyết về các mối liên hệ có

tính qui luật tồn tại trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu.

- Đưa ra giả thuyết về các mối liên hệ có tính qui luật của một số đại lượng

vật lí trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu

Để giải thích những dữ liệu thu thập do quan sát, đo đạc thì trước hết cần

phải đề xuất giả thuyết về cấu trúc, tính chất hay mối liên hệ định lượng có tính

qui luật của một số đại lượng vật lí trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu.

5

Ví dụ như quan sát sự rơi trong không khí và từ các số liệu thu thập được,

vẽ đồ thị sự phụ thuộc của độ cao vật vào thời gian, cho ta thấy: khoảng thời gian

đầu, vật rơi theo qui luật rơi tự do, đến thời điểm nào đó thì rơi đều. Từ đó, người

ta đưa ra giả thuyết về gia tốc của vật rơi trong không khí không những phụ thuộc

trọng lực mà còn phụ thuộc cả vào lực cản của không khí. Hơn nữa, lực cản này

phụ thuộc vào độ lớn của vận tốc... Như vậy, trước hết là người nghiên cứu phải

từ những dữ liệu thu thập do quan sát, đo đạc,... để đề xuất ra giả thuyết về cấu

trúc, tính chất hay mối liên hệ của một số đại lượng vật lí trong hiện tượng, quá

trình đang nghiên cứu. Để có thể giải thích một cách chính xác, sâu sắc các hiện

tượng, quá trình tự nhiên, các giả thuyết về cấu trúc, tính chất hay mối liên hệ của

một số đại lượng vật lí này phải mang tính chất định lượng, nghĩa là phải biểu thị

bằng các phương trình toán học. Ví dụ như: trong trường hợp vật rơi trong không

khí thì cần phải đưa ra giả thuyết về sự phụ thuộc cuả gia tốc vật rơi vào trọng lực

và phụ thuộc vào vận tốc rơi thông qua các biểu thức toán học cụ thể. Việc đưa ra

giả thuyết dưới dạng các biểu thức toán học như vậy là điều khó đối với học sinh,

vì nó đòi hỏi phẩm chất tư duy sáng tạo.

- Kiểm tra giả thuyết (mô hình toán học)

Sau khi đưa ra giả thuyết (mô hình) việc kiểm tra giả thuyết đó là đúng hay

sai (thông qua kiểm tra hệ quả rút ra từ nó) cũng là việc khó khăn, không dễ dàng.

Ví dụ như: sau khi đưa ra mô hình về chuyển động rơi trong không khí là một

phương trình định luật 2 Niu-tơn, với một biểu thức cụ thể của lực việc tiến hành

tính toán với các phương tiện truyền thống trong các trường hợp cụ thể theo

phương trình đó để xem kết quả tìm được có phù hợp với các kết quả quan sát

không là hết sức khó khăn, phức tạp và mất rất nhiều thời gian, không thể thực

hiện trên lớp.

Tuy nhiên, hiện nay, khó khăn đó có thể được giải quyết với sự trợ giúp của

máy vi tính và các phần mềm. Nhờ máy vi tính việc tính toán, đối chiếu các kết

6

quả tính toán với các kết quả quan sát trong thực nghiệm (cũng như việc xây dựng

các mô hình phức tạp) hoàn toàn có thể tiến hành dễ dàng đối với học sinh trong

thời gian trên lớp, vì rằng: với các phần mềm, máy vi tính thực hiện các công việc

đó cực kì nhanh, chính xác và cho ra các kết quả cũng như cách trình bày các kết

quả này khoa học như ý muốn. Ví dụ như: với các phần mềm này, học sinh sau

khi đưa ra dự đoán về biểu thức của lực tác dụng, họ có thể dùng bàn phím máy vi

tính điền một dòng kí tự (theo sự hướng dẫn của phần mềm) để xác định biểu thức

lực tương ứng đó, và các dòng kí tự này với tính cách là một bộ phận trong phần

mềm xây dựng mô hình. Sau đó, cho chương trình chạy, sẽ cho hiện trên màn

hình kết quả của quá trình rơi trong không khí tuân theo qui luật tác dụng của lực

đã dự đoán ở trên. Đối chiếu quá trình đó với quá trình quan sát trong thực

nghiệm hay trong thực tiễn, ta sẽ đánh giá được sự phù hợp của mô hình với thực

tiễn. Nếu kết quả do máy vi tính đưa ra phù hợp với thực tiễn thì đến đây, mô

hình mới được hoàn toàn chấp nhận và xây dựng xong. Nếu có sai lệch thì học

sinh lại thảo luận và điều chỉnh mô hình cho đến khi kết quả quan sát trên màn

hình hoàn toàn phù hợp với kết quả quan sát trong thực nghiệm hay trong thực

tiễn.

b) Ví dụ về việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ việc xây dựng mô hình toán

học

Để minh họa những điều trình bày trên, dưới đây là một ví dụ về sử dụng

máy vi tính hỗ trợ việc xây dựng mô hình khi nghiên cứu dao động của vật có lực

cản.

- Quan sát và thu thập các số liệu về quá trình dao động của con lắc khi có lực

cản

7

Khi quan sát dao động của con lắc có lực cản, ta thấy biên độ dao động của nó

giảm dần và dao động dừng lại sau một số chu kì nhất định. Nếu dùng các thiết bị

ghi toạ độ của vật theo thời gian và vẽ đồ thị về mối quan hệ giữa li độ dao động

theo thời gian x-t thì ta sẽ được đồ thị có dạng như Hình 51.

Hình 51. Đồ thị thu được qua thí nghiệm về sự biến thiên của li độ dao

động

theo thời gian

- Đưa ra giả thuyết (mô hình) để giải thích những số liệu, đồ thị thu được

về mối quan hệ giữa x và t trong hiện tượng dao động của vật có lực cản

Để giải thích hiện tượng, những số liệu cũng như dạng đồ thị quan sát và

thu được ở trên, trước hết cần phải đề xuất giả thuyết về qui luật chuyển động của

vật, tức là phải đưa ra một dạng phương trình động lực học (phương trình định

luật 2 Niu-tơn) mà chuyển động của vật tuân theo.

Dựa vào những hiểu biết về dao động của vật khi chỉ có lực đàn hồi của lò

xo (không có lực cản), phương trình định luật 2 Niu-tơn được viết dưới

dạng: amFdh .= thì suy ra trong trường hợp có thêm lực cản, vế trái của phương

trình phải có thêm lực cản. Lúc đó phương trình được viết là: amFF Cdh .=+ .

Lực đàn hồi như đã biết phụ thuộc vào li độ x và hệ số đàn hồi của lò xo k

và có biểu thức là kx, song lực cản ở đây phụ thuộc vào những đại lượng nào và

8

biểu thức của nó như thế nào thì học sinh phải tự phán đoán và thử đưa ra giả

thuyết. Tất nhiên là học sinh có thể đưa ra các giả thuyết khác nhau về sự phụ

thuộc của lực cản vào các đại lượng cũng như đưa ra các biểu thức khác nhau.

Giả sử có nhóm học sinh đưa ra giả thuyết rằng: lực cản phụ thuộc vào vận tốc

chuyển động của vật và biểu thức của nó là: vbFC .−= . Khi đó, phương trình của

định luật 2 Niu-tơn viết cho vật dao động có lực cản (mà đồ thị x-t của nó đã được

vẽ ở bước 1 ở trên) là:

- kx - b.dx/ dt = m. d2x/ dt2

hay

d2x/ dt2 + (b/ m). dx/ dt + (k/ m).x = 0.

Các hệ số k, b cũng như khối lượng m của vật trong phương trình này được học

sinh dự đoán có một giá trị cụ thể, ví dụ như: k = k1, b = b1 và m = m1. Khi này,

phương trình có dạng cụ thể là:

d2x/ dt2 + (b1/ m1). dx/ dt + (k1/ m1).x = 0

Liệu phương trình này có mô tả đúng chuyển động của vật có đồ thị đã ghi được ở

trên không? Đây là phương trình vi phân mà học sinh ở lớp 12 không giải được.

Như vậy, giả thuyết (mô hình) mà học sinh đưa ra không thể kiểm chứng là đúng

hay sai. Tất nhiên, các nhóm học sinh khác còn đưa ra các mô hình khác, song

chắc chắn là với các phương tiện tính toán truyền thống không có cách nào nhanh

chóng để xác nhận hay bác bỏ mô hình của họ đưa ra.

- Kiểm tra giả thuyết (mô hình) nhờ máy vi tính

Nhờ máy vi tính phương trình này có thể giải ngay được trong vài giây và

có thể hiển thị ngay trên màn hình đồ thị x - t ứng với bộ giá trị m1, k1 và b1. Máy

vi tính tạo điều kiện thuận lợi cho việc so sánh đồ thị này với đồ thị ghi được

trong quan sát thực nghiệm. Nếu dạng của đồ thị này hoàn toàn trùng với đồ thị

9

ghi được trong quan sát thực nghiệm thì phương trình (mô hình) mô tả chuyển

động của vật có lực cản

d2x/ dt2 + (b1/ m1). dx/ dt + k1/ m1.x = 0

của học sinh đưa ra là đúng (chấp nhận). Nếu dạng của đồ thị này không trùng với

đồ thị ghi được trong quan sát thực nghiệm thì phương trình (mô hình) này là sai.

Trong trường hợp này, máy vi tính sẽ giúp học sinh dễ dàng điều chỉnh các giá trị

của k, b và m sao cho đồ thị ứng với các giá trị mới (ví dụ k = k n, b = bn và m =

mn) hoàn toàn trùng với đồ thị ghi được trong quan sát thực nghiệm. Đồ thị dưới

đây (Hình 52) do máy vi tính xây dựng ứng với kn = 0,1 ; , bn = 0,02 và mn =

0,05.

Hình 52. Đồ thị do máy vi tính xây dựng về sự biến thiên của li độ dao động

theo thời gian

Khi này, nó hoàn toàn trùng khít với đồ thị ghi được trong quan sát thực

nghiệm. Điều đó nghĩa là phương trình (mô hình):

d2x/ dt2 + (0,02/ 0,05). dx/ dt + 0,1/ 0,05.x = 0

chính là phương trình mô tả đúng chuyển động của vật và đó là phương trình (mô

hình) cần tìm.

Như vậy, quá trình xây dựng, kiểm tra giả thuyết (mô hình) đã xong. Thông

thường, quá trình kiểm tra giả thuyết nhờ máy vi tính như vậy chỉ mất khoảng 2-3

phút.

10

3. Sử dụng máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí

Trong các ứng dụng của máy vi tính vào dạy học vật lí thì việc sử dụng

máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí là một trong các ứng dụng đặc trưng nhất

của nó. Hình 53 biểu diễn sự ghép nối băng đệm khí với máy vi tính để nghiên

cứu chuyển động thẳng.

Hình 53. Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng với bộ băng đệm khí

được ghép nối với máy vi tính

Để hỗ trợ các thí nghiệm vật lí thì máy vi tính cần được ghép nối với các

thiết bị thí nghiệm. Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm được ghép nối với máy vi

tính về nguyên tắc được thể hiện ở hình sau:

Theo sơ đồ này, việc thu thập các số liệu đo về đối tượng nghiên cứu được

đảm nhiệm bởi bộ phận có tên là “bộ cảm biến”. Nguyên tắc làm việc của bộ cảm

biến như sau: trong bộ cảm biến, các tương tác của đối tượng đo lên bộ cảm biến

dưới các dạng khác nhau như cơ, nhiệt, điện, từ, quang,... đều được chuyển thành

Đối

tượng đo

Bộ cảm

biến (Sensor)

Thiết bị

ghép tương thích

Máy vi tính

có phần mềm xử lí số liệu

Màn hìnhhiển thị

(Monitor

11

tín hiệu điện. Tuy nhiên, mỗi một bộ cảm biến nói chung chỉ có một chức năng

hoặc chuyển tín hiệu cơ sang tín hiệu điện hoặc chuyển tín hiệu quang sang tín

hiệu điện... Vì vậy, ứng với từng phép đo khác nhau mà người ta phải dùng các bộ

cảm biến khác nhau. Ví dụ như: để đo lực, ta dùng bộ cảm biến lực (Force

Sensor), tại đây các thay đổi về lực (cơ học) trong quá trình tương tác sẽ được

chuyển thành tín hiệu điện. Để xác định vị trí và thời điểm tương ứng của vật tại

vị trí nào đó, người ta dùng bộ cảm biến chuyển động (Motion Sensor) của hãng

Pasco (Mĩ) bộ cảm biến chuyển động (Movement Sensor) hay bộ cảm biến có tên

là thiết bị chắn sáng (Light Barrier) ) của hãng Phywe (CHLB Đức). Tuy có cùng

chung một chức năng song nguyên tắc hoạt động của các bộ cảm biến này cũng

khác nhau. Tại bộ cảm biến chuyển động (Motion Sensor) của hãng Pasco (Mĩ),

thì tín hiệu của sóng siêu âm được chuyển sang tín hiệu điện, còn ở bộ cảm biến

chuyển động (Movement Sensor) hay bộ cảm biến khác có tên là thiết bị chắn

sáng (Light Barrier) của hãng Phywe (CHLB Đức) thì các tín hiệu quang được

chuyển sang tín hiệu điện.

Sau khi tín hiệu điện được hình thành tại bộ cảm biến, nó sẽ được chuyển

qua dây dẫn đến bộ phận tiếp theo trong hệ thống có tên là “thiết bị ghép tương

thích”. Tại thiết bị ghép tương thích này, các tín hiệu điện sẽ được số hoá một

cách hợp lí để đưa vào máy vi tính, (bởi vì máy vi tính chỉ làm việc với các tín

hiệu đã được số hoá). Như vậy, các tín hiệu đã được số hoá này được coi là cơ sở

dữ liệu và có thể lưu trữ lâu dài trong máy vi tính.

Đối với việc thu thập số liệu đo, ứng với mỗi phép đo các đại lượng khác

nhau, thường phải dùng các bộ cảm biến khác nhau. Còn đối với việc số hoá các

tín hiệu điện từ bộ cảm biến chuyển tới, người ta thường chế tạo một bộ ghép

tương thích (Interface) có thể dùng số hoá cho tín hiệu điện của nhiều loại bộ cảm

biến như: chuyển động, gia tốc, lực, áp suất, nhiệt độ, âm, ánh sáng... Các bộ ghép

12

tương thích này có thể được lắp đặt vào bên trong của máy vi tính, hoặc ở ngoài

tuỳ theo kích thước của chúng.

Để các bộ ghép tương thích này có thể hoạt động sau khi đã lắp vào trong

máy vi tính hay sau khi đã nối với máy vi tính, cần phải có một phần mềm cài đặt.

Phần mềm này được cung cấp kèm theo bộ ghép tương thích khi ta mua. Cần chú

ý rằng: các bộ ghép tương thích này có thể dùng cho các loại máy vi tính hoạt

động trong môi trường Macintosh hoặc máy vi tính hoạt động trong môi trường

MS- DOS hay Windows.

Sau khi các tín hiệu đã được số hoá, có thể sử dụng máy vi tính đã cài đặt

phần mềm thích hợp để tính toán, xử lí theo mục đích của người nghiên cứu. Ví

dụ như ta có thể lập bảng số liệu về mối quan hệ giữa các đại lượng mà bộ cảm

biến đã thu thập được hay vẽ đồ thị về mối quan hệ này, hoặc xử lí tuỳ theo ý

muốn nếu phần mềm cho phép. Thường thì các chuyên gia khi viết phần mềm đã

lường hết tất cả các thuật toán mà người nghiên cứu có thể dùng đến để đưa vào

nội dung của phần mềm cài đặt trong máy vi tính.

Hình 54 là ví dụ về đồ thị quan hệ giữa quãng đường s và thời gian t và đồ

thị quan hệ giữa quãng đường s và t2 trong một chuyển động thẳng nhanh dần đều

được tạo nên nhờ máy vi tính trong thí nghiệm với thiết bị băng đệm khí ghép nối

với máy vi tính sử dụng phần mềm COMEX

13

a) b)

Hình 54. Đồ thị sự phụ thuộc của quãng đường vào thời gian (a) và vào bình

phương thời gian (b) trong chuyển động thẳng nhanh dần đều

Như vậy, sau khi máy vi tính đã tính toán, xử lí xong, tất cả các kết quả đều

có thể được hiện thị dưới dạng số, biểu bảng, đồ thị trên màn hình hoặc in ra giấy

qua máy in hoặc được lưu trữ lại trong máy vi tính.

Sử dụng máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí đòi hỏi các thiết bị khá đắt

tiền nên hiện nay các thiết bị này mới được trang bị ở một số ít trường phổ thông

nước ta.

4. Sử dụng máy vi tính hỗ trợ việc phân tích băng video ghi các quá trình

vật lí thực

Một trong các ứng dụng hết sức quan trọng của máy vi tính trong dạy học

vật lí là hỗ trợ cho việc phân tích băng video ghi các hiện tượng, quá trình vật lí

thực cần nghiên cứu.

Việc ghi quá trình vật lí thực vào băng hình và quay chậm lại tạo điều kiện

hết sức thuận lợi cho việc quan sát đối tượng nghiên cứu. Tuy nhiên, việc sử dụng

băng hình này còn khó khăn, thường mất nhiều thời gian nhất trong việc thu thập

số liệu đo, thực hiện các phép tính toán trong khi phân tích và xử lí số liệu cũng

như trong việc trình bày các kết quả xử lí đó.

14

Để tạo điều kiện cho việc thu thập (đo đạc và ghi chép) số liệu và đặc biệt

cho việc thực hiện các phép tính toán trong khi phân tích và xử lí số liệu cũng như

cho việc trình bày các kết quả xử lí đó một cách chính xác và cực nhanh, người ta

đã đưa ra phương pháp: phân tích các băng ghi hình nhờ máy vi tính và các phần

mềm tương ứng.

Nguyên tắc của phương pháp này như sau: vì máy vi tính và các phần mềm

chỉ làm việc, tính toán với các cơ sở dữ liệu đã được số hoá nên trước hết, băng

ghi hình về quá trình vật lí thật đang chứa những tín hiệu dạng thực (Analog) phải

được chuyển thành các tín hiệu dưới dạng số. Quá trình chuyển các tín hiệu thực

sang dạng tín hiệu số gọi là quá trình số hoá. Việc số hoá này được tiến hành nhờ

một bộ phận đặc biệt gọi là Card số được cài đặt trong máy vi tính. Như vậy, sau

khi số hóa, các tín hiệu về quá trình vật lí này được lưu trữ trong máy vi tính dưới

dạng các tín hiệu số. Những tín hiệu hình đã được số hoá này với tư cách là các số

liệu, dữ kiện có thể được lưu trữ trong đĩa mềm, đĩa CD hay ổ cứng. Các máy vi

tính thông thường (hiện đang dùng trong các trường phổ thông Việt nam) dễ dàng

sử dụng các số liệu, dữ kiện này để phân tích, xử lí tính toán. Muốn các máy vi

tính này có thể làm được điều đó, cần cài đặt một phần mềm trong máy để giúp

việc đọc các tín hiệu đã được số hoá hiển thị lại quá trình vật lí trên màn hình, thu

thập, xử lí các số liệu (lập bảng, vẽ đồ thị về các mối quan hệ của các đại lượng,

tiến hành các tính toán khác...). Như vậy, tất cả tất cả tín hiệu về hiện tượng, quá

trình nghiên cứu sau khi số hoá, được lưu trữ trong đĩa mềm, CD...có thể được

máy vi tính sử dụng để nghiên cứu các quá trình vật lí đó.

Các giai đoạn sử dụng máy vi tính để hỗ trợ việc sử dụng các băng ghi

hình trong nghiên cứu các quá trình vật lí:

a) Quan sát quá trình vật lí cần nghiên cứu

Nhờ các tín hiệu về quá trình vật lí đã được số hoá và phần mềm trong máy

vi tính, giáo viên hoặc học sinh có thể quay lại quá trình vật lí thực trên màn hình

15

của máy vi tính để nghiên cứu nó một cách tỉ mỉ. Nhờ chức năng của phần mềm,

trước hết ta có thể cho hình chuyển động như trong thực tế, sau đó có thể cho nó

chuyển động chậm lại, chuyển động từng giai đoạn hay đứng yên tuỳ theo mục

đích nghiên cứu.

Hình ảnh dưới đây (Hình 55) là một ví dụ về việc quay lại hiện tượng ném

xiên quả bóng rổ nhờ máy vi tính và phần mềm Galileo.

Hình 55. Chuyển động của quả bóng rổ được ném xiên

b) Xác định toạ độ và thời điểm tương ứng của vật chuyển động

Nhờ phần mềm, có thể đặt trục toạ độ thích hợp vào màn hình trong đó

đang có hình ảnh về quá trình chuyển động đang nghiên cứu. Sau đó, người

nghiên cứu dùng chuột để xác định toạ độ của vật chuyển động và thời điểm

tương ứng. Thường thì việc xác định toạ độ của vật chuyển động và thời điểm

16

tương ứng được tự động hoá đồng thời với việc lập bảng số liệu và vẽ đồ thị. Thời

gian làm việc này thường chỉ cần khoảng vài ba phút.

c) Lập bảng số liệu về quan hệ giữa toạ độ và thời gian trong chuyển động

Số liệu quan trọng nhất cần có khi nghiên cứu quá trình động học là bảng

số liệu về quan hệ giữa toạ độ (kí hiệu là x trong chuyển động thẳng và x,y trong

chuyển động cong) và thời gian trong chuyển động (bảng quan hệ x hay x,y và t).

Bảng số liệu này có thể dễ dàng lập được đồng thời với việc vẽ đồ thị tương ứng

nhờ phần mềm đã cài đặt trong máy vi tính (như trên đã trình bày). Hình ảnh dưới

đây (Hình 56) cho thấy bảng số liệu và đồ thị y- x của vật quả bóng rổ bị ném

xiên được xây dựng nhờ máy vi tính.

d) Phân tích, xử lí số liệu và trình bày kết quả của việc phân tích, xử lí này

Dựa trên bảng số liệu cũng như đồ thị về toạ độ và thời gian này, người

nghiên cứu sẽ suy nghĩ dự đoán xem liệu quá trình vật lí đang nghiên cứu tuân

theo các qui luật nào. Để làm được điều đó, thông thường ta phải tiến hành nhiều

Hình 56. Bảng số liệu và đồ thị y- x của quả bóng rổ được ném xiên

17

phép tính toán tiếp theo như lập các bảng hay vẽ đồ thị về các mối quan hệ v-t, a-

t, y-x... Tất cả công việc đó đều có thể nhờ phần mềm thực hiện ngay trong vài

giây, dẫu phải tiến hành hàng trăm, nghìn phép tính. Các kết quả này được trình

bày chính xác, đẹp đẽ trên màn hình dưới dạng bảng hay đồ thị tuỳ theo mong

muốn. Các bảng hay các đồ thị này sẽ giúp ta tìm ra các qui luật tiềm ẩn trong đó.

Hình 57 cho ta thêm bảng số liệu cũng như đồ thị x-t được tạo ra nhờ máy

vi tính.

Hình 57. Bảng số liệu và đồ thị x- t của quả bóng rổ được ném xiên

e) Rút ra các qui luật của quá trình được nghiên cứu Việc rút ra các qui luật của quá trình vật lí đang nghiên cứu là một trong

các mục đích quan trọng nhất của quá trình nghiên cứu. Ở giai đoạn trên, ta đã có

các bảng hay các đồ thị mô tả về các mối quan hệ của các đại lượng vật lí đặc

trưng cho quá trình đó. Tuy nhiên, việc rút ra được các qui luật từ các bảng hay

các đồ thị này thường là rất khó trong dạy học vật lí. Trước khi tìm ra qui luật, ta

thường phải so sánh các số liệu của bảng hay dạng đồ thị của chuyển động xem

18

nó có tuân theo một qui luật đã biết nào không và lập được phương trình biểu diễn

nó. Ví dụ như: ta đang nghiên cứu chuyển động của vật ném xiên theo một góc

bất kì. mà quĩ đạo của nó quan sát tháy trên màn hình có dạng Parapol thì như ta

đã biết, quĩ đạo này được mô tả bằng phương trình bậc hai y= ax2 + bx + c, nhưng

rất khó xác định trị số của các hệ số a, b, c này. Nhưng với phần mềm đã cài đặt

sẵn trong máy vi tính, ta có thể làm được điều đó. Cách làm như sau: trước hết, ta

vẽ trên màn hình đồ thị của một phương trình y= a1 x2 + b1 x + c1 với các hệ số a1 ,

b1 , c1 tuỳ ý. Sau đó, thay đổi dần giá trị các hệ số a1 , b1, c1 trong phương trình

quĩ đạo này để được một đồ thị trùng sát nhất với quĩ đạo thật của vật đã ghi

được. Như vậy, phương trình y= a1 x2 + b1 x + c1 ứng với các hệ số a1 , b1 , c1

chọn cuối cùng mô tả sát nhất quĩ đạo (qui luật quan hệ giữa toạ độ y và x) của

chuyển động đang nghiên cứu.

Hiện nay, đã có các phần mềm cho phép người nghiên cứu xác định hết sức

nhanh chóng và chính xác dạng phương trình biểu diễn đồ thị trên màn hình máy

vi tính bằng các cách sau:

- Cho phép ta thay đổi rất nhanh các hệ số trên, ứng với mỗi lần thay đổi đó

hiển thị ngay đồ thị tương ứng trên cùng trục toạ độ có đồ thị thực của vật để ta

tiện so sánh, tạo điều kiện trong khoảng một vài phút là chọn được hệ số phù hợp

sao cho đồ thị với các hệ số đó trùng sát nhất với đồ thị thực.

- Đưa ra các đường cong mẫu (các quĩ đạo mẫu và các phương trình với các

hệ số cụ thể biểu thị chúng) để ta lựa chọn một đường cong mẫu sao cho đường

cong mẫu này trùng khít nhất với quĩ đạo thật ghi được trong thực nghiệm.

Hình 58 cho ta hình ảnh về cách xác định hệ số theo cách thứ nhất để có

được một đồ thị trùng khít nhất với đồ thị thực của vật (quả bóng rổ) bị ném xiên

ghi được trong thực nghiệm. Trong thực nghiệm, ta thu được các điểm đánh dấu

bằng hình chữ nhật. Ta cần xác định vật chuyển động với vận tốc ban đầu theo

trục x và trục y cũng như với gia tốc trọng trường là bao nhiêu. Trên màn hình

19

cho thấy: đồ thị liền nét ứng với các hệ số vx0 = 4,49 (m/s), vy0 = 8,48 (m/s) và

ay0 =

-9,8(m/s2) gần như trùng khít với các điểm thu được trong thực nghiệm. Như vậy,

có thể coi vật chuyển động với vx0 = 4,49 (m/s), vy0 = 8,48 (m/s) và ay0 = -9,8

(m/s2).

Mặc dù có khá nhiều ưu điểm cơ bản, song phân tích các băng ghi hình nhờ

máy vi tính phương pháp này có một số khó khăn chủ yếu về mặt kĩ thuật sau:

- Các băng ghi hình về các hiện tượng, quá trình vật lí cần phải được số hoá

mới sử dụng được theo phương pháp này.

- Muốn lưu trữ một quá trình xảy ra trong một phút thì trong máy cần có

dung lượng ở ổ cứng khoảng 1GB.

- Giáo viên và học sinh cần làm quen với việc sử dụng các phần mềm này

(nếu học sinh đã hoặc đang học chương trình tin học lớp 10 thì chỉ mất ít phút

hướng dẫn là có thể sử dụng được các phần mềm trong phương pháp này).

Hình 58. Xác định các giá trị vxo, vyo và ayo của bóng rổ được ném xiên

20

Hiện nay, nhà trường phổ thông của rất nhiều nước trên thế giới đã và đang

sử dụng máy vi tính trong việc phân tích các băng hình ghi các quá trình vật lí

thực để nghiên cứu, tìm ra qui luật của chúng.

21

Chương 9

BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

9.1. TÁC DỤNG CỦA BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

1. Bài tập giúp cho việc ôn tập đào sâu, mở rộng kiến thức

Trong giai đoạn xây dựng kiến thức, học sinh đã nắm được cái chung, cái

khái quát của các khái niệm, định luật và cũng là cái trừu tượng. Trong các bài

tập, học sinh phải vận dụng những kiến thức khái quát, trừu tượng đó vào những

trường hợp cụ thể rất đa dạng; nhờ thế mà học sinh nắm được những biểu hiện cụ

thể của chúng trong thực tế, phát hiện ngày càng nhiều những hiện tượng thuộc

ngoại diên của các khái niệm hoặc chịu sự chi phối của các định luật hay thuộc

phạm vi ứng dụng của chúng. Quá trình nhận thức các khái niệm, định luật vật lí

không kết thúc ở việc xây dựng nội hàm của các khái niệm, định luật vật lí mà

còn tiếp tục ở giai đoạn vận dụng vào thực tế. Ngoài những ứng dụng quan trọng

trong kĩ thuật, bài tập vật lí sẽ giúp học sinh thấy được những ứng dụng muôn

hình, muôn vẻ trong thực tiễn của các kiến thức đã học.

Vật lí học không phải chỉ tồn tại trong óc chúng ta dưới dạng những mô

hình trừu tượng do ta nghĩ ra, mà là sự phản ánh vào trong óc chúng ta thực tế

phong phú, sinh động. Tuy nhiên, các khái niệm, định luật vật lí thì rất đơn giản,

còn biểu hiện của chúng trong tự nhiên thì lại rất phức tạp, bởi vì các sự vật, hiện

tượng có thể bị chi phối bởi nhiều định luật, nhiều nguyên nhân đồng thời hay

liên tiếp chồng chéo lên nhau. Bài tập sẽ giúp luyện tập cho học sinh phân tích để

nhận biết được những trường hợp phức tạp đó. Thí dụ như: định luật thứ hai của

Niutơn có dạng rất đơn giản amF = nhưng qua bài tập, học sinh sẽ thấy được

rằng: định luật này có thể áp dụng để xác định chuyển động của tất cả các vật ta

22

gặp hàng ngày từ các vật cực nhỏ như hạt bụi đến các vật cực lớn như các hành

tinh, những vật chịu tác dụng của một lực hay đồng thời của nhiều lực.

Bài tập vật lí là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động. Khi

giải bài tập, học sinh phải nhớ lại các kiến thức đã học, có khi phải sử dụng tổng

hợp những kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần của chương trình.

2. Bài tập có thể là điểm khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức mới

Ở những lớp trên của bậc trung học phổ thông, với trình độ toán học đã

khá phát triển, nhiều khi các bài tập được sử dụng khéo léo có thể dẫn học sinh

đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới để

giải thích hiện tượng mới do bài tập phát hiện ra. Thí dụ như: trong khi vận dụng

định luật thứ hai của Niutơn để giải bài toán hai vật tương tác, có thể thấy một đại

lượng luôn không đổi là tích vm của hai vật tương tác: '22

'112211 vmvmvmvm +=+ .

Kết quả của việc giải bài tập đó dẫn đến việc cần thiết phải xây dựng khái niệm

động lượng và định luật bào toàn động lượng.

3. Bài tập vật lí là một trong những phương tiện rất qúi báu để rèn luyện kĩ

năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến

thức khái quát đã thu nhận được để giải quyết các vấn đề của thực tiễn. Có thể

xây dựng rất nhiều bài tập có nội dung thực tiễn, trong đó yêu cầu học sinh phải

vận dụng kiến thức lí thuyết để giải thích các hiện tượng thực tiễn hoặc dự đoán

các hiện tượng có thể xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước.

4. Giải bài tập là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học

sinh

Trong khi làm bài tập, do phải tự mình phân tích các điều kiện của đầu bài,

tự xây dựng những lập luận, kiểm tra và phê phán những kết luận mà học sinh rút

23

ra được nên tư duy học sinh được phát triển, năng lực làm việc tự lực của họ được

nâng cao, tính kiên trì được phát triển.

Cần lưu ý rằng: việc rèn luyện cho học sinh giải các bài tập vật lí không

phải là mục đích của dạy học. Mục đích cơ bản đặt ra khi giải bài tập vật lí là làm

sao cho học sinh hiểu sâu sắc hơn những qui luật vật lí, biết phân tích và ứng

dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn, vào tính toán kĩ thuật và cuối cùng phát

triển được năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề.

5. Giải bài tập vật lí góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

Có nhiều bài tập vật lí không chỉ dừng lại trong phạm vi vận dụng những

kiến thức đã học mà còn giúp bồi dưỡng cho học sinh tư duy sáng tạo. Đặc biệt là

những bài tập giải thích hiện tượng, bài tập thí nghiệm, bài tập thiết kế dụng cụ rất

có ích về mặt này.

6. Bài tập vật lí cũng là một phương tiện có hiệu quả để kiểm tra mức độ

nắm vững kiến thức của học sinh.Tùy theo cách đặt câu hỏi kiểm tra, ta có thể

phân loại được các mức độ nắm vững kiến thức của học sinh, khiến cho việc đánh

giá chất lượng kiến thức của học sinh được chính xác.

9.2. PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÍ

Có nhiều cách phân loại bài tập vật lí. Nếu dựa vào các phương tiện giải, có

thể chia bài tập vật lí thành bài tập định tính, bài tập tính toán, bài tập thí nghiệm,

bài tập đồ thị. Nếu dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh, có thể

chia bài tập vật lí thành bài tập tập dượt, bài tập tổng hợp, bài tập sáng tạo.

9.2.1. Bài tập định tính

Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải, học sinh không cần phải thực

hiện các phép tính phức tạp hay chỉ phải làm những phép tính đơn giản, có thể

tính nhẩm được. Muốn giải những bài tập định tính, học sinh phải thực hiện

những phép suy luận lôgic, do đó phải hiểu rõ bản chất (nội hàm) của các khái

niệm, định luật vật lí và nhận biết được những biểu hiện của chúng trong những

24

trường hợp cụ thể. Đa số các bài tập định tính yêu cầu học sinh giải thích hoặc dự

đoán một hiện tượng xảy ra trong những điều kiện xác định.

Bài tập định tính có rất nhiều ưu điểm về mặt phương pháp học. Nhờ đưa

được lí thuyết vừa học lại gần với đời sống xung quanh, các bài tập này làm tăng

thêm ở học sinh hứng thú với môn học, tạo điều kiện phát triển óc quan sát của

học sinh. Vì phương pháp giải những bài tập này bao gồm việc xây dựng những

suy lí lôgic dựa trên các định luật vật lí nên chúng là phương tiện rất tốt để phát

triển tư duy của học sinh. Việc giải các bài tập đó rèn luyện cho học sinh hiểu rõ

được bản chất của các hiện tượng vật lí và những quy luật của chúng, dạy cho học

sinh biết áp dụng kiến thức vào thực tiễn. Việc giải các bài tập định tính này rèn

luyện cho học sinh chú ý đến việc phân tích nội dung vật lí của các bài tập tính

toán.

Do có tác dụng về nhiều mặt như trên nên bài tập định tính được sử dụng

ưu tiên hàng đầu sau khi học xong lí thuyết và trong khi luyện tập, ôn tập về vật

lí.

Bài tập định tính có thể là bài tập đơn giản, trong đó chỉ áp dụng một định

luật, một qui tắc, một phép suy luận lôgic. Thí dụ như: Giải thích tại sao thành

ngoài của một cốc đựng nước đá lại ướt, mặc dầu trước khi đổ nước đá vào cốc, ta

đã lau khô cốc cẩn thận.

Rất nhiều bài tập định tính có thể sử dụng một hình vẽ đơn giản. Thí dụ

như: Máy chỉnh lưu bán dẫn dùng để

chỉnh lưu cả hai nửa chu kì một dòng

điện xoay chiều một pha được mắc theo

sơ đồ cầu ở Hình 59. Hãy chỉ rõ: dòng

điện đã được chỉnh lưu cả hai nửa chu kì

đi qua mạch nào và đường đi của dòng

Hình59

25

điện qua các đoạn mạch trong mỗi nửa

chu kì của dòng điện xoay chiều.

Một số bài tập định tính có thể

chuyển thành một dạng của bài tập thí

nghiệm, bởi vì ta có thể yêu cầu học sinh

dùng thí nghiệm để kiểm tra sự đúng Hình 60

đắn của lời giải thu được bằng con đường suy luận lôgic. Thí dụ như: “Một vòng

dây kín được treo lên giá bằng một sợi chỉ mềm cách điện. Trước vòng dây, đặt

một ống dây điện có lõi sắt (Hình 60). Có hiện tượng gì xảy ra nếu ta đột ngột

đóng mạch điện.

9.2.2. Bài tập tính toán

Bài tập tính toán là những bài tập mà muốn giải chúng, ta phải thực hiện

một loạt phép tính và kết quả là thu được một đáp số định lượng, tìm giá trị của

một số đại lượng vật lí. Có thể chia bài tập tính toán ra làm hai loại: bài tập tập

dượt và bài tập tổng hợp.

a) Bài tập tính toán tập dượt

Bài tập tính toán tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ đề

cập đến một hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép tính đơn giản.

Những bài tập này có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, làm cho học

sinh hiểu rõ ý nghĩa của các định luật và các công thức biểu diễn chúng, sử dụng

các đơn vị vật lí và thói quen cần thiết để giải những bài tập phức tạp hơn.

Thí dụ như: sau khi học đề tài “Lực trong chuyển động tròn đều”, giáo viên

có thể ra những bài tập tập dượt sau để luyện tập sử dụng các công thức

Fht= RnmRmR

mv 222

)2( πω == , các kí hiệu trong các công thức đó, các đơn vị đo và

điều kiện để có chuyển động tròn đều:

26

1. Một vật khối lượng 100g, buộc vào đầu một sợi dây dài 0,5m và quay

tròn đều trong mặt phẳng nằm ngang với vận tốc góc 180vòng/phút. Tính lực

căng của dây và vận tốc dài của vật.

2. Một sợi dây dài 1m chỉ chịu được lực nhiều nhất là 5N. Nếu dùng dây ấy

buộc một đầu vào một vật có khối lượng 100g và quay tròn đều trong mặt phẳng

nằm ngang, tâm vòng tròn là đầu kia sợi dây được giữ cố định. Tìm vận tốc góc

và vận tốc dài tối đa của vật đó để dây không bị đứt.

b) Bài tập tính toán tổng hợp

Bài tập tính toán tổng hợp là bài tập mà muốn giải nó thì phải vận dụng

nhiều khái niệm, định luật, dùng nhiều công thức. Những kiến thức cần sử dụng

trong việc giải bài tập tổng hợp có thể là những kiến thức đã học trong nhiều bài

trước. Loại bài tập này có tác dụng đặc biệt giúp học sinh đào sâu, mở rộng kiến

thức, thấy rõ những mối liên hệ khác nhau giữa các phần của chương trình vật lí,

tập cho học sinh biết phân tích những hiện tượng thực tế phức tạp ra thành những

phần đơn giản tuân theo một định luật xác định.

Thí dụ như: khi học đề tài “ Lực trong chuyển động tròn đều”, giáo viên có

thể ra cho học sinh bài tập tính toán tổng hợp sau:

“Một vòng xiếc gồm một đường dốc nối

liền với một đường tròn nằm trong mặt phẳng

thẳng đứng (Hình 61). Tính độ cao tối thiểu

của điểm xuất phát trên đường dốc mà từ đó

thả một viên bi để nó có thể lăn theo đường

dốc rồi vượt điểm cao nhất của đường tròn mà

không bị rơi. Coi như ma sát không đáng kể,

bán kính của đường tròn là R”.

Hình 61.

Ta thấy ngay rằng: xét về thực chất thì bài tập tính toán tổng hợp cũng

nhằm mục đích làm sáng tỏ nội dung vật lí của các định luật, qui tắc biểu hiện

27

dưới dạng các công thức. Khi giải bài tập này, học sinh thường áp dụng máy móc

các công thức mà không chú ý đến ý nghĩa vật lí của chúng. Bởi vậy, giáo viên

cần lưu ý học sinh làm nổi bật yếu tố định tính của bài tập này trước khi đi vào

lựa chọn các công thức và thực hiện các phép tính toán.

9.2.3. Bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời

giải lí thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập. Những thí

nghiệm này thường là những thí nghiệm đơn giản có thể làm ở nhà, với những

dụng cụ đơn giản dễ tìm hoặc dễ tự làm được. Để giải các bài tập thí nghiệm, đôi

khi cũng cần đến những thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải tới phòng thí nghiệm vật

lí của trường phổ thông để thực hiện, nhưng dù sao cũng vẫn là những thí nghiệm

đơn giản. Bài tập thí nghiệm cũng có thể có dạng định tính hoặc định lượng.

Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dưỡng, giáo dục

và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt giúp làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí

thuyết và thực tiễn.

Thí dụ:

1. Cầm đầu trên của một sợi dây cao su có một quả nặng buộc ở đầu dưới.

Sợi dây cao su sẽ dãn ra hay co lại, nếu ta đột ngột nâng tay lên cao hay hạ tay

xuống thấp? Hãy làm thí nghiệm kiểm tra các dự đoán.

2. Lấy chiếc kim ngắn cắm vào tâm một đĩa tròn bằng bìa phẳng, theo

phương vuông góc với mặt đĩa. Đặt đĩa nằm trên mặt một chậu nước, đầu kim

quay xuống nước. Thay đổi chiều dài của phần chiếc kim chìm trong nước và đặt

mắt ở gần sát mặt nước để quan sát ảnh của đầu kim chìm trong nước. Đo bán

kính đĩa tròn và chiều dài của phần kim chìm trong nước ở vị trí giới hạn bắt đầu

từ đó không nhìn thấy đầu kim nữa. Dựa vào các số liệu đo được, tính chiết suất

của nước trong chậu.

28

Cần lưu ý rằng: trong các bài tập thí nghiệm thì thí nghiệm chỉ cho các số

liệu để giải bài tập, chứ không cho biết tại sao hiện tượng lại xảy ra như thế. Cho

nên, phần vận dụng các định luật vật lí để lí giải các hiện tượng mới là nội dung

chính của bài tập thí nghiệm.

9.2.4. Bài tập đồ thị

Bài tập đồ thị là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải

phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, đòi hỏi học sinh phải biểu diễn

quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị.

Ta đã biết: đồ thị là một hình thức để biểu đạt mối quan hệ giữa hai đại

lượng vật lí, tương đương với cách biểu đạt bằng lời hay bằng công thức. Nhiều

khi nhờ vẽ được chính xác đồ thị biểu diễn các số liệu thực nghiệm mà ta có thể

tìm được định luật vật lí mới. Bởi vậy, các bài tập luyện tập sử dụng đồ thị hoặc

xây dựng đồ thị có vị trí ngày càng quan trọng trong dạy học vật lí.

Ta lấy một thí dụ sau để minh hoạ ưu điểm của phương tiện đồ thị:

Một chuyến xe lửa khởi hành từ Hà Nội lúc 8 giờ đi về phía Phủ Lí. Lịch

hành trình của tàu đã định như sau:

Hà Nội - Văn Điển (10km): vận tốc trung bình 25km/h - đỗ lại 15 phút

Văn Điển - Tía(15km) : vận tốc trung bình 25km/h - đỗ lại 5 phút

Tía- Phú Xuyên (8km) : vận tốc trung bình 30km/h - đỗ lại 10 phút

Phú Xuyên- Đồng Văn (12km): vận tốc trung bình 30km/h - đỗ lại 10 phút

Đồng Văn- Phủ Lí (12km): vận tốc trunh bình 20km/h.

a) Biểu diễn lịch hành trình đó bằng đồ thị.

b) Lúc 8 giờ 45 phút, người ta định bố trí một chuyến tàu tốc hành từ Hà

Nội về Phủ Lí với vận tốc 40km/h và không đỗ ở dọc đường. Phải sửa lại lịch

hành trình của chuyến tàu trước như thế nào để hai tàu không cản trở nhau.

Bài tập này nếu giải bằng phương tiện số học hoặc đại số thì rất phức tạp.

Nhưng nếu giải bằng đồ thị thì có thể nhanh chóng tìm được lời giải của câu hỏi

29

thứ hai: cho tầu thứ nhất đỗ lại ở ga Tía lâu hơn trước 5 phút, để hai đoàn tàu

tránh nhau ở đó (Hình 62).

Hình 62.

9.3. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ

Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm

bảo đi đến kết quả một cách chắc chắn là một việc rất cần thiết. Nó không những

giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kĩ năng suy luận chính xác,

linh hoạt, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch.

Bài tập vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú.

Tuy nhiên, có thể vạch ra một dàn bài chung gồm những bước chính sau:

1. Tìm hiểu đầu bài

Bước này bao gồm việc xác định ý nghĩa vật lí của các thuật ngữ, phân biệt

đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện. Trong rất nhiều trường hợp, ngôn ngữ trong đầu bài

không hoàn toàn trùng với ngôn ngữ dùng trong lời phát biểu các định nghĩa, các

định luật, các qui tắc vật lí, cần phải chuyển sang ngôn ngữ vật lí tương ứng thì

mới dễ áp dụng các định nghĩa, qui tắc, định luật vật lí.

Với những bài tập tính toán, sau khi tìm hiểu đầu bài, cần dùng các kí hiệu

để tóm tắt đầu bài cho gọn.

30

Trong trường hợp cần thiết, phải vẽ hình diễn đạt những điều kiện của đầu

bài. Nhiều khi hình vẽ giúp học sinh dễ nhận biết diễn biến của hiện tượng, mối

quan hệ giữa các đại lượng vật lí.

2. Phân tích hiện tượng

Trước hết là nhận biết những dữ kiện cho trong đầu bài có liên quan đến

những khái niệm nào, hiện tượng nào, qui tắc nào, định luật nào trong vật lí. Xác

định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong đầu bài, mỗi giai đoạn bị

chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào. Cần phải hình dung rõ toàn bộ

diễn biến của hiện tượng và các định luật chi phối nó trước khi xây dựng bài giải

cụ thể, chi tiết. Có thế mới hiểu rõ được bản chất của hiện tượng, tránh được sự

mò mẫn, máy móc áp dụng các công thức.

3. Xây dựng lập luận

Thực chất của bước này là tìm quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện

đã cho. Đối với những bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp xây dựng

lập luận để giải: phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp.

Theo phương pháp phân tích thì xuất phát từ ẩn số của bài tập, tìm ra mối

quan hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng nào đó theo một định luật đã xác định ở

bước 2, diễn đạt bằng một công thức có chứa ẩn số. Sau đó, tiếp tục phát triển lập

luận hoặc biến đổi công thức này theo các dữ kiện đã cho. Cuối cùng, tìm được

một công thức chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số với các dữ kiện đã cho.

Theo phương pháp tổng hợp thì trình tự làm ngược lại: điểm xuất phát

không phải từ ẩn số mà từ những dữ kiện của đầu bài, xây dựng lập luận hoặc

biến đổi các công thức diễn đạt mối quan hệ giữa các dữ kiện đã cho với các đại

lượng khác để tiến dần đến công thức cuối cùng có chứa ẩn số và các dữ kiện đã

cho.

Cả hai phương pháp đều có giá trị, nhiều khi chúng bổ sung cho nhau. Tuy

nhiên, trong giai đoạn đầu của quá trình vận dụng kiến thức để giải bài tập thì

31

phương pháp phân tích dễ thực hiện hơn đối với học sinh vì mục tiêu của lập luận

rõ ràng hơn.

4. Biện luận

Trong bước này, ta phải phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết

quả không phù hợp với điều kiện đầu bài tập hoặc không phù hợp với thực tế.

Việc biện luận này cũng là một cách để kiểm tra sự đúng đắn của quá trình lập

luận. Đôi khi, nhờ sự biện luận này mà học sinh có thể tự phát hiện ra những sai

lầm của quá trình lập luận, do sự vô lí của kết quả thu được.

Việc giải tất cả các loại bài tập đều phải trải qua bước 1 và bước 2 để giảm

bớt sự mò mẫn, quanh co trong các bước sau. Tuy nhiên, việc xây dựng lập luận

có thể có những nét khác nhau.

9.4. XÂY DỰNG LẬP LUẬN TRONG GIẢI BÀI TẬP

Xây dựng lập luận trong giải bài tập là một bước quan trọng của quá trình

giải bài tập vật lí. Trong bước này, ta phải vận dụng những định luật vật lí, những

qui tắc, những công thức để thiết lập mối quan hệ giữa đại lượng cần tìm, hiện

tượng cần giải thích hay dự đoán với những dữ kiện cụ thể đã cho trong đầu bài.

Muốn làm được điều đó, cần phải thực hiện những suy luận lôgic hoặc những

biến đổi toán học thích hợp. Có rất nhiều cách lập luận tuỳ theo loại bài tập hay

đặc điểm của từng bài tập. Tuy nhiên, tất cả các loại bài tập mà ta đã nêu ra trong

mục phân loại bài tập ở trên đều chứa đựng một số yếu tố của bài tập định tính và

bài tập tính toán tổng hợp. Dưới đây, ta xét đến phương pháp xây dựng lập luận

giải hai loại bài tập đó.

9.4.1. Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính

Bài tập định tính thường có hai dạng: giải thích hiện tượng và dự đoán hiện

tượng sẽ xảy ra.

a) Bài tập giải thích hiện tượng

32

Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng và lí giải xem vì

sao hiện tượng lại xảy ra như thế. Nói cách khác là biết hiện tượng và phải giải

thích nguyên nhân của nó. Đối với học sinh, nguyên nhân đó là những đặc tính,

những định luật vật lí. Như vậy, trong các bài tập này, bắt buộc phải thiết lập

được mối quan hệ giữa một hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật, hiện

tượng hay với một số định luật vật lí. Ta phải thực hiện phép suy luận lôgic (luận

ba đoạn) trong đó tiên đề thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật

vật lí có tính tổng quát, tiên đề thứ hai là những điều kiện cụ thể, kết luận là hiện

tượng nêu ra.

Thí dụ như: giải thích vì sao một vật để trên sàn ôtô trơn, khi xe đột ngột

chuyển bánh thì vật lại bị tụt về phía sau xe?

Lập luận sẽ như sau:

Theo định luật 1 Niutơn, khi vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc có

những lực cân bằng tác dụng thì vật sẽ giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc

chuyển động thẳng đều.

Ở đây, vật đặt trên xe trơn, trọng lực cân bằng với phản lực của sàn xe.

Vậy: Khi ôtô đột ngột chuyển bánh, sàn xe trơn không có lực ma sát kéo

vật đi theo nên vật giữ nguyên trạng thái đứng yên, còn xe thì tiến lên phía trước,

cho nên vật bị tụt lại sau xe.

Như vậy, thực chất cách xây dựng lập luận ở đây là khôi phục lại một luận

ba đoạn đầy đủ, cụ thể là tìm định luật vật lí dùng làm tiên đề thứ nhất (phán đoán

khẳng định chung). Vì học sinh chưa học lôgic học nên không thể dùng các thuật

ngữ của lôgic học như luận ba đoạn (phán đoán khẳng định chung…). Nhưng có

thể yêu cầu học sinh xây dựng lập luận như thế nhiều lần thì học sinh sẽ có kĩ

năng lập luận.

Thông thường, những hiện tượng thực tế rất phức tạp mà các định luật vật

lí lại rất đơn giản, cho nên mới nhìn thì khó có thể phát hiện ra mối liên hệ giữa

33

hiện tượng đã cho với những định luật vật lí đã biết. Ngoài ra, ngôn ngữ dùng

trong lời phát biểu các định nghĩa, định luật vật lí nhiều khi lại không hoàn toàn

phù hợp với ngôn ngữ thông thường dùng để mô tả hiện tượng. Vì vậy, cần phải

mô tả hiện tượng theo ngôn ngữ vật lí và phân tích hiện tượng phức tạp ra các

hiện tượng đơn giản chỉ tuân theo một định luật, một qui tắc nhất định.

Thí dụ như: giải thích vì sao người đang đi vấp phải mô đất lại ngã về phía

trước?

Khi mới đọc đầu bài thì chưa thể biết hiện tượng vấp ngã có liên quan đến

định luật vật lí nào, bởi vì không một định luật nào có chứa các thuật ngữ “vấp”,

“ngã”, “đang đi”. Cần phải chuyển sang ngôn ngữ vật lí như sau: đang đi có nghĩa

là đang chuyển động, vấp có nghĩa là chân va vào mô đất, đột ngột bị đất giữ lại,

ngã là chân bị giữ lại còn phần trên của người tiếp tục chuyển động về phía trước

rồi rơi xuống đất. Ở đây, có hai hiện tượng nối tiếp nhau: phần trên của người

chuyển động về phía trước trong khi chân đứng yên và người ngã xuống đất. Tiếp

tục chuyển động về phía trước do quán tính, còn ngã xuống đất lại do tác dụng

của trọng lực khi mà phần trên của người không còn được chân đỡ nữa. Như vậy,

để giải thích hiện tượng vấp ngã, ít nhất phải thực hiện hai lập luận liên tiếp.

Đáng chú ý là: khi giải thích hiện tượng, ta đã biết hiện tượng rồi, đã biết

kết quả cuả lập luận rồi. Vì thế, nhiều khi giải thích sai mà không biết mình sai ở

chỗ nào trong quá trình lập luận. Thông thường, học sinh lại hay nói tắt, rút gọn

một luận ba đoạn thành một luận hai đoạn, cho nên lại càng dễ mắc sai lầm do

làm tắt một đoạn, hiểu ngầm một đoạn.

Thí dụ như: cũng giải bài tập về vấp ngã ở trên, có học sinh lập luận như

sau:

Người vấp vào mô đất nghĩa là tương tác với mô đất. Theo định luật bào

toàn động lượng, khi hai vật tương tác thì động lượng được bảo toàn. Do đó,

34

người vấp vào mô đất bảo toàn động lượng, tiếp tục chuyển động về phía trước

nên bị ngã.

Để chỉ ra cho học sinh này biết chỗ sai của mình, cần phải yêu cầu em đó

nhắc lại nguyên văn những mệnh đề được dùng làm cơ sở cho lập luận. Ở đây,

trước hết là cần phát biểu đầy đủ định luật bảo toàn động lượng. Học sinh trên đã

phát biểu không chính xác: khi hai vật tương tác thì động lượng tổng cộng của

chúng được bảo toàn. Người vấp vào mô đất đúng là tương tác với đất và động

lượng tổng cộng của người và đất (chứ không phải chỉ có của người) được bảo

toàn. Kết quả là động lượng của người thế nào? (chắc chắn không bảo toàn). Như

vậy, không thể đi đến kết luận gì nếu ta dùng định luật bảo toàn động lượng để

giải thích hiện tượng vấp ngã.

Có thể đưa ra một qui trình sau đây để định hướng cho việc tìm lời giải bài

tập định tính giải thích hiện tượng:

1. Tìm hiểu đầu bài, đặc biệt chú trọng diễn đạt hiện tượng mô tả trong đầu

bài bằng ngôn ngữ vật lí (dùng các khái niệm vật lí thay cho khái niệm dùng trong

đời sống hàng ngày).

2. Phân tích hiện tượng.

3. Xây dựng lập luận:

- Tìm trong đầu bài những dấu hiệu có liên quan đến một tính chất vật lí,

một định luật vật lí đã biết.

- Phát biểu đầy đủ tính chất đó, định luật đó.

- Xây dựng một luận ba đoạn để thiết lập mối quan hệ giữa định luật đó với

hiện tượng đã cho, nghĩa là giải thích được nguyên nhân của hiện tượng. Trong

trường hợp hiện tượng phức tạp thì phải xây dựng nhiều luận ba đoạn liên tiếp.

b) Bài tập dự đoán hiện tượng

Dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đầu

bài, xác định những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng gì

35

xảy ra và xảy ra như thế nào. Như vậy là, ta đã biết những điều kiện cụ thể (một

trường hợp riêng), bây giờ phải tìm qui luật chung chi phối hiện tượng cùng loại

và rút ra kết luận. Về mặt lôgic, ta phải thiết lập một luận ba đoạn, trong đó ta mới

biết tiên đề thứ hai (phán đoán khẳng định riêng), cần phải tìm tiên đề thứ nhất

(phán đoán khẳng định chung) và kết luận (phán đoán khẳng định riêng).

Thí dụ như: có một vòng dây kim loại được treo trên giá bằng một sợi chỉ

mềm cách điện. Hiện tượng gì sẽ xảy ra với vòng dây, nếu ta đưa cực bắc của

thanh nam châm thẳng lại gần vòng dây theo phương vuông

góc với mặt tiết diện của vòng dây? (Hình 63).

Tìm hiểu đầu bài, ta thấy: có nam châm, vòng dây dẫn

kín và chuyển động của nam châm lại gần vòng dây.

Căn cứ vào những dấu hiệu đó, ta thấy: chúng có liên

quan đến định luật cảm ứng điện từ đã biết. Khi đưa cực bắc

Hình 63.

của nam châm lại gần vòng dây thì từ thông qua tiết diện vòng dây biến thiên và

trong vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Khi trong vòng dây có dòng điện

chạy thì nó sẽ tương tác với nam châm như thế nào? Vòng dây sẽ trở thành một

nam châm điện và nó sẽ tương tác với thanh nam châm như hai thanh nam châm

tương tác với nhau. Muốn biết chúng đẩy nhau hay hút nhau thì phải xác định mặt

bắc và mặt nam của vòng dây được xem như hai cực của một nam châm mỏng.

Như vậy, phải xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong vòng dây dẫn. Ta đã

biết một định luật cho phép ta xác định được chiều của dòng điện cảm ứng trong

vòng dây: đó là định luật Lenxơ về chiều của dòng điện cảm ứng.

Sau khi phân tích như trên, ta có thể xây dựng lập luận bắt đầu từ dữ kiện

đã cho, lần lượt theo các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1:

Theo định luật cảm ứng điện từ, khi từ thông qua một khung dây dẫn kín

biến thiên thì trong khung dây xuất hiện một dòng điện cảm ứng.

36

Ở đây, ta đưa thanh nam châm lại gần vòng dây dẫn kín.

Vậy trong vòng dây xuất hiện một dòng điện cảm ứng.

Giai đoạn 2:

Theo định luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà

nó sinh ra chống lại sự biến thiên (tăng hay giảm) của từ thông sinh ra nó; ở đây,

từ thông qua vòng dây tăng.

Vậy dòng điện cảm ứng sinh ra một từ trường có chiều ngược lại với chiều

của từ trường nam châm thẳng để làm cho từ thông không tăng được.

Giai đoạn 3:

Vòng dây dẫn kín trở thành một nam châm điện có từ trường ngược chiều

với từ trường của nam châm thẳng, nghĩa là cực bắc của nam châm điện đối diện

với cực bắc của nam châm thẳng.

Giai đoạn 4:

Hai cực cùng tên của hai nam châm đẩy nhau (tính chất của nam châm).

Ở đây, cực bắc của nam châm thẳng và cực bắc của nam châm điện (vòng

dây) đối diện với nhau.

Vậy: vòng dây và nam châm thẳng đẩy nhau.

Đó cũng là kết luận cuối cùng, được diễn đạt một cách khác là: khi đưa

nam châm thẳng lại gần vòng dây dẫn kín thì vòng dây sẽ chuyển động cùng

chiều với nam châm (như bị nam châm đẩy).

Lập luận trên có thể trình bày rút gọn như sau:

Giai đoạn 1: Khi đưa thanh nam châm lại gần vòng dây kín, từ thông qua

vòng dây tăng, theo định luật cảm ứng điện từ trong vòng dây xuất hiện một dòng

điện cảm ứng.

Giai đoạn 2: Theo định luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng điện từ trong vòng

dây có chiều sao cho từ trường của nó ngược chiều với từ trường của nam châm

thẳng để chống lại sự tăng từ thông sinh ra nó.

37

Giai đoạn 3: Vòng dây trở thành một nam châm điện có từ trường ngược

chiều với từ trường của nam châm thẳng, nghĩa là cực bắc của nam châm điện đối

diện với cực bắc của nam châm thẳng.

Giai đoạn 4: Cực bắc của hai nam châm đối diện nhau nên chúng đẩy nhau.

Kết quả là vòng dây chuyển động cùng chiều với thanh nam châm (như bị

nam châm đẩy).

9.4.2. Xây dựng lập luận trong giải bài tập tính toán

Muốn giải được bài tập tính toán, trước hết phải hiểu rõ hiện tượng xảy ra,

diễn biến của nó từ đầu đến cuối. Cho nên, có thể nói phần đầu của bài tập tính

toán là một bài tập định tính. Do đó, khi giải bài tập tính toán cần phải thực hiện

bước 1 và bước 2 giống như khi giải bài tập định tính. Riêng bước 3 về xây dựng

lập luận, có thể áp dụng các công thức và những cách biến đổi toán học chặt chẽ,

rõ ràng hơn, ta sẽ xét kĩ dưới đây.

Có thể có hai phương pháp xây dựng lập luận: phương pháp phân tích và

phương pháp tổng hợp.

1. Phương pháp phân tích

Phương pháp phân tích bắt đầu bằng việc tìm một định luật, một qui tắc

diễn đạt bằng một công thức có chứa đại lượng cần tìm và một vài đại lượng khác

chưa biết. Công việc tiếp theo là tiếp tục tìm những định luật, công thức khác cho

biết mối quan hệ giữa những đại lượng chưa biết này với các đại lượng đã biết

trong đầu bài. Cuối cùng, ta tìm được một công thức trong đó chỉ chứa đại lượng

cần tìm với các đại lượng đã biết. Thực chất của phương pháp phân tích là phân

tích một bài toán phức tạp thành nhiều bài toán đơn giản hơn. Có thể diễn đạt

phương pháp phân tích theo sơ đồ sau:

Định luật 1

x= f(y,z)

Công thức 1

38

Định luật 2 Định luật 4

y=f(a,p) z=f(c)

Công thức 2 Công thức 4

Định luật 3

p=f(b)

Công thức 3

Kết quả: x=f(a,b,c)

x là đại lượng phải tìm; p, y và z là những đại lượng không cho trực tiếp

trong đầu bài; còn a, b, c là những đại lượng đã cho.

Theo định luật 1 hay công thức 1, ta có mối liên hệ giữa đại lượng x với

một số đại lượng nào đó y, z. Ta bảo x là một hàm số của y và z: x=f(y,z).

Ta phải tìm một định luật 2 hay công thức 2 nêu lên mối quan hệ giữa đại

lượng y chưa biết với đại lượng a đã cho trong đầu bài, mối quan hệ đó là:

y=f(a,p).

Vì đại lượng p chưa biết nên ta lại phải tìm định luật 3 hay công thức 3 cho

biết mối quan hệ giữa p với đại lượng b đã cho. Cứ như thế tiếp tục, cuối cùng

thay vào công thức 1, ta thu được một công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm x và

các đại lượng đã cho a, b, c: x=f(a,b,c).

Thí dụ: Một thùng than khối lượng 200kg được kéo lên trong hầm mỏ bằng

một dây cáp, chuyển động nhanh dần đều. Trong 10s đầu, nó đi lên được 8m.

Tính lực căng của dây treo thùng. Cho g=10m/s2.

Sau khi phân tích hiện tượng, ta biết đây là bài

39

toán động lực học. Thùng than chịu tác dụng của hai lực:

trọng lực P và lực căng T của dây kéo. Hợp lực của hai

lực đó sẽ làm cho vật chuyển động với gia tốc a theo

đinh luật 2 Niutơn. Ta đã biết chuyển động của thùng là

nhanh dần đều với vận tốc ban đầu bằng 0, vậy có thể

tính được gia tốc của thùng than. Cho g=10m/s2. Biểu

diễn các lực trên Hình 64.

Hình 64.

Lập luận theo phương pháp phân tích như sau:

Thùng than chịu tác dụng của hai lực: lực căng T của dây (lực phải tìm) và

trọng lực P. Hợp lực của hai lực là

Fhl=T-P

hay T= Fhl+P (Công thức 1).

Theo định luật 2 Niutơn, ta có:

Fhl=ma (Công thức 2)

Đã biết thùng than chuyển động nhanh dần đều không vận tốc ban đầu, ta

có công thức:

s=2

2at hay a=2

2ts (Công thức 3).

Trọng lực P được tính theo công thức:

P=mg (Công thức 4).

Thay các giá trị của Fhl, a và P vào công thức1, ta được:

T=ma+mg

T=2

2tms +mg=m(

2

2ts +g).

Trong công thức cuối cùng này, chỉ chứa ẩn số T (đại lượng cần tìm) và các

đại lượng đã biết m, s, t, g.

40

Chú ý rằng: các đại lượng Fhl, a, P là những đại lượng trung gian được đưa

vào lập luận mà không cần tính giá trị của chúng. Ở trường trung học phổ thông,

nên tập cho học sinh chỉ tính những đại lượng phải tìm, nghĩa là tìm ra công thức

cuối cùng rồi mới thay số.

2. Phương pháp tổng hợp

Theo phương pháp tổng hợp, việc giải bài tập bắt đầu từ những đại lượng

đã cho trong điều kiện của bài tập. Dựa vào các định luật, qui tắc vật lí, ta phải

tìm những công thức có chứa đại lượng đã cho và các đại lượng trung gian mà ta

dự kiến có liên quan đến đại lượng phải tìm. Cuối cùng, ta tìm được một công

thức chỉ chứa đại lượng phải tìm và những đại lượng đã biết.

Thí dụ: cũng với bài tập trên, nếu giải theo phương pháp tổng hợp thì có thể

lập luận như sau:

Vì thùng than chuyển động nhanh dần đều không vận tốc ban đầu nên có

thể tìm gia tốc của nó theo đường đi và thời gian theo công thức:

s=2

2at hay a=2

2ts .

Theo định luật 2 Niutơn, gia tốc này do một hợp lực Fhl gây ra, được tính

theo công thức:

Fhl=ma.

Có hai lực tác dụng lên vật gây ra chuyển động của vật là: trọng lực P và

lực căng T của dây kéo. Vì vậy, hợp lực sẽ được tính theo công thức:

Fhl=T-P với P=mg

hay T=Fhl+P=ma+mg

T=2

2tsm +mg=m(

2

2ts +g).

Sơ đồ lập luận theo phương pháp tổng hợp như sau:

41

Định luật 1 Định luật 3

p=f(b) z=f(c)

Công thức 1 Công thức 3

Định luật 2

y=f(a,p)

Công thức 2

Định luật 4

x=f(y,z)=f(a,b,c)

Công thức 4

3. Phối hợp phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp

Trên đây là hai phương pháp xây dựng lập luận để cho việc lập luận được

chặt chẽ. Trong thực tế giải bài tập, hai phương pháp đó (xem như hai cách suy

nghĩ) không tách rời nhau mà thường xen kẽ, hỗ trợ lẫn nhau.

Thí dụ: người giải bài tập trên dùng phương pháp phân tích, khi viết công

thức Fhl=T-P đã phải cảm nhận được rằng: trong bài toán động lực học này, phải

dùng đến định luật 2 Niutơn, do đó phải tìm gia tốc của thùng than mặc dù trong

công thức đầu tiên không chứa hai yếu tố ấy.

Phương pháp tổng hợp đòi hỏi người giải bài tập có kiến thức rộng rãi, kinh

nghiệm phong phú để có thể dự đoán được con đường đi từ những dữ kiện lẻ tẻ,

thoạt mới nhìn hình như không có quan hệ gì chặt chẽ tới một kết quả có liên

quan đến tất cả những điều đã cho. Bởi vậy, ở giai đoạn đầu của việc giải bài tập

thuộc một dạng nào đó, do học sinh chưa có nhiều kinh nghiệm, thường nên bắt

đầu bằng câu hỏi đặt ra trong bài tập rỗi gỡ dần, làm sáng tỏ dẫn những yếu tố có

liên quan đến đại lượng cần tìm, nghĩa là dùng phương pháp phân tích.

42

Trong những bài tập tính toán tổng hợp, hiện tượng xảy ra do nhiều nguyên

nhân, trải qua nhiều giai đoạn, khi xây dựng lập luận, có thể phối hợp hai phương

pháp.

Thí dụ: Bài tập “Có một vòng xiếc gồm một đường dốc nối liền với một

đường tròn trong mặt phẳng thẳng đứng bán kính R (Hình 65). Xác định độ cao

tối thiểu của vị trí ban đầu trên đường dốc từ đó thả một viên bi để nó có thể lăn

theo đường dốc rồi vượt qua điểm cao nhất của đường tròn mà khộng bị rời khỏi

đường tròn. Coi ma sát không đáng kể”.

Bài giải

- Bước 1: Trước hết, vòng xiếc nằm trong mặt phẳng thẳng đứng nên độ

cao của điểm cao nhất của vòng tròn (C) đúng bằng đường kính vòng tròn. Bi

không rời khỏi đường tròn có nghĩa là vẫn tương tác với đường tròn, chịu tác

dụng của phản lực N của đường tròn.

Giáo viên nên cho hình vẽ trước vì nhiều học sinh chưa trông thấy vòng

xiếc bao giờ, khó hình dung.

Học sinh điền thêm vào hình những

chữ là kí hiệu của các yếu tố cho trong

đầu bài, như chiều cao của điểm xuất

phát h, bán kính đường tròn R, các

điểm xuất phát (A), điểm thấp nhất (B)

và điểm cao nhất (C).

Hình 65.

- Bước 2: Hiện tượng diễn biến như sau: khi bi lăn xuống dốc, độ cao giảm,

vận tốc tăng, nghĩa là thế năng giảm, động năng tăng. Vì không có ma sát nên

theo định luật bảo toàn cơ năng thì cơ năng được bảo toàn. Nhờ động năng thu

được nên bi vượt qua điểm thấp nhất B và đi lên trên đường tròn đến C. Trong

quá trình đó, động năng của bi ở B một phần biến thành thế năng ở C, một phần

43

trở thành động năng ở C, nghĩa là bi đi qua C với một vận tốc xác định. Bi chuyển

động trên đường tròn, tại điểm cao nhất C, các lực tác dụng lên bi gồm trọng lực

P và phản lực N của đường tròn. Hợp lực của hai lực đó là lực hướng tâm giữ cho

bi trên đường tròn: Fht=Fhl=P+N.

Trong trường hợp giới hạn (bi bắt đầu rơi khỏi đường tròn) thì N=0, do đó

lực hướng tâm chỉ còn là trọng lực P. Lực hướng tâm phải thoả mãn điều kiện là:

Fht= Rmv 2

.

- Bước 3: Xây dựng lập luận

Có thể xuất phát từ điều kiện mấu chốt mà đầu bài đã cho là: bi đi qua điểm

cao nhất C của đường tròn mà không bị rơi. Ở điểm cao nhất C của đường tròn,

có hai lực tác dụng lên bi là trọng lực P và phản lực N của đường tròn. Hợp lực đó

đóng vai trò của lực hướng tâm giữ bi trên đường tròn:

Fht=Fhl=P+N

Rmv 2

=mg+N.

Bi ở điểm cao nhất C của đường tròn mà không bị rơi thì có N>0. Ở trường

họp giới hạn, bi chỉ lướt trên đường tròn thì N=0. Lúc đó, muốn cho bi lăn được

trên đường tròn thì bi phải có vận tốc tối thiểu thoả mãn công thức:

mgR

mv=

2min

v2min=Rg (1)

(Dùng phương pháp tổng hợp)

Để tính được độ cao tối thiếu hmin của bi trên đường dốc, ta phải tính thế

năng Wt của bi ở điểm xuất phát A và cơ năng của bi ở điểm cao nhất C, rồi vận

dụng định luật bảo toàn cơ năng.

Ở điểm được thả A, bi có thế năng ban đầu là mgh.

44

Ở điểm cao nhất C, bi có thế năng là mg.2R và động năng là 2

2mv nên cơ

năng của bi ở C là 2mgR+ 2

2mv .

Vì không có ma sát nên theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có:

mgh=2mgR+ 2

2mv .

h=2R+g

v2

2

(2).

Thay biểu thức (1) tính v2min vào (2), ta có:

hmin=2R+2

52

Rg

Rg= .

(Dùng phương pháp phân tích)

- Bước 4: Biện luận

Cần phân tích thêm về điều kiện coi ma sát là không đáng kể. Trong thực

tế, bao giờ cũng có ma sát. Khi có ma sát, vì một phần năng lượng sẽ hao phí để

thắng ma sát nên bi phải có một năng lượng dự trữ lớn hơn. Do đó, trong thực tế,

bi phải được thả từ một độ cao h> R25 .

Có thể giảm bớt độ cao của điểm xuất phát bằng cách cho bi lăn trên đường

nằm ngang đến khi có một vận tốc thích hợp rồi mới cho bi lăn xuống dốc.

9.5. LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

9.5.1. Việc lựa chọn bài tập

Trong dạy học bất cứ một đề tài nào, giáo viên cần phải lựa chọn một hệ

thống bài tập thoả mãn các yêu cầu sau:

1. Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp (phạm vi và

số lượng các kiến thức, kĩ năng cần vận dụng từ trong một đề tài đến trong nhiều

45

đề tài, số lượng các đại lượng cho biết và các đại lượng phải tìm…) giúp học sinh

nắm được phương pháp giải các loại bài tập điển hình.

2. Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập, đóng góp một

phần nào đó vào việc củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức.

3. Hệ thống bài tập cần bao gồm nhiều loại bài tập: bài tập giả tạo và bài

tập có nội dung thực tế, bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo, bài tập cho thừa

hoặc thiếu dữ kiện, bài tập mang tính chất ngụy biện và nghịch lí, bài tập có nhiều

cách giải khác nhau và bài tập có nhiều lời giải tuỳ theo những điều kiện cụ thể

của bài tập mà giáo viên không nêu lên hoặc chỉ nêu lên một điều kiện nào đó mà

thôi.

a) Bài tập giả tạo là bài tập mà nội dung của nó không sát với thực tế, các

quá trình tự nhiên được đơn giản hoá đi nhiều hoặc ngược lại, cố ý ghép nhiều

yếu tố thành một đối tượng phức tạp để luyện tập nghiên cứu. Bài tập giả tạo

thường là bài tập định lượng, có tác dụng giúp học sinh sử dụng thành thạo các

công thức để tính đại lượng nào đó khi biết các đại lượng khác có liên quan, mặc

dù trong thực tế, ta có thể đo nó được trực tiếp. Ví dụ như: sau khi học sinh

nghiên cứu định luật Ôm trong mạch kín, giáo viên có thể ra cho học sinh một bài

tập về mạch điện do mình nghĩ ra, không có trong thực tế, để tập cho học sinh

quen áp dụng các công thức nhất định.

b) Bài tập có nội dung thực tế là bài tập đề cập tới những vấn đề có liên

quan trực tiếp tới đối tượng có trong đời sống, kĩ thuật. Dĩ nhiên, những vấn đề đó

cần được thu hẹp và đơn giản hoá đi nhiều so với thực tế. Trong các bài tập có nội

dung thực tế, những bài tập có nội dung kĩ thuật có tác dụng lớn về mặt giáo dục

kĩ thuật tổng hợp. Nội dung của các bài tập này phải thoả mãn những yêu cầu

chính sau:

- Nguyên tắc hoạt động của đối tượng kĩ thuật nói đến trong bài tập phải

gắn bó mật thiết với những khái niệm và định luật vật lí đã học.

46

- Đối tượng kĩ thuật này phải có ứng dụng khá rộng rãi trong thực tiễn sản

xuất của nước ta hoặc của địa phương nơi trường đóng.

- Số liệu trong bài tập phải phù hợp với thực tế sản xuất.

- Kết quả của bài tập phải có tác dụng thực tế, tức là phải đáp ứng một vấn

đề thực tiễn nào đó.

Khi ra cho học sinh những bài tập vật lí có nội dung kĩ thuật, cần có bài tập

không cho đầy đủ dữ kiện và để giải nó, học sinh có nhiệm vụ phải tìm những dữ

kiện đó bằng cách tiến hành các phép đo hoặc tra cứu ở các tài liệu.

c) Bài tập luyện tập được dùng để rèn luyện cho học sinh áp dụng các kiến

thức đã học để giải từng loại bài tập theo mẫu xác định. Việc giải những bài tập

loại này không đòi hỏi tư duy sáng tạo của học sinh mà chủ yếu cho học sinh

luyện tập để nắm vững cách giải đối với một loại bài tập nhất định.

d) Khác với bài tập luyện tập, bài tập sáng tạo là bài tập mà các điều kiện

cho trong đầu bài không chỉ dẫn trực tiếp hay gián tiếp cách giải bài tập. Các bài

tập sáng tạo có tác dụng rất lớn trong việc phát triển tính tự lực và sáng tạo của

học sinh, giúp học sinh nắm vững kiến thức chính xác, sâu sắc và mềm dẻo. Bài

tập sáng tạo có thể là bài tập giải thích một hiện tượng chưa biết trên cơ sở các

kiến thức đã biết (trả lời câu hỏi “Tại sao”) hoặc là bài tập thiết kế, đòi hỏi thực

hiện một hiện tượng thực đáp ứng những yêu cầu đã cho (trả lời câu hỏi “Làm

như thế nào”).

Ví dụ như:

- Khi học đề tài “Chuyển động tròn”, có thể ra cho học sinh bài tập giải

thích sau: Muốn rót chất lỏng đựng trong chai ra một cách nhanh chóng, ta làm

cho chất lỏng quay nhanh trong chai. Tại sao?

- Bài tập thiết kế "Làm thế nào để xác định được lực cản chuyển động của

một con thuyền trên mặt nước mà không dùng lực kế" được ra sau khi học sinh đã

học xong phần động lực học. Bài tập này đòi hỏi học sinh phải vận dụng sáng tạo

47

các kiến thức đã biết về động học và động lực học để tìm ra được phương án xác

định lực cản chuyển động theo biểu thức: tvmF

ΔΔ

= .

9.5.2. Việc sử dụng hệ thống bài tập

Trong dạy học từng đề tài cụ thể, giáo viên phải dự kiến chi tiết kế hoạch

sử dụng hệ thống bài tập đã lựa chọn.

a) Các bài tập đã lựa chọn có thể sử dụng ở các khâu khác nhau của quá

trình dạy học: nêu vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố, hệ thống hoá, kiểm

tra và đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh.

b) Trong tiến trình dạy học một đề tài cụ thể, việc giải hệ thống bài tập mà

giáo viên đã lựa chọn của học sinh thường bắt đầu bằng những bài tập định tính

hay những bài tập tập dượt. Sau đó, học sinh sẽ giải những bài tập tính toán, bài

tập đồ thị, bài tập thí nghiệm có nội dung phức tạp hơn. Việc giải những bài tập

tính toán tổng hợp, những bài tập có nội dung kĩ thuật với dữ kiện không đầy đủ,

những bài tập sáng tạo có thể coi là sự kết thúc việc giải hệ thống bài tập đã được

lựa chọn cho đề tài.

c) Cần chú ý cá biệt hoá học sinh trong việc giải bài tập vật lí, thông qua

các biện pháp sau:

- Biến đổi mức độ yêu cầu của bài tập ra cho các loại đối tượng học sinh

khác nhau, thể hiện ở mức độ trừu tượng của đầu bài, loại vấn đề cần giải quyết,

phạm vi và tính phức hợp của các số liệu cần xử lí, loại và số lượng thao tác tư

duy lôgic và các phép biến đổi toán học cần sử dụng, phạm vi và mức độ các kiến

thức, kĩ năng cần huy động.

- Biến đổi mức độ yêu cầu về số lượng bài tập cần giải, về mức độ tự lực

của học sinh trong quá trình giải bài tập.

48

Chương 10

TỔ CHỨC DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

10.1. CÁC CHIẾN LƯỢC TỔ CHỨC DẠY HỌC

Dạy học là một loại hoạt động phức tạp mà mục đích cuối cùng là biến

những tri thức, kinh nghiệm của loài người thành tri thức, kinh nghiệm, năng lực

của bản thân học sinh, đồng thời phát triển ở họ những phẩm chất nhân cách của

con người trong xã hội mới. Quá trình dạy học là quá trình tác động qua lại giữa

ba thành tố cơ bản: giáo viên, học sinh và nội dung môn học (tài liệu, phương

49

tiện). Quá trình đó diễn ra phức tạp, trong đó sự phối hợp hoạt động của giáo viên

và học sinh có vai trò quyết định. Muốn đạt được mục đích dạy học, giáo viên cần

phải lựa chọn hình thức hoạt động thích hợp cho học sinh, hướng dẫn giúp đỡ tạo

điều kiện cho họ thực hiện thành công những hoạt động đó; xác định rõ ràng,

chính xác sự vận hành của quá trình dạy học, nghĩa là phải chọn một chiến lược tổ

chức dạy học có hiệu quả, gọi tắt là chiến lược dạy học.

Trong lịch sử giáo dục đã có nhiều chiến lược dạy học khác nhau. Những

chiến lược dạy học đó khác nhau ở vai trò của giáo viên và học sinh trong quá

trình dạy học. Một chiến lược dạy học dựa chính vào sự điều khiển toàn diện,

tuyệt đối của giáo viên được gọi là chiến lược giáo viên điều khiển; một chiến

lược khác ngược lại, dựa vào hoạt động tự lực của học sinh được gọi là chiến lược

lấy học sinh làm trung tâm. Trong chiến lược giáo viên điều khiển, người giáo

viên quyết định tất cả, điều khiển toàn bộ các hoạt động của quá trình dạy học từ

đặt vấn đề mở đầu, giải quyết vấn đề, đánh giá và kết luận, còn học sinh thì thụ

động ghi nhớ, nhắc lại. Trong chiến lược lấy học sinh làm trung tâm thì học sinh

quyết định tất cả từ mục đích, nôị dung học đến lập kế hoạch học tập, cách thức

giải quyết vấn đề học tập, các hành động học tập đến đánh giá kết quả và kết luận.

Trong các chiến lược dạy học trung gian khác, vai trò của giáo viên và học sinh

thay đổi, tăng hoặc giảm trong từng giai đoạn của quá trình dạy học. Cho tới nay,

có những chiến lược dạy học sau đây đã được thử nghiệm ít nhiều trên thế giới và

đã thu được những kết quả nhất định, xếp theo thứ tự vai trò của giáo viên giảm

dần và vai trò của học sinh tăng dần: truyền thông, giảng giải minh hoạ, biểu diễn,

đàm thoại gợi mở, chiếm lĩnh khái niệm, bắt chước, thảo luận nhóm, hướng dẫn

tìm tòi, nhóm hợp tác nhỏ, nghiên cứu theo sở thích. Trong những chiến lược nêu

ở trên, có những chiến lược đã được biết từ nhiều thế kỉ trước đây, có những

chiến lược mới được xây dựng dựa trên những nghiên cứu mới nhất của các nhà

tâm lí học sư phạm về sự học tập. Thực tiễn dạy học cho biết: không có một chiến

50

lược dạy học nào là vạn năng, có thể áp dụng cho mọi môn học, bài học, cho mọi

học sinh để đạt mọi mục đích mong muốn. Giáo viên cần phải biết nhiều chiến

lược dạy học để lựa chọn những chiến lược dạy học thích hợp với mục đích dạy

học, với môn học, bài học cụ thể, với trình độ học sinh cùng với thời gian học và

phương tiện dạy học nhất định.

Dưới đây, sẽ giới thiệu nội dung cơ bản của mỗi chiến lược dạy học nói

trên.

10.1.1. Chiến lược truyền thông

Ở đây, muốn nói đến truyền thông qua phát thanh, vô tuyến truyền hình,

video. Mục tiêu lớn nhất của chiến lược này là để mang lại kinh nghiệm giáo dục

mà không cần tổ chức thành lớp học. Nó đặc biệt có ích để phát triển, làm giàu

kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo từ những tài liệu và những người trình bày được

chuyên môn hoá. Nó phù hợp với mọi lứa tuổi, mọi trình độ, có thể áp dụng cho

mọi môn khoa học xã hội, ngôn ngữ, âm nhạc, toán và khoa học tự nhiên. Chiến

lược này được áp dụng rộng rãi trong giáo dục từ xa. Sự bất lợi lớn của chiến lược

này là ở chỗ đó, là sự truyền thụ một chiều. Học sinh là những người tiếp thu thụ

động, họ không có cơ hội để tương tác với môi trường, tiếp xúc với giáo viên để

hỏi han hay đề nghị giúp đỡ. Ngoài ra, còn một bất lợi khác là giáo viên không có

được thông tin ngược kịp thời từ phía học sinh để biết được việc dạy học có phù

hợp với một số nhóm học sinh đặc biệt nào không.

10.1.2. Chiến lược giảng giải minh hoạ

Mục tiêu của chiến lược này là cung cấp cho người học những kiến thức,

kinh nghiệm mà nhân loại đã tích lũy được dưới dạng đầy đủ, hoàn chỉnh, giải

thích cho người học ý nghĩa của những kiến thức, kinh nghiệm đó và minh họa

chúng bằng một số ví dụ cụ thể. Người học phải cố gắng tiếp thu những kiến thức,

kinh nghiệm đó để thuộc lòng, nhắc lại và sử dụng trong những tình huống điển

51

hình đã được qui định, không cần biết những kiến thức, kinh nghiệm đó đã được

hình thành như thế nào và sẽ còn phát triển nữa hay không.

Ưu điểm của chiến lược này là có thể cung cấp cho người học một khối

lượng kiến thức, kinh nghiệm lớn dưới dạng đầy đủ, hiện đại. Người dạy có đủ

thời gian chuẩn bị, lựa chọn những thông tin chính xác để cung cấp cho học sinh.

Những tài liệu giảng dạy theo chiến lược này được bổ sung, sửa đổi qua nhiều

lần, qua nhiều thế hệ, trở thành rất phong phú đầy đủ. Việc kiểm tra đánh giá dựa

trên những tài liệu chuẩn mực, rõ ràng cũng dễ dàng cho cả giáo viên và học sinh.

Chiến lược này được dùng nhiều cho người lớn tuổi trong các môn học lí thuyết.

Nhược điểm lớn nhất của chiến lược này là học sinh hoàn toàn ở thế thụ

động, nhiệm vụ chính của họ là tìm hiểu, ghi nhớ, nhắc lại, bắt chước vận dụng

vào những tình huống điển hình đã biết. Năng lực sáng tạo của học sinh không

được khơi dậy, luyện tập và phát triển. Thậm chí nhiều khi học sinh cảm thấy

khoa học như là một lĩnh vực dành cho các thiên tài trời sinh ra, còn đa số những

người lao động không thể với tới được, chỉ có chờ đợi để làm theo. Chiến lược

này đặc biệt khó khăn khi muốn đáp ứng những yêu cầu khác nhau của cá nhân,

muốn thực hiện phân hoá trong dạy học. Rõ ràng chiến lược dạy học này là không

còn phù hợp với thời đại ngày nay, khi mà sự hoà nhập với cộng đồng quốc tế đòi

hỏi mỗi dân tộc, mỗi quốc gia phải có những cách làm riêng phù hợp với hoàn

cảnh của địa phương mình, đất nước mình mà sáng tạo ra những giá trị tinh thần

và vật chất mới để trao đổi với các dân tộc, các quốc gia khác, thúc đẩy sự phát

triển thịnh vượng chung.

10.1.3. Chiến lược biểu diễn

Mục tiêu lớn nhất của chiến lược biểu diễn là khuyến khích sự tiếp thu kiến

thức, kĩ năng, hành vi thông qua quan sát và bắt chước. Đó là một chiến lược

truyền thống có từ rất lâu, có hiệu quả cao, đặc biết đối với học sinh nhỏ tuổi hay

52

yếu kém. Nó được áp dụng với một số biến đổi, cho tất cả các môn học ở mọi

trình độ. Nó cũng được áp dụng để phát triển kĩ năng suy nghĩ, giải quyết vấn đề.

Sự hạn chế lớn nhất của chiến lược này là ở chỗ có ít khả năng cho sự làm

việc độc lập của học sinh. Đó là một chiến lược có cấu trúc ở trình độ cao, do đó

nếu không có sự cố gắng đầy đủ trong việc lập kế hoạch thì bài học biểu diễn có

thể trở thành rất buồn chán. Điều đó đặc biệt thấy rõ khi giáo viên thực hiện theo

sách giáo khoa.

10.1.4. Chiến lược đàm thoại gợi mở

Mục tiêu chính của chiến lược này là giáo viên đối thoại trực tiếp với học

sinh, đưa ra những câu hỏi để gợi ý cho học sinh suy nghĩ, có những lời hướng

dẫn bổ sung khi phát hiện ra chỗ sai lầm hay bế tắc của học sinh, dần dần từng

bước đưa học sinh đến kết luận cần thiết. Theo chiến lược này, giáo viên có thể

theo sát được những suy nghĩ và hành động của học sinh khi họ giải quyết nhiệm

vụ học tập, kịp thời gợi mở định hướng cho học sinh tìm ra cách giải quyết đúng

đắn, đạt được mục đích học tập.

Nhược điểm lớn nhất của chiến lược này là giáo viên chỉ có thể đối thoại

được với một số rất ít học sinh, còn các học sinh khác vẫn thụ động ngồi nghe,

theo dõi cuộc đàm thoại. Mặt khác, khi đối thoại trực tiếp với giáo viên theo một

dàn ý do giáo viên định trước mà học sinh không biết, không được chuẩn bị thì

không tránh khỏi sự lúng túng của học sinh, dẫn đến rụt rè thiếu tự tin, nhất là khi

giáo viên cứ liên tiếp dồn dập đưa ra những câu hỏi như cưỡng bức, dồn ép học

sinh đến chỗ bế tắc để bắt họ phải "suy nghĩ sáng tạo".

Chiến lược này được áp dụng có hiệu quả khi nghiên cứu lí thuyết phải

thực hiện những lập luận phức tạp để đi tới kết luận.

10.1.5. Chiến lược chiếm lĩnh khái niệm

Chiến lược chiếm lĩnh khái niệm có thể phát triển theo hai hướng: diễn dịch

hay qui nạp. Trong chiến lược diễn dịch, giáo viên giới thiệu cho học sinh trong

53

lớp nhận biết khái niệm và minh hoạ nó bằng những ví dụ và phản ví dụ. Sau đó,

những kiến thức về khái niệm này được học sinh áp dụng. Trong chiến lược qui

nạp, giáo viên đưa ra ví dụ và phản ví dụ về khái niệm và học sinh thông qua một

quá trình quan sát và thảo luận, nhận biết được khái niệm. Sau đó, học sinh áp

dụng những kiến thức và khái niệm.

Mục đích chủ yếu của chiến lược chiếm lĩnh khái niệm là giúp học sinh sắp

xếp, phân loại thông tin và kinh nghiệm thành một hệ thống cơ bản có ý nghĩa. Sự

tư duy dưới dạng khái niệm giúp học sinh suy nghĩ có hiệu quả, nhanh chóng.

Dạy học khái niệm là một sản phẩm của công trình nghiên cứu sau năm 1960 về

bản chất của sự suy nghĩ và sự học tập của nhà tâm lí học Ililda Taba và Jerome

Bruner. Theo D.Hamackek, nên hiểu khái niệm ở đây là "sự tập hợp trong óc" của

những sự kiện, những vật thể mà nhìn bên ngoài thì chúng khác nhau. Thí dụ như:

qủa táo, qủa cam, quả nho, quả chuối... rất khác nhau bên ngoài nhưng có thể gộp

lại dưới dạng khái niệm "quả". Chỗ hạn chế lớn nhất của chiến lược khái niệm là

ở chỗ: đó là một chiến lược quá trình và vì thế bị hạn chế trong việc áp dụng để

chiếm lĩnh nội dung hoặc thông tin chuyên biệt cao. Cũng khó tìm được những

khái niệm trong chương trình môn học phù hợp với dạng dạy học này.

Sau đây là một số nguyên tắc chung cho việc thực hiện một bài học khái

niệm có kết quả:

- Khái niệm phải đáng được dạy, nó cần là khái niệm có ý nghĩa;

- Nó phải có những đặc điểm rõ ràng;

- Học sinh có những ví dụ và kinh nghiệm để liên kết lại trước khi xử lí với

dạng trừu tượng hơn của khái niệm;

- Những ví dụ và phản ví dụ của khái niệm được trình bày và thảo luận;

- Có môi trường học tập tích cực.

10.1.6. Chiến lược bắt chước (trò chơi bắt chước)

54

Mục tiêu chính của chiến lược bắt chước là tái tạo lại càng gần càng tốt một

tình huống thật của đời sống hay một kinh nghiệm. Theo chiến lược này, học sinh

có thể học những nguyên tắc chuyên biệt, những khái niệm hoặc những kĩ năng

suy nghĩ trong lĩnh vực nhận thức, rèn luyện thân thể hay thái độ cư xử. Trò chơi

bắt chước đặc biệt thích hợp với khoa học xã hội, ngôn ngữ, nghệ thuật và hoạt

động giải quyết vấn đề. Hiện nay, có rất nhiều trò chơi bắt chước trên máy vi tính.

Chỗ bất lợi chính của trò chơi bắt chước là chúng có thể bóp méo sự thật.

Chúng cũng đòi hỏi sự cố gắng lớn và thời gian để chuẩn bị.

10.1.7. Chiến lược thảo luận nhóm

Mục tiêu chính của chiến lược này là khuyến khích kĩ năng truyền đạt, trao

đổi thông tin trong nhóm và trong lớp. Nó cũng giúp động viên sự suy nghĩ và

quyết định cũng như khuyến khích phân biệt những quan điểm, quan niệm. Nó có

vị trí trong mọi lĩnh vực học, đặc biệt thích hợp với những nghiên cứu xã hội,

nghệ thuật, giải quyết vấn đề, tranh luận.

Chỗ hạn chế lớn nhất của chiến lược này là nó không thích hợp với học

sinh nhỏ vì đòi hỏi có một trình độ lí luận nhất định. Nó cũng phụ thuộc rất nhiều

vào thói quen của nhóm và không khí xã hội của lớp học. Nếu học sinh không

được luyện tập trong nhóm về kĩ thuật thảo luận thì chiến lược này có thể vấp

phải sự thiếu cộng tác và thái độ phá rối. Chỉ khi học sinh được luyện tập trong

nhóm thì bài học mới có thể tiến hành không cần sự cấu trúc cẩn thận của giáo

viên.

10.1.8. Chiến lược hướng dẫn tìm tòi

Mục tiêu chính của chiến lược này là giúp học sinh phát triển kĩ năng giải

quyết vấn đề và nhấn mạnh rằng học sinh có thể học được kiểu học bằng cách

làm. Sự hướng dẫn tìm tòi cũng đặc biệt có hiệu quả khi giúp phát triển sự thấu

hiểu tốt hơn những tư tưởng và khái niệm. Chiến lược này có thể áp dụng cho học

sinh nhỏ nếu họ được cung cấp nhiều tài liệu cụ thể và có sự giúp đỡ của giáo

55

viên, nhưng đặc biệt có lợi cho những học sinh lớn (ở bậc trung học và trên nữa)

vì họ đã có khả năng lập luận ở một trình độ tư duy trừu tượng cao. Nó đặc biệt

thích hợp với những môn học đòi hỏi sự học tập tích cực, sự phát triển khái niệm

và tìm lời giải đáp cho vấn đề đặt ra. Vì thế, nó có vai trò quan trọng trong dạy

học toán học, khoa học tự nhiên và xã hội.

Sự hạn chế lớn nhất của chiến lược này là do nhấn mạnh vào quá trình học

tập nên không thích hợp cho việc chuyển tải một số lượng lớn những sự kiện một

cách ngắn gọn và có hiệu quả. Thiếu sự hướng dẫn kịp thời của giáo viên, sự tìm

tòi có thể mất nhiều thời gian đối với một số học sinh và có khi còn sai lầm,

không có giá trị.

10.1.9. Chiến lược học theo nhóm hợp tác nhỏ

Theo chiến lược này, học sinh làm việc trong những nhóm nhỏ độc lập đối

với giáo viên, trong khi đó giáo viên luôn mang đến cho nhóm sự lãnh đạo hay

giúp đỡ. Đây là một hình thức kết hợp dạy học toàn lớp và cá thể hoá. Các nhóm

nhỏ thường có từ ba đến tám học sinh. Khái niệm học tập hợp tác gợi ý cho học

sinh làm việc cùng nhau, tương tác và ràng buộc lẫn nhau và một hay một số học

sinh giúp đỡ những bạn cần hay yêu cầu sự giúp đỡ. Sự phân chia nhiệm vụ và

công việc trong nhóm thể hiện mức độ hợp tác trong học tập. Nói cách khác, việc

học tập hợp tác đòi hỏi học sinh làm việc và học tập với những nguyên liệu thu

được từ các thành viên của nhóm.

Chiến lược này nhằm phát triển ở học sinh những kĩ năng nhận thức, kĩ

năng giao tiếp xã hội, tích cực hoá hoạt động học tập của học sinh và tạo ra sự

bình đẳng trong học tập.

Sự hạn chế của chiến lược này là ở chỗ: sự phân chia nhiệm vụ và công

việc cho các thành viên trong các nhóm khá phức tạp do trình độ không đồng đều

và chưa có thói quen hợp tác trong công việc. Mặt khác, sự lựa chọn những vấn

đề học tập thích hợp có thể giao cho các nhóm độc lập giải quyết cũng có nhiều

56

khó khăn do nội dung vấn đề, do trình độ học sinh và do phương tiện hoạt động

(tài liệu tham khảo, dụng cụ thiết bị).

10.1.10. Chiến lược nghiên cứu dựa theo sở thích của học sinh

Trong chiến lược này, học sinh hoàn toàn chủ động: chọn vấn đề mà họ

ham thích, tự lực tiến hành nghiên cứu giải quyết vấn đề và trình bày kết quả. Đây

thuộc loại chiến lược lấy học sinh làm trung tâm theo nghĩa đầy đủ của thuật ngữ

này. Việc nghiên cứu có thể tiến hành hoàn toàn theo cá nhân hoặc theo nhóm

nhỏ. Các đề tài nghiên cứu có thể do học sinh tự đề xuất hoặc họ lựa chọn trong

số các đề tài do giáo viên giới thiệu.

Mục tiêu chính của chiến lược này là phát huy cao độ tính tích cực tự lực

của học sinh, rèn luyện cho học sinh cách làm việc độc lập, phát triển tư duy sáng

tạo, kĩ năng tổ chức công việc, trình bày kết quả.

Sự hạn chế lớn nhất của chiến lược này trước hết là về mặt tổ chức, khó có

thể cá biệt hoá triệt để, làm cho tất cả học sinh đều hứng thú với tất cả các đề tài

của chương trình. Vì tính chất tự lực, độc lập cao nên giáo viên khó theo dõi được

quá trình làm việc của học sinh và kết quả công việc để có thể giúp đỡ kịp thời.

Chiến lược này chỉ thích hợp với học sinh ở các lớp trên đã có ít nhiều kĩ năng

làm việc tự lực và có trình độ tư duy tương đối phát triển.

Sự phân tích sơ bộ trên cho thấy: mỗi chiến lược dạy học đều có những ưu

điểm và hạn chế. Với mỗi đối tượng học sinh ở một trình độ nhất định, một mục

đích dạy học xác định, một nội dung cụ thể trong những hoàn cảnh cụ thể, cần

phải lựa chọn một chiến lược cụ thể hoặc phối hợp nhiều chiến lược mới có thể

thành công trong dạy học.

Tuy nhiên, trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước hiện

nay, người ta nhấn mạnh đến việc phát triển ở học sinh năng lực sáng tạo, năng

lực giải quyết vấn đề cho nên khuyến khích sử dụng các chiến lược trong đó vai

57

trò của học sinh được đề cao: học bằng hoạt động, thông qua hoạt động của chính

bản thân mình mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành năng lực và phẩm chất đạo

đức, còn giáo viên chủ yếu giữ vai trò người tổ chức, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều

kiện tốt cho học sinh có thể thực hiện thành công hoạt động học tập. Nghị quyết

Trung ương 2, khoá VIII đã chỉ rõ: " khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn

luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng các phương

pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, bảo đảm điều kiện

và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, nhất là sinh viên đại học".

10.2. CÁC HÌNH THỨC DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

Có nhiều cách phân loại các hình thức dạy học vật lí, mỗi cách dựa trên

một dấu hiệu nhất định. Thí dụ: a) dựa theo thành phần học sinh, có thể chia thành

dạy học cá nhân, dạy học theo lớp, dạy học theo nhóm (trong lớp có nhiều nhóm);

b) dựa theo mục đích của việc học, có thể chia thành: nghiên cứu kiến thức mới,

luyện tập, ôn tập, kiểm tra; c) dựa theo địa điểm, vị trí tổ chức dạy học, có các

hình thức: làm việc ở lớp, làm việc trong phòng thí nghiệm, tham quan sản xuất ở

xí nghiệp công trường... Các cách phân loại này đều chỉ là tương đối, mỗi hình

thức dạy học trong một cách phân loại này đều có bao hàm nội dung của một số

cách phân loại khác.

Trong dạy học vật lí ở trường phổ thông hiện nay, người ta thường sử dụng

những hình thức dạy học sau:

- Bài lên lớp.

- Tham quan ngoại khoá.

- Tự học ở nhà.

Theo quan điểm hiện đại về dạy học (dạy học bằng hoạt động, thông qua

hoạt động của học sinh) thì việc tổ chức dạy học thực chất là tổ chức cho học sinh

hoạt động tự lực, thông qua đó mà chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, phát triển năng

lực và hình thành thái độ. Trong mỗi hình thức dạy học lại có nhiều cách thức tổ

58

chức hoạt động của học sinh. Lựa chọn hình thức tổ chức hoạt động nào là tuỳ

thuộc vào mục đích, nội dung, phương tiện dạy học và trình độ của học sinh.

Trong mỗi hình thức tổ chức dạy học có cả hoạt động của giáo viên và học sinh,

cho nên ta gọi chung là hình thức tổ chức hoạt động dạy học. Cách gọi như thế

nhằm nhấn mạnh đặc trưng cơ bản của quá trình dạy học hiện đại là tổ chức hoạt

động của học sinh. Mọi hình thức tổ chức hoạt động dạy học có ưu điểm riêng,

đáp ứng được việc thực hiện một số mặt trong mục tiêu chung của dạy học vật lí.

Việc phối hợp khéo léo, hài hoà các hình thức tổ chức dạy học đó sẽ mang lại

hiệu quả cao, tạo ra một chất lượng toàn diện ở học sinh.

10.3. BÀI LÊN LỚP

10.3.1. Khái niệm bài lên lớp

Bài lên lớp (còn gọi là bài học) là hình thức cơ bản của quá trình dạy học

vật lí ở trường phổ thông hiện nay. Theo hình thức này, trong một khoảng thời

gian xác định (tiết học), tại một địa điểm xác định (lớp học) với một số lượng học

sinh cố định có cùng trình độ phát triển, giáo viên tổ chức hoạt động nhận thức

cho cả lớp, có chú ý tới đặc điểm riêng của từng học sinh, làm cho tất cả học sinh

đều nắm vững những kiến thức, kĩ năng cơ bản, đồng thời qua đó mà phát triển

được năng lực nhận thức và hình thành quan điểm đạo đức, thái độ ứng xử.

Như vậy, bài lên lớp có những đặc trưng riêng mà các hình thức tổ chức

dạy học khác không có. Đó là:

- Giáo viên làm việc với một số học sinh cố định, có cùng một trình độ phát

triển (tương đối đồng đều) tạo thành một tổ chức toàn vẹn.

- Sự thống nhất, phối hợp hoạt động giữa giáo viên và học sinh, trong đó

giáo viên giữ vai trò tổ chức, chỉ đạo, còn học sinh là chủ thể hoạt động nhận thức

nhằm đạt được mục tiêu chung của dạy học là kiến thức, kĩ năng và thái độ của

học sinh.

59

- Mỗi bài lên lớp có một mục tiêu chung cho cả lớp theo chương trình môn

học, đồng thời có sự phân hoá cho những học sinh yếu hay giỏi về một số mặt nào

đó.

10.3.2. Các kiểu tổ chức hoạt động học của học sinh trong bài lên lớp

Trong bài lên lớp, giáo viên có thể tổ chức cho cả lớp hoạt động theo ba

kiểu cơ bản sau:

1. Kiểu 1. Nhiệm vụ thống nhất, cá nhân thực hiện độc lập, sản phẩm giống

nhau

Đây là kiểu tổ chức hoạt động rất phổ biến hiện nay. Giáo viên trao cho cả

lớp một nhiệm vụ học tập giống nhau và mỗi cá nhân phải hoàn thành nhiệm vụ

thống nhất đó và tạo ra một sản phẩm như nhau.

Thí dụ như: cả lớp được giao một nhiệm vụ chung là tìm một mối quan hệ,

giải một bài tập vật lí, tìm hiểu một ứng dụng kĩ thuật... Đến cuối tiết học, tất cả

học sinh trong lớp học đều phải hoàn thành nhiệm vụ đó, đi đến cùng một kết

luận. Tuy nhiên, để đảm bảo tốc độ làm việc chung cho cả lớp, giáo viên có thể

phân chia việc thực hiện nhiệm vụ chung đó thành nhiều hành động đạt đến

những mục tiêu bộ phận nhỏ hơn để cho đa số học sinh có thể hoàn thành một

mục tiêu bộ phận nào đó trong cùng một khoảng thời gian, giáo viên giúp họ đánh

giá kết quả bộ phận đó rồi mới chuyển sang mục tiêu bộ phận tiếp theo. Cuối

cùng là thực hiện được nhiệm vụ chung.

Tuỳ theo hoàn cảnh cụ thể và ý định sư phạm cụ thể của giáo viên, có thể

chỉ giao cho học sinh tự lực thực hiện một số mục tiêu bộ phận nào đó, còn một

số mục tiêu bộ phận khác khó đối với học sinh hoặc không đủ thời gian và

phương tiện cho học sinh hoạt động thì giáo viên có thể tự mình thực hiện để học

sinh quan sát, ghi nhận, thu thập thông tin làm cơ sở để học sinh thực hiện các

mục tiêu bộ phận khác. Thí dụ: do những điều kiện cụ thể, giáo viên không thể tổ

chức thí nghiệm đồng loạt cho học sinh thực hiện mà phải làm thí nghiệm biểu

60

diễn. Như vậy, giáo viên thực hiện các thao tác làm thí nghiệm, còn học sinh theo

dõi, quan sát, ghi nhận các thông tin thu nhận được từ thí nghiệm, xử lí các thông

tin đó và rút ra kết luận.

Hiện nay, nhiều giáo viên phân chia nhiệm vụ học tập thành những mục

tiêu quá nhỏ, sắp xếp theo một trình tự quá chặt chẽ dưới hình thức những câu hỏi

gợi mở từng bước, theo một chương trình cứng nhắc (gọi là định hướng chương

trình hoá). Giáo viên đối thoại với từng học sinh để chỉnh lí ngay những sai lệch

của học sinh đó, xem như đại diện cho cả lớp. Cách làm đó có thể giúp cho cả lớp

đi theo cùng một nhịp độ, đạt được cùng một kết quả, nhưng nhược điểm của cách

làm này là khiến cho học sinh bị đẩy đi theo sự sắp xếp quá chặt chẽ của giáo

viên, đi bước nào biết bước ấy, nên không phát triển được khả năng sáng tạo của

học sinh.

2. Kiểu 2. Nhiệm vụ thống nhất cho cả lớp, thực hiện theo nhóm, thống

nhất sản phẩm

Lớp học chia thành nhiều nhóm, các nhóm đều có chung một nhiệm vụ học

tập. Mỗi nhóm hoạt động độc lập, thực hiện mục tiêu chung hay mục tiêu bộ phận

do giáo viên qui định, thảo luận trong nhóm để đi tới kết luận của nhóm hoặc nêu

ra những ý kiến khác nhau của các thành viên trong nhóm chưa đi đến nhất trí

được. Cuối cùng, giáo viên tổ chức cho đại diện của các nhóm công bố kết quả

của nhóm mình trước cả lớp và tranh luận để đi đến kết quả chung cuối cùng.

Theo kiểu này, học sinh được làm việc độc lập, được trao đổi trong nhóm

để sơ bộ đánh giá kết quả hoạt động của mình và của các bạn trong nhóm. Học

sinh mạnh dạn trình bày ý kiến của mình trong nhóm, với những người cùng trình

độ trước khi đưa ra tranh luận ở một tập thể lớn hơn là cả lớp. Sự chuẩn bị đó rất

có hiệu quả, hơn hẳn việc đối thoại trực tiếp với giáo viên khi chưa có sự chuẩn bị

ban đầu như kiểu định hướng chương trình hoá ở trên.

61

Khi học sinh làm việc trong nhóm, giáo viên theo dõi giúp đỡ riêng cho

từng nhóm khi cần thiết để các nhóm theo kịp nhịp độ chung. Đồng thời, giáo

viên phát hiện ý kiến khác nhau giữa các nhóm, chuẩn bị cho cuộc tranh luật

chung ở lớp. Khi tổ chức tranh luận chung ở lớp, giáo viên đóng vai trò trọng tài,

giúp học sinh khẳng định những ý đúng, sửa chữa những ý sai hay chưa đầy đủ,

để đạt đến một sự thống nhất trong cả lớp, xem đó là kết luận chung cần ghi nhớ.

Như vậy, học sinh vừa phát huy được tính tích cực của cá nhân, vừa tận

dụng được sự giúp đỡ của các bạn cùng trình độ hay hơn một chút trong nhóm,

vừa nhận được sự chỉ đạo của giáo viên. Học sinh phát huy được sự sáng tạo của

mình trong nhóm, không bị gò bó bởi chương trình quá chặt chẽ của giáo viên.

Mặt khác, học sinh cũng học được cách làm việc của các nhà khoa học kể từ khi

đề xuất vấn đề đến khi công bố kết quả, hợp thức hoá các kết quả nghiên cứu,

được cộng đồng những người nghiên cứu xác nhận.

3. Kiểu 3. Nhiệm vụ chung cho cả lớp, phân công cho mỗi nhóm thực hiện

một phần riêng, cuối cùng lắp rắp các kết quả của các nhóm thành một sản phẩm

duy nhất, chung cho cả lớp

Kiểu này thường áp dụng cho những bài học phức tạp gồm nhiều mục tiêu

bộ phận mà mỗi nhóm học sinh không đủ thời gian hay thiết bị để hoàn thành tất

cả. Sau khi nêu nhiệm vụ chung, giáo viên cùng học sinh thảo luận chia thành

những mục tiêu cụ thể và trao cho mỗi nhóm một mục tiêu bộ phận. Những mục

tiêu bộ phận này phải có tính chất tương đối độc lập với nhau, khiến cho mỗi

nhóm học sinh có thể thực hiện được mà không cần phải thực hiện một mục tiêu

bộ phận khác. Thí dụ như: khi dạy học bài "Lực ma sát trượt", sau khi học sinh đã

nêu ra dự đoán về các yếu tố ảnh hưởng đến lực ma sát (áp lực lên mặt tiếp xúc,

độ ráp của mặt tiếp xúc, bản chất của các mặt tiếp xúc, diện tích của mặt tiếp

xúc), giáo viên phân công cho mỗi nhóm phải đề xuất phương án thí nghiệm kiểm

tra và thực hiện thí nghiệm kiểm tra một trong các dự đoán trên. Cuối cùng, tập

62

hợp lại thành một kết luận chung: lực ma sát trượt tỉ lệ với áp lực lên mặt tiếp

xúc, phụ thuộc độ ráp của mặt tiếp xúc, phụ thuộc vào bản chất của mặt tiếp xúc

nhưng không phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc.

10.3.3. Các loại bài lên lớp

Có nhiều cách phân loại bài lên lớp. Cách phân loại dưới đây sát với thực

tiễn, dễ sử dụng hơn cả: đó là cách phân loại bài lên lớp về vật lí dựa vào mục tiêu

chính của bài.

1. Bài nghiên cứu kiến thức mới

2. Bài luyện tập, củng cố kiến thức

3. Bài thực hành thí nghiệm

4. Bài ôn tập, hệ thống hoá kiến thức

5. Bài kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng

Đương nhiên là mỗi bài lên lớp đều phải thực hiện nhiều mục tiêu dạy học,

chúng hỗ trợ lẫn nhau làm cho quá trình dạy học đạt kết quả cao và toàn diện. Bài

lên lớp chỉ thực hiện một mục tiêu duy nhất thường là rất buồn tẻ, kém hiệu quả.

Thí dụ: bài lên lớp trong đó duy nhất chỉ chú ý đến xây dựng kiến thức mới,

không có ôn tập kiến thức cũ cần thiết, cũng không có vận dụng, củng cố kiến

thức mới thu nhận được thì bài học sẽ diễn ra rất căng thẳng, khó mà có thể duy

trì được sự chú ý, sự hào hứng của học sinh trong suốt tiết học và chất lượng kiến

thức mới xây dựng được cũng sẽ không vững chắc.

Trong mỗi kiểu bài học trên đây, đều phải thực hiện nhiều mục tiêu dạy học

để phục vụ một mục tiêu chính của bài. Các hoạt động của học sinh không phải là

trải đều cho các mục tiêu bộ phận mà phải tập trung hỗ trợ cho việc thực hiện mục

tiêu chính, ta gọi là làm rõ trọng tâm của bài.

10.3.4. Cấu trúc bài lên lớp

63

Như đã nói ở trên, bài lên lớp là hình thức cơ bản của quá trình dạy học vật

lí ở trường phổ thông hiện nay, đảm bảo cho hầu hết học sinh đạt được mục đích

của việc dạy học.

Cấu trúc của bài lên lớp sẽ gồm một chuỗi những hoạt động của giáo viên

và học sinh, được sắp xếp theo một trình tự hợp lí đảm bảo cho học sinh hoạt

động có hiệu quả nhằm chiếm lĩnh kiến thức, phát triển năng lực và hình thành

thái độ, đạo đức. Mỗi bài học có một mục đích chung, được phân chia thành

những mục tiêu bộ phận. Mỗi mục tiêu bộ phận ứng với một nội dung cụ thể, phải

sử dụng những phương tiện dạy học nhất định, áp dụng những phương pháp hoạt

động phù hợp với từng đối tượng học sinh. Trong khi thực hiện, mỗi hành động

phải luôn luôn đảm bảo sự thống nhất giữa mục tiêu bộ phận, nội dung và phương

pháp, đồng thời đảm bảo thực hiện được mục đích, nội dung và phương pháp

chung mỗi bài, được xem như một thể thống nhất.

Với mỗi mục đích, mỗi nội dung dạy học, ứng với mỗi đối tượng trong

những điều kiện cơ sở vật chất, phương tiện dạy học xác định, bài lên lớp phải có

cấu trúc riêng thích hợp thì mới có hiệu quả. Tuy khó có thể đề ra một cấu trúc

chung, nhưng vì học sinh hoạt động trong một tập thể lớp xác định, phải thực hiện

những mục đích chung trong một thời gian xác định nên vẫn có thể nêu ra một số

hành động điển hình phải thực hiện trong mỗi bài. Những hành động đó là những

yếu tố cấu trúc của bài học, còn gọi là các khâu của bài học. Thông thường, bài

lên lớp có các khâu sau:

1. Tổ chức lớp học

2. Kiểm tra bài làm ở nhà của học sinh

3. Xây dựng tình huống có vấn đề. Giao nhiệm vụ cho học sinh

4. Xây dựng, lĩnh hội kiến thức, kĩ năng, phương pháp hoạt động

5. Sơ bộ luyện tập, củng cố kiến thức

6. Khái quát hoá, hệ thống hoá kiến thức

64

7. Kiểm tra và tự kiểm tra kiến thức

8. Giao và hướng dẫn bài làm về nhà.

Có một số khâu chiếm một vị trí hoàn toàn ổn định trong một bài học, thí

dụ như: khâu 1 (tổ chức lớp) bao giờ cũng được thực hiện vào đầu giờ học, còn

khâu 8 (giao và hướng dẫn bài làm về nhà) thì luôn luôn được thực hiện vào cuối

mỗi bài học. Các khâu khác thì không nhất thiết phải theo một trình tự thời gian

chặt chẽ mà có thể thay đổi trật tự theo thời gian hoặc có thể thực hiện xen kẽ với

nhau. Cấu trúc bài học như trên sẽ không quá cứng nhắc như cấu trúc 5 bước mà

ta thường gặp hiện nay. Thí dụ như: khâu kiểm tra bài làm ở nhà của học sinh

không nhất thiết phải luôn luôn làm ở đầu bài học. Nếu những bài làm ở nhà

thuộc bài trước có liên quan trực tiếp đến một chỗ nào đó trong khi xây dựng kiến

thức mới thì giáo viên có thể kiểm tra ngay trước khi cần dùng. Nếu bài học gồm

nhiều phần, cần đạt được nhiều mục tiêu bộ phận thì giáo viên có thể sơ bộ củng

cố luyện tập ngay sau khi xây dựng được từng yếu tố kiến thức (củng cố từng

phần), chứ không đợi đến cuối bài học mới củng cố một thể tất cả những yếu tố

kiến thức mà học sinh đã tiếp thu được trong bài học.

10.3.5. Cấu trúc của các loại bài lên lớp vật lí

Mục 10.3.3. của chương này đã giới thiệu 5 loại bài lên lớp thường gặp

trong dạy học vật lí hiện nay. Mỗi loại bài học đều phải thực hiện nhiệm vụ chung

của việc dạy học. Tuy vậy, mỗi bài học cũng có một nhiệm vụ trọng tâm nổi bật,

do đó phải dành nhiều thời gian, công sức để thực hiện nhiệm vụ trọng tâm đó,

còn các nhiệm vụ khác có vai trò hỗ trợ hoặc chỉ là thực hiện bước đầu, sơ bộ.

Việc thực hiện nhiệm vụ trọng tâm sẽ theo một qui trình gồm nhiều bước

nhỏ chi tiết hơn. Để cho đơn giản, trong sơ đồ cấu trúc bài lên lớp dưới đây, các

chữ số Lamã được dùng để diễn tả các khâu của mỗi bài học.

1. Bài nghiên cứu kiến thức mới

a) Mục đích chính

65

Xây dựng kiến thức mới, xác định đặc tính mới của đối tượng hoặc các mối

quan hệ trong đối tượng đó. Hiểu nội dung cơ bản của kiến thức mới.

b) Lôgic của quá trình nghiên cứu kiến thức mới diễn ra như sau:

- Chuẩn bị: đưa học sinh vào tình huống có vấn đề, tạo động cơ hứng

thú, nhu cầu tìm tòi kiến thức mới.

- Giải quyết vấn đề: tìm ra kiến thức mới, phương pháp hoạt động

mới.

- Vận dụng vào thực tiễn để củng cố, đào sâu, mở rộng kiến thức.

c) Cấu trúc bài có thể có các phương án sau:

Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4

I I I I

II II | III III VI | III

III IV IV | II IV | II

IV V VI V | VI

V VI V VII

VI VII VII VIII

VII VIII VIII

VIII

Trọng tâm của bài nằm trong khâu III và khâu IV: các khâu này có thể

gồm những bước nhỏ sau:

Khâu III.

- Đưa ra những sự kiện xuất phát (mô tả bằng lời hay quan sát, làm

thí nghiệm).

- Yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức cũ đã có để giải thích.

- Làm cho học sinh phát hiện được mâu thuẫn: kiến thức cũ không đủ

để giải quyết vấn đề mới, nhiệm vụ nhận thức mới.

66

Khâu IV. Xây dựng kiến thức mới, thực chất là xây dựng công cụ mới để

giải quyết vấn đề mới xuất hiện. Tuỳ theo yêu cầu phải xây dựng khái niệm mới,

tìm qui luật mới, phương pháp mới hay ứng dụng kĩ thuật mới mà ta có thể áp

dụng một qui trình thích hợp như trình bày ở chương 2.

2. Bài luyện tập, củng cố kiến thức

a) Mục đích chính

Làm cho học sinh hiểu sâu hơn những kiến thức đã học, rèn luyện kĩ năng

kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, sản xuất.

Thông thường, bài học diễn ra dưới dạng luyện tập giải bài tập vật lí.

b) Lôgic của quá trình luyện tập, củng cố kiến thức như sau:

- Tái hiện kiến thức cơ bản và uốn nắm những chỗ học sinh hiểu sai lệch.

- Vận dụng vào tình huống quen thuộc, luyện tập theo mẫu để rèn luyện kĩ

năng cơ bản và ghi nhớ.

- Vận dụng vào tình huống mới để rèn luyện khả năng sử dụng linh hoạt,

sáng tạo và mở rộng, đào sâu kiến thức.

c) Cấu trúc bài luyện tập, củng cố kiến thức có thể có các phương án sau:

Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3

I I I

II II III II V

III V VI

V VI VII

VI VII VII

VII VIII

VIII

Trọng tâm của bài nằm trong khâu V có thể gồm những bước sau:

67

- Giáo viên giúp học sinh nhớ lại những kiến thức cơ bản mới học cần

luyện tập. Phát biểu chính xác những định nghĩa, định luật, viết các công thức, vẽ

đồ thị, chỉ rõ ý nghĩa của các thuật ngữ, các kí hiệu mới. Uốn nắn những sai lệch.

- Giáo viên đưa ra một số bài tập tương tự như bài tập đã giải mẫu khi

nghiên cứu kiến thức mới. Trong những bài tập này, chỉ vận dụng trực tiếp một,

hai kiến thức mới học.

- Giáo viên đưa ra bài tập phức tạp hơn, trong đó hiện tượng xảy ra theo

nhiều giai đoạn liên tiếp, mỗi giai đoạn tuân theo một định luật, một qui tắc đã

biết. Học sinh chỉ cần nhận biết được các dấu hiệu đặc trưng cho mỗi giai đoạn là

có thể tìm được lời giải.

- Giáo viên đưa ra bài tập khó hơn, đòi hỏi sự sáng tạo của học sinh. Đó là

những bài tập đề cập đến những hiện tượng bị chi phối bởi nhiều nguyên nhân,

chịu tác động đồng thời của nhiều định luật, qui tắc. Học sinh chưa bao giờ gặp

loại bài tương tự như thế, cần phải tự lực tìm ra một cách giải mới.

3. Bài thực hành thí nghiệm

a) Mục đích chính

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng một số thiết bị cơ bản, thực hiện các phép đo

cơ bản.

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm để nghiên cứu những tính chất hay

những mối quan hệ của các sự vật, hiện tượng.

b) Lôgic của quá trình rèn luyện kĩ năng thực hành thí nghiệm

- Xác định mục đích thí nghiệm: những tính chất, những mối quan hệ cần

nghiên cứu.

- Xác định đối tượng cần quan sát, các phép đo cần thực hiện.

- Lựa chọn và bố trí dụng cụ thí nghiệm.

- Giáo viên thao tác mẫu trên các dụng cụ, thiết bị học sinh mới gặp lần

đầu.

68

- Học sinh tiến hành thí nghiệm để thu thập thông tin (quan sát, đo lường).

- Xử lí thông tin thu thập được.

- Kết luận.

Như vậy, thực hành thí nghiệm không phải đơn thuần chỉ là rèn luyện kĩ

năng sử dụng các dụng cụ thiết bị thí nghiệm, thao tác chân tay trên dụng cụ mà

điều quan trọng hơn là phải biết cách lựa chọn, bố trí dụng cụ, thiết bị nhằm thu

thập thông tin và xử lí những thông tin đó để rút ra kết luận khái quát, đáng tin

cây.

Bài thực hành thí nghiệm thường được thực hiện dưới dạng những bài học

chuyên biệt để rèn luyện một số kĩ năng sử dụng thiết bị, dụng cụ, tiến hành một

số phép đo chính xác đòi hỏi nhiều thời gian.

c) Cấu trúc bài thực hành luyện tập kĩ năng chuyên biệt

Loại bài này thường thực hiện sau khi đã nghiên cứu kiến thức mới nhằm

luyện tập cho học sinh thực hiện những thí nghiệm phức tạp dưới dạng minh hoạ

hay ứng dụng, sử dụng những dụng cụ tinh vi, có độ chính xác cao, tiến hành các

phép đo định lượng tốn nhiều thời gian, đòi hỏi một sự gia công tỉ mỉ trong việc

xử lí các kết quả đo lường.

Cấu trúc bài thực hành luyện tập kĩ năng chuyên biệt có thể diễn ra như

sau:

Phương án 1 Phương án 2

I I

II II III

III V

V VI

VI VII

Khâu I. Tổ chức: Việc tổ chức lớp

trong bài thực hành gồm các việc sau:

- Chia nhóm học sinh theo số bộ dụng

cụ thí nghiệm.

- Phân chia dụng cụ cho các nhóm.

Mỗi nhóm cử một đại diện nhận, cuối giờ học

thu dọn để lại chỗ cũ. VII

69

Khâu II. Kiểm tra việc chuẩn bị kiến thức lí thuyết: Giáo viên kiểm tra

phần chuẩn bị ở nhà của học sinh về những kiến thức cần thiết sử dụng đến trong

bài thực hành, nhất là những kiến thức lí thuyết về các định luật, qui tắc cần được

kiểm nghiệm trong bài thực hành.

Khâu III. Xác định mục đích thí nghiệm: mối liên hệ giữa kiến thức lí

thuyết và hiện tượng trong thực tế bao giờ cũng giữ một vai trò quan trọng trong

hoạt động nhận thức. Cần làm cho học sinh nhận thức rõ ràng trước khi làm thí

nghiệm rằng: những điều sẽ quan sát thấy trong thí nghiệm là biểu hiện của những

kiến thức lí thuyết nào (tính chất nào, quan hệ nào, qui tắc nào...)? Cần tổ chức

cho học sinh thảo luận để làm sáng tỏ mục đích thí nghiệm, đối tượng cần quan

sát, các phép đo cần thực hiện.

Khâu V. Tiến hành thí nghiệm và rút ra kết luận: đây là khâu trọng tâm của

bài thực hành, có thể gồm các bước nhỏ sau:

- Lựa chọn dụng cụ, thiết bị. Có thể là những dụng cụ đã quen thuộc hoặc

những dụng cụ mới có tính năng, tác dụng phù hợp hơn với yêu cầu của thí

nghiệm.

- Bố trí dụng cụ, thiết bị. Thường thì nên yêu cầu học sinh vẽ sơ đồ bố trí

thí nghiệm hoặc dựa vào một sơ đồ đã cho trước để bố trí dụng cụ. Như thế sẽ dễ

dàng kiểm tra được khâu lắp ráp thí nghiệm, tránh được những sai lầm khi phải sử

dụng nhiều dụng cụ có sự kết nối phức tạp (thí dụ như tránh mắc chồng chéo lên

nhau của các dây nối trong mạch điện).

- Giáo viên thao tác mẫu trên các dụng cụ thiết bị mớ mà học sinh mới gặp

lần đầu. Điều này đặc biệt quan trọng, đảm bảo an toàn cho học sinh (như khi

dùng điện, dùng lửa, dùng tia X, tia phóng xạ...) và an toàn cho dụng cụ, tránh

hỏng vỡ.

- Học sinh tiến hành thí nghiệm để thu thập thông tin theo một kế hoạch do

học sinh vạch ra hoặc giáo viên đã cho trước. Học sinh ghi chép các hiện tượng

70

quan sát được hoặc các số liệu đo vào bảng số liệu. Học sinh trong mỗi nhóm thay

nhau trực tiếp thao tác trên dụng cụ và thu thập các thông tin. Cần có nhiều số liệu

để tính sai số khi xử lí thông tin.

- Xử lí thông tin: nhằm đối chiếu kết quả thí nghiệm với kiến thức lí thuyết

đã học hoặc đánh giá độ chính xác, độ tin cậy của kết quả thí nghiệm dựa vào

phân tích sai số của phép đo. Thông thường với các dụng cụ thí nghiệm ở trường

phổ thông thì sai số tương đối dưới 10% là chấp nhận được. Trường hợp sai số

quá lớn thì phải xem xét lại để tìm nguyên nhân và cách khắc phục.

- Kết luận. Đối chiếu với mục đích của thí nghiệm để có kết luận cần thiết.

Nếu mục đích thí nghiệm là minh hoạ hoặc kiểm nghiệm một định luật,

một qui tắc thì kết luận sẽ là định luật hay qui tắc đó được coi là đúng trong phạm

vi sai số là bao nhiêu?

Nếu mục đích thí nghiệm là để đo lường một đại lượng vật lí thì kết luận là

giá trị đo được với sai số là bao nhiêu? Dựa vào yêu cầu sử dụng mà coi giá trị đó

là chấp nhận được hay không chấp nhận được.

10.4. KẾ HOẠCH DẠY HỌC

Dạy học là một công việc phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố chủ quan và

khách quan đối với người giáo viên. Những yếu tố chủ quan như tình cảm nghề

nghiệp, ý thức trách nhiệm, trình độ chuyên môn nghiệp vụ... Những yếu tố khách

quan như tài liệu học, trình độ học sinh, thiết bị dạy học, thời gian học... Những

yếu tố khách quan có khi biết trước, có khi xuất hiện ngay trong quá trình dạy

học, không lường trước được. Tuy vậy, người giáo viên có kinh nghiệm, có trách

nhiệm có thể dự đoán trước được đa số các tình huống phổ biến có thể gặp- do có

thể là kinh nghiệm của bản thân mình hoặc thu thập được qua tham khảo tài liệu,

sách báo hoặc kinh nghiệp đồng nghiệp. Bởi vậy, việc chuẩn bị một kế hoạch tỉ

mỉ, chu đáo luôn luôn giúp cho giáo viên có thể thực hiện được mục đích dạy học.

71

Nếu chuẩn bị cẩn thận thì có thể hạn chế được những tình huống bất ngờ gây ra

sự lúng túng của giáo viên. Và ngay cả khi gặp tình huống lạ trong dạy học, nhờ

chuẩn bị kĩ, giáo viên có thể phát hiện ngay tình huống mới đó để tập trung giải

quyết một cách thận trọng, tránh được những sai lầm đáng tiếc.

Có thể nói: chuẩn bị kĩ một kế hoạch dạy học là một điều kiện cơ bản đảm

bảo cho sự thành công của việc dạy học, nhất là đối với các giáo viên mới. Lần

đầu dạy một phần, một chương, một bài đều phải chuẩn bị rất chi tiết, những lần

sau sẽ bổ sung, sửa đổi thêm. Sau nhiều năm đã thành thạo thì việc lập các kế

hoạch dạy học sẽ có thể đơn giản, vắn tắt hơn.

10.4.1. Những căn cứ để lập kế hoạch dạy học

1. Chương trình môn học: Chương trình môn học có thể xem là cương lĩnh

hoạt động của giáo viên bộ môn. Chương trình đồng thời cũng là pháp lệnh, có

nghĩa là nhà nước yêu cầu người giáo viên bộ môn phải thực hiện tất cả những

điều ghi trong chương trình, đặc biệt là mức độ kiến thức, kĩ năng mà học sinh

phải đạt được. Theo xu hướng hiện đại, chương trrình không những ghi những đề

mục mà còn ghi rõ mức độ kiến thức, kĩ năng cần đạt được, phương pháp hoạt

động của giáo viên và học sinh để đạt được những kiến thức, kĩ năng đó. Chương

trình không những ghi những điều học sinh cần biết mà còn ghi cả những điều

học sinh phải làm được.

Thông thường, trong một số năm đầu dạy một chương trình vật lí nào đó thì

giáo viên khó có thể hiểu thấu đáo được kết cấu chung của chương trình, mối liên

hệ bổ sung lẫn cho nhau giữa các phần, các chương, các bài. Sự thiếu hiểu biết đó

dẫn tới không tận dụng được những kiến thức mà học sinh đã học, bỏ sót những

chi tiết quan trọng trong hệ thống kiến thức, hoặc đi quá sâu vào một số khía cạnh

mà chương trình không yêu cầu.

2. Những chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo hàng năm về thực hiện

chương trình trong năm học đó. Những chỉ thị này sẽ hướng dẫn cụ thể hơn việc

72

thực hiện chương trình hàng năm, có thể có những điều chỉnh nhất định tuỳ theo

tình hình chung của năm học đó.

3. Sách giáo khoa do Nhà xuất bản Giáo dục ấn hành dưới sự chỉ đạo của

Bộ Giáo dục và Đào tạo là tài liệu chính của học sinh. Hiện nay, cả nước dùng

một bộ sách giáo khoa thống nhất. Loại sách giáo khoa này là một tài liệu thể hiện

rõ nhất các yêu cầu của chương trình, đã được biên soạn và thẩm định kĩ lưỡng.

Bởi vậy, đó là tài liệu đáng tin cậy nhất của giáo viên bộ môn.

Theo quan điểm cổ truyền, sách giáo khoa chứa đựng chủ yếu những kiến

thức cần cung cấp cho học sinh. Những kiến thức này được trình bày dưới dạng

hoàn chỉnh, chặt chẽ, diễn giải một cách rõ ràng, đầy đủ, tỉ mỉ. Học sinh chỉ cần

tìm hiểu kĩ lưỡng, ghi nhớ rồi áp dụng để làm bài tập, nhiều khi không biết làm

như thế nào mà nhà khoa học có thể xây dựng được những kiến thức này. Điều đó

dẫn đến kết quả là học sinh rất khâm phục các nhà khoa học, xem đó là những

thiên tài, siêu nhân, còn bản thân họ thì không thể nghĩ ra, không thể làm được.

Theo quan điểm dạy học hiện đại, sách giáo khoa phải đáp ứng được yêu

cầu đào tạo những con người năng động, sáng tạo, có khả năng hoạt động trong

thực tế. Sách giáo khoa là công cụ quan trọng của giáo viên và học sinh, cho nên

sách giáo khoa phải có nhiều chức năng hơn, cụ thể là những chức năng sau:

a) Chức năng định hướng: giúp học sinh hiểu rõ mục tiêu học tập. Thông

thường, việc này được thể hiện dưới dạng những câu hỏi được đưa ra ở đầu mỗi

chương hay mỗi bài học.

b) Chức năng cung cấp thông tin

- Những thông tin mà học sinh phải tự lực thu thập, sách giáo khoa chỉ

hướng dẫn cách thu thập. Thí dụ như: quan sát, làm thí nghiệm, ôn lại kiến thức

cũ, tra cứu tư liệu và các bảng số trong tài liệu tham khảo, tìm hiểu trong thực tế...

- Những thông tin mà học sinh không thể tự lực tìm kiếm thu thập được thì

được đưa ra dưới dạng thông báo. Thí dụ như: các số liệu đo lường trong những

73

thí nghiệm phức tạp, mô tả các quá trình vật lí hay các cấu trúc mà học sinh

không thể tự quan sát được (như cấu tạo nguyên tử, chuyển động của các

êlectrôn...). Tuy nhiên, nên hạn chế việc đưa ra thông tin theo kiểu này, chỉ làm

khi rất cần thiết.

c) Chức năng hướng dẫn hoạt động của học sinh. Sách giáo khoa hiện đại

chủ yếu viết cho học sinh. Bởi vậy, sách giáo khoa mới phải có những chỉ dẫn cụ

thể về những hoạt động của học sinh, đảm bảo cho họ thu nhận được kiến thức kĩ

năng khi thực hiện thành công những hoạt động đó.

Việc hướng dẫn những hoạt động đối tượng vật chất nhằm tác động vào các

đối tượng tự nhiên làm bộc lộ những tính chất của chúng thường là đơn giản, dễ

thực hiện. Còn việc hướng dẫn học sinh thực hiện những hoạt động trí tuệ như so

sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hoá, tìm mối quan hệ, tìm dấu hiệu bản chất,

tìm qui luật thì có nhiều khó khăn hơn. Thông thường, việc hướng dẫn những hoạt

động này được diễn ra dưới dạng các câu hỏi. Nếu học sinh trả lời đúng, có cơ sở

khoa học những câu hỏi đó thì có nghĩa là họ đã thực hiện thành công những hoạt

động trí tuệ cần thiết. Tuy nhiên, vì trình độ học sinh không đồng đều, để tạo điều

kiện cho giáo viên có thể dạy học sát với đối tượng học sinh, không quá gò bó vào

một trình tự chặt chẽ và mức độ thực hiện các hành động, sách giáo khoa chỉ nên

đưa ra những câu hỏi chính có tính chất định hướng, còn các câu hỏi gợi ý những

hành động cụ thể, đơn giản thì dành cho giáo viên.

d) Chức năng củng cố, kiểm tra kiến thức. Sách giáo khoa cần phải giúp

học sinh có thể tự củng cố, kiểm tra kiến thức mà mình đã thu nhận được. Việc

củng cố được thực hiện chủ yếu thông qua việc vận dụng kiến thức. Việc vận

dụng có thể có nhiều mức độ:

- Vận dụng vào tình huống quen thuộc nhằm giúp học sinh nhớ lại những

lời phát biểu, những công thức, biểu đồ, những đơn vị đo lường, trình tự thực hiện

các thao tác...

74

- Vận dụng vào tình huống mới. Đó là những tình huống phức tạp, trong đó

hiện tượng trải qua nhiều giai đoạn liên tiếp, hoặc bị chi phối bởi nhiều nguyên

nhân, nhiều qui tắc, nhiều định luật đã biết. Yêu cầu học sinh phải dựa vào những

dấu hiệu đã cho mà tìm những qui tắc, qui luật thích hợp, sắp xếp chúng lại theo

một trình tự hợp lí để dẫn đến kết quả mong muốn. Đặc điểm của loại vận dụng

này là phải cung cấp cho học sinh đầy đủ, tường minh những điều kiện để cho

hiện tượng có thể xảy ra đúng như ta mong muốn. Nhiệm vụ của học sinh là thực

hiện đúng các lập luận lôgic hay lập luận toán học để giải quyết được nhiệm vụ.

- Vận dụng sáng tạo. Học sinh đứng trước một hiện tượng lạ, có những dấu

hiệu chưa từng gặp nên không xác định được những qui tắc, định luật đã biết nào

chi phối hiện tượng, hoặc học sinh phải tự tìm kiếm thêm những dữ kiện, tìm

kiếm một cách thức mới để giải quyết vấn đề nêu ra. Trong khi giải quyết vấn đề,

việc huy động kiến thức đã biết chỉ là một phần, việc tìm kiếm thêm kiến thức

mới cần thiết có vai trò quan trọng. Những bài tập sáng tạo đó thường là những

bài tập thiết kế, chế tạo một dụng cụ thiết bị theo một số yêu cầu cho trước, bài

tập giải thích một hiện tượng lạ, bài tập bố trí một thí nghiệm để kiểm tra một dự

đoán...

e) Chức năng định hướng phương pháp dạy học cho giáo viên. Theo quan

điểm hiện đại, dạy học chủ yếu là dạy cho học sinh tự lực hoạt động để chiếm lĩnh

kiến thức, kĩ năng, hình thành năng lực. Bởi vậy, sách giáo khoa không phải là tài

liệu trong đó chủ yếu trình bày, diễn giải kiến thức mà là tài liệu hướng dẫn học

sinh hoạt động để chiếm lĩnh kiến thức. Muốn thực hiện được mục tiêu này, sách

giáo khoa phải giúp cho giáo viên xác định được rõ chuỗi những hành động mà

học sinh phải thực hiện và cách thức giáo viên tổ chức những hành động đó cho

học sinh. Thí dụ như: sách giáo khoa có thể chỉ đưa ra chỗ nào học sinh cần phải

quan sát, phải làm thí nghiệm, phải nêu dự đoán, phải đưa ra thí nghiệm kiểm tra

dự đoán; chỗ nào học sinh làm việc theo nhóm, chỗ nào làm việc cá nhân; chỗ nào

75

là nghiên cứu kiến thức mới, chỗ nào là vận dụng, củng cố; chỗ nào học sinh phải

ghi nhớ, chỗ nào nên biết để mở rộng kiến thức dành cho học sinh khá giỏi...

Những chỉ dẫn tường minh các hành động đó trong sách giáo khoa sẽ giúp

cho giáo viên biết phương hướng tổ chức điều khiển lớp học. Tuy nhiên, không

cứng nhắc yêu cầu giáo viên làm đúng trình tự như sách giáo khoa. Tuỳ theo trình

độ học sinh, điều kiện phương tiện dạy học, giáo viên có thể đề ra những hành

động phù hợp, có hiệu quả cao hơn nhưng không vượt quá chương trình, nhất là

không làm cho nội dung kiến thức thêm nặng nề, dẫn đến tình trạng quá tải.

Sách giáo khoa vật lí mới cấp trung học cơ sở thể hiện đầy đủ các chức

năng trên. Điều nổi bật, mới nhất của sách giáo khoa này là sách được viết cho

học sinh, trong đó chỉ đưa ra những hoạt động mà học sinh phải thực hiện và kèm

theo các chỉ dẫn giúp học sinh thực hiện thành công những hoạt động đó, kết quả

là hình thành được kiến thức, kĩ năng và thái độ. Ở cấp trung học phổ thông, sách

giáo khoa hiện nay vẫn còn được viết theo truyền thống, chủ yếu là trình bày,

giảng giải kiến thức và là sách dùng cho cả giáo viên và học sinh.

10.4.2. Các loại kế hoạch dạy học- Kế hoạch năm học cho bộ môn

1. Dạy học là một công việc phức tạp đòi hỏi những sáng tạo, đồng thời

cũng phải đảm bảo đạt được kết quả tích cực ở học sinh. Chính vì vậy, không thể

dạy học một cách tuỳ tiện, ngẫu hứng mà cần phải có một sự chuẩn bị chu đáo, tỉ

mỉ, khoa học, tận dụng được những điều kiện thuận lợi và tránh được những sai

sót đáng tiếc do thiếu chuẩn bị. Việc lập kế hoạch chính là dựa vào sự hiểu biết lí

thuyết và kinh nghiệm thực tiễn của mình mà người giáo viên dự kiến trước

những hoạt động của giáo viên và học sinh để đạt được mục đích của bài học, của

quá trình giáo dục, giáo dưỡng. Việc dự kiến này càng đầy đủ, càng chi tiết thì

càng đảm bảo cho việc dạy học thành công. Điều này đặc biệt quan trọng với

những giáo viên mới. Chỉ sau nhiều năm công tác, quen với công việc, nắm vững

nội dung dạy học, có kĩ năng sư phạm thành thạo, đã bổ sung kế hoạch nhiều lần

76

với nhiều phương án linh hoạt tương đối hoàn chỉnh, người giáo viên mới có thể

tự cho phép mình hàng năm lập những kế hoạch ngắn gọn. Trong bản kế hoạch

ngắn gọn đó, có nhiều điều không viết ra tỉ mỉ vì bản thân người giáo viên đó đã

nhập tâm từ lâu rồi.

Người giáo viên bộ môn phải lập ba loại kế hoạch sau:

- Kế hoạch năm học của bộ môn.

- Kế hoạch dạy học từng chương của môn học.

- Kế hoạch cho mỗi bài học (gọi là giáo án của mỗi bài học).

2. Kế hoạch năm học cho bộ môn gồm các nội dung sau:

a) Bản phân phối thời gian đại cương cho việc dạy học cả năm: phân phối

thời gian cho từng phần, từng chương, từng đề tài; qui định tỉ lệ thời gian dành

cho các hình thức dạy học (lí thuyết, bài tập, thực hành, tham quan ngoại khoá,

kiểm tra...).

b) Ngày bắt đầu và kết thúc mỗi chương.

c) Những trang thiết bị dạy học cần hoặc sẽ được bổ sung trong năm.

d) Những điều cần điều chỉnh hay tăng cường trong năm học theo chỉ thị

năm học của của Bộ Giáo dục và Đào tạo hay hướng dẫn của các cấp quản lí giáo

dục ở địa phương.

10.4.3. Kế hoạch dạy học một chương

1. Yêu cầu của kế hoạch dạy học một chương

a) Nêu rõ được vị trí, tầm quan trọng của chương trong toàn bộ chương

trình năm học, mối liên hệ với các chương trước và sau chương trình.

b) Thể hiện cái nhìn bao quát về toàn chương, coi mỗi chương là một chủ

đề hoàn chỉnh về mục đích, nội dung và phương pháp; cho thấy rõ được mối liên

hệ và quan hệ giữa các bài học của chương, nhờ đó mà có thể thấy rõ đâu là

những trọng tâm của chương cần nhấn mạnh (cả về mặt kiến thức, năng lực và

thái độ).

77

c) Nêu được nội dung chính của các bài sắp xếp theo một lôgic hợp lí nhất

mà giáo viên đã lựa chọn. Chú ý rằng: lôgic này không nhất thiết phải theo đúng

trình tự của bản phân phối thời gian hay của sách giáo khoa. Giáo viên có thể thay

đổi chút ít trên cơ sở vẫn đảm bảo khung thời gian chung dành cho mỗi chương,

mỗi đề tài trong chương.

d) Nêu được những phương pháp chính mà giáo viên sẽ sử dụng để dạy học

mỗi bài học trong chương. Việc làm này không những giúp giáo viên chuẩn bị kĩ

về mặt phương pháp dạy học mà còn đảm bảo cho người giáo viên hình dung rõ

được những hoạt động của học sinh, qua đó mà hình thành được kiến thức, kĩ

năng, năng lực và thái độ của học sinh.

e) Chỉ ra được những điều học sinh cần phải chuẩn bị để học tốt mỗi

chương. Đó là việc ôn tập kiến thức vật lí đã học, chuẩn bị kiến thức về toán hay

hoá học có liên quan, những quan sát trong tự nhiên hay trong đời sống, sản xuất,

tìm kiếm những vật liệu dụng cụ để tự làm thí nghiệm, tìm hiểu tài liệu tham

khảo... Những sự chuẩn bị này cần thông báo cho học sinh trước khi bài học cần

đến chúng, thậm chí ngay từ đầu chương.

g) Liệt kê ra những thí nghiệm cần làm (thí nghiệm của giáo viên hay của

các nhóm học sinh) và biện pháp giải quyết nếu phòng thí nghiệm của nhà trường

còn thiếu hay hỏng hóc cần sửa chữa.

2. Nội dung bản kế hoạch chương

Tên chương: .............................

Lớp :.........................................

Thời gian: từ ...... đến ..............

I. Mục tiêu

Trên cơ sở mục tiêu đào tạo của trường phổ thông, mục tiêu nhiệm vụ

chung của môn học, vạch ra mục tiêu riêng của chương về cả ba mặt: kiến thức,

năng lực và thái độ.

78

II. Nội dung: Xác định nội dung cơ bản của các bài trong chương, cụ thể là

tên các bài học, những ý chính, những dự kiến chính về tổ chức tiến trình dạy học

(hoạt động của giáo viên và của học sinh), những phương tiện dạy học cần chuẩn

bị.

Thí dụ như: kế hoạch của chương "Cân bằng vật rắn" (chương VIII- Cơ học

lớp 10)

I. Mục tiêu

a) Về kiến thức

- Chương này ôn lại điều kiện cân bằng của một chất điểm đã biết khi học

định luật I Niutơn ở chương trước và phát triển lên thành điều kiện cân bằng tổng

quát của chất điểm.

- Đối với vật rắn không nghiên cứu điều kiện cân bằng tổng quát mà chỉ xét

những trường hợp riêng sau:

• Cân bằng của vật rắn khi không có chuyển động quay (hiểu cân

bằng là đứng yên hay chuyển động thẳng đều, giống như chất điểm).

• Cân bằng của vật rắn có trục quay cố định (đứng yên hay quay đều,

không có chuyển động tịnh tiến). Đây là hiện tượng hoàn toàn mới, cần phải xây

dựng thêm khái niệm mômen lực để đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và

phát biểu điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của nhiều lực.

• Cân bằng của một vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực: các dạng cân

bằng, cân bằng của vật có chân đế.

- Từ việc khảo sát điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của nhiều

lực, rút ra khái niệm về trọng tâm, qui tắc hợp lực song song.

- Sự cân bằng của vật rắn rất thường hay gặp trong đời sống và sản xuất,

cần phải tận dụng các cơ hội để yêu cầu học sinh giải thích các hiện tượng đó

hoặc căn cứ vào các điều kiện cân bằng để thiết kế, lắp ráp các thiết bị giữ cân

bằng.

79

b) Về năng lực, tư duy

Chương này nghiên cứu các điều kiện cân bằng chủ yếu dựa vào thực

nghiệm. Cần chú ý luyện tập cho học sinh kĩ năng bố trí thí nghiệm, quan sát tỉ

mỉ, chính xác và sử dụng phương pháp thực nghiệm trong một số trường hợp có

điều kiện thuận lợi như ở các bài "Cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định"

và "Các dạng cân bằng".

c) Về thái độ

Giáo dục tinh thần trung thực, tôn trọng thực tế khách quan, lấy thực tiễn

khách quan làm tiêu chuẩn của chân lí để kiểm tra những suy nghĩ lí thuyết. Vật lí

học giúp ta hiểu thực tế và đồng thời giúp ta cải tạo thực tế theo hướng có lợi cho

con người.

II. Nội dung của các bài học trong chương

Số

thứ tự

của

bài

Tên bài và nội dung

chính của bài

Hoạt động của giáo viên và học

sinh

Phương tiện dạy học

và những điều cần

chuẩn bị

80

1 Cân bằng của một

chất điểm

1. Điều kiện cân bằng

tổng quát

2. Cân bằng của chất

điểm chịu tác dụng

của 2 lực

3. Cân bằng của chất

điểm chịu tác dụng

của 3 lực

- Ôn lại định luật I Niutơn.

- Giáo viên làm rõ khái niệm cân

bằng: đứng yên hoặc chuyển động

thẳng đều. Chương này xét trường

hợp vật đứng yên.

- Học sinh vận dụng định luật I

Niutơn để xét điều kiện cân bằng

tổng quát.

- Vận dụng điều kiện cân bằng tổng

quát để xét hai trường hợp đặc biệt

thường gặp: vật chịu tác dụng của 2

lực và 3 lực. Rút ra qui tắc nhận

biết hệ lực cân bằng.

- Học sinh ôn lại định

luật I Niutơn.

- Giáo viên chuẩn bị

thí nghiệm minh hoạ

gồm hai lực kế, quả

cân.

- Mô hình giá đỡ.

2 Trọng tâm của vật rắn

1. Khái niệm trọng

tâm

2. Cách xác định trọng

tâm

3. Tính chất đặc biệt

của trọng tâm khi vật

chịu tác dụng của một

lực

- Dựa trên thí nghiệm, học sinh

phát hiện giá và điểm đặt của trọng

lực dựa trên phân tích điều kiện cân

bằng của một vật treo dưới một sợi

dây.

- Bằng phương pháp treo, học sinh

xác định trọng tâm của một số vật

phẳng có hình dạng đối xứng, rỗng.

- Giáo viên làm thí nghiệm biểu

diễn, học sinh quan sát rút ra kết

luận.

- Học sinh chuẩn bị

một số tấm gỗ mỏng

hay bìa cứng có hình

dạng khác nhau (hình

chữ nhật, tam giác,

tròn...) có lỗ treo.

- Thí nghiệm: miếng

gỗ phẳng có đinh cắm

ở trọng tâm, có dây

kéo

81

3 Cân bằng của một vật

khi không có chuyển

động quay. Qui tắc

hợp lực đồng qui

1. Điều kiện cân bằng:

0=hlF

2. Qui tắc hợp lực

đồng qui

3. Đặc điểm của hệ

lực cân bằng

1. Suy từ định luật I Niutơn giống

như với chất điểm.

2. Học sinh nhớ lại: lực có thể trượt

trên giá của nó mà không thay đổi

tác dụng: rút ra qui tắc hợp lực khi

các lực không cùng điểm đặt.

3. Phân tích điều kiện cân bằng, rút

ra những đặc điểm dễ nhận biết của

hệ lực cân bằng.

- Học sinh ôn lại qui

tắc hình bình hành lực.

- Giáo viên chuẩn bị

thí nghiệm biểu diễn

tìm hợp lực của 2 lực

đồng qui (vật nặng, 3

lực kế).

4 Qui tắc hợp lực song

song

1. Thí nghiệm tìm hợp

lực của 2 lực song

song cùng chiều (tìm

lực gây ra tác dụng

tương đương)

2. Qui tắc hợp lực

song song cùng chiều

1. Giáo viên làm thí nghiệm biểu

diễn. Học sinh phân tích kết quả thí

nghiệm, rút ra kết luận.

2. Phát biểu qui tắc bằng lời và viết

công thức. Thí dụ

- Chuẩn bị thí nghiệm

biểu diễn của giáo

viên.

- Học sinh tự đọc phần

tìm hợp lực hai lực

song song ngược

chiều.

82

5 Cân bằng của một vật

rắn có trục quay cố

định. Qui tắc mômen

lực

1. Tác dụng của lực

đối với vật rắn có trục

quay cố định

2. Điều kiện cân bằng

của một vật rắn có

trục quay cố định chịu

tác dụng của nhiều

lực. Khái niệm

mômen lực. Qui tắc

mômen lực

1. Làm thí nghiệm với vật chịu tác

dụng của một lực, rút ra kết luận.

2. Giáo viên làm thí nghiệm biểu

diễn. Kết hợp sử dụng các giai đoạn

của phương pháp thực nghiệm để

tìm điều kiện cân bằng.

- Xây dựng khái niệm mômen lực.

- Dùng khái niệm mômen lực để

phát biểu điều kiện cân bằng của

vật rắn có trục quay cố định.

- Thí nghiệm biểu diễn

của giáo viên về qui

tắc mômen lực.

- Hình vẽ các giai đoạn

của thí nghiệm.

6 Ngẫu lực

1. Định nghĩa ngẫu

lực

2. Tác dụng của ngẫu

lực

3. Mômen của ngẫu

lực

1. Giáo viên thông báo định nghĩa

ngẫu lực.

2. Học sinh dựa trên quan sát thí

nghiệm rút ra nhận xét về tác dụng

của ngẫu lực.

3. Giáo viên hướng dẫn học sinh tự

lực tính toán mômen của ngẫu lực,

rút ra công thức.

7 Luyện tập

1. Qui tắc hợp lực

song song

2. Qui tắc mômen lực

Giáo viên hướng dẫn học sinh giải

bài tập, chú ý những bài tập có nội

dung thực tế.

Học sinh đã giải ở nhà

một số bài tập ra trong

các tiết trước.

83

8 Các dạng cân bằng.

Mức vững vàng của

cân bằng

1. Các dạng cân bằng

Ba dạng cân bằng của

một vật có trục quay

cố định chỉ chịu tác

dụng của trọng lực

2. Cân bằng và mức

vững vàng của vật có

chân đế

1. Giáo viên hướng dẫn học sinh áp

dụng điều kiện cân bằng của một

vật quay quanh một trục để rút ra

dự đoán, rồi kiểm tra lại bằng thí

nghiệm.

2. Giáo viên làm thí nghiệm biểu

diễn để tìm điều kiện cân bằng, rồi

vận dụng lí thuyết về cân bằng để

giải thích.

- Thí nghiệm biểu diễn

của giáo viên.

- Học sinh tự làm một

vật đã xác định được

trọng tâm để làm thí

nghiệm.

9 Thực hành.

Nghiệm lại qui tắc

hợp lực 2 lực đồng qui

và 2 lực song song

cùng chiều

- Học sinh làm thí nghiệm theo

nhóm.

- Làm báo cáo kết quả thí nghiệm

theo mẫu trong sách giáo khoa.

- Học sinh ôn lại qui

tắc hợp lực 2 đồng qui

và 2 lực song song

cùng chiều.

- Học sinh chuẩn bị

mẫu báo cáo thí

nghiệm theo sách giáo

khoa.

84

10 Ôn tËp, hÖ thèng ho¸

kiÕn thøc.

1. So s¸nh ®iÒu kiÖn

c©n b»ng cña chÊt vµ

cña vËt r¾n

2. Ph©n lo¹i c¸c d¹ng

c©n b»ng cña vËt r¾n

vµ mèi liªn hÖ gi÷a

chóng

3. §iÒu kiÖn c©n b»ng

cña vËt r¾n kh«ng cã

trôc quay vµ øng dông

vµo t×m träng t©m, t×m

qui t¾c hîp lùc

4. §iÒu kiÖn c©n b»ng

cña vËt r¾n cã trôc

quay cè ®Þnh vµ øng

dông ®Ó kh¶o s¸t c¸c

d¹ng c©n b»ng

5. Bµi tËp tæng hîp

- Häc sinh lµm viÖc d−íi sù h−íng

dÉn cña gi¸o viªn, dùa trªn nh÷ng

c©u hái «n tËp mµ gi¸o viªn ®· giao

cho chuÈn bÞ tr−íc ë nhµ.

- Häc sinh tù lùc gi¶i bµi tËp tæng

hîp.

Gi¸o viªn ®−a ra cho

häc sinh mét hÖ thèng

c©u hái «n tËp ®Ó

chuÈn bÞ tr−íc ë nhµ.

11 Kiểm tra viết (1 tiết) Học sinh làm việc độc lập. Giáo viên ra đề bài

kiểm tra, có biểu điểm.

10.4.4. KÕ ho¹ch bµi häc (gi¸o ¸n)

1. Nh÷ng vÊn ®Ò mµ gi¸o viªn cÇn l−u ý khi chuÈn bÞ gi¸o ¸n cho mét bµi

häc

a) X¸c ®Þnh môc tiªu cña bµi häc

Ta hiÓu môc tiªu cña bµi häc lµ nh÷ng ®iÒu mµ häc sinh ph¶i hiÓu, ph¶i nhí

vµ nhÊt lµ ph¶i lµm ®−îc sau khi häc xong bµi. Nh− vËy, môc tiªu ph¶i thËt cô thÓ,

cã thÓ kiÓm tra ®−îc ngay cuèi bµi häc. Nh÷ng môc tiªu nµy th−êng ®−îc diÔn ®¹t

b»ng nh÷ng ®éng tõ chØ hµnh ®éng, thÝ dô nh−: biÕt bè trÝ thÝ nghiÖm ®Ó nghiªn

85

cøu ®iÒu kiÖn c©n b»ng cña mét vËt cã trôc quay cè ®Þnh; ph¸t biÓu ®−îc ®Þnh

nghÜa m«men lùc vµ viÕt ®−îc c«ng thøc tÝnh m«men lùc; biÕt vËn dông qui t¾c

m«men lùc ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc lùc t¸c dông lªn mét vËt r¾n c©n b»ng cã trôc quay

cè ®Þnh; trung thùc khi ®o ®¹c vµ xö lÝ kÕt qu¶ ®o ®−îc.

Tr¸nh dùa vµo nh÷ng môc ®Ých qu¸ xa hay qu¸ réng ®Ó kh«ng thÓ ®¸nh gi¸

®−îc sau bµi häc, thÝ dô nh−: n¾m ®−îc qui t¾c m«men lùc; h−íng dÉn häc sinh tù

lùc ho¹t ®éng x©y dùng kh¸i niÖm m«men lùc.

b) X¸c ®Þnh l«gic h×nh thµnh kiÕn thøc mét c¸ch tèi −u, phï hîp víi tr×nh

®é häc sinh vµ ph−¬ng tiÖn häc tËp cã trong nhµ tr−êng, thêi gian cho phÐp. Th«ng

th−êng, cïng mét kiÕn thøc cã thÓ ®−îc h×nh thµnh b»ng nhiÒu con ®−êng kh¸c

nhau. ThÝ dô nh−: bµi "§iÒu kiÖn c©n b»ng cña mét vËt r¾n cã trôc quay cè ®Þnh"

cã thÓ ®−îc nghiªn cøu theo hai con ®−êng:

Con ®−êng 1. B»ng ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm, nghiªn cøu ngay tr−êng hîp

cô thÓ cña vËt cã trôc quay cè ®Þnh.

Con ®−êng 2. VËn dông lÝ thuyÕt chung vÒ ®iÒu kiÖn c©n b»ng tæng qu¸t cña

mét vËt r¾n, suy ra tr−êng hîp ®Æc biÖt cã trôc quay cè ®Þnh råi kiÓm tra l¹i kÕt

qu¶ b»ng thÝ nghiÖm.

Th«ng th−êng, víi nh÷ng gi¸o viªn cßn Ýt kinh nghiÖm th× b−íc ®Çu nªn

theo ph−¬ng ¸n tr×nh bµy trong s¸ch gi¸o khoa ®· ®−îc c¸c t¸c gi¶ c©n nh¾c kÜ

l−ìng, thÝch hîp víi ®a sè häc sinh trong c¶ n−íc. Sau khi ®· tÝch lòy ®−îc nhiÒu

kiÕn thøc vµ kinh nghiÖm, c¸c gi¸o viªn giái cã thÓ ®Ò xuÊt ph−¬ng ¸n míi cã hiÖu

qu¶ h¬n trong nh÷ng ®iÒu kiÖn cô thÓ cña tr−êng m×nh, häc sinh m×nh.

c) X¸c ®Þnh nh÷ng ho¹t ®éng chñ yÕu mµ häc sinh cÇn ph¶i thùc hiÖn ®Ó ®¹t

®−îc môc tiªu cña bµi häc

Cè g¾ng tèi ®a ®−a ra nh÷ng ho¹t ®éng mµ häc sinh cã thÓ tù lùc thùc hiÖn

thµnh c«ng. Tuy nhiªn, trong ®iÒu kiÖn cô thÓ cña nhµ tr−êng vµ häc sinh hiÖn

nay, nhiÒu khi cÇn ph¶i cã sù trî gióp nhiÒu hay Ýt cña gi¸o viªn. ThËm chÝ cã khi

gi¸o viªn ph¶i sö dông c¶ viÖc th«ng b¸o, gi¶ng gi¶i minh häa ®Ó gióp häc sinh cã

86

thÓ v−ît qua nh÷ng chç khã kh¨n ®Ó råi tiÕp tôc ho¹t ®éng tù lùc ë giai ®o¹n tiÕp

theo mét c¸ch cã hiÖu qu¶.

d) ChuÈn bÞ ph−¬ng tiÖn cho häc sinh ho¹t ®éng gåm nh÷ng ph−¬ng tiÖn vËt

chÊt vµ ph−¬ng tiÖn tinh thÇn. Ph−¬ng tiÖn vËt chÊt lµ nh÷ng dông cô thÝ nghiÖm,

®å dïng trùc quan; ph−¬ng tiÖn tinh thÇn lµ nh÷ng kh¸i niÖm, ®Þnh luËt ®· biÕt cÇn

dïng ®Ó nghiªn cøu bµi míi.

e) §äc kÜ s¸ch gi¸o khoa, s¸ch gi¸o viªn vµ c¸c tµi liÖu tham kh¶o, qu¸n

triÖt môc tiªu bµi häc vµ lùc chän chiÕn l−îc d¹y häc, ph−¬ng ph¸p d¹y häc thÝch

hîp.

2. C¸ch viÕt gi¸o ¸n

Cã nhiÒu c¸ch viÕt gi¸o ¸n tuú theo môc ®Ých d¹y häc nãi chung vµ môc

tiªu cô thÓ cÇn ®¹t ®−îc trong bµi.

Theo môc ®Ých d¹y häc míi lµ båi d−ìng n¨ng lùc s¸ng t¹o, n¨ng lùc hµnh

®éng cho häc sinh, môc tiªu d¹y häc cña mçi bµi häc lµ häc sinh ph¶i thùc hiÖn

®−îc mét sè hµnh ®éng cô thÓ th× nªn viÕt trong gi¸o ¸n môc tiªu cña bµi häc,

nh÷ng ®å dïng d¹y häc cÇn chuÈn bÞ, nh÷ng ho¹t ®éng cô thÓ cña gi¸o viªn vµ häc

sinh (chñ yÕu lµ cña häc sinh). Víi mçi ho¹t ®éng th× viÕt râ môc ®Ých ho¹t ®éng,

c¸ch thøc ho¹t ®éng, kÕt qu¶ cÇn ®¹t ®−îc, nh÷ng lÖnh, nh÷ng gîi ý cÇn ®−a ra ®Ó

h−íng dÉn ho¹t ®éng cña häc sinh, khi thËt cÇn thiÕt th× cã thÓ ghi vµo gi¸o ¸n c¶

nh÷ng lêi gi¶ng gi¶i ng¾n gän cña gi¸o viªn. CÇn l−u ý r»ng: theo c¸ch d¹y häc

b»ng ho¹t ®éng, gi¸o viªn sÏ nãi rÊt Ýt mµ ph¶i chó ý l¾ng nghe ý kiÕn cña häc

sinh ®Ó cã sù h−íng dÉn vµ ®iÒu chØnh kÞp thêi. Bëi vËy, trong gi¸o ¸n nªn ghi

nh÷ng dù kiÕn vÒ suy nghÜ vµ hµnh ®éng cña häc sinh, kh«ng nªn ®−a ra qu¸

nhiÒu c©u hái, lêi gi¶ng gi¶i cña gi¸o viªn nh− th−êng lµm hiÖn nay.

Víi nh÷ng bµi míi d¹y lÇn ®Çu, gi¸o ¸n cã thÓ kÐo dµi ba bèn trang. Sau khi

®· d¹y nhiÒu lÇn, n¾m v÷ng néi dung vµ dù kiÕn ®−îc t−¬ng ®èi ®Çy ®ñ nh÷ng

ho¹t ®éng cña häc sinh th× cã thÓ viÕt ng¾n gän.

87

3. ThÝ dô: gi¸o ¸n bµi "C©n b»ng cña mét vËt r¾n cã trôc quay cè ®inh" (vËt

lÝ líp 10)

I. Môc tiªu

- Nªu ®−îc t¸c dông cña mét lùc ®èi víi vËt r¾n cã trôc quay cè ®Þnh.

- Ph¸t biÓu ®−îc ®iÒu kiÖn c©n b»ng cña mét vËt r¾n cã trôc quay cè ®Þnh

chÞu t¸c dông cña nhiÒu lùc. ViÕt ®−îc c«ng thøc.

- Ph¸t biÓu ®−îc ®Þnh nghÜa m«men lùc, viÕt ®−îc c«ng thøc, ®¬n vÞ ®o.

- BiÕt x¸c ®Þnh tay ®ßn cña lùc trong nh÷ng tr−êng hîp kh¸c nhau.

- BiÕt øng dông qui t¾c m«men lùc ®Ó x¸c ®Þnh c¸c lùc t¸c dông (c¶ ®é lín,

h−íng vµ ®iÓm ®Æt) lªn mét vËt cã trôc quay cè ®Þnh khi vËt ë tr¹ng th¸i c©n b»ng.

- BiÕt ph©n biÖt c¸c giai ®o¹n cña ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm trong nghiªn

cøu ®iÒu kiÖn c©n b»ng.

II. ChuÈn bÞ

ThÝ nghiÖm häc sinh cho mçi nhãm: 1 ®Üa trßn cã trôc quay ®i qua t©m cña

®Üa, gi¸ ®ì trôc quay, 6 qu¶ nÆng 50g.

ThÝ nghiÖm biÓu diÔn cña gi¸o viªn: 1 ®Üa m«men, 1 rßng räc cã gi¸ ®ì, 1

lùc kÕ, 6 qu¶ nÆng.

III. TiÕn tr×nh bµi häc

a) Ho¹t ®éng 1. §Ò xuÊt vÊn ®Ò cÇn nghiªn cøu

Gi¸o viªn x©y dùng t×nh huèng cã vÊn ®Ò. Yªu cÇu häc sinh nh¾c l¹i ®iÒu g×

sÏ x¶y ra khi vËt chÞu t¸c dông cña mét lùc (vËt chuyÓn ®éng cã gia tèc). Xung

quanh ta cã rÊt nhiÒu vËt kh«ng thÓ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn mµ chØ cã thÓ quay

quanh mét trôc, thÝ dô nh−: c¸i qu¹t ®iÖn, b¸nh xe, qu¶ l¾c ®ång hå, c¸nh cöa, l−ìi

kÐo... §iÒu g× sÏ x¶y ra víi c¸c vËt ®ã khi chÞu t¸c dông cña mét lùc? Trong ®iÒu

kiÖn nµo th× c¸c vËt ®ã ®øng yªn khi cã nhiÒu lùc t¸c dông?

b) Ho¹t ®éng 2. Nghiªn cøu tr−êng hîp mét vËt cã trôc quay cè ®Þnh, chÞu

t¸c dông cña mét lùc

Gi¸o viªn h−íng dÉn häc sinh lµm thÝ nghiÖm theo nhãm ®Ó tr¶ lêi c©u hái:

88

- Khi cã mét lùc t¸c dông lªn mét vËt cã trôc quay cè ®Þnh th× vËt sÏ chuyÓn

®éng nh− thÕ nµo? (vËt sÏ quay quanh trôc ®ã).

- Lùc t¸c dông nh− thÕ nµo th× vËt sÏ ®øng yªn? (lùc cã gi¸ ®i qua trôc

quay).

Häc sinh th¶o luËn chung, rót ra kÕt luËn.

c) Ho¹t ®éng 3. T×m ®iÒu kiÖn c©n b»ng cña mét vËt cã trôc quay cè ®Þnh,

chÞu t¸c dông cña nhiÒu lùc

Häc sinh lµm thÝ nghiÖm theo nhãm, xÐt tr−êng hîp vËt chÞu t¸c dông cña

hai lùc lµ träng l−îng cña hai qu¶ nÆng 50g vµ 100g.

Gi¸o viªn h−íng dÉn häc sinh thùc hiÖn nh− sau:

Treo qu¶ nÆng 50g cã träng l−îng

P1=0,5N vµo ®iÓm A cña ®Üa (H×nh 66), sau ®ã

t×m vÞ trÝ treo qu¶ nÆng cã P2=1N ®Ó cho ®Üa c©n

b»ng, gi÷ cho ®−êng OA trªn ®Üa n»m ngang.

T×m hai vÞ trÝ treo P2 (C vµ D) ®Òu gi÷ cho ®Üa

c©n b»ng. Rót ra nhËn xÐt: hai lùc kh¸c nhau,

H×nh 66.

lµm cho vËt quay theo hai chiÒu ng−îc nhau nh−ng l¹i gi÷ cho vËt ®øng yªn. VËy

cã ®¹i l−îng nµo b»ng nhau?

Häc sinh th¶o luËn trong nhãm.

Gi¸o viªn cã thÓ gîi ý thªm: P2=2P1. Thö xem ë hai vÞ trÝ treo qu¶ nÆng P2,

kho¶ng c¸ch tõ trôc quay ®Õn gi¸ cña hai lùc nh− thÕ nµo? Chó ý c¸c vßng trßn vÏ

trªn ®Üa cã thÓ cho biÕt kho¶ng c¸ch tõ trôc quay ®Õn gi¸ cña c¸c lùc (trïng víi

d©y treo).

Häc sinh th¶o luËn chung ë líp, rót ra kÕt luËn: ë c¶ hai vÞ trÝ treo P2 th×

kho¶ng c¸ch d2 tõ trôc quay ®Õn gi¸ cña P2 ®Òu b»ng nhau vµ b»ng mét nöa

kho¶ng c¸ch d1 tõ trôc quay ®Õn gi¸ cña P1: d2=d1/2.

Suy ra ®¹i l−îng b»ng nhau lµ tÝch sè F.d: F1.d1=F2.d2.

89

d) Ho¹t ®éng 4. §−a ra kh¸i niÖm m« men lùc

Gi¸o viªn th«ng b¸o:

- Kho¶ng c¸ch d tõ trôc quay ®Õn gi¸ cña lùc gäi lµ tay ®ßn cña lùc.

- TÝch cña lùc vµ tay ®ßn ®Æc tr−ng cho t¸c dông lµm quay cña lùc gäi lµ m«

men lùc, kÝ hiÖu lµ M: M=F.d.

e) Ho¹t ®éng 5. XÐt tr−êng hîp hai lùc t¸c dông vµo vËt kh«ng song song

nhau

Häc sinh dù ®o¸n. Gi÷ nguyªn

lùc P1 (qu¶ nÆng treo). Dïng rßng räc

®Ó ®æi ph−¬ng cña lùc P2 th× lùc P2 ph¶i

cã gi¸ nh− thÕ nµo?

Gi¸o viªn gäi mét sè häc sinh lªn

b¶ng vÏ lùc P2 ®· ®æi h−íng vµo h×nh

(H×nh 67).

H×nh 67.

Gi¸o viªn lµm thÝ nghiÖm ®Ó kiÓm tra c¸c ph−¬ng ¸n mµ häc sinh ®−a ra.

KÕt luËn: ®iÒu kiÖn c©n b»ng ®· nªu ë trªn ®óng cho mäi tr−êng hîp c¸c lùc

t¸c dông cã ®é lín vµ gi¸ kh¸c nhau.

Ph¸t biÓu kÕt luËn dùa trªn kh¸i niÖm m« men lùc: ®iÒu kiÖn c©n b»ng cña

mét vËt cã trôc quay cè ®Þnh lµ m« men cña lùc lµm cho vËt quay theo chiÒu kim

®ång hå b»ng m« men cña lùc lµm cho vËt quay theo chiÒu ng−îc l¹i.

g) Ho¹t ®éng 6. XÐt tr−êng hîp vËt chÞu t¸c dông cña 3 lùc trë lªn

Yªu cÇu häc sinh ®−a ra c¸c dù ®o¸n më réng kÕt luËn trªn.

Gi¸o viªn lµm thÝ nghiÖm kiÓm tra víi 3 lùc, ®i tíi kÕt luËn:

F1.d1+F2.d2=F3.d3, hay M1+M2=M3.

h) Ho¹t ®éng 7. H−íng dÉn häc sinh ph¸t biÓu kÕt luËn kh¸i qu¸t thµnh qui

t¾c m« men lùc: ®iÒu kiÖn c©n b»ng cña mét vËt cã trôc quay cè ®Þnh lµ tæng c¸c

m« men lùc lµm cho vËt quay theo chiÒu kim ®ång hå b»ng tæng c¸c m« men lùc

lµm cho vËt quay theo chiÒu ng−îc l¹i.

90

i) Ho¹t ®éng 8. Gi¸o viªn yªu cÇu häc sinh vËn dông qui t¾c m« men lùc ®Ó

gi¶i mét sè bµi tËp ®¬n gi¶n, trong ®ã vËt chØ chÞu t¸c dông cña 2, 3 lùc cã gi¸

kh¸c nhau.

MỤC LỤC

91

Trang

LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. 1

MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 3

1. Đối tượng và nhiệm vụ của môn phương pháp dạy học vật lí

...............

3

2. Mối quan hệ giữa môn phương pháp dạy học vật lí và các môn khoa

học khác .........................................................................................................

4

3. Phương pháp nghiên cứu phương pháp dạy học vật lí

..........................

6

CHƯƠNG 1. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ CỦA VIỆC DẠY HỌC VẬT LÍ Ở

TRƯỜNG PHỔ THÔNG

.........................................................................

10

1.1. MỤC TIÊU CHUNG CỦA GIÁO DỤC PHỔ THÔNG ......................... 10

1.2. NHIỆM VỤ CỦA VIỆC DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ

THÔNG ..........................................................................................................

11

1.2.1. Đặc điểm của môn vật lí ở trường phổ thông

............................

12

1.2.2. Các nhiệm vụ của việc dạy học vật lí ở trường phổ thông ....... 12

1.3. ĐƯỜNG LỐI CHUNG THỰC HIỆN NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÍ

Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

............................................................................

14

1.3.1. Con đường nhận thức vật lí ........................................................ 14

1.3.2. Hoạt động nhận thức vật lí của học sinh ................................... 18

CHƯƠNG 2. CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH NHỮNG KIẾN THỨC VẬT LÍ CƠ

BẢN .........................................................................................................

35

2.1. CÁC YÊU CẦU CỦA VIỆC HÌNH THÀNH NHỮNG KIẾN THỨC

VẬT LÍ CƠ BẢN

............................................................................................

35

2.2. XÂY DỰNG LÔGIC HÌNH THÀNH NHỮNG KHÁI NIỆM VẬT LÍ

CƠ BẢN .........................................................................................................

36

2.2.1. Đặc điểm của các khái niệm vật lí .............................................. 36

92

2.2.2. Các giai đoạn điển hình của quá trình hình thành những

khái niệm về đại lượng vật lí

.................................................................

39

2.2.3. Mối quan hệ giữa khái niệm và từ

..............................................

47

2.3. CÁC CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH NHỮNG ĐỊNH LUẬT VẬT LÍ 48

2.3.1. Đặc điểm của định luật vật lí ...................................................... 49

2.3.2. Các loại định luật vật lí ............................................................... 50

2.3.3. Các con đường hình thành những định luật vật lí

....................

51

2.4. CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH CÁC THUYẾT VẬT LÍ

........................

58

2.4.1. Đặc điểm của các thuyết vật lí .................................................... 58

2.4.2. Cấu trúc của một thuyết vật lí .................................................... 60

2.4.3. Con đường hình thành thuyết vật lí ........................................... 63

2.5. CÁC CON ĐƯỜNG DẠY HỌC NHỮNG ỨNG DỤNG KĨ THUẬT

CỦA VẬT LÍ ..................................................................................................

66

2.5.1. Vai trò của việc nghiên cứu những ứng dụng kĩ thuật trong

dạy học vật lí ..........................................................................................

66

2.5.2. Hai con đường dạy học những ứng dụng kĩ thuật của vật lí 68

2.6. BỒI DƯỠNG CHO HỌC SINH CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN

THỨC VẬT LÍ PHỔ BIẾN

........................................................................................

76

2.6.1. Phương pháp thực nghiệm

..........................................................

77

2.6.2. Mô hình và và phương pháp mô hình

........................................

81

CHƯƠNG 3. PHÁT TRIỂN TƯ DUY VÀ NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC

SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ ........................................................

93

3.1. PHÁT TRIỂN TƯ DUY CỦA HỌC SINH

.............................................

93

93

3.1.1. Tư duy

...........................................................................................

93

3.1.2. Các loại tư duy ............................................................................. 94

3.1.3. Các biện pháp phát triển tư duy của học sinh .......................... 98

3.2. PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH ................. 106

3.2.1. Khái niệm năng lực

......................................................................

106

3.2.2 Sự hình thành và phát triển năng lực ......................................... 106

3.2.3. Khái niệm năng lực sáng tạo ...................................................... 109

3.2.4. Các biện pháp hình thành và phát triển năng lực sáng tạo

của học sinh ............................................................................................

111

3.3. HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG DẠY

HỌC VẬT LÍ ..................................................................................................

119

3.3.1. Tổ chức tình huống có vấn đề ..................................................... 120

3.3.2. Các kiểu hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề

........................

121

3.3.3. Ví dụ về bài học theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề ............... 128

CHƯƠNG 4. GIÁO DỤC TƯ TƯỞNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

..........................

132

4.1. GIÁO DỤC THẾ GIỚI QUAN KHOA HỌC ......................................... 132

4.1.1. Nội dung thế giới quan khoa học trong giáo trình vật lí .......... 132

4.1.2. Phương pháp thực hiện nội dung giáo dục thế giới quan khoa

học ...........................................................................................................

138

4.2. GIÁO DỤC NHÂN SINH QUAN .......................................................... 139

4.2.1. Giáo dục lòng yêu nước ............................................................... 140

4.2.2. Giáo dục thái độ đối với lao động

...............................................

141

CHƯƠNG 5. GIÁO DỤC KĨ THUẬT TỔNG HỢP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 143

5.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA GIÁO DỤC KĨ THUẬT TỔNG HỢP 143

94

5.2. NHỮNG NGUYÊN TẮC CỦA GIÁO DỤC KĨ THUẬT TỔNG HỢP

TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

..........................................................................

145

5.3. NỘI DUNG CỦA GIÁO DỤC KĨ THUẬT TỔNG HỢP TRONG

DẠY HỌC VẬT LÍ

..................................................................................................

148

5.4. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN NỘI DUNG GIÁO DỤC KĨ THUẬT

TỔNG HỢP ....................................................................................................

151

5.4.1. Đưa tài liệu kĩ thuật sản xuất và đời sống vào bài học vật lí 152

5.4.2. Giải những bài tập có nội dung kĩ thuật sản xuất .................... 154

5.4.3. Tăng cường rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh

............

155

5.4.4. Tăng cường các hoạt động ngoại khoá về vật lí theo hướng kĩ

thuật tổng hợp ........................................................................................

156

5.4.5. Tham quan sản xuất có nội dung vật lí ..................................... 156

CHƯƠNG 6. CÁC PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

...........

158

6.1. CÁC LOẠI PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC

................................................

158

6.1.1. Các phương tiện dạy học truyền thống

......................................

158

6.1.2.Các phương tiện dạy học hiện đại ............................................... 158

6.2. CÁC CHỨC NĂNG CỦA PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC

.........................

159

6.2.1. Các chức năng của phương tiện dạy học theo quan điểm của

lí luận dạy học ........................................................................................

160

6.2.2. Các chức năng của phương tiện dạy học theo quan điểm của

tâm lí học học tập ...................................................................................

164

6.3. MỘT SỐ ĐỊNH HƯỚNG CHUNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG

PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC

...........................................................................

167

95

6.4. SỬ DỤNG BẢNG ................................................................................... 170

6.4.1. Yêu cầu về nội dung và kĩ thuật ghi chép trên bảng ................ 170

6.4.2. Yêu cầu và kĩ thuật vẽ hình trên bảng ....................................... 174

6.5. SỬ DỤNG CÁC VẬT THẬT

...................................................................

178

6.6. CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ............................................................... 178

6.6.1 Các thiết bị thí nghiệm biểu diễn ................................................ 178

6.6.2. Các thiết bị thí nghiệm thực hành

..............................................

179

6.7. SỬ DỤNG CÁC MÔ HÌNH VẬT CHẤT

................................................

180

6.8. SỬ DỤNG TRANH ẢNH VÀ CÁC BẢN VẼ SẴN

...............................

181

6.9. SỬ DỤNG CÁC TÀI LIỆU IN

................................................................

183

6.9.1. Sách giáo khoa ............................................................................. 183

6.9.2. Sách bài tập .................................................................................. 186

6.9.3. Sách hướng dẫn thí nghiệm ........................................................ 187

6.9.4. Các tài liệu tham khảo ................................................................ 187

CHƯƠNG 7. THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

..........................................

189

7.1. CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA THÍ NGHIỆM VẬT LÍ

.....................................

189

7.2. CÁC CHỨC NĂNG CỦA THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 191

7.2.1. Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận

nhận thức ................................................................................................

191

7.2.2. Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận

dạy học ....................................................................................................

198

7.3. CÁC LOẠI THÍ NGHIỆM ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC

VẬT LÍ

............................................................................................................

211

96

7.3.1. Thí nghiệm biểu diễn ................................................................... 212

7.3.2. Thí nghiệm thực tập .................................................................... 213

7.4. NHỮNG YÊU CẦU VỀ MẶT KĨ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY

HỌC ĐỐI VỚI VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

222

7.4.1. Những yêu cầu chung đối với việc sử dụng thí nghiệm ............ 222

7.4.2. Những yêu cầu đối với thí nghiệm biểu diễn ........................... 223

7.4.3. Những yêu cầu đối với thí nghiệm trực diện ............................. 226

7.4.4. Những yêu cầu đối với thí nghiệm thực hành ........................... 230

CHƯƠNG 8. MỘT SỐ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC HIỆN ĐẠI TRONG DẠY

HỌC VẬT LÍ

....................................................................................................

233

8.1. PHIM HỌC TẬP

......................................................................................

233

8.1.1. Các loại phim học tập .................................................................. 233

8.1.2. Các trường hợp cần thiết sử dụng phim học tập

.......................

234

8.1.3. Lợi ích của việc sử dụng phim học tập trong dạy học vật lí .... 235

8.1.4. Phương pháp sử dụng phim học tập trong dạy học vật lí ........ 236

8.2. DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ ..................................................................... 237

8.2.1. Các tạo và nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử

.......

237

8.2.2. Sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học vật lí ..................... 242

8.3. MÁY VI TÍNH ........................................................................................ 254

8.3.1. Cấu tạo của máy vi tính .............................................................. 255

8.3.2. Các chức năng cơ bản của máy vi tính ...................................... 259

8.3.3. Sử dụng máy vi tính trong dạy học ............................................ 260

8.3.4. Sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lí .................................. 261

CHƯƠNG 9. BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

...................................................

288

9.1. TÁC DỤNG CỦA BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

....................

288

97

9.2. PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÍ

..............................................................

290

9.2.1. Bài tập định tính .......................................................................... 290

9.2.2. Bài tập tính toán .......................................................................... 292

9.2.3. Bài tập thí nghiệm ....................................................................... 293

9.2.4. Bài tập đồ thị ................................................................................ 294

9.3. Phương pháp giải bài tập vật lí ............................................... 296

9.4. XÂY DỰNG LẬP LUẬN TRONG GIẢI BÀI TẬP

................................

297

9.4.1. Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính ........................ 298

9.4.2. Xây dựng lập luận trong giải bài tập tính toán

.........................

303

9.5. LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 311

9.5.1. Việc lựa chọn bài tập ................................................................... 311

9.5.2. Việc sử dụng hệ thống bài tập .................................................... 313

CHƯƠNG 10. TỔ CHỨC DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

................

315

10.1. CÁC CHIẾN LƯỢC TỔ CHỨC DẠY HỌC

.........................................

315

10.1.1. Chiến lược truyền thông

............................................................

316

10.1.2. Chiến lược giảng giải minh hoạ ................................................ 317

10.1.3. Chiến lược biểu diễn .................................................................. 318

10.1.4. Chiến lược đàm thoại gợi mở

....................................................

318

10.1.5. Chiến lược chiếm lĩnh khái niệm

..............................................

319

10.1.6. Chiến lược bắt chước (trò chơi bắt chước)

...............................

320

10.1.7. Chiến lược thảo luận nhóm

.......................................................

320

98

10.1.8. Chiến lược hướng dẫn tìm tòi ................................................... 320

10.1.9. Chiến lược học theo nhóm hợp tác nhỏ

....................................

321

10.1.10. Chiến lược nghiên cứu dựa theo sở thích của học sinh

.........

322

10.2. CÁC HÌNH THỨC DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 323

10.3. BÀI LÊN LỚP ....................................................................................... 324

10.3.1. Khái niệm bài lên lớp ................................................................ 324

10.3.2. Các kiểu tổ chức hoạt động học của học sinh trong bài lên lớp 325

10.3.3. Các loại bài lên lớp .................................................................... 328

10.3.4. Cấu trúc bài lên lớp ................................................................... 328

10.3.5. Cấu trúc của các loại bài lên lớp vật lí

.....................................

330

10.4. KẾ HOẠCH DẠY HỌC ....................................................................... 336

10.4.1. Những căn cứ để lập kế hoạch dạy học

....................................

337

10.4.2. Các loại kế hoạch dạy học- Kế hoạch năm học cho bộ môn 341

10.4.3. Kế hoạch dạy học một chương

..................................................

342

10.4.4. Kế hoạch bài học (giáo án) ........................................................ 349

MỤC LỤC ............................................................................................... 362