Tài liệu Nghiên cứu phối hợp phương pháp thực nghiệm với dạy học theo góc trong dạy học chương nhiệt học vật lí 8 thcs (lv01872)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 ====== VŨ THỊ KIM PHÚC NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VỚI DẠY HỌC THEO GÓC TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “NHIỆT HỌC” VẬT LÍ 8 THCS Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÍ Mã số: 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Tạ Tri Phương HÀ NỘI, 2016 i LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, phòng Sau đại học cùng quý thầy cô trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để giúp tôi hoàn thành khóa học. Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS. Tạ Tri Phương đã dành nhiều thời gian, tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn, Sở giáo dục và đào tạo Bắc Ninh và Trường THCS Ninh Xá, THCS Song Hồ, huyện Thuận Thành, tỉnh Bắc Ninh đã tạo điều kiện cho tôi được học tập. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, các đồng chí giáo viên tổ Vật lý và các em học sinh lớp 8A2 và 8A3 Trường THCS Ninh Xá, THCS Song Hồ đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực nghiệm. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và các học viên lớp LL&PPDHBM Vật lý K18 đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu để tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2016 Tác giả luận văn VŨ THỊ KIM PHÚC ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn là công trình nghiên cứu của chính bản thân dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS. Tạ Tri Phương; đề tài nghiên cứu không trùng lặp với bất cứ công trình nghiên cứu của tác giả nào đã công bố trước đó. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2016 Người viết Vũ Thị Kim Phúc iii BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết đầy đủ Viết tắt Bài tập vật lí BTVL Giáo viên GV Học sinh HS Kiến thức mới KTM Nghiên cứu kiến thức mới NCKTM Phương pháp dạy học PPDH Trung học cơ sở THCS Năng lực sáng tạo NLST Phương pháp thực nghiệm PPTN iv MUC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................... 3 4. Giả thuyết khoa học.................................................................................... 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................. 4 6. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 4 7. Đóng góp của đề tài .................................................................................... 5 8. Cấu trúc của luận văn ................................................................................. 5 Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA PHƯƠNG HƯỚNG .... 6 NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 6 1.1. Phương pháp thực nghệm ........................................................................ 6 1.1.1. PPTN trong nghiên cứu Vật lí ........................................................... 6 1.1.2. PPTN trong dạy học Vật lí .............................................................. 10 1.1.3. Tổ chức dạy học vật lí ở trường phổ thông theo PPTN [7, tr13] ...... 15 1.2. Phương pháp dạy học theo góc .............................................................. 17 1.2.1. Khái niệm dạy học theo góc [17] .................................................... 17 1.2.2. Cơ sở của dạy học theo góc ............................................................. 18 1.2.3. Các kiểu tổ chức dạy học theo góc .................................................. 19 1.2.4. Đặc điểm của dạy học theo góc ....................................................... 19 1.2.5. Quy trình dạy học theo góc ............................................................. 21 1.2.5.1. Chọn nội dung, không gian lớp học phù hợp ............................... 21 1.3. Phát huy tính tích cực, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS.................. 27 1.3.1. Phát huy tính tích cực của HS ......................................................... 27 1.3.2. Bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho HS khi vận dụng PPTN phối hợp với DHTG trong dạy học Vật lí ................................................................. 33 v 1.4. Những ưu điểm nổi bật của sự kết hợp giữa PP thực nghiệm và PP dạy học theo góc ................................................................................................. 40 1.4.1. PPTN cho phép hình thành phương pháp nghiên cứu khoa học cho HS phổ thông. ........................................................................................... 40 1.4.2. Dạy học theo góc cho phép phát triển năng lực hành động cho HS . 41 1.4.3. Đề xuất những tiêu chí của năng lực sáng tạo khi kết hợp phương pháp thực nghiệm với dạy học theo góc .................................................... 42 1.5. Đề xuất quy trình phối hợp phương pháp thực nghiệm phối hợp với dạy học theo góc ................................................................................................. 44 1.6. Thực trạng của việc sử dụng các PPDH hiện đại ở trường phổ thông .... 44 1.6.1. Mục đích điều tra. ........................................................................... 44 1.6.2. Cách thức ........................................................................................ 45 1.6.3. Kết quả ............................................................................................ 45 KẾT LUẬN CHƯƠNG I.............................................................................. 47 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “NHIỆT HỌC” VẬT LÍ 8 VỚI VIỆC VẬN DỤNG PHỐI HỢP PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ PPDH THEO GÓC..... 48 2.1. Cấu trúc và nội dung kiến thức chương “Nhiệt học” – vật lí 8THCS ..... 48 2.2.1. Kiến thức......................................................................................... 50 2.2.2. Kỹ năng........................................................................................... 51 2.3. Thiết kế tiến trình tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Nhiệt học” Vật lí 8 với sự phối hợp PPTN và PPDH theo góc........................................ 51 2.3.1. Soạn thảo tiến trình dạy học bài “Các chất được cấu tạo như thế nào” theo các giai đoạn của PPTN và PPDH theo góc. ...................................... 51 2.3.2. Soạn thảo tiến trình dạy học bài “Nguyên tử, phân tử chuyển động hay đứng yên?” theo PP thực nghiệm phối hợp với DH theo góc. ............. 63 2.3.2.4. Tiến trình dạy học cụ thể .............................................................. 71 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................. 73 vi CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM.................................................. 74 3.1. Mục đích TNSP ..................................................................................... 74 3.1.1 Mục đích .......................................................................................... 74 3.1.2. Nhiệm vụ ........................................................................................ 74 3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm............................................................ 74 3.3. Tiến hành TNSP .................................................................................... 75 3.3.1. Chuẩn bị thực nghiệm sư phạm ....................................................... 75 3.3.1.2. Chọn lớp thực nghiệm .................................................................. 75 3.3.1.3. Thời gian tiến hành TNSP ............................................................ 75 3.3.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm................................................. 75 3.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm ............................................................... 76 3.4.1. Kết quả ............................................................................................ 76 3.4.2. Phân tích kết quả ............................................................................. 76 3.4.2.1. Phân tích về mặt định tính ............................................................ 76 3.4.2.2. Phân tích về mặt định lượng ........................................................ 78 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................. 86 KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................... 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 89 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM ...................................................... 92 PHỤ LỤC .................................................................................................... 93 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài 1.1.Sự phát triển kinh tế - xã hội trong bối cảnh toàn cầu hoá đặt ra những yêu cầu mới đối với người lao động, do đó cũng đặt ra những yêu cầu mới cho sự nghiệp giáo dục thế hệ trẻ và đào tạo nguồn nhân lực. Một trong những định hướng cơ bản của việc đổi mới giáo dục là chuyển từ nền giáo dục mang tính hàn lâm, kinh viện, xa rời thực tiễn sang một nền giáo dục chú trọng việc hình thành năng lực hành động, phát huy tính chủ động, sáng tạo của người học. Định hướng quan trọng trong đổi mới PPDH là phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo, phát triển năng lực hành động, năng lực cộng tác làm việc của người học. Đó cũng là những xu hướng quốc tế trong cải cách PPDH ở nhà trường phổ thông. 1.2. Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI [2] về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực. Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học. Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học”. Để thực hiện tốt mục tiêu về đổi mới căn bản, toàn diện GD&ĐT theo Nghị quyết số 29-NQ/TW, cần có nhận thức đúng về bản chất của đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực người học và một số biện pháp đổi mới phương pháp dạy học theo hướng này. 1.3. Trong dạy học ở trường phổ thông có rất nhiều các PPDH, hình thức tổ chức dạy học khác nhau. Tuy nhiên không có một phương pháp nào có vai trò độc tôn . Sự phối hợp vận dụng hợp lí các PPDH luôn mang đến 2 hiệu quả cao trong thực tiễn dạy học. Việc đổi mới phương pháp dạy học đang thực hiện bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực của người học, nghĩa là từ chỗ quan tâm đến việc HS học được cái gì đến chỗ quan tâm HS vận dụng được cái gì qua việc học. Để đảm bảo được điều đó, phải thực hiện chuyển từ phương pháp dạy học theo lối "truyền thụ một chiều" sang dạy cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, hình thành năng lực và phẩm chất. Vật lí là môn khoa học thực nghiệm vì vậy phương pháp đặc thù chính là phương pháp thực nghiệm. Tăng cường việc học tập trong nhóm, đổi mới quan hệ giáo viên - học sinh theo hướng cộng tác có ý nghĩa quan trọng nhằm phát triển năng lực xã hội. Dạy học theo góc gồm các hoạt động có tính đa dạng cao về nội dung và bản chất, hướng tới việc thực hành, khám phá và trải nhiệm; tạo cơ hội cho HS được lựa chọn cách học theo sở thích, được hợp tác trong học tập, được tham gia các hoạt động như khám phá, thực hành… tạo hứng thú và cảm giác thoải mái ở HS. Nếu phối hợp PPTN với DHTG trong dạy học vật lí sẽ giúp HS có cảm giác mình tìm ra kiến thức, là người chiếm lĩnh kiến thức nhằm nâng cao chất lượng học tập. Ở cấp THCS là cấp đầu tiên các em được tiếp xúc và làm quen với bộ môn Vật lí vì vậy việc hình thành cho các em cách học theo nhóm và sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu kiến thức là vô cùng quan trọng. Trong chương trình vật lí 6, HS đã được nghiên cứu một số vấn đề về “Nhiệt học”, nhưng mới ở mức độ đơn giản là nhận biết hiện tượng. Tuy nhiên, sang tới lớp 8, HS được nghiên cứu sâu hơn về “Nhiệt học”, không chỉ về mặt hiện tượng, mà còn tìm hiểu về cơ chế vi mô – dựa trên cấu tạo chất để giải thích các hiện tượng nhiệt. Như vậy HS đã có sự thay đổi quan điểm khi phân tích hiện tượng vật lí: hiện tượng luận và cơ chế vi mô. Điều này khiến cho HS gặp nhiều khó khăn vì cần tư duy trừu tượng. Việc phối hợp phương pháp 3 thực nghiệm với phương pháp dạy học theo góc cho HS lớp 8 là vô cùng cần thiết. 1.4. Đã có một số đề tài khoa học nghiên cứu về các phương pháp dạy học hiện đại như : “Rèn luyện cho học sinh sử dụng phương pháp thực nghiệm nhằm nâng cao chất lượng học tập và góp phần phát triển năng lực sáng tạo trong dạy học chương “Cảm ứng điện từ” SGK Vật lí 11 nâng cao” của tác giả Vũ Hoàng Tư (2009), “Nghiên cứu tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học phần Cơ học lớp 6 THCS theo hướng phát triển hoạt động tích cực, tự chủ, sáng tạo” của tác giả Đinh Thị Thái Quỳnh (2009)… Tuy nhiên, trong các đề tài nghiên cứu chưa có đề tài nào nào chỉ ra cách vận dụng phối hợp các phương pháp dạy học hiện đại với nhau. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu phối hợp phương pháp thực nghiệm với dạy học theo góc trong dạy học chương “Nhiệt học” Vật lí 8 THCS. 2. Mục đích nghiên cứu Vận dụng phương pháp thực nghiệm và phương pháp dạy học theo góc để tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Nhiệt học” Vật lí 8 THCS nhằm phát huy hoạt động nhận thức tích cực và năng lực sáng tạo của HS trong học tập. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Hoạt động dạy và học một số kiến thức chương “Nhiệt học” Vật lí 8 THCS. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: Nội dung kiến thức chương “Nhiệt học” Vật lí 8 THCS. 4. Giả thuyết khoa học Phương pháp thực nghiệm và PPDH theo góc có những đặc trưng riêng biệt điển hình. Sự vận dụng phối hợp một cách linh hoạt, phù hợp của hai phương pháp này chẳng những mang lại hiệu quả cao trong việc đạt được các 4 mục tiêu kiến thức mà còn có khả năng cao trong việc bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho HS. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của phương pháp thực nghiệm và PPDH theo góc - Nghiên cứu về thực trạng việc sử dụng các PPDH hiện đại của GV trong trường phổ thông. - Nghiên cứu nội dung kiến thức chương “Nhiệt học”, Vật lí 8 – THCS nhằm xác định các mục tiêu hướng tới, những khó khăn mà GV và HS gặp phải và cách giải quyết. - Thiết kế tiến trình tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Nhiệt học” trong chương trình vật lí 8 THCS với việc vận dụng phương pháp thực nghiệm và PPDH theo góc. - Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các tiến trình tổ chức dạy học đã đề xuất. 6. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện được các nhiệm vụ trên, đề tài sử dụng các phương pháp chủ yếu: 6.1. Nghiên cứu lý luận làm sáng tỏ cơ sở lý luận của đề tài. 6.2.Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách bài tập và các tài liệu tham khảo để phân tích cấu trúc logic nội dung các kiến thức của chương “Nhiệt học” Vật lí 8, THCS 6.3. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: - Quan sát sư phạm kết hợp với điều tra cơ bản bằng kiểm tra phiếu, phiếu điều tra, dự giờ của giáo viên, trao đổi trực tiếp với giáo viên và học sinh về việc dạy và học một số kiến thức chương “Nhiệt học” để tìm ra những khó khăn, sai lầm mà giáo viên và học sinh thường gặp. Từ đó tìm hiểu nguyên nhân và đề xuất biện pháp khắc phục. 5 - Thực nghiệm sư phạm được sử dụng để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của phương pháp nghiên cứu. 6.4 Thống kê toán học được sử dụng để trình bày kết quả thực nghiệm sư phạm và kiểm định giả thuyết thống kê và kết quả học tập của các lớp đối chứng và lớp thực nghiệm. 7. Đóng góp của đề tài 7.1. Đóng góp về mặt lí luận - Làm rõ và hệ thống hóa cơ sở lí luận của phương pháp thực nghiệm và PPDH theo góc. - Việc vận dụng phối hợp phương pháp thực nghiệm và PPDH theo góc vào thiết kế tiến tình dạy học một số kiến thức chương “Nhiệt học”, Vật lí 8 – THCS. 7.2. Đóng góp về mặt thực tiễn. Luận văn có thể là tài liệu tham khảo cho GV phổ thông, sinh viên và học viên chuyên ngành. 8. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục nội dung chính của đề tài gồm 03 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của phương hướng nghiên cứu. Chương 2: Thiết kế tiến trình tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Nhiệt học”, Vật lí 8 - THCS với việc vận dụng phối hợp phương pháp thực nghiệm và PPDH theo góc. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 6 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU Nhận thức Vật lí là nhận thức chân lí khách quan. V.I.Lênin đã chỉ ra quy luật chung nhất của hoạt động nhận thức là: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn”. Đối với mỗi ngành khoa học, quá trình nhận thức cũng có những nét đặc thù riêng, tùy thuộc vào đối tượng nhận thức cụ thể. Mỗi khoa học chỉ trở thành một khoa học thực sự khi nó có một hệ thống khái niệm rõ ràng và một phương pháp nghiên cứu hiệu quả. Trong nghiên cứu Vật lí người ta thường sử dụng nhiều phương pháp khác nhau trong đó có các phương pháp đặc thù như phương pháp tiên đề, phương pháp tương tự, phương pháp mô hình, PPTN. .. Trong dạy học Vật lí thì người ta thường sử dụng các phương pháp dạy học đặc thù như phương pháp dạy học tích hợp, phương pháp dạy học theo góc, phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề... 1.1. Phương pháp thực nghệm 1.1.1. PPTN trong nghiên cứu Vật lí 1.1.1.1. Sự ra đời của PPTN Aristote là người khai sinh ra Vật lí học, tách Vật lí ra khỏi Triết học tự nhiên, ông đã viết quyển “Vật lí học” đầu tiên của nhân loại. Trong sách hoàn toàn không có công thức toán học và không có thí nghiệm. Ông đi đến kết luận bằng cách lập luận và bằng trực giác. Thời kỳ này Vật lí học phát triển chậm chạp và hầu như không có phát minh đáng kể nào. Phải đến thế kỷ 17, Galilee mới xây dựng được phương pháp mới – phương pháp thực nghiệm rất có hiệu quả trên con đường đi tìm chân lý, làm cho Vật lí thực sự trở thành một khoa học độc lập, mở đường giải phóng khoa học, thực hiện cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất. 7 Sự kiện mở đầu cho Vật lí thực nghiệm chính là thí nghiệm thả rơi hai vật có khối lượng khác nhau ở tháp nghiêng thành Pise nhằm đánh đổ quan niệm vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ do Galilee thực hiện. Trong cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất, Galilê là người xây dựng cơ sở Vật lí học cho Thuyết Nhật Tâm và chính trong quá trình đó, ông đã xây dựng cơ sở cho nền Vật lí mới – Vật lí học thực nghiệm. PPTN đã thể hiện một quan điểm mới mẻ, sâu sắc về nhận thức tự nhiên, nhận thức chân lý. Nhờ có PPTN mà Vật lí học thoát ra khỏi những đêm trường trung thế kỷ. Nhờ có PPTN mà vật lí học trong ba thế kỷ liền đã đạt được những thành tựu vĩ đại, không những giúp con người hiểu biết về tự nhiên mà còn giúp cải tạo tự nhiên, phát triển sản xuất, nâng cao năng suất sản xuất lao động, tạo ra của cải vật chất cho đời sống con người được nâng lên khá cao so với trước. 1.1.1.2. Nội dung của PPTN [7, tr7] Spaki đã nêu lên thực chất của PPTN của Galilee như sau: Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết. Giả thuyết đó không chỉ đơn thuần là sự tổng quát hóa các sự kiện đã làm, nó còn chứa đựng cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận loogic và bằng toán học, các nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số hiện tượng mới trước đó chưa biết đến. Những hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng thực nghiệm mà kiểm tra được. Nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết và khi đó, giả thuyết được coi là một định luật vật lí chính xác. Như vậy, PPTN không phải đơn thuần là làm thí nghiệm một cách mò mẫm, ngẫu nhiên. Trước khi làm thí nghiệm, nhà khoa học phải dựa vào những quan sát ban đầu của mình hay của những nhà khoa học khác, nêu lên một số câu hỏi cần giải đáp, nghĩa là vạch rõ mục đích của thí nghiệm: Thí nghiệm để làm sáng tỏ cái gì? Để hỏi thiên nhiên cái gì? Tiếp theo là phải bố trí thí nghiệm như thế nào, tức là tìm cách đặt câu hỏi cho thiên nhiên như thế 8 nào để có câu trả lời đơn giá? Câu trả lời của thiên nhiên qua các kết quả của thí nghiệm là những hiệu bề ngoài của sự vật, có thể quan sát được, cần phải phân tích, khái quát hóa những kết quả đó như thế nào để thu được những kết quả có giá trị tổng quát? Cuối cùng là, lời giải đáp thu được có thể áp dụng để giải quyêt những vấn đề gì rộng hơn nữa trong thực tế, nằm ngoài những thí nghiệm đã làm không? PPTN đã thể hiện một quan điểm mới mẻ, sâu sắc về nhận thức tự nhiên, nhận thức chân lí. Niutơn đã làm rõ quan điểm đó bằng bốn quy tắc sau đây: Quy tắc 1: Đối với mỗi hiện tượng, không thừa nhận những nguyên nhân nào khác ngoài những nguyên nhân đủ để giải thích nó. Quy tắc này là sự khẳng định vai trò của lí trí con người trong sự nhận thức chân lí, gạt bỏ những luận điểm tôn giáo, kinh viện không có liên quan đến khoa học. Quy tắc 2: Bao giờ cũng quy những hiện tượng như nhau về cùng một nguyên nhân. Một nguyên nhân xác định phải gây ra một hệ quả xác định. Quy tắc này nêu rõ quan hệ nhân quả của các hiện tượng trong tự nhiên. Quy tắc 3: Tính chất của tất cả các vật thể có thể đem ra thí nghiệm được, mà ta không thể làm cho nó tăng lên hoặc giảm xuống thì được coi là tính chất của mọi vật nói chung. Quy tắc này là sự quy nạp khoa học, cho phép ta khái quát những trường hợp riêng lẻ để tìm ra những định luật tổng quát. Quy tắc 4: Bất kì khẳng định nào rút ra từ thực nghiệm, bằng phương pháp quy nạp đều là đúng, chừng nào chưa có những hiện tượng khác giới hạn hoặc mâu thuẫn với khẳng định đó. Quy tắc này thể hiện quan điểm biện chứng về tính tương đối và tuyệt đối chân lí. Nó thừa nhận mỗi chân lí khoa học đều có thể được chính xác hóa thêm, được hoàn chỉnh thêm từng bước một, nhưng trong mỗi bước của quá trình nhận thức nó vẫn hoàn toàn có giá trị khoa học. 9 Với phương pháp và tư tưởng nói trên, Niutơn đã đạt được những thành tựu rực rỡ trong nghiên cứu cơ học và ảnh hưởng sâu sắc đến toàn bộ sự phát triển của Vật lí học trong nhiều thế kỉ sau. Trong hơn ba thế kỉ, kể từ khi PPTN ra đời, Vật lí học đã tiến những bước khổng lồ, phân thành nhiều ngành và mỗi ngành có những đặc thù riêng. Risa Fâyman – nhà vật lí lí thuyết nổi tiếng của thế kỉ XX nhận xét rằng: “ở thời đại Niutơn, kiến thức chưa hoàn chỉnh, Niutơn có thể phỏng đoán các định luật bằng cách đối chiếu các khái niệm và sự hiểu biết gần với thực nghiệm. Giữa sự quan sát và sự kiểm tra lại bằng thực nghiệm không có một khoảng cách lớn”. Ngày nay, Vật lí học đã đi vào những lĩnh vực vi mô của nguyên tử và hạt nhân, hay lĩnh vực của những hạt chuyển động với vận tốc cực lớn. Đối với những lĩnh vực ấy, chỉ dựa trên những quan sát trực tiếp và những công cụ toán học đơn giản thì khó lòng mà thành công được. Các nhà khoa học thế kỉ XX đặc biệt quan tâm đến mặt lí thuyết của các vấn đề nghiên cứu, đã sử dụng mạnh mẽ công thức toán học cao cấp, nhiều khi các nhà Vật lí phải sáng tạo ra công cụ toán học mới để giải quyết các vấn đề của Vật lí học. Trong thế kỉ này, kiến thức Vật lí đã rất sâu sắc và phong phú, nhiều khi một nhà khoa học trong nhiều năm, thậm chí trong suốt cuộc đời mình cũng chỉ mới thực hiện được một phần của quá trình phát minh. Chẳng hạn như Anhxtanh phát minh ra thuyết tương đối rộng từ năm 1916, nhưng phải mấy chục năm sau, người ta mới có thể tìm ra một số rất ít bằng chứng thực nghiệm để chứng thực tính đúng đắn của thuyết đó. Những bằng chứng này không phải do Anhxtanh mà do các nhà bác học khác tìm ra. Mặt khác, đến giai đoạn này nhiều nhà bác học nổi tiếng không phải bằng các công trình lí thuyết đưa ra những dự đoán thiên tài mà bằng các công trình thực nghiệm rất khéo léo tài tình và chính xác; nhờ thế mà hoặc là khẳng định sự đúng đắn của lí thuyết hoặc phát hiện ra những sự kiện mới làm xuất phát điểm cho những lí thuyết mới. 10 Trong toàn bộ quá trình đi tìm chân lí thì phải phối hợp cả xây dựng lí thuyết và kiểm tra bằng thực nghiệm, bởi vậy, ngày nay phân ra hai ngành: Vật lí lý thuyết và Vật lí thực nghiệm. Theo cách phân chia này, PPTN có thể hiểu theo nghĩa hẹp sau đây: Từ lí thuyết đã biết, suy ra hệ quả và dùng thí nghiệm để kiểm tra hệ quả. Nhà Vật lí thực nghiệm không nhất thiết phải tự mình xây dựng giả thuyết mà giả thuyết đó đã có người khác đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được. Nhiệm vụ của nhà Vật lí thực nghiệm lúc này là từ giả thuyết đã có suy ra một hệ quả có thể kiểm tra được và tìm cách bố trí một thí nghiệm khéo léo tinh vi để quan sát được hiện tượng do lý thuyết dự đoán và thực hiện các phép đo chính xác. 1.1.2. PPTN trong dạy học Vật lí 1.1.2.1. Các giai đoạn của PPTN Để giúp HS có thể bằng hoạt động của bản thân mình mà tái tạo, chiếm lĩnh được các kiến thức Vật lí thực nghiệm thì GV nên tổ chức hoạt động học trải qua các giai đoạn phỏng theo PPTN như sau: a) Giai đoạn 1: Đề xuất vấn đề. GV mô tả hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm và yêu cầu HS dự đoán diễn biến của hiện tượng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập một mối quan hệ nào đó, tóm lại là nêu lên một câu hỏi mà HS chưa biết câu trả lời, cần phải tìm tòi suy nghĩ mới trả lời được. b) Giai đoạn 2: Xây dựng giả thuyết. GV hướng dẫn, gợi ý cho HS dự đoán ban đầu dựa vào sự quan sát tỉ mỉ, kỹ lưỡng vào kinh nghiệm của bản thân, vào những kiến thức sẵn có (gọi là xây dựng giả thiết). Những dự đoán này có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lí nhưng chưa chắc chắn. c) Giai đoạn 3: Suy luận và rút ra hệ quả. 11 Từ dự đoán ban đầu, dùng suy luận logic hay suy luận toán học suy ra một hệ quả. Dự đoán một hiện tượng trong thực tiễn, một mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí. d) Giai đoạn 4: Đề xuất và thực hiện một phương án thí nghiệm kiểm tra. Giáo viên hướng dẫn học sinh xây dựng và thực hiện một phương án thí nghiệm để kiểm tra xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp với kết quả thực nghiệm hay không? Nếu phù hợp thì giả thiết trên trở thành một định luật hoặc hình thành một lý thuyết vật lí mới, nếu không phù hợp thì xây dựng một giả thiết mới. e) Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức mới. Học sinh vận dụng kiến thức để giải thích hay dự đoán một số hiện tượng trong thực tiễn để nghiên cứu các thiết bị kỹ thuật thông qua đó trong một số trường hợp sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mới cần giải quyết. 1.1.2.2. Những chuẩn bị cần thiết để áp dụng PPTN - Chuẩn bị cơ sở vật chất: phòng thí nghiệm, các dụng cụ cần thiết, vật tư phục vụ… (Đối với trường chúng tôi đã có phòng thiết bị- đồ dùng dạy học, phòng học bộ môn có giáo viên phụ trách). - Chuẩn bị cho học sinh những kĩ năng cần thiết. - Chuẩn bị nghiệp vụ của giáo viên. 1.1.2.3. Hướng dẫn học sinh hoạt động trong mỗi giai đoạn của PPTN Giáo viên cần hướng dẫn cụ thể cho HS hoạt động theo 5 giai đoạn của PPTN dưới đây. Mỗi giai đoạn gồm nhiều mức độ mà GV có thể ứng dụng cụ thể trong các bài dạy cụ thể. a) Giai đoạn 1. Làm xuất hiện vấn đề, có 3 mức độ sau: Mức độ 1: Học sinh tự lực phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi, giáo viên giới thiệu hiện tượng xảy ra đúng như thường thấy trong tự nhiên để học sinh tự lực phát hiện những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý cần nghiên 12 cứu. Ví dụ như HS quan sát sự rơi của nhiều vật khác nhau: Hòn gạch, tờ giấy, cái lá, miếng bấc, hòn bi, cái lông chim. Sự rơi xảy ra rất khác nhau. Những câu hỏi mà HS đã quen nêu ra là: Nguyên nhân nào khiến cho các vật rơi khác nhau? Sự rơi của các vật có gì giống nhau không? Mức độ 2: Giáo viên tạo ra một hoàn cảnh đặc biệt trong đó xuất hiện một hiện tượng mới lạ gây cho học sinh sự ngạc nhiên tò mò. Từ đó học sinh sẽ nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải đáp. Ví dụ: Dao chém gỗ thì gỗ đứt, cũng dao đó chém vào đá thì dao mẻ, vật giữa lực của dao tác dụng vào gỗ (vào đá) và lực của gỗ (của đá) tác dụng vào dao lực nào lớn hơn? Mức độ 3: Giáo viên nhắc lại một vấn đề, một hiện tượng đã biết và yêu cầu học sinh phát hiện xem trong vấn đề hay hiện tượng đã biết có chỗ nào chưa được hoàn chỉnh đầy đủ cần nghiên cứu tiếp. b) Giai đoạn 2. Xây dựng dự đoán, có 3 mức độ: Mức độ 1: Dự đoán định tính. Trong những hiện tượng thực tế phức tạp, dự đoán về nguyên nhân chính, mối quan hệ chính chi phối hiện tượng. Có thể có rất nhiều dự đoán mà ta phải lần lượt tìm ra cách bác bỏ. Ví dụ như trường hợp định luật cảm ứng điện từ, có thể bắt đầu dự đoán dựa trên sự quan sát đơn giản: Chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây, sau đó xây dựng dự đoán đòi hỏi sự phân tích tỉ mỉ hơn: Sự biến thiên từ thông qua ống dây. Mức độ 2: Dự đoán định lượng. Những quan sát đơn giản khó có thể dẫn tới một dự đoán về mối quan hệ hàm số định lượng giữa các đại lượng vật lí biểu diễn các đặc tính của sự vật, các mặt của hiện tượng. Nhưng các nhà Vật lí nhận thấy rằng: những mối quan hệ định lượng đó thường được biểu diễn bằng một số ít hàm số đơn giản như: Tỉ lệ thuận, tỉ lệ nghịch, hàm số bậc nhất, hàm số bậc hai, hàm số lượng giác... Ví dụ: Trường hợp định luật II Niutơn F = ma, định luật Ôm cho một đoạn mạch I = U/R 13 Mức độ 3: Những dự đoán đòi hỏi một sự quan sát tỉ mỉ, một sự tổng hợp nhiều sự kiện thực nghiệm có điều kiện thực hiện trên lớp. Ở đây giáo viên dùng phương pháp kể chuyện lịch sử để giới thiệu các giả thiết mà các nhà bác học đã đưa ra. Ví dụ: Trường hợp định luật vạn vật hấp dẫn, định luật bảo toàn năng lượng. c) Giai đoạn 3. Suy luận và rút ra hệ quả, có 3 mức độ: Việc suy ra hệ quả được thực hiện bằng suy luận logic hay suy luận toán học. Thông thường ở trường phổ thông các suy luận này không quá khó vì biểu hiện trong thực tế của các kiến thức trong vật lí rất phức tạp cho nên hệ quả suy ra phải đơn giản có thể quan sát, đo lường trong thực tế. Mức độ 1: Hệ quả có thể quan sát, đo lường trực tiếp. Mức độ 2: Hệ quả không quan sát được trực tiếp bằng các dụng cụ đo lường mà phải tính toán gián tiếp qua việc đo các đại lượng khác. Mức độ 3: Hệ quả suy ra trong điều kiện lý tưởng. Có nhiều trường hợp hiện tượng thực tế bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố tác động không thể loại trừ được nhưng ta chỉ xét quan hệ giữa một số rất ít yếu tố. Như vậy hệ quả suy ra từ giả thiết chỉ gần đúng. d) Giai đoạn 4. Đề xuất và thực hiện một phương án thí nghiệm kiểm tra, có 3 mức độ: Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra điều kiện đúng như điều kiện đã nêu trong việc suy ra hệ quả. Mức độ 1: Thí nghiệm đơn giản, HS đã biết cách thực hiện các phép đo, sử dụng các dụng cụ đo. Mức độ 2: học sinh đã biết nguyên tắc đo các đại lượng nhưng việc bố trí thí nghiệm cho sát với các điều kiện lý tưởng có khó khăn. Giáo viên giúp đỡ bằng cách giới thiệu phương án làm để học sinh thực hiện. Mức độ 3: Có nhiều trường hợp thí nghiệm kiểm tra là thí nghiệm kinh điển rất phức tạp và tinh tế không thể thực hiện ở nhà trường phổ thông. Trong