mô hình và phương pháp mô hình trong nghiên cứu và dạy học môn vật lý

Mở đầu 1. Lý do chọn đề tài Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nớc là mục tiêu hàng đầu trong đờng lối xây dựng phát triển của nớc ta, "Đến năm 2020 đất nớc ta về cơ bản phải trở thành nớc công nghiệp"[27]. Muốn thực hiện thành công sự nghiệp này, chúng ta phải thấy rõ nhân tố quyết định thắng lợi chính là nguồn nhân lực con ngời Việt Nam. Nền giáo dục của ta không chỉ lo đào tạo cho đủ về số lợng mà cần quan tâm đặc biệt đến chất lợng đào tạo. Trớc tình hình đó, nhiệm vụ quan trọng đề ra cho các môn học trong trờng phổ thông là phải làm sao cho khi vào đời, bắt tay tham gia vào lao động sản xuất hoặc lao động trong một ngành khoa học kỹ thuật nào đó, học sinh có thể nhanh chóng tiếp thu đợc cái mới, mau chóng thích ứng với trình độ hiện đại của khoa học và kỹ thuật. Để làm đợc điều đó, ngoài việc trang bị cho học sinh vốn kiến thức, kỹ năng tối thiểu cần thiết, các môn học cần phải tạo ra cho họ một tiềm lực để họ có thể đi xa hơn những hiểu biết mà họ đã thu lợm đợc trong nhà trờng. Tiềm lực đó chính là khả năng giải quyết những vấn đề mà sản xuất và đời sống đặt ra cho họ, là khả năng tự vạch ra đờng đi để đạt tới những nhận thức mới. Tiềm lực đó nằm trong phơng pháp t duy và hành động một cách khoa học. Do đó vấn đề bồi dỡng cho học sinh các phơng pháp nhận thức khoa học đã trở thành nhiệm vụ quan trọng của các môn học trong nhà trờng phổ thông. Chỉ trên cơ sở dạy cho các em các phơng pháp nhận thức khoa học chúng ta mới có thể làm cho các em biết học tập một cách chủ động, mới rèn luyện đợc trí thông minh, sáng tạo ở các em. Nhng việc rèn luyện trí thông minh sáng tạo trong dạy học ở trờng phổ thông nớc ta hiện nay còn mới mẻ, đang còn nhiều khó khăn cả về lý luận lẫn thực tiễn. Để đạt đợc mục đích đó, chúng ta cần phải nghiên cứu, áp dụng và liên tục cải tiến các phơng pháp giảng dạy. Nền giáo dục của nớc ta hiện nay đã sử dụng một số phơng pháp dạy học mang lại những hiệu quả nhất định nh phơng pháp thực nghiệm, phơng pháp đàm thoại nêu vấn đề, phơng pháp diễn giảng Phơng pháp mô hình (PPMH) là một trong những phơng pháp nhận thức khoa học và đã đợc vận dụng vào trong dạy học. Khi nghiên cứu những hiện tợng Vật lý xảy ra trong thế giới vi mô, nhất là trong dạy học vật lý, chúng tôi đặc biệt quan tâm tới PPMH. PPMH ngày càng trở nên quan trọng không những trong Vật lý mà cả trong những ngành khoa học tự nhiên và xã hội khác. Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề 1 tài: Nghiên cứu sử dụng phơng pháp mô hình trong dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng vật lý lớp 10 trung học phổ thông . 2. Mục đích nghiên cứu Sử dụng PPMH trong dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng nhằm góp phần nâng cao chất lợng dạy học vật lý trong trờng THPT. 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu - PPMH: Trong nghiên cứu vật lý và trong dạy học vật lý. - Hoạt động dạy và học vật lý của giáo viên và học sinh ở trờng THPT. - Quá trình dạy học vật lý chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý t- ởng lớp 10 THPT Tĩnh gia II. 4. Giả thuyết khoa học - Có thể sử dụng PPMH ở các mức độ khác nhau để dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng. - Việc dùng PPMH dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý t- ởng sẽ mang lại kết quả học sinh không những nắm vững sâu sắc kiến thức của mình mà còn đợc bồi dỡng PPMH của nhận thức vật lý. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu lý thuyết về MH và PPMH trong nghiên cứu vật lý và trong dạy học vật lý. - Nghiên cứu chơng trình và sách giáo khoa vật lý phần nhiệt học. - Tìm hiểu thực trạng nhận thức về PPMH và sử dụng PPMH trong dạy học vật lý ở trờng phổ thông. - Thiết kế các phơng án dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng theo PPMH. - Thực nghiệm s phạm các phơng án đã xây dựng. 6. Phơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận: + Các văn kiện của Đảng và Nhà nớc, của Bộ giáo dục và đào tạo có liên quan đến vấn đề nghiên cứu. + Các tài liệu, công trình liên quan đến hớng nghiên cứu. 2 - Nghiên cứu tình hình thực trạng trên đối tợng cụ thể: Dự giờ, quan sát việc dạy của giáo viên và việc học của học sinh trong quá trình thực nghiệm s phạm. - Thực nghiêm s phạm: Thực hiện các bài dạy đã thiết kế, so sánh với lớp đối chứng để rút ra những cần thiết, chỉnh lý thiết kế đề xuất hớng áp dụng vào thực tiễn, mở rộng kết quả nghiên cứu. 7. Kết quả nghiên cứu Qua quá trình triển khai đề tài: Nghiên cứu sử dụng phơng pháp mô hình trong dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng vật lý lớp 10 THPT, chúng tôi đã thu đợc một số kết quả nh sau: - Về mặt lý luận: + Nhận thức đợc cấu trúc của PPMH, vai trò của PPMH trong nghiên cứu vật lý và trong dạy học vật lý. + Nắm đợc các bớc cơ bản vận dụng PPMH trong dạy học vật lý. - Về mặt nghiên cứu ứng dụng: + Sắp xếp lại nội dung một số vấn đề chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng để thực hiện dạy học theo PPMH. + Xây dựng, thiết kế các giáo án chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng theo PPMH. + Thực nghiệm s phạm: chúng tôi nhận thấy, có thể tiến hành dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng theo PPMH, nhờ đó học sinh làm quen với PPMH -phơng pháp nhận thức quan trọng của vật lý học. 8. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, phần phụ lục và tài liệu tham khảo, luận văn có 3 chơng sau: Chơng 1: Cơ sở lý luận của đề tài Chơng 2: Tổ chức dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng vật lý lớp 10 THPT theo PPMH. Chơng 3: Thực nghiệm s phạm 3 Chơng 1. Cơ sở lý luận của đề tài 1.1. Mô hình 1.1.1. Khái niệm về mô hình Khái niệm mô hình đợc sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thông dụng hàng ngày với những ý nghĩa rất khác nhau. Trong các môn khoa học tự nhiên học sinh thờng gặp mô hình tế bào, mô hình lò cao, mô hình động cơ đốt trong, tức là vật chất có cấu tạo không gian giống nh vật mà ta cần nghiên cứu. Mô hình phân tử, mô hình nguyên tử lại mô tả những vật thể mà ta chỉ biết đợc những tính chất của chúng chứ không quan sát trực tiếp đợc. Mô hình quá trình dạy học, mô hình bài học lại không phản ánh một vật thể nào cả mà phản ánh một sự kiện trừu t- ợng. Mô hình con ngời mới, mô hình nhà trờng phổ thông đợc hiểu là mẫu mực mà ta phải vơn tới chứ không phải là phỏng theo một thực thể đang tồn tại. Trong vật lý học, V.A Stôphơ đã định nghĩa mô hình nh sau: Mô hình là một hệ thống đợc hình dung trong óc hay đợc thực hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tợng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối t- ợng [33]. Theo định nghĩa này, cần đặc biệt chú ý đến sự khác biệt giữa mô hình với đối tợng vật chất. Một mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tợng vật chất. Cùng một đối tợng vật chất nhng có thể có nhiều mô hình khác nhau. Nh vậy mô hình không đồng nhất với đối tợng mà nó phản ánh. Còn theo Halbwachs thì định nghĩa Những dấu hiệu bao gồm trong các hình vẽ, các giản đồ, các ký hiệu toán học hay đơn giản hơn, những mệnh đề đợc thành lập bởi các từ, những hệ thống sẽ đợc dùng để biểu diễn cảnh huống. Với một hệ thống các dấu hiệu nh thế, chúng ta gọi là một mô hình[29]. Khái niệm mô hình, theo định nghĩa chung nhất của nó thì là một cái gì đó (một vật thể, một sự biểu đạt hình tợng, một phơng trình ) thay thế cho cái nguyên gốc, nó cho phép thay thế cái nguyên gốc này bởi sự trung gian giúp cho dễ hiểu hơn, dễ đạt tới hơn đối với nhận thức. Quan hệ giữa mô hình với thực tế 4 có thể hoặc là sự tơng tự về hình thức bề ngoài hoặc là sự tơng tự của cái cấu trúc bị che khuất, hoặc là sự tơng tự chức năng, hiệu quả. 1.1.2. Các chức năng của mô hình Nh chúng ta đã thấy, vai trò của một mô hình vật lý nhằm đảm bảo cho sự thấu hiểu khoa học một đối tợng vật lý nào đó. Nh vậy, trong vật lý học mô hình có ba chức năng chính sau đây: a) Mô tả sự vật, hiện tợng. b) Giải thích các sự kiện và hiện tợng có liên quan tới đối tợng. c) Tiên đoán các sự kiện và hiện tợng mới. Một mô hình không phải chỉ dùng để mô tả và giải thích các hiện tợng vật lý mà hơn thế nữa, nó còn đợc dùng để tiên đoán những hiện tợng mới. Không có chức năng tiên đoán này, mô hình mất đi vai trò quan trọng của nó trong khoa học. Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng mô hình đờng cảm ứng từ trong dạy học về từ trờng và hiện tợng cảm ứng điện từ (lớp 11). Mô hình đờng cảm ứng từ không những biểu diễn đợc hớng mà còn cả độ lớn của lực từ ở mỗi điểm xung quanh nam châm. Sử dụng mô hình đờng 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 thiết diện của khung dây biến thiên. Bằng mô hình đờng cảm ứng từ ta còn có thể phát hiện ra một điều quan trọng là: không gian xung quanh dòng điện cũng tồn tại từ trờng. 1.1.3. Tính chất của mô hình Với t cách là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tợng nghiên cứu, một mô hình có những tính chất cơ bản sau đây: a) Tính tơng tự với vật gốc: Một hệ thống chỉ có thể đợc coi là mô hình của vật gốc khi có thể chuyển đợc những kết quả nghiên cứu trên mô hình sang vật gốc. Nghĩa là nó có sự tơng tự giữa mô hình và vật gốc. Sự tơng tự đó có thể là đồng cấu hoặc đẳng cấu. Sự tơng tự có thể thuộc loại cấu trúc, khi đó sự tơng tự chủ yếu ở mối quan hệ giữa các phần tử của hai hệ thống. Ví dụ mô hình ảnh của một vật trên võng mạc: quan hệ giữa phần này và phần kia của ảnh phản ánh đúng quan hệ giữa hai phần tơng ứng của vật. Cũng có thể là sự tơng tự về chức năng, nghĩa là các phân tử tơng ứng của hai hệ thống có chức năng giống nhau nhng cấu trúc có thể khác nhau. Ví dụ mô hình ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ và gơng cầu lõm dới những 5 điều kiện giống nhau là giống nhau và lại biết: có thể sử dụng một thấu kính hội tụ làm vật kính trong chế tạo kính thiên văn. Từ đó, cũng có thể sử dụng gơng cầu lõm làm vật kính trong mô hình kính thiên văn. Sự tơng tự cũng có thể giống nhau hay na ná giống nhau ở kết quả các quá trình trong hai hệ thống. Thuộc loại cuối cùng thờng thấy khi so sánh một hệ thống vật chất thực và sự diễn tả toán học của nó. Các phần tử thuộc hai hệ thống này không có điểm nào giống nhau nhng kết quả thu đợc trong quá trình biến đổi toán học lại phù hợp với kết quả thu đợc bằng thực nghiêm. Ví dụ mô hình toán học diễn tả dao động điều hoà: sự tơng tự giữa quy luật biến đổi của điện tích q trong mạch cũng giống nh quy luật biến đổi của ly độ x trong dao động của con lắc lò xo. Trong dạy học vật lý, tính chất tơng tự với vật gốc của mô hình có ý nghĩa quan trọng: sử dụng tính chất này khi xây dựng mô hình, học sinh đợc rèn luyện một loạt các thao tác t duy, đợc phát triển niềm tin vào mối liên hệ có tính khái quát, có tính quy luật của các sự vật, hiện tợng tự nhiên đa đạng, phong phú. Sử dụng tính chất này còn góp phần nâng cao hiệu quả giờ học, thể hiện trớc hết ở tính sâu sắc, tính hệ thống của các kiến thức vì nó tạo điều kiện cho học sinh liên hệ cái cha biết với cái đã biết, phát hiện những mối liên hệ giữa các hệ thống khác nhau ở các phần khác nhau của vật lý cũng nh những dấu hiệu giống nhau và khác nhau của chúng. b) Tính đơn giản: Nh ta đã biết, thực tế khách quan vô cùng đa dạng và phong phú. Mỗi mô hình chỉ phản ánh đợc một mặt nào đó của thực tế. Nhiều khi một hệ thống thực thể khách quan phải dùng đến nhiều mô hình để phản ánh. Trong khi xây dựng mô hình ta phải thực hiện các thao tác trừu tợng hóa, khái quát hóa những thao tác ấy bao giờ cũng dẫn đến một sự đơn giản hóa vì rằng ta đã tớc bỏ những chi tiết thứ yếu, chỉ còn lại những thuộc tính và những mối liên hệ bản chất. Nh vậy tính đơn giản của mô hình là một tất yếu khách quan. Mặt khác cũng nhờ tính đơn giản này của mô hình mà nhà nghiên cứu có thể nắm chắc những vấn đề cơ bản nhất của thực tế khách quan, khái quát hóa chúng mà rút ra những quy luật. Nếu không dùng những mô hình đơn giản để nghiên cứu mà nghiên cứu ngay những hiện tợng thực tế phức tạp thì nhiều trờng hợp quy luật bị lu mờ và nhà nghiên cứu có thể bị nhầm lẫn. c) Tính trực quan: Trớc hết tính trực quan của mô hình thể hiện ở chỗ dễ dàng nhận biết bằng các giác quan. Ta có thể cảm giác, tri giác trực tiếp trên mô hình, nhng nhiều khi không làm đợc việc đó trên các hiện tợng thực tế. 6 Tính trực quan cũng thể hiện ở chỗ ta đã vật chất hóa những tính chất, những quan hệ không thể trực tiếp tri giác đợc. Thí dụ lực hút, lực đẩy giữa các phân tử đợc biểu diễn trên mô hình bằng cách gạch nối đậm hay mảnh, hoặc quy luật chuyển động đợc biểu diễn bằng đồ thị vận tốc. Khái niệm trực quan còn đợc mở rộng trong trờng hợp mô hình không trực tiếp diễn tả hiện tợng thực tế mà so sánh với một hiện tợng thực tế khác mà ta có thể tri giác bằng giác quan đợc. Ví dụ nh dùng mô hình sóng nớc để diễn tả sự giao thoa của sóng ánh sáng mặc dù sóng ánh sáng hoàn toàn khác sóng nớc. Rõ ràng mức độ trực giác gián tiếp loại này còn phụ thuộc vào vốn hiêủ biết của chính chủ thể, do chủ thể đã tích lũy đợc từ trớc. ý nghĩa của tính trực quan của mô hình trong dạy học thể hiện ở chỗ, làm cho học sinh dễ hình dung các hiện tợng vật lý không thể quan sát trực tiếp đợc (Ví dụ sử dụng con lắc lò xo để trực quan hoá quá trình xảy ra và sự biến đổi của các đại lợng vật lý trong mạch dao dộng điện LC), dễ hiểu hơn các khái niệm trừu t- ợng (ví dụ khi minh hoạ các khái niệm dòng điện và hiệu điện thế, có thể dùng dùng hình ảnh dòng nớc chảy để trực quan hoá các kiến thức trên). d) Tính quy luật riêng: Khi xây dựng mô hình, ngời ta dựa vào sự tơng tự của nó với tình huống vật lý mà nó phản ánh. Nhng bản thân mô hình có những tính chất riêng của nó đợc quy định bởi tính chất của các phần tử của nó và mối quan hệ giữa các phần tử ấy. Mối quan hệ ấy tuân theo quy luật riêng, nhiều khi không còn giống những quy luật chi phối mối quan hệ giữa các phần tử trong tình huống vật lý nữa. Chẳng hạn nh mô hình ký hiệu toán học tuân theo những quy luật toán học. Từ sự vận động của những quy luật riêng này có thể rút ra những kết luận mới có khả năng chuyển tải sang tình huống vật lý (vật gốc). Đơng nhiên rằng sự tiên đoán nàycó tính chất giả thuyết, cần đợc kiểm tra lại. Đây là giá trị nhận thức của mô hình. Nhờ tính chất này mà với mô hình ta không chỉ dừng lại ở sự mô tả, tìm hiểu các tình huống vật lý mà còn phát hiện ra những tính chất mới, cung cấp những thông tin mới. e) Tính lý tởng: Mô hình xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn. Nhng khi ta mô hình hóa một vật, một mối quan hệ nào đó ta đã thực hiện một sự trừu tợng hóa, khái quát hóa, phản ánh các thuộc tính của vật thể, hiện tợng khách quan ở mức độ hoàn thiện cao, loại bỏ tất cả những ảnh hởng nhiễu trong nhận thức. Nh vậy mô hình nào cũng có tính chất lý tởng ít hay nhiều. Nói cách khác không có mô hình nào giống hệt thực tiễn bởi nếu mô hình hoàn toàn giống thực tế khách quan thì nó 7 không còn tính cách là vật đại diện, thay thế nữa. Một mô hình vật lý chỉ phản ánh đến một mức độ nhất định một vài mặt của một tình huống vật lý. Tính chất lý tởng của mô hình ngày càng cao thì mô hình càng khái quát và giúp ta nhận thức đợc những nét chung nhất của hiện tợng và bao trùm đợc một số càng lớn hiện tợng. Nhng càng khái quát, càng có tính lý tởng cao thì khi sử dụng mô hình để nghiên cứu thực tế càng gặp nhiều khó khăn vì ta phải bổ sung vào cấu trúc chung của mô hình rất nhiều yếu tố cụ thể phù hợp với các tính chất đối tợng nghiên cứu. 1.1.4. Các loại mô hình sử dụng trong vật lý học Ta có thể phân các mô hình vật lý ra làm hai loại [25, 130], [22, 27]. A) Mô hình vật chất: Là mô hình trên đó phản ánh đặc trng cơ bản về mặt hình học, vật lý, động lực học, chức năng học của đối tợng nghiên cứu. Thí dụ: Mô hình máy bay, mô hình lò cao, mô hình động cơ đốt trong Loại mô hình này chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức khi cần hình thành những biểu tợng hoặc thu thập kiến thức có tính chất kinh nghiệm. Những kiến thức thu đợc trên mô hình là những tính chất bên ngoài của hiên tợng, của đối tợng thực. B) Mô hình lý tởng ( hay mô hình lý thuyết) Là những mô hình trừu tợng, trên đó về nguyên tắc ngời ta chỉ áp dụng những thao tác t duy lý thuyết. Các phần tử của mô hình và đối tợng nghiên cứu thực tế có thể có bản chất vật lý hoàn toàn khác nhau nhng hoạt động theo những quy luật giống nhau. Các mô hình lý thuyết có thể có rất nhiều loại tùy theo mức độ trừu tợng khác nhau. a) Mô hình ký hiệu: Là dạng cụ thể nhất của mô hình lý tởng. Đó là hệ thống những ký hiệu dùng với t cách là mô hình: hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các công thức, phơng trình toán học. Chúng tôi chú ý đặc biệt đến hai loại mô hình ký hiệu là mô hình toán học và mô hình đồ thị. a 1 ) Mô hình toán học: Là những mô hình có bản chất khác với vật gốc, chúng diễn tả những đặc tính của vật gốc bằng một hệ thức toán học. Chẳng hạn nh tất cả những đại lợng q biến thiên thỏa mãn phơng trình: q+ 2 q = 0 đều biến thiên theo một quy luật dao động điều hòa. Bởi vậy có thể dùng công thức đó là mô hình của mọi dao động điều hòa không phụ thuộc vào bản chất của dao động. Mục đích của mô hình hóa là thay thế đối tợng nghiên cứu bằng phơng trình sao 8 cho có thể thu đợc 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 đ- ợc (lực đàn hồi) để xây dựng mô hình dao động cơ học, sau đó dùng mô hình để nghiên cứu dao động điện không quan sát trực tiếp đợc. Tuy mô hình toán có u điểm về sự chặt chẽ của toán học, có thể xét tới những yếu tố ảnh hởng nhỏ nhất tham dự vào quá trình thực nghiệm, song sự chặt chẽ này đồng thời lại là nhợc điểm của mô hình toán, vì nó có khoảng cách khá xa với tính linh hoạt của các quá trình thực, nhất là các quá trình xã hội [4]. a 2 ) Mô hình đồ thị: Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến mô hình đồ thị, là một loại mô hình rất thông dụng trong nghiên cứu vật lý, đặc biệt là trong nghiên cứu thực nghiệm, nhng cha đợc hiểu và sử dụng đúng mức. Vai trò của đồ thị thể hiện rất rõ: Đồ thị biểu diễn một mối quan hệ giữa hai hoặc ba đại lợng vật lý mô tả hiện tợng tự nhiên. Nếu chỉ dừng lại ở việc giải thích hiện tợng theo quan điểm vĩ mô (theo hiện t- ơng luận) thì trong nhiều trờng hợp, có thể dựa vào đồ thị để giải thích sự diễn biến của hiện tợng. Chẳng hạn, ngời ta thờng dựa vào đặc tuyến vôn- ampe của tranzito để chọn điểm làm việc của nó. Ngợc lại với một điểm làm việc nhất định, thì dựa vào đặc tuyến vôn- ampe ta có thể biết trazito 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 lợng vật lý, mà nó mang nhiều thông tin quý báu ngoài mối liên hệ đó. đó chính là chức năng tiên đoán của đồ thị. Đồ thị của đờng đẳng tích và đờng đẳng áp đã cho ta tiên đoán sự tồn tại của độ không tuyệt đối. Nếu một đồ thị có một cực đại (hay một cực tiểu) thì nó sẽ cho ta thấy có hai yếu tố trái ngợc nhau chi phối hiện tợng mà ta xét. Đó chẳng hạn là trờng hợp đồ thị thực nghiệm của sự phụ thuộc năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối và bớc sóng. Nh vậy, đồ thị vật lý hoàn toàn có đủ t cách là một mô hình lý thuyết của hiện tợng vật lý. Để cho đồ thị có ý nghĩa nh một mô hình độc lập chứ không phải chỉ là một dạng để biểu diễn một công thức toán học, cần nói rõ cách xây dựng và sử dụng riêng của đồ thị. a 3 ) Mô hình lôgic- toán: Mô hình này dựa trên ngôn ngữ toán học. Mô hình này đợc 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 đợc vật chất hóa. Những hiện tợng hoặc quá trình cần nghiên cứu đợc mô hình hóa dới dạng chơng trình của maý 9 tính, nghĩa là hệ thống quy luật đã đợc mã hóa theo ngôn ngữ của máy, chơng trình này có thể coi nh algorit của các hành vi của đối tợng nghiên cứu. b) Mô hình biểu tợng: Mô hình biểu tợng là dạng trừu tợng nhất của mô hình lý tởng. Những mô hình biểu tợng không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà chỉ có trong t duy của ta. Ta chỉ nêu algôrit 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 ngời ta có thể hiểu đợc hành vi của mô hình (và do đó của đối tợng cần nghiên cứu) bằng cách suy luận lôgic. Thí dụ mô hình phân tử trong thuyết động học phân tử của chất khí. Mô hình này mang nhiều đặc tính không thể diễn tả bằng một vật cụ thể hay một ký hiệu (quả cầu đàn hồi, có lực hút, lực đẩy, chuyển động hỗn loạn v.v ). Mô hình lý thuyết nhiều khi đợc vật chất hóa dới một dạng nào đó để hỗ trợ cho quá trình t duy. Ví dụ mô hình cấu tạo chất: vật chất đợc cấu tạo từ những hạt nhỏ bé, riêng biệt, giữa các hạt có khoảng cách. Hiện tợng quan sát đợc trên mô hình ngô-vừng khi chúng đợc trộn lẫn vào nhau có thể chuyển sang vật gốc rợu-nớc. Trong vật lý học những mô hình lý thuyết có tác dụng to lớn đối với quá trình nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng. Mô hình ký hiệu và mô hình biểu tợng trong sáng tạo khoa học vật lý liên quan mật thiết với nhau và có ảnh hởng đến sự phát triển của nhau. Tóm lại, chúng ta có thể xây dựng sơ đồ các loại mô hình nh ở hình 1 sau đây: 1.2. Phơng pháp mô hình trong vật lý học 10 MÔ hình MH lý thuyếtMH vật chất MH ký hiệu MH biểu t ợng MH đồ thị MH lôgic toánMH toán học Hình 1: Các loại MH sử dụng trong vật lý học MH chức năng MH cấu trúc [...]... trình độ của học sinh - Chứng tỏ rằng đồ thị vật lý có thể coi nh một mô hình lý thuyết đợc sử dụng rộng rãi trong vật lý học, cần đợc nghiên cứu và sử dụng rộng rãi với t cách là một mô hình 24 Chơng 2 Tổ chức dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng vật lý lớp 10 Trung học phổ thông theo phơng pháp mô hình 2.1 Quan điểm về phơng pháp nhận thức trong xây dựng chơng trình vật lý phổ thông... thuyết cấu tạo chất 2.4.2 Mô hình biểu tợng Mô hình biểu tợng là loại mô hình đợc sử dụng phổ biến trong vật lý học nhng rất khó Trong chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng, mô hình này vừa là đối tợng nhận thức của học sinh (nội dung dạy học) , vừa là phơng tiện nhận thức (để học sinh hình dung cấu trúc vật chất) Mô hình 1: Mô hình động học phân tử về cấu tạo chất: - Vật chất đợc cấu tạo từ... tử và chất khía lý tởng theo quan điểm mô hình Quan điểm mô hình ở tầm vĩ mô là đã xây dựng đợc cấu trúc của chơng Còn ở tầm vi mô thì phơng pháp mô hình đợc sử dụng trong từng nội dung của bài học cụ thể Nội dung cụ thể theo quan điểm mô hình nh sau: - Mô hình thuyết động học phân tử về cấu tạo chất - Mô hình khí lý tởng - Dựa vào hai mô hình đó, bằng suy luận lôgic suy ra hệ quả lý thuyết là mô hình. .. khoa học để hiểu đúng đắn bản chất và vai trò của các lý thuyết khoa học và biết kiến tạo lý thuyết đó, nhằm hiểu đợc thế giới xung quanh Xuất phát từ những quan niệm trên đây, các nhà khoa học cho rằng cần vận dụng PPMH đã và đang đợc dùng trong các lý thuyết bộ môn vật lý vào việc giảng dạy bộ môn này trong nhà trờng[13] Trong nghiên cứu khoa học vật lý, mô hình và PPMH có chức năng nhận thức, nó... hẳn mô hình đó và thay bằng một mô hình khác Thí dụ mô hình cấu tạo phân tử khí lý tởng vừa là đối tợng của nhận thức vừa là phơng 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 lý mô hình khí lý tởng và phải xây dựng mô hình khí thực - Nếu bản thân mô hình không phải là đối tợng của nhận thức mà chỉ là phơng tiện để nghiên cứu. .. trình học tập của học sinh là một quá trình hoạt động nhận thức thì mô hình cũng có chức năng nh trong nghiên cứu khoa học vật lý Ngoài ra trong dạy học, nhiều khi học sinh không đủ khả năng xây dựng mô hình để thay thế vật gốc trong nghiên cứu nhng giáo viên có thể sử dụng mô hình với mục đích s phạm nh một phơng tiện trực quan nhằm làm cho học sinh hiểu rõ một vấn đề nào đó Ví dụ nh trong nghiên cứu. .. dựng một mô hình vật lý trừu tợng mới 1.3.5 Thực trạng sử dụng phơng pháp mô hình trong dạy học vật lý 1.3.5.1 Nhận thức của giáo viên về mô hình và phơng pháp mô hình Chúng tôi đã tìm hiểu thực sử dụng PPMH trong dạy học vật lý ở trờng phổ thông bằng phiếu tìm hiểu (phụ lục1) Kết quả thống kê các phiếu điều tra này nh sau: 1) Tổng số giáo viên đợc hỏi ý kiến là 43 ngời, trong đó: Thâm niên dạy học hơn... khoa học 2.1.2 Thực nghiệm vật lý và xây dựng tri thức vật lý trong dạy học theo quan điểm khoa học luận hiện đại Khoa học luận hiện đại đã dẫn đến một quan điểm mới mẻ về quá trình giảng dạy các khoa học Nếu nh chủ nghĩa quy nạp trong dạy học tìm cách tổ chức các thí nghiệm để chứng tỏ sự hiển nhiên của các định luật thì lý luận dạy học hiện 27 đại đòi hỏi việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý. .. quan tâm Lý thuyết Macxoen chính là các phơng trình Macxoen[16, 163] Những mô hình đợc sử dụng đầu tiên trong vật lý học là mô hình vĩ mô (đơn giản hoá các đối tợng vĩ mô cần nghiên cứu) (ví dụ chất điểm là mô hình trái đất chuyển động quanh mặt trời); Từ giữa thế kỷ 19 xuất hiện rộng rãi các mô hình vi mô (mô hình mô tả các đối tợng vi mô không quan sát trực tiếp đợc) Thế kỷ 20 xuất hiện mô hình lợng... mô hình cơ học của thế giới (theo Niutơn) nên các nhà khoa học phải trải qua một thời kỳ dài dằn vặt và đấu tranh mới xác lập đợc 16 những quan điểm lợng tử và tơng đối tính là những mô hình mới phản ánh sâu sắc, đầy đủ hơn thế giới vật chất 1.3 Phơng pháp mô hình trong dạy học vật lý 1.3.1.Vai trò của mô hình trong dạy học vật lý ở nhà trờng phổ thông, chúng ta có thể sử dụng PPMH nh một phơng pháp . nhận thức vật lý. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu lý thuyết về MH và PPMH trong nghiên cứu vật lý và trong dạy học vật lý. - Nghiên cứu chơng trình và sách giáo khoa vật lý phần nhiệt học. -. động học phân tử và chất khí lý tởng nhằm góp phần nâng cao chất lợng dạy học vật lý trong trờng THPT. 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu - PPMH: Trong nghiên cứu vật lý và trong dạy học vật lý. . rằng cần vận dụng PPMH đã và đang đợc dùng trong các lý thuyết bộ môn vật lý vào việc giảng dạy bộ môn này trong nhà trờng[13]. Trong nghiên cứu khoa học vật lý, mô hình và PPMH có chức năng nhận thức,