Tài liệu Tổ chức hoạt động dạy học một số kiến thức phần quang hình học vật lí 11 nâng cao bằng phương pháp thực nghiệm luận văn thạc sĩ giáo dục học

1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vật lí phổ thông là vật lí thực nghiệm, một trong những phương pháp nhận thức nghiên cứu vật lí quan trọng đó là PPTN. Chuyển hóa phương pháp nghiên cứu vật lí thành PPDH vật lí là một trong những hướng dạy học tích cực trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. Dạy học vật lí bằng PPTN đã được vận dụng một cách phổ biến trong nhà trường đối với các nước phát triển. Ở nước ta trong những năm gần đây đổi mới PPDH vật lí theo tư tưởng lấy người học làm trung tâm – theo định hướng phát huy tính tích cực, tự lực, phát triển tư duy khoa học và năng lực sáng tạo của học sinh. Với những lí do trên tôi lựa chọn đề tài “Tổ chức hoạt động dạy học một số kiến thức phần "Quang hình học” Vật lí 11 nâng cao bằng phương pháp thực nghiệm”. 2. Mục đích nghiên cứu Nâng cao chất lượng dạy học một số kiến thức phần “Quang hình học” Vật lý 11 nâng cao bằng phương pháp thực nghiệm. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu: - Phương pháp thực nghiệm Vật lí. - Quá trình dạy học Vật lý. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Dạy học một số kiến thức phần “Quang hình học” Vật lí 11 THPT bằng phương pháp thực nghiệm. 2 4. Giả thuyết khoa học Nếu triển khai thực hiện dạy học một số kiến thức phần “Quang hình học” vật lí 11 nâng cao theo phương pháp thực nghiệm một cách hợp lý thì sẽ nâng cao chất lượng học tập vật lí của HS. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu PPTN trong nghiên cứu khoa học vật lí và trong dạy học Vật lí ở trường THPT. 5.2 Nghiên cứu những bước cơ bản của PPTN sử dụng trong dạy học Vật lí. 5.3 Thiết kế một số tiến trình dạy học phần “Quang hình học” vật lí 11 nâng cao theo PPTN. 5.4 Thực nghiệm sư phạm những bài học đã thiết kế để kiểm chứng giả thuyết khoa học. 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu từ sách, báo, mạng internet về dạy học bằng phương pháp thực nghiệm để giải quyết vấn đề đặt ra trong luận văn. 6.2 Phương pháp điều tra: Tìm hiểu thực tế dạy học ở trường THPT, trao đổi kinh nghiệm với giáo viên, thăm dò học sinh để tìm hiểu tình hình dạy học vật lý hiện nay. 6.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm sư phạm đánh giá hiệu quả sử dụng dạy học bằng PPTN ở THPT trong môn Vật lí. 6.4 Phương pháp thống kê toán học: Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lý các kết quả thực nghiệm sư phạm. 7. Đóng góp của luận văn - Góp phần làm sáng tỏ cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn dạy học bằng phương pháp thực nghiệm trong môn vật lý ở trường THPT. - Xây dựng được tiến trình dạy học bằng PPTN một số bài học cụ thể phần “Quang hình học” Vật lí 11 nâng cao. 3 8. Cấu trúc luận văn Mở đầu Nội dung Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học vật lí bằng PPTN ở trường THPT. Chương 2. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức phần “Quang hình học” bằng phương pháp thực nghiệm. Chương 3. Thực nghiệm sư phạm. Kết luận Phụ lục 4 Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỂN DẠY HỌC VẬT LÍ BẰNG PPTN Ở TRƯỜNG THPT 1.1. PPNT TN trong nghiên cứu vật lí 1.1.1. Phương pháp nhận thức khoa học Phương pháp nhận thức khoa học là một phạm trù nằm trong phạm trù phương pháp dùng để chỉ tập hợp những thủ pháp, những thao tác trí tuệ và thực hành mà con người phải đi theo để đạt đến chân lý khoa học. Paplop định nghĩa phương pháp nhận thức khoa học như sau: “Phương pháp nhận thức khoa học là quy luật vận động nội tại của tư duy con người, xem như sự phản ánh chủ quan thế giới khách quan. Nói khác đi, các phương pháp nhận thức khoa học có thể xem như những quy luật khách quan đã được đem cấy vào trong nhận thức của con người khi con người sử dụng một cách có ý thức và có kế hoạch làm vũ khí để giải thích và cải tạo thế giới” [10]. Điều này chứng tỏ phạm trù phương pháp nhận thức khoa học vừa mang tính khách quan vừa mang tính chủ quan. Và chúng ta có thể rút ra những nhận xét sau: - Phương pháp không thể tách rời nội dung, mà phải phù hợp nội dung. Để tiếp nhận mỗi phần nội dung phải có những phương pháp đặc thù. - Phương pháp nhận thức khoa học là sự thống nhất biện chứng giữa tính khách quan và tính chủ quan. Khác với các kiến thức khoa học đơn thuần mang tính khách quan, kiến thức và phương pháp nhận thức khoa học ít nhiều mang tính chủ quan và luôn trừu tượng. Không thể bồi dưỡng phương pháp nhận thức khoa học cho HS chỉ bằng bài giảng lý thuyết về phương pháp luận, nhưng cũng không thể chỉ bằng hành động nhận thức mà không có sự khái quát thành phương pháp cho HS. 5 - Sự liên hệ biện chứng giữa nội dung và phương pháp dẫn đến không thể dạy phương pháp nhận thức khoa học tách rời nội dung khoa học mà phải lồng vào nhau. - Quá trình nhận thức khoa học là hoạt động có mục đích. Vì vậy dạy học phương pháp nhận thức khoa học cần làm nổi tính mục đích của bài học. Việc tạo ra nhu cầu nhận thức là điều kiện cần để thực hiện dạy học phương pháp nhận thức khoa học. Căn cứ vào mức độ phổ biến và phạm vi ứng dụng của phương pháp mà chia làm ba nhóm nhận thức khoa học [10], [12], [14] như sau: - Phương pháp triết học: Là phương pháp chung nhất phổ biến nhất áp dụng cho mọi lĩnh vực của nhận thức. Chúng bao gồm các phương pháp của lôgic biện chứng, các phương pháp của lý luận nhận thức: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, cụ thể hoá…; các cặp phạm trù và ba phép biện chứng duy vật; suy luận lôgíc. - Phương pháp riêng rộng: Là nhóm các phương pháp có thể áp dụng cho một số ngành khoa học, trong một số đoạn của quá trình nhận thức. - Phương pháp riêng hẹp: Là những phương pháp chỉ áp dụng cho một bộ phận của một ngành khoa học hoặc một số ngành khoa học. 1.1.2. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lý của nhà khoa học 1.1.2.1. Phương pháp thực nghiệm Có hai cách hiểu khác nhau về khái niệm PPTN Vật lý, [12], [14]:  Cách thứ nhất: Cho rằng PPTN chỉ là khâu tiến hành thí nghiệm kiểm tra đã có hoặc để đo đạc đạt độ chính xác cao một đại lượng Vật lý nào đó. Như vậy PPTN chỉ là khâu thí nghiệm Vật lý. Cách hiểu này làm giảm vai trò của PPTN trong quá trình nhận thức. Đây là cách hiểu PPTN theo nghĩa hẹp.  Cách thứ hai: Cho rằng PPTN theo nghĩa rộng bao gồm tất cả các khâu của quá trình nhận thức từ việc đặt vấn đề trên cơ sở, các sự kiện thực 6 nghiệm hoặc quan sát, đến khâu đề ra giả thuyết, tiến hành thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, xử lý kết quả và rút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu. Cách hiểu thứ hai về PPTN đúng với vai trò vị trí của nó trong quá trình phát triển của Vật lý học, PPTN bồi dưỡng cho học sinh cần được hiểu với nội hàm này.  Phương pháp thực nghiệm bao gồm các yếu tố sau: - Đặt vấn đề trên cơ sở quan sát hoặc sự kiện thực nghiệm. - Đề xuất giả thuyết. - Suy ra hệ quả lôgic từ giả thuyết. - Xác lập phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả của giả thuyết. - Tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả. - Rút ra kết luận xác nhận hay bác bỏ giả thuyết. 1.1.2.2. Vai trò của phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lý Galilê được xem là ông tổ của PPTN, là người đầu tiên bác bỏ giả thuyết sai lầm bằng thí nghiệm Vật lý, với thí nghiệm nổi tiếng trên tháp Piza (Italia), người đầu tiên hướng ống kính thiên văn do chính mình chế tạo để quan sát chuyển động của hành tinh chứng minh giả thuyết về hệ nhật tâm của Côpecnic, chính ông đã vận dụng PPTN một cách hệ thống và nêu thành phương pháp của vật lý. Đánh giá vai trò của thực nghiệm, Anhxtanh viết: “Tất cả sự nhận thức về thế giới thực tại xuất phát từ thực nghiệm và hoàn thành bằng thực nghiệm” [1]. Vai trò thực nghiệm cũng được phản ánh trong chu trình nhận thức sáng tạo của Razumopxki (sơ đồ 1), [15]. Ông phân tích sơ đồ này như sau: “Mỗi chu trình được bắt đầu bằng việc lựa chọn các nhóm sự kiện từ quan sát. Người nghiên cứu đề ra giả thuyết về bản chất chung của chúng. Giả thuyết này cho phép tiên đoán những sự kiện chưa biết. Tính chất đúng đắn của giả thuyết được kiểm tra bằng thực nghiệm. 7 Nếu hệ quả giả thuyết của mô hình xuất phát được thực nghiệm chứng minh thì mô hình nêu ra được công nhận là phản ánh đúng tính chất của hiện tượng nghiên cứu. Nếu kết quả của thực nghiệm phủ định giả thuyết thì mô hình nêu ra cần phải thay đổi Mô hình Hệ quả Sự kiện Thực nghiệm Sơ đồ 1 Như vậy, theo Razumopxki, thực nghiệm luôn luôn là điểm xuất phát và là thước đo tính đúng đắn của mọi lý thuyết khoa học. PPTN được dùng trong hoạt động nhận thức mô tả thế giới, nhằm trả lời câu hỏi: “Hiện tượng xảy ra như thế nào, tuân theo quy luật nào, trong điều kiện hoàn cảnh nào?”. Việc giải thích cơ chế của hiện tượng, trả lời câu hỏi vì sao là mảnh đất của các phương pháp lý thuyết, là nhiệm vụ của các nhà vật lý lý thuyết. Tuy nhiên các kết luận mà Vật lý lý thuyết nêu ra để giải thích thế giới chỉ được coi là chân lý chừng nào được thực nghiệm chứng minh. Như vậy xét về toàn thể, để xây dựng tri thức khoa học Vật lý luôn cần đến thực nghiệm và PPTN đã được công nhận là phương pháp cơ bản của Vật lý học. 1.1.2.3. Cấu trúc và tính chất của phương pháp thực nghiệm a. Cấu trúc của phương pháp thực nghiệm Ta xuất phát từ sơ đồ của Bunseman và Razumopxki (Sơ đồ 2) [10]. Một quá trình nhận thức khoa học đầy đủ diễn ra theo các giai đoạn trên sơ đồ. Thực tiễn là điểm xuất phát và cũng là mục đích cuối cùng của nhận thức khoa học để hành động trong thực tế đúng quy luật. Từ thực tiễn xuất hiện những hiện tượng, 8 sự vật mà lý trí con người chưa giải thích được với tri thức và kinh nghiệm đã có. Con người tìm cách trả lời cho câu hỏi đó. Khi đó xuất hiện vấn đề nhận thức (cũng có thể vấn đề xuất hiện trên cơ sở lý thuyết đã có, việc nghiên cứu những hệ quả của lý thuyết đã có làm xuất hiện những vấn đề mới). Thực tiễn Vấn đề Lý thuyết Định luật Giả thuyết Hệ quả Sơ đồ 2 Để trả lời câu hỏi khoa học đặt ra, người nghiên cứu bằng các thao tác tư duy và cả trực giác khoa học để đề ra giả thuyết. Giả thuyết được thể hiện bằng một hoặc một số phán đoán lôgic mà tính chân thực của nó mới ở dạng có thể (tiềm tàng). Từ giả thuyết, nhà khoa học bằng suy luận lôgic và suy luận toán học suy ra hệ quả lôgic và kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả. Việc kiểm tra này được tiến hành bằng các thí nghiệm. Một khi giả thuyết đã được chứng minh, giả thuyết trở thành chân lý khoa học (hay tri thức khoa học). Tri thức này được vận dụng vào trong thực tiễn; quá trình vận dụng lại làm xuất hiện những vẫn đề tiếp theo; chu trình nghiên cứu mới lại được bắt đầu nhưng ở mức độ cao hơn, hoàn thiện hơn. Khi khoa học chưa phát triển, nhà nghiên cứu cùng các đồng nghiệp thực hiện tất cả các giai đoạn của quá trình nghiên cứu, thậm chí chính họ còn chế tạo ra các dụng cụ để quan sát. Khi khoa học phát triển, việc nghiên cứu được chuyên môn hoá, mỗi nhà nghiên cứu làm việc trong một lĩnh vực liên quan đến một giai đoạn trong chu trình đã nêu, vì thế có nhà Vật lý thực nghiệm, có nhà Vật lý lý thuyết. Các nhà Vật lý nghiên cứu họ biết rõ vị trí của mình trong chu trình nhận thức. Còn khi HS tiếp nhận tri thức khoa học, họ không biết mình 9 đang ở giai đoạn nào, những thông tin và công việc mà họ đang làm có tính chất gì nếu họ không biết về bản thân cấu trúc hoạt động. Điều này làm hạn chế rất nhiều năng lực tự nhận thức và sáng tạo của HS. Vận dụng nhận thức của Razumopxki vào quá trình nhận thức Vật lý bằng PPTN, tham khảo ý kiến của Buseman, trong luận văn tiễn sĩ của mình, Phạm Thị Phú cho rằng hoạt động nhận thức Vật lý theo phương pháp thực nghiệm hiểu theo nghĩa đầy đủ có thể biểu diễn theo sơ đồ sau (Sơ đồ 3), [10]: 6 1’ Vấn đề 2 Giả thuyết 3 Hệ quả lôgic 4 5 Thí nghiệm kiểm tra Tri thức 7 1 Thực tiễn 8 Sơ đồ 3 - Các “cung” 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 là các hoạt động cấu thành các hoạt động nhận thức. - Các “đỉnh” của sơ đồ là mục đích của hành động. Toàn bộ hoạt động hướng vào một mục đích chung là các tri thức Vật lý bao gồm: Định luật; thuyết Vật lý và vận dụng chúng vào hoạt động thực tiễn.  Đề xuất vấn đề nghiên cứu Mục đích của hành động này là nêu được vấn đề; phát biểu vấn đề thành câu hỏi nhận thức. 10 - Các thao tác: Quan sát thực tiễn, ghi chép số liệu quan sát, so sánh phân tích tổng hợp trên cơ sở những tri thức đã có kết hợp với trực giác nhận ra điều chưa giải quyết hoặc giải quyết chưa triệt để. - Việc đề xuất vấn đề nghiên cứu là việc làm khó khăn mà không phải ai cũng làm được. Phải là người am hiểu rất rõ về lịch sử của vấn đề, say mê tìm tòi nghiên cứu, có óc phán đoán và nghi ngờ. Luôn nhìn nhận sự vật, hiện tượng từ nhiều phía đặc biệt là luôn đặt câu hỏi ngược lại. Khoa học là sản phẩm tinh thần của những con người dũng cảm, ham hiểu biết, tò mò, dám nghi ngờ (kể cả những vấn đề được xem là hiển nhiên nhất). Lôgic của hành động đề xuất giả thuyết rất phức tạp; ở đây có sự kết hợp quan sát, tư duy logic và trực giác.  Hình thành giả thuyết khoa học. Theo Anhxtanh [12], [14] nhận thức khoa học diễn ra theo sơ đồ sau (sơ đồ 4). Ông viết rõ: - Chúng ta có các dữ liệu  , những dữ liệu trực tiếp của kinh nghiệm cảm tính. - A là những tiên đề, từ đó chúng ta suy ra những kết luận, về mặt tâm lý A dựa trên cơ sở  , nhưng không tồn tại con đường lôgic nào từ  đến A. Chỉ tồn tại mỗi quan hệ trực giác (tâm lý) và mỗi liên hệ này luôn được lặp lại. Hệ các tiên đề A   Các hệ quả suy ra từ các tiên đề ' Sơ đồ 4 " 11 - Từ các tiên đề A, suy ra một cách lôgic đến các khẳng định riêng  . - Những khẳng định  được đối chiếu với  (Kiểm tra bằng thực nghiệm). Như vậy, trên cơ sở dữ kiện, dữ kiện đã có (thu được trong thực tiễn, thí nghiệm), nhà khoa học nêu lên các giả thuyết mà Anhxtanh gọi là “tiên đề” song không có con đường lôgic nào được chỉ ra mà ở đây vai trò của trực giác đóng vai trò quan trọng. Trực giác khoa học được rèn luyện qua một quá trình tích luỹ về lượng dần dần, đến độ nào đó sẽ đột biến về chất, sự nhảy vọt. Trực giác luôn tồn tại trong mỗi con người, đó là một khả năng, nếu biết khai thác khả năng này sẽ được bộc lộ. Điều này có ý nghĩa lớn đối với việc bồi dưỡng phương pháp nhận thức cho HS. Việc định hướng hành động nhận thức của HS trong học tập theo con đường của nhận thức khoa học, với việc áp dụng lý thuyết “vùng phát triển gần” của Vưgôtxky có thể bồi dưỡng cho HS trực giác khoa học. Việc hình thành giả thuyết cần dựa trên các dữ liệu đã có, đó là sự tích luỹ về lượng. Ở đây vai trò của ghi nhớ là rất quan trọng. Trực giác có quan hệ chặt chẽ với trực quan và tưởng tượng. HS tri giác nhận biết tài liệu trực quan, tách ra và giữ lại trong óc những yếu tố riêng lẻ cần lĩnh hội. Những hành động này tiến triển sinh động, phụ thuộc vào nội dung bài toán nhận thức (vấn đề đặt ra) và trình độ nhận thức của chủ thể. Như vậy từ đối tượng trực quan, hình thành hình tượng theo biểu tượng đã được xây dựng. Sự biến đổi chính những hình tượng đã được hình thành trên cơ sở trực quan là sự biến đổi tích cực trong óc những tri giác đã có dẫn đến xây dựng hình tượng mới khác với tài liệu trực quan xuất phát. Hoạt động trí óc ở đây là hoạt động tưởng tượng, nó bao gồm cả một loạt những hành động nhằm ghi nhớ những hình tượng ban đầu đã hình thành, thực hiện những biến đổi khác nhau, những hình tượng đó có căn cứ vào yêu cầu của câu hỏi nhận thức, các biểu tượng được tích luỹ. Như vậy đứng trước những vấn đề nhận thức, người nghiên cứu biến đổi các dữ liệu trong óc, tìm thấy sự liên hệ 12 giữa các biểu tượng đã có với các dữ kiện của vấn đề cần giải quyết, từ đó nảy sinh “ý tưởng” về phương pháp giải quyết vấn đề một cách trực giác. Kết quả là nêu ra được giả thuyết. Giả thuyết nêu ra phải thoả mãn được hai chức năng: Giải thích và tiên đoán. Giả thuyết phải sơ bộ giải thích được các sự kiện thực nghiệm đã biết. Quan trọng hơn, giả thuyết phải có chức năng tiên đoán một hiện tượng mới chưa từng được biết đến. Giả thuyết là một phán đoán không đơn thuần chỉ dựa vào suy luận lôgic (như phán đoán thông thường) mà là sự kết hợp giữa suy luận lôgic và trực giác.  Suy ra hệ quả lôgic. Giả thuyết được nêu ra dưới dạng một phán đoán: Đó là một nhận định có thể mang tính bản chất khái quát. Tính đúng đắn của giả thuyết cần phải được kiểm tra. Việc kiểm tra trực tiếp một nhận định khái quát là không thể mà thay vào đó là kiểm tra hệ quả của nó. Hệ quả lôgic được nêu ra từ giả thuyết trong PPTN phải thoả mãn hai điều kiện: - Tuân theo quy tắc lôgic hoặc toán học. - Có thể kiểm tra bằng thí nghiệm Vật lý. Các phép suy luận lôgic và toán học phải dẫn đến kết luận có dạng: Biểu thức toán học biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng Vật lý mà những đại lượng này phải hoặc đo trực tiếp hoặc kết luận phải là một khẳng định tồn tại hay không tồn tại một hiện tượng nào đó có thể quan sát được trực tiếp hoặc quan sát gián tiếp qua sự biến đổi của một đại lượng vật lý nào đó. Giả thuyết quy định nội dung của hệ quả lôgic thông qua tác động của các quy tắc suy luận lôgic và suy luận toán học đồng thời hệ quả lôgic là cầu nối giữa giả thuyết khoa học và thí nghiệm Vật lý.  Tiến hành thí nghiệm kiểm tra. Đây là hành động đặc thù của PPTN. Người nghiên cứu tự tạo hiện tượng, quá trình trong những điều kiện nhất định của phòng thí nghiệm nhằm kiểm tra 13 tính xác thực của hệ quả lôgic suy ra từ giả thuyết. Các thao tác tư duy và thực hành của hành động tiến hành thí nghiệm kiểm tra tính xác thực của hệ quả lôgic.  Lập phương án thí nghiệm. Nhà nghiên cứu cần phải trả lời các câu hỏi: - Cần làm gì để xuất hiện hiện tượng? Phải có các thiết bị nào, lắp ráp ra sao? Cần đo đại lượng nào? Đo bằng dụng cụ gì? Đo như thế nào? - Cần phải thay đổi đại lượng nào? Ảnh hưởng của sự thay đổi đó đối với các đặc trưng khác của hiện tượng? Nói chung phương án thí nghiệm cần được xây dựng dưới dạng bản vẽ, sơ đồ.  Tiến hành thí nghiệm. Căn cứ phương án đã vạch ra, nhà nghiên cứu lắp ráp dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ và tiến hành thí nghiệm. Một loạt các thao tác được thực hiện. - Lắp ráp dụng cụ theo sơ đồ. - Tiến hành thí nghiệm làm xuất hiện hiện tượng và quan sát, đo đạc, ghi chép số liệu.  Xử lý số liệu (kết quả thí nghiệm): Cách xử lý kết quả thí nghiệm đã được vạch sẵn từ khi xây dựng phương án thí nghiệm. Thông thường có thể xử lý theo kiểu lập bảng, lập tỷ số, tính trị trung bình, vẽ đồ thị… Các kỹ năng: Tính toán, lấy sai số, đánh giá độ chính xác của phép đo được rèn luyện ở thao tác này. Căn cứ kết quả thí nghiệm người nghiên cứu đánh giá tính chân thực của hệ quả.  Rút ra kết luận Nếu kết quả thí nghiệm khẳng định hệ quả tức khẳng định điều tiên đoán của giả thuyết thì tính chân thực của giả thuyết cũng được khẳng định. Nếu kết quả thí nghiệm phủ định giả thuyết, nghĩa là giả thuyết chỉ giải thích được sự kiện đã có nhưng lại không phù hợp với sự kiện mới, người 14 nghiên cứu phải xem lại hoặc là thí nghiệm hoặc là suy ra hệ quả lôgic có sai phạm gì không hoặc là xem lại chính bản thân giả thuyết để điều chỉnh thậm chí thay đổi chừng nào có sự phù hợp của kết quả thí nghiệm với hệ quả của giả thuyết, chừng đó giả thuyết nêu ra mới thành chân lý khoa học. Trong lịch sử phát triển của khoa học, chân lý mang tính tương đối (các định luật, lý thuyết luôn ở trạng thái động), chừng nào chưa có thực nghiệm mâu thuẫn với lý thuyết thì chừng đó lý thuyết còn là chân lý. Tính tương đối còn thể hiện ở phạm vi áp dụng của định luật hoặc lý thuyết.  Áp dụng định luật, lý thuyết vào thực tiễn - Áp dụng định luật để nghiên cứu Vật lý: Từ định luật mới xây dựng, các nhà nghiên cứu suy ra các hệ quả; đó là những hiện tượng mới, quy luật mới, thực nghiệm mới. Theo Fayman: “Lịch sử các phát minh chứng tỏ rằng khi một định luật nào đó đúng thì dựa vào đó ta có thể phát minh ra định luật mới. Khi chúng đã chắc chắn về tính đúng đắn của một định luật nào đó mà trong các quan trắc thấy không phù hợp thì đó là một điềm báo hiệu có hiện tượng mới, chưa rõ”. Như vậy, khi một định luật nào đó đúng, thì dựa vào đó có thể phát minh ra định luật mới. Còn khi tính đúng đắn của một định luật hoặc thuyết nào đó đã được khẳng định, mà trong quan sát hoặc thực nghiệm thấy có điều không phù hợp thì đó là dấu hiệu có hiện tượng mới. Một dây chuyền phát minh được tạo ra. - Áp dụng định luật (lý thuyết) Vật lý vào thực tiễn kỹ thuật và đời sống: Có thể nói Vật lý là cơ sở của đa số các ngành kỹ thuật và các quá trình sản xuất. Việc nghiên cứu khoa học nhằm mục đích cuối cùng là ứng dụng vào thực tiễn, song việc đưa thành tựu khoa học vào ứng dụng là một quá trình. Theo thời gian khoảng cách từ nghiên cứu đến áp dụng đang được rút ngắn lại. Trong dạy học Vật lý, việc áp dụng các định luật hoặc lý thuyết là việc làm không thể thiếu, việc áp dụng này được thể hiện ở các hình thức: 15 + Bài học nghiên cứu tài liệu mới: Mà nội dung kiến thức là hệ quả của các định luật đã học. Là việc vận dụng định luật trong tình huống mới. + Bài học giải bài tập. + Bài học thực hành. b. Tính chất của phương pháp thực nghiệm  Tính hệ thống, tính khoa học, có chức năng nhận thức luận: PPTN là sự thể hiện khá cụ thể công thức nhận thức của Lênin: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn đó là con đường nhận thức chân lý, nhận thức hiện thực khách quan”. Tính khoa học và tính hệ thống thể hiện trong cấu trúc lôgic của phương pháp. Thí nghiệm không phải tiến hành một cách tuỳ tiện, ngẫu hứng mà xuất phát từ mục đích rõ ràng.  PPTN là sự thống nhất biện chứng giữa thực nghiệm và lý thuyết. Ta biết rằng PPTN không chỉ đóng khung ở chỗ các phương tiện thí nghiệm, các thao tác thực hành tay chân, mà là sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa các thao tác tư duy lý thuyết và thực hành. Thí nghiệm bao giờ cũng có mục đích rõ ràng, mà mục đích này được soi rọi bằng một lý thuyết đã có. Lý thuyết đó là sự khái quát hàng loạt các sự kiện thực nghiệm và bằng thao tác tư duy lý thuyết. Và đến lượt mình thực nghiệm kiểm tra lý thuyết. 16 Trong chương trình Vật lý phổ thông có thể nêu lên mối liên hệ giữa các PPNT Vật lý theo sơ đồ 5, [12] như sau: TRI THỨC VẬT LÝ Thí nghiệm tưởng tượng Phương pháp riêng hẹp PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Mô hình hoá Quy nạp suy diễn Quy nạp Suy diễn Ph. Tích TY Tổng hợp Tương tự Phân tích tổng hợp Thực tế khách quan P.Tích Tổng hợp Sơ đồ 5 1.2. Chuyển hóa PPNT TN vào dạy học vật lí 1.2.1. Tinh thần cơ bản Chuyển hóa PPTNVL thành PPDH Vật lí là việc tổ chức tiến trình dạy học vật lí phỏng theo các giai đoạn của PPTNVL của nhà khoa học. HS đóng vai trò nhà khoa học tự lực xây dựng kiến thức mới cho chính mình dưới sự hướng dẫn của GV, trong sự hợp tác với bạn học, sự hỗ trợ của Sách giáo khoa và các phương tiện học tập khác. 17 HS được trải qua tất cả các giai đoạn của PPTNVL và tham gia vào một số giai đoạn của PPTN hoặc một số khâu trong mỗi giai đoạn của PPTN. 1.2.2. Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật li Để giúp HS có thể bằng hoạt động của bản thân mình mà tái tạo, chiếm lĩnh được các kiến thức Vật lý thì tốt nhất là GV phỏng theo PPTN của các nhà khoa học mà tổ chức cho HS hoạt động theo các giai đoạn [12], [15], [20]: Giai đoạn 1: GV mô tả một hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm và yêu cầu các em dự đoán diễn biến của hiện tượng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập một mối quan hệ nào đó. Tóm lại nêu lên một câu hỏi mà học sinh chưa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời được. Giai đoạn 2: GV hướng dẫn, gợi ý cho HS xây dựng một câu trả lời cho dự đoán ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mỉ kỹ lưỡng, vào kinh nghiệm bản thân, vào những kiến thức đã có…(ta gọi là xây dựng giả thuyết). Những dự đoán này có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lý nhưng chưa chắc chắn. Giai đoạn 3: Từ giả thuyết dùng suy luận lôgic hay dùng 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 lý. Giai đoạn 4: Xây dựng và thực hiện một phương án thí nghiệm để kiểm tra xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp vơi kết quả thực nghiệm hay không. Nếu phù hợp thì giả thuyết trên trở thành chân lý, nếu không phù hợp thì phải xây dựng giả thuyết mới. Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức. HS 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. 1.2.3. Các mức độ trong từng giai đoạn của phương pháp thực nghiệm Những bài học mà HS có thể tham gia đầy đủ vào cả 5 giai đoạn trên không nhiều. Đó là những bài mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự 18 phân tích quá phức tạp và có thể kiểm tra giả thuyết bằng những thí nghiệm đơn giản, sử dụng những dụng cụ đo lường mà học sinh đã quen thuộc. Trong nhiều trường hợp, học sinh gặp khó khăn không thể vượt qua được thì có thể sử dụng PPTN ở các mức độ khác nhau, thể hiện ở mức độ HS tham gia vào các gai đoạn của PPTN. a. Giai đoạn 1 Mức độ 1: HS tự lực phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi. GV giới thiệu hiện tượng xảy ra đúng như thường thấy trong tự nhiên để cho học sinh tự lực phát hiện những tính chất hay những mỗi quan hệ đáng chú ý cần nghiên cứu. Mức độ 2: GV tạo ra một hoàn cảnh đặc biệt trong đó xuất hiện một hiện tượng mới lạ, lôi cuốn sự chú ý của học sinh, gây cho họ sự ngạc nhiên, sự tò mò; từ đó học sinh nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải đáp. Mức độ 3: GV nhắc lại một vấn đề, một hiện tượng đã biết và yêu cầu HS phát hiện xem trong vấn đề hay hiện tượng đã biết có chỗ nào chưa được hoàn chỉnh, đầy đủ cần tiếp tục nghiên cứu. b. Giai đoạn 2 Risa Fâyman cho rằng “Các định luật Vật lý có nội dung rất đơn giản, nhưng biểu hiện của chúng trong thực tế lại rất phức tạp”. Bởi vậy, từ sự phân tích các hiện tượng thực tế đến việc dự đoán những mỗi quan hệ đơn giản nêu trong các định luật là cả một nghệ thuật. Cần phải làm cho HS quen dần. 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 sẽ phải lần lượt tìm ra cách bác bỏ. 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 lý biểu diễn các đặc tính của sự vật, các mặt của hiện tượng. Nhưng các nhà Vật lý nhận thấy rằng: Những mối quan hệ định lượng đó thường được biểu diễn bằng 19 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… Việc dự đoán định lượng có thể dựa trên một số cặp số liệu được biểu trên đồ thị, dựa trên dạng của đồ thị mà dự đoán mối quan hệ hàm số giữa hai đại lượng . Mức độ 3: Những dự đoán đòi hỏi một sự quan sát chính xác, tỉ mỉ, một sự tổng hợp nhiều sự kiện thực nghiệm không có điều kiện thực hiện ở trên lớp, tóm lại vượt quá khả năng của học sinh. Ở đây GV dùng phương pháp kể chuyện lịch sử để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà bác học đã đưa ra. c. Giai đoạn 3 Việc suy ra hệ quả được thực hiện bằng suy luận lôgic hay suy luận toán học. Thông thường, ở trường phổ thông các phép suy luận này không quá khó. Vì biểu hiện trong thực tế của các kiến thức Vật lý rất phức tạp, cho nên điều khó khăn là hệ quả suy ra phải đơn giản, có thể quan sát, đo lường được 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 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 (2 đến 3 yếu tố); như vậy hệ quả suy ra từ giả thuyết chỉ là gần đúng. d. Giai đoạn 4 Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra những điều kiện đúng như những điều kiện đã nêu ra trong việc suy ra hệ quả. Mức độ 1: Thí nghiệm đơn giản, học sinh đã biết cách thực hiện các phép đo, sử dụng các dụng cụ đo. 20 Mức độ 2: Học sinh đã biết nguyên tắc đo các đại lượng nhưng việc bố trí thí nghiệm cho sát với điều kiện lý tưởng có khó khăn. GV phải giúp đỡ bằng cách giới thiệu phương án làm để HS thực hiện. Mức độ 3: Có nhiều thí nghiệm kiểm tra là những thí nghiệm kinh điển rất phức tạp và tinh tế, không thể thực hiện ở trường phổ thông. Trong trường hợp này, GV mô tả cách bố trí thí nghiệm rồi thông báo kết quả các phép đo để học sinh gia công các số liệu, rút ra kết luận hoặc giáo viên thông báo cả kết luận. e. Giai đoạn 5 Những ứng dụng của các định luật thường có ba dạng: Giải thích hiện tượng, dự đoán hiện tượng và chế tạo thiết bị đáp ứng một yêu cầu của đời sống sản xuất. Mức độ 1: Ứng dụng trong đó học sinh chỉ cần vận dụng định luật Vật lý để làm sáng tỏ nguyên nhân của hiện tượng hoặc tính toán trong điều kiện lý tưởng. Mức độ 2: Xét một ứng dụng kỹ thuật đã được đơn giản hoá để có thể chỉ cần áp dụng một vài định luật Vật lý. Mức độ 3: Xét một ứng dụng kỹ thuật trong đó không chỉ áp dụng các định luật Vật lý mà còn cần phải có những giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng Vật lý có hiệu quả cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuất. Trong loại ứng dụng này, HS không những phải vận dụng những định luật Vật lý vừa được thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết, những kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác của Vật lý. 1.2.4. Các mức độ dạy học phương pháp thực nghiệm [10], [12] Như đã phân tích ở mục 1.2 nội dung của PPTN là rất phức tạp: Đó là sự thống nhất biện chứng giữa tư duy lý thuyết và tư duy thực hành. Dạy học PPTN ở trường phổ thông không có tham vọng làm cho học sinh hiểu và vận dụng trọn vẹn phương pháp này mà chỉ bước đầu cho học sinh làm quen với PPTN bằng