CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ CỦA HỌC SINH
1.2. Thí nghiệm vật lí
1.2.1. Khái niệm thí nghiệm vật lí
- Tác giả Nguyễn Đức Thâm: “Thí nghiệm Vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.”[8]
- Theo tác giả Nguyễn Đăng Thuấn, TN vật lí có một số đặc điểm sau [14]:
+ Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động.
+ Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi.
+ Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu (nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện để không làm xuất hiện các tính chất, các mối quan hệ không được quan tâm).
+ Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác. Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc.
+ Có thể lặp lại được thí nghiệm. Điều này có nghĩa là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình vật lí phải diễn ra trong TN giống như ở các lần TN trước.
1.2.2. Phân loại thí nghiệm vật lí trong dạy học.
Theo giáo trình thí nghiệm trong dạy học vật lí, mỗi thí nghiệm tiến hành trong tiết học đều được quy về một trong hai dạng thí nghiệm sau:
a) Thí nghiệm biểu diễn:
bị công nghệ…).
17
Là thí nghiệm do giáo viên trình bày ở lớp. Căn cứ vào mục đích, có thể chia thí nghiệm biểu diễn thành 3 loại:
+ Thí nghiệm nêu vấn đề: Thí nghiệm này nhằm nêu lên vấn đề cần nghiên cứu tạo ra tình huống có vấn đề làm tăng hiệu quả của dạy học.
+ Thí nghiệm giải quyết vấn đề: Thí nghiệm thuộc bài này được thực hiện giải quyết vấn đề đặt ra sau phần nêu vấn đề. Bao gồm hai loại thí nghiệm:
• Thí nghiệm khảo sát: là thí nghiệm tiến hành nghiên cứu vấn đề đặt ra thông qua đó giáo viên hướng dẫn học sinh đi đến khái niệm cần thiết.
• Thí nghiệm kiểm chứng: là thí nghiệm dùng đề kiểm tra lại những kết luận được suy ra từ lí thuyết.
+ Thí nghiệm củng cố: Thí nghiệm thuộc loại này dùng để củng cố kiến thức đã nghiên cứu bao gồm cả những thí nghiệm nói lên ứng dụng của kiến thức vật lí trong đời sống và trong kĩ thuật.
b) Thí nghiệm thực hành vật lí
- Là thí nghiệm do tự tay học sinh tiến hành dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Với dạng thí nghiệm này có nhiều cách phân loại, tùy theo căn cứ để phân loại:
- Căn cứ vào nội dung có thể chia thí nghiệm thực hành thành hai loại:
+ Thí nghiệm thực hành định tính: loại thí nghiệm này có ưu điểm nêu bật bản chất hiện tượng.
+ Thí nghiệm thực hành định lượng: loại thí nghiệm này có ưu điểm giúp học sinh nắm được quan hệ giữa các đại lượng vật lí một cách chính xác rõ ràng.
- Căn cứ vào tính chất có thể chia thí nghiệm thành hai loại:
+ Thí nghiệm thực hành khảo sát: loại thí nghiệm này học sinh chưa biết kết quả thí nghiệm, phải thông qua thí nghiệm mới tìm ra được các kết luận cần thiết. Loại thí nghiệm này được tiến hành trong khi nghiên cứu kiến thức mới.
+ Thí nghiệm kiểm nghiệm: loại thí nghiệm này được tiến hành kiểm nghiệm lại những kết luận đã được khẳng định cả về lí thuyết và thực nghiệm nhằm đào sâu vấn đề hơn.
- Căn cứ vào hình thức tổ chức thí nghiệm, có thể chia thí nghiệm thực hành thành ba loại:
+ Thí nghiệm thực hành đồng loạt: loại thí nghiệm này tất cả các nhóm học sinh đều cùng làm một thí nghiệm, cùng thời gian và cùng một kết quả.
18
+ Thí nghiệm thực hành loại phối hợp: trong hình thức tổ chức này học sinh được chia thành nhiều nhóm khác nhau, mỗi nhóm chỉ làm thí nghiệm một phần đề tài trong thời gian như nhau, sau đó phối hợp các kết quả của các nhóm lại sẽ được kết quả cuối cùng của đề tài.
+ Thí nghiệm thực hành cá thể: trong hình thức tổ chức này các nhóm học sinh làm thí nghiệm trong cùng thời gian hoặc cùng đề tài nhưng dụng cụ và phương pháp khác nhau.
1.2.3. Vai trò của thí nghiệm vật lí trong dạy học phát triển năng lực.
Theo quan điểm lí luận nhận thức thì thí nghiệm trong Giáo trình thí nghiệm trong dạy học vật lí có những chức năng cụ thể sau đây [9]:
❖ Thí nghiệm là phương tiện thu nhận tri thức
Thí nghiệm là một phương tiện quan trọng của hoạt động nhận thức của con người, thông qua thí nghiệm con người đã thu nhận được những tri thức khoa học cần thiết nhằm nâng cao năng lực của bản thân để có thể tác động và cải tạo thực tiễn. Trong học tập thí nghiệm là phương tiện của hoạt động nhận thức của học sinh, nó giúp người học trong việc tìm kiếm và thu nhận kiến thức khoa học cần thiết.
❖ Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của tri thức
Trong khoa học phương pháp thực nghiệm được coi là “hòn đá thử vàng” của mọi tri thức chân chính. Bởi vậy, có thể nói thí nghiệm có chức năng trong việc kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu nhận.
❖ Thí nghiệm là phương tiện để vận dụng tri thức vào thực tiễn
Trong quá trình vận dụng kiến thức vào thực tiễn, vào việc thiết kế và chế tạo các thiết bị kĩ thuật, người ta gặp phải những khó khăn nhất định do tính khái quát và trừu tượng của các tri thức cần vận dụng, cũng như bởi tính phức tạp của các thiết bị kĩ thuật cần chế tạo. Trong trường hợp đó thí nghiệm được sử dụng với tư cách là phương tiện thử nghiệm cho việc vận dụng tri thức vào thực tiễn.
❖ Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức
Thí nghiệm luôn đóng một vai trò rất quan trọng trong các phương pháp nhận thức khoa học. Chẳng hạn, đối với phương pháp thực nghiệm, thí nghiệm luôn có mặt ở nhiều khâu khác nhau: làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu, kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết. Trong phương pháp mô hình, thí nghiệm giúp ta thu thập các thông tin về đối tượng gốc làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình. Ngoài ra, đối với mô hình vật chất điều bắt buộc là người ta phải tiến hành các thí nghiệm thực sự với nó. Cuối cùng, nhờ những
19
kết quả của các thí nghiệm được tiến hành trên vật gốc tạo cơ sở để đối chiếu với kết quả thu được từ mô hình, qua đó để có thể kiểm tra tính đúng đắn của mô hình được xây dựng và chỉ ra giới hạn áp dụng của nó.
1.2.4. Quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm theo hướng phát triển năng lực vật lí của học sinh.
❖ Bước 1: Xác định YCCĐ của thí nghiệm
Xuất phát từ YCCĐ trong nội dung chương trình môn Vật lí do Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành cho mỗi nội dung [3], chọn lọc những YCCĐ có liên quan đến sử dụng thí nghiệm.
❖ Bước 2: Tìm hiểu thực trạng cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm
Trong QTDH, cơ sở vật chất và TBTN vật lí có vai trò rất quan trọng, là phương tiện giúp cho GV tổ chức hoạt động dạy học cho HS có hiệu quả nhằm đạt được mục tiêu và nhiệm vụ DH đề ra. Chính vì vậy, trong DHVL các TBTN tỏ ra rất có hiệu quả trong việc phát triển năng lực vật lí của HS. Ở các trường phổ thông hiện nay, theo chương trình cũ thì các TBTN đều được cung cấp theo danh mục tối thiểu của Bộ, tuy nhiên qua thời gian sử dụng các TBTN bị xuống cấp cho kết quả TN không chính xác, thậm chí hư hỏng không sử dụng được ảnh hưởng đến hiệu quả DHVL ở trường phổ thông. Chương trình phổ thông mới thì chưa được trang bị đầy đủ, do đó việc thiết kế, chế tạo, cải tiến và sửa chữa các TBTN nhằm khắc phục tình trạng các TBTN thiếu đồng bộ là việc làm thực sự có ý nghĩa và góp phần vào việc thực hiện đổi mới PPDH và tăng cường tính trực quan trong DH.
Bước 1
* Xác định YCCĐ của thí nghiệm
Bước 2
• Tìm hiểu thực trạng cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm
Bước 3
• Đề xuất, lựa chọn phương án thí nghiệm
Bước 4
• Chuẩn bị vật tư, dụng cụ
Bước 5
• Gia công, chế tạo dụng cụ thí nghiệm
Bước 6
* Hoàn thiện thí nghiệm. Xử lí kết quả và kết luận.
Bước 7
• Đề xuất ý tưởng sử dụng thí nghiệm trong dạy học để phát triển năng lực vật lí của HS
20
❖ Bước 3: Đề xuất các phương án thí nghiệm
Căn cứ vào những YCCĐ ở bước 1 và tình hình thiết bị thí nghiệm mà GV có thể đề xuất, lựa chọn phương án TN. Việc đề xuất các phương án thí nghiệm, theo các cách sau:
- Xây dựng phương án thí nghiệm dựa trên các thiệt bị thí nghiệm có sẵn;
- Xây dựng phương án thí nghiệm sử dụng các dụng cụ đơn giản, sẵn có trong đời sống (thí nghiệm tự tạo).
- Xây dựng các phương án thí nghiệm kết nối giữa thiết bị hiện hành với phần mềm.
❖ Bước 4: Chuẩn bị vật tư, dụng cụ
Dựa trên phương án TN đã đề xuất, GV tiến hành chuẩn bị các vật liệu, dụng cụ cần thiết. Các vật liệu, dụng cụ dùng trong TN phải có sẵn trong thực tế cuộc sống, dễ tìm kiếm, dễ gia công, dễ mua, dễ thay thế và sửa chữa thì mới đảm bảo tính khả thi.
❖ Bước 5: Gia công, chế tạo dụng cụ thí nghiệm
Sau khi đã chuẩn bị các vật liệu, dụng cụ và thiết bị cần thiết cho TN, GV tiến hành gia công các vật liệu, dụng cụ và thiết bị để tạo nên các bộ phận của bộ TN theo phương án đã đề xuất.
❖ Bước 6: Hoàn thiện thí nghiệm. Xử lí kết quả và kết luận.
Sau khi đã lắp ráp các dụng cụ TN lại với nhau theo phương án đề xuất thì việc tiến hành TN là để kiểm tra sự vận hành của bộ thí nghiệm là điều tất yếu. Mục đích của việc tiến hành TN là nhằm phát hiện những sai sót, lỗi trong quá trình gia công, chế tạo dụng cụ và lắp ráp. Việc tiến hành TN có thể xảy ra hai trường hợp sau:
Trường hợp 1: TN đạt theo phương án đề ra, cho kết quả như mong muốn thì tiếp tục thực hiện bước tiếp theo là hoàn thiện TN nhằm tăng cường tính trực quan, thẩm mĩ và đảm bảo an toàn cho TN khi sử dụng.
Trường hợp 2: TN không đạt theo phương án đề ra, không cho kết quả như mong muốn hoặc các dụng cụ, thiết bị sau khi gia công, chế tạo và lắp ráp không vận hành được thì ta tiến hành kiểm tra lại các bước đề xuất phương án, gia công, chế tạo và lắp ráp TN cho tới khi ra được kết quả hợp lí.
Hoàn thiện TN nhằm tăng cường tính trực quan, đảm bảo tính thẩm mĩ và an toàn trong quá trình sử dụng. Cuối cùng là xử lí kết quả và rút ra kết luận.
❖ Bước 7: Đề xuất ý tưởng sử dụng thí nghiệm trong dạy học để phát triển năng lực vật lí của HS
21
Căn cứ vào YCCĐ, kết quả thu được từ thí nghiệm và mục tiêu dạy học, thiết kế hoạt động dạy học sử dụng thí nghiệm để phát triển năng lực vật lí của học sinh. Cấu trúc của hoạt động học cần thống nhất với công văn 5512 của Bộ giáo dục và Đào tạo ban hành, gồm: Mục tiêu, cách thức tổ chức.