Thực chất của PP DH này là ở chỗ: GV tổ chức, chỉ đạo các hoạt động học tậpcủa HS theo các bƣớc tƣơng tự nhƣ các giai đoạn của PP thực nghiệm trong quá trình sáng tạo khoa học để phát huy tính tích cực, tự giác, sáng tạo của HS trong quá trình lĩnh hội kiến thức, làm cho HS lĩnh hội đƣợc kiến thức một cách sâu sắc, vững chắc, đồng thời qua đó góp phần phát huy năng lực nhận thức sáng tạo của HS.
Tất nhiên khi áp dụng PP thực nghiệm trong DH Vâ ̣t lí, GV phải sử dụng TN (dƣới dạng TN biểu diễn của GV và TN của HS làm). Không sử dụng TN thì không thể nói đến PP thực nghiệm nhƣ vừa nói ở trên. Bởi vì trong DH Vâ ̣t lí, TN đƣợc sử dụng có khi chỉ nhƣ một phƣơng tiện trực quan đơn thuần, chứ không phải là nó đƣợc thiết lập và thực hiện trong tiến trình nghiên cứu theo đòi hỏi của việc xác lập hoặc kiểm tra một giả thiết nào đó. Việc sử dụng TN trong trƣờng hợp nhƣ thế thì không phải theo tinh thần áp dụng PP thực nghiệm của Vâ ̣t lí học
Giả thuyết Hệ quả • Kinh nghiệm sống • Quan sát tự nhiên • TN, bài tập • Câu chuyện lịch sử Làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu TN kiểm tra Thiết kế PATN Lập kế hoạch TN Bố trí TN Học tập thu thập dữ liệu Kết luận
a. Các giai đoạn của PP thực nghiệm trong DH Vật lí
Để giúp HS có thể bằng hoạt động của bản thân mà tái tạo, chiếm lĩnh đƣợc các kiến thức Vâ ̣t lí thực nghiệm thì tốt nhất là GV tổ chức cho họ trải qua các giai đoạn của PP thực nghiệm nhƣ sau:
- Giai đoạn 1: GV mô tả một hoàn cảnh thực tiễn, hay biểu diễn một vài TN và yêu cầu các em dự đoán diễn biến của hiện tƣợng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập một mối quan hệ nào đó.
- Giai đoạn 2: GV hƣớng dẫn, gợi ý cho HS xây dựng một câu dự đoán ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mĩ, kỹ lƣỡng vào kinh nghiệm bản thân, vào những kiến thức đã có...(ta gọi là xây dựng giả thuyết).
- Giai đoạn 3: Từ giả thuyết, dùng suy luận logic hay suy luận toán học suy ra hệ quả: dự đoán một hiện tƣợng trong thực tế, một mối quan hệ giữa các đại lƣợng Vâ ̣t lí.
- Giai đoạn 4: Xây dựng và thực hiện một phƣơng án TN để kiểm tra xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp với kết quả thực nghiệm không. Nếu phù hợp thì giả thuyết trên trở thành chân lí, 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 tƣợng đơn giản trong thực tiễn dƣới hình thức các bài tập.
b. Hướng dẫn HS hoạt động trong mỗi giai đoạn của PP thực nghiệm
Trong nhiều trƣờng hợp, HS gặp khó khăn không thể vƣợt qua đƣợc thì có thể sử dụng PP thƣ̣c nghiê ̣m ở mức độ khác nhau, thể hiện mức độ HS tham gia vào các giai đoạn của PP thực nghiệm.
- Giai đoạn 1:
+ Mức độ 1: HS tự lực phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi. GV giới thiệu hiện tƣợng xảy ra đúng nhƣ thƣờng 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 đƣa 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 tƣợng 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 đƣợc xác định nhƣ thế nào?
- Giai đoạn 2: Risa Fayman cho rằng: “Các định luật có nội dung rất đơn giản
nhƣng biểu hiện của chúng trong thực tế lại rất phức tạp. Bởi vậy, từ sự phân tích các hiện tƣợng 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 tƣợng thực tế phức tạp, dự đoán về nguyên nhân chính, mối quan hệ chính chi phối hiện tƣợng.
Ví dụ: Nhƣ trƣờng hợp định luật cảm ứng điện từ, có thể bắt đầu từ dự đoán trên sự quan sát đơn giản: chuyển động tƣơng 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 lƣợng: những quan sát đơn giản khó có thể dẫn tới một dự đoán về mối quan quan hệ hàm số. Nhƣng các nhà Vâ ̣t lí nhận thấy rằng: những mối quan hệ định lƣợng đó thƣờng đƣợc biễu diễn bằng một số ít hàm đơn giản nhƣ tỉ lệ thuận, tỉ lệ nghịch, hàm số lƣợng giác...
Ví dụ: Dự đoán áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích đối với một lƣợng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi. Trƣờng hợp định luật nêu lên mối quan hệ giữa ba đại lƣợng thì thông thƣờng giữ một đại lƣợng không đổi, xét mối quan hệ giữa hai đại lƣợng 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 mỉ một sự tổng hợp nhiều sự kiện thực nghiệm. Ở đây GV dùng PP kể chuyện lịch sử để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà bác học đã đƣa ra.
- Giai đoạn 3: Việc suy ra hệ quả đƣợc thực hiện bằng suy luận logic hay suy
luận toán học. Thông thƣờng, ở trƣờng PT các phép suy luận này không quá khó. Vì biểu hiện trong thực tế của các kiến thức Vâ ̣t 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 lƣờng trực tiếp.
+ Mức độ 1: Hệ quả có thể quan sát, đo lƣờng 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 lƣợng 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 đƣợc trực tiếp bằng các dụng cụ đo mà phải tính toán gián tiếp qua việc đo các đại lƣợng khác.
Ví dụ: Nhƣ giả thuyết về sự bảo toàn khối lƣợng, vận tốc trong tƣơng tác giữa hai vật không trực tiếp kiểm tra đƣợc bằng một dụng cụ đo mà phải tính toán gián tiếp qua việc đo khối lƣợng m và đo vận tốc v. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Mức độ 3: Hệ quả suy ra trong điều kiện lí tƣởng. Có nhiều trƣờng hợp, hiện tƣợng thực tế bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố tác động không thể loại trừ đƣợc, nhƣng ta chỉ xét mối quan hệ giữa một số rất ít yếu tố.
Ví dụ: Nhƣ trƣờng hợp định luật bảo toàn năng lƣợng ta không thể thực hiện đƣợc ở hệ cô lập nhƣ nêu trong giả thuyết.
- Giai đoạn 4: Việc bố trí TN kiểm tra thực chất là tạo ra những điều kiện đúng
nhƣ điều kiện đã nêu trong việc suy ra hệ quả.
+ Mức độ 1: TN đơn giản, HS đã biết cách thực hiện các phép đo, sử dụng đƣợc các dụng cụ đo.
Ví dụ: TN đo nhiệt lƣợng do dòng điện tỏa ra Q=R.I2.t
+ Mức độ 2: HS đã biết nguyên tắc đo các đại lƣợng nhƣng việc bố trí TN cho sát với các điều kiện lí tƣởng có khó khăn. GV phải giúp đỡ bằng cách giới thiệu phƣơng án làm để HS thực hiện.
Ví dụ: Cách tạo ra hai vật tƣơng tác cô lập khi xây dựng định luật bảo toàn động lƣợng phải cho hai vật chuyển động trên đệm không khí hoă ̣ c đặt trên bánh xe có ma sát lăn rất nhỏ.
+ Mức độ 3: Có nhiều trƣờng hợp TN kiểm tra là những TN kinh điển rất phức tạp và tinh tế, không thể thực hiện ở trƣờng phổ thông. Trong trƣờng hợp này GV mô tả cách bố trí TN 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: TN kiểm tra công thức của lực tƣơng tác giữa hai điện tích điểm.
- Giai đoạn 5: Những ứng dụng của các định luật. Có ba dạng sau: giải thích
hiện tƣợng, dự đoán hiện tƣợng 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 tƣợng hoặc tính toán trong điều kiện lí tƣởng. 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 đƣợc đơn giản hóa để có thể chỉ cần áp dụng một vài định luật Vâ ̣t lí.
Ví dụ: Tính lực phát động của đầu máy ô tô để xe có khối lƣợng m có thể chuyển động nhanh dần đều với gia tốc a trên đƣờng nằm ngang có hệ số ma sát giữa bánh xe với mặt đƣờng là k.
+ Mức độ 3: Xét một ứng dụng kỹ thuật trong đó không chỉ áp dụng các định luật Vâ ̣t lí mà còn phải có những giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tƣợng Vâ ̣t lí có hiệu quả cao. Trong loại ứng dụng này, HS không chỉ vận dụng những định luật Vâ ̣t lí vừa đƣợc thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết, kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác nhau của Vâ ̣t lí.
Ví dụ: Ứng dụng hiện tƣợng cảm ứng điện từ để có thể chế tạo ra đƣợc một máy phát điện sản xuất ra dòng điện có cƣờng độ đủ mạnh dùng trong đời sống và sản xuất. Ngoài các kiến thức đƣợc 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 trƣờng, 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.