Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý phần dao động cơ học và dao động điện tử Vật lý lớp 12 nâng cao theo phương pháp tương tự

2 Sự suy luận tương tự là một phương pháp suy luận lôgíc từ sự giống nhau về các dấu hiệu xác định của hai hay nhiều đối tượng, từ đó suy ra sự giống nhau về các dấu hiệu khác của chúng,

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN VĂN NAM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ

PHẦN DAO ĐỘNG CƠ HỌC VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ LỚP

12 NÂNG CAO THEO PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

Chuyên ngành : LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

(BỘ MÔN VẬT LÍ)

Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Chung

HÀ NỘI – 2012

v

MỤC LỤC

Lời cảm ơn……… …… ….……… i

Danh mục viết tắt……… … ….…… ii

Danh mục bảng biểu……… ……… ii

Mục lục……….… ……… iv

MỞ ĐẦU……….…… 1

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 6

1.1 Mục đích của việc bài tập và vai trò trong dạy học vật lí 6

1.1.1 Mục đích của việc giải bài tập vật lí trong dạy học 6

1.1.2 Vai trò của bài tập trong dạy học vật lí 7

1.1.3 Các dạng bài tập vật lí 8

1.2 Kĩ năng cần rèn luyện cho học sinh trong dạy bài tập vật lí 10

1.3 Phương pháp giải bài tập 13

1.3.1 Các bước giải bài tập 13

1.3.2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập 16

1.4 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí 20

1.4.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit) 20

1.4.2 Hướng dẫn tìm tòi 21

1.4.3 Định hướng khái quát chương trình hóa 22

1.5 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lí 23

1.5.1 Lựa chọn bài tập 23

vi

1.5.2 Sử dụng hệ thống bài tập 25

1.6 Suy luận tương tự 26

1.6.1 Định nghĩa và cấu tạo của suy luận tương tự 26

1.6.2 Cấu tạo của suy luận tương tự 28

1.6.3 Các quy tắc suy luận tương tự 29

1.6.4 Các kiểu suy luận tương tự 30

1.6.5 Sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lí 32

1.7.1 Phương pháp điều tra 37

1.7.2 Kết quả điều tra 37

1.8 Kết luận chương 1 40

Chương 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN DAO ĐỘNG CƠ VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VẬT LÝ LỚP 12 NÂNG CAO THEO PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ 41

2.1 Sự tương tự trong phần dao đông cơ học và dao động điện từ, chương trình vật lí lớp 12 nâng cao 41

2.1.1 Sự tương tự trong phần dao đông cơ học và dao động điện từ 41

2.1.2 Mối quan hệ tương đồng giữa điện cơ 43

2.1.2.1 Mối quan hệ tương đồng qua các hàm dao động 43

2.1.2.2 Mối quan hệ tương đồng qua năng lượng : 45

2.1.2.3 Mối quan hệ tương đồng qua cách mắc thành bộ : 48

2.1.2.4 Mối quan hệ tương đồng qua tổng trở : 50

vii

2.3 Xây dựng hệ thống bài tập “phần dao động cơ và dao động điện từ thuộc

chương trình vật lí lớp 12 nâng cao” 51

2.3.1 Dạng 1 Viết phương trình dao động 51

2.3.2.Dạng 2 Tính quãng đường - Điện tích 56

2.3.3 Dạng 3 Xác định thời gian dao động 57

2.3.4 Dạng 4 Bài toán cực trị 62

2.3.5 Dạng 5 Bài toán về tần số dao động riêng 67

2.5 Soạn thảo tiến trình dạy học 72

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ……….76

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 76

3.2 Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm 77

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 77

3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm 77

3.3 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 78

3.3.1 Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP 78

3.3 Hiệu quả của phương pháp 86

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 92

ii

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

BTVL Bài tập vật lí CSVC Cơ sở vật chất

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng các đại lượng phản ánh sự tương tự giữa điện và cơ… 35

Bảng 1.2 Một số đại lượng điện và từ tương ứng……… ……… 35

Bảng 1.3 Kết quả điều tra học sinh về mức độ sử dụng suy luận tương tự 38 Bảng 2.1 Các phương trình tương ứng giữa DĐ cơ học và DĐ điện từ… 42 Bảng 2.2 Các đại lượng và định luật giữa DĐ cơ học và DĐ điện từ…… 42

Bảng 2.3 Mối quan hệ tương đồng qua cách mắc thiết bị thành bộ…… 48

Bảng 3.1 So sánh kết quả khảo sát trước thực nghiệm……… 80

Bảng 3.2 So sánh kết quả khảo sát sau thực nghiệm……… 80

Bảng 3.3 Tần suất điểm lớp đối chứng……… 82

Bảng 3.4 Tần suất điểm lớp thực nghiệm 82

Bảng 3.5 Các tham số thống kê mô tả 84

Bảng 3.6 Kiểm định sự khác nhau của các trung bình cộng – Independent Samples Test 84

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Đồ thị năng lượng giữa dao động cơ, dao động điện từ 1 47Hình 2.2 Đồ thị năng lượng giữa dao động cơ, dao động điện từ 2 48Hình 3.1.Đồ thị tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm 84

để rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh (HS); BTVL cũng là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đời sống, phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh, có thể được sử dụng như là một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới trong giai đoạn hình thành kiến thức mới cho học sinh, giúp cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc và vững chắc

Trong dạy học vật lí việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí sao cho thuần thục và nhanh nhạy thì phải tốn nhiều thời gian và công sức hơn Vì khi giải bài tập đòi hỏi phải vận dụng lý thuyết đã học và kèm theo các công thức toán học Tiết bài tập vật lí giữ một vai trò quan trọng giúp học sinh củng cố, đào sâu và nắm vững kiến thức, nó là một hình thức tổng hợp kiến thức của một bài, một chương Nó là thước đo mức độ sâu sắc và vững vàng kiến thức mà học sinh thu nhận được

Trong thực tế việc dạy học vật lí ở các trường trung học phổ thông (THPT) cho thấy việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vẫn còn rập khuôn theo các dạng bài và vận dụng toán học để giải các bài tập Đặc biệt trong giai đoạn hiện nay, việc áp dụng thi trắc nghiệm càng dẫn đến việc coi trọng vận dụng toán học để giải bài tập vật lí mà ít quan tâm đến phát triển tư duy vật lí Học sinh phải nhớ một nội dung kiến tức rộng lớn và cần nhiều kĩ năng tính toán khác

2

Sự suy luận tương tự là một phương pháp suy luận lôgíc từ sự giống nhau

về các dấu hiệu xác định của hai hay nhiều đối tượng, từ đó suy ra sự giống nhau

về các dấu hiệu khác của chúng, từ việc xác định các điểm giống và khác nhau giữa các dạng bài tập phần trên sẽ giúp hệ thống hóa các dạng bài tập và giúp học sinh phát triển kĩ năng giải các dạng bài tập phần dưới Sự tương tự là một đường dẫn nghiên cứu, cho phép xây dựng các mô hình, các lí thuyết mới, đề xuất những tư tưởng mới Các dạng bài tập vật lí đa dạng và phong phú nhưng giữa chúng có mối liên hệ khách quan, có dấu hiệu giống nhau Vì vậy trong nghiên cứu và dạy học Vật lí có thể vận dụng để so sánh, sắp xếp chúng vào một

hệ thống

Việc sử dụng PPTT trong dạy học góp phần nâng cao hiệu quả của giờ học, thể hiện trước hết ở tính sâu sắc, tính hệ thống của các kiến thức, tạo điều kiện cho học sinh phát hiện những mối liên hệ giữa các hệ thống khác nhau ở các phần khác nhau của Vật lí Việc sử dụng PPTT còn giúp học sinh dễ hình dung các hiện tượng, rèn luyện cho học sinh biết vận dụng lý thuyết vào giải bài tập, thông qua việc giải bài tập các em lại hiểu sâu lý thuyết hơn, từ đó giúp học sinh phát triển khả năng tư duy, phân tích và tổng hợp các kiến thức đã học Như thế các em hình thành các kiến thức có hệ thống, hiểu chắc và hiểu sâu các kiến thức hơn Từ đó nâng cao được chất lượng học tập, tạo cho các em hứng thú học tập

và lòng yêu thích bộ môn, giúp cho quá trình giảng dạy nói chung và môn vật lí nói riêng đạt hiệu quả cao hơn

Trong chương trình vật lí lớp 12, các hiện tượng vật lí liên quan đến dao động có vai trò quan trọng, có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, các dạng bài tập và cách giải có nhiều nét tương tự giữa dao động cơ học và dao động điện từ, học sinh sẽ được học ở các phần sau Việc áp dụng phương pháp tương tự trong dạy

2 Mục tiêu nghiên cứu

Vận dụng phương pháp suy luận tương tự để hướng dẫn học sinh giải bài tập thuộc phần “dao động cơ học và dao động điện từ” phần này nhằm phát huy tính tích cực và chủ động cho học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông hiện hành, các dạng bài tập phần dao động cơ học và dao động điện từ vật lí lớp 12 nâng cao, hệ thống hoá các dạng bài tập và phương pháp giải các bài tập phần này

Vận dụng phương pháp suy luận tương tự để xây dựng hệ thống các dạng phần trên nhằm giúp HS giải các bài tập hiệu quả

Xây dựng tiến trình dạy học hướng dẫn học sinh giải bài tập theo phương pháp suy luận tương tự

Thực nghiệm sư phạm

4 Phạm vi nghiên cứu

Xây dựng hệ thống và hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí phần dao động cơ và dao động điện từ thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao theo phương pháp tương tự

4

5 Giả thuyết khoa học

Vận dụng phương pháp suy luận tương tự để hướng dẫn học sinh giải bài tập phần dao động cơ và dao động điện từ thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao, sẽ giúp học sinh tích cực, chủ động trong việc hệ thống hóa kiến thức, phát triển kĩ năng giải bài tập cho học sinh

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Nghiên cứu lí luận

Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò của phương pháp suy luận tương tự trong giải bài tập vật lí phần dao động cơ và dao động điện từ thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao

Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông, các giáo trình, tài liệu hướng dẫn về học phần này, nội dung sách giáo khoa và những tài liệu tham khảo có liên quan để xác định mức độ nội dung và yêu cầu về kiến thức, kĩ năng giải bài

tập mà học sinh cần nắm vững

6.2 Nghiên cứu thực tiễn

Tìm hiểu nội dung chương trình, phương pháp và hình thức tổ chức việc giải bài tập vật lí theo phương pháp tương tự phần dao động cơ và dao động điện

từ thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao

Điều tra thực tiễn việc sử dụng phương pháp suy luận tương tự trong giải bài tập vật lí phần trên tại trường THPT

6.3 Thực nghiệm sư phạm

Tiến hành giảng dạy song song nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm theo phương án đã thiết kế

5

Trên cơ sở phân tích định tính và định lượng kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của các biện pháp do đề tài đưa ra

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương :

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2 Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn học sinh giải bài tập

phần tự phần dao động cơ và dao động điện từ thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao theo phương pháp tương tự

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

6

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Mục đích của việc bài tập và vai trò trong dạy học vật lí

1.1.1 Mục đích của việc giải bài tập vật lí trong dạy học

“Trong thực tế dạy học bài toán vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra đòi hỏi những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí Hiểu theo nghĩa rộng mỗi vấn đề xuất hiện

do nghiên cứu tài liệu giáo khoa cũng chính là một bài toán đối với học sinh Sự

tư duy định hướng một cách tích cực luôn luôn là việc giải bài toán” [12,tr 89]

Giải bài tập vật lí là một trong những hình thức tập luyện chủ yếu và được tiến hành nhiều nhất Trong mỗi tiết học hoạt động giải BTVL tham gia vào quá trình quá trình dạy học như một yếu tố then chốt, giúp học sinh nắm bắt kiến thức mới một cách hiệu quả và đặc biệt là việc củng cố lại kiến thức đã học

Quá trình giải một bài tập vật lí là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài toán, xem xét hiện tượng vật lí đề cập, dựa vào kiến thức vật lí để tìm ra những cái chưa biết trên cơ sở những cái đã biết Thông qua hoạt động giải bài tập, học sinh không những củng cố lý thuyết và tìm ra lời giải một cách chính xác, mà còn hướng cho học sinh cách suy nghĩ, lập luận để hiểu rõ bản chất của vấn đề,

và có cái nhìn đúng đắn khoa học Vì thế, mục đích cơ bản đặt ra khi giải bài tập vật lí là làm cho học sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lí, biết phân tích

và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn, vào tính toán kĩ thuật và cuối cùng là phát triển được năng lực tư duy, năng lực tư giải quyết vấn đề [10, tr337-338]

7

1.1.2 Vai trò của bài tập trong dạy học vật lí

Trước hết, vật lí là một môn khoa học giúp học sinh hiểu được quy luật vận động của thế giới vật chất và bài tập vật lí giúp học sinh hiểu rõ những qui luật ấy, biết phân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn Kiến thức sẽ được nắm vững thật sự, nếu học sinh có thể vận dụng thành thạo chúng hoàn thành vào những bài tập lí thuyết hay thực hành

Bài tập vật lí có một vị trí đặc biệt trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Việc giải bài tập vật lí không chỉ nhằm mục đích giải toán, mà nó còn có ý nghĩa

to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng tính toán, suy luận logic để giải quyết những vấn đề trong thực tế cuộc sống Giúp học sinh hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chương trình mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra Muốn đạt được điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh những kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày Kỹ năng vận dụng kiến thức trong bài tập và trong thực tiễn đời sống chính là thước do mức độ sâu sắc và vững vàng của những kiến thức mà học sinh đã thu nhận được

Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lí đặt

ra, học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa … để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của HS có điều kiện để phát triển Vì vậy có thể nói bài tập vật lí là một phương tiện rất tốt

để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn trong cuộc sống của học sinh

8

Trong quá trình dạy học bài tập vật lí, vai trò tự học của học sinh là rất cần thiết Để giúp học sinh khả năng tự học, người giáo viên phải biết lựa chọn bài tập sao cho phù hợp, sắp xếp chúng một cách có hệ thống từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp và hướng dẫn cho học sinh cách giải để tìm ra được bản chất vật lí của bài toán vật lí

Bài tập vật lí còn là phương tiện kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo, đặc biệt là giúp phát hiện trình độ phát triển trí tuệ, làm bộc lộ những khó khăn, sai lầm của học sinh trong học tập đồng thời giúp họ vượt qua những khó khăn và khắc phục các sai lầm đó

Vật lí là một môn học liên quan đến nhiều hiện tượng trong đời sống Những kiến thức vật lí cũng được ứng dụng trong kĩ thuật và cuộc sống hàng ngày Học sinh khi giải BTVL là tìm đến bản chất của các vấn đề đó và áp dụng

nó giải quyết các vấn đề của cuộc sống Vì vậy việc sử dụng bài tập vật lí còn có chức năng giáo dục tư tưởng đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp [10,tr 337-340]

1.1.3 Các dạng bài tập vật lí

1.1.3.1 Bài tập vật lí định tính

Bài tập định tính là bài tập mà học sinh không cần phải tính toán (Hay chỉ

có các phép toán đơn giản) mà chỉ vận dụng các định luật, định lý, qui luật để giải thích các hiện tượng thông qua các lập luận có căn cứ, có lôgíc Nội dung của các câu hỏi khá phong phú, và đòi hỏi phải vận dụng rất nhiều các kiến thức vật lí Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước :

* Phân tích câu hỏi

- Bài tập tập dượt : Là bài tập đơn giản được sử dụng ngay khi nghiên cứu một khái niệm hay một qui tắc vật lí nào dó để học sinh vật dụng kiến thức vừa mới tiếp thu

- Bài tập tổng hợp : Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó học sinh vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học và thuộc nhiều lĩnh vực Đặc biệt khi các câu hỏi loại này được nêu dưới dạng trắc nghiệm khách quan, thì yêu cầu học sinh phải nhớ kết quả cuối cùng đã được chứng minh trước đó để giải nó một cách nhanh chóng Vì vậy yêu cầu học sinh phải hiểu bài một cách sâu sắc để vận dụng kiến thức ở mức độ cao

10

vật thể, hệ vật lí, của một hiện tượng hay một quá trình vật lí nào đó Biết cách khai thác từ đồ thị những dữ để giải quyết một vấn đề cụ thể

- Vẽ đồ thị theo những dữ liệu đã cho : bài tập này rèn luyện cho học sinh

kỹ năng vẽ đồ thị, nhất là biết cách chọn hệ tọa độ và tỉ lệ xích thích hợp để vẽ

đồ thị chính xác

1.1.3.4 Bài tập thí nghiệm :

Bài tập thí nghiệm là loại bài tập cần phải tiến hành các thí nghiệm hoặc

để kiểm chứng cho lời giải lý thuyết, hoặc để tìm những số liệu, dữ kiện dùng trong việc giải các bài tập Tác dụng cụ thể của loại bài tập này là Giáo dục, giáo dưỡng và giáo dục kỹ thuật tổng hợp Đây là loại bài tập thường gây cho học sinh cảm giác lí thú và đặc biệt đòi hỏi học sinh nhiều tính sáng tạo [10,tr 340-346], [12, tr90-97]

1.2 Kĩ năng cần rèn luyện cho học sinh trong dạy bài tập vật lí

Nhiều giáo viên và học sinh tin rằng rằng họ có thể thành công trong giải bài tập vật lí bằng việc ghi nhớ các công thức, khi một bài tập được đưa vào bài tập ở nhà hay bài thi, họ sẽ có thể thay thế số liệu vào công thức và thu được kết quả bằng số trên chiếc máy tính bỏ túi của mình Có một sự khác biệt lớn giữa việc học thuộc các công thức và hiểu các khái niệm, định luật Các công thức có thể áp dụng trong những tình huống khác nhau Một phương trình có thể luôn luôn đúng nhưng trong tình huống cụ thể nào đó nhưng nó lại có thể không đúng trong tình huống khác Nếu không hiểu sẽ không biết công thức nào được sử dụng khi nào

Đa số học sinh học một kiến thức mới ít kinh nghiệm với việc giải thích ý nghĩa của một phương trình Thường thì học sinh hay khó khăn ở việc nhận ra hệ

11

quả của các phương trình như con đường đưa đến kết quả cuối cùng, nên họ nghĩ tất cả các bước trung gian đều là những công thức quan trọng như nhau mà họ phải học thuộc [17, pp 80]

Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí, những kĩ năng cần rèn luyện cho học sinh là :

1 Phân tích hiện tượng vật lí (Có thể đơn giản hóa quá trình, hiện tượng vật lí bằng hình vẽ) Xác định các dấu hiệu bản chất của hiện tượng, tư duy lại kiến thức, xác định kiến thức liên quan và giải quyết bài toán theo trình tự hiện tượng vật lí

2 Thực hiện tiến trình giải một bài tập vật lí : Từ đọc kỹ đề, tóm tắt bài toán (đã cho biết gì?, cần tìm cái gì?) phân trích mối quan hệ giữa yếu tố (đại lượng) cho biết và yếu tố (đại lượng) cần tìm; quan hệ giữa hiện tượng vật lí của bài toán và kiến thức liên quan; vẽ hình minh họa (nếu có) Định hướng tổng quát phương pháp và chọn cách giải nào là phù hợp nhất với giả thuyết bài toán

3 Phân tích, tổng hợp, khái quát hóa vấn đề qua bài tập vật lí : Cần có suy luận chặt chẽ theo logic kiến thức vật lí, đảm bảo tính chính xác khoa học của bài toán, cụ thể là các phép biến đổi sau:

- Biến đổi tổng quát bằng chữ: trong thực hiện các phép tính Đây là vấn

đề cần lưu ý vì nhược điểm hầu hết học sinh là suy luận yếu, thường quen làm phép tính từng bước nhỏ, dùng máy tính để tính kết quả (dù các phép tính đơn giản) hay với những giá trị đại lượng trung gian mà bài toán không cần tìm giá trị cụ thể

12

- Biến đổi ước lượng (bằng chữ) đến biểu thức tối giản nhất mới thế giá trị (bằng số) vào biểu thức và tiếp tục ước lượng đến biểu thức tối giản bằng số (nếu có) mới thực hiện phép tính tìm kết quả

- Kỹ năng thay thế giá trị bằng số vào biểu thức và một số lưu ý cần nắm khi đổi đơn vị Học sinh thường sai khi thế số vì giá trị trong giả thuyết chưa phải là điều kiện chuẩn, hoặc đối với một số bài toán do đổi về đơn vị chuẩn làm cho phép tính thêm phức tạp, mất thời gian Để cho phép tính đơn giản mà vẫn đảm bảo kết quả chính xác Cần rèn cho học sinh một số kỹ năng khi thế số :

+ Khi thế giá trị (bằng số) vào biểu thức để tính kết quả thì các đại lượng

có đơn vị đo là đơn vi chuẩn (hệ SI)

+ Nếu biểu thức có dạng phân số có tử và mẫu giữa các đại lượng (cùng đơn vị đo) mà "cùng bậc" thì không cần phải đổi về đơn vị chuẩn (Hệ SI) mà chỉ cần thống nhất cùng đơn vị đo là được

+ Nếu khi thế số mà biểu thức có dạng phân số có tử và mẫu giữa các đại lượng (cùng đơn vị đo) "không cùng bậc" hoặc biểu thức có dạng tổng quát khác thì thì cần đổi về đơn vị chuẩn (Hệ SI)

+ Nếu đại lượng trung gian không cần giá trị cụ thể (bằng số) hoặc bài toán không yêu cầu, thì giá trị trung gian nên dùng bằng chữ (hoặc dạng phân số)

để thế vào giá trị đại lượng cần tìm, tiếp tục ước lượng tới biểu thức tối giản rồi

mới thay và tính kết quả

- Rèn luyện cho học sinh về tác phong khoa học, tính kiên nhẫn, nghiêm túc trong giải toán, tránh trình trạng "xem thường bài dễ - sợ trước bài khó", luôn phải suy nghĩ quyết tìm ra cách giải xem bài toán có bao nhiêu cách giải, nên chọn cách giải nào là phù hợp nhất

1.3 Phương pháp giải bài tập

1.3.1 Các bước giải bài tập

Quá trình giải một bài tập vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng vật lí, xác lập được những mối liên hệ cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho Từ đó tính toán những mối liên hệ đã xác lập được để dẫn đến lời giải và kết luận chính xác Sự nắm vững những mối liên hệ này sẽ giúp cho giáo viên định hướng phương pháp dạy bài tập một cách hiệu quả

Bài tập vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú

Vì vậy không thể chỉ ra được một phương pháp nào cụ thể mà có thể áp dụng để

14

giải được tất cả bài tập Từ sự phân tích như đã nêu ở trên, có thể vạch ra một dàn bài chung gồm các bước chính như sau :

1 Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện

- Đọc kĩ đề bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ quan trọng, xác định đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện

- Dùng kí hiệu tóm tắt đề bài cho gì? Hỏi gì? Dùng hình vẽ mô tả lại tình huống, minh họa nếu cần

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 chiếu các dữ kiện đã cho và cái phải tìm liên hệ với nhau như thế nào, qua công thức, định luật nào để xác lập mối liên hệ Thành lập các phương trình nếu cần với chú ý có bao nhiêu ẩn số thì có bấy nhiêu phương trình

 Đối với những bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp xây dựng lập luận để giải :

- Phương pháp phân tích : xuất phát từ ẩn số cần tìm, tìm ra mối liên hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng nào đó theo một định luật đã xác định ở bước 2,

15

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 đi đến công thức sau cùng chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho

- Phương pháp tổng hợp : xuất phát từ dữ kiện đã cho của đầu bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi 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

 Đối với bài tập định tính : ta không cần tính toán nhiều mà chủ yếu sử dụng lập luận, suy luận logic dựa vào kiến thức vật lí để giải thích hoặc dự đoán hiện tượng xảy ra

 Đối với bài tập trắc nghiệm trách quan : cần nắm thật vững kiến thức trong sách giáo khoa, nếu không sẽ không nhận biết được trong các phương án

để lựa chọn đâu là phương án đúng Để làm tốt bài thi trắc nghiệm, ta nên chia quỹ thời gian phù hợp với thời gian làm bài, đọc lướt qua toàn bộ câu trắc nghiệm câu nào chắc chắn thì trả lời luôn, và theo nguyên tắc dễ làm trước, khó làm sau Quay lại những câu chưa làm, đọc kĩ lại phần đề và gạch dưới những chữ quan trọng, và không nên dừng lại tìm lời giải cho một câu quá lâu Cần lưu

ý là không nên bỏ trống câu nào vì ta sẽ được xác suất 25% số câu trả lời đúng trong số đó

4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp

5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận

- Từ mối liên hệ cơ bản, lập luận giải để tìm ra kết quả

16

- 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 trính lập luận,

do sự vô lý của kết quả thu được

1.3.2 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 quy 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 logic hoặc những biến đổi toán học thích hợp Có rất nhiều cách lập luận tùy theo loại bài tập hay đặc điểm của từng bài tập Tuy nhiên, tất cả các 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

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

+ Bài tập giải thích hiện tượng:

Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng và lý 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

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 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 quy tắc nhất định

Có thể đưa ra một quy trình sau đây để định hướng cho việc tìm lời giải bài tập định tính giải thích hiện tượng :

 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 hằng ngày)

18

- 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

+ 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 xảy ra và xảy ra như thế nào Từ đó tìm quy luật chung chi phối hiện tượng cùng loại và rút ra kết luận Về mặt logic 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 kuận (phán đoán khẳng định riêng)

2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập định lượng

Muốn giải được bài tập định lượng, 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 định lượng là một bài tập định tính Do đó khi giải bài tập định lượng cần phải thực hiện bước 1 và 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

Có hai phương pháp xây dựng lập luận : phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp

 Phương pháp phân tích : phương pháp phân tích bắt đầu bằng việc tìm một định luật, một quy tắc diễn đạt bằng một công thức có chứa đại lượng cần

 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, quy tắc vật lí, ta phải tìm những công thức 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

 Phối hợp phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp : trong thực

tế giải bài tập, hai phương pháp trên không tách rời nhau, mà thường xen kẽ, hỗ trợ lẫn nhau

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 trung gian, 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, ta nên bắt đầu từ câu hỏi đặt ra trong bài tập rồi gỡ dần, làm sáng tỏ dần những yếu tố

có liên quan đến đại lượng cần tìm, nghĩa là dùng phương pháp phân tích

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 [10, tr 347-362], [12, tr 99-313]

20

1.4 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

1.4.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit)

Đối với học sinh phổ thông, vấn đề hướng dẫn học sinh giải bài tập gặp

không ít khó khăn vì học sinh thường không nắm vững lý thuyết và kĩ năng vận dụng kiến thức vật lí Vì vậy các em giải một cách mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được Có nhiều nguyên nhân :

- Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tập vật lí

- Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phân tích các hiện tượng vật lí để đi đến bản chất 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 chính xác là một việc rất cần thiết Nó không những giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kĩ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học có kế hoạch

Hướng dẫn Angorit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những hành động

cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt được kết quả mong muốn Giáo viên phải phân tích một cách khoa học việc giải toán để xác định được một trình tự giải một cách chính xác, chặt chẽ, logic, khoa học Học sinh chấp hành các hành động đã được giáo viên chỉ ra, vận dụng đúng công thức

và tính toán cẩn thận sẽ giải được bài toán đã cho

 Ưu điểm :

- Bảo đảm cho học sinh giải được bài tập đã cho một cách chắc chắn

 Điều kiện áp dụng : khi cần dạy cho học sinh phương pháp giải một bài toán điển hình, luyện cho học sinh kỹ năng giải một dạng bài tập xác định

 Ưu điểm :

- Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải bài tập

- Phát triển tư duy, khả năng làm việc tự lực của học sinh

1.4.3 Định hướng khái quát chương trình hóa

Định hướng khái quát chương trình hóa là sự hướng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết tương tự như hướng dẫn tìm tòi Sự định hướng được chương trình hóa theo các bước dự định hợp lý để giải quyết vấn đề đặt ra

- Nếu học sinh vẫn không tự giải quyết được thì giáo viên nên chuyển dần sang kiểu định hướng theo mẫu để theo đó học sinh tự giải quyết được một bước hay một khía cạnh nào đó của vấn đề Sau đó tiếp tục giải quyết vấn đề tiếp theo

- Cứ như thế giáo viên hướng dẫn và định hướng để học sinh giải quyết hoàn chỉnh vấn đề

 Yêu cầu đối với giáo viên : định hướng hoạt động tư duy của học sinh, không được làm thay, phải theo sát tiến trình hoạt động giải bài toán của học sinh

- Đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã cho

- Giáo viên có thể theo sát HS trong quá trình giải bài tập nên dễ phát hiện được những thiếu sót hoặc sai lầm của học sinh để điều chỉnh và củng cố lại

 Nhược điểm :

- Để làm tốt được sự hướng dẫn này phụ thuộc vào trình độ và khả năng

sư phạm của người giáo viên Đôi khi người giáo viên dễ sa vào làm thay cho học sinh trong từng bước định hướng Do vậy câu hỏi định hướng của giáo viên phải được cân nhắc kỹ và phù hợp với trình độ học sinh

Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập không thể theo một khuôn mẫu nhất định, mà tùy thuộc vào nội dung, kiến thức, yêu cầu của bài toán, và còn tùy thuộc vào đối tượng học sinh mà chúng ta có cách lựa chọn kiểu hướng dẫn cho phù hợp Như người giáo viên phải biết phối hợp cả ba kiểu hướng dẫn trên nhưng áp dụng kiểu hướng dẫn tìm tòi là chủ yếu [12, tr 114-124],

1.5 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lí

1.5.1 Lựa chọn bài tập

Hệ thống bài tập mà giáo viên lựa chọn phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

24

- Bài tập phải đi từ dễ tới khó, từ đơn giản đến phức tạp (phạm vi và số lượng các kiến thức, kĩ năng cần vận dụng từ một đề tài đến nhiều đề tài, số lượng các đại lượng cho biết và các đại lượng cần tìm…) giúp học sinh nắm được phương pháp giải các loại bài tập điển hình

- 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

- Hệ thống bài tập cần bao gồm nhiều thể 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 lý, bài tập có nhiều cách giải khác nhau và bài tập có nhiều lời giải tùy theo điều kiện cụ thể của bài tập mà giáo viên không nêu lên hoặc chỉ nêu lên một điều kiện nào đó

mà thôi

* 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 hóa 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 trực tiếp được

* Bài tập có nội dung thực tế : là bài tập có đề cập đến những vấn đề có liên quan trực tiếp tới đối tượng có trong đời sống, kĩ thuật Dĩ nhiên những vấn

đề đó đã được thu hẹp và đơn giản hóa đi nhiều so với thực tế Trong các bài tập

có nội dung thực tế, những bài tập mang nội dung kĩ thuật có tác dụng lớn về mặt giáo dục kĩ thuật tổng hợp Nội dung của các bài tập này phải thỏa mãn các yêu cầu :

- 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 để giải, 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

* Bài tập luyện tập : đƣợc 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 tƣ duy sáng tạo của học sinh mà chủ yếu cho học sinh luyện tập để nằm vững cách giải đối với từng loại bài tập nhất định

* Bài tập sáng tạo : là bài tập mà các dữ kiện đã cho trong đầu bài không chỉ dẫn trực tiếp hay gián tiếp cách giải 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 tƣợng chƣa biết trên cơ sở các kiến thức đã biết Hoặc là bài tập thiết kế, đòi hỏi thực hiện một hiện tƣợng thực, đáp ứng những yêu cầu đã cho

26

Trong tiến trình dạy học một đề tài cụ thể, việc giải hệ thống bài tập mà giáo viên đã lựa chọn cho học sinh thường bắt đầu bằng những bài tập định tính hay những bài tập tập dợt 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

Cần chú ý cá biệt hóa 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 lý, loại và số lượng thao tác tư duy logic 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 [10, tr 363-367]

1.6 Suy luận tương tự

1.6.1 Định nghĩa và cấu tạo của suy luận tương tự

Theo suy luận tương tự hay phép tương tự là suy luận căn cứ vào một số thuộc tính giống nhau của hai đối tượng, để rút ra kết luận về những thuộc tính giống nhau khác của hai đối tượng đó [3, tr.87]

Phép tương tự còn được định nghĩa như là “sự so sánh giữa những vật nói chung khác nhau nhưng nổi bật lên là sự giống nhau ở vài khía cạnh thích hợp”

27

Vật làm cơ sở cho tương tự, là phần tử để so sánh được gọi là nguồn; trong khi

đó, những vật được giải thích hoặc được học nhờ sử dụng phép tương tự được gọi là đích hay mục tiêu Sử dụng phép tương tự là một quá trình liên quan đến

sự trao đổi giữa nguồn và mục tiêu [21, pp.163]

Suy luận tương tự tất yếu trước hết vì, trong quá trình hoạt động thực tiễn không hiếm khi không thể nhận thức đối tượng ngoài cách so sánh nó với những đối tượng khác, hoặc có thể là do, sự so sánh, đối chiếu, cho phép thu được tri thức về đối tượng đơn giản hơn, nhanh hơn và dễ dàng hơn

Nói chung mọi phép tương tự không phụ thuộc vào hình thức thể hiện của

nó đều là suy luận, mà nhờ nó từ sự giống (hoặc khác) nhau của các đối tượng ở một số các đặc điểm suy ra sự giống (hoặc khác) nhau của chúng ở những đặc điểm khác

Ví dụ : giữa nhiệt và điện có sự giống nhau ở phương thức lan truyền Điều đó cho phép các nhà vật lí thời xưa đã lấy các phương trình nhiệt động học

chuyển sang lĩnh vực các hiện tượng điện

Suy luận tương tự biểu hiện rất đa dạng : từ những phỏng đoán kém rõ ràng đến những giả định chung và sâu sắc hơn về sự giống nhau của các tính quy luật của các thế giới vi mô, vĩ mô, cùng với những hệ quả khoa học và triết học được suy ra từ đó Vốn như một dạng suy luận tương tự cũng có những đặc điểm chung của mọi suy luận Đồng thời nó khác đáng kể so với diễn dịch và quy nạp,

để là một kiểu suy luận đặc biệt Sự khác biệt chủ yếu của nó là ở chỗ, tư tưởng

ở suy luận tương tự diễn tiến từ đơn nhất đến đơn nhất, từ đặc thù đến đặc thù, từ cái chung đến cái chung, tức là tri thức kết luận có cùng cấp độ với tri thức tiền

đề Đồng thời suy luận tương tự cũng gắn liền với diễn dịch và quy nạp Một mặt

28

nó dựa trên những tri thức được khai thác bằng con đường diễn dịch và quy nạp Mặt khác nó cũng cung cấp cho chúng chất liệu để rút ra những kết luận mới Cũng như các suy luận khác, suy luận tương tự cũng có khả năng cung cấp những tri thức mới, tuy nhiên những tri thức này không chỉ xác thực, mà cả xác suất Tầm quan trọng của suy luận tương tự được chứng tỏ bởi chuyện, trên cơ

sở của nó người ta đã rút ra nhiều kết luận sâu sắc trong triết học, nhiều phát minh trong các khoa học, nhiều sáng chế trong kỹ thuật Thậm chí cả những phỏng đoán yếu ớt nhất đôi khi cũng phục vụ đắc lực cho nhân loại Chẳng hạn, Đêmôcrit, nhà triết học và khoa học tự nhiên Hylạp cổ đại, coi những hạt vật chất nhỏ nhất - các nguyên tử như những hạt bụi li ti dưới ánh nắng, đã kết luận

về sự chuyển động và sự tương tác của chúng trong các đối tượng được cấu thành từ chúng Đến thời cận đại vật lí học trên cơ sở sự giống của ánh sáng với

sự lan truyền sóng âm đã rút ra kết luận về bản chất sóng của ánh sáng Nhờ suy luận tương tự Phranclin đã phát biểu luận điểm về bản chất điện của chớp

Gắn liền với suy luận tương tự là việc mô hình hoá ngày nay đang được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và công nghệ (xây dựng nhà cửa, cầu đường, các con tàu vũ trụ, mô hình hoá các quá trình kinh tế, thậm chí cả mô hình hoá tư duy) Trong ngành du hành vũ trụ kết luận về khả năng các chuyến bay của con người vào vũ trụ được rút ra trên cơ sở tương tự với việc phóng các động vật lên

vũ trụ từ trước

1.6.2 Cấu tạo của suy luận tương tự

Về cơ bản suy luận tương tự có tiền đề và kết luận nằm trong mối liên hệ lôgíc xác định giữa chúng Điểm đặc biệt, các tiền đề trong suy luận tương tự là những phán đoán về hai đối tượng hay nhóm các đối tượng có những dấu hiệu

29

không phải là đồng nhất với nhau, mà chỉ giống nhau, được coi là như nhau Một trong các đối tượng ở trường hợp này được gọi là hình mẫu, còn đối tượng kia là nguyên bản Vả lại ở hình mẫu còn có thêm những dấu hiệu mà không rõ là nguyên bản có hay không

Kết luận của suy luận tương tự là phán đoán, trong đó khẳng định sự hiện diện tồn tại của dấu hiệu ấy Cơ sở lôgíc của kết luận chính là mối liên hệ giữa các tiền đề - quan hệ giống nhau của chúng về nội dung phản ánh sự giống nhau khách quan của chính các đối tượng

Có thể trình bày cấu trúc của suy luận tương tự như sau :

Có thể có ngộ nhận về một sự giống nhau nào đó giữa suy luận tương tự với luận ba đoạn Dường như ở đây cũng có ba thuật ngữ, nhưng không thể nói rằng một trong chúng là thuật ngữ lớn, thuật ngữ kia là nhỏ, còn thuật ngữ giữa không phải là đồng nhất, mà chỉ giống nhau

1.6.3 Các quy tắc suy luận tương tự

Phép tương tự là đúng trong trường hợp, nếu sự giống nhau của các đối tượng ở một số dấu hiệu thực sự có kéo theo sự giống nhau ở các dấu hiệu khác Còn là sai những phép tương tự mà không tương ứng với sự giống nhau thực sự

30

của các đối tượng Chẳng hạn phép tương tự giữa sao Hoả và trái Đất về khả năng có sự sống trên đó nhờ kết quả các chuyến bay vũ trụ đến hành tinh này đã không được chứng thực Hiện này, người ta vẫn chưa phát hiện được dấu hiệu của sự sống ở đó

Có ba quy tắc cơ bản sau đây :

1) Số lượng các đặc điểm giống (hoặc khác) nhau ở hai đối tượng so sánh càng nhiều, thì kết luận càng chính xác

2) Các đặc điểm giống (hoặc khác) nhau đó càng bản chất, thì kết luận rút

ra càng chính xác hơn

3) Mối liên hệ giữa các đặc điểm giống (hoặc khác) với đặc điểm được rút

ra ở kết luận càng chặt chẽ, hữu cơ, mang tính quy luật bao nhiêu, thì kết luận cũng sẽ càng chính xác

Không nên dùng suy luận tương tự, nếu những khác nhau là lớn quá Suy luận tương tự có phạm vi ứng dụng, mà vượt khỏi đó nó trở lên vô dụng, có thể đưa đến những kết quả hoàn toàn khác nhau, và do vậy làm cho phép loại suy thành sai lầm

1.6.4 Các kiểu suy luận tương tự

Căn cứ vào sự giống nhau có thể chia tương tự ra một số kiểu sau

a) Các kiểu tương tự căn cứ vào tính chất giống nhau

Loại suy luận này nếu căn cứ vào sự giống nhau về các thuộc tính của đối tượng hay về các mối quan hệ giữa chúng có thể chia ra thành hai dạng cơ bản :

- Suy luận tương tự về thuộc tính của các đối tượng có đặc điểm là, dựa trên cơ sở sự giống nhau về thuộc tính nào đó của hai đối tượng (hay nhóm đối tượng) để rút ra kết luận, chúng có thể giống nhau ở một số thuộc tính khác nữa

31

Ví dụ : Phép tương tự đã nêu ở trên giữa ánh sáng với âm thanh đã chỉ ra rằng, ánh sáng cũng có các thuộc tính lan truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ v.v… Nhưng âm thanh còn có thêm thuộc tính sóng Trên cơ sở đó người ta đã kết luận

là cả ánh sáng cũng là quá trình sóng

- Suy luận tương tự về quan hệ giữa các đối tượng, đặc điểm là các đối tượng được so sánh không có những thuộc tính như nhau, mà lại có những thuộc tính hoàn toàn khác nhau, ở một nghĩa nào đó, thậm chí là không thể so với nhau được, nhưng chúng có những mối quan hệ như nhau với các đối tượng khác Theo dấu hiệu ấy có thể có suy luận tương ứng Ví dụ, việc so sánh quan hệ giữa hạt nhân nguyên tử và các điện tử quay xung quanh nó, với quan hệ của mặt trời với các hành tinh đã khiến Rudơpho xây dựng mẫu hành tinh nguyên tử Mặc dù rất rõ là, nguyên tử và hệ Mặt Trời là hai thứ hoàn toàn khác nhau

b) Các kiểu tương tự theo mức giống nhau của các đối tượng

Sự giống nhau giữa các thuộc tính hay các mối quan hệ qua lại của các đối tượng có thể có những mức độ khác nhau Vì thế phép tương tự còn có các dạng khác nữa - khoa học hoặc phổ thông

Suy luận tương tự khoa học được dùng rất phổ biến trong khoa học Đặc trưng của nó là, dấu hiệu được mang đi áp đặt cho đối tượng khác phải liên hệ một cách tất yếu với những dấu hiệu giống nhau khác (có thể là hệ quả, hoặc nguyên nhân của chúng) Trong trường hợp này kết luận có thể là xác thực Cuối cùng cần nhấn mạnh rằng, dù có nói đến dạng tương tự cụ thể nào chăng nữa, thì hiệu quả lớn nhất của nó chỉ đạt được khi kết hợp chặt chẽ với các hình thức suy luận khác, với các hình thức và phương pháp nhận thức khác [15, tr 145-151], [6,tr76-81]

32

1.6.5 Sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lí

1.6.5.1 Sự cần thiết của việc sử dụng suy luận tương tự trong DHVL

Sử dụng suy luận tương tự giúp cho học sinh làm quen với một phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu vật lí, giúp hướng dẫn học sinh giải quyết các vấn đề học tập phỏng theo những cách mà các nhà khoa học Trong quá trình học sinh sử dụng suy luận tương tự để giải quyết các vấn đề học tập, học sinh được rèn luyện một loạt các thao tác tư duy, được phát triển niềm tin vào mối lên

hệ có tính khái quát, có tính quy luật của các sự vật, hiện tượng tự nhiên đa dạng

và phong phú

Việc sử dụng PPTT góp phần nâng cao hiệu quả của giờ học, thể hiện trước hết ở tính sâu sắc Tính hệ thống của các kiến thức vì nó tạo điều kiện cho học sinh liên kết cái chưa biết với cái đã biết, phát hiện những mối liên hệ giữa

các hệ thống khác nhau ở các phần khác nhau của vật lí cũng như những dấu

hiệu giống nhau và khác nhau của chúng

Việc sử dụng suy luận tương tự còn làm cho học sinh dễ hình dung các hiện tượng quá trình vật lí không thể quan sát trực tiếp được

Ví dụ : Sử dụng dao động của con lắc lò xo để trực quan hóa quá trình xảy

ra và sự biến đổi của các đại lượng vật lí trong mạch dao động điện LC), dễ hiểu hơn các khái niệm trừu tượng Sử dụng sự tương tự (TT) giữa dòng điện và dòng nước chạy để minh hoạ các khái niệm dòng điện và hiệu điện thế)

- Điều kiện dạy học ở trường phổ thông (thời gian, tình trạng thiết bị)

nhiều khi chỉ cho phép đề cập sâu một đối tượng (vật đại diện) rồi sử dụng SLTT rút ra các kết luận cho đối tượng khác TT với nó Ví dụ : Các kết luận về tính chất của chất khí tĩnh phần lớn được suy luận từ các kiến thức thu được qua

33

nghiên cứu các tính chất của chất lỏng tĩnh và không phải kết luận nào cũng có thể kiểm tra được bảng các dụng cụ thí nghiệm hiện có ở trường phổ thông Đó cũng là một trong những lý do mà thuỷ tĩnh học và khí tĩnh học được đề cập song song song chương trình vật lí ớ các nước

1.6.5.2 Các khả năng sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lí

Sử dụng PPTT để xây dựng kiến thức mới : Có thể sử dụng sự TT ở các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học, nhưng có giá trị hơn cả là việc sử dụng PPTT để xây dựng kiến thức mới, ngay cả trong những trường hợp mà điều kiện thiết bị thí nghiệm ở trường phổ thông chưa cho phép kiểm tra các giả

Sử dụng sự tương tự để minh hoạ : Trong dạy học vật lí người ta cũng thường sử dụng sự tương tự để minh hoạ làm cho học sinh dễ hình dung các hiện tượng, quá trình vật lí không thể quan sát trực tiếp được

Ví dụ :

+ Minh họa sự xuất hiện lực liên kết phân tử (lực hút và lực đẩy) giữa các phân tử như lực đàn hồi xuất hiện khi các quả cầu gắn vào hai đầu lò xo đi lại gần nhau hoặc đẩy ra xa nhau