Trước hết, phải xác định “Thí nghiệm vật lí là sự tác động có chủ đích, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện tượng khách quan. Thông qua sự phân tích, các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới” [71]. Vì vậy, việc sử dụng các TBTN để tiến hành các tN trong quá trình dạy học vật lí cần tuân theo các yêu cầu sau:
Xác định lôgíc của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng TN phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức. Trước mỗi TN, phải đảm bảo cho HS ý thức được sự cần thiết phải tiến hành TN, hiểu rõ mục đích của TN.
Xác định rõ các bộ phận của TBTN cần sử dụng, sơ đồ lắp ghép TN (nếu có), tiến trình tiến hành TN.
Để HS tham gia đầy đủ và tích cực vào tất cả các giai đoạn của quá trình TN thì GV phải giao nhiệm vụ cụ thể theo từng nhóm, tứng cá nhân. Có thể một TN giao cho các nhóm độc lập cùng làm và và phản biện kết quả lẫn nhau.
Phải kiểm tra chất lượng các TBTN và tiến hành thử các TN một cách kĩ lưỡng trước giờ học. Nếu có sự cố cần phải khắc phục kịp thời để đảm bảo các TN
được tiến hành phải thành công.
Việc sử dụng các TBTN và tiến hành các TN luôn phải tuân theo quy tắc an toàn.
Đối với việc sử dụng TBTN để tiến hành TN thực tập của HS còn có một số yêu cầu như: Nên sử dụng những TBTN có sẵn, đơn giản, gọn nhẹ, dễ tìm (có khi quen thuộc trong đời sống hàng ngày), dễ lắp ghép, tiến hành không quá khó đối với HS, không quá phức tạp đối với HS, hiện tượng xảy ra dễ quan sát; Việc sử dụng các TBTN và tiến hành các TN phải đảm bảo nguyên tắc an toàn cho HS [71].
1.2.2.2. Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm tự làm
TBTN có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức, kĩ năng mới, củng cố kiến thức, kĩ năng đã thu được, kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của HS. Ngoài ra, TBTN còn có vai trò rấ quan trọng trong giai đoạn vận dụng các kiến thức lí thuyết vào thực tiến đó là quá trình dạy học các ứng dụng kĩ thuật của vật lí.
Thiết bị thí nghiệm được sử dụng làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu
Trong dạy học giải quyết vấn đề, việc làm nảy sinh vấn đề nghiên cứu đối với HS là rất quan trọng. Để làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu đối với HS, có thể được tiến hành bằng cách GV sử dụng TBTN và tiến hành theo các bước như sau:
GV mô tả một hoàn cảnh thực tế, tạo ra một vấn đề HS rất chú ý và yêu cầu HS đưa ra dự đoán hiện tượng có thể xảy ra. Ví dụ đặt câu hỏi: “Nam châm vĩnh cửu có tương tác với tấm nhôn không?” thì tất cả HS được hỏi đều trả lời là: “Không tương tác”.
GV sử dụng TBTN để tiến hành một TN hoặc giao cho HS để tiến hành một TN đơn giản, hiện tượng xảy ra không phù hợp với dự đoán của HS. Ví dụ (tiếp theo bước 1): Sử dụng TBTN về dòng điện Fu - cô, tiến hành TN so sánh thời gian duy trì dao động của tấm nhôm liền khối ở trong không khí và ở trong vùng từ trường (nam châm vĩnh cửu gây ra). Kết quả quan sát được cho thấy, khi dao động trong từ trường thì tấm nhôm và từ trường có tương tác với nhau.
GV gợi ý, hướng dẫn HS nêu vấn đề cần nghiên cứu.
Thiết bị thí nghiệm được sử dụng để hỗ trợ việc đề xuất giải thuyết của HS
Trong gia đoạn GV hướng dẫn HS đề xuất giả thuyết, TBTN có thể được sử dụng theo các bước như sau:
GV yêu cầu HS đề xuất các giải thuyết nhằm xác định nguyên nhân của hiện tượng xảy ra mà vấn đề cần nghiên cứu đã được nêu ra trước đó. HS có thể dựa vào phép suy luận lôgíc, phép suy luận tương tự, sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có, dự đoán về mối quan hệ định lượng, dựa trên sự xuất hiện đồng thời giứa hai hiện tượng mà dự đoán có mối quan hệ giữa chúng...
Nếu việc đề xuất giả thuyết của HS vẫn khó khăn, GV hoặc giao cho HS sử dụng TBTN để tiến hành một TN, thông qua việc quan sát kết quả TN, HS sẽ khái quát hóa được hiện tượng xảy ra để đưa ra dự đoán (dự đoán có căn cứ).
Thiết bị thí nghiệm được sử dụng để kiểm tra giả thuyết hoặc các hệ quả được suy ra từ giả thuyết.
Việc sử dụng TN để kiểm tra giả thuyết hay các hệ quả suy ra từ giả thuyết, đòi hỏi GV phải yêu cầu HS tự lực suy nghĩ, tìm kiếm và đề xuất được các phương án TN khả thi. Trong dạy học giải quyết vấn đề, giai đoạn kiểm tra giải thuyết hoặc các hệ quả suy ra từ giả thuyết là giai đoạn TBTN được sử dụng nhiều nhất. Trong giai đoạn này TBTN có thể được sử dụng theo các bước như sau:
+ GV hướng dẫn đề HS xác định rõ các nội dung phải tiến hành các TN kiểm tra.
GV nêu yêu cầu và tổ chức cho HS thảo luận chung để tìm kiếm, đề xuất và lựa chọn các phương án TN khả thi có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc các hệ quả suy ra từ giả thuyết. Việc đề xuất các phương án TN khả thi đối với HS đôi khi gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy, GV phải theo dõi, nêu định hướng và gợi ý kịp thời trong quá trình HS thảo luận, tránh tình trạng thảo luân lan man, mất nhiều thời gian.
GV hợp thức hóa và bổ sung hoàn chỉnh các phương án TN dùng để kiểm tra được giả thuyết hoặc các hệ quả suy ra từ giả thuyết. Phân công nhiệm vụ lựa chọn TBTN, lắp ghép, tiến hành TN, quan sát và ghi chép hiện tượng, báo cáo, nhận xét kết quả TN cho HS (theo nhóm hoặc theo cá nhân).
Theo dõi, giúp đỡ HS thực hiện các nhiệm vụ đã phân công ở bước 3. Trong quá trình tiến hành TN, GV có thể thay đổi, bổ sung một số chi tiết hay thao tác để kết quả TN thu được tốt hơn.
Thiết bị thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn vận dụng kiến thức:
Nếu HS vận dụng tốt các kiến thức đã được học thì kiến thức đó của em trở nên chắc chắn, bền vững và hiểu được sâu sắc. Việc sử dụng TBTN trong giai đoạn này có tác dụng rất quan trọng, TBTN có thể được sử dụng theo hai hướng:
Thứ nhất - Sử dụng TBTN đã có để nghiên cứu, tìm kiếm các kiến thức mới hay hỗ trợ việc giải thích các hiện tượng xảy ra trong thực tiễn có liên quan đến kiến thức đã học. Trong đó, việc sử dụng TBTN để tiến hành các TN làm cơ sở để HS hiểu và giải thích được các nguyên lí hoạt động của các thiết bị kĩ thuật là ứng dụng kĩ thuật của vật lí.
Thứ hai - Giao nhiệm vụ cho HS thiết kế, chế tạocác TBTN, tiến hành các TN để tìm kiếm các kiến thức mới hay dùng để nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lý. TBTN có tác dụng hỗ trợ việc vận dụng các kiến thức được học để thiết kế, chế tạo các thiết bị kĩ thuật. Trong quá trình thiết kế, chế tạo các thiết bị kĩ thuật sẽ gặp rất nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp và chịu sự chi phối bởi nhiều định luật vật lí. Khi đó, TBTN là cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo giúp gỡ dần được các khó khăn HS gặp phải.
Nếu sử dụng TBTN theo hướng thứ nhất thì quy trình sử dụng TBTN theo các bước như sau:
GV giao nhiệm vụ cho HS sử dụng TBTN hoặc HS tự lựa chọn TBTN để giải quyết các vấn đề đặt ra (các vấn đề có thể do GV đưa ra hoặc do HS tự đề xuất).
GV tổ chức, theo dõi để HS thảo luận, đề xuất và lựa chọn các phương án TN, lắp ghép và tiến hành các TN.
Nếu sử dụng TBTN theo hướng thứ hai thì quy trình sử dụng TBTN théo các bước như sau:
GV giao nhiệm vụ cho HS thiết kế, chế tạo các TBTN để tiến hành các TN nghiên cứu các vấn đề do GV đặt ra hoặc do chính HS tự đưa ra.
GV tổ chức cho HS sử dụng các TBTN họ đã chế tạo để tiến hành các TN giải quyết các vấn đề đặt ra trước đó.
GV tổ chức phân tích, đánh giá tính khả thi của các TBTN và tính chính xác của các kiến thức thu được khi giải quyết xong các vấn đề đặt ra.
Nếu chúng ta sử dụng TBTN theo quy trình bốn giai đoạn như trên không những đã phát huy đúng chức năng, vai trò của TBTN mà đã tạo ra và duy trì hứng thú ở HS trong suốt quá trình dạy học, rèn luyện cho họ có khả năng nêu được vấn đề cần giải quyết, đề xuất được giả thuyết và các phương án TN kiểm nghiệm giả thuyết hay các hệ quả, khả năng vận dụng các kiến thức có hiệu quả, rèn luyện kĩ năng thực hành cho HS.