1.1. Cơ sở lí luận
1.1.2. Lí luận về phương pháp tương tự (PPTT)
Sự tương tự.
Sự tương tự là sự giống nhau (với các mức độ khác nhau) của hai hay nhiều sự vật, hiện tượng về các dấu hiệu xác định.
Sự tương tự có cả ở bên ngồi và cịn có thể nằm trong bản chất của sự vật, hiện tượng. Sự tương tự có nguyên nhân sâu xa là thống nhất về bản chất bên trong của sự vật, hiện tượng có thể khác nhau, nhưng tính tổng quát của các quy luật chi phối chúng có sự thống nhất chung.
Suy luận tương tự (SLTT)
Suy luận tương tự là một phương pháp suy luận lôgic từ sự giống nhau về các dấu hiệu xác định của hai hoặc nhiều đối tượng, suy ra sự giống nhau về các dấu hiệu khác của chúng. Từ đó có thể dùng suy luận tương tự để gán kiến thức về đối tượng đã biết cho đối tượng chưa biết nhờ sự tương tự giữa chúng.
Bản chất của SLTT là sự phán đoán về hai hoặc nhiều nhóm đối tượng có những dấu hiệu giống nhau, nhưng không đồng nhất với nhau. Kết quả là khẳng định những mối quan hệ giống nhau. Đó là sự khách quan đối với các đối tượng nghiên cứu. Suy luận tương tự được biểu diễn bằng sơ đồ hình 1.2.
Hình 1.2. Suy luận tương tự cho hai đối tượng A và B
Từ sơ đồ ở hình 1.2, nếu đã biết đối tượng A có các dấu hiệu M1, M2, …, M , M ; và đối tượng B có các dấu hiệu M , M , …, M thì có thể suy
Đối tượng A M1, M2, …,Mn, Mn+1 Đối tượng B M1, M2, …, Mn Đối tượng B Mn+1
luận rằng: Đối tượng B cũng có dấu hiệu Mn+1 .
Trong suy luận tương tự, cần lưu ý những vấn đề sau:
- Đối với các đối tượng so sánh thì số lượng các đặc điểm giống nhau hoặc khác nhau càng nhiều thì kết luận càng chính xác.
- Các đặc điểm giống hoặc khác nhau càng là bản chất của các đối tượng thì kết luận càng chính xác.
- Những phán đốn đưa ra kết luận cần dựa trên mối quan hệ chặt chẽ, hữu cơ và có tính quy luật của các đối tượng nghiên cứu càng cao thì kết luận càng chính xác.
Căn cứ vào sự giống nhau, có thể phân SLTT thành hai loại:
Loại 1: Căn cứ vào tính chất giống nhau của các đối tượng. Loại này được phân thành hai dạng:
- Căn cứ vào những thuộc thính giống nhau của các đối tượng, có thể đưa ra kết luận một số thuộc tính khác của chúng cũng có thể giống nhau.
Ví dụ: Sóng cơ có các tính chất: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa và sóng cơ có bản chất sóng. Ánh sáng cũng có các tính chất: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa. Dùng SLTT có thể kết luận ánh sáng cũng có bản chất sóng.
- Căn cứ vào mối quan hệ giữa các đối tượng. Các đối tượng có thể có những thuộc tính hồn tồn khác nhau nhưng có những mối quan hệ giống nhau cũng có thể đưa ra kết luận về SLTT.
Ví dụ: Mẫu nguyên tử của Rutherford tương tự với hệ Mặt Trời.
Loại 2: Căn cứ vào mức độ giống nhau giữa các đối tượng nghiên cứu.
Trong khoa học, có thể sử dụng loại căn cứ này để đưa ra nhận xét cho đối các tượng nghiên cứu giống nhau như hệ quả hay suy luận về nguyên nhân của chúng. Tuy nhiên, để có thể có kết luận chính xác cần phải kết hợp với các hình thức và phương pháp suy luận khác mang tính khách quan hơn.
Suy luận tương tự có vai trị to lớn trong hoạt động thực tiễn và khoa học. Trong giai đoạn quan sát ban đầu để tìm phương hướng hoạt động hoặc
đề giả thuyết, suy luận tương tự chiếm vị trí ưu thế. Quan sát phát hiện sự tương tự, cho phép dự báo cách giải quyết. Kết luận do suy luận tương tự cần phải tiếp tục xác minh thông qua những phương pháp khác. Phương pháp tương tự giúp nhanh chóng định hướng hành động khi chưa có điều kiện kiểm tra, chứng minh khoa học.
Phương pháp tương tự
Phương pháp tương tự là phương pháp nhận thức khoa học với việc sử dụng sự tương tự và phép suy luận tương tự nhằm thu nhận tri thức mới.
Trong các khoa học thực nghiệm, phương pháp tương tự là phương pháp hay được sử dụng.
Theo logic học: phương pháp tương tự là việc dựa vào sự giống nhau một phần về các tính chất hoặc về mối quan hệ mà ta đem những kết luận thuộc về sự vật này gán cho sự vật khác.
Theo ngôn ngữ hiện đại: phương pháp tương tự là việc chuyển những thông tin (về những tính chất hoặc về những mối quan hệ) thuộc về đối tượng
này sang đối tượng khác. Giả sử đối tượng mẫu (đối tượng so sánh) A có dấu hiệu M1, M2, …,Mn, Mn+1; cịn đối tượng B muốn nghiên cứu chỉ có các dấu
hiệu M1, M2, …,Mn. Ta có thể kết luận ngay là đối tượng B cũng phải có dấu hiệu Mn+1. Nếu như trước đó ta đã có một quy luật gắn bó sự tồn tại của các dấu hiệu M1, M2, …,Mn, Mn+1.
Những kết luận rút ra bằng phương pháp tương tự chỉ mang tính chất giả thuyết, những giả thuyết này cần được kiểm tra bằng phương pháp thực
nghiệm thì mới trở thành nhận thức khoa học, bởi ta không đủ bằng chứng
xác nhận rằng quy luật chi phối hiện tượng A chắc chắn sẽ chi phối hiện tượng B
Các giai đoạn cơ bản của phương pháp tương tự
Trong quá trình sử dụng phương pháp tương tự cần tuân theo 4 giai đoạn sau:
các dấu hiệu về đối tượng đã biết.
- Giai đoạn 2: Tiến hành phân tích những dấu hiệu giống nhau và khác nhau giữa chúng. Kiểm tra xem các dấu hiệu giống nhau có đồng thời là các dấu hiệu bản chất của các đối tượng hay không.
- Giai đoạn 3: Truyền các tính chất, các quy luật chi phối sự tồn tại và phát triển cho các đối tượng cần nghiên cứu bằng SLTT.
- Giai đoạn 4: Kiểm tra tính đúng đắn của các kết luận (hoặc các kết quả) ở chính đối tượng cần nghiên cứu.
Nếu các kết luận rút ra không đúng với đối tượng nghiên cứu thì phải trở lại giai đoạn 1.
Trong nhiều trường hợp thì phương pháp tương tự có thể kết thúc ở giai đoạn 3, những kết luận đó mang tính giả thuyết và mơ hình.
Thực nghiệm có vai trị quan trọng trong phương pháp tương tự. Nhờ đó ta phát hiện được sự tồn tại các dấu hiệu giống nhau (tương tự) của các đối tượng, làm cơ sở cho việc lựa chọn đối tượng đem so sánh và cũng nhờ đó mà có thể kiểm tra được tính đúng đắn của các kết luận (hệ quả) rút ra bằng SLTT.
1.1.2.2. Đặc điểm của phương pháp tương tự
Có thể áp dụng phương pháp tương tự cho rất nhiều phương diện, khía cạnh của sự vật. Sự tương tự có thể tồn tại giữa các hình thức bên ngồi, giữa những tính chất riêng biệt hoặc giữa những điều kiện chung của quá trình diễn biến các hiện tượng.
Các mối quan hệ, định luật mà có tầm khái qt lớn thì càng phải sử dụng nhiều đến phương pháp tương tự.
Sở dĩ trở thành một phương pháp tư duy khoa học hiện đại là vì chúng tuân theo những mối quan hệ nhân quả. Dựa trên những sự tương tự giữa các hệ quả để đưa ra sự tương tự giữa các nguyên nhân.
mà sự tương tự còn nằm trong bản chất sự vật, một tính chất của thế giới khách quan.
Những sự tương tự giữa thế giới vi mô và thế giới vĩ mô, giữa giới vô sinh và hữu sinh, giữa tự nhiên và xã hội, giữa vật lý và kỹ thuật.... đều có ý nghĩa sâu xa nói trên. Chính nhờ có những sự tương tự này mà người ta có thể xây dựng được những mơ hình cho các đối tượng nghiên cứu.
Nội dung của sự tương tự xem xét phụ thuộc vào mức độ nông sâu của vấn đề nghiên cứu. Ví dụ: Khi nghiên cứu mắt theo quan điểm quang hình học thì có thể coi mắt tương tự như một máy ảnh, nhưng nếu nghiên cứu mắt theo quan điểm quang lý thì phải so sánh mắt với một bộ biến đổi quang điện phức tạp.
Đa số những giả thuyết khoa học ngày nay được đề xuất dựa trên sự tương tự với những nguyên lý, những tiên đề hoặc những kết quả đã có trước trong khoa học và được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Chẳng hạn như giả thuyết về mẫu nguyên tử Rutherford được đề xuất dưa trên sự tương tự của nguyên tử và hệ Mặt Trời (đã nêu trong mục 1.1.3.1).
1.1.2.3. Sự cần thiết của việc sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lý
Trong quá trình học sinh sử dụng phương pháp tương tự để giải quyết các vấn đề học tập, học sinh đã được rèn luyện một loạt thao tác tư duy, được phát triển niềm tin vào mối quan hệ có tính khái qt, có tính quy luật của các sự vật, hiện tượng tự nhiên đa dạng và phong phú.
Việc sử dụng phương pháp tương tự còn làm học sinh dễ hình dung các hiện tượng và các quá trình vật lý khơng thể quan sát được.
Sử dụng PPTT xuất phát từ những kiến thức đã biết, nhờ sự tương tự suy ra kiến thức mới. Như thế học sinh vừa khắc sâu được kiến thức cũ đã học vừa tiếp thu được kiến thưc mới không ngỡ ngàng lạ lẫm.
Điều kiện dạy học ở trường phổ thơng (thời gian, tình trạng, thiết bị) nhiều khi chỉ cho phép đề cập sâu một đối tượng (vật đại diện) rồi sử dụng
SLTT rút ra các kết luận cho đối tượng khác tương tự với nó.
Đó là những lý do mà sự tương tự và phương pháp tương tự được sử dụng nhiều trong dạy học vật lý ở trường phổ thông.
1.1.2.4. Các khả năng sử dụng sự tương tự và phương pháp tương tự trong dạy học vật lý
Có thể sử dụng sự tương tự và phương pháp tương tự ở các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học, nhưng có giá trị hơn cả là việc sử dụng phương pháp tương tự để xây dựng kiến thức mới, ngay cả những trường hợp mà điều kiện thiết bị thí nghiệm ở trường phổ thông chưa cho phép kiểm tra các giả thuyết rút ra từ SLTT.
Trong dạy học vật lý người ta thường sử dụng sự tương tự để minh họa cho học sinh dễ hình dung các hiện tượng q trình vật lý khơng thể trực tiếp quan sát được.
Có thể sử dụng PPTT để hệ thống hóa kiến thức, so sánh kiến thức mà học sinh đã học ở nhiều phần khác nhau của sách giáo khoa.
Sử dụng phương pháp tương tự để giải bài tập.
Đạt kết quả cao trong việc sử dụng PPTT, điều cơ bản là phải trang bị cho học sinh vốn kiến thức hiểu biết sâu về đối tượng đem so sánh từ kiến thức đã học, từ kinh nghiệm hoặc từ mơ hình đơn giản có thể hình dung được cho những học sinh mới làm làm quen.
Đặc biệt khi sử dụng phương pháp này cần phải làm sáng tỏ phạm vi của các vấn đề tương tự, các biểu hiện giống và cả những biểu hiện khác nhau của các đối tượng so sánh. Trên cơ sở đó sẽ giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn và cũng tránh được việc đưa ra những kết luận kém chính xác.