1.2.1. Khái niệm về thí nghiệm Vật lí
Theo Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002),
Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, thí nghiệm Vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan, thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.
Theo chúng tôi, thí nghiệm Vật lí là sự tác động có mục đích, có cơ sở, có hệ thống của con người vào các bộ dụng cụ có sẵn hoặc tự tạo nhằm kiểm tra một giả thuyết hoặc rút ra một kết luận hoặc thu nhận kiến thức mới thông qua sự phân tích các điều kiện, quá trình diễn biến và kết quả của sự tác động đó.
1.2.2. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vậtlí
Trong dạy học Vật lí, thí nghiệm đóng một vai trò quan trọng, dưới quan điểm lý luận dạy học vai trò đó được thể hiện ở những mặt sau:
Thí nghiệm có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học
Thí nghiệm Vật lí có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học như đề xuất vấn đề nghiên cứu, giải quyết vấn đề (hình thành kiến thức, kĩ năng mới...), củng cố kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến thức kĩ năng, kĩ xảo của HS.
Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện HS
Việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện những phẩm chất và năng lực của HS, đưa đến sự phát triển toàn diện cho người học. Trước hết, thí nghiệm là phương tiện nhằm góp phần nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo Vật lí cho HS. Nhờ thí nghiệm HS có thể hiểu sâu hơn bản chất Vật lí của các hiện tượng, định luật, quá trình... được nghiên cứu và do đó khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn.
Truyền thụ cho HS những kiến thức phổ thông cơ bản là một trong những nhiệm vụ quan trọng của hoạt động dạy học. Để làm được điều đó, GV cần nhận thức rõ việc xây dựng cho HS một tiềm lực, một bản lĩnh, thể hiện trong cách suy nghĩ, thao tác tư duy và làm việc để họ tiếp cận với các vấn đề của thực tiễn. Thông qua thí nghiệm, bản thân HS cần phải tư duy cao mới có thể khám phá ra được những điều cần nghiên cứu. Thực tế cho thấy, trong dạy học Vật lí, đối với các bài giảng có sử dụng thí nghiệm thì HS lĩnh hội kiến thức sâu rộng hơn và nhanh hơn, HS quan sát và đưa ra những dự đoán, những ý tưởng mới, nhờ đó hoạt động nhận thức của HS sẽ được tích cực và tư duy của các em sẽ được phát triển tốt hơn.
Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS
Thông qua việc tiến hành thí nghiệm, HS có cơ hội trong việc rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành, góp phần thiết thực vào việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho HS. Thí nghiệm còn là điều kiện để HS rèn luyện những phẩm chất của người lao động mới, như: đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực... Xét trên phương diện
thao tác kỹ thuật, chúng ta không thể phủ nhận vai trò của thí nghiệm đối với việc rèn luyện sự khéo léo tay chân của HS.
Hoạt động dạy học không chỉ dừng lại ở chỗ truyền thụ cho HS những kiến thức phổ thông cơ bản đơn thuần mà điều không kém phần quan trọng ở đây là làm thế nào phải tạo điều kiện cho HS tiếp cận với hoạt động thực tiễn bằng những thao tác của chính bản thân họ. Trong dạy học Vật lí, đối với những bài giảng có thí nghiệm thì GV cần phải biết hướng HS vào việc cho họ tự tiến hành thí nghiệm, có như vậy kiến thức các em thu nhận được sẽ vững vàng hơn, rèn luyện được cho các em sự khéo léo chân tay, khả năng quan sát tinh tế, tỉ mỉ hơn và chính xác hơn. Có như thế, khả năng hoạt động thực tiễn của HS sẽ được nâng cao.
Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập của HS
Thí nghiệm là phương tiện gây hứng thú, là yếu tố kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của HS học tập, nhờ đó làm cho các em tích cực và sáng tạo hơn trong quá trình nhận thức.
Chính nhờ thí nghiệm và thông qua thí nghiệm mà ở đó HS tự tay tiến hành các thí nghiệm, các em sẽ thực hiện các thao tác thí nghiệm một cách thuần thục, khơi dậy ở các em sự say sưa, tò mò để khám phá ra những điều mới, những điều bí ẩn từ thí nghiệm và cao hơn là hình thành nên những ý tưởng cho những thí nghiệm mới. Đó cũng chính là những tác động cơ bản, giúp cho quá trình hoạt động nhận thức của HS được tích cực hơn.
Thông qua thí nghiệm, nhờ vào sự tập trung chú ý, quan sát sự vật, hiện tượng có thể tạo cho HS sự ham thích tìm hiểu những đặc tính, quy luật diễn biến của hiện tượng đang quan sát. Khi giác quan của HS bị tác động mạnh, HS phải tư
duy cao độ từ sự quan sát thí nghiệm, chú ý kĩ thí nghiệm để có những kết luận, những nhận xét phù hợp.
Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của HS
Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc độc lập hoặc tập thể qua đó góp phần bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của HS. Qua thí nghiệm, đòi hỏi HS phải làm việc tự lực hoặc phối hợp tập thể, nhờ đó có thể phát huy vai trò cá nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các em.
Thí nghiệm Vật lí góp phần làm đơn giản hóa các hiện tượng và quá trình Vật lí
Thí nghiệm Vật lí góp phần đơn giản hóa hiện tượng, tạo trực quan sinh động nhằm hỗ trợ cho tư duy trừu tượng của HS, giúp cho HS tư duy trên những đối tượng cụ thể, những hiện tượng và quá trình đang diễn ra trước mắt họ. Các hiện tượng trong tự nhiên xảy ra vô cùng phức tạp, có mối quan hệ chằng chịt lấy nhau, do đó không thể cùng một lúc phân biệt những tính chất đặc trưng của từng hiện tượng riêng lẻ, cũng như không thể cùng một lúc phân biệt được ảnh hưởng của tính chất này lên tính chất khác. Chính nhờ thí nghiệm Vật lí đã góp phần làm đơn giản hóa các hiện tượng, làm nổi bật những khía cạnh cần nghiên cứu của từng hiện tượng, quá trình thí nghiệm Vật lí giúp cho HS dễ quan sát, dễ theo dõi và dễ tiếp thu bài.
(http://sites.google.com/site/thietbivatly/thiet-bi-vat-ly/ban-ve-vai-tro-cua-thi- nghiem-trong-day-va-hoc-vat-ly.) Tóm lại, thí nghiệm không thể thiếu trong dạy học Vật lí. Vì thế, GV cần sử dụng hiệu quả các dụng cụ thí nghiệm có sẵn, đồng thời nên tìm tòi học hỏi để tạo ra hoặc hướng dẫn HS tạo ra những bộ thí nghiệm mới phù hợp với trình độ và đáp ứng mục tiêu bài dạy sao cho tiết học Vật lí trở nên hấp dẫn, sinh động và thu hút người học.
1.2.3. Phân loại thí nghiệm Vật lí
Theo Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002),
Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, có nhiều cách phân loại thí nghiệm Vật lí, dựa trên những tiêu chí khác nhau sẽ có những loại thí nghiệm khác nhau. Nếu căn cứ vào mục đích lý luận dạy học của thí nghiệm, thí nghiệm gồm các loại sau: thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực tập của HS. Trong thí nghiệm biểu diễn lại có các loại: thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng và thí nghiệm củng cố. Trong thí nghiệm thực tập lại có các loại: thí nghiệm trực diện, thí nghiệm thực hành và thí nghiệm quan sát ở nhà của HS. Trong khuôn khổ của đề tài, chúng tôi chỉ đề cập đến thí nghiệm Vật lí ở nhà của HS.
1.2.4. Thí nghiệm Vật lí ở nhà của học sinh
Theo Phạm Thị Trang Nhung (2016), Tổ chức hoạt động ngoại khóa “Thiết kế phương án và tiến hành một số thí nghiệm về cơ học chất lưu có sử dụng bóng bay” theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh lớp 10, khác với các loại thí nghiệm khác, thí nghiệm Vật lí ở nhà đòi hỏi cao độ tự giác, tự lực của HS trong học tập và chỉ yêu cầu HS sử dụng các dụng cụ thông dụng trong đời sống, những vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền và đơn giản. Chính đặc điểm này tạo nhiều cơ hội để phát triển NLTN của HS trong thiết kế, chế tạo và sử dụng dụng cụ nhằm hoàn thành nhiệm vụ được giao. Thí nghiệm Vật lí ở nhà có tác dụng nhiều mặt đối với việc phát triển nhân cách của HS: Quá trình tự lực thiết kế các phương án thí nghiệm, lập kế hoạch thí nghiệm, chế tạo hoặc lựa chọn các dụng cụ, bố trí và tiến hành thí nghiệm, xử lí kết quả thí nghiệm thu thập được góp phần vào việc phát triển năng lực hoạt động trí tuệ - thực tiễn của HS. Việc thực hiện và hoàn thành công việc trên sẽ làm tăng rõ rệt hứng thú học tập, tạo niềm vui của sự thành công trong học tập của HS. Việc thiết kế phương án thí nghiệm, tiên đoán và giải thích các kết quả thí nghiệm đòi hỏi HS phải huy động các kiến thức đã học. Nội dung của các thí nghiệm Vật lí phải có nét mới so với thí nghiệm trên lớp và có thể có nhiều dạng khác nhau: mô tả phương án thí nghiệm, yêu cầu HS tiến hành thí nghiệm, tiên đoán hoặc giải thích kết quả thí nghiệm; cho trước các dụng cụ, yêu cầu HS thiết kế phương án thí nghiệm để đạt được mục đích nhất định (quan sát thấy một hiện tượng, xác định
được một đại lượng); yêu cầu HS chế tạo một dụng cụ thí nghiệm đơn giản từ các vật liệu cần thiết cho trước rồi tiến hành các thí nghiệm với những dụng cụ này nhằm đạt được một mục đích nào đó … Khi sử dụng các loại thí nghiệm này trong dạy học, GV cần bố trí thời gian để HS báo cáo trước toàn lớp các kết quả đã đạt được, giới thiệu những sản phẩm của mình, nhận được sự đánh giá của GV và tập thể, cũng như sự động viên, khen thưởng kịp thời. Mặc dù có tác dụng to lớn như vậy nhưng loại thí nghiệm này vẫn còn rất ít được sử dụng trong thực tiễn dạy học. Trong xu hướng đổi mới phương pháp dạy học Vật lí hiện nay, GV cần chú ý tăng cường sử dụng loại thí nghiệm này.
1.2.5. Các đặc điểm cơ bản của dụng cụ thí nghiệm đơn giản
Các đặc điểm cơ bản của dụng cụ thí nghiệm đơn giản cũng chính là những yêu cầu của việc thiết kế, chế tạo chúng. Theo Nguyễn Ngọc Hưng (2016), Thí nghiệm Vật lí với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon, việc chế tạo dụng cụ thí nghiệm đòi hỏi ít vật liệu, các vật liệu này đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm. Ngay cả đối với các dụng cụ thí nghiệm đơn giản được chế tạo để tiến hành các thí nghiệm định lượng, việc đo đạc cũng chỉ đòi hỏi sử dụng các dụng cụ đo phổ biến. Dễ chế tạo các dụng cụ thí nghiệm bằng các công cụ thông dụng như kìm, búa, kéo, cưa, giũa. Chính nhờ đặc điểm này, trong một số trường hợp, ta có thể làm được một số thí nghiệm mà không thể tiến hành được với các dụng cụ có sẵn trong phòng thí nghiệm. Dễ lắp ráp, tháo rời các bộ phân của dụng cụ thí nghiệm. Vì vậy, với cùng một dụng cụ thí nghiệm, trong nhiều trường hợp ta chỉ cần thay thế chi tiết phụ trợ là có thể làm được thí nghiệm khác. Dễ bảo quản, vận chuyển và an toàn trong chế tạo cũng như trong quá trình bố trí, tiến hành thí nghiệm. Việc bố trí và tiến hành thí nghiệm với những dụng cụ thí nghiệm này cũng đơn giản, không tốn nhiều thời gian. Hiện tượng Vật lí diễn ra trong thí nghiệm phải rõ ràng, dễ quan sát.
1.2.6. Sự cần thiết của việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông dạy học Vật lí ở trường phổ thông
Theo Nguyễn Ngọc Hưng (2016), Thí nghiệm Vật lí với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon, việc giao cho HS nhiệm vụ thiết kế, chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản có tác dụng trên nhiều mặt, góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức,
phát triển năng lực hoạt động trí tuệ - thực tiễn độc lập và sáng tạo của HS. Do được tự tay chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm để tiến hành các thí nghiệm, giải thích hoặc tiên đoán các kết quả thí nghiệm, đòi hỏi HS phải huy động các kiến thức Vật lí đã học, vì vậy các em nắm kiến thức chính xác, sâu sắc và bền vững hơn. Kiến thức không chỉ được củng cố mà còn được mở rộng, đào sâu và hệ thống hóa. Mặc dù đã có các thiết bị chế tạo sẵn được cung cấp trong phòng thí nghiệm nhà trường, nhưng các thiết bị này đôi khi có một số nhược điểm như: sự hiện đại của nó che lấp bản chất Vật lí của hiện tượng xảy ra, hoặc với sự hiện đại của nó, HS chỉ cần thực hiện thao tác rất đơn giản, không đòi hỏi kĩ năng thực nghiệm và sự sáng tạo để cải tiến dụng cụ, hơn nữa các thiết bị được cung cấp sẵn trong phòng thí nghiệm thường rất xa lạ với cuộc sống, trong khi dụng cụ thí nghiệm đơn giản tự thiết kế và chế tạo lại khắc phục được những nhược điểm đó. Lịch sử phát triển của Vật lí cho thấy: những phát minh cơ bản thường gắn với các dụng cụ thí nghiệm đơn giản. Việc chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản và tiến hành các thí nghiệm với chúng làm tăng hứng thú học tập, kích thích tính tích cực và sáng tạo của HS. Nhiệm vụ thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản và tiến hành thí nghiệm với chúng làm tăng hứng thú học tập, tạo niềm vui của sự thành công trong học tập, phát huy năng lực của HS. GV có thể cá thể hóa quá trình học tập của HS bằng cách giao cho các đối tượng HS khác nhau những nhiệm vụ chế tạo và tiến hành thí nghiệm với mức độ khó dễ, nông, sâu và mức độ hướng dẫn khác nhau. Ngoài ra, dụng cụ thí nghiệm đơn giản tự làm còn có ưu điểm là phục vụ rất kịp thời và đắc lực cho việc đổi mới nội dung và phương pháp dạy học, nâng cao hiệu quả dạy học, thậm chí của từng giờ học.
1.2.7. Khả năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông lí ở trường phổ thông
Theo Nguyễn Ngọc Hưng (2016), Thí nghiệm Vật lí với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon, các thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các khâu khác nhau của quá trình dạy học: Đặt vấn đề (tạo tính huống có vấn đề), hình thành kiến thức mới (kiểm tra các giả thuyết đã nêu ra), củng cố và vận dụng các kiến thức đã học (trong
đó có việc đề cập các ứng dụng kĩ thuật của kiến thức trong sản xuất và đời sống) và cũng có thể dùng để kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng của HS.
Các dụng cụ thí nghiệm tự làm được sử dụng không chỉ để tiến hành thí nghiệm định tính, mà có thể tiến hành định lượng theo nhiều phương án khác nhau với sai số chấp nhận được.
Các thí nghiệm có thể được sử dụng trong dạy học Vật lí dưới nhiều hình thức khác nhau. GV có thể tiến hành thí nghiệm trên lớp nhưng sẽ phát huy tốt hơn hiệu