Vai trũ của định luật vật lớ rất quan trọng và nú được thể hiện ở một số đặc điểm sau: + Tớnh quy luật khỏch quan: Mọi hiện tượng trong vũ trụ đều diễn ra cú quy luật ngoài ý muốn chủ quan của con người. Cỏc hiện tượng và cỏc thuộc tớnh vật lớ trong những điều kiện xỏc định cú mối liờn hệ biện chứng được lặp đi lặp lại, phản ỏnh tớnh qui luật của định luật vật lớ. Điều này cú nghĩa là trong những điều kiện nhất định, định luật phải đỳng ở mọi nơi, mọi lỳc và cho thấy phạm vi tỏc dụng của cỏc định luật vật lớ khụng giống nhau.
+ Tớnh khỏi quỏt: Định luật vật lớ là kết quả của một quỏ trỡnh khảo sỏt cỏc đối tượng vật lớ, nghiờn cứu cỏc đặc trưng, mối liờn hệ của cỏc đại lượng vật lớ từ cỏc số liệu, sự kiện thực tế hoặc thớ nghiệm, bằng con đường quy nạp hay diễn dịch với sự khỏi quỏt cao độ. Định luật vật lớ là bước phỏt triển tiếp theo cao hơn và tất yếu của cỏc khỏi niệm, nú được trỡnh bày bằng mệnh đề biểu đạt mối liờn hệ giữa cỏc đại lượng trong điều kiện xỏc định, thường được diễn đạt thụng qua cỏc biểu thức hoặc phương trỡnh toỏn học chớnh xỏc, rừ ràng.
+ Tớnh phổ biến: Định luật vật lớ luụn phản ỏnh đỳng đắn một thực tế khỏch quan cú thể rộng hay hẹp của thế giới tự nhiờn, nú chung cho hàng loạt cỏc hiện tượng và được ứng dụng vào cỏc lĩnh vực khỏc nhau của đời sống, sản xuất. Cỏc định luật vật lớ cú mối liờn quan mật thiết với cỏc khoa học khỏc, là cơ sở phỏt triển của nhiều ngành kỹ thuật tiờn tiến và cụng nghệ mới. Nú giỳp con người cú thờm sức mạnh nhận thức và cải tạo thế giới tự nhiờn.
+ Tớnh phỏt triển: Cỏc định luật vật lớ là do con người xõy dựng nờn để phản ỏnh cỏc quy luật của thực tế khỏch quan. Sự phản ỏnh đú khụng thể đầy đủ, chớnh xỏc ngay từ đầu mà hoàn thiện dần theo trỡnh độ nhận thức của con người. Cỏc định luật vật lớ
phương tiện thực nghiệm càng tinh vi hiện đại thỡ nội dung một số định luật càng được mở rộng thờm, đớnh chớnh hoặc bổ sung hoàn chỉnh.
1.3.3. Con đƣờng để hỡnh thành định luật vật lớ. 15, 29
Trong việc dạy học kiến thức về một định luật vật lớ cần đảm bảo cho HS hiểu rừ định luật vật lớ đú đề cập mối liờn hệ của cỏc đại lượng vật lớ nào và trong điều kiện cụ thể nào. Thớ dụ như định luật II Niu-tơn đề cập mối liờn hệ giữa gia tốc mà vật thu được với lực tỏc dụng lờn vật và với khối lượng của vật, xột trong điều kiện hệ quy chiếu quỏn tớnh. Định luật bảo toàn cơ năng nờu lờn đặc điểm cơ năng (tổng động năng và thế năng của vật) trong điều kiện hệ chỉ chịu tỏc dụng của cỏc lực thế...Mặt khỏc khi nghiờn cứu từng hiện tượng vật lớ và khi hệ thống hoỏ kiến thức, học sinh phải hiểu rừ trong hiện tượng này cú tồn tại mối liờn hệ xỏc định nào, hay hiện tượng này bị chi phối bởi định luật vật lớ nào.
Trong việc dạy học kiến thức về một định luật vật lớ, việc xỏc lập mối liờn hệ cụ thể (được phản ỏnh trong nội dung của định luật đú), cú thể thực hiện theo cỏc cỏch khỏc nhau tuỳ thuộc đặc điểm nội dung của kiến thức cụ thể. Việc xõy dựng kiến thức về định luật vật lớ dựa trờn kiến thức về cỏc đại lượng vật lớ cú liờn quan. Ngược lại, kiến thức về định luật vật lớ giỳp cho việc hiểu sõu sắc ý nghĩa của cỏc đại lượng vật lớ và nhiều khi việc xõy dựng kiến thức về một đại luợng vật lớ diễn ra gần như đồng thời với việc xõy dựng kiến thức về một định luật vật lớ tương ứng. Cỏc định luật vật lớ được hỡnh thành và cú phạm vi tỏc dụng khụng giống nhau nờn khụng thể vạch ra một sơ đồ chung cho việc giảng dạy tất cả cỏc định luật vật lớ trong chương trỡnh ở trường phổ thụng. Tuy nhiờn, cú thể vận dụng cỏc con đường điển hỡnh hỡnh thành cỏc định luật vật lớcho học sinh như sau:
- Đạt tới định luật thụng qua quan sỏt trực tiếp và khỏi quỏt hoỏ thực nghiệm. - Đạt tới định luật thụng qua quan sỏt trực tiếp và khỏi quỏt hoỏ lớ thuyết. - Đạt tới định luật xuất phỏt từ những mệnh đề lớ thuyết tổng quỏt đó biết.
1.Đạt tới định luật thụng qua quan sỏt trực tiếp và khỏi quỏt hoỏ thực nghiệm:
Sự nhận thức định luật vật lớ thụng qua quan sỏt trực tiếp và khỏi quỏt hoỏ thực nghiệm tồn tại trong sự phỏt triển của vật lớ học và trong dạy học, ở một số lớn cỏc
trường hợp trong giai đoạn đầu của quỏ trỡnh nhận thức khoa học. Lỳc đú, kiến thức khoa học chưa nhiều và cũn tản mạn, chưa thành hệ thống chặt chẽ. Tuy nhiờn, bằng cỏch này sẽ tạo cho HS khả năng cú thể tiếp xỳc trực tiếp với đối tượng nhận thức, nhận biết được những dấu hiệu cảm tớnh của chỳng. Đú là điểm xuất phỏt và cũng là tiờu chuẩn để biết xem điều mà ta nhận thức được cú phải là chõn lớ khụng. Song quan sỏt trực tiếp bao giờ cũng chỉ thu được những biểu hiện bờn ngoài rời rạc của sự vật, hiện tượng xảy ra trong những điều kiện nhất định. Do vậy cần phải tiến hành một phộp qui nạp để rỳt ra cỏc thuộc tớnh bản chất, những mối liờn hệ cú tớnh qui luật, nghĩa là khỏi quỏt hoỏ thành một định luật vật lớ. Ta cú thể nhận thấy điều này khi xem xột cỏc định luật vật lớ được đưa vào chương trỡnh vật lớ phổ thụng, đặc biệt ở cấp trung học cơ sở.
2. Đạt tới định luật thụng qua quan sỏt trực tiếp và khỏi quỏt hoỏ lớ thuyết:
Con đường nhận thức định luật vật lớ thụng qua quan sỏt trực tiếp và khỏi quỏt hoỏ lớ thuyết diễn ra theo cỏc giai đoạn sau:
a- Giai đoạn 1: Quan sỏt thu thập cỏc cứ liệu thực nghiệm ( thụng qua quan sỏt tự nhiờn, thụng qua thớ nghiệm, qua kinh nghiệm đó tớch luỹ được từ trước). Ở giai đoạn này học sinh phải mụ tả bằng lời hiện tượng đó quan sỏt được và những điều kiện trong đú hiện tượng diễn ra.
b- Giai đoạn 2: Khỏi quỏt hoỏ những kết quả quan sỏt được, làm nổi bật cỏi chung, cỏi bản chất, cỏi giống nhau trong cỏc sự vật, hiện tượng cụ thể, phõn biệt những điều kiện khụng cơ bản với những điều kiện cơ bản, trong đú hiện tượng diễn ra.
c- Giai đoạn 3: Giải thớch những những kết quả quan sỏt được. Ở giai đoạn này cú thể xảy ra hai trường hợp:
- Học sinh giải thớch được kết quả quan sỏt nhờ vận dụng những kiến thức, những định luật đó biết. Quỏ trỡnh nhận thức kết thỳc với sự giải thớch này. Hoạt động nhận thức đi đến giải thớch được một hiện tượng mới nhưng khụng đem lại một định luật mới.
Hiện tượng diễn ra do một tớnh chất mới của sự vật, một qui luật mới của hiện tượng mà trước đõy ta chưa biết. Lời phỏng đoỏn đú là một giả thuyết. Phỏt biểu một giả thuyết, cú nghĩa là phỏt biểu một mệnh đề, mà nhờ vận dụng nú cú thể giải thớch được hiện tượng mới quan sỏt được. Quỏ trỡnh nhận thức cần phải được tiếp tục để xỏc định xem giả thuyết đú cú đỳng đắn khụng. Trong thực tế học sinh cú thể đưa ra nhiều giả thuyết khỏc nhau để giải thớch cựng một hiện tượng, khi đú cần thảo luận, kiểm tra, rồi chọn ra một giả thuyết cú nhiều triển vọng nhất, đú là biểu hiện của tư duy sỏng tạo của học sinh, giỏo viờn cần khuyến khớch.
d- Giai đoạn 4: Kiểm tra sự đỳng đắn của giả thuyết
Thực tiễn là tiờu chuẩn của chõn lớ, vỡ vậy, kiểm tra sự đỳng đắn của một giả thuyết chớnh là kiểm tra xem giả thuyết đú cú phự hợp với thực tiễn hay khụng! Thực tiễn này phải quan sỏt được trong tự nhiờn hay trong cỏc thớ nghiệm. Cú hai trường hợp xảy ra:
+ Kiểm tra trực tiếp ngay giả thuyết trong thực tiễn khụng thụng qua một suy luận trung gian nào cả. Vớ dụ: Để kiểm tra giả thuyết “vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ”, ta cú thể lấy từng cặp hai vật bất kỳ nặng, nhẹ khỏc nhau và thả cho rơi cựng một lỳc ở cựng một độ cao: Hũn đỏ với cỏi lỏ, cả tờ giấy và nửa tờ giấy…
+ Kiểm tra thụng qua một hệ quả rỳt ra từ giả thuyết nhờ suy luận toỏn học hay suy luận lụgic. Nếu sự suy luận được thực hiện chặt chẽ, đỳng đắn thỡ giữa giả thuyết và hệ quả cú mối liờn hệ bản chất. Hệ quả phự hợp với thực tiễn thỡ cú nghĩa là giả thuyết phản ỏnh đỳng thực tiễn, ngược lại thỡ giả thuyết là sai, phải bỏc bỏ. Như vậy, sau khi rỳt ra hệ quả bằng suy luận lý thuyết, ta phải bố trớ thớ nghiệm thớch hợp để kiểm tra xem hệ quả dự đoỏn cú xảy ra trong thực tế khụng. Tất nhiờn, hệ quả ở đõy phải khỏc với hiện tượng ban đầu đó biết, đó được dựng làm những sự kiện xuất phỏt để xõy dựng giả thuyết. Trong trường hợp thớ nghiệm khẳng định điều dự đoỏn trong hệ quả thỡ giả thuyết cũng được khẳng định và được coi là chõn lý, là định luật.
Việc giải quyết vấn đề đặt ra ban đầu, giải thớch cỏc hiện tượng thực tế, giải cỏc bài toỏn ứng dụng, làm thớ nghiệm… sẽ giỳp HS hiểu và nắm vững định luật bền vững sõu sắc hơn. Quỏ trỡnh vận dụng định luật vào giải quyết cỏc vấn đề thực tế, kỹ thuật… cú tỏc dụng củng cố niềm tin, phỏt triển trớ tuệ và hứng thỳ học tập ở HS.
3. Đạt tới định luật xuất phỏt từ những mệnh đề lý thuyết tổng quỏt đó biết: Con đường này chỉ cú thể thực hiện được ở cỏc lớp cuối cấp khi mà HS đó tớch luỹ được khỏ nhiều kiến thức khỏi quỏt.
Điểm xuất phỏt của quỏ trỡnh nhận thức này là cỏc mệnh đề được coi là chắc chắn đỳng. Từ những mệnh đề đú, cú thể thực hiện cỏc phộp suy luận diễn dịch, rỳt ra những hệ quả, những tiờn đoỏn cú tớnh chất qui luật. Quỏ trỡnh này cú thể trải qua cỏc giai đoạn sau:
a./ Nờu lờn một hiện tượng thực tế mà ta chưa thể giả thớch được hoặc chưa thể dự đoỏn được diễn biến của nú, chưa thể biết được mối quan hệ giữa một số đại lượng nào đú.
b./ Nờu lờn một mệnh đề lớ thuyết mà ta dự đoỏn rằng cú liờn hệ với hiện tượng đang xột. Mệnh đề này phải cú giỏ trị chõn thật, nghĩa là đó được chứng minh là chắc chắn.
c./ Thực hiện một phộp suy luận diễn dịch để từ mệnh đề lớ thuyết, rỳt ra một hệ quả logic trong đú nờu lờn mối quan hệ giữa cỏc sự vật, hiện tượng như một định luật vật lớ.
d./ Làm thớ nghiệm để kiểm tra dự đoỏn xem cú phự hợp với thực tế khụng. Nếu phự hợp thỡ hệ quả dự đoỏn trở thành một định luật.
Trong vật lớ học, cú cỏc định luật vật lớ lỳc đầu được nhận thức bằng con đường quan sỏt trực tiếp kết hợp với khỏi quỏt hoỏ lớ thuyết. Nhưng ngày nay, sau khi vật lớ đó xõy dựng được những lớ thuyết tổng quỏt thỡ người ta lại tỡm ra con đường khỏc xuất phỏt từ mệnh đề lớ thuyết để đi đến định luật đú. Vớ dụ: Định luật ễm cho toàn mạch, trong lịch sử vốn là một định luật được phỏt hiện bằng con đường quan sỏt trực tiếp, kết hợp với khỏi quỏt hoỏ lớ thuyết, ngày nay người ta cú thể suy ra định
1.4. PHỐI HỢP SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG TIỆN CNTT TRONG DẠY HỌC ĐỊNH LUẬT VẬT LÍ
1.4.1. Thớ nghiệm với vấn đề phỏt triển tƣ duy vật lớ.
1.4.1.1. Khỏi niệm về thớ nghiệm vật lớ 4,15, 29
Trong vật lớ học, thớ nghiệm là nguồn kiến thức và là một phương phỏp nghiờn cứu. Thớ nghiệm vật lớ trong trường phổ thụng (cũn gọi là thớ nghiệm giỏo khoa hay thớ nghiệm học tập) là sự phản ỏnh phương phỏp nghiờn cứu khoa học trong việc nghiờn cứu cỏc hiện tượng vật lớ, vỡ vậy chỳng mang những yếu tố cơ bản của thớ nghiệm khoa học vật lớ. Nhờ cỏc thớ nghiệm vật lớ, HS cú được những quan niệm cơ bản về PP thực nghiệm khoa học.
Thớ nghiệm vật lớ học tập được hiểu là sự tỏi tạo nhờ cỏc dụng cụ đặc biệt, cỏc hiện tượng vật lớ trờn lớp học, trong những điều kiện thuận tiện nhất để nghiờn cứu chỳng. Vỡ vậy, thớ nghiệm vật lớ đồng thời là nguồn kiến thức, PPDH và là một dạng trực quan. Mọi người đều thừa nhận việc hỡnh thành cỏc kiến thức vật lớ ở trường phổ thụng cần phải dựa trờn thớ nghiệm. Cỏc giai đoạn cơ bản hỡnh thành cỏc khỏi niệm vật lớ như quan sỏt hiện tượng, thiết lập mối liờn hệ của một hiện tượng với cỏc hiện tượng khỏc dựa vào cỏc đặc trưng cho hiện tượng, cần thiết sử dụng cỏc thớ nghiệm vật lớ. Phương phỏp thực nghiệm trong dạy học vật lý ở trường phổ thụng sẽ bao gồm biểu diễn cỏc thớ nghiệm trờn lớp học, trỡnh bày một vài thớ nghiệm khú nhờ cỏc phương tiện như phim, ảnh, đốn chiếu, video, tổ chức cho HS trực tiếp tiến hành cỏc thớ nghiệm ...
Là phương tiện thụng tin học tập, thớ nghiệm vật lớ đồng thời là phương tiện trực quan chớnh được sử dụng khi dạy học vật lớ. Cỏc thớ nghiệm vật lớ cho phộp hỡnh thành ở HS những biểu tượng cụ thể, phản ỏnh đỳng đắn trong ý thức của HS cỏc hiện tượng, quỏ trỡnh và cỏc định luật liờn kết chỳng.
Theo lớ luận dạy học và một số tài liệu về thực nghiệm khỏc, khỏi niệm về thớ nghiệm vật lớ cú nội dung như sau: Thớ nghiệm là một PP dạy học vật lớ. Đú là cỏch thức, là biện phỏp tổ chức cỏc hoạt động dạy - học của người GV thể hiện qua sự
cộng tỏc giữa thầy và trũ trong quỏ trỡnh dạy học nhằm đạt được hiệu quả cao nhất trong việc truyền thụ, lĩnh hội tri thức vật lớ và rốn luyện kỹ năng, kỹ xảo thực hành. Thớ nghiệm vật lớ nếu được tổ chức đỳng sẽ là một phương tiện giỏo dục cỏc phẩm chất cỏ nhõn cho HS, như tớnh kiờn trỡ đạt được mục đớch đặt ra, tớnh thận trọng trong việc thu nhập cỏc sự kiện vào trong cụng việc sau này. Phỏt triển ở HS cỏc kĩ năng quan sỏt khả năng tư duy vật lớ nhạy bộn và tỏch ra trong cỏc hiện tượng được nghiờn cứu những dấu hiệu bản chất ...
1.4.1.2. Cỏc vai trũ của thớ nghiệm trong dạy học vật lớ. 4,27
Cỏc hiện tượng vật lớ xảy ra trong tự nhiờn là vụ cựng phong phỳ và phức tạp, khụng thể phõn biệt được ảnh hưởng của tớnh chất này với tớnh chất khỏc như thế nào. Trong khi cỏc hiện tượng vật lớ xảy ra trong những điều kiện được tạo ra bởi con người, người ta tỡm cỏch loại ra những yếu tố phụ ảnh hưởng đến hiện tượng. Người ta cho thớ nghiệm xảy ra trong những điều kiện đơn giản nhất, do đú làm cho cỏc điều kiện tự nhiờn xảy ra rừ ràng nhất, ớt chịu ảnh hưởng của yếu tố phụ, làm nổi bật cỏc khớa cạnh nghiờn cứu. Nhờ đú HS dễ dàng nhận ra cỏc dấu hiệu đặc trưng, dấu hiệu bản chất của sự vật và hiện tượng, để từ đú rỳt ra kết luận.
* Thớ nghiệm cú thể sử dụng ở tất cả cỏc giai đoạn khỏc nhau của quỏ trỡnh dạy học: Đề xuất vấn đề cần nghiờn cứu, hỡnh thành kiến thức, kỹ năng mới, củng cố kiến thức, kiểm tra và đỏnh giỏ kiến thức, kỹ năng của HS.