Chương 2. CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH NHỮNG KIẾN THỨC VẬT LÝ CƠ BẢN
2.2. Xây dựng logic hình thành những khái niệm vật lý cơ bản
Khái niệm vật lý là hình thức cơ bản của nhận thức lý tính, được hình thành do kết quả của tư duy, đặc biệt là hai quá trình gắn bó với nhau mật thiết là khái quát hóa và trừu tượng hóa.
Một khái niệm mới được hình thành trong quá trình tìm hiểu một khía cạnh mới của hiện tượng, sự vật mà ta không hiểu được, không mô tả, không lý giải được bằng những khái niệm cũ. Nói cách khác, khái niệm mới xuất hiện do nhu cầu giải quyết một mâu thuẩn giữa sự hiểu biết đã có và sự chưa hiểu biết và cũng là kết quả của sự giải quyết mâu thuẩn đó.
Các khái niệm phản ánh các tính chất của các sự vật cũng như mối quan hệ giữa các tính chất đó. Nhưng sự phản ánh đó đúng đến đâu, đầy đủ đến mức nào còn tùy thuộc vào trình độ nhận thức thế giới khách quan của con người. Bởi vậy, các khái niệm vật lý không phải là vĩnh viễn bất biến; trái lại, nội dung của nó có thể thay đổi, trở thành phong phú hơn, phức tạp hơn, đầy đủ hơn, chính xác hơn do trình độ nhận thức của con người ngày một tiến lên.
Mỗi khái niệm được biểu hiện ra bằng một từ. Một từ là một ký hiệu, một cái tên ta gắn cho khái niệm.
Trong khái niệm vật lý, có một loại khái niệm có tầm quan trọng đặc biệt. Đó là khái niệm về đại lượng vật lý như khái niệm vận tốc, gia tốc, lực, nhiệt lượng, cường độ dòng điện, hiệu điện thế,… Mỗi một đại lượng vật lý đều có hai đặc điểm: đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng. Đặc điểm định tính là biểu thị một tính chất nào đó của sự vật, hiện tượng (Ví dụ: vận tốc biểu thị tính chất nhanh hay chậm của chuyển động). Đặc điểm định lượng cho ta biết cách đo lường độ lớn hay nhỏ, mạnh hay yếu của tính chất đó (Ví dụ: vận tốc được đo bằng thương số 𝑠𝑡).
2.2.2. Các giai đoạn điển hình của quá trình hình thành những khái niệm về đại lƣợng vật lý
Giai đoạn 1: Phát hiện đặc điểm định tính của khái niệm
Trong dạy học vật lý, một khái niệm mới được xây dựng để giải quyết một mâu thuẫn giữa sự hiểu biết đã có và sự chưa hiểu biết, có nghĩa là: những khái niệm đã có chưa đủ để mô tả lý giải được những sự vật, hiện tượng mới xuất hiện. Bởi vậy, trước hết, GV cần tạo điều kiện để HS ý thức được mâu thuẫn đó, phát hiện được những mặt mới của sự vật hiện tượng mà nếu dùng những khái niệm đã biết thì không thể hiểu được. Muốn thế, GV tạo ra một tình huống, trong đó xuất hiện tính chất mới của sự vật, hiện tượng.
Giai đoạn 2: Chỉ ra đặc điểm định lượng của khái niệm
Chỉ rõ mối liên hệ định lượng giữa khái niệm mới với khái niệm cũ, cách xác định độ lớn của khái niệm mới. Đặc điểm định lượng phải thống nhất với đặc điểm định tính, phản ánh được đặc điểm định tính.
Thông thường có hai cách để tìm ra đặc điểm định lượng của khái niệm mới:
- Cách 1: Nếu đã biết trước đặc điểm định tính của khái niệm, ta có thể xuất phát từ đặc điểm định tính đó, dựa trên sự phân tích mối quan hệ giữa các khái niệm mới với khái niệm cũ, tìm ra một biểu thức định lượng giữa các khái niệm cũ, biểu thức này có giá trị càng lớn khi đặc tính mới của sự vật và hiện tượng có biểu hiện càng mạnh và ngược lại.
- Cách 2: Nếu chưa biết trước đặc điểm định tính của khái niệm thì ta không thể dựa vào đặc điểm định tính để tìm đặc điểm định lượng mà phải làm một cách độc lập.
Ta sử dụng những đại lượng và định luật đã biết để khảo sát một hiện tượng mới và tìm được một biểu thức luôn luôn có một giá trị không đổi khi các đại lượng có mặt trong biểu thức đó thay đổi, giá trị của biểu thức này chỉ phụ thuộc vào bản thân của sự vật, hiện tượng, mà không phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài.
- Cách 3: Vì đặc điểm định lượng của khái niệm về đại lượng vật lý biểu thị một mối quan hệ khách quan giữa khái niệm mới với các khái niệm cũ nên nhiều khi nó cũng xuất hiện đồng thời với định luật vật lý biểu thị mối quan hệ đó.
Giai đoạn 3: Định nghĩa đại lượng vật lý
Theo lôgic học, khi định nghĩa một khái niệm, ta phải thực hiện hai nhiệm vụ:
Phân biệt sự vật cần định nghĩa với tất cả sự vật khác tiếp cận với nó.
Vạch ra những dấu hiệu bản chất của sự vật cần định nghĩa (nội hàm của khái
= = + +
Giai đoạn 4: Xác định đơn vị đo
Đo một đại lượng vật lý cần phải thỏa mãn hai yêu cầu:
So sánh hai đại lượng cùng loại bằng nhau. Điều đó có nghĩa là phải chọn được một “vật mẫu” để so sánh với vật khác có đặc điểm định lượng bằng đặc điểm định lượng của vật mẫu.
Xác định được một đại lượng cùng loại có đại lượng gấp đôi vật mẫu.
Trong vật lý học, có hai loại đơn vị: đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất. Đơn vị cơ bản thì có thể tùy ý chọn, không phụ thuộc vào đơn vị đo các đại lượng khác (ví dụ đơn vị đo độ dài, thời gian, khối lượng trong cơ học). Còn các đơn vị dẫn xuất đều được xác định dựa trên công thức định nghĩa của đại lượng vật lý muốn đo. Đơn vị để đo một đại lượng là một trường hợp riêng, cụ thể của chính đại lượng đó. Ví dụ, đơn vị đo chiều dài chỉ có thể là chiều dài của vật làm mẫu (cái thước mét mẫu).
Giai đoạn 5: Vận dụng khái niệm vào thực tiễn
Sau khi định nghĩa khái niệm, ta đã thu được một sản phẩm trừu tượng và khái quát, tách rời khỏi những sự vật hiện tượng cụ thể. Nhưng muốn sử dụng được khái niệm đó, ta lại cần biết những biểu hiện của nó trong thực tiễn, trên những sự vật hiện tượng cụ thể, phải vận dụng khái niệm mới để giải thích những sự vật hiện tượng cụ thể, dự đoán những dấu hiệu, những hiện tượng có thể cảm nhận được trong thực tiễn bằng giác quan, có thể đo lường cụ thể. Nhờ thế mà hiểu sâu sắc hơn ý nghĩa vật lý của khái niêm mới.
Trong quá trình vận dụng khái niệm vào thực tiễn, sẽ đến lúc ta gặp những sự kiện mới, đòi hỏi phải mở rộng bổ sung thêm cho khái niệm được hoàn chỉnh. Tuy nhiên, việc mở rộng, bổ sung này còn phải tùy thuộc vào trình độ HS mà xác định các mức độ thích hợp.
2.2.3. Mối quan hệ giữa khái niệm và từ
Mỗi khái niệm được biểu thị bằng một từ. Như vậy, quan hệ giữa khái niệm và từ như là mối quan hệ nội dung được phản ánh trong trí não và hình thức biểu đạt bằng ngôn ngữ của khái niệm như một tên gọi.
Khái niệm muốn định nghĩa
Khái niệm giống
Thuộc tính bản chất của loài
Hai trường hợp đặc biệt đáng quan tâm khi sử dụng các từ để biểu đạt khái niệm vật lý:
Với cùng một từ nhưng có nhiều nghĩa khác nhau (từ đồng âm nhưng khác nghĩa).
Ví dụ từ “hạt” dùng chỉ những đối tượng vật lý vi mô (như nguyên tử, phân tử, ion…) và cũng để chỉ những đối tượng vĩ mô (như hạt bụi, giọt dầu, hạt phấn hoa…).
Có nhiều từ khác nhau cùng chỉ một khái niệm (đồng nghĩa, khác âm). Ví dụ: lực và sức. điện thế và điện áp, quán tính và tính ỳ