II. Xây dựng và sử dụng một số bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông
2. Cấu trúc chƣơng tr nh
Hãy bắt đầu từ Tốn học. Vật lý có 2 ngành: Lý thuyết và thực nghiệm. Dù ngành gì nó cũng vơ cùng cần tốn học để Vật lý đạt đến độ chính xác cao và vô cùng đẹp đẽ. Mới vào cấp 3 trình độ tốn học của học sinh cịn thiếu và yếu. Làm sao để học sinh lớp 10 có đủ ngay trình độ và kỹ năng tốn cần thiết. Chúng tơi đã làm và tiếp tục đề xuất làm. Dạy toán thực hành (bổ túc toán) cho học sinh lớp 10 chuyên lý. Việc này phải trực tiếp do giáo viên chuyên lý làm, vì họ biết phần tốn học nào cần cho Vật lý, kĩ năng Toán học cần cho Vật lý.
2.1. Bổ túc toán (Toán học ứng dụng)
Cấu trúc một chương trình khoảng 50 - 60 tiết học. Buổi sáng học sinh lớp 10 học Vật lý, buổi chiều học bổ túc Toán. Sao cho sau học kỳ I xong sẽ hoàn thành. Tạo điều kiện từ kỳ II của lớp 10 đến lớp 12. Giáo viên lý có thể dùng để dạy và học sinh dùng để học và giải toán Vật lý ở cấp độ cao hơn (tương đương với năm thứ 4 đại học vật lý). Ví dụ học kỳ 2 có thể dùng tích phân cho Vật lý.
Các phần cốt lõi của bổ túc tốn là: Số học (phép tính gần đúng, sai số, các đại lượng trung bình, phép nội suy). Đại số (phương trình các loại phương trình, số phức, các bất đẳng thức, cấp số, nhị thức Newton). Hình học (quỹ tích, dựng hình, diện tích các hình phẳng, các khối đa diện, hình trụ, hình nón, hình cầu, phép đối xứng). Lượng giác (đo bằng độ và radian, giải tam giác bằng lượng giác, các hàm lượng giác và các cơng thức liên hệ, phương trình lượng giác). Hàm số và đồ thị (các hàm số và đồ thị, giới hạn các đại lượng vô cùng bé, vô cùng lớn), các đường cong quan trọng như bậc 2, bậc 3, bậc 4, xiclôit, đường xoắn ốc). Giải tích (đạo hàm, vi phân, tích phân). Phương trình vi phân (khái niệm, phương trình cấp 1, phương trình cấp 2, các bài tốn biên, phương
trình vi phân bậc II thuần nhất, khơng thuần nhất). Đại số véc tơ (khái niệm, các phép tính véc tơ, tích vơ hướng, tích hữu hướng).
Vấn đề thì nhiều, làm sao dạy hết, cách dạy là khơng đi sâu, cầu kỳ như toán học. Dạy kỹ các khái niệm. Nêu hướng giải quyết và nêu các kết quả (ví dụ như cách tìm đạo hàm của một hàm số y = ax2) và có học sinh hiểu và tra từ điển toán học để áp dụng cho vật lý. Chú trọng các ứng dụng toán học vào Vật lý. Chú trọng các ứng dụng tốn học vào Vật lý (ví dụ cho 2 0 0 at x x v t 2 tìm 2 1 t t dx ).
2.2. Cấu trúc chương trình chuyên lý cấp 3
Về cơ bản khá giống với vật lý nâng cao cấp 3 (hiện nay). Tuy vậy phải thay đổi cấu tạo chương và cả đổi cách viết cho từng bài: gọn gàng, súc tích, phần tư tưởng phải cao hẵn. Khơng chia mục, khơng có phần ví dụ ứng dụng… Phần bài tập khơng có trong sách giáo khoa có thể học tập cách viết sách là: xem sách "cơ học đại cương" của giáo sư Hoàng Qúy, sách của Lan Đạo, kiến thức vẫn đầy đủ nhưng rất gọn, rất đẹp, đánh vào trí tuệ, kích thích tư duy và tính sáng tạo.
Có những bài xuất phát từ thực nghiệm (rèn luyện tư duy vật lý, kĩ thuật) lại có những bài chỉ xuất phát từ các giả thiết toán học, theo tư duy vật lý và toán học cao mà suy ra kết luận). Sách xoáy vào những quy luật vật lý, các định luật và thuyết vật lý. Ngoài ra sách còn giúp học sinh nắm vững cốt lõi. Ví dụ thế nào là khái niệm, là thuyết, các giả thiết, các định đề, các thuyết… Các dụng cụ thực nghiệm, cách làm thí nghiệm tập hợp số liệu, xử lý số liệu và các suy luận. Vạch rõ các định luật Vật lý được phát minh theo 2 cách hoặc bằng thực nghiệm hoặc bằng suy luận lý thuyết. Với cách làm trên, thầy giáo có thể dùng mọi cách (có thể xem thêm đề tài dạy thực nghiệm"cơ lớp 10", giáo sư Dương Trọng Bái viết, đề tài của T.G Trần Văn Dũng tại hội nghị Hội vật lý Việt Nam lần 1 ở ĐHSP Hà Nội). Sau đây là phần đề xuất các thay đổi trong chương trình cấp 3.
* Phần c: Sau cơ học chất lưu, cần thêm động lực học vật rắn, dao động cơ. Trong dao động cơ cần thêm con lắc Maxuen.
* Phần nhiệt: Sau phần cơ sở của nhiệt động lực học cần thêm: phương trình Vander Walls, cơng thức áp suất khí quyển.
* Điện học và từ học: Ngoài các phần đã có thêm: Hiệu ứng Hall, hỗ cảm, phương pháp giải toán bằng giản đồ, số phức, Kiêc sôp.
* Điện xoay chiều: Thêm mạch song song, mạch hỗn hợp
* Dao động và sóng: thêm gồm khái quát quan hệ dao động cơ, dao động điện, dao động điện từ; thêm phần Hiệu ứng: đôp-le âm, đôple ánh sáng, mạch dao động thêm: Mạch dao động tắt dần (có cơng thức và các đại lượng đặc trưng).
* Quang học: gồm quang hình và quang lý
Quang học nên thêm các phương pháp xác định vận tốc ánh áng (Bradley, Fizeau, Foucault,Michelson, Bergstend, vân đồng độ nghiêng, van đồng độ dài, các loại giao thoa kế, nguyên lý Fermat hệ thấu kính mỏng ghép sát.
* Phần vật lý hiện đại
a) Thuyết tương đối hẹp nên them các tiêu đề Einsein, các phép biến đổi Lorentz và hệ quả
b) Hạt nhân nguyên tử cần thêm năng lượng củ electron trong nguyên tử (đồ thị) biểu thức, 4 số lượng tử của electron trong nguyên tử (n, l, me, s).
Các phản ứng nhiệt hạch trong đời sống vũ trụ, đường cong thực nghiệm về độ bền vững của hạt nhân. Các dãy phóng xạ (nguyên tố mẹ, con, nguyên tố gốc và đồng vị bền).
c) Thế giới vi mơ: Vừa như chương trình nâng cao
d) Thế giới vĩ mơ và siêu vĩ mô: Thêm phần cơ học thiên thể (thuộc bài 40, sách nâng cao lớp 10). Thêm phần các định luật khác như định luật bảo toàn moomen động lượng cho các thiên thể).
2.3.. Bài tập vật lý
* Nên lấy cơ sở là các bài tập thi học sinh giỏi của Việt Nam và Ôlimpic thế giới.
* Cấu trúc bài tập tương ứng với phần lý thuyết, cấu tạo như bài tập vừa đến khó và rất khó.
* Các bài tập chuyên nên có nhiều giả thiết, phần cuối nên có những bài tập tổng hợp các phần.
* Bài ra, khơng có bài giải chi tiết. Bài tập nào khó và khó quá chỉ nên có vài gợi ý khái quát. Có phần chú ý đến kiến thức, có phần phát triển mới đề học tư duy logic và sáng tạo. Tính sáng tạo của học sinh phải được thể hiện ở phần giải bài tập.
* Từ các phần hướng dẫn các phương pháp giải khái quát của giáo viên như: phương pháp động lực học, phương pháp dịch chuyển ảo, phương pháp đồ thị, phương pháp bảo tồn, phương pháp Kiêu sơp, học sinh phải áp dụng sinh động chúng. Hàm lượng trí tuệ phải được chú ý trong bài tập.