Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động trong dạy học chương động học chất điểm vật lí 10 THPT

Việc tập trung hoá các tài liệu học tập trên cơ sở các tư tưởng chỉ đạo xuyên suốt toàn bộ chương trình cũng như từng phần của chương trình cho phép học sinh định hướng được những vấn đề

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

TRẦN KIM CHUNG

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NHẰM HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN TƯ TƯỞNG

VỀ TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG HỌC CHẤT

ĐIỂM” - VẬT LÍ 10 THPT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI, 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

TRẦN KIM CHUNG

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NHẰM HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN TƯ TƯỞNG

VỀ TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG HỌC CHẤT

HÀ NỘI, 2014

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn:

- PGS.TS Tạ Tri Phương - Người đã tận tình giúp đỡ và động viên khuyến khích trong suốt quá trình tác giả nghiên cứu và hoàn thành luận văn

- Ban giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Ban chủ nhiệm khoa Vật lí và quý thầy

cô trong tổ Phương pháp giảng dạy Vật lí - Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả hoàn thành khóa học và luận văn thạc sĩ

- Ban giám hiệu, các thầy cô giáo thuộc tổ Vật lí trường THPT Lý Thường Kiệt, Yên Bái đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình thực nghiệm sư phạm

- Ban giám đốc, các thầy cô giáo trong Trung tâm GDTX tỉnh Yên Bái, các bạn đồng nghiệp, những người thân trong gia đình đã giúp đỡ và động viên tác giả trong thời gian học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận văn

Hà Nội, tháng 6 năm 2014

Tác giả

Trần Kim Chung

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi

sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tôi xin chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này

Hà Nội, tháng 6 năm 2014

Tác giả

Trần Kim Chung

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU 5 1.1 Hoàn thiện nội dung và PPDH vật lí ở trường PT 5

1.1.1 Tính tất yếu của việc hoàn thiện nội dung và PPDH vật lí PT 5

1.1.2 Những khuynh hướng cơ bản của việc hoàn thiện nội dung và PPDH vật lí PT 8

1.2 Tư tưởng về tính tương đối của chuyển động 16

1.2.1 Tính tương đối của chuyển động 17

1.2.2 Phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động 19

1.3 Bài tập vật lí phổ thông 24

1.4 Thực trạng việc dạy và học tài liệu "tính tương đối của chuyển động ở trường phổ thông" 27

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 33

CHƯƠNG 2 HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN TƯ TƯỞNG VỀ TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG THÔNG QUA HỆ THỐNG BÀI TẬP ĐỀ TÀI “ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM” TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 10 THPT 34

2.1 Đề xuất cấu trúc lôgic tổng quát về tư tưởng tính tương đối của chuyển động 34

2.2 Xây dựng hệ thống bài tập vật lí 35

2.2.1 Nguyên tắc xây dựng 35

2.2.2 Hệ thống bài tập nhằm hình thành và phát triển tư tưởng về tính

tương đối của chuyển động 36

2.3 Sử dụng hệ thống bài tập trong quá trình dạy học 42

2.3.1 Xây dựng tiến trình dạy học 42

2.3.2 Hướng dẫn giải các bài tập đã xây dựng 54

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 66

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 67

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của TNSP 67

3.2 Đối tượng TNSP 67

3.3 Quá trình TNSP 67

3.4 Kết quả TNSP 68

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 78

KẾT LUẬN CHUNG 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 83

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

1.1 Trong vài thập kỷ gần đây, sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ đã đòi hỏi các quốc gia trên thế giới phải tiến hành cải tổ, hoàn thiện nền giáo dục Việc cải tổ, hoàn thiện trong giai đoạn hiện nay diễn ra với các mức độ khác nhau ở mỗi quốc gia nhưng những đặc trưng giống nhau được thể hiện trên các vấn

đề về cấu trúc, nội dung chương trình và phương pháp dạy học

Đối với bộ môn vật lí phổ thông, sự hiện đại hoá về nội dung được thực hiện theo các khuynh hướng cơ bản như tăng cường vai trò của các thuyết vật lí; tập trung hoá và hệ thống hoá tài liệu học tập trên cơ sở của các tư tưởng chỉ đạo xuyên suốt toàn bộ chương trình cũng như từng phần của chương trình; thiết lập một cách chính xác “các sự kiện thực nghiệm xuất phát điểm” của từng học thuyết và tăng cường vai trò của các thí nghiệm nền tảng

1.2 Việc tập trung hoá các tài liệu học tập trên cơ sở các tư tưởng chỉ đạo xuyên suốt toàn bộ chương trình cũng như từng phần của chương trình cho phép học sinh định hướng được những vấn đề cơ bản nhất, cốt lõi nhất cần nắm vững trong tài liệu giáo khoa; tạo điều kiện cho học sinh nhớ và hiểu lâu kiến thức… Theo V.G.Radumovxki chương trình cơ học phổ thông cần xây dựng dựa trên ba tư tưởng lớn là: tính tương đối của chuyển động; sự tương tác của các vật và bảo toàn trong các quá trình vật lí; trong đó tư tưởng về tính tương đối của chuyển động là một trục

tư tưởng xuyên suốt toàn bộ giáo trình vật lí nói chung và giáo trình cơ học nói riêng Việc nắm vững tư tưởng về tính tương đối của chuyển động sẽ là cơ sở để học sinh nắm vững nhiều đề tài khác nhau trong chương trình vật lí phổ thông 1.3 Sự phát triển mang tính bùng nổ về tri thức khoa học và công nghệ luôn được Đảng và Nhà nước ta đặc biệt quan tâm Nghị quyết Hội nghị lần thứ tám của BCH TW Đảng cộng sản Việt Nam khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục

và đào tạo đã chỉ 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…

Xây dựng và chuẩn hóa nội dung giáo dục phổ thông theo hướng hiện đại, tinh gọn, bảo đảm chất lượng, tích hợp cao ở các lớp học dưới và phân hóa dần ở các lớp học trên; giảm số môn học bắt buộc; tăng môn học, chủ đề và hoạt động giáo dục tự chọn Biên soạn sách giáo khoa, tài liệu hỗ trợ dạy và học phù hợp với từng đối tượng học, …”[2]

Với mong muốn đóng góp vào việc nâng cao chất lượng học tập của học sinh

phổ thông, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động trong dạy học chương “Động học chất điểm”- Vật lí 10 THPT ” để nghiên cứu

2 Mục đích nghiên cứu:

Biên soạn một hệ thống bài tập, thông qua việc dạy giải chúng làm nổi bật tư

tưỏng tính tương đối của chuyển động trong dạy học đề tài “Động học chất điểm”

Trên cơ sở đó hình thành và phát triển được tư tưởng về tính tương đối của chuyển động cho học sinh lớp 10 THPT

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Hoạt động dạy học của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy giải bài tập chương “Động học chất điểm” lớp 10 THPT

- Phạm vi nghiên cứu: Chương “Động học chất điểm” - Vật lí 10 THPT

4 Giả thuyết khoa học:

Nếu xây dựng được một hệ thống bài tập mà nội dung của chúng thể hiện các khía cạnh khác nhau về tính tương đối của chuyển động và đề xuất được các phương án sử dụng các bài tập đó có mục đích, phù hợp sẽ hình thành và phát triển được tư tưởng về tính tương đối của chuyển động; góp phần nâng cao việc nắm vững kiến thức của học sinh khi nghiên cứu cơ học

5 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Nghiên cứu nội dung của tư tưởng tính tương đối của chuyển động và khả năng hoàn thiện tư tưởng đó thông qua việc giải bài tập vật lí

- Xác định mức độ nội dung và lôgic trình bày kiến thức tính tương đối của chuyển động trong chương “Động học chất điểm” - Vật lí 10 THPT

- Tiến hành điều tra tình hình dạy học nội dung về tính tương đối của chuyển động

- Biên soạn hệ thống bài tập mà nội dung của chúng thể hiện các khía cạnh khác nhau về tính tương đối của chuyển động

- Soạn thảo tiến trình hướng dẫn học sinh giải các bài tập đó với mục đích làm bộc lộ tư tưởng tính tương đối của chuyển động

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập và cách sử dụng nó nhằm mục đích hình thành và phát triển tư tưởng

về tính tương đối của chuyển động

6 Phương pháp nghiên cứu:

Để thực hiện được các nhiệm vụ trên, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau:

- Nghiên cứu lí luận được sử dụng để xác lập các quan điểm chỉ đạo cơ bản của nghiên cứu

- Điều tra thực tiễn việc dạy học chương “Động học chất điểm” - Vật lí 10 THPT

- Thực nghiệm sư phạm được sử dụng để đánh giá tính khả thi và hiệu quả phương hướng nghiên cứu

- Thống kê toán học được sử dụng để trình bày kết quả thực nghiệm sư phạm

và kiểm định giả thuyết thống kê về kết quả học tập của các lớp đối chứng và lớp thực nghiệm

7 Đóng góp của đề tài

7.1 Về lí luận:

Luận văn góp phần làm sâu sắc thêm những vấn đề liên quan đến “tư tưởng

về tính tương đối của chuyển động”

Xây dựng một hệ thống bài tập để thông qua đó giúp học sinh lĩnh hội một cách sâu sắc kiến thức về tính tương đối của chuyển động trong phần động học chất

điểm nói riêng và của toàn bộ giáo trình cơ học nói chung

7.2 Về thực tiễn:

Hệ thống bài tập đã soạn thảo và khả năng sử dụng hệ thống bài tập để hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho GV và HS trong dạy học chương trình cơ học, góp phần nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lí ở trường THPT

8 Cấu trúc luận văn:

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của nghiên cứu

Chương 2 Hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động

thông qua hệ thống bài tập đề tài “Động học chất điểm” trong chương trình Vật lí lớp 10 THPT

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU

1.1 HOÀN THIỆN NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT

1.1.1.1 Sự phát triển mạnh mẽ của bản thân khoa học vật lí

Đầu thế kỷ 20, vật lí học đã trở thành lĩnh vực hàng đầu trong nền kiến thức của khoa học tự nhiên Các thuyết vật lí và các phương pháp nghiên cứu vật lí ngày càng xuất hiện nhiều hơn trong các môn học tự nhiên khác như hóa học, sinh học, thiên văn học… và đã cho những kết quả quan trọng Cùng với xu hướng đó, vật lí

đã đóng góp các cơ sở lý thuyết cho các ngành kỹ thật hiện đại, nhiều lĩnh vực kỹ thuật đã xuất hiện trên cơ sở của các phát minh vật lí

Ở giai đoạn đầu của sự phát triển, nhiệm vụ đầu tiên của vật lí là mô tả và nghiên cứu các tính chất của chất (chất rắn, chất lỏng, chất khí) và các hiện tượng tự nhiên (hiện tượng nhiệt, hiện tượng âm, hiện tượng ánh sáng, hiện tượng, điện từ

…) Ở giai đoạn này, vật lí đã khác các khoa học tự nhiên khác bằng chính nội dung

cơ bản mà những nội dung đó là sự trình bày một cách cụ thể, có hệ thống về các đối tượng tự nhiên Trong giai đoạn này, nội dung ứng dụng và kinh nghiệm chiếm

ưu thế

Nhưng ngay ở giai đoạn này của sự phát triển của khoa học vật lí thì trong nhiều trường hợp vật lí cũng đã giải quyết mối quan hệ định lượng giữa các đối tượng nghiên cứu Điều này dẫn đến việc áp dụng các công cụ toán học vào nghiên cứu vật lí và đã đưa đến những kết quả quan trọng, đã khám phá và hệ thống hóa nhiều quy luật mang tính nền tảng như nguyên lý tương đối, nguyên lý quán tính

(Galilê), định luật hấp dẫn và các định luật động lực học (Niutơn), phương trình điện động lực học (Măcxoen), các nguyên lý lượng tử (Plăng, Bo) …

Trên cơ sở đó, các học thuyết vật lí cơ bản ra đời: thuyết cơ học Niutơn, cơ học lượng tử, cơ học tương đối… như thế vật lí không mất đi chức năng ứng dụng

mà ngày càng trở thành một khoa học lí thuyết

Giai đoạn hiện đại của sự phát triển của các khoa học tự nhiên được đặc trưng bằng sự thống nhất biện chứng của các quá trình phân biệt hóa và liên kết hóa Thật vậy, một mặt xuất hiện một loạt các ngành khoa học mà cơ sở của nó phải dựa vào vật lí, hóa học, sinh học; mặt khác lại xuất hiện các phương pháp vật lí trong hóa học (hóa lượng tử, động học và nhiệt động lực học hóa học), phương pháp vật lí

và phương pháp hóa học trong sinh học (sinh học phân tử, sinh học phóng xạ …)

Sự hình thành của các khoa học đó, chẳng hạn hóa lí, sinh hóa… trong đó đối tượng

và phương pháp nghiên cứu chứa đựng nhiều quy luật cơ bản của một loạt các khoa học khác nhau Cũng nhận thấy rằng về cơ bản phân biệt hóa là hệ quả của sự phân chia khoa học theo nội dung đối tượng, còn sự liên kết hóa thì ngược lại, nó liên hệ với sự phát triển của nội dung học thuyết, liên hệ với việc xây dựng nên các học thuyết mang tính cơ sở, nền tảng và của các phương pháp nghiên cứu

Những đặc điểm đó của khoa học vật lí cũng là đặc điểm của môn học vật lí

Sự “vĩ đại” của khoa học vật lí hiện đại thể hiện ở chỗ nó bao trùm lên toàn bộ các ứng dụng của các hiện tượng tự nhiên, ở mối liên hệ với triết học và nhận thức luận, thể hiện ở tính đa dạng, tính kế hoạch, tính có hiệu quả của việc áp dụng vào thực tiễn Điều này dẫn đến việc thậm chí trả lời câu hỏi “Học vật lí làm gì? Có cần học tất cả không?” trở nên không dễ dàng Trong tình hình đó, một số nước tư bản đã xuất hiện các lớp năng khiếu (lớp chuyên) và hiện nay ở nhiều nước cũng đã có loại hình đào tạo này

Tuy nhiên, nếu cho rằng nghiên cứu vật lí mang tính “hàng hóa, tiêu dùng”, thì có thể liệt kê ra một số lượng rất lớn các ngành nghề mà sự lĩnh hội chúng không cần kiến thức vật lí hoặc đòi hỏi một ít kiến thức về các định luật, khái niệm và có thể trình bày chúng kết hợp với quá trình nghiên cứu nghề nghiệp Nếu phải nghiên

cứu vật lí như một khoa học thì không thể như vậy được Điều này cũng giải thích được vì sao ở nước Mỹ chỉ có khoảng 20% học sinh lựa chọn môn vật lí [18]

1.1.1.2 Sự thay đổi mục tiêu, nhiệm vụ giáo dục

Mục tiêu giáo dục ở mỗi quốc gia được đặt ra trên cơ sở yêu cầu phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội của đất nước trong giai đoạn hiện tại và trong tương lai Do

đó, mục tiêu này sẽ theo từng giai đoạn phát triển của đất nước “Mục tiêu, nhiệm

vụ giáo dục ảnh hưởng trực tiếp tới cấu trúc của sách giáo khoa vật lí, tới mối quan

hệ của các phần trong một cấu trúc, tới hình thức tư duy mà chúng ta hình thành cho học sinh”.[5]

Trên thực tế nếu chúng ta chỉ đặt ra nhiệm vụ truyền thụ cho học sinh một khối lượng kiến thức nhất định thì có thể thực hiện dựa trên trình độ kinh nghiệm của sự nhận thức: thu nhận từ thí nghiệm một số sự kiện xác định, đưa ra các khái niệm tương ứng, hình thành các định luật mô tả mối quan hệ giữa các khái niệm đó

Tuy nhiên nếu mục tiêu là giáo dục thế giới quan và phát triển học sinh thì lại cần hình thức tư duy lí luận, điều này chỉ làm được nếu dựa trên trình độ lí luận của nhận thức mà trình độ này lại yêu cầu tài liệu học tập được xây dựng dựa trên các thuyết vật lí nền tảng

Sơ đồ 1.1

Sơ đồ cấu trúc của nhận thức trong học tập vật lí là khác nhau Trình độ kinh nghiệm của nhận thức dựa trên các định luật mà cách đây không lâu được coi là đỉnh cao của nhận thức trong dạy học vật lí Người ta cho rằng, nếu học sinh lĩnh hội được các định luật cơ bản và biết sử dụng chúng để giải bài tập thì mục đích dạy

Định luật

Trình độ kinh nghiệm của nhận thức

tự nhiên

về thếgiới.Trình độ lý luận của nhận thức

Khái niệm

Các thuyết

cơ bản

học vật lí đã đạt được Bản thân các định luật được coi như sự khái quát của thực nghiệm và trong quá trình dạy học nó xuất hiện với tính cách là các định luật thực nghiệm

Việc chuyển lên trình độ lí luận của nhận thức không chỉ dựa trên việc nghiên cứu một cách sâu sắc các định luật, khái niệm mà còn ở việc hình thành trong nhận thức của học sinh bức tranh về khoa học - tự nhiên về thế giới

Mục tiêu và nguyên tắc giảng dạy vật lí được thực hiện trong quá trình sư phạm trước hết thông qua nội dung của chính giáo trình vật lí Trình độ khoa học của giáo trình cần phù hợp với trình độ phát triển của khoa học, ngoài ra giáo trình cần phải đảm bảo cho sự giáo dục phổ cập cả về khối lượng và độ sâu sắc của kiến thức

Tất cả những điều đó đã dẫn đến việc phải cải tổ và hoàn thiện nội dung giảng dạy và phương pháp dạy học ở tất cả các môn học, đặc biệt nó được tiến hành mạnh mẽ ở các môn học tự nhiên trong những thập kỷ gần đây

1.1.2 Những khuynh hướng cơ bản của việc hoàn thiện nội dung và phương pháp dạy học vật lí phổ thông

Những khuynh hướng cơ bản của việc hoàn thiện nội dung và phương pháp dạy học vật lí phổ thông không thể tách rời mối quan hệ giữa giáo dục và kinh tế, mối quan hệ giữa hệ thống chính trị và giáo dục cũng như mối quan hệ của giáo dục với nhiều khía cạnh khác như dân tộc, truyền thống “Khi soạn thảo kế hoạch hoàn thiện quá trình dạy học cần phải chú ý đến tình hình phát triển kinh tế - xã hội của các nước khác, phải chú ý đến những đặc điểm chung cũng như phương hướng phát triển thế giới hiện nay Điều này liên quan chặt chẽ tới việc đào tạo con người có khả năng tham gia vào sự hợp tác quốc tế …”[24] “ Chủ động, tích cực hội nhập quốc tế để phát triển giáo dục và đào tạo, đồng thời giáo dục và đào tạo phải đáp ứng yêu cầu hội nhập quốc tế để phát triển đất nước” Tuy nhiên, ở đây chúng ta chỉ xem xét khía cạnh truyền thống về cấu trúc chương trình, nội dung và phương pháp dạy học vật lí cũng như những phương hướng cơ bản, điển hình để tìm thấy những

xu thế chung để phân tích, học hỏi những kinh nghiệm tiến bộ đáp ứng tiến trình hội

nhập quốc tế hiện nay của chúng ta Chúng ta sẽ tập trung phân tích một số những phương hướng cơ bản về việc hoàn thiện nội dung và phương pháp dạy học vật lí của một số nước vì có thể coi đây là những khu vực đã và đang có những thành tựu

to lớn về lĩnh vực này và có nhiều ảnh hưởng đến chúng ta

Để tìm cơ sở cho nghiên cứu của mình, chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu về việc hoàn thiện nội dung và PPDH vật lí ở trường phổ thông tại một số quốc gia trong thời gian 20 năm gần đây nhất Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến vấn đề này ở Cộng hòa liên bang Nga, ở Mĩ và một số nước ở Tây Âu

Mặc dù trình độ phát triển kinh tế của các nước là khác nhau, hệ thống giáo dục khác nhau nhưng việc hoàn thiện nội dung và PPDH bộ môn vật lí PT trong thời gian vừa qua của các nước có rất nhiều điểm tương đồng, điển hình nhất gồm:

+ Nâng cao trình độ khoa học của môn học ở tất cả các cấp học bằng nhiều con đường khác nhau;

+ Tăng cường vai trò của thí nghiệm vật lí;

+ Hình thành và phát triển phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh; + Nâng cao tính tích cực, chủ động; phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Chúng ta sẽ sơ bộ phân tích một số các khuynh hướng đó

1.1.2.1 Nâng cao trình độ khoa học của môn học ở tất cả các cấp học bằng nhiều con đường khác nhau

1.1.2.1a Khái quát hóa nội dung môn học trên cơ sở các học thuyết nền tảng của vật lí

Con đường này thể hiện rõ nhất ở Cộng hòa liên bang Nga và Vương quốc Anh Khái quát hóa nội dung môn học trên cơ sở các học thuyết nền tảng được các nhà khoa học giáo dục Nga cho rằng thực chất là sự vận dụng nguyên lí về tính chu trình vào việc xây dựng nội dung và cấu trúc SGK vật lí phổ thông

Trong rất nhiều các công trình nghiên cứu về lôgic học và triết học, người ta

đã chỉ ra rằng, ngày nay lí thuyết (lí luận) phải là hình thức cơ bản, chủ đạo của tri thức Lí thuyết là sự phản ánh và thể hiện phương pháp tư duy hiện đại và sử dụng

phương pháp tư duy đó vào một lĩnh vực đối tượng cụ thể, có nghĩa là lí thuyết cùng một lúc thể hiện cả phương pháp và kết quả của nhận thức một lĩnh vực rộng lớn các đối tượng và hiện tượng Trong dạy học vật lí phải đặc biệt chú ý đến khía cạnh đó của lí thuyết: phải tổ chức tư duy của học sinh trong quá trình hoạt động nhận thức, liên kết tài liệu học tập quanh một “hạt nhân của thuyết” Chúng ta đang động chạm tới vấn đề: “Khái quát hóa lí luận”

Làm thế nào để có thể xây dựng sự khái quát hóa ở trình độ một học thuyết trong giáo trình vật lí ở phổ thông

Để phù hợp với cấu trúc của một thuyết đang hình thành trong vật lí hiện đại

và phù hợp với các giai đoạn của chu trình trong dạy học vật lí, một thuyết vật lí cần

có các thành phần như sơ đồ 1.2

Sơ đồ 1.2: Sơ đồ mô tả các giai đoạn khái quát hóa lí luận ở trình độ học

thuyết trong giáo trình vật lí phổ thông

Cơ sở của thuyết bao gồm các sự kiện, các khái niệm xuất phát mà việc phân tích chúng sẽ chuẩn bị cơ sở cho việc hình thành hạt nhân - sự trừu tượng hóa ở dạng các định đề, các phương trình chuyển động (tương ứng với “mô hình” trong chu trình)

Hạt nhân của thuyết bao gồm các định luật cơ bản, các phương trình, các định luật tổng quát của sự bảo toàn liên quan đến các phương trình chuyển động, các hằng số cơ bản sử dụng để rút ra các kết luận Các kết luận (hoặc hệ quả) là việc

áp dụng các định luật (tạo nên hạt nhân của thuyết) vào các trường hợp cụ thể Chu trình được kết thúc bằng việc áp dụng các hệ quả vào các hình thức khác nhau của hoạt động học tập: thưc hiện công việc thí nghiệm, giải bài tập, trong lao động - học tập, trong sáng tạo kĩ thuật, …

Tóm lại, khi xem xét cấu trúc của một học thuyết về tổng thể cũng như so sánh nó với chu trình nhận thức trong quá trình dạy học vật lí, chúng ta nhận thấy

Hạt nhân

Cơ sở

Các kết luận - Hệ quả

Áp dụng

“cơ sở” của thuyết tương ứng với việc nghiên cứu giai đoạn đầu (“sự kiện”, các hoạt động vật chất - thực tại); “hạt nhân” tương ứng với giai đoạn thứ hai (“mô hình”, đưa ra các trừu tượng hóa, khái quát hóa) các kết luận cụ thể tương ứng giai đoạn 3 (“hệ quả”, từ trừu tượng đến cụ thể); Sau đó chu trình được kết thúc bằng việc quay trở về thế giới vật chất - thực tại của các đối tượng vật lí trong việc áp dụng thực tiễn các kiến thức lí thuyết, trong những minh họa thực nghiệm của các

hệ quả của thuyết (Sơ đồ 1.3)

Áp dụng học thuyết

Giải bài tập

Công việc thực nghiệm

Sáng tạo kĩ thuật

Hoạt động lao động - học tập

Lối sống, thiên tính,

di truyền

Phương tiện

kĩ thuật dạy hoc: phim,

ti vi, máy tính, …

Các kết luận thu được từ thuyết (hệ quả) Các kết luận

định lượng

toán học

Các kết luận bán định tính

Các kết luận định tính trên

cơ sở lôgic diễn giải

Thí nghiệm tưởng tượng

Áp dụng tương tự

Bổ sung thực nghiệm các kết luận định tính

Hạt nhân của thuyết Các định luật tổng quát, nguyên lí, phương trình, mô hình

Cơ sở của thuyết

Các khái niệm và đại lượng xuất phát

Sơ đồ 1.3

Tại Vương quốc Anh (và nhiều quốc gia khác) trong giai đoạn hiện nay người ta rất chú trọng tới việc cho học sinh tiếp cận với phương pháp nghiên cứu khoa học chứ không phải chỉ dừng ở kết quả nghiên cứu như thời gian trước đây Hình thành phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh cần trải qua nhiều giai đoạn nhưng một số giai đoạn cần phải được tiến hành trước tiên chẳng hạn kiểu tư duy khoa học vật lí; các phương pháp nhận thức phổ biến dùng trong vật lí v v Các nhà khoa học giáo dục Vương quốc Anh cho rằng việc khái quát hóa tài liệu học tập trên cơ sở các thuyết vật lí nền tảng bao gồm cơ học cổ điển, động học phân tử, thuyết điện tử, thuyết lượng tử đã trực tiếp giới thiệu với học sinh các yếu

tố cấu trúc của kiến thức vật lí gồm sự kiện (hiện tượng, thí nghiệm); khái niệm, định luật, thuyết, các hệ quả, các ứng dụng thực tiễn; đồng thời hình thành cho học sinh quá trình nhận thức trong khoa học vật lí (là hình thức khái quát) phù hợp với khái quát lí luận gồm các giai đoạn sau đây:

Giai đoạn 1: Tích lũy và phân tích các sự kiện và mối quan hệ của chúng

trong quá trình hoạt động vật chất - đối tượng của con người Quá trình học tập là

sự nghiên cứu và phân tích một cách đặc biệt các sự kiện đã được lựa chọn mà các nhà khoa học đã xây dựng nên từ trước đó; là các quan sát thí nghiệm nhằm chuẩn

bị để học sinh tiếp cận với khái niệm, định luật mới

Giai đoạn 2: Tiến hành sự trừu tượng hóa, tức là quá trình tạm quên đi các

hiện tượng cụ thể và tiến hành khái quát bằng việc sử dụng hình thức mô hình, bằng khái niệm về đại lượng vật lí, định luật hoặc phương trình, định đề hoặc một hệ thống các định đề

Giai đoạn 3: Nghiên cứu các kết luận thu được, các hệ quả thu được từ

những tính quy luật chủ yếu, đó là: Các công thức trừu tượng, các định luật, các nguyên lý Đây là giai đoạn phát triển kiến thức mà ta gọi là kiến thức hệ quả, được thực hiện bằng con đường lập luận lôgic hoặc phương pháp toán học Đặc điểm của khoa học vật lí là trong quá trình đi đến kết luận (hệ quả) thường dẫn đến các thí nghiệm để thu được các thông số, hằng số cũng như các tính quy luật riêng biệt

Giai đoạn 4: Áp dụng kiến thức thu được vào đối tượng, hiện tượng vật lí cụ

thể Trong quá trình xã hội - lịch sử của nhận thức thì đây là các hoạt động sản xuất

- vật chất của con người còn trong quá trình học tập là sự giải thích các hiện tượng của thiên nhiên, các quá trình kinh tế, sản xuất, giải bài tập, minh họa các kết quả thu được từ định luật, học thuyết; là việc làm các thí nghiệm … Như vậy các giai đoạn của khái quát hóa lý luận trùng với các giai đoạn của chu trình học tập: 1- Sự kiện; 2 - Mô hình; 3 - Hệ quả; 4 - Thực nghiệm

Cần lưu ý là về phương diện lôgic hình thức thì không có sự chuyển đổi lôgic

từ thế giới vật chất cụ thể sang thế giới lý tưởng Ở đây, vai trò của lôgic hình thức chỉ giới hạn thông qua các hệ quả được rút ra từ những luận điểm, nguyên lý ban đầu Phép quy nạp và diễn dịch là phương pháp thu nhận kết quả từ các luận điểm, nguyên lý ban đầu chứ không phải là phương pháp của khái quát hóa [19]

Những luận điểm ban đầu - tức là những trừu tượng hóa đầu tiên xuất hiện trong quá trình xã hội - lịch sử của nhận thức là kết quả từ nhiều giả định, kiểm chứng và chỉ được khẳng định trong quá trình hoạt động sản xuất - vật chất của xã hội

Chẳng hạn các định luật Niutơn xuất hiện với vai trò của các nguyên lý, tính đúng đắn của nó không chỉ được khẳng định bằng việc giải thích được chuyển động biểu kiến của các hành tinh của hệ mặt trời mà còn giải thích được mọi chuyển động

cơ học mà con người sử dụng trong giao thông vận tải, trong các ngành công nghiệp

… Tương tự như vậy trong lịch sử phát hiện ra định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng Khái niệm năng lượng đã được hình thành trước cả các định luật động lực học của Niutơn, nhưng nó chỉ đưa vào khoa học khi nghiên cứu mối quan hệ qua lại của các quá trình cơ học và quá trình nhiệt học vào những năm 40 thế kỷ 19, tức là để có được sự khái quát hóa đã phải trải qua hai thế kỷ Trong thực tế lịch sử vật lí học đã có nhiều trường hợp cùng một hiện tượng, sự vật nhưng nhiều nhà khoa học lại xây dựng nhiều khái niệm, định luật khác nhau để phán ánh sự vận động của nó Dần dần theo thời gian, được thử thách trong thực tế, một trong số các định luật, khái niệm đó vẫn tỏ ra đúng đắn, số còn lại bị bác bỏ hoàn toàn hoặc phải

sửa đổi bổ sung cho phù hợp với những sự kiện thực tế mới phát hiện Cũng có trường hợp những định luật được phát hiện trước lại trở thành trường hợp riêng của định luật được phát hiện sau Ngày nay người ta đã chứng minh được rằng: cơ học

cổ điển của Niutơn là một trường hợp riêng của cơ học tương đối khi vận tốc chuyển động của vật rất nhỏ so với vận tốc ánh sáng Điều đó chứng tỏ cơ học Niutơn vẫn phản ánh đúng thực tiễn trong đó các vật có vận tốc nhỏ; còn khi các vật

có vận tốc cỡ vận tốc ánh sáng thì phải áp dụng cơ học tương đối tính Trong quá trình học tập những trừu tượng hóa ban đầu (tức những sự kiện khởi đầu) được chuyển cho học sinh ở dạng có sẵn chứ không phải rút ra từ thí nghiệm nào cả

Thật vây, không thể coi những thí nghiệm mà ta tiến hành trên lớp học sau

đó dẫn đến biểu thức I = U

R là sự chứng minh của định luật Ôm; không thể trình bày các định luật Niutơn bằng con đường thực nghiệm Các thí nghiệm chỉ là cơ sở

để tiên đoán về tính quy luật chứ không phải là bằng chứng duy nhất

Các giai đoạn nêu trên của khái quát hóa được sử dụng để nghiên cứu những khái niệm đầu tiên như vận tốc, lực, áp suất …; để nghiên cứu các định luật riêng biệt như định luật Ôm, định luật Culông, định luật Farađây … và đặc biệt có giá trị khi nghiên cứu các thuyết vật lí Chẳng hạn trong cơ học, để tiến tới các định luật Niutơn chúng ta đi từ việc hướng dẫn học sinh quan sát, phân tích các sự kiện đã có,

từ các thí nghiệm … Bản thân các định luật tạo ra cái trừu tượng ban đầu - tức là sự khái quát, còn các kết luận rút ra từ đó chính là các nội dung cụ thể của cơ học

Theo mục đích dạy học sự khái quát hóa được chia thành các mức độ khác nhau phù hợp với sự phức tạp, với cấu trúc và thứ tự trình bày tài liệu học tập Đó là khái quát ở mức độ khái niệm, định luật, học thuyết và khái quát hóa ở mức độ bức tranh vật lí về thế giới

Ở Vương quốc Anh, các nhà khoa học đưa ra yêu cầu là cần xác định chính xác kiến thức về sự kiện khởi đầu cho học sinh, trên cơ sở đó sẽ xây dựng giả thuyết, xác định các thí nghiệm để khẳng định tính đúng đắn của các kết luận rút ra

từ giả thuyết (hệ quả) Ngay từ giai đoạn đầu, học sinh đã được làm quen với nhiều

tài liệu sự kiện quan trọng: quan sát chuyển động Braonơ, đo kích thước phân tử dầu, làm quen với các hiện tượng và trạng thái (mô hình cấu trúc chất rắn, lỏng và khí) Phương hướng này đã dẫn đến sự tăng nhanh phần thực hành từ 25% lên hơn 50% thời gian học tập Có một giáo trình mà hầu như toàn bộ kiến thức và kỹ năng

mà học sinh thu được thông qua con đường thực hành (sau 5 năm, học sinh học theo giáo trình này cần phải thực hiện 260 giờ thực hành trong tổng số 390 giờ)

Để nhấn mạnh đến vai trò của các thuyết vật lí nền tảng, người ta đã đề ra yêu cầu là “Học sinh phải biết làm thế nào để các thuyết vật lí lại có thể là “nhân chứng” của một số hiện tượng không quen thuộc”[18]

1.1.2.1b Hệ thống hóa tài liệu học tập trên cở sở của các tư tưởng xuyên suốt nhiều đề tài trong một phần hay nhiều phần trong toàn bộ giáo trình

Con đường này được thể hiện rõ nhất ở chương trình vật lí phổ thông của Mĩ

và Nga

Ở nước Mĩ tư tưởng xuyên suốt trong chương trình vật lí phổ thông là

“nguyên tắc của mối quan hệ nhân quả của chuyển động vật chất trong hai hình thức - chất và trường” Do ảnh hưởng của nguyên tắc này mà tài liệu vật lí phổ thông ở Mĩ được trình bày không theo nguyên tắc từ đơn giản đến phức tạp mà thiên về nguyên tắc hiện tượng luận, và điều đó đã dẫn đến một cấu trúc rất “khác lạ” của giáo trình vật lí phổ thông: 1- Vũ trụ học; 2- Quang học và sóng; 3- Cơ học; 4- Điện học và cấu trúc phân tử Đầu tiên học sinh được làm quen với động học của hạt và sóng và những kiến thức này sau đó được sử dụng khi học quang học để xây dựng mô hình hạt và mô hình sóng của ánh sáng và cuối cùng được sử dụng để trình bày về phôton - là lượng tử năng lượng của trường điện từ có tính chất hạt và electron có tính chất sóng Như thế, ở đây đã xuất hiện quan điểm lưỡng tính sóng hạt khi nghiên cứu tính chất của chất và trường Việc khẳng định trục tư tưởng xuyên suốt chương trình vật lí phổ thông của Mĩ là sử dụng học thuyết sóng hạt để nghiên cứu chuyển động của vật chất trong hai hình thức chất và trường là hoàn toàn có cơ sở

Việc hệ thống hóa tài liệu học tập trên cơ sở các tư tưởng xuyên suốt nhiều

đề tài trong một phần của giáo trình vật lí phổ thông cũng lại thể hiện rất rõ ở Cộng hòa liên bang Nga Điều khẳng định này có thể thấy rõ nhất trong SGK Vật lí 10 THPT, phần Cơ học Trong SGK này ta nhận thấy nổi lên ba tư tưởng cơ bản, xuyên suốt toàn bộ tài liệu trình bày, gồm:

+ Tính tương đối của chuyển động

+ Sự tương tác của các vật

+ Sự bảo toàn

Nội dung của các tư tưởng này được lưu ý đặc biệt cho giáo viên trong các tài liệu giành cho việc hướng dẫn giảng dạy

1.1.2.2 Tăng cường vai trò của thí nghiệm vật lí

Trong tất cả các quốc gia mà chúng tôi đề cập đến ở trên, vai trò của thí nghiệm vật lí đã được đặc biệt chú ý Nếu thí nghiệm trong giáo trình truyền thống trước đây chỉ nhằm mục đích soi sáng các hiện tượng vật lí cơ bản thì ngày nay vai trò cơ bản của thí nghiệm đã được xác định lại Thông qua thí nghiệm phải trả lời được câu hỏi: các tư tưởng vật lí cơ bản đã xuất hiện và phát triển như thế nào? Để trả lời được câu hỏi đó, số giờ thí nghiệm đã được tăng lên đáng kể Ở Mĩ, hàng năm học sinh cần thực hiện 52 thí nghiệm (chiếm 14% thời gian); trong các thí nghiệm đó có rất nhiều bài thí nghiệm mang đặc trưng sáng tạo, hoặc là phải giải thích, hoặc là phải thiết kế Tại Vương quốc Anh, học sinh còn phải khảo sát nhiều thí nghiệm kinh điển, nền tảng của khoa học vật lí như thí nghiệm của Galilê về chuyển động của vật trên máng nghiêng, thí nghiệm của Niutơn về đo độ lớn điện tích, thí nghiệm của Iâng đo bước sóng ánh sáng v v… Việc thực hiện các thí nghiệm như thế nhằm mục đích làm rõ đặc trưng thực nghiệm của khoa học vật lí

1.2 TƯ TƯỞNG VỀ TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG

Theo từ điển của Nguyễn Như Ý thì “tư tưởng là quan điểm, ý nghĩ chung

của con người đối với giới tự nhiên và xã hội” Vì vậy cần thiết phải đưa ra những

quan điểm của các nhà khoa học, các nhà phương pháp luận về vấn đề này

1.2.1 Tính tương đối của chuyển động

Không thể hình thành khái niệm chuyển động cơ học nếu không đưa vào khái niệm hệ quy chiếu Để mô tả chuyển động của vật, tức là sự dich chuyển của

nó trong không gian đối với những vật khác, người ta cần gắn vào các vật này (vật quy chiếu, vật mốc) một hệ tọa độ và dụng cụ để đo thời gian

Cần phải chú ý một vấn đề là cơ học cổ điển của Niutơn ngay từ khi ra đời

đã chấp nhận tiên đề về sự tồn tại của một hệ quy chiếu đứng yên tuyệt đối Mọi vật đứng yên với hệ quy chiếu này cũng đứng yên tuyệt đối, chuyển động với hệ quy chiếu này cũng là chuyển động tuyệt đối Tiếp theo, giả thuyết về không gian tuyệt đối lại được củng cố khá vững chắc nhờ thắng lợi của thuyết ete vũ trụ cuối thế kỷ XIX Chỉ sau các thí nghiệm của Maikesơn và Moccli thì ảo tượng về tồn tại hệ quy chiếu tuyệt đối mới tan vỡ Tuy nhiên, cũng cần lưu ý là ngay chính bản thân Niutơn cũng không gắn hệ quy chiếu tuyệt đối với một vật đứng yên nào cả Trong cuốn “Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên”, Niutơn viết rằng, không gian tuyệt đối không phải là đối tượng quan sát, chỉ có thể quan sát vị trí tương đối của các vật bởi vì có khả năng không tồn tại vật thực sự đứng yên mà đối với nó vị trí

và chuyển động của các vật khác có thể xác định được

Như vậy, nguyên lý tương đối cổ điển được hình thành ngay từ giai đoạn đầu của sự phát triển cơ học Nguyên lý này khẳng định không thể phát hiện được chuyển động thẳng đều của một hệ quy chiếu, nếu quan sát các hiện tượng cơ học xảy ra trong đó Theo quan điểm vật lí học thì điều khẳng định đó có nghĩa là chuyển động tịnh tiến thẳng đều của hệ quy chiếu không ảnh hưởng đến các quá trình bên trong hệ Mọi quá trình cơ học xảy ra trong hệ đó không phụ thuộc vào việc hệ này đứng yên hay chuyển động thẳng đều Đây chính là nội dung nguyên lý tương đối của Galilê [20]

Chuyển động thẳng đều của một chiếc tàu thủy trên sông hoàn toàn “êm ái”, không rung động và không gia tốc sẽ không gây ra một ảnh hưởng nào đến mọi quá trình xảy ra trong tàu: mọi vật trong tàu hoàn toàn sẽ như lúc tàu đứng yên Va chạm đàn hồi của các quả bi-a khi tàu đứng yên và khi tàu chuyển động thẳng đều

hoàn toàn như nhau; ném một vật thẳng đứng lên cao thì vật rơi xuống đúng vị trí ném lên mà không bị lệch đi do tàu chuyển động

Định luật không phân biệt được giữa đứng yên và chuyển động thẳng đều mang tên nguyên lý tương đối Galilê Nguyên lý này là một sự kiện hoàn toàn mới

lạ nhưng nó xuất hiện trong khoa học vật lí một cách đơn giản như một phần tất yếu của thế giới quan khoa học

Nguyên lý tương đối của chuyển động trước hết dẫn đến kết quả là tọa độ chất điểm, quỹ đạo và vận tốc là tương đối, chúng phụ thuộc vào hệ quy chiếu Đồng thời, từ nguyên lý tương đối cổ điển cũng suy ra một số đại lượng là tuyệt đối (tức là bất biến với các hệ quy chiếu khác nhau): khoảng cách giữa các vật, khoảng thời gian giữa các sự kiện Gia tốc cũng là đại lượng tuyệt đối đối với hệ quy chiếu quán tính, bởi vì nếu vật chuyển động có gia tốc trong hệ quy chiếu nào đó thì gia tốc của nó giữ nguyên trong các hệ quy chiếu chuyển động thẳng đều với hệ ban đầu: vì bản thân hệ chuyển động không gia tốc, nên sự thay đổi vận tốc của vật diễn

ra trong hệ quy chiếu ban đầu sẽ giữ nguyên như vậy đối với hệ quy chiếu thứ hai Quả bóng tennis va chạm với chiếc vợt sẽ có một gia tốc nào đó đối với tàu thủy và gia tốc đó cũng là gia tốc đối với bờ sông vì tàu đang chuyển động thẳng đều không gây ra một ảnh hưởng nào đến sự thay đổi vận tốc của quả bóng Đồng thời vận tốc của quả bóng là một đại lượng tương đối, có giá trị khác nhau ở từng thời điểm trong các hệ quy chiếu này

Chúng ta nhận thấy là nguyên lý tương đối mang nội dung biện chứng sâu sắc Bên cạnh sự khẳng định tính tương đối của một loạt các đại lượng và khái niệm thì nó lại bao gồm và khẳng định các đại lượng tuyệt đối (bất biến) khác Hơn nữa, trong nguyên lý tương đối còn bao hàm một điều lớn hơn là sự khẳng định tính tuyệt đối của các định luật động lực học: trong tất cả các hệ quy chiếu quán tính, mọi hiện tượng cơ học diễn ra theo cùng một quy luật, không phụ thuộc vào vận tốc tương đối của chúng Cũng chính điều này khẳng định tính bình đẳng của các hệ quy chiếu quán tính Trong khi đó hiện tượng sẽ được nhìn thấy khác nhau trong các hệ quy chiếu khác nhau, bởi vì trong các hệ quy chiếu đó các điều kiện ban đầu

không giống nhau Quỹ đạo của một giọt nước rơi trong một toa tàu chuyển động thẳng đều là một đường thẳng đối với toa, nhưng đối với đường sắt lại là đường parabol

Khi nghiên cứu động học, tức là chỉ đề cập đến việc mô tả chuyển động, chúng ta không thể thiết lập được bất cứ sự khác nhau nào giữa các hệ quy chiếu khác nhau: tất cả các hệ đều tương đương nhau Chỉ trong phần động lực học khi nghiên cứu các định luật chuyển động thì sự khác biệt mang tính nguyên tắc của các

hệ quy chiếu khác nhau mới xuất hiện Tuy nhiên, ngay khi nghiên cứu phần động học, tính tương đối của chuyển động cơ học cần phải được phát triển đến mức cao nhất có thể có được [7]

Theo quan điểm này, ngay từ những bài học đầu tiên của phần cơ học đã thấy

rõ là bản thân từ "vật chuyển động" chẳng có ý nghĩa gì nếu không chỉ ra các vật khác (vật mốc) mà ta coi là đứng yên Cần nhấn mạnh cho học sinh là việc chọn mốc là tùy ý nhưng quan trọng và điều ta quan tâm hơn là chuyển động của các vật khác đối với vật được chọn làm mốc

Khi đưa ra khái niệm hệ quy chiếu, giáo viên có thể dựa vào rất nhiều ví dụ

để giải thích cho học sinh biết là chuyển động của vật trong các hệ quy chiếu khác nhau là khác nhau Ví dụ: một vật rơi trong một toa tàu đang chuyển động thì đối với toa, quỹ đạo là đường thẳng, đối với đường sắt là một đường cong v.v

Tính tương đối của chuyển động và các đặc trưng động học của nó, trong đó

có quỹ đạo cần phải minh họa bằng những thí nghiệm đơn giản Những ví dụ và thí nghiệm đơn giản sẽ giúp cho học sinh tin tưởng rằng quỹ đạo của chuyển động là tương đối, tức là phụ thuộc vào hệ quy chiếu Học sinh cũng cần biết rằng trong nhiều trường hợp, việc chọn hệ quy chiếu sẽ thuận lợi hơn cho việc giải bài tập nếu không chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất mà chọn một trong các vật mà chúng lại chuyển động đối với mặt đất

1.2.2 Phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động

* Khi nghiên cứu phần động học, học sinh đã biết rằng chuyển động của cùng một vật đối với các hệ quy chiếu khác nhau là khác nhau: quỹ đạo, độ dịch

chuyển, quãng đường, tọa độ, vận tốc là tương đối, tức là chúng phụ thuộc vào việc chọn hệ quy chiếu Do đó, một cách tự nhiên khi nghiên cứu phần động lực học sẽ xuất hiện câu hỏi: chúng ta sẽ khảo sát chuyển động và các định luật trong hệ quy chiếu nào?

Có quan điểm cho rằng, cần phải trình bày khái niệm về hệ quy chiếu quán tính ngay khi nghiên cứu định luật I Niutơn [7] Theo tác giả này, hợp lý nhất là nghiên cứu chuyển động của vật đối với các hệ quy chiếu mà trong đó khi không tương tác với các vật khác sẽ bảo toàn trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều Nhưng làm thế nào để thiết lập được điều kiện là không có ngoại lực tác dụng lên vật? Đơn giản nhất để giải quyết vấn đề này là đưa vật ra xa các vật khác ở xung quanh nó để loại bỏ tác dụng của chúng lên vật mà ta nghiên cứu Tuy nhiên, phương pháp đó để chọn hệ quy chiếu trong thực tế là không có ý nghĩa vì việc áp dụng các định luật Niutơn là ở trên Trái Đất chứ không phải ở vô cùng

Có thể lấy hệ quy chiếu gắn với vật mà hợp lực của các lực tác dụng lên nó bằng không Tuy nhiên, để khẳng định rằng hợp lực tác dụng lên vật bằng không lại cần sử dụng đến định luật I Niutơn Từ đây xuất hiện một vòng lôgic không bao giờ kết thúc: sẽ thiết lập được tính quán tính của hệ quy chiếu nếu sử dụng vật tự do, mà vật tự do lại chỉ có thể thiết lập được nếu sử dụng tính quán tính của hệ quy chiếu

Khả năng định nghĩa chính xác nhiều hay ít về hệ quy chiếu quán tính chỉ xuất hiện liên quan tới lý thuyết tương đối tổng quát, còn trong cơ học cổ điển cũng như trong cơ học tương đối hẹp không có câu trả lời đó Như vậy chỉ còn con đường sau: sử dụng lập luận rằng lực tác dụng lên vật triệt tiêu nhau và do đó sẽ tương tự như là vật (chất điểm) không có lực nào tác dụng lên cả và nó tiếp tục đứng yên hay chuyển động thẳng đều, từ đó đưa ra định nghĩa hệ quy chiếu như sau: "Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu mà đối với nó một vật sẽ chuyển động thẳng đều nếu các lực tác dụng bên ngoài triệt tiêu với nhau” [17]

Các tác giả David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker lại đưa ra khái niệm hệ quy chiếu quán tính ngay ở phần động học và cũng rất tự nhiên theo các bước như sau:

-"Vận tốc của một hạt phụ thuộc vào hệ quy chiếu

- Hệ quy chiếu là một vật để bạn gắn hệ quy chiếu vào

- Hệ quy chiếu có vẻ tự nhiên nhất đối với ta trong chuyển động hàng ngày là mặt đất Nếu bạn đi trên một máy bay hoặc một tàu vũ trụ thì hệ quy chiếu trái đất

có thể không phải là hệ tiện lợi nhất, do đó bạn hoàn toàn tự do chọn bất kì hệ quy chiếu nào mà bạn muốn

- Chúng ta sẽ xét các hệ chuyển động với vận tốc không đổi đối với nhau gọi

là các hệ quy chiếu quán tính " [4]

* Định luật quán tính là định luật đầu tiên của các định luật chuyển động được Niutơn trình bày trong cuốn "Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên" vào năm 1687

Mỗi định luật trong hệ thống các định luật Niutơn có ý nghĩa riêng biệt của

nó, định luật I cũng vậy Đôi khi chúng ta gặp điều khẳng định rằng định luật I được rút ra từ định luật II Điều khẳng định này dựa trên cơ sở là khi không có tác dụng của các vật khác (F= 0) gia tốc của vật cũng bằng không, tức là vật cũng đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều Tuy nhiên, ý nghĩa của định luật I không phải là như vậy

Vấn đề là ở chỗ trong cơ sở của cơ học cổ điển của Niutơn có chứa đựng những định đề về tính chất của không gian và thời gian Một số những định đề đó là chung cho cả cơ học Niutơn và lý thuyết tương đối Chẳng hạn cả cơ học Niutơn và thuyết tương đối đều sử dụng định đề về không gian đồng nhất và đẳng hướng

Định luật I Niutơn chứa đựng (ở dạng không tường minh) định đề về tính đồng nhất và đẳng hướng của không gian Thật vậy, cách phát biểu định luật này là tương đương với điều khẳng định về tính đồng nhất và đẳng hướng của không gian đối với hệ quy chiếu quán tính

Thật vậy, tính đồng nhất của không gian tức là trong không gian đó không có những điểm đặc biệt phân biệt với các điểm khác Tính đẳng hướng của không gian nghĩa là tính chất của không gian theo mọi hướng là như nhau Vậy nếu một vật nào

đó vượt ra khỏi ảnh hưởng của mọi vật khác và đang đứng yên ở thời điểm nào đó

tại một điểm bất kì đối với hệ quy chiếu quán tính và bảo toàn trạng thái đứng yên

đó ở mọi thời điểm tiếp theo thì không gian là đồng nhất đối với hệ quy chiếu này Tương tự, nếu vật giải phóng khỏi mọi ảnh hưởng của các vật khác và ở thời điểm ban đầu chuyển động với vận tốc nào đó và bảo toàn vận tốc đó không đổi (cả về độ lớn và hướng) ở mọi thời điểm sau đó thì không gian là đẳng hướng Chính nội dung này đã được thể hiện trong định luật I Niutơn, cụ thể là khi không có tác dụng bên ngoài (hoặc tổng các tác dụng đó bằng không) thì vận tốc của một vật đối với

hệ quy chiếu quán tính không thay đổi, tức là chính không gian này không thể làm thay đổi vận tốc đó

Điều này cũng dễ dàng hiểu được theo lập luận sau Nếu trên một mặt phẳng nhẵn lý tưởng nằm ngang có một quả cầu đứng yên thì nó cũng đứng yên mãi nếu không có gì động chạm đến nó Nếu nó đang chuyển động với vận tốc nào đó về một hướng bất kì thì bản thân mặt phẳng ngang đó không thể làm thay đổi được vận tốc cả về độ lớn và hướng

Như vậy rõ ràng định luật quán tính không thể chỉ được xem như trường hợp riêng của định luật II Niutơn

Tất nhiên, không cần thiết và cũng không có khả năng để đưa ra định nghĩa

hệ quy chiếu quán tính là hệ mà đối với nó không gian là đồng nhất và đẳng hướng như trên Tuy nhiên hoàn toàn có khả năng và nên tạo điều kiện để học sinh suy nghĩ tới vấn đề là định luật quán tính có được thỏa mãn trong mọi hệ quy chiếu không? Trên cơ sở đó, cần cho học sinh biết là có những hệ quy chiếu - hệ không quán tính, thì định luật I không được nghiệm đúng Lúc này, học sinh sẽ hiểu được

là định luật I Niutơn là định luật độc lập của tự nhiên [7]

Quan điểm này đã được thể hiện trong nhiều giáo trình cơ học ở cả đại học

và phổ thông Trong cuốn "Cơ sở vật lí - T1" [4], định luật I Niutơn được phát biểu như sau: "Xét một vật không chịu tác dụng của một lực tổng hợp nào Nếu vật đứng yên, thì nó vẫn đứng yên Nếu vật đang chuyển động với vận tốc không đổi, thì nó tiếp tục chuyển động như cũ" Sau đó tác giả viết: "Định luật thứ nhất của Niutơn thật ra là một phát biểu về hệ quy chiếu, trong đó, nó định nghĩa một loại hệ quy

chiếu, trong đó, các định luật cơ học Niutơn áp dụng được" Theo quan điểm đó, định luật thứ nhất được phát biểu như sau:

- Nếu hợp lực tác dụng lên một vật bằng không thì có thể tìm được các hệ quy chiếu trong đó vật này không có gia tốc Quan điểm trình bày tài liệu như thế được các tác giả [12] thể hiện trong sách giáo khoa vật lí phổ thông của mình

Khái niệm hệ quy chiếu không quán tính trong giáo trình vật lí phổ thông được đề cập tới chỉ nhằm mục đích thấy được sự cần thiết phải trình bày khái niệm

hệ quy chiếu quán tính Thật vậy, nếu trong tự nhiên chỉ tồn tại hệ quy chiếu quán tính thì không cần thiết phải đưa ra khái niệm này

Mọi cơ sở của cơ học cổ điển trong giáo trình phổ thông đều được trình bày đối với hệ quy chiếu quán tính Tất nhiên, nếu có nghĩ tới việc sử dụng hệ quy chiếu quán tính hay không quán tính thì cũng là việc tự nhiên vì mọi bài toán cơ học đều

có thể giải quyết được bằng hệ quy chiếu này hay hệ quy chiếu khác Hơn nữa trong nhiều trường hợp, nếu sử dụng hệ quy chiếu không quán tính lại nhanh chóng dẫn đến kết quả hơn Tuy nhiên, giá trị về phương pháp luận của các cách tiếp cận đó không giống nhau

Khi khảo sát chuyển động của một vật trong hệ quy chiếu không quán tính cần trình bày lực quán tính, là lực không có bản chất do tương tác Khi phân tích các quá trình cơ học trong hệ quy chiếu quán tính, học sinh luôn có khả năng chỉ ra vật khác tác dụng lên vật đã cho và truyền cho nó gia tốc Nhưng đối với lực quán tính thì lại không thể làm được điều đó Ngoài ra, việc yêu cầu học sinh để họ phân tích các hiện tượng cơ học trong các hệ quy chiếu khác nhau và để họ tự lựa chọn

hệ quy chiếu nào là thuận lợi hơn là điều không hợp lý, là phức tạp đối với lứa tuổi của các em

Cũng có những quan điểm ngược lại Theo quan điểm này thì để trả lời câu hỏi lực quán tính là "lực thực" hay "lực ảo" lại phụ thuộc vào việc chúng ta hiểu như thế nào là "thực" thế nào là "ảo" Nếu theo cơ học Niutơn, mọi lực đều là kết quả của tương tác thì lực quán tính cần xem như lực ảo và chúng sẽ mất đi trong các

hệ quy chiếu quán tính Tuy nhiên, ngay cách hiểu như vậy cũng không phải là bắt

buộc Mọi tương tác đều được thực hiện thông qua trường lực và được truyền đi với một vận tốc giới hạn Như thế, lực quán tính có thể được xem như một tác dụng từ một trường lực thực nào đó, trường này được xuất hiện khi thực hiện chuyển hệ quy chiếu này sang hệ quy chiếu khác mà hệ này lại chuyển động có gia tốc đối với hệ ban đầu Bản thân lực điện và lực từ cũng bị biến đổi khi chuyển sang hệ quy chiếu khác (thậm chí từ hệ quán tính sang hệ quán tính) nhưng không có ai nghi ngờ về sự tồn tại thực tế của trường điện từ

Qua phân tích ở trên, chúng ta có thể đưa ra một số nhận xét sau:

- Tư tưởng về tính tương đối của chuyển động là một tư tưởng vô cùng quan trọng, gắn liền với việc trình bày cơ học Nói một cách khác, toàn bộ những vấn đề

cơ bản của cơ học được trình bày trên cơ sở tính tương đối của chuyển động Do đó,

tư tưởng này luôn được chú ý thỏa đáng ngay từ khi người học bắt đầu nghiên cứu vật lí và được hoàn thiện, phát triển dần trong quá trình nghiên cứu cơ học nói riêng

lí vẫn phải được coi trọng

Mục đích cơ bản của việc giải bài tập vật lí là thông qua quá trình giải bài tập, học sinh hiểu một cách sâu sắc các quy luật vật lí, biết áp dụng các quy luật đó vào việc phân tích các hiện tượng vật lí cụ thể, các vấn đề thực tiễn cụ thể Ngoài ra, bài tập vật lí còn là hình thức quan trọng để kiểm tra kiến thức của học sinh; là hình thức tự lực của học sinh; là biện pháp phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

Có nhiều cách phân loại bài tập khác nhau [21] Nếu dựa vào phương tiện giải có thể chia thành bài tập được diễn tả thành lời (tự luận), bài tập trắc nghiệm, bài tập đồ thị, bài tập thí nghiệm Nếu dựa vào mục đích dạy học bài tập được chia thành bài tập đơn giản (tập dượt), bài tập tổng hợp (phức tạp), bài tập chứa đựng tình huống mới, bài tập chứa đựng kiến thức mới và bài tập sáng tạo Tất cả các bài tập này lại có thể chia thành bài tập định tính và bài tập định lượng

Rõ ràng cách phân loại bài tập dựa vào mục đích dạy học là mục tiêu nghiên cứu của đề tài, do đó cần làm sáng tỏ cách phân loại này

1.3.1 Bài tập đơn giản (tập dƣợt)

Nhằm củng cố kiến thức về định nghĩa, khái niệm ngay trong thời điểm nghiên cứu chúng và những định nghĩa, khái niệm này lại liên quan tới việc giải thích các công thức, định luật tức là bài tập mang tính tập dượt Mặc dù loại bài tập này chỉ yêu cầu sự tái tạo kiến thức nhưng cần có và nếu học sinh thực hiện được thì tương ứng với trình độ thứ nhất và thứ hai của việc nắm vững kiến thức [17]

1.3.2 Bài tập phức tạp (tổng hợp)

Đây là những bài tập đã phức tạp hơn, yêu cầu phải phân tích một tình huống vật lí cụ thể, phải biết quy luật vật lí nào đặc trưng cho hiện tượng được mô tả trong bài tập và phải biết vận dụng những kiến thức đã có nào để phân tích hiện tượng, biết sử dụng công thức toán học nào Về cơ bản, để giải bài tập loại này không chỉ dựa vào trí nhớ mà còn cần tới khả năng tư duy đối tượng, chúng đòi hỏi học sinh phải tự lực gia công một số kiến thức nhất định cho phù hợp với điều kiện của bài tập Những bài tập loại này đáp ứng cho sự nắm vững kiến thức một cách sâu sắc và biết áp dụng kiến thức đó (mức độ thứ ba của việc nắm vững kiến thức)

1.3.3 Bài tập chứa đựng tình huống mới

Là những bài tập có tình huống ít giống hơn so với những tình huống đã có trong SGK hoặc trong giờ học Chẳng hạn, trong SGK đã nghiên cứu chuyển động

của cơ hệ theo phương nằm ngang (hình 1.1) thì có thể đưa ra bài tập tương tự nhưng hệ lại chuyển động theo phương thẳng đứng (hình 1.2) Hoặc loại bài tập yêu

cầu chuyển kiến thức từ lĩnh vực đối tượng này sang lĩnh vực đối tượng khác: áp dụng các định luật Niutơn để tính toán chuyển động của các hạt mang điện trong điện trường và từ trường trong phần điện học

Rõ ràng là khi giải các bài tập loại này học sinh phải nỗ lực cao về trí tuệ, yêu cầu học sinh phải tự lực tìm tòi, lập luận, chứng minh (mức độ thứ tư của sự nắm vững kiến thức)

1.3.4 Bài tập sử dụng để thu đƣợc kiến thức mới

Với loại bài tập này, trong quá trình giải chúng học sinh sẽ thấy là trong một

số tình huống có vấn đề, phải biến đổi chúng bằng cách đặt ra nhiệm vụ mới

Chẳng hạn sau khi nghiên cứu lực Lorenxơ đưa ra một số bài tập mà qua việc giải nó sẽ làm xuất hiện một hiện tượng mới - sự xuất hiện suất điện động cảm ứng khi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường ε = Bvt, trong khi chỉ cần sử dụng các kiến thức đã cho: định nghĩa ε = A

q , công thức tính công A = F.S và lực Lorenxơ F = qvB

1.3.5 Bài tập sáng tạo

Là những bài tập mà khi giải quyết chúng, chúng ta thường gặp trong hoạt động thực tiễn, trong đó có công việc nghiên cứu khoa học Mặc dù ý nghĩa sáng tạo của loại bài tập này chỉ mang tính ước lệ vì kết quả của chúng chỉ là chủ quan

Hình 1.2 Hình 1.1

m2

m1

chứ chưa phải là khách quan những ý nghĩa to lớn của chúng là phát triển năng lực, phát triển sáng tạo của học sinh nên nó được đánh giá rất cao ở nhiều nước

Các bài tập loại này thường có hai dạng cơ bản: dạng mang ý nghĩa nghiên cứu yêu cầu trả lời câu hỏi "tại sao" và dạng mang ý nghĩa "thiết kế", trả lời câu hỏi

"làm thế nào"

Chẳng hạn, có thể yêu cầu học sinh thiết kế một một cơ cấu cho phép biến một chuyển động tròn đều thành một chuyển động tròn khác mà vận tốc góc lại biến đổi theo chu kỳ, thiết kế dụng cụ để đo được gia tốc của một vật chuyển động

1.4 THỰC TRẠNG VIỆC DẠY VÀ HỌC TÀI LIỆU "TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG" Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

Như đã trình bày ở trên, trong những khuynh hướng cơ bản của việc hoàn thiện nội dung và phương pháp trình bày tài liệu của giáo trình vật lí phổ thông có khuynh hướng xây dựng tài liệu học tập xung quanh các trục tư tưởng quan trọng, các trục này xuyên qua nhiều đề tài trong một phần hoặc nhiều phần của toàn bộ giáo trình Đối với chương trình cơ học lớp 10 THPT có thể thấy rõ các trục đó là: tính tương đối của chuyển động, sự tương tác của các vật, các lực cơ học, các định luật bảo toàn

Trong mục này, chúng ta sẽ xem xét một số vấn đề cơ bản nhất về việc trình bày tài liệu cũng như PPDH về tính tương đối của chuyển động trong SGK vật lí lớp 10 THPT hiện nay

Ở phổ thông hiện tại có sử dụng 02 bộ SGK vật lí lớp 10 [3; 11] nhưng về cơ bản bộ sách giáo khoa thứ nhất vẫn được sử dụng chủ yếu, do đó sự phân tích của chúng tôi cũng tập trung chủ yếu vào bộ sách giáo khoa này [3]

Về cơ bản những vấn đề về tính tương đối của chuyển động trong bộ SGK này được trình bày theo một số giai đoạn như sau:

- Hình thành khái niệm hệ quy chiếu

- Khái niệm tính tương đối của chuyển động - Công thức công vận tốc: tính tương đối của quỹ đạo; tính tương đối của vận tốc; hệ quy chiếu đứng yên và hệ quy chiếu chuyển động; công thức cộng vận tốc

Liên quan đến khái niệm hệ quy chiếu, trong mục “Em có biết?” SGK trình bày vấn đề thời gian trong các hệ quy chiếu khác nhau (thuyết tương đối hẹp) (trang 11) và vận tốc ánh sáng (trang 38) Trong các phần còn lại của SGK, chúng ta không thấy xuất hiện bất cứ vấn đề nào liên quan đến “tính tương đối của chuyển động” nữa (cũng xin lưu ý là trong bộ SGK nâng cao, tư tưởng về tính tương đối của chuyển động còn xuất hiện khi trình bày định luật I Niutơn và trong khái niệm động năng)

Về bài tập: SGK có trình bày 05 bài tập và bài toán mà nội dung chủ yếu là

yêu cầu học sinh sử dụng công thức cộng vận tốc để giải Có thể đưa ra những nhận định sau đây về việc trình bày tài liệu liên quan đến vấn đề này:

+ Tư tưởng về tính tương đối của chuyển động đã được các tác giả SGK chú

ý ngay từ đầu khi trình bày cơ học Tuy nhiên do thời gian giành cho việc trình bày tài liệu là ít nên các vấn đề được đưa vào nghiên cứu cũng được trình bày ở các mức

độ khác nhau: tính tương đối của quỹ đạo, tính tương đối của vận tốc, công thức cộng vận tốc được trình bày kĩ lưỡng trong khi đó nhiều vấn đề đã không được chú

ý đến

+ Với tài liệu được trình bày như trong SGK, chắc chắn học sinh không có khái niệm về sự tương đối của nhiều đại lượng khác cũng như tính tuyệt đối của một số đại lượng Sẽ không xuất hiện ở học sinh một số kiến thức có tính nguyên tắc: Khi nghiên cứu động học mọi hệ quy chiếu là tương đương, còn khi nghiên cứu động lực học chỉ được phép sử dụng hệ quy chiếu quán tính

Để đánh giá hiệu quả về cấu trúc và việc trình bày tài liệu tư tưởng tính tương đối của chuyển động, đánh giá tình hình giảng dạy vấn đề trên, chúng tôi đã tiến hành điều tra về tình hình nắm kiến thức của học sinh về tư tưởng tính tương đối của chuyển động trên các khía cạnh khác nhau:

- Tính hợp lý khi chọn hệ quy chiếu để giải bài tập phần động học

- Khả năng sử dụng công thức cộng vận tốc gồm: tính thường trực vận dụng công thức, kỹ năng vận dụng công thức khi nghiên cứu các đề tài động học, động lượng, cơ năng Kết quả này có ý nghĩa hết sức quan trọng để khẳng định ưu điểm,

nhược điểm của việc trình bày tài liệu cũng như phương pháp dạy học tài liệu của giáo viên phổ thông

- Khả năng hiểu rõ đại lượng nào là tuyệt đối, đại lượng nào là tương đối

Kết quả thu được cho phép chúng tôi đưa ra những nhận định sau đây:

1 Đa số học sinh (90%) khi giải bài toán phần động học thường chỉ chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất (vật đứng yên) mặc dù trong rất nhiều trường hợp việc chọn hệ quy chiếu như vậy làm cho việc giải bài toán trở nên phức tạp, dài dòng và không hợp lý (chẳng hạn nếu xét chuyển động của con tàu vũ trụ trên trạm vũ trụ chẳng hạn) Liên quan tới vấn đề này, trong nghiên cứu của tác giả Dương Bạch Dương cũng có nhận định tương tự Tác giả này cho rằng đây là một trong những quan niệm sai (QNS) của học sinh - chỉ biết chọn trái đất làm vật mốc và nguồn gốc của QNS này là “do thói quen trong cuộc sống ta thường ngầm dùng vật mốc là trái đất hoặc bản thân Do đó, học sinh không hiểu rõ tính khái quát của khái niệm vật mốc và sự cần thiết phải xác định rõ vật mốc trong các bài toán cơ học” [18]

2 Học sinh hiểu công thức cộng vận tốc rất hình thức Các em thường sử dụng công thức với kí hiệu như trong sách giáo khoa tức là: v13v12v23 mà không hiểu rõ ý nghĩa của các kí hiệu trong đó (các em thường không phân biệt được đâu

là vật 1, vật 2, vật 3; có nhiều em lại sử dụng công thức đó với vai trò của công thức

số học)

3 Sau khi học xong phần động học, ý thức sử dụng công thức cộng vận tốc chỉ thường trực ở các em học sinh có khả năng học tập Điều này một lần nữa khẳng định việc nắm kiến thức của học sinh về vấn đề này là hình thức Như vậy nếu đối chiếu với các dấu hiệu để khẳng định chất lượng nắm vững kiến thức kỹ năng trong công trình [23] của tác giả Phạm Hữu Tòng thì nhiệm vụ tiếp tục phải tìm kiếm các con đường khác nhau để hoàn thiện tư tưởng tính tương đối của chuyển động là rất cấp thiết

Để hiểu những nguyên nhân dẫn đến tình hình trên, chúng tôi đã tiến hành điều tra, tìm hiểu trong khâu giảng dạy của giáo viên phổ thông thông qua việc ghi

biên bản dự giờ và trao đổi trực tiếp Các giáo viên này có số năm công tác ít nhất là

3 năm và nhiều nhất là 20 năm

Việc ghi biên bản dự giờ ở mỗi lớp tiến hành trong 3 tiết trong đó có 2 tiết bài tập phần động học, một tiết dạy bài “Tính tương đối của chuyển động - Công thức cộng vận tốc”

Nghiên cứu các biên bản dự giờ cho phép chúng tôi đưa ra những nhận định đầu tiên sau đây:

+ Trong giờ bài tập, GV chỉ chữa những bài tập có trong sách giáo khoa và

cố gắng chữa càng nhiều càng tốt và chủ yếu lại do giáo viên làm Chỉ có 30% giờ bài tập mới có sự tham gia của học sinh mà sự tham gia này chỉ diễn ra trong vòng

20 phút đầu tiên Trung bình trong phần động học, giáo viên và học sinh chữa trên lớp được 10 bài tập trong 3 tiết theo quy định của chương trình trong khi số bài tập (cả định tính và định lượng) là khá phong phú Nhìn chung, giáo viên đều có ý thức chọn để hướng dẫn học sinh giải hoặc tự giải những bài tập điển hình, đặc trưng cho từng bài lý thuyết Như vậy, khoảng 60% số bài tập còn lại nếu học sinh không có ý thức học tập sẽ không được họ quan tâm và điều đáng chú ý là trong số bài tập này, lại có những bài mà các tác giả sách giáo khoa đưa vào với mục đích, chủ định rất

rõ (chẳng hạn trong số các bài tập trong sách giáo khoa chỉ có một bài duy nhất yêu cầu học sinh chọn hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động) lại thường không nằm trong khái niệm “đặc trưng” của giáo viên

+ Trong tất cả các bài tập được chữa trong tiết học, giáo viên đều chú ý học sinh đến việc chọn hệ quy chiếu gồm vật mốc, hệ tọa độ gắn lên vật mốc và mốc tính thời gian Song tất cả các bài tập đều được xét với vật mốc đứng yên (mặt đất) - không có một giáo viên nào đặt ra vấn đề hệ quy chiếu chuyển động Có hai giáo viên hướng dẫn giải bài toán tìm vận tốc của một đoàn tàu với một đoàn tàu khác đang chuyển động cũng chỉ nhằm mục đích đi đến kết quả của đáp số nhưng từ kết quả đó cần lưu ý cho học sinh điều gì thì lại không xuất hiện Như vậy “thói quen” chỉ chọn hệ quy chiếu đứng yên ở học sinh do “thói quen” của giáo viên tạo nên

+ Khi giải các bài toán cần vận dụng công thức công vận tốc v13v12v23

giáo viên đều yêu cầu học sinh chỉ ra vật nào đứng yên, vật nào chuyển động, cần tính vận tốc của vật nào đối với vật đứng yên với những quy ước chặt chẽ về ký hiệu như sách giáo khoa Điều này dẫn học sinh đến tình trạng hiểu hình thức, máy móc theo biểu thức toán học và nếu học sinh nào ký hiệu sai thì thường dẫn đến kết quả sai của bài toán Điều này giải thích cho ta thấy tại sao sau khi học xong phần động học đa số học sinh không có tính thường trực với việc sử dụng công thức công vận tốc và nếu có sử dụng cũng rất hay nhầm lẫn về ký hiệu Khi dự giờ giảng bài

“Tính tương đối của chuyển động - Công thức cộng vận tốc” nhìn chung giáo viên

tổ chức quá trình dạy học như sau: đưa ra sự kiện (hiện tượng): một đoàn tàu đang chuyển động, trên tàu có một hành khách đi dọc theo đoàn tàu (cùng chiều hay ngược chiều), vận tốc của người đối với đất khi này khác với trường hợp tàu đứng yên bằng vận tốc của người trên toa cộng (hoặc trừ) vận tốc của đoàn tàu; trình bày

lý thuyết tổng quát như là kết quả của phép quy nạp của các sự kiện đã nêu (hình thành công thức v13v12v23); áp dụng lý thuyết đó vào các trường hợp cụ thể (hai chuyển động theo phương vuông góc với nhau, hai chuyển động cùng phương cùng chiều, hai chuyển động cùng phương ngược chiều) Nhìn chung, quá trình dạy học diễn ra theo lôgic chung theo sơ đồ 1.4

Tuy nhiên, điều đáng lưu ý ở đây là trong quá trình giảng dạy, hầu như giáo viên chỉ nhằm mục đích để học sinh tìm được vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu đứng yên (v - vận tốc tuyệt đối) mà không có ý thức để học sinh chú ý tới vấn đề

Sơ đồ 1.4

Đặt vấn đề Bộc lộ hiện tượng Định luật Củng cố

là từ công thức cộng vận tốc cổ điển đó, có thể tìm vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu chuyển động (v12 - vận tốc tương đối) khi biết hai vận tốc v13 và v23 (vận tốc kéo theo) Cũng không có một giáo viên nào tiến hành phát biểu công thức đó ở dạng tường minh, chứa đựng bản chất vật lí dưới hình thức như: “vận tốc của một vật đối với hệ quy chiếu đứng yên (v13) bằng tổng hình học của hai vận tốc: vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu chuyển động (v12) và vận tốc của bản thân hệ quy chiếu chuyển động đối với hệ quy chiếu đứng yên (v23)” Liên quan tới điều này chúng tôi cho rằng đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến việc hiểu công thức cộng vận tốc của học sinh mang tính hình thức và do đó khi cần sử dụng nó học sinh thường không sử dụng được

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

1 Việc đổi mới và hoàn thiện về cấu trúc, nội dung chương trình và PPDH vật lí phổ thông đã và đang diễn ra mạnh mẽ trên phạm vi toàn cầu Mặc dù việc đổi mới và hoàn thiện đó ở các quốc gia có chế độ chính trị khác nhau là không như nhau nhưng một số khuynh hướng cơ bản trong trào lưu đổi mới và hoàn thiện đó lại mang đặc trưng chung Với mục đích nghiên cứu của mình, chúng tôi đặc biệt chú ý tới khuynh hướng: hệ thống hóa, tập trung hóa tài liệu học tập trên cơ sở các trục tư tưởng xuyên suốt qua nhiều đề tài, nhiều phần trong toàn bộ giáo trình vật lí phổ thông Phương hướng này chẳng những đáp ứng cao cho mục đích hiện đại hóa giáo trình vật lí phổ thông mà còn cho phép tăng cường nội dung phương pháp luận của giáo trình, đạt mục đích phát triển năng lực trí tuệ và hình thành thế giới quan khoa học cho học sinh

2 Tư tưởng về tính tương đối của chuyển động là một tư tưởng quan trọng đối với khoa học vật lí và đối với bộ môn vật lí phổ thông Nắm vững những nội dung cơ bản của tư tưởng này sẽ cho học sinh lĩnh hội một cách sâu sắc và bền vững kiến thức của phần động học nói riêng và của toàn bộ giáo trình cơ học nói chung Tuy nhiên việc phân tích thực trạng dạy và học những nội dung cơ bản của

tư tưởng này lại cho thấy còn nhiều vấn đề bất cập, cần phải cải tiến, hoàn thiện Việc tiếp tục hoàn thiện tư tưởng này có thể thực hiện bằng nhiều con đường khác nhau trong đó con đường sử dụng một hệ thống bài tập thích hợp có tính khả thi cao