8. Các chữ viết tắt trong đề tài:
2.4.5. Rèn luyện ngôn ngữ vật lí cho học sinh
Như ta đã biết, ngôn ngữ là hình thức biểu hiện của tư duy. Mỗi khái niệm vật lí được biểu đạt bằng một từ, mỗi định nghĩa, định luật vật lí được phát biểu bằng một mệnh đề, mỗi suy luận bao gồm nhiều phán đoán liên tiếp. Tuy kiến thức vật lí rất đa dạng nhưng những cách phát biểu các định nghĩa, quy tắc, định luật vật lí cũng có những hình thức chung nhất định, giáo viên có thể chú ý rèn luyện cho học sinh quen dần.
Để mô tả một loại hiện tượng, cần những thuật ngữ diễn tả những dấu hiệu đặc trưng của loại hiện tượng đó. Ví dụ: để mô tả chuyển động cơ học, cần đén các thuật ngữ để chỉ quỹ đạo (thẳng, cong, tròn…), chỉ sự nhanh hay chậm của chuyển động (vận tốc), chỉ sự thay đổi vận tốc (gia tốc), chỉ vị trí (tọa độ); để mô tả tương tác cơ học giữa các vật, cần đến thuật ngữ lực.
Định nghĩa một đại lượng vật lí thường gồm hai phần: Một phần nêu lên đặc điểm định tính (đại lượng này đặc trưng cho hay biểu thị một đặc tính nào đó của sự vật hiện tượng) và một phần nêu lên đặc điểm định lượng (đại lượng này đo bằng cách nào, quan hệ với các đại lượng khác theo công thức nào).
Một định luật vật lí thường nêu lên mối quan hệ hàm số giữa hai đại lượng hoặc nêu lên những điều kiện để cho một hiện tượng có thể xảy ra. Ví dụ: định luật khúc xạ ánh sáng nêu lên mối quan hệ giữa sin góc tới và sin của góc khúc xạ, còn định luật cảm ứng điện từ nêu lên điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng trong khung dây dẫn kín.
Đặc biệt đáng chú ý là nhiều khi trong vật lí, vẫn dùng những từ ngữ thường dùng trong ngôn ngữ hàng ngày, nhưng có một nội dung phong phú và chính xác hơn. Mỗi khi gặp một thuật ngữ mới diễn tả một khái niệm mới, cần giải thích rõ cho học sinh và yêu cầu họ tập sử dụng nó một cách chính xác, thành thạo thay cho ngôn ngữ hàng ngày.
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 3.1. Nội dung của PPTN.
Vật lí ở trường phổ thông hiện nay chủ yếu là vật lí thực nghiệm. PPTN do Galilê sáng lập ra và được các nhà khoa học khác hoàn chỉnh. Spaski đã nêu lên thực chất của PPTN như sau:
“Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết (dự đoán). Giả thuyết đó không chỉ đơn thuần là sự tổng quát hóa các sự kiện thực nghiệm đã làm, nó còn chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có trong từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận logic và bằng toán học, các nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện trước đó chưa biết đến. Những sự kiện và hệ quả mới đó lại có thể dùng thực nghiệm mà kiểm tra lại được, và nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định một giả thuyết, biến giả thuyết thành định luật vật lí chính xác”.
Như vậy, PPTN không phải là làm thí nghiệm đơn thuần, không phải là sự suy nạp giản đơn (như chủ nghĩa quy nạp thực nghiệm) mà là sự phân tích sâu sắc các sự kiện thực nghiệm, tổng quát hóa nâng lên mức lý thuyết và phát hiện ra bản chất sự vật. Đó là sự thống nhất giữa thực nghiệm và lý thuyết nhằm mục đích nhận thức thiên nhiên.
PPTN hiểu theo nghĩa trên là bao gồm cả quá trình tìm tòi từ ý tưởng ban đầu đến kết luận cuối cùng. Nhưng sự phát triển của vật lí học, có khi quá trình phát sinh ra một định luật rất lâu dài và phức tạp, mỗi nhà bác học chỉ thực hiện một khâu trong quá trình đó. Ngày nay có thể hiểu PPTN theo nghĩa hẹp chỉ gồm hai giai đoạn: “Từ giả thuyết rút ra hệ quả và dùng thí nghiệm để kiểm tra lại hệ quả đó”.
3.2. Tầm quan trọng của PPTN trong nghiên cứu khoa học và trong dạy học vật lí ở THPT vật lí ở THPT
Một trong những điều quan trọng của phương hướng cải cách chương trình vật lí phổ thông là “Chương trình phải bao gồm những kiến thức về các phương pháp vật lí cơ bản”. Ngoài việc cung cấp kiến thức, việc xây dựng và phát triển các năng lực tư duy cho HS là một yêu cầu có tính nguyên tắc. Muốn vậy, làm cho HS không những nắm vững được kiến thức mà còn hiểu rõ được con đường dẫn đến kiến thức, hiểu rõ các phương pháp nhận thức khoa học.
Đối với môn vật lí, PPTN là một trong những phương pháp nhận thức cơ bản quan trọng. Vì vậy, trong chương trình cải cách vật lí phổ thông cần phải coi trọng áp dụng PPTN của khoa học vật lí trong quá trình dạy học. Trong quá trình dạy học, cần làm cho HS hiểu được PPTN trong nghiên cứu vật lí và từng bước hướng dẫn
HS tập vận dụng PPTN của vật lí học trong khi nghiên cứu các kiến thức theo chương trình và sách giáo khoa.
Để có thể vận dụng được PPTN của vật lí học trong quá trình dạy học ta cần làm rõ hai vấn đề sau:
Thứ nhất là: PPTN trong quá trình sáng tạo khoa học vật lí, vơi tư cách là một phương pháp nhận thức của khoa học vật lí, là gì? Nó bao gồm những giai đoạn nào?
Thứ hai là: PPTN trong dạy học vật lí, với tư cách là một PPDH (là sự vận dụng PPTN của khoa học vật lí vào dạy học vật lí, nhằm rèn luyện cho HS những phương pháp nhận thức của vật lí học) được thực hiện theo các bước dạy học như thế nào khi hình thành một kiến thức cụ thể cho HS?
3.3. PPTN trong nghiên cứu khoa học vật lí
3.3.1. Vai trò của PPTN trong quá trình nhận thức sáng tạo của khoa học vật lí
Sơ đồ ngắn gọn của quá trình nhận thức nói chung đã được Lênin nêu lên: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, rồi từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn – Đó là con đường biện chứng của nhận thức chân lý, nhận thức thực tế khách quan”.
Phù hợp với quá trình nhận thức nói chung mà Lênin đã chỉ ra, quá trình sáng tạo của khoa học vật lí là quá trình đi từ sự khái quát hóa những sự kiện thực tế xuất phát đến xây dựng mô hình trừu tượng của hiện tượng (đề xuất giả thuyết), rồi từ mô hình dẫn đến việc rút ra các hệ quả lí thuyết và từ các hệ quả lí thuyết dẫn đến sự kiểm tra chúng bằng thực nghiệm và ứng dụng chúng trong thực tiễn. Trong quá trình sáng tạo khoa học này, nhà nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp nhận thức khoa học, trong đó đặc biệt là PPTN.
3.3.2. Phương pháp thực nghiệm
Để có thể khái quát hóa các sự kiện thực tế và xây dựng các giả thuyết khoa học về hiện tượng nghiên cứu, nhà khoa học phải tổ chức và tiến hành thí nghiệm để khảo sát hiện tượng trong những điều kiện xác định và dựa trên kết quả của thí nghiệm đó để thu được những tài liệu thực tế làm cơ sở xuất phát cho sự hoàn thành giả thuyết. Để kiểm tra sự đúng đắn của các kết luận lý thuyết thu được nhờ sự suy luận logic từ mô hình giả thuyết (và cũng là để kiểm tra sự đúng đắn của chính bản thân giả thuyết) lại phải tiến hành thí nghiệm để có thể đối chiếu lại kết quả của thí nghiệm với những thí nghiệm như thế gọi là PPTN.
Vậy, PPTN là một phương pháp nhận thức khoa học được thực hiện khi nhà nghiên cứu tìm tòi xây dựng phương án và tiến hành thí nghiệm, nhằm dựa trên kết quả của thí nghiệm để xác lập giả thuyết hoặc kiểm tra một giả thuyết nào đó.
Cần lưu ý rằng, PPTN nói ở đây là nói về phương pháp nhận thức trong quá trình sáng tạo khoa học, chứ không phải là chỉ đơn thuần cách thức tiến hành một thí nghiệm đã có sẵn. Quá trình nhận thức này đòi hỏi tư duy sáng tạo. Khi áp dụng PPTN nhà nghiên cứu phải tìm tòi thiết kế phương án thí nghiệm. Trong việc đề xuất phương án thí nghiệm để có thể kiểm tra được giả thuyết đã nêu ra hoặc cho phép thu được những thông tin cần thiết cho việc xác lập giả thuyết, tư duy sáng tạo có vai trò quan trọng.
3.3.3. Các giai đoạn của PPTN trong nghiên cứu khoa học vật lí
PPTN của quá trình nghiên cứu khoa học vật lí gồm các giai đoạn chính sau: Nhận biết các sự kiện khởi đầu, phát hiện vấn đề (nêu câu hỏi).
Xây dựng giả thuyết (câu trả lời dự đoán).
Từ giả thuyết suy ra một hệ quả có thể kiểm tra trong thực tế (có thể quan sát, đo lường được).
Bố trí thí nghiệm kiểm tra.
Kết luận (thí nghiệm xác nhận hay bác bỏ giả thuyết).
3.4. PPTN trong dạy học vật lí 3.4.1. PPTN trong dạy học vật lí 3.4.1. PPTN trong dạy học vật lí
Thực chất của PPDH này là: Giáo viên tổ chức, chỉ đạo hoạt động học tập của học sinh theo các bước tương tự như các giai đoạn của PPTN trong quá trình sáng tạo khoa học, để phát huy tính tích cực, tự giác, sáng tạo của học sinh trong quá trình lĩnh hội kiến thức, làm cho học sinh lĩnh hội được kiến thức một cách sâu sắc, vững chắc, đồng thời qua đó góp phần phát huy năng lực nhận thức sáng tạo của học sinh.
Tất nhiên khi áp dụng PPTN trong dạy học vật lí giáo viên phải sử dụng thí nghiệm (dưới dạng thí nghiệm biểu diễn của giáo viên và thí nghiệm của học sinh làm). Không sử dụng thí nghiệm thì không thể nói đến PPTN. Nhưng cũng cần lưu ý rằng, điều này không có nghĩa là hễ có sử dụng thí nghiệm trong dạy học thì là đã áp dụng PPTN như vừa nói ở trên. Bởi vì trong dạy học vật lí, thí nghiệm được sử dụng có khi chỉ như một phương tiện trực quan đơn thuần, chứ không phải là nó được thiết lập và thực hiện trong tiến trình nghiên cứu theo đòi hỏi của việc xác lập hoặc kiểm tra một giả thuyết nào đó. Việc sử dụng thí nghiệm trong trường hợp như thế thì không phải theo tinh thần áp dụng PPTN của vật lí học.
3.4.2. Các giai đoạn của PPTN trong dạy học vật lí
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 học sinh chưa
biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời được.
Giai đoạn 2: GV hướng dẫn, gợi ý cho học sinh xây dựng một câu trả lời dự đoán ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mỉ, kỹ lưỡng, vào kinh nghiệm của bản thân, vào những kiến 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 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 lí.
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 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 giải quyết.
3.4.3. Hướng dẫn học sinh hoạt động trong mỗi giai đoạn của PPTN
Những bài học mà học sinh có thể tham gia đầy đủ vào cả 5 giai đoạn trên không nhiều. Đó là những bài học mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự phân tích quá phức tạp và có thể kiểm tra giả thuyết 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.
Giai đoạn 1:
Mức độ 1: Học sinh tự lực 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.
Ví dụ: Cho học sinh quan sát sự rơi của nhiều vật khác nhau: Hòn gạch, tờ giấy, cái lá, miếng bấc, hòn bi, cái lông chim. Sự rơi xảy ra rất khác nhau.
Những câu hỏi mà học sinh đã quen nêu ra là: Nguyên nhân nào khiến cho các vật rơi khác nhau? Sự rơi của các vật có gì giống nhau không?
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. Ví dụ: Dao chém gỗ thì gỗ đứt, cũng dao đó chém vào đá thì dao bị mẻ, vậy lực của dao tác dụng vào gỗ (hay đá) và lực của gỗ (hay đá) tác dụng vào dao thì lực nào lớn hơn?
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 chưa được hoàn chỉnh, đầy đủ cần nghiên cứu.
Ví dụ: Sau khi đã học định luật cảm ứng điện từ, đã biết điều kiện phát sinh ra dòng điện cảm ứng, giáo viên yêu cầu học sinh xem muốn biết đầy đủ hơn về dòng điện cảm ứng còn phải xem xét vấn đề gì nữa? Học sinh dựa vào hiểu biết đã có về dòng điện, sẽ có thể đề xuất 2 câu hỏi mới: Độ lớn của dòng điện cảm ứng phụ thuộc những yếu tố nào? Chiều dòng điện cảm ứng được xác định thế nào?
Giai đoạn 2: Risa Fâyman cho rằng “ Các định luật vật lí 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 làm cho học sinh 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 rất nhiều dự đoán mà ta phải lần lượt tìm ra cách bác bỏ.
Ví dụ như trường hợp định luật cảm ứng điện từ, có thể bắt đầu từ dự đoán dựa 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 tỉ mỉ 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 hệ hàm số, định lượng giữa các đại lượng vật lí biểu diễn các đặc tính của sự vật, các mặt của hiện tượng. Nhưng các nhà vật lí nhận thấy rằng: Những mối quan hệ định lượng đó thường được biểu diễn bằng một số ít hàm số đơn giản như: Tỉ lệ thuận, tỉ lệ nghịch, hàm số bậc nhất, hàm số bậc hai, hàm số lượng giác…Việc dự đoán định lượng có thể dựa trên 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.
Ví dụ: Dự đoán P tỉ lệ nghịch với V đối với một lượng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi. Trường hợp định luật nêu lên mối quan hệ giữa ba