. sáng tạo của GV trong việc làm và sử dụng đồ dùng DH
3.1.4. Hướng dẫn HS hoạt động trong mỗi giai đoạn của phương pháp thực nghiệm
Trong nhiều trường hợp, HS gặp khó khăn không thể vượt qua được thì có thể sử dụng PPTN ở mức độ khác nhau, thể hiện mức độ HS tham gia vào các giai đoạn của PPTN.
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 tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý cần nghiên cứu.
Ví dụ: Cho HS quan sát sự rơi tự do của nhiều vật khác nhau: hòn gạch, cái lá, hòn bi, cái lông chim. Sự rơi xảy ra rất khác nhau. Những câu hỏi mà HS đã quen đưa ra là: Nguyên nhân nào khiến các vật rơi khác nhau? Sự rơi của các vật có gì giống nhau không?
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 họ sự ngạc nhiên, sự tò mò từ đó HS nêu ra một vấn đề, một câu hỏi giải đáp.
Ví dụ: Sau khi đã học Định luật cảm ứng điện từ, đã biết điều kiện phát sinh ra dòng điện cảm ứng, GV yêu cầu HS xem muốn biết đầy đủ hơn về dòng điện cảm ứng ta cần phải xét đến các yếu tố nào? HS dựa vào hiểu biết đã có về dòng điện, sẽ có thể đề
xuất hai câu hỏi mới: Độ lớn của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào những yếu tố nào? Chiều dòng điện cảm ứng được xác định như thế nào?
Giai đoạn 2: Risa Fayman cho rằng: “Các định luật có nội dung rất đơn giản nhưng biểu hiện của chúng trong thực tế lại rất phức tạp. Bởi vậy, từ sự phân tích các hiện tượng thực tế đến việc dự đoán những mối quan hệ đơn giản nêu trong các định luật là cả một nghệ thuật cần phải 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.
Ví dụ: Như trường hợp định luật cảm ứng điện từ, có thể bắt đầu từ dự đoán trên sự quan sát đơn giản: chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây, sau đó xây dựng dự đoán đòi hỏi sự phân tích chính xác, tỉ mĩ hơn: sự biến thiên từ thông qua ống dây.
Mức độ 2: Dự đoán định lượng: những quan sát đơn giản khó có thể dẫn tới một dự đoán về mối quan quan hệ hàm số. Nhưng các nhà vật lí nhận thấy rằng: những mối quan hệ định lượng đó thường được biễu diễn bằng một số ít hàm đơn giản như tỉ lệ thuận, tỉ lệ nghịch, hàm số lượng giác...
Ví dụ: Dự đoán áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích đối với một lượng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi. Trường hợp định luật nêu lên mối quan hệ giữa ba đại lượng thì thông thường giữ một đại lượng không đổi, xét mối quan hệ giữa hai đại lượng còn lại rồi tổng hợp kết quả trong một công thức.
Mức độ 3: Những dự đoán đòi hỏi một sự quan sát chính xác, tỉ mĩ một sự tổng hợp nhiều sự kiện thực nghiệm. Ở đây GV dùng phương pháp kể chuyện lịch sử để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà bác học đã đưa ra.
Giai đoạn 3: Việc suy 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 lí rất phức tạp cho nên điều kiện khó khăn là hệ quả suy ra làm sao phải đơn giản, có thể quan sát, đo lường trực tiếp.
Mức độ 1: Hệ quả có thể quan sát, đo lường trực tiếp
Ví dụ: Hệ quả suy ra từ các giả thuyết về mối quan hệ giữa thể tích , áp suất và nhiệt độ của một lượng khí xác định có thể đo trực tiếp bằng các dụng cụ: bình chia độ, áp kế, nhiệt kế,...
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: Như giả thuyết về sự bảo toàn khối lượng, vận tốc trong tương tác giữa hai vật không trực tiếp kiểm tra được bằng một dụng cụ đo mà phải tính toán gián tiếp qua việc đo khối lượng m và đo vận tốc v.
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 mối quan hệ giữa một số rất ít yếu tố.
Ví dụ: Như trường hợp định luật bảo toàn năng lượng ta không thể thực hiện được ở hệ cô lập như nêu trong giả thuyết.
Giai đoạn 4: Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra những điều kiện đúng như 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 được các dụng cụ đo.
Ví dụ: Thí nghiệm đo nhiệt lượng do dòng điện tỏa ra Q=R.I2.t
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 cách giới thiệu phương án làm để HS thực hiện.
Ví dụ: Cách tạo ra hai vật tương tác cô lập khi xây dựng định luật bảo toàn động lượng phải cho hai vật chuyển động trên đệm không khí hoăc đặt trên bánh xe có ma sát lăn rất nhỏ.
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 HS gia công các số liệu, rút ra kết luận hoặc GV thông báo kết luận.
Ví dụ: Thí nghiệm kiểm tra công thức của lực tương tác giữa hai điện tích điểm. Giai đoạn 5: Những ứng dụng của các định luật có ba dạng: giải thích hiện tượng, dự đoán HT 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 vật lí để làm sáng tỏ nguyên nhân của hiện tượng hoặc tính toán trong điều kiện lý tưởng. Đó có thể là bài tập do GV nghĩ ra chứ không có ý nghĩa đời sống hay sản xuất.
Mức độ 2: Xét một ứng dụng kỹ thật đã được đơn giản hóa để có thể chỉ cần áp dụng một vài định luật vật lí.
Ví dụ: Tính lực phát động của đầu máy ô tô để xe có khối lượng m có thể chuyển động nhanh dần đều với gia tốc a trên đường nằm ngang có hệ số ma sát giữa bánh xe với mặt đường là k.
Mức độ 3: Xét một ứng dụng kỹ thuật trong đó không chỉ áp dụng các định luật vật lý mà còn phải có những giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng vật lí có hiệu quả cao. Trong loại ứng dụng này, HS không chỉ vận dụng những định luật vật lí vừa được thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết, kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác nhau của vật lí.
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 đời sống và sản xuất. Ngoài các kiến thức được trang bị về nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng ta còn cần phải biết cách bố trí sao cho khung dây quay trong từ trường, dùng các cổ góp để lấy dòng điện ra ngoài mà không làn cho dây bị xoắn đứt, dùng lõi sắt để tăng độ từ thẫm, dùng các lá thép cách điện làm làm lõi để tránh dòng điện Fuco.