Bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm vật lý cho học sinh

Bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm vật lý cho học sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Vũ Thị Nguyệt Anh BỒI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VẬT LÝ CHO HỌC SINH KHI DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10, CHƯƠNG TRÌNH CHUẨN Chuyên ngành : Lý luận và phương pháp dạy học môn Vật lí Mã số : 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. PHẠM THỊ PHÚ Thành phố Hồ Chí Minh – 2009 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn: Cô hướng dẫn, PGS. TS. Phạm Thị Phú – người đã trực tiếp khuyến khích, động viên, hướng dẫn tôi thực hiện hoàn thành đề tài bằng tất cả sự tận tình và trách nhiệm. Quý thầy cô trong tổ Phương Pháp Giảng Dạy, khoa Vật lý, thư viện, phòng Khoa Học Công Nghệ Sau Đại Học trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí minh đã khuyến khích, quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Ban Giám Hiệu, quý thầy cô trong tổ bộ môn Vật Lý – Công Nghệ trường THPT CưM’Gar – Huyện CưM’Gar – Tỉnh Đăklăk đã tạo điều kiện tốt nhất để giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài. Tác giả Vũ Thị Nguyệt Anh DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT PPTN : Phương pháp thực nghiệm SGK : Sách giáo khoa THPT : Trung học phổ thông BTTNVL : Bài tập thí nghiệm Vật lý PTTT : Phương trình trạng thái MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Xã hội hiện nay là xã hội tri thức và thông tin. Sự đổi mới với tốc độ rất nhanh trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ tác động đến thông tin ở ba khía cạnh: thông tin có giá trị không dài, khối lượng thông tin tăng nhanh, nội dung thông tin ngày càng phức tạp. Như vậy, phương pháp giảng dạy chỉ hướng tới mục tiêu cung cấp kiến thức, kĩ năng (thông tin) sẽ luôn lạc hậu với thời đại. Do đó, người giáo viên phải hướng tới việc bồi dưỡng cho học sinh những phương pháp nhận thức để họ có thể chiếm lĩnh lấy tri thức trong quá trình tự học. Định hướng đổi mới phương pháp dạy và học đã xác định trong nghị quyết TW4 khóa VII, nghị quyết TW2 khóa VIII, được thể chế trong Luật Giáo dục (2005) đã ghi: “phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, từng m ôn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn…”. Để thực hiện được mục tiêu chung của giáo dục trong dạy học vật lí, chương trình Vật lí THCS và THPT cũng yêu cầu phải cung cấp cho học sinh những hiểu biết ban đầu về các phương phá p nhận thức đặc thù của Vật lí học, trong đó có phương pháp thực nghiệm. Do đó, phương pháp thực nghiệm đã trở thành một loại kiến thức đặc biệt cần phải trang bị cho học sinh. Phương pháp thực nghiệm không những là mục tiêu kiến thức mà còn xem là một công cụ quan trọng để học sinh sử dụng nhằm xây dựng và chiếm lĩnh kiến thức, qua đó phát triển năng lực sáng tạo của m ình. Trong chương trình Vật lí lớp 10, chương “ Chất khí” là chương các nội dung kiến thức chủ yếu được xây dựng từ thực nghiệm. Do đó ta có thể bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm - phương pháp nhận thức quan trọng của Vật lí khi dạy học chương này. Trong việc đổi mới phương pháp dạy học thì cũng đã có nhiều nghiên cứu nói về việc dạy học nhằm bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật lí cho học sinh. Nhưng việc nghiên cứu ứng dụng đối với việc dạy từng kiến thức cụ thể cho từng đối tượng học sinh cụ thể thì chưa được thực hiện đầy đủ. Ví dụ như nghiên cứu về việc dạy học các định luật chất khí nhằm bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật lí cho học sinh thì còn một số bất cập. Với những lí do trên, tôi tiếp tục hướng nghiên cứu trên qua đề tài: “Bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh khi dạy học chương Chất khí, lớp 10, chương trình chuẩn” làm đề tài nghiên cứu của mình. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Chất khí” ở Vật lý lớp 10 chương trình chuẩn nhằm bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm của Vật lí học. 3. Giả thuyết khoa học Có thể dạy học theo định hướng tăng cường bồi dưỡng cho học sinh PPTN Vật lý thông qua một số bài học chương “Chất khí”, từ đó góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức chương và bồi dưỡng phương pháp nhận thức cho học sinh. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 4.1. Tìm hiểu phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu Vật lí học và trong dạy học Vật lí. 4.2. Tìm hiểu các biện pháp và hình thức bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh. 4.3. Tìm hiểu mục tiêu dạy học, chương trình, cấu trúc và nội dung của chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. 4.4. Tìm hiểu thực trạng dạy học Vật lý với việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật lí ở một số trường THPT thuộc tỉnh Đăklăk. 4.5. Xác định và chuẩn bị những điều kiện cần thiết để dạy học chương “Chất khí” nhằm bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật lí cho học sinh. 4.6. Xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn để bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm Vật lý. 4.7. Thực nghiệm sư phạm ở trường THPT nhằm xác định mức độ phù hợp, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của từng tiến trình đã đề xuất, điều chỉnh, hoàn thiện. 5. Phương pháp nghiên cứu + Phương pháp nghiên cứu lí luận. Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu Vật lí và trong dạy học vật lí, các tài liệu kinh điển và cập nhật về lí luận dạy học, lí luận dạy học Vật lí. Nghiên cứu tư liệu về nội dung, mục tiêu, yêu cầu giảng dạy chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. + Phương pháp điều tra. Tìm hiểu việc dạy và học nhằm sơ bộ đánh giá thực tế dạy học chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. Trao đổi với giáo viên, học sinh, dự giờ. + Phương pháp thực nghiệm.  Thực nghiệm Vật lí: khảo sát thực nghiệm các định luật chất khí.  Thực nghiệm sư phạm. + Phương phá p xử lí số liệu: Theo thống kê toán học. 6. Đối tượng và khách thể nghiên cứu Hoạt động dạy học của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học một số kiến thức thuộc chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. 7. Phạm vi nghiên cứu Bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm, một phương phá p nhận thức đặc thù của Vật lí học khi dạy học các định luật thực nghiệm về chất khí chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. 8. Đóng góp mới của đề tài - Về lý luận: khẳng định sự cần thiết và có thể dạy học tăng cường bồi dưỡng PPTN Vật lý cho học sinh. - Về nghiê n cứu áp dụng: + Đề xuất 4 tiến trình dạy học các định luật chất khí nhằm bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm – một phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lý học. + Đã chế tạo 6 bộ thí nghiệm để khảo sát định lượng các định luật chất khí: Định luật Bôilơ – Mariốt, định luật Sác – lơ và phương trình trạng thái chất khí dùng cho hoạt động nhóm của học sinh. + Nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và bồi dưỡng PPTN Vật lý cho học sinh lớp thực nghiệm. Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC BỒI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VẬT LÍ CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu Vật lí 1.1.1. Sự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của Vật lí học [24],[ 31] Thời cổ đại, khoa học chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học, mục đích của nó là tìm hiểu và giải thích thiên nhiên một cách toàn bộ mà chưa đi vào từng lĩnh vực cụ thể. Trong xã hội chiếm hữu nô lệ, lao động chân tay bị coi khinh vì đó là lao động của tầng lớp nô lệ, coi trọng hoạt động tinh tế của trí óc. Do đó nhiều nhà hiền triết cho rằng có thể dùng sự suy lý, sự tranh luận để tìm ra chân lý mà không coi trọng thí nghiệm. Trong cuốn “Vật lí học”, Aristote (384 – 322 TCN), một đại biểu tiêu biểu cho nền khoa học cổ đại, cũng không dùng thí nghiệm mà đi đến kết luận bằng cách lập luận. Sang thời trung đại, tư tưởng của Aristote trở thành những giáo điều bất khả xâm phạm. Giáo hội Gia tô có một địa vị tối cao trong đời sống xã hội và coi “Khoa học là đầy tớ của giáo lí”. Tuy vậy, trong thời này cũng có những người muốn tìm những con đường mới hơn để đi đến nhận thức khoa học như Roger Bacon (1214 – 1294) cho rằng khoa học không chỉ có nhiệm vụ bình giải lời lẽ của những kẻ có uy tín, khoa học phải được xây dựng trên cơ sở lập luận chặt chẽ và thí nghiệm chính xác. Và vì vậy, ông bị giáo hội lên án và bị cầm tù hơn 20 năm tới khi 74 tuổi. Đến thế kỷ XVII, Galile (1564 – 1642) đã xây dựng những cơ sở của một nền vật lí học mới – vật lí học thực nghiệm- chân chính, thay thế cho vật lí học của Aristote bằng hàng loạt các nghiên cứu về thiên văn học, cơ học, âm học, quang học… Galile cho rằng muốn hiểu biết thiên nhiên phải trực tiếp quan sát thiên nhiên, phải làm thí nghiệm, phải “hỏi thiên nhiên” chứ không phải hỏi Aristote hoặc kinh thánh Trước một hiện tượng tự nhiên cần tìm hiểu, Galile bắt đầu bằng quan sát để xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đưa ra một cách giải thích lý thuyết có tính chất dự đoán. Từ lý thuyết đó, ông rút ra những kết luận có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm. Sau đó, ông bố trí thí nghiệm thích hợp, tạo điều kiện thí nghiệm và phương tiện thí nghiệm tốt nhất để có thể đạt kết quả chính xác tin cậy được. Cuối cùng, ông đối chiếu kết quả thu đư ợc bằng thực nghiệm với lý thuyết ban đầu. Phương pháp của Galile có tính hệ thống, tính khoa học, có chức năng nhận thức luận, tổng quát hóa về mặt lý thuyết những sự kiện thực nghiệm và phát hiện ra bản chất của sự vật hiện tượng. Về sau, các nhà khoa học khác đã kế thừa phương pháp đó và xây dựng cho hoàn chỉnh hơn. Những thành tựu ban đầu của vật lí học thực nghiệm đã khiến cho thế kỉ XVII trở thành thế kỉ của cuộc cách mạng khoa học thắng lợi với các đại diện tiêu biểu: Torricelli (1608 – 1662), Pascal (1623 – 1662), Otto Guericke (1602 – 1685), Boyle (1627 – 1691), Gilbert (1540 – 1603)… Như vậy, phương pháp thực nghiệm với tư cách là một phương pháp nhận thức khoa học đã ra đời và không những thành công trong sự phát triển của vật lí học cổ điển mà vẫn còn có ý nghĩa rất quan trọng tr ong quá trình nghiên cứu vật lí học hiện đại. 1.1.2. Nội dung của phương pháp thực nghiệm Galile được coi là ông tổ của vật lí thực nghiệm, người sáng lập ra phương pháp thực nghiệm và các nhà khoa học sau này đã kế thừa và hoàn chỉnh hơn. Spaski đã nêu lên thực chất của phương pháp thực nghiệm của Galile như sau: Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết (dự đoá n). Giả thuyết đó không chỉ đơn thuần là sự tổng quát hóa các sự kiện thực nghiệm đã làm. Nó chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận logic 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 giả thuyết, biến giả thuyết thành định luật vật lí chính xác. [31, tr.108] Ở nước ta, cũng đã có rất nhiều các bài viết khác nhau về phương pháp thực nghiệm. Theo tác giả Phạm Hữu Tòng: “Nếu nhà khoa học dựa trên việc thiết kế (nghĩ ra) phương án thí nghiệm khả thi và tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thể, thiết bị dụng cụ, quan sát, đo đạc) để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra (nó là một nhận định về một tính chất, một mối liên hệ, một nguyên lí nào đó, cho phép đề xuất một kết luận mới hoặc xác minh một giả thuyết, một phỏng đoán khoa học nào đó) thì phương pháp nhận thức trong trường hợp này được gọi là phương pháp thực nghiệm”. [28, tr.125] Còn theo tác giả Nguyễn Đức Thâm và Nguyễn Ngọc Hưng thì phân biệt phương pháp thực nghiệm theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp. “Theo nghĩa rộng, phương pháp thực nghiệm có thể bao gồm từ những ý tưởng ban đầu của các nhà khoa học cho đến kết luận cuối cùng. Theo nghĩa hẹp, phương pháp thực nghiệm có thể hiểu như sau: từ lý thuyết đã biết suy ra hệ quả và dùng thì nghiệm để kiểm tra hệ quả. Các nhà thực nghiệm không nhất thiết tự mình xây dựng giả thuyết mà giả thuyết đó đã có người khác đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được. Nhiệm vụ của nhà vật lí thực nghiệm lúc này là từ giả thuyết đã có suy ra hệ quả có thể kiểm tra được và tìm cách bố trí thí nghiệm khéo léo, tinh vi để quan sát được hiện tượng do lí thuyết dự đoán và thực hiện các phép đo chính xác” [31, tr.111]. Phương pháp thực nghiệm có thể hiểu theo nghĩa rộng hoặc nghĩa hẹp tùy theo quan điểm của mỗi người xem xét, gắn với lịch sử vật lí học, cũng như tùy theo mục đích cụ thể của người vận dụng nó trong dạy học ở các bậc học khác nhau. Nhưng mặc dù phát biểu theo cách nào thì các yếu tố cơ bản của PPTN trong nghiên cứu khoa học cũng bao gồm: - Vấn đề cần giải đáp hoặc giả thuyết cần kiểm tra. - Xử lý một giả thuyết để có thể đưa nó vào kiểm tra bằng thực nghiệm. - Xây dựng (thiết kế) phương án thí nghiệm cho phép thu lượm thông tin cần thiết cho sự xác lập giả thuyết hoặc kiểm tra giả thuyết. - Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả (quan sát, đo…). - Phân tích kết quả và kết luận. [...]... trình xây dựng các định luật thực nghiệm Vật lý Ý thức được ý nghĩa phương pháp luận của PPTN Vật lý trong dạy học Vật lý, chúng ta có thể bồi dưỡng PPTN Vật lý cho học sinh trong các loại bài học Vật lý quen thuộc: bài học xây dựng kiến thức mới (định luật thực nghiệm Vật lý) , bài học bài tập Vật lý ( bài tập thí nghiệm) , bài học thực hành thí nghiệm Vật lý (các thí nghiệm thực hành nâng cao) Trong phần... thức Vật lí cũng có thể tiến hành trong mọi hoàn cảnh nêu giáo viên biết gợi ý cho học sinh suy nghĩ, biết đặt câu hỏi phù hợp với hoàn cảnh 1.3.4 Dạy học phương pháp thực nghiệm thông qua thí nghiệm thực tập cho học sinh [22, tr 104] 1.3.4.1 Vai trò của thí nghiệm thực tập đối với việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh Thí nghiệm thực tập có tác dụng to lớn trong việc bồi dưỡng phương pháp. .. độ dạy học phương pháp thực nghiệm cho học sinh Trong điều kiện dạy học hiện nay ở nước ta, việc học sinh tham gia vào toàn bộ các hành động của phương pháp thực nghiệm là việc rất khó khăn (do hạn chế về thời gian, thiết bị dạy học không đảm bảo, trình độ học sinh ), do vậy, dạy học phương pháp thực nghiệm chỉ có thể thực hiện ở một số những mức độ nhất định dựa vào mức độ tham gia của học sinh vào... phương pháp thực nghiệm cho học sinh 1.3.1 Các biện pháp chung Thiết kế và tổ chức tiến trình dạy học một bài học Vật lí tương tự như các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm Nếu mỗi bài học Vật lí từ năm đầu tiên đến năm cuối cùng ở trường phổ thông, học sinh được quan tâm bồi dưỡng để hoạt động nhận thức theo tiến trình của phương pháp nhận thức khoa học, trong môn Vật lý là PPTN Vật lý thì nhất... dạy học chương “Chất khí” – một chương có các định luật thực nghiệm là điều kiện tốt (về mặt nội dung) thuận lợi cho dạy học hướng tới mục tiêu bồi dưỡng PPTN Vật lý cho học sinh Chương 2 XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” LỚP 10 CHƯƠNG TRÌNH CHUẨN NHẰM BỒI DƯỠNG PPTN VẬT LÝ CHO HỌC SINH Để thiết kế được các tiến trình dạy học cụ thể hướng tới mục đích bồi dưỡng cho học sinh. .. không cho học sinh chưa chuẩn bị lý thuyết làm thí nghiệm thực hành Các vướng mắc của học sinh được giáo viên trực tiếp giải quyết ở từng bàn thí nghiệm Các báo cáo thí nghiệm của học sinh phải được giáo viên đánh giá ngay để kịp thời bổ sung những vướng mắc của học sinh Kết luận chương 1 Qua việc tìm hiểu những cơ sở lý luận về việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh, chúng tôi nhận thấy phương. .. thí nghiệm thực hành - Các tri thức của vật lí được xây dựng bằng một số hữu hạn các phương pháp nhận thức khoa học bộ môn, vì thế bài học tường minh phương pháp thực nghiệm là hạn chế 1.3.2.2 Logic của bài học tường minh phương pháp thực nghiệm “Vấn đề nhận thức” ở bài học này là nội dung của phương pháp thực nghiệm Nội dung này đã được giới thiệu trong phần Cơ học nên trong phần Nhiệt học học sinh. .. bài học Vật lí Do đó trong dạy học, cần có sự lựa chọn và phối hợp chặt chẽ phương pháp thực nghiệm với các phương pháp khác một cách hợp lí 1.2.2 Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm và hướng dẫn học sinh hoạt động trong mỗi giai đoạn Bồi dưỡng cho học sinh PPTN có nghĩa là tổ chức cho học sinh hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN của quá trình nhận thức khoa học, nhằm bồi dưỡng năng... thí nghiệm + Sử dụng các bài tập thí nghiệm vật lí để hình thành và rèn luyện kỹ năng lập phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm + Chuyển một số thí nghiệm thực hành thành thí nghiệm nghiên cứu của học sinh - Mức độ 4: Học sinh tự lực nghiên cứu một số vấn đề nhỏ bằng phương pháp thực nghiệm Đây là mức độ cao nhất của dạy học phương pháp thực nghiệm trong nhà trường và chỉ áp dụng đối với học sinh. .. (định luật, nguyên lý Vật lý mới) giải thích thế nào cho vấn đề nêu ra ở đề bài?) + Câu hỏi định hướng vận dụng trong tình huống mới: (Thí dụ nào chứng minh cho kết luận vừa mới tìm ra bằng PPTN?) 2.5 Những sự chuẩn bị cần thiết để dạy học phương pháp thực nghiệm [19] 2.5.1 Chuẩn bị thí nghiệm Vật lý Để bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm kết hợp với việc lôi cuốn học sinh tham gia vào các . LUẬN CỦA VIỆC BỒI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VẬT LÍ CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu Vật lí 1.1.1.. tiến trình dạy học các định luật chất khí nhằm bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm – một phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lý học.