1.1 .Vai trị của tốn học trong dạy và học vật lí ở trƣờng phổ thơng
1.2. Phƣơng pháp mơ hình trong dạy học vật lí
1.2.2. Tính chất, vai trị của mơ hình trong dạy học vật lí
Do mơ hình là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng mà ta nghiên cứu, cho nên mỗi mơ hình có thể có một số tính chất cơ bản sau:
- Tính đơn giản: Mơ hình tốn học phản ánh khá đầy đủ các hiện tượng
của thực tế khách quan. Nhiều khi một thực thể khách quan phải dùng đến nhiều mơ hình để phản ánh. Khi xây dựng mơ hình tốn học ta phải thực hiện các thao tác: trừu tượng hoá, khái quát hoá. Những thao tác ấy bao giờ cũng dẫn đến một sự đơn giản hoá, chỉ giữ lại những thuộc tính và những mối liên hệ bản chất nhất. Mặt khác, cũng nhờ tính đơn giản của mơ hình tốn mà nhà nghiên cứu vật lí có thể nắm chắc những vấn đề cơ bản nhất của thực tế khách quan để có thể khái qt hố thành những quy luật cụ thể.
- Tính tương tự với "vật gốc": sự tương tự này có thể nghiên cứu ở hai
khía cạnh chức năng hoặc mặt cấu trúc của nó
Ví dụ mơ hình tốn học diễn tả dao động điều hoà: sự tương tự giữa quy luật biến đổi của điện tích q trong mạch LC cũng giống như quy luật biến đổi của li độ x trong dao động của con lắc lị xo. Đó là: q'' + 2.q = 0 tương tự với x'' + 2.x = 0. Do li độ của con lắc lị xo là điều hồ thì cũng có thể kết luận điện tích q cũng thực hiện dao động điều hồ.
Trong dạy học vật lí, tính chất tương tự với vật gốc của mơ hình có ý nghĩa quan trọng. Khi sử dụng tính chất này để xây dựng mơ hình, học sinh có thể được rèn luyện nhiều thao tác tư duy, được phát triển niềm tin vào mối liên hệ có tính khái qt, có tính quy luật của các sự vật, hiện tượng tự nhiên đa dạng, phong phú. Sử dụng tính chất này cịn góp phần nâng cao hiệu quả giờ học, bởi vì nó tạo điều kiện cho học sinh liên hệ cái chưa biết với cái đã biết, phát hiện những mối liên hệ giữa các hệ thống khác nhau và giống nhau ở các phần khác nhau của vật lí học. Từ đó có sự gắn kết các kiến thức với thực tế, giúp học sinh hiểu sâu hơn các hiện tượng và định luật vật lí.
- Tính quy luật riêng : Người ta dựa vào tính tương tự của các tình
huống vật lí mà nó phản ánh đến. Cịn bản thân mơ hình lại có những tính chất riêng của nó. Điều đó được quy định bởi tính chất của các phần tử và mối quan hệ giữa các phần tử ấy trong mơ hình. Các mối quan hệ tuân theo quy luật riêng, nhiều khi khơng cịn giống những quy luật chi phối mối quan hệ giữa các phần tử trong tình huống vật lí nữa. Ví dụ mơ hình ký hiệu tốn học tuân theo những quy luật của toán học.
Từ sự vận động của những quy luật riêng này có thể đưa ra những quy luật mới có khả năng chuyển tải thơng tin cho các tình huống vật lí. Sự tiên đốn này mang tính giả thuyết, cần được kiểm tra lại, nhưng đây là giá trị nhận thức của mơ hình. Nhờ tính chất này mà khi sử dụng mơ hình ta khơng chỉ dừng lại ở sự mơ tả, tìm hiểu các tình huống vật lí mà cịn phát hiện những tính chất mới, thu thập được những thơng tin mới để nghiên cứu hiện tượng vật lí mới.
- Tính trực quan: Tính trực quan thể hiện ở chỗ đã vật chất hố những
tính chất, những quan hệ khơng thể trực tiếp tri giác được (Ví dụ : Quy luật chuyển động được biểu diễn bằng đồ thị vận tốc; lực hút, lực đẩy giữa các phân tử được biểu hiện trên mơ hình bằng các gạch nối đậm hay nhạt). Một số mơ hình dễ dàng nhận biết được bằng các giác quan trong khi việc quan sát
trên vật thật có khi gặp khó khăn. Tính trực quan còn được mở rộng trong trường hợp mơ hình khơng trực tiếp diễn tả hiện tượng thực tế mà so sánh với một hiện tượng thực tế khác mà ta có thể tri giác được bằng giác quan (ví dụ: khi xây dựng mơ hình hình chiếu vật chuyển động trịn đều trên một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo so sánh với vật dao động điều hoà. Dao động điều hồ có thể coi như là hình chiếu của một chuyển động tròn đều xuống một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo.).
- Tính lý tưởng: Mơ hình xuất phát từ thực tiễn sẽ phản ánh một thực
tiễn cụ thể nào đấy. Nhưng khi mơ hình hố một vật, một mối quan hệ nào đó thì cần thực hiện q trình trừu tượng, khái qt hố, phản ánh các đặc tính của vật thể, loại bỏ các nhiễu loạn trong nhận thức, quá trình thiết lập này mang tính lý tưởng. Trong thực tế có thể tồn tại song song một vấn đề vừa mang tính thực tiễn lại vừa mang tính lý tưởng.