xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học các chương “chất khí” và “cơ sở của nhiệt động lực học”, vật lý 10 ban cơ bản

Việc giáo viên và học sinh tự thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm Vật lý là hoạt động nhiều ý nghĩa và có nhiều tác dụng: tăng cường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

Phan Minh T iến

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM

HỖ TRỢ QUÁ TRÌNH DẠY HỌC CÁC CHƯƠNG

“CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC

HỌC”, VẬT LÝ 10 BAN CƠ BẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

T hành phố Hồ Chí Minh- 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

Phan Minh Tiến

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM

HỖ TRỢ QUÁ TRÌNH DẠY HỌC CÁC CHƯƠNG

“CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC

HỌC”, VẬT LÝ 10 BAN CƠ BẢN

Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC MÔN VẬT LÝ

Mã số: 60.14.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN LÂM DUY

T hành phố Hồ Chí Minh- 2012

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, tác giả đã nhận được

sự quan tâm và giúp đỡ rất lớn từ quý Thầy cô, đồng nghiệp và gia đình Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến:

Thầy TS Nguyễn Lâm Duy – người trực tiếp hướng dẫn về mặt chuyên môn,

đã rất tận tâm chỉ dạy, truyền đạt kinh nghiệm cũng như luôn động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Thầy TS Nguyễn Mạnh Hùng – người gợi ý những phương hướng nghiên

cứu, đóng góp ý kiến và động viên tôi từ những ngày đầu thực hiện luận văn

Quý Thầy cô trường Đại học Sư phạm TP.HCM và các thầy cô thỉnh giảng

đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

Quý Thầy cô phản biện và hội đồng chấm luận văn đã đọc và có những nhận xét cũng như những góp ý quý giá về luận văn

Quý Thầy cô, các đồng nghiệp trong Khoa Vật lý - Trường Đại học Sư phạm

TP HCM luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi có thể thực hiện các nghiên cứu phục vụ cho luận văn

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn sát cánh bên tôi trong thời gian học tập, luôn động viên, ủng hộ và hỗ trợ về mọi mặt để tôi hoàn thành luận văn này trong điều kiện tốt nhất

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2012

PHAN MINH TI ẾN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 3

3 Giả thuyết của đề tài 3

4 Nhiệm vụ cần nghiên cứu của đề tài 3

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Đóng góp của đề tài 4

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN 5

1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 5

1.2 Những vấn đề lí luận về thí nghiệm Vật lý 7

1.2.1 Một số khái niệm cơ bản 7

1.2.1.1 Khái niệm trực quan 7

1.2.1.2 Khái niệm phương tiện trực quan 7

1.2.1.3 Khái niệm phương tiện dạy học 7

1.2.1.4 Khái niệm phương tiện giáo dục 8

1.2.1.5 Khái niệm thiết bị dạy học 8

1.2.1.6 Khái niệm hiệu quả 8

1.2.1.7 Khái niệm hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học 8

1.2.1.8 Khái niệm chất lượng dạy học 9

1.2.2 Thí nghiệm Vật lý 10

1.2.3 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý 14

1.2.3.1 Vai trò của thí nghiệm Vật lý trong dạy học truyền thống 14

1.2.3.2 Vai trò của thí nghiệm Vật lý theo lí luận dạy học hiện đại 15

1.2.4 Xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông 18

1.2.4.1 Khái niệm “thí nghiệm đơn giản” 18

1.2.4.2 Ý nghĩa của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý 19

1.2.4.3 Các yêu cầu đối với việc xây dựng thí nghiệm đơn giản 21

1.2.4.4 Các khả năng, hình thức sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý 22

1.2.4.5 Vị trí của thí nghiệm đơn giản trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề 22

1.2.4.6 Hướng dẫn học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản 24

1.2.5 Qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý 25

1.2.5.1 Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý 25

1.2.5.2 Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý 27

1.3 Sử dụng thiết bị thí nghiệm Vật lý trong trong quá trình dạy học 32

1.3.1 Những vấn đề chung 32

1.3.2 Sử dụng thiết bị theo tinh thần dạy học nêu vấn đề 35

1.3.2.1 Yêu cầu của một tình huống có vấn đề 35

1.3.2.2 Cách tạo mâu thuẫn 36

1.3.2.3 Cách tạo hứng thú 37

1.3.3 Thí nghiệm biểu diễn 41

1.3.3.1 Lĩnh vực sử dụng có hiệu quả 41

1.3.3.2 Yêu cầu của các thí nghiệm biểu diễn 42

1.3.3.3 Phương pháp biểu diễn thí nghiệm 44

1.4 Kết luận 45

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM Ở CÁC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”, VẬT LÝ 10, BAN CƠ BẢN

47

2.1 Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm trong chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” 47

2.2 Tình hình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” 49 2.2.1 Nội dung điều tra 49

2.2.2 Phương pháp điều tra 49

2.2.3 Kết quả điều tra 50

2.2.3.1 Thực trạng thiết bị thí nghiệm chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở các trường THPT đã khảo sát 50

2.2.3.2 Về phương pháp dạy của giáo viên 51

2.2.3.3 Về phương pháp học và những khó khăn, sai lầm của học sinh 51

2.2.3.4 Nguyên nhân gây nên những khó khăn của học sinh và biện pháp khắc phục 53

2.3 Xây dựng các thiết bị thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” 54

2.3.1 Các thí nghiệm minh họa thuyết động học phân tử chất khí 54

2.3.1.1 Thí nghiệm 1: Quan sát chuyển động Brao trong chất lỏng 54

2.3.1.2.Thí nghiệm 2: Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn 58

2.3.1.3 Thí nghiệm 3: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ 59

2.3.2 Các thí nghiệm định tính và định lượng các định luật chất khí 60

2.3.2.1 Định luật Sác-lơ 60

2.3.2.2 Định luật Gay Luy-xắc 65

2.3.3 Xây dựng mô hình động cơ Stirling 67

2.3.3.1 Giới thiệu động cơ Stirling 67

2.3.3.2 Nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling 68

2.3.3.3 Xây dựng động cơ Stirling từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn

giản 69

2.4 Soạn thảo tiến trình dạy học một số bài của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”có sử dụng các thí nghiệm thiết bị thí nghiệm đã xây dựng 72

2.4.1 Logic hình thành kiến thức trong chương 72

2.4.2 Tiết 1: Thuyết động học phân tử chất khí 74

2.4.3 Tiết 2: Quá trình đẳng tích Định luật Sác-lơ 82

2.4.4 Tiết 3-4-5: Các nguyên lý của nhiệt động lực học 90

2.4.5 Kết luận 99

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 100

3.1 Mục đích, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 100

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 100

3.1.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 100

3.1.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 100

3.2 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 102

3.2.1 Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 102

3.2.2 Phân tích diễn biến của các giờ học trong thực nghiệm sư phạm 103

3.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 106

3.3.1 Xử lí kết quả học tập của học sinh lớp thực nghiệm 106

3.3.2 Xử lí kết quả học tập của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 109

KẾT LUẬN 116

KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI 118

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO 120

PHỤ LỤC 123

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

mềm chuyên ngành thống kê) Trung học phổ thông

B ảng 3.1 Bảng thống kê điểm kiểm tra quá trình (kiểm tra 15 phút) và điểm kiểm

tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm ……….107

B ảng 3.2 Bảng phân bố tần suất của lớp thực nghiệm……… 107

B ảng 3.3 Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập lớp thực nghiệm… …108

B ảng 3.4 Bảng phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hoạt động làm thí nghiệm của học sinh………13

Hình 1.2 Hình vẽ nguyên tắc đòn bẩy……….34

Hình 1.3 Thí nghiệm nguyên tắc đòn bẩy……… 34

Hình 2.1 Bộ thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt được trang bị ở các trường phổ thông……… 50

Hình 2.2 Thí nghiệm quan sát chuyển động Brao……… 57

Hình 2.3 Ảnh chụp các phân tử lưu huỳnh nhìn qua kính hiển vi……… 57

Hình 2.4 Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn……… 58

Hình 2.5 Thí nghiệm đơn giản minh họa vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí phụ thuộc và nhiệt độ………60

Hình 2.6 Thí nghiệm đơn giản minh họa định tính định luật Sác-lơ……… 61

Hình 2.7 Thí nghiệm đơn giản giải thích hiện tượng liên quan đến định luật Sác-lơ……… 62

Hình 2.8 Bố trí dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật Sác-lơ……… 63

Hình 2.9 Cách bố trí cốc và chậu thủy tinh để làm thay đổi nhiệt độ của nước …65

Hình 2.10 Cách bố trí dụng thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay – Luy-xắc… 66

Hình 2.11 Giản đồ p–V của chu trình Stirling………68

Hình 2.12 Các giai đoạn hoạt động của chu trình Stirling loại pít-tông tự do……68

Hình 2.13 Cấu tạo động cơ Stirling loại pít-tông tự do với nguồn nóng có nhiệt độ cao……….70

Hình 2.14 Động cơ Stirling làm từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn giản… 71

Hình 2.15 Sơ đồ cấu trúc nội dung thuyết động học phân tử chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản……… 72

Hình 2.16 Sơ đồ cấu trúc nội dung các định luật chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản……… 73

Hình 2.17 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản……… 73

Hình 2.18 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức……… 75

Hình 2.19 Độ dời của hạt Brao trong những khoảng thời gian bằng nhau là không

Hình 2.20 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức……… 83

Hình 3.1 Biểu đồ phân bố tần suất kết quả học tập của lớp thực nghiệm……….108

Hình 3.2 Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập của lớp thực

MỞ ĐẦU

1 Lí do ch ọn đề tài

Chúng ta đang ở thế kỉ 21, thế kỉ mà thế giới đang xảy ra sự bùng nổ khoa

học và công nghệ, đây cũng là thế kỉ mà tri thức và trí tuệ sáng tạo của con người được coi là yếu tố quan trọng quyết định sự phát triển của xã hội Nước ta đang trên

đà phát triển và hội nhập với các nước trong khu vực và trên thế giới Tình hình trên đòi hỏi ngành giáo dục cần phải đổi mới mạnh mẽ, toàn diện và đồng bộ, trong đó đổi mới về phương pháp dạy học có tầm quan trọng đặc biệt Cùng với xu thế phát triển chung của nền giáo dục thế giới, sự nghiệp giáo dục và đào tạo ở nước ta được Đảng và Nhà nước rất quan tâm và đã nêu rõ trong Nghị quyết Đại hội Đảng toàn

quốc lần thứ VIII: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục – đào tạo, khắc phục

lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học” Mục tiêu chủ yếu là giáo dục toàn diện đạo đức, trí dục, thể dục ở tất cả các bậc học, coi

trọng giáo dục chính trị tư tưởng, nhân cách, khả năng tư duy, sáng tạo và năng lực

thực hành Rõ ràng, ở nước ta cũng như các nước khác trên thế giới, mục đích giáo

dục hiện nay không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kĩ năng loài người đã tích lũy được mà còn đặc biệt quan tâm đến việc bồi dưỡng cho

họ khả năng tư duy sáng tạo, năng lực thực hành và năng lực giải quyết vấn đề Một trong những biện pháp quan trọng để thực hiện đường lối trên là đưa học sinh vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức thông qua hoạt động tự lực của bản thân nhằm chiếm lĩnh kiến thức, phát triển năng lực trí tuệ

Những năm gần đây, ngành giáo dục nước ta đã không ngừng đổi mới về nội dung, chương trình, sách giáo khoa, sách tham khảo và rất chú trọng đẩy mạnh phong trào đổi mới phương pháp dạy học ở các cấp, bậc học Do những yêu cầu về đổi mới phương pháp dạy học, việc trang bị đầy đủ các phương tiện dạy học ở các trường phổ thông trở nên rất cấp thiết, và tùy từng bộ môn mà có những phương

tiện dạy học riêng phù hợp với việc đổi mới phương pháp dạy học

Vật lý là một bộ môn khoa học thực nghiệm Tư tưởng chủ đạo của các sách giáo khoa Vật lý trung học phổ thông là nội dung kiến thức mới được hình thành

phần lớn thông qua các thí nghiệm và thực hành, điều đó không chỉ tích cực hoá

việc học tập của học sinh mà còn rèn luyện kỹ năng sử dụng thiết bị, đồ dùng trong

cuộc sống, rèn luyện thái độ, đức tính kiên trì, tác phong làm việc của những người làm khoa học Vì thế, các phương tiện thí nghiệm Vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay

Thực tế dạy học Vật lý cho thấy chất lượng thiết bị, thời gian thí nghiệm, thói quen sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học còn rất nhiều mặt hạn chế, gây nhiều lúng túng cho giáo viên và học sinh Mặt khác, trong chương trình Vật lý trung học phổ thông, ngoài các bài thí nghiệm được chỉ định tối thiểu và đã có các thiết bị đi kèm, thì rất nhiều nội dung thí nghiệm khác trong sách giáo khoa chưa có

dụng cụ thí nghiệm Điều đó đòi hỏi sự sáng tạo, tích cực của giáo viên và học sinh

để tạo ra những dụng cụ phục vụ nội dung bài học

Việc giáo viên và học sinh tự thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm Vật lý là hoạt động nhiều ý nghĩa và

có nhiều tác dụng: tăng cường tính trực quan, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh

hội và nắm vững kiến thức, phát triển năng lực tư duy, độc lập và sáng tạo của học sinh Việc tiến hành thí nghiệm, giải thích hoặc tiên đoán kết quả thí nghiệm đòi hỏi

học sinh phải vận dụng các kiến thức ở nhiều nội dung khác nhau một cách linh

hoạt Do đó, các kiến thức mà học sinh đã lĩnh hội được củng cố, đào sâu, mở rộng

và hệ thống hoá Việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm tự làm trong dạy học Vật lý

là rất cần thiết vì trong nhiều trường hợp, các chi tiết của các thiết bị thí nghiệm

hiện đại có thể che lấp bản chất Vật lý của hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm mà

học sinh cần phải quan sát Đồng thời, để kích thích tính tích cực, độc lập và phát huy khả năng tư duy sáng tạo của học sinh trong học tập, giáo viên cũng có thể cá

thể hoá quá trình học tập của học sinh bằng cách giao cho học sinh chế tạo dụng cụ thí nghiệm tự làm, hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm với mức độ khó, dễ khác nhau Các dụng cụ thí nghiệm tự làm phần lớn đáp ứng việc thực hành đồng

loạt của học sinh Nó giải quyết được một phần khó khăn về thiết bị, tạo điều kiện cho các em tự lực làm việc nhiều hơn Nó không những đòi hỏi khả năng thao tác

tay chân một cách đơn thuần mà còn phát triển năng lực hoạt động trí tuệ, kinh nghiệm thực tiễn và kĩ năng hợp tác của học sinh

Chính những lí do ở trên, tôi đã mạnh dạn chọn đề tài : “Xây dựng và sử

d ụng một số thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ

s ở của nhiệt động lực học”, Vật lý 10 ban cơ bản”

2 M ục đích nghiên cứu của đề tài

Xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) một số thí nghiệm và soạn thảo tiến trình

dạy học các bài học của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” (chương V, chương VI Vật lý 10, ban cơ bản) trong đó có sử dụng các thí nghiệm

một cách thuận lợi và đạt hiệu quả

3 Gi ả thuyết của đề tài

Nếu xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) được một số thí nghiệm đáp ứng các yêu cầu về mặt sư phạm và sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lí vào quá trình

dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” thì có thể nâng cao hiệu quả của việc dạy học

4 Nhi ệm vụ cần nghiên cứu của đề tài

Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ nghiên cứu cơ bản sau:

− Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương tiện thí nghiệm trong dạy học Vật lý ở trường trung học phổ thông

− Nghiên cứu lý luận dạy học Vật lý, vấn đề đổi mới phương pháp dạy học và phương pháp dạy học hiệu quả

− Nghiên cứu nội dung các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lý 10, ban cơ bản

− Nghiên cứu các thí nghiệm Vật lý trong các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lý 10, ban cơ bản

− Thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản; khai thác và hoàn thiện các

dụng cụ thí nghiệm đã có rồi xây dựng một số thí nghiệm ở các chương “Chất khí”

và “Cơ sở của nhiệt động lực học”

− Thực nghiệm sư phạm

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Quá trình dạy học Vật lý có sử dụng thí nghiệm ở các chương “Chất khí” và

“Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lý 10, ban cơ bản được thực hiện

ở trường Trung học Thực hành ĐHSP TP Hồ Chí Minh

6 Phương pháp nghiên cứu

− Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu lí luận dạy học, tâm lí học, cơ sở lý

luận về đổi mới phương pháp dạy học, các tài liệu, sách, báo, các văn kiện, các nghị quyết của Trung ương Đảng về lĩnh vực giáo dục

− Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Sử dụng phương pháp phỏng vấn, điều tra

ngắn nhằm thu thập thông tin về tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm trong

dạy học môn Vật lý ở trường trường trung học phổ thông, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về việc thiết kế, chế tạo và hoàn thiện một số thí nghiệm

− Phương pháp thực nghiệm sư phạm: tổ chức hoạt động dạy và học, ghi chép, chụp ảnh, quay phim, khảo sát kết quả học tập, rút kinh nghiệm giờ dạy, phân tích diễn

và học Vật lý trong tương lai

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1 T ổng quan về vấn đề nghiên cứu

Việc sử dụng thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học chủ yếu theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh Trong bài giảng chuyên đề cho lớp cao học tại trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh, tác giả Nguyễn Ngọc Hưng đã trình bày “Chiến lược dạy học giải quyết vấn đề: tổ chức, định hướng hoạt động tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn đề và tư duy khoa học của học sinh” Những luận điểm cơ bản của chiến lược đó là: Trong dạy học môn khoa học, giáo viên cần tổ chức tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà học sinh tự thấy mình có khả năng tham gia giải quyết và do đó, học sinh sẽ suy nghĩ đưa ra giải pháp riêng của mình, tự tìm tòi cách giải quyết thích hợp Hoạt động

nhận thức khoa học của học sinh cần được định hướng phù hợp với tiến trình xây

dựng tri thức Vật lý: đề xuất vấn đề; suy đoán giải pháp và khảo sát lí thuyết hoặc

thực nghiệm; kiểm tra, vận dụng kết quả Cần sử dụng những quan điểm vốn có của

học sinh vào việc xây dựng tình huống có vấn đề và định hướng hoạt động giải quyết vấn đề một cách hữu hiệu Việc học tập, xây dựng kiến thức khoa học của học sinh sẽ thuận lợi và có hiệu quả hơn nhờ sự trao đổi, tranh luận với bạn học

Trong thời gian gần đây, một số luận án tiến sĩ, luận văn cao học và khóa

luận sinh viên của các tác giả Đồng Thị Diện [8], Nguyễn Anh Thuấn [19], Trần Văn Nguyệt [15]…cũng nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm để tổ

chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong việc giảng dạy một

số kiến thức cụ thể ở trường phổ thông Tuy nhiên, quá trình tìm hiểu việc nghiên

cứu về dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học” ở các trường phổ thông cho thấy:

Về mặt nghiên cứu tổ chức hoạt động dạy học với sự hỗ trợ của thí nghiệm

nhằm phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh: Cho đến nay, chưa có công trình nghiên cứu khoa học nào nghiên cứu việc tổ chức hoạt động dạy học phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập hai chương này

Về việc nghiên cứu thiết bị thí nghiệm để sử dụng trong dạy học chương

“Chất khí”:

- Tác giả Phạm Thị Phú [16] đã đề xuất phương án chế tạo bộ thí nghiệm đơn giản,

rẻ tiền để khảo sát định lượng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ

- Tác giả Phạm Thị Lý, sinh viên khóa 48A trường Đại học Vinh, có công trình nghiên cứu sử dụng bộ thí nghiệm “Khảo sát định lượng các định luật chất khí có

kết nối máy tính vào dạy học phần nhiệt học Vật lý lớp 10”, đề tài sinh viên nghiên

cứu khoa học, khoa Vật lý, trường đại học Vinh năm 2010-2011

- Tác giả Nguyễn Ngọc Hưng [10] có công trình nghiên cứu về thí nghiệm Vật lý

với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon, phần Cơ học chất lỏng và chất khí

- Các trường phổ thông đều có trang bị bộ thí nghiệm biểu diễn kiểm nghiệm các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, Sác-lơ với giá 935.000 VNĐ Bộ thí nghiệm này bộc lộ

rất nhiều nhược điểm, và đặc biệt rất dễ hỏng nên hầu hết giáo viên ở các trường đều không sử dụng để hỗ trợ quá trình dạy học chương này

Có thể nói, đối với chương “Cơ sở nhiệt động lực học”, cho đến nay vẫn chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu chế tạo các mô hình động cơ nhiệt để

hỗ trợ quá trình dạy học

Trong đề tài này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu cải tiến bộ thí nghiệm

chứng minh định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt đã được trang bị ở các trường phổ thông, đặc biệt là thí nghiệm chứng minh định luật Sác-lơ Bộ thí nghiệm đã được cải tiến

kết hợp với các thí nghiệm đơn giản được dùng để hỗ trợ quá trình dạy học phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh Bên cạnh đó, tác giả cũng xây dựng các thí nghiệm đơn giản để minh họa cho nội dung Thuyết động học phân tử chất khí và

chế tạo mô hình động cơ Stirling, một ứng dụng thực tế của chương “Chất khí” và

“Cơ sở nhiệt động lực học”

1.2 Nh ững vấn đề lí luận về thí nghiệm Vật lý

1.2.1 Một số khái niệm cơ bản

1.2.1.1 Khái niệm trực quan

Khái niệm trực quan thường được sử dụng rộng rãi trong dạy học nhưng

“trực quan là gì” thì lại ít được định nghĩa trong các tài liệu sư phạm Từ sự nghiên

cứu lí luận và qua trải nghiệm thực tiễn, ta có thể hiểu: Trực quan là khái niệm biểu

thị tính chất của hoạt động nhận thức, trong đó, những thông tin thu được từ các sự

vật và hiện tượng của thế giới bên ngoài nhờ sự cảm nhận trực tiếp của các cơ quan

cảm giác của con người [21]

1.2.1.2 Khái niệm phương tiện trực quan

Phương tiện trực quan là những công cụ mà giáo viên và học sinh sử dụng trong quá trình dạy học nhằm tạo ra những biểu tượng, hình thành những khái niệm cho học sinh thông qua sự tri giác trực tiếp bằng các giác quan của các em [21] Thí dụ: các vật tự nhiên như cây, hoa quả, các sản phẩm, máy móc; các vật tượng trưng như: tranh ảnh, bản đồ, mô hình, phim ảnh… dùng để dạy học

1.2.1.3 Khái niệm phương tiện dạy học

Phương tiện dạy học là một khái niệm rộng hơn phương tiện trực quan Đó là

những công cụ mà giáo viên và học sinh sử dụng trong quá trình dạy học nhằm đạt được mục đích dạy học Những công cụ này giúp người giáo viên tổ chức, điều khiển quá trình dạy học thông qua các hoạt động như kích thích hoạt động nhận

thức, tổ chức hoạt động nhận thức, kiểm tra đánh giá…, và giúp học sinh tổ chức

hoạt động nhận thức của mình một cách hiệu quả [18], [21]

Các phương tiện dạy học được sử dụng chủ yếu trong nhà trường là:

- Các vật thật (động vật, thực vật trong tự nhiên; các khoáng vật; mẫu hóa chất; các

hiện tượng Vật lý, Hóa học); các vật tượng trưng (bản đồ, sơ đồ, biểu đồ, đồ thị, bản

vẽ…); vật tạo hình (tranh ảnh, mô hình, hình vẽ, phim…)

- Thí nghiệm và các thiết bị thí nghiệm

- Các phương tiện mô tả đối tượng và hiện tượng bằng lời nói, bằng kí hiệu (sách giáo khoa, sách hướng dẫn, các tài liệu in, các công thức, phương trình…)

- Các phương tiện kĩ thuật dạy học (phương tiện nghe – nhìn, camera, máy dạy học, máy kiểm tra, computer…)

1.2.1.4 Khái niệm phương tiện giáo dục

Phương tiện giáo dục là một khái niệm rộng dùng để chỉ tất cả các dụng cụ (phương tiện) mà giáo viên và học sinh sử dụng trực tiếp trong quá trình giáo dục (nghĩa rộng) thông qua các hoạt động của nó (dạy học, lao động sản xuất, vui chơi, sinh hoạt tập thể, hoạt động xã hội…) và các điều kiện dạy học cần thiết cho các

hoạt động đó (nhà cửa, bàn ghế, xưởng, trường, sân bãi…) [21]

1.2.1.5 Khái niệm thiết bị dạy học

Thiết bị dạy học là thuật ngữ chỉ một đối tượng vật chất hoặc một tập hợp đối tượng vật chất, mà đối với giáo viên, chúng là phương tiện để điều khiển hoạt động nhận thức của học sinh; còn đối với học sinh, đó là nguồn tri thức, là phương

tiện để học sinh lĩnh hội tri thức, hình thành kĩ năng nhằm thực hiện các mục đích

dạy học [18], [21]

Thiết bị dạy học được cung cấp cho các trường phổ thông hiện nay còn là

một sản phẩm hàng hoá đặc biệt, vì nó phải tuân theo các tiêu chí rất chặt chẽ và

phải đáp ứng nhiều yêu cầu của người sử dụng

1.2.1.6 Khái niệm hiệu quả

Theo cuốn Đại từ điển Tiếng Việt [23]: “Hiệu quả là kết quả như yêu cầu

c ủa việc làm mang lại.”

Quan niệm này cho thấy, hiệu quả là một khái niệm luôn gắn liền với một việc làm,

một hoạt động nhất định Nói đến hiệu quả là nói đến kết quả mang lại của một việc làm, một hoạt động so với yêu cầu nêu ra

1.2.1.7 Khái niệm hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học

Dựa vào định nghĩa khái niệm “hiệu quả” ở trên, ta có thể nêu ra định nghĩa khái niệm “hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học” như sau: “Hiệu quả sử dụng thiết bị

d ạy học là kết quả việc sử dụng thiết bị dạy học mang lại so với yêu cầu đặt ra đối

v ới việc sử dụng thiết bị dạy học.”

Để xác định hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học thì trước hết phải xác định các yêu cầu đối với việc sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình dạy học

Trong quá trình dạy học, học sinh tiến hành nhận thức thế giới dưới sự điều khiển của giáo viên và nhờ các thiết bị dạy học Thiết bị dạy học là công cụ lao động sư phạm của giáo viên và học sinh Sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình

dạy học phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo cung cấp cho học sinh thông tin về các hiện tượng và đối tượng nghiên cứu một cách đầy đủ và chính xác, làm cho học sinh hiểu sâu và nắm chắc kiến thức, tránh chủ nghĩa hình thức trong kiến thức của học sinh

- Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo nâng cao tính trực quan của dạy học, mở

rộng khả năng tiếp cận các đối tượng, hiện tượng

- Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo kích thích hứng thú học tập ở học sinh, thoả mãn nhu cầu nhận thức của học sinh

- Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo nâng cao nhịp độ nghiên cứu tài liệu học

tập của học sinh

- Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh, tạo điều kiện để học sinh hoạt động

tự lực chiếm lĩnh tri thức, rèn luyện kĩ năng

Vậy hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học là kết quả đáp ứng năm yêu cầu trên

của việc sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình dạy học

1.2.1.8 Khái niệm chất lượng dạy học

Theo cuốn Đại từ điển Tiếng Việt [23]: “Chất lượng là cái làm nên phẩm

ch ất, giá trị của con người, sự vật Chất lượng là cái tạo nên bản chất sự vật, làm cho s ự vật này khác với sự vật kia.”

Ở đây, dạy học là hoạt động cơ bản để thực hiện mục tiêu giáo dục, đào tạo thế

hệ trẻ thành những chủ nhân tương lai có đức, có tài, làm cho học sinh trở thành

những người lao động thông minh, người công nhân có ý thức Sản phẩm của hoạt động dạy học là sự phát triển về trí tuệ (kiến thức, kĩ năng) và nhân cách của học sinh Xét theo mục tiêu đào tạo con người mới thì chất lượng dạy học bao gồm chất

lượng nắm vững kiến thức, kĩ năng, sự phát triển các năng lực, sự chuyển biến, phát

triển về thái độ, phẩm chất nhân cách của học sinh

Theo tác giả Phạm Hữu Tòng thì chất lượng nắm vững kiến thức của học

sinh được thể hiện qua các dấu hiệu sau: tính chính xác, tính khái quát, tính hệ

thống, tính áp dụng được và tính bền vững Cụ thể như sau:

- Tính chính xác của kiến thức được đặc trưng bởi sự phù hợp nội dung biểu đạt

kiến thức của học sinh với nội dung khoa học của kiến thức đó

- Tính khái quát của kiến thức được đặc trưng bởi tỉ lệ dấu hiệu bản chất trong các

dấu hiệu mà học sinh chọn dùng để phản ánh (trình bày lại) về sự vật, hiện tượng

- Tính hệ thống của kiến thức được đặc trưng bởi mức độ hiểu biết của học sinh về

các mối liên hệ giữa kiến thức này với các kiến thức khác

- Tính áp dụng được của kiến thức đặc trưng bởi khả năng học sinh huy động, sử

dụng kiến thức đó vào hoạt động nhận thức hoặc hành động thực tiễn

- Tính bền vững của kiến thức được đặc trưng bởi mức độ đầy đủ, chính xác của

kiến thức mà học sinh tái hiện được sau khi lĩnh hội kiến thức một khoảng thời gian

1.2.2 Thí nghiệm Vật lý

Khi bàn về khái niệm “thí nghiệm” nói chung và “thí nghiệm Vật lý” nói

riêng, cuốn Đại từ điển Tiếng Việt định nghĩa: “Thí nghiệm là làm thử theo những

điều kiện, nguyên tắc đã được xác định để nghiên cứu, chứng minh ” [23]

Tác giả Nguyễn Đức Thâm định nghĩa: “Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có chủ

định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan

Thông qua s ự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết

qu ả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.” [18]

Từ các định nghĩa trên, ta thấy thí nghiệm Vật lý có một số đặc điểm sau:

a) Tính m ục đích và kế hoạch của thí nghiệm: một thí nghiệm bất kỳ được lập ra

luôn phải nhằm tới một mục đích cụ thể nào đó và phải có một kế hoạch hành động

Mục đích của thí nghiệm rất đa dạng và nó thay đổi theo sự phát triển của khoa học,

kỹ thuật Do đó, kế hoạch tiến hành thí nghiệm cũng đa dạng và không có một mẫu

chung

b) Nh ững yếu tố cơ bản: Một thí nghiệm thường phải xác định được nhiệm vụ thí

nghiệm và đối tượng nghiên cứu; người làm thí nghiệm cũng cần lựa chọn phương pháp nghiên cứu và cách thức phù hợp để thực hiện phương pháp ấy, dùng toán học

và suy luận lôgic để xử lý kết quả thí nghiệm nhằm rút ra những kết luận cần thiết

c) M ột thí nghiệm bao giờ cũng mang tính chủ quan Đó là do: thí nghiệm luôn phụ

thuộc vào đặc điểm các cơ quan cảm giác của người làm thí nghiệm; khả năng cảm

nhận, năng lực và kiến thức của người làm thí nghiệm; việc xác lập mục đích và phương pháp nghiên cứu của người làm thí nghiệm; các thao tác của người làm thí nghiệm

d) M ọi thí nghiệm đều được gắn liền với một hệ thống lý thuyết Đó là do: các thí

nghiệm đều sử dụng các dụng cụ thí nghiệm mà các dụng cụ này lại là kết quả của các hoạt động lý thuyết trước đó; thí nghiệm bao giờ cũng diễn ra theo một mục đích xác định được xây dựng trên cơ sở của một hệ thống kiến thức nhất định; các

kết quả thí nghiệm không ghi lại được toàn bộ diễn biến của hiện tượng mà chỉ ghi

lại được những nút nhất định

B ảng 1.1 So sánh thí nghiệm Vật lý của nhà nghiên cứu

và thí nghiệm Vật lý của học sinh

Các thành ph ần

thí nghi ệm

Thí nghi ệm Vật lý của các nhà nghiên c ứu

Phương án thí nghiệm Tự mình vạch ra Có sự hỗ trợ của sách giáo

khoa và giáo viên

Dụng cụ thí nghiệm Nhiều loại, phức tạp, yêu

cầu cao về kĩ thuật

Ít loại, đơn giản, dễ lắp ráp,

dễ thực hiện

Thực hiện thí nghiệm Hoàn toàn tự tiến hành Có sự hỗ trợ của sách giáo

khoa và giáo viên

Kết quả thí nghiệm Có độ chính xác cao Có độ chính xác không cao

Làm thí nghiệm Vật lý là để qua đó thu nhận được tri thức mới, nhưng thí nghiệm Vật lý của học sinh khác với thí nghiệm Vật lý của các nhà nghiên cứu ở

những điểm được trình bày trong bảng 1.1

Như vậy, làm thí nghiệm Vật lý là hoạt động có mục đích, có cách thức thực

hiện, có thứ tự các hành động, thao tác, sử dụng các phương tiện tương ứng với các điều kiện nhất định Mặc dù là thành phần của hoạt động nhận thức nhưng việc làm thí nghiệm khác với các hoạt động suy luận lí thuyết Sự khác nhau đó đơn thuần ở

chỗ khi làm thí nghiệm Vật lý, người ta phải sử dụng phối hợp các giác quan, các thao tác chân tay với các thao tác trí tuệ

Hoạt động làm thí nghiệm Vật lý gồm có ba giai đoạn: chuẩn bị, thực hiện và

kiểm tra, xử lí kết quả Mỗi giai đoạn lại gồm một số hành động Cấu trúc chung

của hoạt động làm thí nghiệm của học sinh có thể được mô tả bằng sơ đồ hình 1.1

Cụ thể từng giai đoạn như sau:

- Giai đoạn chuẩn bị thí nghiệm:

+ Các hành động tâm lí bên trong: Cụ thể hóa mục đích thí nghiệm; tìm hiểu phương án, tiến trình thí nghiệm; đối chiếu phương án với điều kiện cụ thể về dụng

cụ, thiết bị; ghi nhớ các bước thực hiện thí nghiệm

+ Các hành động bên ngoài: tập hợp vật liệu, dụng cụ thí nghiệm, thiết bị điều khiển, dụng cụ đo, thiết bị hỗ trợ quan sát, ghi nhận cần thiết; lắp ráp vận hành

thử; kẻ bảng để ghi số liệu

Trong giai đoạn chuẩn bị, khi vận hành thử, nếu thấy không thực hiện được thì người làm thí nghiệm có thể phải xem lại việc lắp ráp, việc chọn dụng cụ, cũng

có thể phải sử dụng thiết bị khác thay thế

- Giai đoạn thực hiện thí nghiệm:

+ Chủ yếu là các hành động bên ngoài: tác động vào sự vật cho hiện tượng

xảy ra, điều khiển quá trình Vật lý; quan sát sự vật, hiện tượng, quá trình Vật lý; đo các đại lượng Vật lý; ghi nhận các diễn biến của quá trình, các số liệu thí nghiệm

+ Các hành động tâm lí bên trong: đối chiếu các bước triển khai thực tế với

kế hoạch ban đầu; điều chỉnh thao tác bên ngoài cho phù hợp

Có thí nghiệm khi thực hiện chỉ cần quan sát mà không phải đo đạc Có nhiều thí nghiệm khi thực hiện ta vừa quan sát, vừa phải đo đạc các đại lượng

- Giai đoạn xử lí, đánh giá kết quả thí nghiệm:

+ Có các hành động: xử lí các số liệu, diễn biến hiện tượng thu thập được; so sánh đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm; quyết định dừng lại hay làm lại

+ Sau khi xử lí các hiện tượng, số liệu, đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm, đạt mục đích thì kết thúc thí nghiệm, chưa đạt mục đích thì làm lại

+ Sau khi xử lí các hiện tượng, số liệu, đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm, đạt mục đích thì kết thúc thí nghiệm, chưa đạt mục đích thì làm lại

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hoạt động làm thí nghiệm của học sinh

Quan sát

hiện tượng

Ghi nhận kết quả Điều kiện thí nghiệm

X ử lí, đánh giá kết quả thí nghiệm

1 Xử lí đánh giá kết quả thí nghiệm

2 Đối chiếu mục đích, đánh giá kết quả thí nghiệm

1.2.3 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý

1.2.3.1 Vai trò của thí nghiệm Vật lý trong dạy học truyền thống

Dạy học truyền thống tập trung chủ yếu vào việc truyền thụ cho học sinh

những kiến thức, kinh nghiệm mà loài người đã tích lũy được để học sinh bắt chước làm theo Trong dạy học truyền thống, thí nghiệm đóng vai trò như sau:

- Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp cho học sinh hiểu những kiến thức Vật

lý trừu tượng một cách dễ dàng: Giáo viên làm thí nghiệm để cho học sinh nhận biết được những biểu hiện cụ thể (có thể chưa đầy đủ) của các kiến thức trong thực tế Nhưng như thế là tách kiến thức ra hai phần riêng biệt: lý thuyết và thực tế Học sinh có thể hoặc học kiến thức trước, một thời gian sau mới biết biểu hiện thực tế

của nó, hoặc nhiều khi chỉ dừng ở mức hiểu biết lý thuyết, hoặc chỉ biết đến những cái cụ thể mà không biết khái niệm khái quát, trừu tượng Kết quả là kiến thức của

học sinh không vững chắc, không hoàn chỉnh

- Thí nghiệm Vật lý là nguồn trực tiếp của tri thức: Từ trước đến nay, chúng ta thường thấy các nhà Vật lý học luôn luôn làm thí nghiệm để tìm hiểu những tính

chất, những qui luật của thế giới vật chất Vì vậy, chúng ta có thể có những nhầm tưởng rằng làm thí nghiệm là tìm thấy những tính chất, những qui luật có sẵn trong

đó, làm thí nghiệm là để cho chúng bộc lộ ra ngoài cho ta quan sát được Thực ra,

nếu chỉ dựa vào quan sát các thí nghiệm thì ta không thể nào biết được các tính chất qui luật của tự nhiên, thậm chí còn có thể có những hiểu biết sai

Như vậy, quan niệm cho rằng thí nghiệm là nguồn trực tiếp của tri thức đã

dẫn đến một hậu quả tai hại là làm cho giáo viên và học sinh tưởng rằng cứ làm thí nghiệm là thấy tất cả, không cần phải suy nghĩ gì nữa Đó là chưa kể đến việc phải làm thí nghiệm như thế nào, dùng những dụng cụ nào, thực hiện những động tác nào… thì giáo viên và học sinh cũng chỉ biết nhắc lại thí nghiệm do các nhà khoa

học nghĩ ra và bắt chước làm lại Nếu yêu cầu học sinh tự nghĩ ra một thí nghiệm để nghiên cứu một tính chất hay một quy luật chưa biết thì đó thực sự là một thử thách khó khăn đối với họ Do đó, thí nghiệm có vai trò giúp rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh

Trong dạy học truyền thống, kiến thức Vật lý được phân biệt rõ thành hai bộ

phận khác hẳn nhau: kiến thức lý thuyết và dạy kĩ năng thực hành (gồm kĩ năng sử

dụng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, các dụng cụ đo lường, các máy móc phổ biến,

kĩ năng bố trí lắp ráp thí nghiệm, tính toán kết quả đo lường, xác định sai số, vẽ đồ

thị…) Dạy học Vật lý cũng được tách riêng việc dạy kiến thức lý thuyết và dạy kĩ năng thực hành Trong khi học kiến thức lý thuyết, học sinh có thể không cần biết làm thí nghiệm, thực hiện các phép đo vì giáo viên đã làm hết Ngược lại, học sinh

có thể rất khéo léo trong việc sử dụng các dụng cụ máy móc để làm thí nghiệm nhưng không hiểu biết cơ sở lý thuyết của thí nghiệm đó Đặc biệt, trong điều kiện trang thiết bị còn thiếu thốn, trong dạy học, người ta dễ dàng bỏ qua phần thực hành, kết quả là học sinh chỉ biết “lý thuyết suông” Việc tách rời lý thuyết và thực hành như thế khiến học sinh có những kiến thức lý thuyết cũng không vững chắc, không áp dụng được vào hoạt động thực tiễn

1.2.3.2 Vai trò của thí nghiệm Vật lý theo lí luận dạy học hiện đại

Hiện nay, mục tiêu của chương trình trung học không chỉ dừng lại ở việc trang bị kiến thức cho học sinh mà còn chú trọng hình thành ở họ năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tự hoạt động nhận thức Quá trình hình thành năng lực sáng

tạo của học sinh không chỉ được quan tâm ở khâu vận dụng kiến thức vào trong

thực tiễn mà còn được chú trọng ngay trong khâu xây dựng kiến thức mới Mục tiêu

dạy học mới đó không thể tách rời kiến thức lý thuyết và kĩ năng thực hành mà xem

nó là hai mặt của của một thể thống nhất của phẩm chất của học sinh Với mục tiêu

đó, thí nghiệm Vật lý cũng có vai trò mới – vai trò thí nghiệm đối với hoạt động

nhận thức của học sinh Cụ thể như sau:

- Thí nghiệm là phương tiện làm xuất hiện vấn đề cần phải nghiên cứu, kích thích

sự tìm tòi suy nghĩ của học sinh: Thí nghiệm làm xuất hiện trước học sinh một hiện tượng mới lạ, xảy ra trái với suy nghĩ thông thường của học sinh và với vốn kiến

thức đã có, học sinh không giải thích được Như vậy, thí nghiệm giúp làm xuất hiện mâu thuẫn nhận thức, kích thích sự tò mò, nhu cầu hiểu biết, tức là thí nghiệm tạo tình huống có vấn đề

- Thí nghiệm là phương tiện hỗ trợ việc xây dựng giả thuyết: Trong nghiên cứu Vật

lý, khi đứng trước một vấn đề hoàn toàn mới lạ, nếu người nghiên cứu chưa có một

hiểu biết hay kinh nghiệm nào có liên quan thì khó có thể đưa ra được một dự đoán

có căn cứ Để tránh khỏi một dự đoán vu vơ, nhà nghiên cứu thực hiện một thí nghiệm thăm dò để xác định sơ bộ phương hướng diễn biến của hiện tượng, dựa trên đó làm cơ sở xây dựng giả thuyết Thí nghiệm trong trường hợp này chưa

khẳng định một điều gì cả mà chỉ gợi lên một hướng suy nghĩ Tất nhiên, cùng một thí nghiệm cũng có thể gợi ra những suy nghĩ khác nhau, những dự đoán khác nhau Đối với học sinh, vì chưa có nhiều kiến thức Vật lý và kinh nghiệm thì việc dùng thí nghiệm để tạo ra cho họ một số kinh nghiệm thực tế ban đầu, hỗ trợ cho việc xây

dựng giả thuyết là rất quan trọng, nếu không thì nhiều trường hợp, học sinh sẽ rơi vào tình trạng hoàn toàn bế tắc

- Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết: Trên con đường tìm tòi nghiên cứu để giải quyết vấn đề mới, nhà khoa học lúc đầu phải đưa ra câu

trả lời dự đoán (giả thuyết) Giả thuyết đó tuy có căn cứ nhưng không chắc chắn vì không suy ra được từ những kiến thức đã biết Vậy muốn biết giả thuyết đó có đúng không, nghĩa là có phù hợp với thực tế khách quan không thì bắt buộc phải làm thí nghiệm kiểm tra Thực tiễn là tiêu chuẩn của chân lí Nếu kết quả thí nghiệm phù

hợp với giả thuyết thì giả thuyết đó trở thành chân lý khách quan, trở thành kiến

thức khoa học Nếu không phù hợp thì phải bỏ đi và xây dựng giả thuyết mới

Vì giả thuyết là mới mẻ, chưa từng có nên thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết cũng là mới mẻ, chưa từng có Giả thuyết thường có tính trừu tượng khái quát, thí nghiệm lại chỉ là một biểu hiện trong một trường hợp cụ thể, với những điều kiện có

thể quan sát được Bởi vậy, trước khi làm thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, cần phải đảm bảo rằng, lập luận suy từ giả thuyết khái quát ra biểu hiện cụ thể trong thí nghiệm phải chặt chẽ, không sai sót Trong nhiều trường hợp, quá trình suy luận đó khá dài dòng, cần sử dụng cả lập luận lôgic và biến đổi toán học khá phức tạp, rất

dễ phạm sai lầm Như vậy, thí nghiệm không phải kiểm tra trực tiếp giả thuyết mà

mà kiểm tra gián tiếp qua hệ quả của nó Một giả thuyết có thể có nhiều hệ quả

trong những điều kiện khác nhau Càng kiểm tra bằng thí nghiệm được nhiều hệ quả thì giả thuyết càng có giá trị cao Đến một lúc, người ta phát hiện ra kết quả thí nghiệm không phù hợp với kết quả nào đó thì phải bổ sung, sửa đổi kiến thức cũ để xây dựng một kiến thức mới, trong đó kiến thức cũ như một trường hợp riêng

Tính mới mẻ của thí nghiệm kiểm tra thể hiện ở nhiều mặt: sử dụng thiết bị

mới, cách bố trí thí nghiệm mới, cách xử lý thí nghiệm đo lường, độ chính xác của phép đo…Bởi vậy, người nghiên cứu phải chế tạo ra dụng cụ thí nghiệm mới, đề

xuất phương án thí nghiệm mới, nghĩ ra một phương án mới nâng cao tính hiệu quả,

độ chính xác của thí nghiệm…

- Thí nghiệm là phương tiện để phát triển hoạt động nhận thức tích cực sáng tạo của

học sinh Bản thân thí nghiệm là khách quan, vô cảm với mọi người, nó không kích thích mà cũng không kìm hãm tư duy của học sinh Có khi làm những thí nghiệm

rất khó nhưng chỉ đòi hỏi khả năng thành thạo chứ không đòi hỏi thêm sự sáng tạo Thí nghiệm chỉ có tác dụng phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh với sự tổ

chức hướng dẫn của giáo viên Trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, giáo viên

cần chú ý bồi dưỡng cho học sinh các yếu tố của năng lực hoạt động trí tuệ như sau: năng lực đề xuất giả thuyết, phân tích mô tả các hiện tượng, quá trình Vật lý, tổng

hợp các mặt, các khía cạnh trong mối liên hệ với nhau, khái quát hóa thành những

kết luận tổng quát nhờ phép qui nạp, đối chiếu các kết quả này với giả thuyết (hoặc

hệ quả) đã đề xuất, giải thích, so sánh các hiện tượng, quá trình Vật lý, các ứng

dụng trong sản xuất và trong đời sống của các kiến thức đã học Để phát triển năng

lực sáng tạo của học sinh, cần tận dụng nhiều hình thức khác nhau của thí nghiệm, trong đó có thí nghiệm nhằm giải quyết các nhiệm vụ thiết kế - kĩ thuật Quá trình làm việc tự lực với thí nghiệm của học sinh sẽ làm tăng hứng thú nhận thức, niềm đam mê nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết được nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện đảm bảo sự phù hợp giữa lý thuyết và thực hành (tức là

giữa lí luận và thực tiễn) Như ta đã thấy, sự suy luận lí thuyết thuần túy hay một thí nghiệm đứng riêng không kèm theo phân tích lí thuyết thì đều không thể cho phép

có được kết luận đúng đắn về bản chất hay quy luật của tự nhiên Mặt khác, phải có

lí luận chặt chẽ, sắc bén thì mới có thể dự đoán được những hệ quả cụ thể trong

thực tiễn của những lí thuyết trừu tượng Người nghiên cứu Vật lý theo phương pháp thực nghiệm phải luôn kết hợp cả hai mặt đó mới đạt được kết quả Học sinh

hoạt động nhận thức theo phương pháp đó sẽ đồng thời phát triển cả hai mặt: tư duy

lí thuyết và khả năng thực hành Cách sử dụng thí nghiệm đúng với vai trò của nó như trên sẽ tạo ra một lớp học sinh vừa có tư duy sáng tạo, vừa có khả năng thực hành giỏi

1.2.4 Xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông

1.2.4.1 Khái niệm “thí nghiệm đơn giản”

Thí nghiệm đơn giản là thí nghiệm được tiến hành với các dụng cụ (vật liệu) thông thường, dễ kiếm, rẻ tiền được giáo viên, học sinh sưu tầm, thiết kế và chế tạo

để nghiên cứu các hiện tượng Vật lý đơn giản thuộc phạm vi chương trình, kiến

thức phổ thông Việc chuẩn bị và tiến hành thí nghiệm đơn giản không mất nhiều

thời gian, công sức nhưng vẫn đảm bảo được mục tiêu dạy học [8]

Như vậy, theo cách hiểu này thì thí nghiệm đơn giản gồm hai loại:

- Loại thứ nhất: Thí nghiệm được tiến hành với những dụng cụ (vật liệu) có sẵn, dễ

kiếm, rẻ tiền do giáo viên và học sinh sưu tầm, tập hợp (mỗi một dụng cụ thí nghiệm được tận dụng từ một hay vài vật liệu hoặc vật dụng sẵn có mà giáo viên và

học sinh không phải chế tạo)

Thí dụ: Thí nghiệm cho một quả trứng gà đã luộc chín chui tọt vào trong một cái chai có miệng chai nhỏ kích thước quả trứng gà tạo tình huống để đặt vấn đề vào bài “Quá trình đẳng tích Định luật Sác-lơ” Hoặc một số thí nghiệm đơn giản dùng cho các bài học khác với các vật liệu có sẵn như: thước kẻ, cái cốc, nắp chai

- Loại thứ hai: thí nghiệm được tiến hành với những dụng cụ được giáo viên, học sinh thiết kế và tự tay chế tạo từ những dụng cụ (vật liệu) dễ kiếm, rẻ tiền Thí dụ:

dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn, động cơ nhiệt Stirling

1.2.4.2 Ý nghĩa của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý

Vấn đề giáo viên và học sinh tham gia xây dựng (thiết kế, chế tạo, cải tiến)

và vận dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý có ý nghĩa rất lớn đối với quá trình giáo dục về mặt nhận thức, sư phạm và kinh tế

a) V ề mặt nhận thức:

Do học sinh tự tay chế tạo và sử dụng dụng cụ thí nghiệm đơn giản nên các

em có thể hiểu các vấn đề khoa học sâu sắc, chính xác và bền vững hơn Nó cũng góp phần bồi dưỡng kĩ năng thực hành và giúp học sinh phát triển năng lực sáng

tạo, kích thích hứng thú, chủ động tìm tòi giải quyết vấn đề, góp phần nâng cao chất lượng kiến thức trong học tập

Việc học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản là cần thiết trong các hoạt động cụ thể của quá trình dạy học Thật vậy, sự huy động học sinh cùng tham gia

chế tạo và sử dụng thí nghiệm không những tạo cho học sinh có thói quen nghiên

cứu kiến thức trước khi đến lớp mà còn tạo điều kiện cho các em có sự chuẩn bị trước câu hỏi, thắc mắc để trao đổi kĩ hơn về các thí nghiệm được tiến hành trên lớp cũng như ngoài giờ học Mặt khác, học sinh tự tìm kiếm những vật liệu, có trong đời sống hàng ngày để tự chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản càng làm cho các em

thấy được mối quan hệ gắn bó giữa Vật lý và đời sống Việc học sinh tự làm dụng

cụ thí nghiệm đơn giản sẽ tạo điều kiện cho các em tự lực làm việc nhiều hơn, nâng cao tinh thần hợp tác, trao đổi kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm trong quá trình làm

việc

Vấn đề sử dụng thí nghiệm đơn giản còn rất cần thiết trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông, bởi vì các thí nghiệm có sẵn trong phòng thí nghiệm, trong nhiều trường hợp, cái “hiện đại” của thiết bị có thể che lấp mất cái bản chất Vật lý của

hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm mà học sinh cần nhận thức Chính sự gần gũi, đơn giản của thí nghiệm kích thích học sinh tìm tòi kiến thức

b) V ề mặt sư phạm:

Ở các nước phát triển, vấn đề tự làm đồ dùng dạy học chỉ đặt ra cho học sinh như là một khâu của quá trình dạy học Đối với giáo viên, vấn đề này chỉ khuyến khích, tự nguyện; còn chủ yếu là giáo viên khai thác, tận dụng những đồ dùng dạy

học đã được trang bị khá phong phú ở trường Ở nước ta cũng như các nước đang phát triển khác, vấn đề này đặt ra cho giáo viên như là một biện pháp, nhằm làm phong phú thêm đồ dùng dạy học cho nhà trường, đồng thời bồi dưỡng nghiệp vụ sư

phạm cho giáo viên Thật vậy, cũng như các ngành lao động khác, nếu người thợ

thể hiện trình độ tay nghề của mình qua công cụ lao động thì trình độ nghiệp vụ của người giáo viên phải được thể hiện qua việc sử dụng thiết bị dạy học, sao cho kết

quả dạy học đạt hiệu quả cao tương tự như năng suất lao động của người thợ Nhưng thiết bị dạy học của người giáo viên có tính đặc thù riêng của nó và nghiệp

vụ sư phạm của giáo viên sẽ được bồi dưỡng qua quá trình sử dụng thiết bị dạy học Đặc biệt trong dạy học Vật lý, các dụng cụ thí nghiệm đơn giản tự làm thõa mãn tính thời sự, phục vụ kịp thời những vấn đề mà xã hội đặt ra, phù hợp với đặc điểm

của từng địa phương và trình độ nhận thức của học sinh trong những điều kiện cụ

thể Vì vậy, nó đem lại hiệu quả sư phạm cao hơn Đó là những đặc điểm các dụng

cụ do các nhà máy, cơ sở sản xuất không thể nào đáp ứng được

c) V ề mặt kinh tế:

Khi nói đến ý nghĩa kinh tế của thiết bị dạy học tự làm nói chung, thí nghiệm đơn giản tự làm trong dạy học Vật lý nói riêng, chúng ta hãy xem xét vấn đề tự làm

dụng cụ thí nghiệm đơn giản thủ công (gọi là sản xuất thủ công) của giáo viên và

học sinh so với sản xuất công nghiệp có tiết kiệm hơn hay không? Đứng về mặt năng suất lao động thuần túy mà xét, năng suất lao động cũng như chất lượng sản

phẩm của sản xuất thủ công kém hơn nhiều so với sản xuất công nghiệp Nhưng tiết

kiệm ở đây là: dụng cụ tự làm đem lại hiệu quả sư phạm cao hơn; huy động được năng lực và trí sáng tạo của hàng triệu giáo viên và học sinh; tận dụng được nguồn

vật tư rất phong phú và đa dạng mà nền sản xuất xã hội nhiều khi không được chú ý đến Mặt khác, hiện nay, nước ta chưa thể cung cấp đầy đủ trang thiết bị cho hệ

thống các trường trên toàn quốc, những dụng cụ thí nghiệm tự làm của giáo viên và

học sinh từ những vật liệu dễ kiếm, sẵn có, rẻ tiền sẽ là nguồn bổ sung trang thiết bị

rất tốt cho phòng thí nghiệm của nhà trường

Trong những năm qua, mặc dù nhà nước đã cố gắng đầu tư vào sản xuất thiết

bị dạy học, nhưng đến nay, trừ một số trường trọng điểm của trung ương và địa phương, các trường khác vẫn chưa được trang bị đầy đủ các thiết bị dạy học, và đặc

biệt thiếu thốn ở các trường ở vùng miền khó khăn Chính vì vậy, bên cạnh từng bước trang bị cho các trường những trang thiết bị dạy học cần thiết, cần động viên, khuyến khích và tạo điều kiện về mọi mặt để giáo viên và học sinh tự làm đồ dùng

dạy học nhằm khắc phục những khó khăn thiếu thốn hiện tại

1.2.4.3 Các yêu cầu đối với việc xây dựng thí nghiệm đơn giản

Để việc sử dụng thí nghiệm đơn giản đem lại hiệu quả, giáo viên và học sinh

cần lưu ý những điểm sau:

- Trước khi sử dụng thí nghiệm đơn giản, giáo viên và học sinh cần tìm hiểu nguyên

tắc, cấu tạo của dụng cụ thí nghiệm đơn giản

- Cần lưu ý học sinh khi sử dụng thí nghiệm đơn giản phải nhẹ nhàng, khéo léo để tránh hỏng hóc hoặc quá giới hạn sử dụng đối với các dụng cụ đo

- Trước khi sử dụng thí nghiệm đơn giản, học sinh cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động

1.2.4.4 Các khả năng, hình thức sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý

Thí nghiệm đơn giản có khả năng sử dụng dưới nhiều hình thức trong quá trình dạy học Vật lý:

- Các thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở tất cả các khâu của quá trình dạy học: đặt

vấn đề (tạo tình huống có vấn đề), hình thành kiến thức mới (khảo sát hoặc minh

họa), củng cố và vận dụng các kiến thức đã học (trong đó có sự đề cập các ứng dụng

của kiến thức Vật lý trong sản xuất đời sống) và cũng có thể dùng để kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh

- Các thí nghiệm đơn giản có thể được giáo viên và học sinh tiến hành trong chương trình chính khóa hoặc ngoại khóa, trên lớp hoặc ở nhà

- Việc chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm có thể giao cho từng học sinh hoặc các nhóm học sinh làm ở nhà hay trong

giờ ngoại khóa, không những để củng cố các kiến thức đã học mà có khi còn để cung cấp các dữ liệu thực nghiệm chuẩn bị cho nội dung kiến thức ở các bài học sau

- Cùng một nội dung kiến thức Vật lý, giáo viên có thể tiến hành thí nghiệm trên lớp

với dụng cụ có sẵn trong phòng thí nghiệm, còn học sinh được giao nhiệm vụ tiến hành thí nghiệm này nhưng với dụng cụ thí nghiệm đơn giản do chính tay mình chế

tạo

- Giáo viên cũng có thể làm thí nghiệm trên lớp với dụng cụ đơn giản, yêu cầu học sinh về nhà chế tạo lại hoặc chế tạo nó theo phương án khác (nếu có thể)

- Với dụng cụ thí nghiệm đơn giản do mình chế tạo, học sinh tiến hành thí nghiệm

mà giáo viên đã biểu diễn trên lớp nhưng nghiên cứu sâu hơn mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lý được đề cập trong nội dung thí nghiệm

1.2.4.5 Vị trí của thí nghiệm đơn giản trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề

Thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở tất cả các pha của tiến trình dạy học nêu và giải quyết vấn đề:

a) T ạo tình huống có vấn đề:

Trong nhiều bài học, thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở pha thứ nhất: chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức để tạo tình huống có vấn đề Do ưu điểm

của thí nghiệm đơn giản là thành công ngay, cho kết quả mâu thuẫn với kiến thức

đã biết, với kinh nghiệm sẵn có hoặc trái ngược với sự chờ đợi của học sinh nên nó

tạo ra nhu cầu, hứng thú tìm tòi kiến thức mới của học sinh Những thí nghiệm đơn

giản thường làm bằng những vật liệu rẻ tiền; ít tốn thời gian chuẩn bị, lắp ráp, thao tác; hấp dẫn đối với học sinh nên thường được dùng trong giai đoạn định hướng

mục đích nghiên cứu, đề xuất vấn đề cần nghiên cứu

Thí dụ: thí nghiệm về sự phồng lên trở lại của quả bóng bàn bị bẹp trong nước nóng (sự nở vì nhiệt của không khí); thí nghiệm về sự sôi của nước nóng trong một bình kín không phải bằng cách đun nóng nước mà nhờ đổ nước lạnh lên vỏ ngoài bình (sự sôi dưới áp suất thấp)

b) Ki ểm tra tính đúng đắn của giả thuyết

Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới (giải quyết vấn đề, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết để đề xuất, xác nhận kết quả xem sự phù hợp của lý thuyết

và thực nghiệm), thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở pha thứ hai: học sinh hành động độc lập, tự chủ, trao đổi, tìm tòi giải quyết vấn đề Ở chương “Nhiệt học”, Vật

lý 10, ban cơ bản, học sinh có thể dựa trên đụng cụ đo áp suất sẵn có và kết hợp với các dụng cụ đơn giản khác như cốc thủy tinh, ống nhựa để tiến hành thí nghiệm

nhằm thực hiện giải pháp đã đề xuất

c) V ận dụng kiến thức

Trong một số bài học, thí nghiệm đơn giản còn được sử dụng ở pha thứ ba

của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề Trong giai đoạn này, thí nghiệm đơn giản

có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng cố (ôn tập, đào sâu, mở

rộng, hệ thống hóa kiến thức và vận dụng) kiến thức, kỹ năng của học sinh Các thí nghiệm đơn giản không những dùng để củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh trong các giờ học trên lớp mà cả các giờ ngoại khóa và ở nhà Việc tiến hành các thí nghiệm trong giai đoạn củng cố được giao cho học sinh dưới dạng những nhiệm vụ

có nội dung sao cho phát triển được năng lực hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh, chứ không đơn thuần chỉ là hoạt động tay chân đơn giản

1.2.4.6 Hướng dẫn học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản

Giáo viên có thể gợi ý hoặc chỉ ra cho học sinh những vật liệu cần thiết có

thể thấy trong đời sống hàng ngày để các em sưu tầm và sử dụng vào việc chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản

Thí dụ: mô hình động cơ Stirling có thể chế tạo từ những vật liệu đơn giản: vỏ lon, chai nhựa dùng làm thân xi lanh, miếng xốp dùng để làm pít-tông tự do, thanh kẽm dùng làm trục quay, bánh đà làm bằng các đĩa CD hỏng

Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo và lắp ráp một số thí nghiệm đơn giản trong bài học mà giáo viên đã chế tạo để sử dụng Trên cơ sở đó, giáo viên gợi ý để các em có thể suy nghĩ cách thay thế một số chi tiết nhỏ của dụng

cụ thí nghiệm bằng những vật liệu đơn giản, gần gũi với các em nhằm kích thích và lôi cuốn các em tham gia vào hoạt động này một cách tự giác Giáo viên cũng có thể đưa ra cho học sinh một số mẫu thiết kế mà giáo viên đã làm để các em về nhà nghiên cứu, và từ đó có thể đề xuất những phương án khác nhằm chế tạo dụng cụ thí nghiệm đó

Giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách gia công một số vật liệu để chế tạo được các dụng cụ thí nghiệm đơn giản Thí dụ: cắt đáy lon bia để làm xi-lanh của động cơ Stirling, dùng kiềm để bẻ thanh kẽm cứng thành những góc vuông và cho chúng lệch nhau góc 90o

, khoan lỗ, trét keo

Giáo viên có thể tổ chức các nhóm làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản để hỗ

trợ lẫn nhau Các nhóm có thể hoạt động trong cả năm, giáo viên phân công mỗi nhóm làm một vài dụng cụ thí nghiệm, khi cần có thể cung cấp cho các nhóm khác dùng, nhằm tạo nên chất lượng của dụng cụ thí nghiệm tốt hơn và số lượng cũng được nhiều hơn

Giáo viên cần khuyến khích động viên từng cá nhân học sinh tự làm dụng cụ

và tiến hành thí nghiệm đơn giản nhằm phát huy tính năng động, tự lực và độc lập sáng tạo của học sinh

1.2.5 Qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật

lý

Trên cơ sở lí luận dạy học về việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng

tạo của học sinh trong dạy học Vật lý và vai trò của thí nghiệm đối với hoạt động

nhận thức của học sinh, tác giả Nguyễn Anh Thuấn [19] đã đề xuất qui trình xây

dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm ở trường THPT như sau

1.2.5.1 Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý

Việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm bao gồm các quá trình thiết kế, chế tạo thiết bị mới, cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm đã có sao cho chúng thỏa mãn được các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm đối

với các thiết bị thí nghiệm

a) Yêu c ầu về mặt khoa học – kĩ thuật

- Tạo ra hiện tượng rõ ràng, điều khiển được các yếu tố tác động

Các số liệu thu thập từ thí nghiệm đảm bảo độ chính xác chấp nhận được ở trường

phổ thông

- Chất lượng vật liệu dùng để chế tạo thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo tuổi thọ cao

và độ bền chắc

- Quá trình chế tạo thiết bị thí nghiệm cần áp dụng các thành tựu công nghệ chế tạo

mới của khoa học – kĩ thuật

b) Yêu c ầu về mặt sư phạm

- Các thiết bị thí nghiệm cần đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn, ít hỏng,

dễ sửa chữa, dễ dàng vận chuyển và bảo quản

- Cần thiết kế, chế tạo các bộ thí nghiệm Vật lý sao cho có thể làm được nhiều thí nghiệm không chỉ ở một chương, một phần mà còn những phần khác nhau của chương trình Vật lý, không phải chỉ vì lí do kinh tế mà còn cho phép học sinh không tốn nhiều thời gian nghiên cứu tác dụng, cách sử dụng các chi tiết, giúp học sinh dễ dàng thực hiện được các thí nghiệm, tận dụng được thời gian đi sâu nghiên

cứu cái mới được đề cập trong trong các thí nghiệm và thấy được sự liên kết được các kiến thức đã học

- Thời gian chuẩn bị các thí nghiệm không đòi hỏi nhiều, dễ dàng tập hợp, thay đổi các chi tiết, thao tác bằng tay không phức tạp, có thể lắp ráp từng bước và chắc

chắn

- Các thiết bị thí nghiệm có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn của quá trình dạy

học: tạo tình huống có vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố và vận dụng kiến

thức

- Các thiết bị thí nghiệm phải hỗ trợ được quá trình nhận thức tích cực, sáng tạo của

học sinh, nhất là trong giai đoạn phát hiện vấn đề cần giải quyết, hỗ trợ việc xây

dựng giả thuyết, để kiểm tra giả thuyết hoặc để kiểm tra hệ quả suy được từ giả thuyết

- Các thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu mĩ thuật: các đường nét, hình

khối cân xứng, khối lượng không quá nặng, màu sắc làm nổi bật được các chi tiết quan trọng Riêng đối với các thiết bị thí nghiệm biểu diễn cần có kích thước đủ

lớn, các bộ phận trong thiết bị phải được bố trí sao cho học sinh toàn lớp quan sát được biểu biễn của hiện tượng diễn ra trong thí nghiệm

c) Qui trình xây d ựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý

Trên cơ sở xác định các yêu cầu của việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm, quá trình xây dựng các thiết bị thí nghiệm có thể được tiến hành theo các giai đoạn sau:

- Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng mà học sinh cần có được trong quá trình

học tập

- Xác định các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học nội dung này

- Tìm hiểu tình hình thực tiễn về các thiết bị thí nghiệm để xác định được hiện nay

đã có những thiết bị thí nghiệm nào cho phép tiến hành các thí nghiệm đã xác định?

Việc tiến hành các thí nghiệm với những thiết bị thí nghiệm này có những ưu, nhược điểm gì? Có đáp ứng được các yêu cầu đã nêu ở trên không, nhất là yêu cầu đối với việc dạy học phát triển tính tích cực sáng tạo của học sinh

Giai đoạn nghiên cứu này đi tới kết luận: một số thí nghiệm đã có sẵn và đáp ứng được các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm; cũng đã có một số thiết bị thí

nghiệm mà việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm này chưa phát huy được vai trò của chúng với hoạt động nhận thức của học sinh, cần cải tiến hoàn thiện; không có thiết

bị thí nghiệm nào để tiến hành một số thí nghiệm đã xác định ở trên

Đối với trường hợp cần nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm có sẵn (nhưng chưa đáp ứng nhu cầu dạy học) và nghiên cứu thiết kế, chế

tạo các thiết bị thí nghiệm mới thì trong cả hai trường hợp, các thiết bị thí nghiệm được chế tạo mới hoặc được cải tiến, hoàn thiện phải đảm bảo được các yêu cầu về

mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm

- Sản xuất thử thiết bị thí nghiệm, tiến hành nhiều lần các thí nghiệm với thiết bị thí nghiệm, trước hết nhằm đảm bảo thí nghiệm thành công Sau đó, cần phân tích, đánh giá thiết bị thí nghiệm này để điều chỉnh thiết kế sao cho thiết bị có thể đạt được tối đa các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm

- Đưa thiết bị thí nghiệm đã đề xuất vào dạy thực nghiệm sư phạm để tiếp tục xác định những khó khăn, hạn chế trong quá trình sử dụng nhằm bổ sung hoàn chỉnh thiết bị thí nghiệm

- Sản xuất thiết bị mẫu, soạn tài liệu hướng dẫn, trình Bộ giáo dục và đào tạo duyệt

để có thể sản xuất hàng loạt và trang bị cho các trường phổ thông

1.2.5.2 Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý

Để thí nghiệm phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học Vật lý thì

việc sử dụng thí nghiệm phải tuân theo một số yêu cầu về mặt kĩ thuật và về mặt phương pháp dạy học

a) Yêu c ầu của việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý

- Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng thí nghiệm phải là

một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức Trước mỗi thí nghiệm, phải đảm bảo cho học sinh ý thức được sự cần thiết của thí nghiệm và hiểu rõ mục đích của thí nghiệm

- Xác định rõ các thiết bị thí nghiệm cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình thí nghiệm (để đạt được mục đích thí nghiệm, cần sử dụng các thiết bị thí nghiệm nào,

bố trí ra sao, cần tiến hành thí nghiệm theo các bước nào, cần quan sát, đo đạc cái gì) Không xem nhẹ các thí nghiệm đơn giản

- Đảm bảo cho học sinh ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai đoạn thí nghiệm bằng cách giao cho học sinh thực hiện các nhiệm vụ cụ thể

- Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi thí nghiệm trước giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thành công (hiện tượng xảy ra phải quan sát được rõ ràng, kết quả đo có độ chính xác chấp nhận được)

- Việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm phải tuân theo các qui tắc an toàn

b) Qui trình s ử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý

- Giai đoạn 1: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng làm xuất hiện vấn đề cần nghiên

cứu

Trong giai đoạn làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu ở học sinh, giáo viên

có thể sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các bước sau:

+ Bước 1: Giáo viên mô tả một hoàn cảnh thực tiễn tạo nên một vấn đề “hấp

dẫn” và yêu cầu học sinh dự đoán hiện tượng có thể xảy ra

+ Bước 2: Giáo viên làm một thí nghiệm, hoặc giáo viên cho học sinh làm

một thí nghiệm đơn giản để học sinh thấy được hiện tượng diễn ra không phù hợp

với dự đoán của mình

+ Bước 3: Giáo viên hướng dẫn học sinh phát biểu vấn đề của bài học Căn

cứ vào trình độ của học sinh, vào nội dung của bài học mà giáo viên lựa chọn và đưa ra mức độ thích hợp nhằm yêu cầu học sinh tự lực phát biểu vấn đề của bài học Lúc đầu, giáo viên có thể đưa ra mức độ cao hơn thăm dò, sau đó giáo viên hướng

dẫn và giảm bớt khó khăn cho học sinh khi cần thiết

- Giai đoạn 2: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết

của học sinh

Trong giai đoạn giáo viên hướng dẫn học sinh đề xuất giả thuyết, thiết bị thí nghiệm có thể được sử dụng theo các bước sau:

+ Bước 1: Giáo viên yêu cầu học sinh đề xuất giả thuyết để nêu nguyên nhân

của vấn đề đã được phát biểu ở giai đoạn trước Học sinh có thể đề xuất giả thuyết

dựa trên một số gợi ý sau:

− Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có

− Dựa trên sự tương tự

− Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán

giữa chúng có mối quan hệ nhân quả

− Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về mối quan hệ nhân quả giữa chúng

− Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình

− Dự đoán về mối quan hệ định lượng

+ Bước 2: Nếu học sinh vẫn không đề xuất được giả thuyết thì giáo viên sẽ

tiến hành một thí nghiệm để cung cấp thêm cho học sinh mối liên hệ giữa một số đại lượng trong hiện tượng đang nghiên cứu, giúp học sinh khái quát được những

kết quả quan sát được để đưa ra dự đoán

- Giai đoạn 3: thiết bị thí nghiệm được sử dụng để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả

được suy ra từ giả thuyết

Để rút ra hệ quả từ giả thuyết, giáo viên hướng dẫn học sinh suy luận lí thuyết Trong giai đoạn này, giáo viên không cần sử dụng thiết bị thí nghiệm

Trong đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết, học sinh phải suy nghĩ, tìm tòi để tìm ra phương hướng giải quyết vấn đề

Trong giai đoạn này, giáo viên nhất thiết phải sử dụng các thiết bị thí nghiệm Qui trình sử dụng thí nghiệm của giáo viên trong giai đoạn này có thể theo các bước sau:

+ Bước 1: Giáo viên giúp học sinh nhận thức rõ điều mà họ cần tiến hành thí nghiệm kiểm tra và gợi cho học sinh nhớ lại những kiến thức, kinh nghiệm có liên quan