Thiết kế tiến trình dạy học theo phương pháp thực nghiệm bài định luật II newtơn sách giáo khoa vật lí 10 nâng cao

Để hiểu rõ nội dung, ý nghĩa của những kiến thức đó thì tốt nhất là cho học sinh tái tạo lại những kiến thức đó bằng chính phương pháp mà các nhà Vật lý học đã dùng trong nghiên cứu vật

Lời cảm ơn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Tạ Tri Phương đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong tổ phương pháp, các thầy cô trong khoa Vật lý đã giúp đỡ, chỉ bảo và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập nghiên cứu tại trường

Em xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong suốt thời gian qua

Mục lục

Trang

Lời cảm ơn 1

Mục lục 2

Mở đầu 4

1 Lý do chọn đề tài 4

2 Mục đích nghiên cứu 5

3 Đối tượng nghiên cứu 6

4 Giả thuyết khoa học 6

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 6

6 Phương pháp nghiên cứu 6

7 Cấu trúc luận văn 6

Nội dung Chương 1 Những cơ sở lý luận của phương pháp thực nghiệm 7

1.1 Quá trình nhận thức Vậtt lý và sự ra đời của PPTN 7

1.2 Nội dung của PPTN trong nghiên cứu khoa học và trong dạy học Vật lý 8

1.3 Vai trò của PPTN trong nghiên cứu khoa học và trong dạy học Vật lý 10

1.4 Rèn luyện cho học sinh phổ thông sử dụng PPTN 12

1.5 Rèn luyện cho học sinh hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN 14

1.6 Thí nghiệm vật lý 17 1.7 Thực tiễn việc sử dụng PPTN trong dạy học vật lý ở trường phổ thông 19

Chương 2 Thiết kế tiến trình dạy học bài “Định luật II NiuTơn” theo

PPTN 21

2.1 Nội dung kiến thức về định luật II NiuTơn 21

2.2 Phương pháp trình bày định luật II NiuTơn cho học sinh phổ thông 22

2.3 Các phương án thí nghiệm kiểm chứng định luật II NiuTơn 23

2.4 Thiết kế tiến trình dạy học bài “Định luật II NiuTơn” theo PPTN 30

2.5 Kết luận chương 2 39

Kết luận chung 41

Tài liệu tham khảo 43

Phụ lục 44

đó của xã hội thì ngành Giáo Dục phải nhanh chóng làm một cuộc cách mạng toàn diện và sâu sắc, đó là cuộc cách mạng về mục tiêu giáo dục về chương trình, hệ thống đào tạo, nội dung SGK, đặc biệt là về phương pháp giảng dạy, học tập và hình thức tổ chức dạy học

Nghị quyết Hội nghị BCH TW ĐCSVN lần thứ 4 khoá VII khẳng định: “Đổi mới phương pháp dạy học ở tất cả các cấp học, bậc học, kết hợp tốt học với hành, học tập với lao động sản xuất, nghiên cứu khoa học và thực nghiệm, gắn nhà trường với xã hội Áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy, sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề”

Triển khai nghị quyết của Đảng trong những năm gần đây,ngành giáo dục đã phát động phong trào đổi mới phương pháp dạy học một cách sâu rộng trong toàn ngành Đổi mới phương pháp dạy học là tìm ra con đường, những cách thức mới giúp người học tự lực, tích cực thu nhận tri thức, kỹ năng cơ bản phát triển ở họ năng lực sáng tạo Một trong những con đường đó là bồi dưỡng cho học sinh các phương pháp nhận thức khoa học

Trong thực tế việc dạy và học vật lý ở trường phổ thông còn nhiều vấn đề bất cập, đó là tình trạng giáo viên truyền đạt kiến thức theo lối thuyết trình, thông báo,

ít làm thí nghiệm, dẫn đến học sinh tiếp thu kiến thức một cách thụ động, thừa

nhận, bắt trước theo khuân mẫu đã có, mà không phát triển được khả năng tư duy sáng tạo

Vật lý học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lý thực nghiệm, những kiến thức vật lý được xây dựng lên đều dựa vào thí nghiệm hoặc được kiểm tra lại bằng thí nghiệm Để hiểu rõ nội dung, ý nghĩa của những kiến thức đó thì tốt nhất là cho học sinh tái tạo lại những kiến thức đó bằng chính phương pháp mà các nhà Vật lý học đã dùng trong nghiên cứu vật lý, nghĩa là phương pháp thực nghiệm Trong phương pháp thực nghiệm có hai giai đoạn đòi hỏi học sinh phải có suy nghĩ sáng tạo và với cách tổ chức, hướng dẫn thích hợp của giáo viên thì học sinh có khả năng thực hiện được hoạt động sáng tạo đó

Như vậy, áp dụng phương pháp thực nghiệm (PPTN) vào dạy học sẽ đồng thời thực hiện được cả hai mục tiêu: vừa giúp học sinh nắm vững kiến thức, vừa bồi dưỡng cho học sinh năng lực sáng tạo

Với mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu và vận dụng PPTN vào dạy học vật lý nhằm đưa học sinh vào vị trí chủ thể hoạt động nhận thức, bằng hoạt động tự lực của mình mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển năng lực sáng tạo, góp phần nâng cao chất lượng hiệu quả dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông, chúng tôi chọn đề tài:Thiết kế tiến trình dạy học bài: Định luật II NiuTơn theo phương pháp thực nghiệm SGK Vật lý 10 Nâng cao

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng những quan điểm lý luận hiện đại về dạy học để thiết kế và tổ chức dạy học một số định luật vật lý Cho học sinh tự lực hoạt động nhận thức theo PPTN Góp phần nâng cao chất lượng và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

3 Đối tượng nghiên cứu

Quá trình dạy học bài "Định luật II NiuTơn" SGK Vật lý 10 Nâng Cao theo PPTN

4 Giả thuyết khoa học

Nếu việc tổ chức dạy học được tiến hành theo các giai đoạn của PPTN thì sẽ

có tác dụng kích thích hứng thú học tập vật lý, phát huy tính tích cực, tự lực, nâng cao chất lượng kiến thức và phát triển năng lực hoạt động sáng tạo của học sinh

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu việc vận dụng PPTN trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

và ảnh hưởng của nó đến việc nâng cao chất lượng học tập và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

- Nghiên cứu các phương án thí nghiệm kiểm tra định luật II NiuTơn

- Soạn thảo tiến trình dạy học bài " Định luật II NiuTơn" theo hướng rèn luyện cho học sinh hoạt động sáng tạo trong học tập bằng PPTN

Chương1:

NHữNG CƠ Sở Lý LUậN

CủA PHƯƠNG PHáP THựC NGHIệM

1.1 Quá trình nhận thức Vật lý và sự ra đời của PPTN

Trong thời cổ đại, chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học thì mục đích của nó là tìm hiểu và giải thích thiên nhiên một cách toàn bộ mà chưa đi vào trong lĩnh vực cụ thể Nhiều nhà hiền triết cho rằng có thể dùng sự suy lý, sự tranh luận

để tìm ra chân lý Một đại biểu tiêu biểu của nền khoa học cổ đại là Aristot

(394-322 TCN)

Về sau, khoa học phát triển theo hai hướng: duy vật và duy tâm Hai trào lưu

đó đấu tranh với nhau trong một thời gian dài khoảng gần hai nghìn năm, nhưng phương pháp đấu tranh vẫn chỉ là suy lý và tranh luận nên không phân thắng bại Cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất mở đầu bằng phát kiến vĩ đại của Copecnic (1473-1543) về thuyết Nhật tâm Cuộc đấu tranh bảo vệ cho hệ Nhật tâm

đòi hỏi những phép chứng minh dựa vào quan sát, thực nghiệm, có thể kiểm tra

được trong thực tiễn nhằm thuyết phục con người Vật lý học thực nghiệm, Vật lý học chân chính thay thế cho Vật lý học của Arixtot ra đời và được người đọc coi là

ông tổ của khoa học này là Galilê

Galilê cho rằng muốn nhận thức được thiên nhiên thi phải quan sát thiên nhiên, phải làm thí nghiệm và theo cách nói của ông, phải “hỏi thiên nhiên” và

“phải để thiên nhiên phán xét” khi chúng ta tranh luận về thiên nhiên Trước một hiện tượng tự nhiên cần tìm hiểu, Galilê bắt đầu bằng quan sát (trong tự nhiên hay trong các thí nghiệm) để xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đưa ra một cách giải thích lý thuyết có tính chất dự đoán Từ lý thuyết đó, ông rút ra những kết luận có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm Sau đó ông bố trí thí nghiệm thích hợp, tạo

điều kiện thí nghiệm và phương tiện thí nghiệm tốt nhất để có thể đạt được kết quả

chính xác tin cậy được Cuối cùng ông đối chiếu kết quả thu được bằng thực nghiệm với lý thuyết ban đầu và ứng dụng các kết quả vào thực tiễn

Phương pháp của Galilê có tính hệ thống, tính khoa học, có chức năng nhận thức luận, tổng quát hoá về mặt lý thuyết những sự kiện thực nghiệm và phát hiện

ra bản chất của sự vật hiện tượng Galilê chưa tổng kết được phương pháp khoa học của mình Về sau, các nhà khoa học khác đã kế thừa phương pháp đó và xây dựng cho nó ngày một hoàn chỉnh hơn Nhờ PPTN đó mà trong nhiều thế kỷ sau, vật lý học đã tiến được những bước tiến lớn và còn thâm nhập vào nhiều ngành khoa học

tự nhiên khác

1.2 Nội dung của phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học và trong dạy học vật lý

1.2.1 Trong nghiên cứu khoa học

Từ phương pháp nghiên cứu của Galilê, Spaski đã khái quát nên thực chất của PPTN như sau: Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết Giả thuyết đó không chỉ đơn giản là sự tổng quát hoá các thí nghiệm đã làm, nó chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể Bằng phép suy luận logic và bằng toán học, nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó

mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới trước đó chưa biết đến Những hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng thực nghiệm mà kiểm tra lại được Nếu sự kiểm tra đó thành công nó khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết và khi đó giả thuyết được coi là một định luật vật lý chính xác

PPTN đã thể hiện một quan điểm mới mẻ, sâu sắc về nhận thức tự nhiên, nhận thức chân lý Nhà bác học NiuTơn 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 2: Bao giờ cũng quy những hiện tượng như nhau về cùng một nguyên nhân

Quy tắc 3: Tính chất của tất cả các 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 mọi vật nói chung

Quy tắc 4: Bất kỳ khẳng định nào rút ra từ thực nghiệm, bằng phương pháp quy nạp đều là đúng chừng nào chưa có những hiện tượng khác giới hạn hoặc mâu thuẫn với khẳng định đó

Với phương pháp và tư tưởng nói trên, NiuTơn đã đạt được những thành tựu rực rỡ trong nghiên cứu khoa học và ảnh hưởng sâu sắc đến toàn bộ sự phát triển của vật lý học trong những thế kỷ sau

Trong toàn bộ quá trình đi tìm chân lý thì phải phối hợp cả xây dựng lý thuyết

và kiểm tra bằng thực nghiệm Vì vậy, PPTN có thể hiểu theo nghĩa hẹp, đó là: Từ

lý thuyết đã biết, suy ra hệ quả và dùng thí nghiệm để kiểm tra hệ quả Nhà vật lý thực nghiệm không nhất thiết phải tự mình xây dựng giả thuyết mà giả thuyết đó đã

có người đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được Nhiệm vụ của nhà vật lý thực nghiệm lúc này là từ giả thuyết đã có suy ra một hệ quả có thể kiểm tra được và tìm cách bố trí thí nghiệm khéo léo tinh vi để quan sát được hiện tượng do lý thuyết dự đoán và thực hiện các phép đo chính xác

1.2.2 Trong dạy học vật lý

Thực chất của PPTN trong dạy học vật lý là giáo viên tổ chức tình huống dạy học và hướng dẫn hoạt động nhận thức của học sinh tương tự như các nhà khoa học

sử dụng PPTN trong quá trình sáng tạo khoa học nhằm giúp phát huy tính tích cực,

tự giác, tính sáng tạo của hoạt động học tập, nhờ đó học sinh chiếm lĩnh được kiến thức, kỹ năng một cách sâu sắc đồng thời phát triển được năng lực sáng tạo của học sinh Muốn vậy giáo viên phải tổ chức cho học sinh hoạt động theo các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Giáo viên 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 xác lập một mối quan hệ nào đó, tóm lại là nêu lên một câu hỏi mà học sinh chưa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời được (Giai đoạn làm xuất hiện vấn đề)

Giai đoạn 2: Giáo viên hướng dẫn, gợi ý cho học sinh xây dựng một câu trả lời dự đoán ban đầu, dựa vào quan sát tỷ mỉ kỹ lưỡng, vào kinh nghiệm bản thân, vào những kiến thức đã có…(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 xây dựng dự đoán hay còn gọi là xây dựng giả thuyết )

Gai đoạn 3: Từ giả thuyết dùng suy luận logic hay suy luận toán học suy ra một hệ quả: Dự đoán một hiện tượng trong thực tiễn, một mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý

Giai đoạn 4: Xây dựng và thực hiện một phương án thí nghiệm để kiểm tra xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp với kết quả thực nghiệm hay không Nếu phù hợp thì giả thuyết trên trở thành chân lý, nếu không phù hợp thì phải xây dựng giả thuyết mới

Giai đoạn 5: ứng dụng kiến thức Học sinh vận dụng kiến thức để giải thích hay dự đoán một số hiện tượng trong thực tiễn, để nghiên cứu các thiết bị kỹ thuật Thông qua đó trong một số trường hợp, sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mới cần được giải quyết

1.3 Vai trò của PPTN trong nghiên cứu khoa học và trong dạy học vật lý 1.3.1 PPTN trong nghiên cứu khoa học

Vào thế kỷ 17, Galilê xây dựng được PPTN áp dụng cho nghiên cứu vật lý, đã

đưa vật lý trở thành ngành khoa học độc lập Trước đó, người ta chỉ tranh cãi với nhau về tự nhiên bằng lý luận xuông theo sự suy luận của từng người, không có căn

cứ khách quan chắc chắn PPTN do Galilê khởi xướng và nhiều nhà khoa học sau

đó đã hoàn thiện, đã cho ta một phương pháp nghiên cứu tự nhiên, cho phép ta khám phá được những tính chất, những quy luật khách quan phổ biến của tự nhiên, một phương pháp tiếp cận với chân lý khách quan sâu sắc

PPTN không đơn thuần chỉ là làm thí nghiệm tác động vào tự nhiên để làm bộc lộ những tính chất của tự nhiên dưới dạng những dấu hiệu quan sát được mà còn là sự kết hợp với những suy luận của con người để rút ra những kết luận có ý nghĩa khái quát, nêu được bản chất của sự vật hiện tượng PPTN không chỉ là sự tập hợp những điều quan sát được trong tự nhiên mà còn là phương pháp sáng tạo khoa học, xây dựng những kiến thức mới để phản ánh tự nhiên dưới dạng khái quát Nhờ

có PPTN mà Vật lý học trong ba thế kỷ đã đạt được những thành tựu vĩ đại giúp con người cải tạo tự nhiên, phát triển sản xuất, nâng cao năng suất lao động tạo ra của cải vật chất cho đời sống con người

Có thể nói, các phương pháp nghiên cứu khoa học khác cũng đều phải kết hợp với PPTN mới có thể khẳng định được tính đúng đắn, chân thực những kết luận thu

được

1.3.2 PPTN trong dạy học vật lý

Vật lý học ở trường THPT chủ yếu là vật lý thực nghiệm Những kiến thức vật

lý được xây dựng lên đều dựa vào thí nghiệm hoặc được kiểm tra bằng thí nghiệm

Để hiểu rõ nội dung, ý nghĩa của những kiến thức đó thì tốt nhất là cho học sinh tái tạo lại những kiến thức đó bằng chính phương pháp mà các nhà vật lý học đã dùng trong nghiên cứu vật lý, tức là phương pháp thực nghiệm

PPTN là một trong những phương pháp được chú ý để phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, vì trong quá trình áp dụng PPTN có hai giai đoạn đòi hỏi học sinh phải có suy nghĩ sáng tạo và cách tổ chức, hướng dẫn thích hợp của giáo viên thì học sinh có khả năng thực hiện hoạt động sáng tạo đó

Như vậy áp dụng PPTN vào dạy học sẽ đồng thời thực hiện được cả hai mục tiêu: vừa giúp học sinh nắm vững kiến thức vừa bồi dưỡng được cho học sinh năng lực sáng tạo

1.4 Rèn luyện cho học sinh phổ thông sử dụng PPTN

1.4.1 Sự khác nhau giữa hoạt động nhận thức của nhà khoa học và hoạt động nhận thức của học sinh

- Nhà khoa học phải tìm ra cái mới, giải pháp mới mà trước đây loài người chưa hề biết đến Còn học sinh thì tìm lại cho bản thân mình cái mà loài người đã biết

- Về thời gian, nhà khoa học có thể để nhiều năm, nhiều tháng, thậm chí cả cuộc đời để tìm ra một định luật, một chân lý Còn học sinh thì chỉ có 45phút trên lớp hay có khi chỉ 15phút, nửa giờ

- Nhà khoa học có đầy đủ thiết bị thí nghiệm, máy móc tinh vi Còn học sinh ở trường phổ thông chỉ có những dụng cụ sơ sài, đơn giản

- Điều đặc biệt quan trọng, hoạt động khoa học là hoạt động sáng tạo, nhà khoa học thực hiện một bước nhảy vọt trong quá trình nhận thức tự nhiên Cơ chế của hoạt động sáng tạo diễn ra trong óc con người là còn chưa được rõ Việc rèn luyện cho học sinh sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý ở trường phổ thông là nhằm vào mục đích giúp học sinh "làm quen với cách suy nghĩ và làm việc khoa học, tạo ra những yếu tố ban đầu của hoạt động sáng tạo"

1.4.2 Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng PPTN

a Thiết kế tiến trình dạy học một bài học vật lý theo các giai đoạn của PPTN Vật lý.

Giáo viên phải suy nghĩ để thiết kế tiến trình dạy học kiến thức mới sao cho học sinh hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN Tạo điều kiện giúp học sinh tập luyện để quen dần với phương pháp hoạt động sáng tạo Tuy nhiên không

phải bài học vật lý nào cũng phải thiết kế đầy đủ các giai đoạn của PPTN mà tuỳ nội dung từng bài cụ thể hoặc từng phần của bài, cần vận dụng một cách sáng tạo

để đạt được hiệu quả thực sự

b Xây dựng tình huống có vấn đề - tạo không khí học tập thuận lợi

Giáo viên phải dành thời gian gia công sư phạm để xây dựng tình huống có vấn đề, tạo mâu thuẫn nhận thức, động cơ, hứng thú đi tìm cái mới Mặt khác, cần tạo ra không khí lớp học thuận lợi ủng hộ những ý kiến có vẻ "trái ngược" thảo luận, tranh luận cởi mở về những kết quả thu được trong hoạt động học tập tự lực của học sinh

c Tổ chức các hình thức hoạt động đa dạng trong giờ học

Hoạt động theo nhóm nhỏ, trao đổi, tranh luận trên lớp, hoạt động cá nhân theo phiếu học tập

d Lựa chọn và cung cấp cho học sinh những phương tiện, công cụ cần thiết để thực hiện các hành động học tập tự lực

Trong dạy học, giáo viên là người chủ động lựa chọn logic nội dung bài học,

tự lường trước những phương tiện công cụ cần dùng Thiếu những phương tiện công

cụ đó thì bài học không tiến hành được và học sinh không hoạt động được

e Cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức vật lý khác

Khi rèn luyện cho học sinh sử dụng PPTN, trong nhiều trường hợp trên tuyến chính của PPTN cần thiết phải để cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức khác như : Phương pháp phân tích- tổng hợp, phương pháp tương tự, phương pháp mô hình…để tăng hiệu quả dạy học và hiệu quả của chính việc sử dụng PPTN

f Xác định và lựa chọn các mức độ thích hợp, yêu cầu học sinh tự lực thực hiện các giai đoạn của PPTN

Để rèn luyện cho học sinh sử dụng PPTN có hiệu quả, giáo viên cần cân nhắc

để đưa ra các mức độ yêu cầu học sinh tự lực hoạt động thật thích hợp

1.5 Rèn luyện cho học sinh hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN Những bài học mà học sinh có thể tham gia đầy đủ vào cả năm giai đoạn của PPTN là không nhiều Đó là những bài mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự phân tích quá phức tạp và có thể kiểm tra giả thyết bằng những thí nghiệm

đơn giản sử dụng những dụng cụ đo lường mà học sinh đã quen thuộc

Trong nhiều trường hợp, học sinh gặp khó khăn không thể vượt qua được thì

có thể sử dụng PPTN ở các mức độ khác nhau, thể hiện ở mức độ học sinh tham gia vào các giai đoạn của PPTN

1.5.1 Giai đoạn 1: Làm xuất hiện vấn đề

Mức độ 1: Học sinh tự phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi Giáo viên giới thiệu hiện

tượng xảy ra đúng như thường thấy trong tự nhiên để cho học sinh tự lực phát hiện những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý cần nghiên cứu

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

hiện tượng mới lạ, lôi cuốn sự chú ý của học sinh, gây cho họ sự ngạc nhiên, sự tò

mò Từ đó, học sinh nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải đáp

Mức độ 3: Giáo viên nhắc lại một vấn đề, một hiện tượng đã biết và yêu cầu

học sinh phát hiện xem trong vấn đề hay hiện tượng đã biết có chỗ nào còn chưa

được hoàn chỉnh, đầy đủ cần tiếp tục nghiên cứu

1.5.2 Giai đoạn 2: Xây dựng dự đoán

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

đoán về nguyên nhân chính, mối quan hệ chi phối hiện tượng Có thể có rất nhiều

dự đoán mà ta sẽ phải lần lượt tìm cách bác bỏ

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 vật lý biểu diễn các đặc tính của sự vật, các mặt của hiện tượng Việc dự đoán định lượng có thể

dựa trrên một số cặp số liệu được biểu diễn trên đồ thị, dựa trên dạng của đồ thị mà

dự đoán mối quan hệ hàm số giữa hai đại lượng

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

hợp nhiều sự kiện thực nghiệm không có điều kiện thực hiện trên lớp, tóm lại là vượt quá khả năng học sinh ở đây, giáo viên dùng phương pháp kể chuyện lịch sử

để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà khoa học đã đưa ra

1.5.3 Giai đoạn 3: Suy luận rút ra hệ quả

Việc suy luận rút ra hệ quả được thực hiện bằng suy luận logic hay suy luận toán học Thông thường, ở trường phổ thông các phép suy luận này không quá khó Vì biểu hiện trong thực tế của các kiến thức vật lý rất phức tạp cho nên điều khó khăn 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

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

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 ít yếu tố Như vậy, hệ quả suy ra từ giả thuyết chỉ gần đúng

1.5.4 Giai đoạn 4: Đề xuất và thực hiện một phương án thí nghiệm kiểm tra Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra những điều kiện đúng như những điều kiện đã nêu như trong hệ quả

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

sử dụng các dụng cụ đo

Mức độ 2: Học sinh 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 Giáo viên phải giúp đỡ bằng cách giới thiệu phương án làm để học sinh thực hiện

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

rất phức tạp và tinh tế, không thể thực hiện được ở trường phổ thông Giáo viên phải mô tả cách bố trí thí nghiệm rồi thông báo kết quả các phép đo để học sinh sử lý các số liệu, rút ra kết luận hoặc giáo viên thông báo cả kết quả

1.5.5 Giai đoạn 5: ứng dụng kiến thức

Những ứng dụng của các định luật có ba dạng: Giải thích các 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 học sinh chỉ cần vận dụng định luật vật lý để

làm sáng tỏ nguyên nhân của hiện tượng hoặc tính toán trong điều kiện lý tưởng: Vật chỉ bị chi phối bởi các định luật đang nghiên cứu Đó có thể là bài tập do giáo viên ra, chứ không có ý nghĩa trong đời sống hay sản xuất hàng ngày

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

áp dụng một vài định luật vật lý

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

luật vật lý mà còn cần phải có những giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng vật lý có hiệu quả cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuất Trong loại ứng dụng này, học sinh không những phải vận dụng những

định luật vật lý vừa được thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết, những kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác nhau của vật lý Trong các bài học vật

lý, không nên đi sâu vào các chi tiết kỹ thuật mà chỉ yêu cầu học sinh suy nghĩ về những vấn đề có tính chất nguyên tắc, còn giáo viên thông báo cho học sinh một số chi tiết kỹ thuật để họ có thể nhận dạng được những thiết bị kỹ thuật trong đời sống thực

1.6 Thí nghiệm vật lý

Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm Các khái niệm, định luật, thuyết vật

lý đều xây dựng trên cở sở khảo sát phân tích các sự kiện thực nghiệm và được kiểm tra bằng thí nghiệm Bởi vậy, trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, các thí nghiệm vật lý có vai trò rất quan trọng: có thể tạo tình huống vấn đề, giúp học sinh tìm tòi giải quyết vấn đề xây dựng tri thức mới

1.6.1 Các loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học vật lý

Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người nhằm gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát

đo đạc thu thập thí nghiệm

Theo mục đích sử dụng thí nghiệm vật lý ở trường phổ thông có thể phân chia làm hai loại như sau: Thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực tập

a) Thí nghiệm biểu diễn

Thí nghiệm biểu diễn là thí nghiệm được giáo viên tiến hành ở trên lớp, trong các giờ nghiên cứu các tính chất mới hoặc củng cố kiến thức của học sinh.Thí nghiệm biểu diễn gồm các loại sau:

- Thí nghiệm mở đầu: Là thí nghiệm nhằm giới thiệu cho học sinh biết về hiện tượng sắp nghiên cứu, để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú học tập của học sinh, lôi cuốn học sinh vào hoạt đông nhận thức

- Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: Là thí nghiệm nhằm xây dựng hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới, được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới, bao gồm: thí nghiệm nghiên cứu khảo sát, thí nghiệm nghiên cứu minh họa, thí nghiệm củng cố

b) Thí nghiệm thực tập

Theo vị trí và thời gian tiến hành thí nghiệm của học sinh, thí nghiệm thực tập

có những loại sau:

- Thí nghiệm trực diện là thí nghiệm do học sinh tiến hành trên lớp chủ yếu khi nghiên cứu kiến thức mới hoặc khảo sát minh hoạ trong tiết học ôn tập, củng

cố Có thể tổ chức đồng loạt hoặc cá thể

- Thí nghiệm thực hành là thí nghiệm được tiến hành sau khi học sinh đã học xong được một chương, một phần Học sinh tự làm thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của giáo viên

- Thí nghiệm quan sát vật lý ở nhà là thí nghiệm mà giáo viên giao cho từng học sinh hoặc nhóm học sinh thực hiện ở nhà mà không có sự giúp đỡ, kiểm tra trực tiếp của giáo viên Đây là loại thí nghiệm đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, giữa hoạt động trí óc và chân tay Qua đó phát huy khả năng sáng tạo

và gây hứng thú cho học sinh sau khi thí nghiệm thành công hoặc hoàn thành công việc được giao

1.6.2 Vị trí của thí nghiệm vật lý

Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: Đề xuất vấn đề nghiên cứu, hình thành kiến thức kỹ năng mới, củng cố kiến thức kỹ năng đã thu được và kiểm tra đánh giá kiến thức kỹ năng của học sinh 1.6.3 Vai trò của thí nghiệm trong việc phát triển nhân cách toàn diện của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo về vật lý của học sinh Thông qua thí nghiệm, học sinh được giáo dục các thói quen làm việc khoa học của người làm thí nghiệm như: tính kiên trì, cẩn thận, tuân thủ các giai đoạn của quá trình thí nghiệm, các quy tắc an toàn, kiểm tra

sự hoạt động của các dụng cụ trước khi tiến hành thí nghiệm

- Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

1.7 Thực tiễn việc sử dụng PPTN trong dạy học vật lý ở trường phổ thông 1.7.1 Những tồn tại của việc sử dụng PPTN ở trường phổ thông

- Nhiều người quan niệm đồng nhất PPTN với thí nghiệm, coi PPTN chỉ đơn thuần là làm thí nghiệm, quan sát, rút ra kết luận Trên thực tế, trong nhà trường phổ thông, học sinh chưa được học một cách tường minh PPTN là gì

- Các thí nghiệm vật lý được sử dụng trên lớp mới như là công cụ để minh hoạ cho các kiến thức có sẵn hơn là công cụ để tìm hiểu hoặc khẳng định những kiến thức chưa có

- Vật lý là môn khoa học thực nghiệm và được yêu cầu giảng dạy đúng như một môn khoa học thực nghiệm Song trên thực tế các văn bản về chương trình vật

lý phổ thông vẫn chưa được đề cập đến PPTN là gì và làm thế nào để thực hiện

được

- Thực tế giảng dạy cho thấy, đa số các giáo viên phổ thông còn rất bỡ ngỡ và lúng túng trong việc "tổ chức cho học sinh hoạt động nhận thức", không biết phải bồi dưỡng PPTN cho học sinh như thế nào để đạt được mục tiêu của chương trình

- Nhiều trường phổ thông chưa có phòng thí nghiệm riêng, nếu có thì cũng chưa được sử dụng thường xuyên Đa phần giáo viên không làm thí nghiệm mà chỉ trình bày thí nghiệm bằng miệng hoặc hình vẽ trên bảng

1.7.2 Nguyên nhân của những tồn tại

Có nhiều nguyên nhân, nhưng ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến những nguyên nhân về phía những người nghiên cứu và trực tiếp dạy học vật lý Đó là :

- Giáo viên và học sinh chưa khắc phục được thói quen của kiểu dạy và học cũ

- Đội ngũ giáo viên chưa được bồi dưỡng một cách cơ bản để nâng cao nhận thức và năng lực dạy học theo yêu cầu đổi mới, nhất là năng lực nắm vững các phương pháp nhận thức khoa học, trong đó có PPTN

- Việc chuẩn bị bài và tổ chức giờ học vật lý của giáo viên chưa được đầu tư ,

đổi mới và còn nặng theo công thức đường mòn

1.7.3 Đề xuất hướng khắc phục

- Bồi dưỡng cho giáo viên hiểu biết về các phương pháp nhận thức đặc thù của

bộ môn, đặc biệt là PPTN

- Triển khai mạnh mẽ hướng nghiên cứu vận dụng PPTN trong dạy học những

đề tài cụ thể của chương trình vật lý, tiến hành thực nghiệm sư phạm Từ đó rút ra các kết luận khoa học cần thiết, tạo ra một số mẫu trong dạy học góp phần đổi mới phương pháp dạy học vật lý

- Xác định việc định hướng học sinh có hiệu quả, đảm bảo phát triển được trí tuệ của học sinh thì cần định hướng hành động học của học sinh theo kiểu định hướng khái quát hoá, chương trình hoá

- Để phát huy tính tích cực, tự chủ xây dựng kiến thức của học sinh cần phải thiết kế các phương án thí nghiệm, các thiết bị thí nghiệm phù hợp trong việc tổ chức tình huống, định hướng hoạt động của học sinh

Tất cả những kiến thức trên sẽ được chúng tôi vận dụng để xây dựng tiến trình dạy học bài ‘‘Định luật II NiuTơn’’ ở chương 2

Chương2:

Thiết kế tiến trình dạy học bài

“Định luật II NiuTơn” theo phương pháp thực nghiệm 2.1 Nội dung kiến thức về định luật II NiuTơn

Định luật II NiuTơn là định luật cơ bản của động lực học Đã có rất nhiều tranh luận về cả góc độ khoa học lẫn góc độ phương pháp luận, cả ở giáo trình Đại học lẫn phổ thông trung học về định luật này Nhà vật lý lý thuyết người Anh R E Paierne đã biểu lộ quan điểm của mình đối với định luật II NiuTơn như sau: “Đôi khi người ta tranh cãi nhau về vấn đề: Định luật II NiuTơn là định nghĩa của lực hay của khối lượng, hay là sự biểu diễn bằng công thức một sự kiện khách quan? Trong thực tế nó là hỗn hợp của tất cả ”

Nhìn từ góc độ khoa học thì ý nghĩa của định luật II NiuTơn là ở chỗ gia tốc

mà vật hay chất điểm thu được phụ thuộc vào vị trí của nó đối với vật khác(r ) và vào vận tốc tương đối (v ) của nó Nói cách khác, ảnh hưởng của các vật khác lên vật này (lực), được xác định bởi tích khối lượng và gia tốc truyền cho nó là hàm của toạ độ và vận tốc:

m a  f ( r v )

Tích của khối lượng một vật với gia tốc của nó bằng lực tác dụng vào vật

Phương trình định luật II NiuTơn đã tóm tắt từ nhiều quan sát và thí nghiệm,

có dạng tổng quát như sau:

 F  m a (2.1)

Khi sử dụng phương trình (2.1) trước hết ta cần biết chắc chắn là ta sẽ áp dụng cho vật nào, sau đó F là tổng vectơ, hay hợp lực của mọi lực tác dụng lên vật

đó Cuối cùng F chỉ gồm các ngoại lực, tức là các lực do các vật khác tác dụng lên vật đang xét mà ta không tính đến nội lực

Phương trình (2.1) tương ứng với ba phương trình liên hệ ba thành phần của hợp lực tác dụng lên vật với ba thành phần gia tốc của vật đó trên các trục toạ độ

đêcác vuông góc

 F x max ;  F y may ;  F z maz

Xét về mặt toán học, ta có thể coi định luật thứ nhất của NiuTơn là một trường hợp riêng của định luật II NiuTơn Khi F  0 thì a 0 do đó v không đổi, vật đứng yên hoặc chuyển động đều

Nhưng xét về mặt vật lý học, hai định luật đó nêu lên hai nguyên lý rất cơ bản của cơ học Định luật thứ nhất nói rằng: quán tính là bản chất của vật chất, các lực ngoài tác dụng vào vật chỉ làm thay đổi chuyển động quán tính sẵn có chứ không làm nảy sinh chuyển động đó Định luật II NiuTơn nói rõ lực ngoài làm cho chuyển

động của vật thay đổi như thế nào (về mặt định lượng)

Một vật chuyển động quán tính là do bản chất tự nhiên của nó, không phải là

do thiếu sự tác dụng của lực ngoài Vì vậy không thể coi định luật thứ nhất là trường hợp riêng của định luật thứ hai của NiuTơn

2.2 Phương pháp trình bày định luật II NiuTơn cho học sinh phổ thông

Từ những nguyên nhân về lý luận dạy học, ta có thể “chia” định luật II NiuTơn thành hai phần: trước tiên chứng minh rằng lực được đo bằng tích khối lượng của vật và gia tốc truyền cho nó (F  m a ) Kết luận này có thể thu

được từ thực nghiệm chứ không đơn giản chỉ là định nghĩa về lực; Sau đó cũng bằng thực nghiệm và dựa trên phương pháp đo lực đã có sẽ làm sáng tỏ rằng lực luôn được xác định bằng vị trí của vật này đối với vật khác ( lực hấp dẫn, lực đàn hồi) và đôi khi cả bởi vận tốc (lực ma sát)