Vận dụng phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương Điện học vật lý 9 trung học cơ sở với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo

Trong khi đó, cách tiếp cận một số kiến thức trong chương “Điện học ” VL lớp 9 được các tác giả viết theo trình tự: xuất phát từ thí nghiệm vật lí → từ kết quả thí nghiệm rút ra các định

MỞ ĐẦU1.Lý do chọn đề tài

Quyết định số 711/QĐ-TTg ngày 13 tháng 6 năm 2012 của Thủ tướng Chính phủ nêu rõ “Chất lượng giáo dục toàn diện được nâng cao, đặc biệt chất lượng giáo

dục văn hóa, đạo đức, kỹ năng sống, pháp luật, ngoại ngữ, tin học ” [1]

Chỉ thị Số: 55/2008/CT- BGD&ĐT ngày 30 tháng 9 năm 2008 nêu rõ “Côngnghệ thông tin (sau đây viết tắt là CNTT) là công cụ đắc lực hỗ trợ đổi mới phươngpháp giảng dạy, học tập và hỗ trợ đổi mới quản lý giáo dục, góp phần nhằm nângcao hiệu quả và chất lượng giáo dục Phát triển nguồn nhân lực CNTT và ứng dụngCNTT trong giáo dục là một nhiệm vụ quan trọng có ý nghĩa quyết định sự pháttriển CNTT của đất nước Để đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin trong giáodục và đào tạo, tăng cường giảng dạy và đào tạo về CNTT” [2]

Đặc biệt, công văn số 9584/BGDĐT – CNTT ngày 7/9/2007 của Bộ Giáo dục vàĐào tạo gửi cho các Sở Giáo dục và Đào tạo, các trường đại học, cao đẳng sư phạm

và các khoa sư phạm, yêu cầu phải nhanh chóng “đẩy mạnh việc dạy môn Tin học

và ứng dụng CNTT trong giáo dục, góp phần đổi mới phương pháp dạy học và quản lí giáo dục”.[3]

Thực trạng giáo dục nước ta qua nghiên cứu cho thấy việc giảng dạy kiến thứcvật lí (VL) nói chung, chương “Điện học ” VL lớp 9 nói riêng cho HS vẫn còn được

tiến hành theo lối thông báo – tái hiện HS tiếp thu kiến thức một cách thụ động,

máy móc chủ yếu là học thuộc lòng các kiến thức bởi nhiều lí do chủ quan và kháchquan khác nhau : Khả năng làm thực hành của HS còn yếu, dụng cụ thí nghiệmkhông chính xác, hư hỏng nhiều Từ đó, HS cảm thấy chán học, mệt mỏi, học khônghiểu, làm bài tập không được

Trong khi đó, cách tiếp cận một số kiến thức trong chương “Điện học ” VL lớp 9

được các tác giả viết theo trình tự: xuất phát từ thí nghiệm vật lí → từ kết quả thí nghiệm rút ra các định luật vật lí → vận dụng các định luật vào việc giải thích một

số hiện tượng VL thường gặp trong đời sống hoặc giải các bài tập VL trong phạm

vi áp dụng các định luật đó

Với TNA và TNMP sẽ tạo điều kiện tốt hơn cho HS quan sát, thu thập thông tinphán đoán, …nhờ đó quá trình học tập sẽ hứng thú hơn, hoạt động nhận thức cóhiệu quả hơn và có thể góp phần nâng cao chất lượng dạy học ở trường trung họcphổ thông Việc sử dụng các TNA, TNMP là xu hướng của các nước phát triển trênthế giới đang khai thác mạnh Sử dụng TNA, TNMP sẽ làm cho giờ học sôi nổi,linh hoạt hơn, gây ra ở các em sự tò mò, hứng thú học tập Với sự hỗ trợ của TNA

và TNMP, nhiều vấn đề sẽ được giải quyết nhanh chóng và chính xác mà các thínghiệm của chúng ta hiện nay chưa thể đạt được

Tuy nhiên thí nghiệm thật và TNA đều có mặt mạnh, mặt yếu khác nhau, nhưnghai loại hình này hỗ trợ cho nhau rất hiệu quả, đặc biệt hữu ích cho việc tự học của

HS và cả GV Tùy điều kiện thực tế nên sử dụng loại nào mức độ ra sao để có hiệuquả sư phạm cao nhất.Trước mắt và trong tương lai gần nên tận dụng TNA vàTNMP để bù đắp cho sự thiếu hụt của TN thật đồng thời cũng góp phần tiết kiệmđầu tư vào thiết bị TN thật

Xuất phát từ cơ sở lý luận và thực tiễn nói trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu

đề tài : “Vận dụng phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương “Điện học ”

vật lí lớp 9 với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo”.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu :

PPTN trong DHVL

Máy vi tính và một số phần mềm dạy học

Hoạt động dạy của GV và hoạt động học của HS khi dạy chương Điện học VL 9

 Phạm vi nghiên cứu :

Thiết kế tiến trình dạy học một số nội dung chương Điện học VL 9 theo PPTNvới sự hỗ trợ của TNMP và TNA.

4 Giả thuyết khoa học

Nếu sử dụng PPTN với sự hỗ trợ của TNMP và TNA một cách khoa học vàodạy chương Điện học VL 9 thì sẽ kích thích hứng thú học tập, tăng cường sự bềnvững của kiến thức từ đó nâng cao chất lượng dạy học

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đã nêu, đề tài phải thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứusau:

Nghiên cứu những định hướng đổi mới phương pháp DHVL ở trường THCShiện nay

Nghiên cứu lí luận về DHVL đặc biệt lý luận về PPTN trong nghiên cứukhoa học VL và trong DHVL với sự hỗ trợ của TNMP và TNA

Xác định mục tiêu và phân tích nội dung kiến thức chương trình và sách giáokhoa chương Điện học VL 9 qua đó tìm hiểu những thuận lợi khó khăn trong việc tổchức hoạt động nhận thức của HS trong quá trình dạy học

Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương Điện học VL 9 theoPPTN với sự hỗ trợ của TNA và TNMP

Tiến hành TNSP ở trường THCS để kiểm chứng giả thuyết khoa học và tínhkhả thi của đề tài

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1.Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu các văn kiện của đảng và nhà nước, các nghị định, các thông tư,chỉ thị của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo về đổi mới PPDH hiện nay ở trường THCS Nghiên cứu cơ sở lý luận của PPTN trong DHVL

Nghiên cứu mục tiêu nội dung chương trình và sách giáo khoa, sách giáo viên,vật lý 9 chương Điện học VL 9 Các tài liệu tham khảo, các bài báo đăng trong tạpchí khoa học có liên quan đến đề tài

Nghiên cứu các tài liệu hướng dẫn một số phần mềm hỗ trợ dạy học

6.2 Thực nghiệm sư phạm

Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THCS có đối chứng để kiểm tra tínhkhả thi của đề tài khi sử dụng PPTN trong DHVL với sự hỗ trợ của TNMP và TNA

6.3 Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê toán học mô tả và thống kê kiểm định để xử lýkết quả thực nghiệm sư phạm và kiểm định giả thuyết thống kê và sự khác biệttrong kết quả học tập của nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm, qua đó khẳng địnhkết quả nghiên cứu của đề tài

7 Đóng góp của luận văn

Xây dựng, thiết kế giáo án chương “ĐIỆN HỌC” theo PPTN

Thực nghiệm sư phạm: chúng tôi nhận thấy, có thể tiến hành dạy học chương

“ĐIỆN HỌC” theo PPTN, nhờ đó học sinh làm quen với PPTN - phương phápnhận thức quan trọng của vật lý học

8 Cấu trúc của luận văn

Chương 1: Cơ sở lí luận của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lýTHCS với sự hỗ trợ của TNA và TNMP

Chương 2: Vận dụng phương pháp thực nghiệm với sự hỗ trợ của TNA vàTNMP vào dạy học chương Điện học VL 9

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

KẾT LUẬN

1.1.1 Sử dụng các phương pháp dạy học truyền thống theo tinh thần phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh

Trong việc đổi mới PPDH, ta không phủ nhận vai trò của các PPDH truyềnthống Ở một mức độ nào đó, ta phải xem xét các phương pháp này theo quan điểmmới, theo hướng tích cực hóa hoạt động học tập của HS Muốn vậy, GV phải kíchthích được sự ham hiểu biết của HS bằng cách tạo ra những tình huống có vấn đề

Đó thường là những câu hỏi thú vị gây hứng thú học tập, tạo nhu cầu nhận thức và

có thể nghiên cứu được đối với HS

Hệ thống các PPDH truyền thống được phân thành các nhóm phương phápnhư nhóm các phương pháp dùng lời, nhóm các phương pháp trực quan, nhóm cácphương pháp thực hành Trong dạy học truyền thống, GV thường hay sử dụng kếthợp nhiều PPDH thuộc các nhóm khác nhau một cách linh hoạt

Như vậy, đổi mới PPDH không phải là phủ định hoàn toàn các PPDH truyềnthống mà sử dụng chúng theo tinh thần mới như phát huy tính tích cực, chủ động,sáng tạo của người học

1.1.2 Chuyển từ phương pháp nặng về sự diễn giảng của giáo viên sang phương pháp tổ chức cho học sinh hoạt động để tự chiếm lĩnh kiến thức và kĩ năng

Theo PPDH truyền thống, GV là người truyền thụ kiến thức, HS là người tiếpthu kiến thức Ở đây, GV chủ yếu sử dụng phương pháp giảng giải kết hợp minhhọa, việc sử dụng thiết bị dạy học hạn chế dẫn đến tình trạng dạy theo kiểu “thầyđọc – trò chép” Theo phương pháp mới, GV giao cho HS đọc, nghiền ngẫm SGK,rồi sau đó đặt câu hỏi để kiểm tra sự lĩnh hội kiến thức của các em Thông qua cách

trả lời, trình bày, báo cáo mà HS được rèn luyện những kĩ năng và tố chất cần thiếtcho mình

Theo quan niệm mới về dạy học, vai trò chủ yếu của GV là tổ chức, hướngdẫn, điều khiển hoạt động học tập của HS, giúp HS đạt được mục tiêu của bài học

GV không thuyết trình, giảng giải mọi vấn đề mà chủ động tạo điều kiện rèn luyện

óc độc lập suy nghĩ và tư duy sáng tạo cho HS

Việc đổi mới PPDH của GV đòi hỏi HS phải đổi mới phương pháp học tập.Đây là một tất yếu đòi hỏi người học phải nỗ lực, chủ động, sáng tạo trong các hoạtđộng nhận thức của mình Như vậy, trọng tâm của tiết dạy phải đặt vào hoạt độngcủa HS trong tiết dạy đó

Phối hợp các hình thức tổ chức hoạt động học tập ngoài lớp học để tạo điềukiện cho việc rèn luyện những hoạt động học tập đa dạng của HS, cần phối hợpnhiều hình thức tổ chức học tập ngoài lớp học, trong đó chuyển dần từ dạy họctruyền thụ kiến thức sang dạy học giải quyết vấn đề như:

Tổ chức và hướng dẫn cho HS tự học môn VL ở nhà, làm thí nghiệm thựchành, lấy số liệu thống kê, nghiên cứu học tập, ngoại khóa

Tổ chức các nhóm nghiên cứu nhỏ, thi nhóm các nhà nghiên cứu trẻ Đề tàinghiên cứu có thể rất đa dạng như làm một thí nghiệm nào đó về VL, tìm hiểu mộtứng dụng nào đó của VL trong thực tế hoặc cấu tạo và hoạt động của một thiết bị kĩthuật nào đó

1.1.3 Tăng cường học tập cá nhân, phối hợp một cách hài hòa với học tập hợp tác

Các hình thức tổ chức học tập cá nhân, theo nhóm và theo lớp là các hình thứcvẫn được áp dụng theo PPDH truyền thống Theo PPDH mới, hình thức học tập cánhân vẫn là hình thức học tập cơ bản, có hiệu quả nhưng HS phải có tinh thần họctập một cách tự giác, chủ động Học tập hợp tác là hình thức học tập bổ trợ có tácdụng rèn luyện người học tinh thần hợp tác lao động, chia sẻ kinh nghiệm, học hỏilẫn nhau, ý thức trách nhiệm với công việc chung Phối hợp chặt chẽ những nỗ lực

cá nhân trong tự học với việc học tập hợp tác trong nhóm Một trong những hình

thức tăng cường hoạt động của HS trên lớp là sử dụng phiếu học tập cho HS

Trong học tập, không phải bất kỳ một nhiệm vụ học tập nào cũng có thể đượchoàn thành bởi những hoạt động thuần túy cá nhân Có những câu hỏi, những vấn

đề được đặt ra khó và phức tạp, đòi hỏi có sự hợp tác giữa các cá nhân mới có thểhoàn thành nhiệm vụ Theo lí thuyết về vùng phát triển gần nhất của Vư-gốt-ski,mỗi cá nhân có thể vươn tới những tầm hiểu biết rộng hơn nhờ sự trao đổi với bạn

bè Thông qua sự hợp tác tìm tòi, nghiên cứu, thảo luận, tranh luận trong tập thể, ýkiến của mỗi cá nhân được điều chỉnh, khẳng định hay bác bỏ, qua đó người họcnâng mình lên một trình độ mới

Như vậy, hình thức học tập cá nhân vẫn là hình thức hoạt động chủ yếu giúp

HS phát triển các năng lực Hoạt động nhóm suy cho cùng cũng nhằm giúp cá nhânchủ động, tích cực tham gia vào quá trình nhận thức của mình

1.1.4 Coi trọng việc bồi dưỡng phương pháp tự học

Trong xã hội hiện đại, sự bùng nổ thông tin đòi hỏi mỗi cá nhân phải nỗ lựchọc tập biết cách cập nhật thông tin GV cần phải quan tâm đến phương pháp họccủa HS, từng bước hình thành năng lực tự học để các em có thể tự bổ sung kiếnthức và học thường xuyên suốt đời, bằng cách:

- Coi trọng việc trau dồi kiến thức lẫn việc bồi dưỡng kĩ năng, đặc biệt lànhững kĩ năng quá trình để đạt tới kiến thức

- Coi trọng việc truyền thụ các phương pháp nhận thức đặc thù của bộ mônnhư PPTN, PPMH Trong đó các thí nghiệm, mô hình VL không chỉ là phươngtiện minh họa kiến thức, mà chủ yếu đóng vai trò cung cấp thông tin và là phươngtiện giải quyết vấn đề đặt ra

- Việc tự học của HS là hoạt động rất cần thiết Ở đây, người GV cần phảibồi dưỡng cho HS khả năng thu thập thông tin, huấn luyện cho HS cách nắm bắt nộidung chính của tài liệu học tập đồng thời giao bài tập về nhà cho HS, có thể tínhtoán cân đối giữa nội dung học tập trên lớp và nội dung cần tìm hiểu ở nhà

1.1.5 Coi trọng việc rèn luyện kĩ năng ngang tầm với truyền thụ kiến thức Đổi mới kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh

Việc rèn luyện kĩ năng là một trong những yêu cầu rất quan trọng trong việchình thành nhân cách HS Hiện nay, rất ít GV chú ý đến lĩnh vực này cho HS Trênlớp GV cố gắng truyền đạt kiến thức mà không chú ý đến rèn luyện tư duy, rènluyện kĩ năng cho HS Đổi mới PPDH cũng như kiểm tra, đánh giá coi trọng những

kĩ năng, năng lực thực hành của HS Như vậy, người GV phải bồi dưỡng cho HS kĩnăng sống cần thiết bên cạnh truyền thụ kiến thức Đổi mới PPDH phải đi đôi vớiđổi mới đánh giá kết quả học tập của HS Việc kiểm tra đánh giá kết quả học tậpcủa HS phải căn cứ vào mục tiêu của môn học

Kiểm tra không những nắm vững trình độ kiến thức và vận dụng kiến thức líthuyết mà cả kĩ năng thực hành thí nghiệm, đánh giá cao khả năng vận dụng kiếnthức và kĩ năng xử lí và giải quyết sáng tạo những tình huống mới hoặc ít nhiềuthay đổi Phối hợp kiểm tra bằng lý thuyết lẫn thực hành Tạo điều kiện để HS tựđánh giá kết quả học tập của mình

1.1.6 Tăng cường sử dụng thiết bị dạy học, chú trọng các thí nghiệm, ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lí

Trong PPDH mới đòi hỏi người GV phải tăng cường khai thác và sử dụngthành thạo các thí nghiệm sau đây:

+ Thí nghiệm cho HS làm trên lớp dưới hình thức cá nhân hay theo nhóm + Thí nghiệm do GV với một nhóm HS làm biểu diễn trên lớp

+ Thí nghiệm do HS làm trong phòng thí nghiệm

Những năm gần đây, CNTT trong các nhà trường đã được quan tâm Mục tiêucủa việc học tin học trong nhà trường, mối quan hệ giữa tin học với tư cách là mộtmôn học với việc ứng dụng CNTT trong dạy học đã dần dần được xác định rõ ràngqua các cấp học Cán bộ quản lí giáo dục và GV đã từng bước nhận thức đầy đủ vaitrò của CNTT trong dạy học CNTT được chú trọng ở tất cả các bộ môn để gópphần thực hiện đổi mới PPDH

- Việc sử dụng CNTT trong dạy học sẽ góp phần đổi mới PPDH trên các mặtnhư thực hiện học tập trong hoạt động và bằng hoạt động, tăng cường tự học trongquá trình dạy học, sử dụng luân chuyển những hình thức dạy học đa dạng, hình

thành và sử dụng công nghệ dạy học và đổi mới kiểm tra đánh giá

1.1.7 Đổi mới cách soạn giáo án

Lượng hoá các mục tiêu kiến thức và kĩ năng của bài học

Chia bài học thành một số nội dung riêng biệt hoặc tổ chức bài học thành mộtchủ đề học tập

Chuẩn bị các thiết bị thí nghiệm, các PTDH cần thiết

Hoạch định các hoạt động học của HS và các hoạt động dạy tương ứng của

GV trong tiết học

Bảng 1.1: Bảng hoạch định các hoạt động của GV và HS

- Tạo tình huống học tập, giao nhiệm vụ

học tập cho HS

- Tổ chức hướng dẫn hoạt động cho HS

+ Giảng sơ lược nội dung

+ Giới thiệu và hướng dẫn cách tham

khảo tài liệu, làm thí nghiệm, lấy kết quả

thí nghiệm

- Tổ chức cho HS xử lí thông tin và báo

cáo kết quả

+ Tổ chức cho HS thảo luận nhóm để

nhận xét kết quả, đưa ra kết luận, hướng

- Xử lý thông tin và báo cáo kết quả

+ Tranh luận với các bạn trong nhóm

để rút ra nhận xét, kết luận từ những điềutìm hiểu được Lập bảng, vẽ đồ thị, nhậnxét kết quả

+ Báo cáo kết quả trước lớp và trả lờicâu hỏi của GV

- Ghi nhận những kết quả cuối cùng

- Làm bài tập vận dụng

1.2 Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học vật lí [22],[28]

1.2.1 Khái niệm chung [22],[28]

Các hiện tượng VL thì muôn màu, muôn vẻ, muốn nghiên cứu xem các sự vậthiện tượng có những thuộc tính gì đặc trưng thì trước tiên phải xây dựng các kháiniệm, các đại lượng VL đặc trưng cho các thuộc tính bản chất tất yếu của sự vậthiện tượng VL

Ví dụ: Để biểu thị mức độ cản trở dòng điện nhiều hay ít của dây dẫn ta đưa

khái niệm điện trở

Khi nghiên cứu các quá trình VL, người ta thường xác định các điều kiện cầnthiết để hiện tượng xảy ra và lặp lại các điều kiện này để nghiên cứu tính quy luậtcủa hiện tượng Tính quy luật của các biến đổi của sự vật hiện tượng thể hiện quacác mối liên hệ, sự phụ thuộc giữa các khái niệm VL, các quy tắc VL, các định luật

sự vật hiện tượng bộc lộ những thuộc tính bản chất và quy luật biến đổi của chúng

mà chỉ quan sát hiện tượng trong sự biến đổi vận động tự nhiên không ngừng rồi từ

đó rút ra những nhận định theo kiểu quy nạp tự nhiên thì đôi khi mắc phải sai lầm;trong lịch sử VL ghi nhận những nhận định sai lầm của các nhà khoa học về thuộctính bản chất và quy luật biến đổi của các sự vật hiện tượng trong tự nhiên

Cho đến khi Galilê đưa ra phương pháp nghiên cứu mới – PPTN, đòi hỏi conngười phải biết cách tác động vào tự nhiên để phát hiện các thuộc tính và quy luậtbiến đổi của chúng và mọi kết luận khoa học đều phải được TN kiểm chứng tínhđúng đắn của nó thì khoa học VL mới hạn chế được những sai lầm và thực sự cóbước tiến nhảy vọt

Vậy PPTN là phương pháp thu lượm thông tin bằng cách sắp đặt các điều kiện

tác động để sự vật hiện tượng bộc lộ những thuộc tính và quy luật tự nhiên củachúng, nhờ đó nhà nghiên cứu có thể xây dựng hoặc kiểm tra được các tri thức mới PPTN là một phương pháp nhận thức khoa học, trong đó nhà nghiên cứu: + Tạo ra những điều kiện tác động xác định để nghiên cứu quá trình diễnbiến của hiện tượng

+ Thay đổi các điều kiện tác động để xem hiện tượng thay đổi như thế nào + Lặp lại các điều kiện tác động để phát hiện ra tính quy luật của hiệntượng

1.2.2 Sự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của vật lí học.

[22],[28]

Trong thời cổ đại, khoa học chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học Cácnhà hiền triết thời đó cho rằng: “có thể dùng sự suy luận, sự tranh luận để tìm rachân lý” Vì vậy, nhiều khi họ đã thay thế những mối quan hệ giữa sự vật hiệntượng có thật trong tự nhiên nhưng mình chưa biết thành những mối quan hệ do tựmình tưởng tượng ra một cách chủ quan

Thời trung thế kỷ, Giáo hội đã dùng uy quyền của mình để chống lại khoa họcmỗi khi khoa học chỉ ra một chân lý mới trái với kinh thánh, thậm chí còn dùng cảbạo lực ngăn cản bước tiến của khoa học Giáo hoàng Pôn II (thế kỉ XV) nói: “Tôngiáo phải tiêu diệt khoa học vì khoa học là kẻ thù của tôn giáo” Kết quả Bêcơn bịcầm tù hơn 20 năm, Brunô bị thiêu sống vì dám đưa ra những luận cứ khoa họckhông thuận lợi cho tôn giáo thời đó

Đến thế kỉ XVII, Galilê cho rằng những cuộc tranh luận suông như thế là vô

bổ, không đi đến một kết luận khoa học, muốn hiểu biết những thuộc tính của sự vậthiện tượng từ thiên nhiên thì phải quan sát thiên nhiên, phải làm cho thiên nhiên bộc

lộ ra những thuộc tính đó một cách quy luật và khách quan chứ không tuân theo ýmuốn chủ quan của con người hoặc thần linh nào cả Galilê xây dựng một phươngpháp nghiên cứu mới là PPTN rất có hiệu quả trên con đường đi tìm chân lý, làmcho VL thực sự trở thành một môn khoa học độc lập

Trước một hiện tượng tự nhiên cần tìm hiểu, Galilê bắt đầu quan sát để xác

định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đưa ra lý thuyết có tính chất dự đoán Từ lý thuyết

đó, ông rút ra những kết luận có thể kiểm tra được bằng TN Sau đó, ông bố trí thínghiệm thích hợp, tạo điều kiện thí nghiệm và phương tiện thí nghiệm tốt nhất để cóthể đạt được kết quả chính xác tin cậy được Cuối cùng, ông đối chiếu kết quả thuđược bằng TN với lý thuyết ban đầu Galilê cho rằng các kết luận khoa học đều phảiđược TN kiểm chứng mới có giá trị

Phương pháp của Galilê có tính hệ thống, tính khoa học, có chức năng nhậnthức luận, tổng quát về mặt lý thuyết những sự kiện thực hiện và phát hiện ra bảnchất 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 VL học TN đãkhiến cho thế kỉ XVII trở thành thế kỉ của cuộc cách mạng khoa học thắng lợi vớicác đại diện tiêu biểu: Torricelli (1608 – 1662), Pascal (1623 – 1662), OttoGuericke (1602 – 1685), Boyle (1627 – 1691), Gilbert (1540 – 1603)…

Như vậy, PPTN với tư cách là một phương pháp nhận thức khoa học đã ra đời

và không những thành công trong sự phát triển của VL học cổ điển mà vẫn còn có ýnghĩa rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu VL học hiện đại

1.2.3 Nội dung của phương pháp thực nghiệm [22],[28]

Spaski đã nêu lên thực chất của PPTN của Galilê như sau: Xuất phát từ quansát và TN, các nhà khoa học xây dựng một giả thuyết Giả thuyết đó không đơn giảnchỉ là sự tổng quát hóa các thí nghiệm đã làm, nó chứa đựng một cái gì đó mới mẻ,không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể Bằng phép suy luận lôgic và bằng toánhọc, nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số

sự kiện mới mà trước đó chưa biết Những kết quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng

TN để kiểm tra lại được Nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định sự đúng đắncủa giả thuyết, khi đó giả thuyết được coi là một định luật VL chính xác

Niu-tơn tiếp tục phát triển phương pháp của Galilê lên mức độ đầy đủ và chặtchẽ hơn Phương pháp của Niu-tơn là kết hợp chặt chẽ giữa thí nghiệm và suy luận

lý thuyết Niu-tơn đã làm rõ quan điểm đó bằng bốn quy tắc sau đây:

Quy tắc 1:Đối với mỗi hiện tượng, không thừa nhận những nguyên nhân nào

khác ngoài những nguyên nhân đủ để giải thích nó Quy tắc này là sự khẳng địnhvai trò của lý trí con người trong sự nhận thức chân lý, gạt bỏ những luận điểm tôngiáo, kinh viện, không có liên quan đến khoa học

Quy tắc 2: Những hiện tượng như nhau luôn luôn quy về một nguyên nhân.

Quy tắc này thể hiện tư tưởng nhân quả, quyết định luận của Niu-tơn: Một nguyênnhân xác định phải gây ra một hệ quả xác định

Quy tắc 3: Tính chất của tất cả các sự vật có thể đem ra thí nghiệm được, mà

ta không thể làm cho nó tăng lên hoặc giảm xuống thì được coi là tính chất của mọivật nói chung Quy tắc này là sự quy nạp khoa học, cho phép ta khái quát hóa nhữngtrường hợp riêng lẻ để tìm ra những định luật tổng quát

Quy tắc 4: Bất kỳ khẳng định nào rút ra từ TN, bằng phương pháp quy nạp

đều là đúng chừng nào chưa có những hiện tượng khác giới hạn hoặc mâu thuẫn vớikhẳng định đó Quy tắc này thể hiện quan điểm biện chứng về tính tương đối vàtuyệt đối của chân lý Nó thừa nhận mỗi chân lý khoa học đều có thể được chínhxác hóa thêm, được hoàn chỉnh thêm một bước một, nhưng trong mỗi bước của quátrình nhận thức nó vẫn hoàn toàn có giá trị khoa học

Theo tác giả Nguyễn Đức Thâm và Nguyễn Ngọc Hưng thì phân biệt PPTNtheo nghĩa rộng và nghĩa hẹp Theo nghĩa rộng, PPTN có thể bao gồm những ýtưởng ban đầu của các nhà khoa học cho đến kết luận cuối cùng Theo nghĩa hẹp,PPTN có thể hiểu như sau: Từ lý thuyết đã biết suy ra hệ quả và dùng thí nghiệm đểkiểm tra hệ quả Các nhà VLTN không nhất thiết phải tự mình xây dựng giả thuyết

mà giả thuyết đó đã có người khác đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được Nhiệm vụcủa nhà VLTN lúc này là từ giả thuyết đã có suy ra hệ quả có thể kiểm tra được vàtìm cách bố trí thí nghiệm khéo léo, tinh vi để quan sát hiện tượng do lý thuyết dựđoán và thực hiện các phép đo chính xác

PPTN có thể hiểu theo nghĩa rộng hoặc nghĩa hẹp tùy theo quan điểm của mỗingười xem xét, gắn với lịch sử VL học, cũng như tùy theo mục đích cụ thể củangười vận dụng nó trong dạy học ở các bậc học khác nhau Nhưng dù phát biểu theocách 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 TN

+ Xây dựng (thiết kế) phương án thí nghiệm cho phép thu lượm thông tincần thiết cho sự xác lập giả thuyết hoặc kiểm tra giả thuyết

+ Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả

+ Phân tích kết quả và kết luận

1.3 Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí [22],[28]

1.3.1 Sự chuyển hóa của phương pháp nhận thức khoa học thành phương pháp dạy học [22],[28]

Khi nghiên cứu lịch sử phát sinh và phát triển của PPDH, Nguyễn NgọcQuang đã phát hiện ra quy luật là các PPDH đều có nguồn gốc là những phương

pháp khoa học tương ứng Hay nói cách khác: “Bất cứ phương pháp khoa học nào cũng có thể chuyển hóa thành PPDH nói chung thông qua các điều kiện” Đồng

thời ông cũng nêu khả năng có thể chuyển hóa phương pháp nhận thức khoa học bộ

môn thành PPDH bộ môn: “Phương pháp khoa học bộ môn đã dần chuyển hóa thành PPDH bộ môn đó; trong sự chuyển hóa này, phương pháp khoa học dần dần biến đổi cho phù hợp với đặc điểm của chủ thể HS và những điều kiện của quá trình dạy học”.

Như vậy, PPTN trong nghiên cứu khoa học VL có thể chuyển hóa thành PPTNtrong DHVL

1.3.2 Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí [22],[28]

Ở nước ta, việc áp dụng PPTN trong DHVL đã trở thành tư tưởng chỉ đạo củacác nhà sư phạm Ngay từ lớp 6,7,8,9 theo chương trình mới, các tác giả SGK VL

đã biên soạn một số bài học theo hướng bồi dưỡng cho HS PPTN Vì vậy, phỏngtheo các giai đoạn của PPTN trong nghiên cứu khoa học VL, GV có thể hướng dẫncho HS hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN như sau:

Kinh nghiệm sống,quan sát tự nhiên, TN, bài tập, truyện kể lịch sử…

Làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu (câu hỏi cần trả lời)

Đề xuất giả thuyết

Suy luận logic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được bằng TN

Kiểm tra hệ quả bằng TN (bao gồm: thiết kế phương án TN, lập kế hoạch TN,

bố trí TN, tiến hành TN thu thập dữ liệu, xử lý kết quả TN)

Vận dụng kiến thức

Giai đoạn 1: GV mô tả một hoàn cảnh 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 HS chưa biết câutrả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời được

Giai đoạn 2: GV hướng dẫn, gợi ý cho HS xây dựng một câu trả lời dự đoán

ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mỉ kỹ lưỡng vào kinh nghiệm bản thân, vào nhữngkiến thức đã có… (ta gọi là xây dựng giả thuyết) Những dự đoán này có thể còn thô

sơ, có vẻ hợp lý 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 đạilượng VL

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 TN không Nếu phù hợp thì giảthuyết trên trở thành chân lý, nếu không phù hợp thì phải xây dựng giả thuyết mới

Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức HS vận dụng kiến thức để giải thích hay dự

đoán một số hiện tượng trong thực tiễn, để nghiên cứu các thiết bị kỹ thuật Thôngqua đó, trong một số trường hợp, sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuấthiện mâu thuẫn nhận thức mới cần giải quyết

Khái niệm “vấn đề” dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà

HS không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần các kiến thức, kĩ năng, cách thức hànhđộng đã có mà phải tìm tòi sáng tạo mới giải quyết được và khi giải quyết được thì

HS đã thu được kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động mới Vấn đề là một câu hỏi

về một cái chưa biết, câu trả lời là một cái mới, chứ không phải là câu hỏi chỉ đơnthuần yêu cầu nhớ lại những kiến thức đã có

Tình huống có vấn đề là tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết

mà HS cảm thấy với khả năng của mình thì có thể giải quyết được nên kích thíchhoạt động nhận thức tích cực của HS Có nhiều cách tạo tình huống có vấn đề: từkinh nghiệm sống, quan sát tự nhiên, thí nghiệm, giải bài tập VL, kể chuyện lịchsử…

Ví dụ: Khi hướng dẫn bài 8: SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ VÀO TIẾT

DIỆN DÂY DẪN thì GV có thể đặt vấn đề khi gấp đôi sợi dây dẫn lại thì điện trở

của dây dẫn sẽ thay đổi như thế nào Thường thì HS sẽ nghĩ do chiều dài giảm đi 2lần thì điện trở giảm đi 2 lần mà không chú ý đến tiết diện của dây Khi đó GV cóthể làm thí nghiệm kiểm tra để tạo tình huống có vấn đề

Giả thuyết là câu trả lời có tính chất dự đoán cho câu hỏi đã nêu ra Dự đoánnày có thể còn thô sơ nhưng có căn cứ, có lí lẽ, có vẻ hợp lí nhưng chưa chắc chắn

Có nhiều cách đề xuất giả thuyết:

Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có

Ví dụ: Dựa vào kết quả thí nghiệm khi thấy HĐT U tăng lên bao nhiêu lần thì

CĐDĐ I tăng lên bấy nhiêu lần HS sẽ rút ra kết luận I tỉ lệ thuận với U

- Dựa vào sự tương tự, dựa vào phép loại suy

- Trong chương trình VL trung học cơ sở, các mối liên hệ định lượng giữa haiđại lượng thường gặp là bằng nhau, tỉ lệ thuận, tỉ lệ nghịch, tỉ lệ thuận bậc hai, hàm

số bậc nhất Để HS có thể đề xuất được dự đoán về mối liên hệ định lượng giữahai đại lượng, cần tiến hành thí nghiệm với một số phép đo nhất định

1.3.3 Vai trò của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở trung học cơ

sở [22],[28]

Vật lí học ở trung học cơ sở chủ yếu là VLTN, nó giúp:

Kích thích hoạt động học tập của HS bằng những tình huống có vấn đề

Rèn luyện tư duy, trực giác nhạy bén, óc sáng tạo cho HS khi tham gia giảiquyết các tình huống nhờ các kiến thức đã biết, kinh nghiệm, kĩ năng đã có, so sánhtình huống mới với các tình huống khác đã biết… Biết tìm tòi ý tưởng ban đầu (giảthuyết) để tìm lời giải đáp là kết luận cuối cùng (kết luận khoa học), biết kết hợpnhiều phương pháp nhận thức trong một quá trình nhận thức giải quyết vấn đề

HS biết 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

HS rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành thí nghiệm sẽ hỗ trợ rất tốt cho việcphát hiện những đặc tính, quy luật của tự nhiên, kiểm tra sự đúng đắn của các kiếnthức lí thuyết

1.3.4 Các mức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí [22],

Những bài học mà HS có thể tham gia đầy đủ vào cả 5 giai đoạn trên khôngnhiều Đó là những bài mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự phân tíchquá phức tạp và có thể kiểm tra giả thuyết bằng những thí nghiệm đơn giản sử dụngnhững dụng cụ đo lường mà HS đã quen thuộc

Ví dụ: Tìm hiểu sự phụ thuộc của điện trở vào vật liệu làm dây dẫn ta chỉ cần

sử dụng những dây dẫn khác nhau có cùng chiều dài và tiết diện để HS tiến hànhlàm thí nghiệm để rút ra kết luận

Giai đoạn 1

Mức độ 1: HS tự lực phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi GV giới thiệu hiện tượng

xảy ra đúng như thường thấy trong tự nhiên để cho HS tự lực phát hiện những tínhchất hay những mối quan hệ đáng chú ý cần nghiên cứu

Ví dụ: Làm cách nào có thể tính được trong một tháng một gia đình phải trả

tiền điện là bao nhiêu?

Mức độ 2: GV tạo ra một hoàn cảnh đặc biệt trong đó xuất hiện một hiện

tượng mới lạ, lôi cuốn sự chú ý của HS, gây cho HS sự ngạc nhiên, sự tò mò, từ đó

HS nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải đáp

Ví dụ: Lắp mạch điện gồm nguồn điện, công tắc, biến trở, bóng đèn Đóng

công tắc dịch chuyển con chạy của biến trở để HS nhận thấy sự thay đổi độ sángcủa bóng đèn

Mức độ 3: GV nhắc lại một vấn đề, một hiện tượng đã biết và yêu cầu HS phát

hiện xem trong vấn đề hay hiện tượng đã biết, có chỗ nào chưa được hoàn chỉnh,đầy đủ cần tiếp tục nghiên cứu

Ví dụ: Khi hướng dẫn bài 8: SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ VÀO TIẾT

DIỆN DÂY DẪN thì GV có thể đặt vấn đề khi gấp đôi sợi dây dẫn lại thì điện trởcủa dây dẫn sẽ thay đổi như thế nào Thường thì HS sẽ nghĩ do chiều dài giảm đi 2lần thì điện trở giảm đi 2 lần mà không chú ý đến tiết diện của dây Khi đó GV cóthể làm thí nghiệm kiểm tra để tạo tình huống có vấn đề

Giai đoạn 2

Risa Fâyman cho rằng “Các định luật VL có nội dung rất đơn giản, nhưng biểuhiện của chúng trong thực tế lại rất phức tạp” Bởi vậy, từ sự phân tích các hiệntượng thực tế đến việc dự đoán những mối quan hệ đơn giản nêu trong các định luật

là cả một nghệ thuật Cần phải làm cho HS quen dần

Mức độ 1: Dự đoán định tính: Trong những hiện tượng thực tế phức tạp, dự

đoán về nguyên nhân chính, mối quan hệ chính chi phối hiện tượng Có thể có rấtnhiều dự đoán mà ta sẽ phải lần lượt tìm ra cách bác bỏ

Ví dụ: Trường hợp định luật Jun-Len xơ Để tìm hiểu nhiệt lượng tỏa ra ở dây

dẫn khi có dòng điện chạy qua phụ thuộc các yếu tố nào? Ta sẽ tiến hành thí nghiệm

để lần lượt loại bỏ những dự đoán không chính xác

Mức độ 2: Dự đoán định lượng: Những quan sát đơn giản khó có thể dẫn tới

một dự đoán về mối quan hệ hàm số, định lượng giữa các đại lượng VL biểu diễncác đặc tính của sự vật, các mặt của hiện tượng Nhưng các nhà VL nhận thấy rằng:những mối quan hệ định lượng đó thường được biểu diễn bằng một số ít hàm số đơngiản như tỉ lệ thuận, tỉ lệ nghịch, hàm số bậc nhất, hàm số bậc hai, hàm số lượnggiác… Việc dự đoán định lượng có thể dựa trên một số cặp số liệu được biểu diễntrên đồ thị, dựa trên dạng của đồ thị mà dự đoán mối quan hệ giữa hai đại lượng

Ví dụ: Dự đoán cường độ dòng điện tỉ lệ nghịch với điện trở của dây dẫn

Trường hợp định luật nêu lên mối quan hệ giữa ba đại lượng thì thông thường giữmột đại lượng không đổi, xét mối quan hệ giữa hai đại lượng kia rồi tổng hợp kếtquả trong một công thức

Mức độ 3: Những dự đoán đòi hỏi một sự quan sát chính xác, tỉ mỉ, một sự

tổng hợp nhiều sự kiện TN, không có điều kiện thực hiện ở trên lớp GV dùngphương pháp kể chuyện lịch sử để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà bác học đãđưa ra

Ví dụ: Trường hợp định luật Jun-Len xơ…

Giai đoạn 3

Việc suy ra hệ quả được thực hiện bằng suy luận lôgic hay suy luận toán học Thông thường ở trường trung học cơ sở các phép suy luận này không quá khó

Nhưng biểu hiện trong thực tế của các kiến thức VL rất phức tạp, cho nên điều khókhăn là hệ quả suy ra phải đơn giản, có thể quan sát, đo lường được trong thực tế.

Mức độ 1: Hệ quả có thể quan sát, đo lường trực tiếp HS có thể bố trí lắp đặt

các dụng cụ thiết bị để tiến hành các thí nghiệm để kiểm tra sự đúng đắn của các hệquả

Ví dụ: HS làm thí nghiệm để xác nhận các công thức trong đoạn mạch nối tiếp,

đoạn mạch song song

Mức độ 2: Hệ quả không quan sát được trực tiếp bằng các dụng cụ đo mà phải

tính toán gián tiếp qua việc đo các đại lượng khác

Ví dụ: Khi thay đổi chiều dài dây dẫn ta cần phải đo HĐT và CĐDĐ rồi tính ra

R

Mức độ 3: Hệ quả suy ra trong điều kiện lý tưởng Có nhiều trường hợp, hiện

tượng thực tế bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố tác động không thể loại trừ được,nhưng ta chỉ xét quan hệ giữa một số rất ít yếu tố; như vậy, hệ quả suy ra từ giảthuyết chỉ là gần đúng

Ví dụ: Trường hợp định luật Ohm sẽ bị sai số trong kết quả đo

Giai đoạn 4

Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra những điều kiện đúng nhưnhững điều kiện đã nêu trong việc suy ra hệ quả

Mức độ 1: Thí nghiệm đơn giản, HS đã biết cách thực hiện các phép đo, sử

dụng các dụng cụ đo GV tạo điều kiện để HS tự làm thí nghiệm

Ví dụ: Thí nghiệm đo nhiệt lượng do dòng điện tỏa ra ở dây dẫn Q = I2 Rt

Mức độ 2: HS đã biết nguyên tắc đo các đại lượng nhưng việc bố trí thí

nghiệm cho sát với các điều kiện lý tưởng có khó khăn GV phải giúp đỡ bằng cáchgiới thiệu phương án làm để HS thực hiện

Ví dụ: Thí nghiệm đo nhiệt lượng do dòng điện tỏa ra ở dây dẫn Q = I2 Rt Bình nhiệt lượng kế phải kín, nhiệt kế không được chạm vào dây dẫn…

Mức độ 3: Có nhiều trường hợp thí nghiệm kiểm tra là những thí nghiệm kinh

điển rất phức tạp và tinh tế, không thể thực hiện ở trường phổ thông Trong trường

hợp này, GV mô tả cách bố trí thí nghiệm rồi thông báo kết quả các phép đo để HSgia công các số liệu, rút ra kết luận hoặc GV thông báo cả kết luận

Ví dụ: Thí nghiệm kiểm tra định luật Jun-len xơ

Giai đoạn 5

Những ứng dụng của các định luật thường có ba dạng: giải thích hiện tượng,

dự đoán hiện tượng và chế tạo thiết bị đáp ứng một yêu cầu của đời sống, sản xuất

Mức độ 1: Ứng dụng trong đó HS chỉ cần vận dụng định luật VL để làm sáng

tỏ nguyên nhân của hiện tượng hoặc tính toán trong điều kiện lý tưởng như vật chỉ

bị chi phối bởi vài định luật đang nghiên cứu Đó có thể là vài bài tập do GV nghĩ

ra, chứ không có ý nghĩa trong đời sống hay sản xuất hàng ngày

Ví dụ: Tính cường độ dòng điện qua các điện trở của một mạch điện mắc theo

một sơ đồ nối tiếp hoặc song song nào đó

Mức độ 2: Xét một ứng dụng kỹ thuật đã được đơn giản hóa để có thể chỉ cần

áp dụng một vài định luật VL

Ví dụ: Chế tạo một đèn ngủ có thể tăng giảm độ sáng.

Mức độ 3: Xét một ứng dụng kỹ thuật trong đó không chỉ áp dụng các định

luật VL mà còn cần phải có những giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng VL

có hiệu quả cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuất.Trong loại ứng dụng này, HS không những phải vận dụng những định luật VL vừađược thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết, những kinh nghiệm

về nhiều lĩnh vực khác nhau của VL

Ví dụ: Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để có thể chế tạo ra được một

máy phát điện sản xuất ra dòng điện có cường độ đủ mạnh dùng trong việc phátsáng các bóng đèn ở chung cư bằng cách sử dụng nguồn nước thải trong sinh hoạthằng ngày Ngoài các kiến thức về nguyên nhân của dòng điện cảm ứng, còn cầnbiết cách bố trí sao cho khung dây quay trong từ trường, dùng các cổ góp để lấydòng điện ra ngoài mà không làm cho dây bị xoắn đứt, dùng lõi sắt để tăng thêm độ

từ thẩm, dùng các là sắt ghép cách điện làm lỏi để tránh dòng Fucô, dụng cụ đểchặn rác…

Tóm lại, việc thực hiện đầy đủ các giai đoạn ở các mức độ khác nhau là cầnthiết nhưng không hoàn toàn phải nhất thiết đối với tất cả khi dạy tất cả các kiếnthức cụ thể Có nhiều trường hợp ta có thể bỏ qua giai đoạn này hay giai đoạn khácnhưng cấu trúc tổng thể vẫn không ảnh hưởng Về cơ bản ta cần tuân thủ nguyên tắcthầy tổ chức trò tự lực xây dựng kiến thức, GV có thể tiến hành thí nghiệm thay HS

để khỏi mất thời gian vô ích

1.3.5 Phối hợp phương pháp thực nghiệm và các phương pháp nhận thức khác trong dạy học vật lí [22],[28]

Dạy học các kiến thức VL bằng PPTN là một hướng ưu tiên ở trường trunghọc cơ sở Để thực hiện mỗi giai đoạn của PPTN, đòi hỏi phải có suy nghĩ sáng tạo

và có kĩ năng, kĩ xảo về nhiều mặt Bởi vậy, người GV phải tùy theo nội dung củamỗi kiến thức, tùy theo trình độ HS, tùy theo điều kiện trang bị ở trường trung học

cơ sở mà vận dụng linh hoạt các mức độ sử dụng phương pháp này Trong dạy họccác định luật VL theo PPTN có hai trường hợp đáng lưu ý sau đây:

+ Có những định luật VLTN nhưng việc suy luận quá phức tạp hoặc nhữngthí nghiệm quá tinh vi, không có điều kiện thực hiện ở trường , GV có thể dùngphương pháp kể chuyện lịch sử để HS biết cách giải quyết của các nhà bác học,dùng thí nghiệm ảo hoặc thí nghiệm mô phỏng

+ Có những định luật trong lịch sử được phát minh bằng con đường TNnhưng ngày nay có thể coi như hệ quả của một định luật, một lý thuyết khái quáthơn Những suy luận này HS có thể hiểu được Bởi vậy, để rèn luyện khả năng suyluận sắc bén cũng như giảm bớt những khó khăn về việc tổ chức thực hiện các thínghiệm phức tạp cho nên không dạy học những định luật đó hoàn toàn theo PPTN

mà chỉ sử dụng một yếu tố của PPTN là làm thí nghiệm kiểm tra minh họa kết luậnthu được bằng suy luận lý thuyết

Trong khi áp dụng PPTN, thường phối hợp với các phương pháp nhận thứckhác như phương pháp phân tích – tổng hợp, phương pháp quy nạp – diễn dịch,phương pháp khái quát hóa – trừu tượng hóa…

Ví dụ:

+ Khi hình thành vấn đề nhận thức phải dùng phương pháp phân tích,phương pháp so sánh, phương pháp trừu tượng hóa

+ Khi xây dựng giả thuyết phải dùng phương pháp suy luận, phương pháptương tự, phương pháp mô hình

+ Khi xây dựng thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết phải dùng PP thí nghiệmtưởng tượng

+ Khi xử lí các kết quả thí nghiệm phải dùng phương pháp quy nạp – diễndịch

+ Khi phát biểu thành kiến thức khoa học phải dùng phương pháp khái quáthóa

1.3.6 Những sự chuẩn bị cần thiết để sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí [21],[28]

1.3.6.1 Chuẩn bị nội dung dạy học

Lựa chọn một lôgic nội dung bài học thích hợp Phân chia bài học thànhnhững vấn đề nhỏ, phù hợp với trình độ xuất phát của HS, xác định hệ thống nhữnghành động học tập mà HS có thể thực hiện được với sự cố gắng vừa sức

Xây dựng tình huống có vấn đề tương ứng với mỗi nội dung kiến thức cần xâydựng trong bài học Thông thường căn cứ vào hoạt động tìm tòi nghiên cứu của cácnhà VL học về mỗi kiến thức mà tạo ra những tình huống, những điều kiện giúp HS

có thể tự lực hoạt động giải quyết vấn đề GV cần tự lực hoạt động, sáng tạo ranhững tình huống thích hợp để hướng dẫn HS tìm tòi khám phá theo khả năng củamình

1.3.6.2 Chuẩn bị thí nghiệm vật lí

Sử dụng thí nghiệm để phát hiện vấn đề

- Dùng thí nghiệm để tạo ra vấn đề mới

+ Thí nghiệm phải đơn giản tạo ra hiện tượng dễ quan sát không bị nhiềuyếu tố gây nhiễu

+ Hiện tượng tạo ra trong thí nghiệm phải gây ấn tượng mạnh cho HS + Hiện tượng tạo ra trong thí nghiệm phải chứa đựng yếu tố trái với suy

nghĩ thông thường của HS

- Dẫn dắt HS phát hiện ra mâu thuẫn nhận thức

- GV phải nêu ra câu hỏi yêu cầu HS nhớ lại một kiến thức một hiện tượngnào đó nhằm khẳng định lại sự hiểu biết của HS sau đó đưa ra thí nghiệm tạo ra mộthiện tượng mới trái với sự hiểu biết trước đó của HS, yêu cầu HS giải thích nguyênnhân

- GV yêu cầu HS nhắc lại kiến thức cũ, vận dụng kiến thức cũ để dự đoán kếtquả hiện tượng sẽ xảy ra Sau đó GV đưa ra thí nghiệm để HS thấy hiện tượngkhông xảy ra như dự đoán, yêu cầu HS trả lời tại sao?

Sử dụng thí nghiệm để giải quyết vấn đề

- Thí nghiệm có vai trò quyết định trong việc đánh giá một dự đoán là đúnghay sai Thí nghiệm trong giai đoạn này cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Hiện tượng mà thí nghiệm tạo ra do nguyên nhân chính rõ rệt có thể dùnglàm cơ sở để dự đoán

- Lập luận từ dự đoán đến hệ quả càng ít giai đoạn trung gian càng tốt

- Hiện tượng tạo ra trong thí nghiệm càng dễ quan sát trực tiếp càng tốt

- Tìm hiểu các phương án thí nghiệm có thể sử dụng trong bài học, lựa chọnphương án khả thi phù hợp với trình độ HS, cơ sở vật chất hiện có của nhà trường

1.3.6.3 Những hoạt động chủ yếu của giáo viên

- Xây dựng tình huống có vấn đề

- Lựa chọn một lôgic nội dung bài học thích hợp

- Rèn luyện cho HS kĩ năng thực hiện những thao tác cơ bản

- Lựa chọn và cung cấp cho HS những phương tiện, công cụ cần thiết để thựchiện các thao tác

- Định hướng hành động tư duy HS theo các giai đoạn của PPTN

1.3.6.4 Những kĩ năng cần thiết chuẩn bị cho học sinh

- Kĩ năng đưa ra dự đoán và kĩ năng đề xuất phương án thí nghiệm

- Kĩ năng bố trí tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đó cơ bản, thu thậpthông tin cần thiết

– Xác định mục đích thí nghiệm

– Dự kiến bố trí thí nghiệm

– Kĩ năng thực hiện các phép đo cơ bản

– Kĩ năng làm thay đổi các yếu tố tác động theo ý định có trước

– Kĩ năng thu thập thông tin

- Kĩ năng xử lí thông tin

– Sử dụng các phương pháp suy luận logic để xử lí thông tin

– Sử dụng suy luận toán học

1.3.7.Ưu điểm và hạn chế của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí [13]

1.3.7.1 Ưu điểm của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí

Phát huy tính tích cực, chủ động trong học tập cho HS, năng lực tư duy của

HS một khi được khơi dậy sẽ giúp HS thích thú và trở nên tự giác trong học tập Hình thành và rèn luyện cho HS con đường nhận thức tìm tòi sáng tạo, trong

đó đòi hỏi ở HS khả năng khái quát hoá rất cao ở bước đề ra giả thuyết có thể kiểmtra trực tiếp hoặc gián tiếp bằng thí nghiệm

Trong quá trình nhận thức loại này, thực tiễn là điểm xuất phát và đồng thời làtiêu chuẩn của chân lí

Việc thiết kế thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy

ra từ giả thuyết là một quá trình đỏi hỏi sự sáng tạo đáng kể ở HS

Quá trình đề xuất giả thuyết cũng như đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tragiả thuyết là những cơ hội rất tốt để tổ chức thảo luận, tranh luận trong nhóm HS.Bằng cách đó, HS trong nhóm và giữa các nhóm được tương tác với trong quá trìnhhọc tập có tính chất tìm tòi, khám phá và sáng tạo

1.3.7.2 Hạn chế của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí

Nếu áp dụng toàn bộ các bước của phương pháp này thì cần nhiều thời giancho dạy học Vì thế chỉ nên áp dụng một số bước của phương pháp này

Tuỳ thuộc vào trình độ và khả năng nhận thức của HS mà áp dụng trong cáctình huống có độ phức tạp nhiều hoặc ít Điều này đòi hỏi sự hiểu biết vốn kinh

nghiệm của HS và nghiệp vụ sư phạm của GV

1.3.7.3 Một số lưu ý khi dạy học theo phương pháp thực nghiệm

Rất nhiều trường hợp DHVL có thể áp dụng phương pháp này Đó là những

cơ hội tốt để rèn luyện và phát triển tư duy sáng tạo cho HS Vì vậy cần tranh thủmọi trường hợp có thể áp dụng tất cả hoặc một số bước của phương pháp này

Dự kiến được các giả thuyết mà HS có thể nêu ra và chuẩn bị được đầy đủ cácthiết bị để có thể tiến hành các thí nghiệm tương ứng kiểm tra xác nhận hoặc bác bỏđược giả thuyết đã nêu

Lựa chọn một số trường hợp vừa sức với trình độ và khả năng nhận thức của

Một số quan điểm khác cho rằng: TN là một sự thử nghiệm hay kiểm tra một

lý thuyết khoa học bằng cách thao tác với yếu tố trong môi trường để quan sát kếtquả có phù hợp với các tiên đoán lý thuyết hay không

TN còn được hiểu là: Quá trình tạo dựng một sự quan sát hay thực hiện mộtphép đo TN là sự quan sát hiện tượng nghiên cứu trong các điều kiện được kiểm trachính xác, cho phép theo dõi tiến trình của hiện tượng và tái tạo nó mỗi lần lặp lạicác hiện tương này

Trong vật lí học, TN là phương pháp, là cách thức mà bằng cách nào đó conngười tác động một cách có ý thức, hệ thống lên các sự vật, các hiện tượng xảy ratrong những điều kiện nhất định Sự phân tích về mặt lý thuyết các điều kiện và quátrình xảy ra trong đó đóng vai trò hết sức quan trọng Sự tác động đó có thể là trựctiếp hay gián tiếp thông qua các thiết bị máy móc gọi là công cụ TN.

Các khái niệm trên đều cho thấy TN bao gồm các thành phần sau đây:

- Một lý thuyết hay giả thuyết

- Đối tượng, hệ thống, quá trình phản ánh lý thuyết đó

- Các thao tác lên đối tượng, hệ thống, quá trình theo một trình tự nhất định

và trong những điều kiện xác định

Từ các phân tích trên, TNVL là TN để nghiên cứu các hiện tượng, quá trìnhvật lý Kết quả của TNVL nhiều khi là các định luật, các ứng dụng kỹ thuật nhưngnhiều khi cũng chỉ để chứng minh một giả thuyết hoặc hình thành một giả thuyếtvật lí mới

1.4.1.2.Các đặc điểm của TNVL

Các điều kiện của TN phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định saocho thông qua TN, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyếthoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết

Các điều kiện của TN có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sựphụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi

Các điều kiện của TN phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ

sử dụng các thiết bị TN có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tíchthường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởngcủa các yếu tố khác

Đặc điểm quan trọng nhất của TN là có thể quan sát được các biến đổi củađại lượng nào đó do sự biến đổi của đại lượng khác

Có thể lặp lại được TN

1.4.1.3.Chức năng của TN trong dạy học vật lí

Theo quan điểm của lí luận nhận thức:

- TN là phương tiện của việc thu nhận tri thức.

- TN là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được

- TN là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

- TN là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí

Theo quan điểm của lý luận dạy học:

- TN có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của QTDH: Đềxuất 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 HS

- TN là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của HS

+ TN là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng,

- TN là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong DHVL

1.4.1.4.Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc

sử dụng TN trong dạy học vật lí

Để TN phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong DHVL thì việc sử dụng

TN phải tuân theo một số yêu cầu chung về mặt kĩ thuật và về mặt phương pháp dạyhọc sau:

- Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng TN phải làmột bộ phận hữu cơ của QTDH, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiếntrình nhận thức Trước mỗi TN, phải đảm bảo cho HS ý thức được sự cần thiết của

TN, hiểu rõ mục đích TN

- Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình TN

- Đảm bảo cho HS ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả cácgiai đoạn TN bằng cách giao cho HS thực hiện các nhiệm vụ cụ thể

- Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi TN trước giờ học, đảm bảo TN phải thành công(hiện tượng xảy ra quan sát được rõ ràng, kết quả đo có độ chính xác chấp nhậnđược).

- Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành TN phải tuân theo các qui tắc an

toàn

1.4.1.5.Vai trò của TNVL trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS

Theo quan niệm trên, TNVL có vai trò rất quan trọng trong QTDH vật lí Ởgiai đoạn định hướng mục tiêu nghiên cứu, TNVL được sử dụng để đề xuất vấn đềnghiên cứu, tạo điều kiện cho HS nhanh chóng tiếp cận mục tiêu nghiên cứu Việc

sử dụng TN để tạo tình huống có vấn đề là rất quan trọng đối với HS vì kết quả TNthường làm nảy sinh mâu thuẫn giữa kiến thức mới với các quan niệm sẵn có của

HS Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, TNVL cung cấp các số liệu thựcnghiệm và đó là cơ sở vững chắc nhất để khái quát hóa, quy nạp, kiểm tra tính đúngđắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic để hình thành kiến thức mới Trong giai đoạncũng cố kiến thức, kỹ năng của HS, TNVL có vai trò không những kiểm tra kiếnthức, kỹ năng, kỹ xảo mà còn đánh giá được khả năng tự lực, sáng tạo của HS trongquá trình TN

Theo quan điểm của lý luận nhận thức, TN là phương tiện của việc thu nhậntri thức, là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức và là phương tiện đểvận dụng tri thức thu được vào thực tiễn

Ngày nay, dạy học không chỉ truyền thụ cho HS các kiến thức, rèn luyện kỹnăng, kỹ xảo mà còn góp phần phát triển nhân cách cho HS một cách toàn diện Giờhọc có sử dụng TNVL làm cho HS hứng thú hơn trong học tập và quá trình thunhận thông tin của HS ngày càng tích cực, tự lực và sáng tạo hơn Như vậy, quátrình tiếp cận với các TNVL, dần dần xuất hiện trong HS sự ham muốn tìm hiểu,ham muốn nghiên cứu, xóa dần sự ngăn cách trong ý thức của HS giữa vật lí vàcuộc sống muôn màu muôn vẻ để tạo cho HS hứng thú nhận thức

TNVL là phương tiện cho phép tổ chức các hình thức làm việc tập thể khácnhau nhằm bồi dưỡng cho HS thói quen hợp tác trong lao động, trong nghiên cứu

khoa học và trung thực khi nhận thức một sự vật hiện tượng Hiện tương vật lí xảy

ra trong tự nhiên rất đa dạng và phong phú, đan xen nhau giữa các quá trình Do đó,

để nghiên cứu một hiện tượng, một quá trình nào đó, phương tiện có thể phản ánhđúng bản chất của sự vật hiện tượng một cách chính xác, trung thực và đơn giảnnhất là các TNVL vì chúng diễn tả các hiện tượng một cách đơn giản và kiểm soátđược các quá trình, giúp cho HS có các thông tin chân thật về hiện tượng vật lí

TN là phương tiện đơn giản hóa các hiện tượng, QTVL, làm bộc lộ nhữngnét đặc trưng của sự vật hiện tượng nghiên cứu, đặc biệt với những đối tượng khôngtri giác trực tiếp bằng các giác quan của con người tạo trực quan sinh động hỗ trợcho quá trình tư duy trừu tượng của HS

Tóm lại, TN đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình DHVL và có tácdụng lớn trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS Vì vậy, DHVL cầnphải gắn với TNVL TNVL không chỉ là nguồn tri thức, là phương tiện có nhiều sứcmạnh trong nghiên cứu vật lí, là tiêu chuẩn chân lí của các kiến thức về thế giới tựnhiên mà còn tạo ra yếu tố kích thích hứng thú, khuyến khích tính tích cực, tự giác

và sáng tạo của HS đồng thời cũng là một phương pháp dạy học sát với thực tế giáodục của Việt Nam: “Học đi đôi với hành, lí luận gắn với thực tiễn”

Tuy nhiên, không thể xây dựng đầy đủ các TN để tái tạo lại mọi hiện tượng,mọi quá trình xảy ra trong tự nhiên cho HS quan sát hoặc dựa vào đó để tổ chứchoạt động nhận thức cho HS Nguyên nhân chủ yếu là các hiện tượng tự nhiên xảy

ra phức tạp mà không thể đơn giản hóa được Một số hiện tượng lại xảy ra quánhanh, hoặc quá chậm, khó quan sát hoặc không quan sát được gây khó khăn choviệc thu thập số liệu chính xác Một số TN lại lại quá nguy hiểm không thể tiếnhành được trên giờ lên lớp… Chính vì vậy, việc áp dụng thành tựu của công nghệthông tin, mà trước hết là MVT để hỗ trợ TNVL là điều cần thiết và chắc chắn sẽmang lại hiệu quả cao hơn khi thực hiện các TN đó để tổ chức hoạt động nhận thứccho HS

1.4.2 TNA và TNMP trong dạy học vật lí [13]

1.4.2.1 Khái niệm mô phỏng

Theo từ điển tiếng Việt, mô phỏng là phỏng theo, lấy làm mẫu để tạo ra cái

gì đó

Trong đời sống, tùy thuộc vào hình thức xây dựng và sử dụng mà khái niệm

mô phỏng có thể hiểu theo một số quan điểm khác nhau như sau:

Mô phỏng là quá trình thiết kế một mô hình của một hệ thống thực và thựchiện thao tác với mô hình đó nhằm mục đích tìm hiểu về hoạt động của hệ thống

Mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu về đối tượng, hệ thống thực thôngqua mô hình của nó Mô phỏng còn là việc tiến hành nghiên cứu toàn bộ các quátrình liên quan tới việc xây dựng mô hình hệ thống và nghiên cứu hệ thống

Mô phỏng còn có thể là một chương trình tin học, sử dung thuật toán hoặc lýluận lôgic để tái tạo các đặc điểm chọn lọc của một hệ theo cách mà hiệu ứng do sựthay đổi giá trị các biến riêng biệt có thể quan sát được Thuật toán và lôgic phảiquan hệ cơ bản với hệ đang xét, và không chỉ dùng để chọn những quan sát khácnhau được chuẩn bị trước

Mô phỏng là một đối tượng hoặc hệ thống các đối tượng được tạo ra trênMVT mang đầy đủ các thuộc tính của một đối tượng hay hệ thống đối tượng thực

mà khi thao tác lên các đối tượng đó thì sẽ làm xuất hiện các thuộc tính bên trongtừng đối tượng hay mối quan hệ giữa các đối tượng đó Nhờ đó mà người nghiêncứu hiểu được đối tương riêng lẻ hoặc hệ thống đối tượng cần nghiên cứu

Vậy, có thể hiểu mô phỏng là sự trình bày một cách ngắn gọn, đơn giảnnhững yếu tố mấu chốt, cơ bản nhất của một sự kiện, sự vật, hoặc hiện tượng dựatrên các sự kiện, sự vật hoặc hiện tượng thực Mô phỏng là sự bắt chước các sự vậthoặc hiện tượng thực Việc mô phỏng đòi hỏi sự tái hiện gần như chính xác nhữngthuộc tính hoặc những quy luật cơ bản nhất của đối tượng thực cần nghiên cứu

1.4.2.2 Thí nghiệm mô phỏng

Từ các quan niệm trên, TN mô phỏng có thể được hiểu là việc trình bàynhững yếu tố cơ bản nhất của một TNVL tuân theo những quy luật vật lý, được xâydựng trên MVT từ các dụng cụ và đối tượng mô phỏng trên cơ sở các đối tượngthực Khi tiến hành TN trên các đối tượng mô phỏng đó sẽ thu được kết quả phù

hợp với các quy luật như trong các TN thực Do vậy, khi tiến hành TN này, HS cóthể khám phá được những thuộc tính, hay các mối quan hệ giữa các đối tượng.

1.4.2.3 Khái niệm ảo

Thuật ngữ “ảo” được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong toán học,vật lí học, trong công nghệ thông tin, trong khoa học xã hội…Theo từ điển tiếngViệt, “ảo” có nghĩa là một sự vật, một quá trình giống như thật nhưng không cóthật Trong vật lí học cũng đã tồn tại các từ ảo như vật ảo, ảnh ảo,…Ảnh ảo đượcđịnh nghĩa là ảnh của vật chỉ nhìn thấy, nhưng không hứng được trên màn

Trong quá trình phát triển của công nghệ thông tin, thuật ngữ ảo được sửdụng khá phổ biến như bộ nhớ ảo, đĩa ảo Đó là bộ nhớ, là đĩa không có thực mà chỉ

sử dụng một phần trên đĩa cứng có chức năng như là bộ nhớ thực, đĩa thực… Nhiềuphần mềm ứng dụng trong thực tiễn và giáo dục làm xuất hiện các khái niệm vănphòng ảo, lớp học ảo… tức là tạo ra môi trường làm việc như trên MVT

Qua một số phân tích trên, thuật ngữ “ảo” có thể được hiểu là toàn bộ môitrường, sự vật, hiện tượng…được tạo ra trên MVT như là môi trường làm việc thậtnhưng lại là không phải môi trường, sự vật và hiện tượng thật

Khái niệm TN ảo đã được xuất hiện trong hoàn cảnh như vậy

1.4.2.4 Thí nghiệm ảo

Cũng đã có những cách hiểu khác nhau xung quanh khái niệm TN ảo Ở đâychúng tôi chỉ đưa ra một số quan niệm như sau:

TN ảo là một dạng mô phỏng 3 chiều của thí nghiệm thực bằng MVT

TN ảo là một loại đa phương tiện, một loại phần mềm dạy học mô phỏng TN

về hiện tượng, QTVL, hóa học, sinh học… nào đó xảy ra trong tự nhiên hoặc trongphòng TN, được tạo ra bởi sự tích hợp các dữ liệu dạng số trên MVT, có khả năngtương tác với người sử dụng và có giao diện thân thiện với người sử dụng

TN ảo là các dụng cụ TN ảo, các đối tượng ảo như thực được tạo ra trongmôi trường ảo của MVT Khi tiến hành làm TN trên các đối tương ảo đó sẽ thuđược kết quả như trong TN thực

Như vậy, TN ảo có thể được hiểu là một dạng mô phỏng 3 chiều của TNthực bằng MVT về hiện tượng, quá trình nào đó xảy ra trong tự nhiên hoặc trongphòng TN nhờ sự tích hợp các tài nguyên số đa phương tiện dưới hình thức đốitượng học tập.

Nói ngắn gọn, TN ảo là TNVL tồn tại thực trong môi trường ảo do máy tínhtạo ra

Như vậy khi tiến hành TN ảo, HS vẫn có được những thao tác hợp lý, quansát được những hiện tượng xảy ra y như thật, ví dụ như quan sát được sự thay đổi

độ sáng của bóng đèn khi tăng cường độ dòng điện…

Về phương diện nào đó, có thể đồng nhất hai khái niệm TN mô phỏng với

TN ảo là một, bởi chúng là những sản phẩm của các phần mềm trên MVT và cùngchung mục đích là mô phỏng các TN thực xảy ra trong thế giới tự nhiên Các đốitượng hay hệ thống đối tượng đó đều mô phỏng các đối tượng thực trong thế giới tựnhiên Tuy nhiên hình thức mô phỏng là hoàn toàn khác nhau Các đối tượng trong

TN mô phỏng chỉ là kí hiệu, mô hình khác xa với đối tượng thực, Các đối tượng đóchỉ tạo ra được một “vi thế giới” chứ chưa tạo ra được một thế giới ảo Ngược lại,các đối tượng, các thiết bị, các dụng cụ trong TN ảo rất giống hoặc gần giống vớicác đối tượng, dụng cụ,…trong thực tế Chính vì vậy, sự phân biệt hai khái niệmTN

mô phỏng, TN ảo vẫn là cần thiết trong dạy học

1.4.3 Nguyên tắc sử dụng thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí [24], [26]

Nguyên tắc 1: Về sự kết hợp giữa nội dung thí nghiệm hiển thị và kịch bản sư phạm

Nội dung bài giảng, nội dung thực sự của thí nghiệm phải là sự kết hợp giữa nộidung thí nghiệm nhằm cung cấp thông tin và kịch bản sư phạm đã xây dựng nhằmbiến nội dung thông tin thành kiến thức Do đó, một thí nghiệm hay, đẹp đến mấynhưng nó có hợp lý hay không, có biến được lượng thông tin thành kiến thức haykhông là ở kịch bản sư phạm của GV

Nguyên tắc 2: Tập trung làm rõ, hướng dẫn cho học sinh quan sát hiện tượng chính

Các thí nghiệm muốn thu được nhiều số liệu, muốn dễ điều khiển, muốn đẹp thì

đa số đều chứa các liên kết, các bộ phận phức tạp Vì vậy GV phải làm rõ chủ đíchcủa từng bước thí nghiệm, làm rõ trọng tâm của thí nghiệm đó và đồng thời, qua đóhướng dẫn HS quan sát đúng theo mục đích giáo dục của thí nghịêm

Nguyên tắc 3: Tạo cơ hội cho học sinh tương tác với tài liệu, với thí nghiệm

Một sự nguy hiểm là đôi khi GV không kiểm soát được thí nghiệm và đồng thờicũng làm cho HS tiếp nhận một cách thụ động, bỏ mất cơ hội tương tác giữa HS –

GV và HS – thí nghiệm Đây là một tai hại cho quá trình giảng dạy Do đó GV cũngnhư người thiết kế các TNA cần nghiên cứu tìm ra hướng khắc phục Có thể khắcphục theo các hướng sau:

+ Thiết kế thí nghiệm và kịch bản sư phạm làm sao để người học cùng với GVtham gia vào xây dựng mô hình, nguyên tắc thí nghiệm

+ GV khuyến khích HS tham gia vào thí nghiệm bằng các câu hỏi hay các cuộcthảo luận về hiện tượng thí nghiệm, cải tiến thí nghiệm hay hơn, chính xác hơn

Nguyên tắc 4: Sự hòa hợp giữa ảo và thực

TNA là ảo chứ không thực, không thể thay thế được kinh nghiệm thực tiễn, do đókhông nên tuyệt đối hóa TNA Thí nghiệm thực và ảo đều có mặt mạnh, mặt yếukhác nhau, hai loại hình này hỗ trợ cho nhau rất hiệu quả nhưng không thể thay thếhoàn toàn cho nhau được Tùy điều kiện thực tế nên sử dụng loại nào, mức độ ra sao

để có hiệu quả sử dụng cao nhất

1.4.4 Khả năng sử dụng thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí [24], [26], [27]

Các TNMP và TNA có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn khác nhau của tiếntrình DHVL với các mục tiêu cụ thể nhằm đạt được kết quả cao nhất của bài dạyhọc Qua thực tiễn sử dụng các TNMP và các TNA chúng tôi thấy rằng các TNMP

và TNA không thể thay thế hoàn toàn cho thí nghiệm thực Tuy nhiên, nếu sử dụnghợp lý chúng thì sẽ khai thác được những thế mạnh của các thí nghiệm này mà cácthí nghiệm thực rất khó hoặc đôi khi không thể thực hiện được Một số khả năng sửdụng chúng trong DHVL ở trường THCS như sau:

– Nêu sự kiện khởi đầu, đưa ra tình huống có vấn đề, hình thành nhu cầu nhận

thức tri thức mới cho người học;

– Giới thiệu chức năng, cách thức sử dụng các linh kiện, thiết bị thí nghiệm; – Hình thành và rèn luyện kĩ năng thiết kế thí nghiệm cho HS;

1.4.4.2 Giới thiệu chức năng, cách thức sử dụng các linh kiện, thiết bị thí nghiệm

Nhờ các thiết bị trình chiếu, GV có thể sử dụng các linh kiện ảo để giới thiệu cho

HS các linh kiện thí nghiệm, các chi tiết kỹ thuật Trong nhiều trường hợp việc sửdụng các linh kiện, thiết bị ảo như là một giải pháp tối ưu nhất Thế mạnh của cácđối tượng ảo chính là tính tương tác GV có thể giới thiệu về đối tượng khôngnhững ở trạng thái tĩnh mà cả ở trạng thái động nhờ tính tương tác khi thay đổi cácđiều kiện của thí nghiệm, các thông số kỹ thuật của đối tượng

1.4.4.3 Góp phần hình thành và rèn luyện kĩ năng thiết kế thí nghiệm cho học sinh

Hình thành và rèn luyện kĩ năng thiết kế thí nghiệm cho HS là một trong nhữngmục tiêu quan trọng của DHVL Trong thực tế dạy học thì phần lớn GV chưa chútrọng đến mục tiêu này Một trong những nguyên nhân đó là sự thiếu thốn về cơ sởvật chất thiết bị thí nghiệm, khó khăn trong việc tổ chức lớp học cũng như hạn chế

về thời gian Những phương án thí nghiệm mà HS đưa ra thông thường không đúngngay hoặc chưa tối ưu, thậm chí còn dẫn đến sai hỏng thiết bị hoặc gây ra sự cốnguy hiểm Trong tình huống này thì các TNMP và TNA thật sự phát huy thế mạnh

1.4.4.4 Hỗ trợ thí nghiệm thực

Trong trường hợp có thể làm thí nghiệm thực thì các TNMP và TNA cũng có thểđược sử dụng để trực quan hoá thí nghiệm thực, khắc sâu những chi tiết, những sựkiện quan trọng của thí nghiệm thực Trong nhiều trường hợp, sau khi thực hiện thí

nghiệm thực GV có thể thực hiện TNMP và TNA với các thông số đầu vào khácnhau để củng cố thêm những kết luận rút ra từ thí nghiệm thực Trong tình huốngnày, thế mạnh của TNMP và TNA về khả năng lưu trữ, xử lư số liệu nhanh và chínhxác, trình bày kết quả một cách trực quan

số đại lượng và cho các đại lượng khác biến thiên để làm nổi bật sự phụ thuộc giữacác đại lượng VL

1.4.5 Khả năng ứng dụng TNMP, TNA vào các giai đoạn của PPTN trong dạy học vật lí [24]

Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí bao gồm 5 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 logic để rút ra hệ quả có thể kiểm tra được bằng thínghiệm

– Xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả đã rút ra Nếukết quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân thực, nếukhông phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới

– Ứng dụng kiến thức

Như vậy, thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối củaPPTN, ngoài ra ta có thể sử dụng thí nghiệm ở giai đoạn củng cố kiến thức Ở giaiđoạn đầu, đa số các thông tin về đối tượng cần nghiên cứu thường được thu nhậntrong các thí nghiệm Đặc biệt ở giai đoạn cuối của PPTN, việc kiểm tra tính đúngđắn của hệ quả phải thông qua việc xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm đểnghiên cứu một hiện tượng

Vì vậy ở giai đoạn định hướng mục đích nghiên cứu, có thể sử dụng TNMP vàTNA để đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, để tạo tình huống có vấn đề Do kết quả củathí nghiệm có thể mâu thuẫn với kiến thức đã biết, với kinh nghiệm sẵn có hoặc tráingược với sự chờ đợi của HS nên nó tạo ra nhu cầu, hứng thú tìm tòi kiến thức mớicủa HS Khi nhận thức của các em trở thành nhu cầu thì trong ý thức mới xuất hiệnđộng cơ thúc đẩy HS hành động Nghĩa là HS tích cực, tự lực, sáng tạo và phát hiệnvấn đề về những đặc điểm, tính chất hay mối quan hệ mới đáng chú ý cần phảinghiên cứu

Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, có thể sử dụng TNMP và TNA kiểm tratính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả logic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất Đôikhi các phương án thí nghiệm do HS đề xuất thường không phù hợp với điều kiệnthực tiễn đặc biệt là các dụng cụ thí nghiệm, các mô hình hiện có trong phòng thínghiệm của nhà trường GV có thể xây dựng các TNMP và TNA hay các mô hìnhtrên máy vi tính, từ đó giúp HS tiến hành các phương án thí nghiệm ngay trên lớp

HS sẽ cảm thấy hứng thú, tích cực, tự lực trong học tập Các kiến thức và kĩ năng

HS thu được sẽ sâu sắc, vững chắc hơn, năng lực sáng tạo được phát triển tốt hơn

TNA và TNMP về nguyên tắc không thể thay thế được TN thực trong QTDH Tuy nhiên đây là một trong các giải pháp ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật lí rất hiệu quả đang được nhiều nước sử dụng.

Trước hết, TNA và TNMP giúp GV và HS tiến hành TN một cách chủ động

và rất tiện lợi trong quá trình tự học của HS vì không phải vào phòng TN Các TN

đó có thể thực hiện ngay trên lớp học, trong giờ ngoại khóa, ở thư viện, ở nhà…

Để thực hiện TN, GV và HS không mất nhiều thời gian chuẩn bị như khithực hiện TN thực ở phòng TN Tất cả các TN đều bảo đảm thành công ngay Tínhthân thiện của các TNA và TNMP được thiết kế ngày càng phù hợp với người sửdụng

Việc sử dụng TNA và TNMP tỏ ra rất có hiệu quả trong các điều kiện thiếutrang thiết bị TN; Các thiết bị TN đắt tiền, dễ hỏng, các thiết bị nguy hiểm; Các TN

mà thời gian quan sát quá dài hoặc quá ngắn, khó quan sát, Các TN mà rất khó thựchiện thành công…

Đối với GV, TNA và TNMP có thể được sử dụng trong các giai đoạn khácnhau của QTDH Trong đó, TNMP có tác dụng tạo ra các tình huống có vấn đề Đốivới HS, TNMP tạo được hứng thú trong quá trình học tập Qua TN, HS quan sátđược các hiện tượng vật lí thỏa mãn nhu cầu tìm hiểu của họ

TNMP và TNA góp phần giúp HS phát triển tư duy sáng tạo Một số TNAgiúp HS có thể tự lắp ráp theo ý tưởng của mình, đề ra các phương án khác nhauhoặc tiến hành nhiều lần với cùng một TN Từ đó HS có thể rút ra được những kếtluận cần thiết, hoàn thiện tư duy, điều chỉnh được những quan niệm sai lệch của họ

Hệ thống MVT với thiết bị Multimedia cho phép truy cập không giới hạn vànhanh chóng vào các thư viện dữ liệu, đặc biệt là các TN mô phỏng HS có thể làmviệc với thế giới mô phỏng trong thời gian tùy ý và số lần lặp lại không hạn chế

Hiện nay, có rất nhiều phần mềm thiết kế với mục đích tạo ra TNA hoặcTNMP như Java, Macromedia Flash… Các phần mềm này được lập trình tạo choMVT một khả năng biểu diễn dưới các hình ảnh động và cũng là một công cụ để môphỏng các hiện tượng, các QTVL Khi có một bài toán cụ thể mô tả một hiện tượng,một QTVL, bằng cách lập trình theo ngôn ngữ của phần mềm, bài toán sẽ cho kếtquả như một TN mà các quá trình, hiện tượng chính là các đại lượng đã biết hoặccần tìm thỏa mãn điều kiện của bài toán theo một mục đích chủ quan của người sửdụng

Với sự phát triển cao của công nghệ thông tin, các phần mềm ứng dụng ngàycàng linh hoạt Một trong những hướng nghiên cứu phần mềm sử dụng cho dạy học

là xây dựng các TNA, TNMP.Tuy nhiên, khi sử dụng các TN dạng này cần tạo raniềm tin khoa học cho HS vì có đôi khi HS cho rằng đó là những kết quả mang tính

ảo thuật hoặc kĩ xảo mà không phải hiện tượng đúng như thực tế xảy ra Do đó, cầntiến hành phổ biến tin học trong nhà trường nhằm hình thành cho các em nhận thức

về nguyên lý hoạt động của phần mềm, để từ đó tạo niềm tin cho các em vào những

gì diễn ra trên MVT là sự phản ánh quy luật tự nhiên

Ở đây chúng tôi trình bày một số khả năng sử dụng chúng trong dạy học vật

lý ở trường THCS như sau:

- Nêu sự kiện khởi đầu, đưa ra tình huống có vấn đề, hình thành nhu cầunhận thức tri thức mới cho người học:

Để mở đầu cho việc dạy tri thức mới cho HS, GV có thể sử dụng TN môphỏng, TN ảo để nêu sự kiện khởi đầu Ưu điểm của việc sử dụng TN ảo, TN môphỏng ở giai đoạn này là tiết kiệm thời gian, hiện tượng vật lí cần nghiên cứu xuấthiện rõ ràng giúp HS dễ dàng quan sát Với những câu hỏi được chuẩn bị kỹ càngcủa GV có thể làm xuất hiện tình huống có vấn đề và làm xuất hiện nhu cầu nhậnthức cho HS

- Hình thành và rèn luyện kỹ năng thiết kế TN cho HS:

Hình thành và rèn luyện kỹ năng thiết kế TN cho HS là một trong nhữngmục tiêu quan trọng của dạy học vật lý Trong thực tế dạy học thì phần lớn GV chưachú trọng đến mục tiêu này Một trong những nguyên nhân đó là sự thiếu thốn về cơ

sở vật chất thiết bị TN, khó khăn trong việc tổ chức lớp học cũng như hạn chế vềthời gian Những phương án TN mà HS đưa ra thông thường không đúng ngay hoặcchưa tối ưu, thậm chí còn dẫn đến sai hỏng thiết bị hoặc gây ra sự cố nguy hiểm.Trong tình huống này thì các TN mô phỏng, các TN ảo thật sự phát huy thế mạnh

- Giới thiệu chức năng, cách thức sử dụng các linh kiện, thiết bị TN:

Nhờ các thiết bị trình chiếu, GV có thể sử dụng các linh kiện ảo để giới thiệucho HS các linh kiện TN, các chi tiết kỹ thuật Trong nhiều trường hợp việc sử dụngcác linh kiện, thiết bị ảo như là một giải pháp tối ưu nhất Thế mạnh của các đốitượng ảo chính là tính tương tác GV có thể giới thiệu về đối tượng không những ởtrạng thái tĩnh mà cả ở trạng thái động nhờ tính tương tác khi thay đổi các điều kiệncủa TN, các thông số kỹ thuật của đối tượng

- Hỗ trợ TN thực:

Trong trường hợp có thể làm TN thực thì các TN mô phỏng, các TN ảo cũng

có thể được sử dụng để trực quan hoá TN thực, khắc sâu những chi tiết, những sựkiện quan trọng của TN thực Trong nhiều trường hợp, sau khi thực hiện TN thực

GV có thể thực hiện TN ảo, TN mô phỏng với các thông số đầu vào khác nhau đểcủng cố thêm những kết luận rút ra từ TN thực Trong tình huống này, thế mạnh của

TN ảo về khả năng lưu trữ, xử lý số liệu nhanh và chính xác, trình bày kết quả mộtcách tính trực quan được chú trọng khai thác

- Mở rộng và khắc sâu kiến thức:

Các TN mô phỏng, các TN ảo còn được sử dụng khi củng cố bài học nhằm

mở rộng và khắc sâu kiến thức mà HS đã tham gia xây dựng và lĩnh hội được Ởkhâu này thì các TN ảo tỏ ra có ưu thế so với các TN thực ở chỗ có thể tiến hànhnhiều lần TN với các thông số khác nhau nhưng không mất nhiều thời gian Khi sửdụng TN ảo để củng cố, khắc sâu kiến thức cần chú ý cho HS thực hiện TN khi cốđịnh một số đại lượng và cho các đại lượng khác biến thiên để làm nổi bật sự phụthuộc giữa các đại lượng vật lí

1.5 Phương pháp soạn thảo tiến trình dạy học một kiến thức vật lí cụ thể theo phương pháp thực nghiệm [28]

1.5.1 Xác định một mục tiêu dạy học của một kiến thức vật lí

Nêu được kiến thức cần giảng dạy, vận dụng được kiến thức để giải được một số bàitoán hoặc ứng dụng kiến thức trong đời sống hằng ngày

HS có kỹ năng tự thiết kế và làm thí nghiệm một cách thành thạo hoặc có thể sửdụng thành thạo máy vi tính để thiết kế một số TNA, TNMP để hỗ trợ cho việc họctập của mình

1.5.2 Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức vật lí cụ thể

Để thiết kế phương án dạy học một kiến thức cụ thể thì trước hết phải phân tích cấutrúc nội dung, tìm hiểu xem có thể chia nội dung kiến thức của bài học thành nhữngđơn vị kiến thức nào? Mỗi đơn vị kiến thức sẽ được xây dựng tiến trình nhận thứcnhư thế nào? Lập sơ đồ tiến trình xây dựng mỗi đơn vị kiến thức

1.5.3 Lựa chọn các phương tiện và đồ dùng dạy học

Để dạy học theo tiến trình nhận thức khoa học thì vai trò của thiết bị dạy học rấtquan trọng Các thiết bị dạy học chủ yếu là các thiết bị thí nghiệm Trong tiến trìnhxây dựng kiến thức cần những dụng cụ thí gì nghiệm? Một số trường hợp dụng cụ