Nghị quyết số 14/2005 của Chính phủ về đổi mới cơ bản và toàn diện GDĐH Việt Nam giai đoạn 2006-2020 đã nêu: “Mục tiêu chung là đổi mới cơ bản và toàn diện GDĐH, tạo được chuyển biến cơ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
NGUYỄN HUY THÁIXÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO PHẦN DAO ĐỘNG CƠ, VẬT LÍ12 BẰNG PHẦN MỀM MACROMEDIA FLASH NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰCTHỰC NGHIỆM CHO HỌC
SINH LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LI
CHUYÊN NGÀNH: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP
DẠY HỌCBỘ MÔN VẬT LÍ
Mã số: 60 14 01 11Người hướng dẫn khoa học: TS
Phạm Kim Chung
HÀ NỘI–2016
Trang 26 Giả thuyết khoa học10
7 Giới hạn phạm vi nghiên cứu11
8 Đóng góp mới của đề tài11
9 Phương pháp nghiên cứu11
10 Cấu trúc của luận văn11
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7
1.1 Thí nghiệm Vật lí và vai trò trong dạy học ở trường phổ thông13
1.1.1 Thí nghiệm Vật lí và đặc điểm của thí nghiệm Vật lí13
1.1.2 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT14
1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông20
1.1.4 Một số yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lí trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực của học sinh THPT21
1.1.5 Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm22
1.2 Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học Vật lí22
1.2.1 Khái niệm kĩ năng22
1.2.2 Sự hình thành và phát triển kĩ năng23
Trang 31.2.3 Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh trong dạy học Vật lí ở trường THPT24
1.2.4 Các cấp độ phát triểnkĩ năng thí nghiệm của học sinh27
1.2.5 Các giai đoạn phát triển kĩ năng30
1.3 Năng lực thực nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường THPT32
1.3.1 Khái niệm về năng lực thực nghiệm:32
1.3.2 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm.331.3.3 Năng lực chuyên biệt môn Vật lí33
1.3.4 Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm Vật lí cho học sinh.Error! Bookmark not defined
1.4 Vai trò của thí nghiệm thực hành trong rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí ở trường THPT.Error! Bookmark not defined
1.4.1 Thí nghiệm thực hành Vật líError! Bookmark not defined
1.4.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí ở trường THPTError! Bookmark not defined
1.5 Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật líError! Bookmark not defined
1.5.1 Khái niệm phần mềm dạy họcError! Bookmark not defined
1.5.2 Những yêu cầu chung đối với phần mềm dạy họcError! Bookmark not defined
1.5.3 Phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật líError! Bookmark not defined.1.6 Thực trạng của việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí ở trườngTHPTError! Bookmark not defined
1.6.1 Mục đích tìm hiểuError! Bookmark not defined
1.6.2 Nội dung tìm hiểuError! Bookmark not defined
1.6.3 Phương pháp tìm hiểuError! Bookmark not defined
1.6.4 Kết quả tìm hiểuError! Bookmark not defined
1.7 Kết luận chương 1Error! Bookmark not defined
Trang 4CHƯƠNG 2:XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍẢOHỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍCHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VẬT LÍ12, BANCƠ BẢN THPT Error! Bookmark not
defined
2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học bài thí nghiệm thực hành Chương Dao động cơ.Error! Bookmark not defined
2.1.1 Vị trí của bài thí nghiệm thực hành trong chương Dao động cơError!
Bookmark not defined
2.1.2 Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành Chương Dao động cơError! Bookmark not defined
2.1.3 Nội dung bài thực hành: “Khảo sát các định luật thực nghiệm củaError! Bookmark not defined
2.1.4 Những khó khăn khi làm bài thí nghiệm thực hành Chương Dao động
cơ.Error! Bookmark not defined
2.2 Đề xuất các giải pháp xây dựng và sửdụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dao động cơError! Bookmark not defined
2.2.1 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình tự học,
tự nghiên cứu ở nhà của học sinh (Hỗ trợ tìm kiếm và trao đổi thông tin)Error! Bookmark not defined
2.2.2 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo (Hỗ trợ thực hiện Quy trình)Error! Bookmark not defined
2.2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình kiếm tra, đánh giáError! Bookmark not defined
2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thựcError!
Bookmark not defined
2.3.1 Ý tưởng xây dựng phần mềmError! Bookmark not defined
2.3.2 Xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo bằng Macromedia Error!
Bookmark not defined
2.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dao động cơ.Error! Bookmark not defined
Trang 52.4.1 Các bước tổ chức thí nghiệm thực hành với sự hỗ trợ của thí nghiệm Vật lí ảo.Error! Bookmark not defined.
2.4.2 Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Khảo sát thựcError! Bookmark not defined
2.5 Kết luận chương 2Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 833.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm.Error! Bookmark not defined
3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm.Error! Bookmark not defined
3.1.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm.Error! Bookmark not defined.3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm.Error! Bookmark not defined
3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệmError! Bookmark not defined
3.2.2 Phương thức tổ chức quá trình thực nghiệm sư phạmError! Bookmark not defined
3.3 Kết quả thực nghiệm sư phạmError! Bookmark not defined
3.3.1 Phân tích định tínhError! Bookmark not defined
3.3.2 Phân tích kết quả định lượngError! Bookmark not defined
3.4 Hiệu quả của biện pháp đề tài đã đề xuấtError! Bookmark not defined
3.5 Kếtluận chương 3Error! Bookmark not defined
Trang 69MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trước yêu cầu cấp bách của công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, trước nhu cầu hội nhập, đòi hỏi giáo dục đại học Việt Nam phải có những đổi mới mạnh mẽ Nghị quyết số 14/2005 của Chính phủ về đổi mới cơ bản và toàn diện GDĐH Việt Nam giai đoạn 2006-2020 đã nêu: “Mục tiêu chung là đổi mới cơ bản
và toàn diện GDĐH, tạo được chuyển biến cơ bản về chất lượng, hiệu quả và quy
mô, đáp ứng yêu cầu của sựnghiệpCông nghiệp hoá-hiện đại hóa đất nước, hội nhập kinh tế quốc tế” và yêu cầu giáo dục, đào tạo sinh viên trong thời kỳ mới:
"Phát triển tiềm năng nghiên cứu sáng tạo, kĩ năng nghề nghiệp, năng lực hoạt động trong cộng đồng và khả năng lập nghiệp của người học"Môn Vật lílà môn học không thể thiếu các bài thí nghiệm, đặc biệt là các bài thí nghiệm thực hành của học sinh, bởi Vật lícũng như một số môn học khác, là một môn khoa học thực nghiệm Việc nắm vững mục đích, cơ sở lý thuyết liên quan đến các thí nghiệm, các kĩ năng lắp ráp cũng như các thao tác khi tiến hành thí nghiệm có ý nghĩa rất lớn Nó góp phần quan trọngtrong quá trình tổ chức các hoạt động nhận thức tích cực và tự lực của học sinh Đồng thời,thí nghiệm Vật lícòn tạo ra và nâng cao hứng thú học tập cho học sinh, tạo cho học sinh niềm tin khoa học bằng những kiến thức
đã thu nhận đượctrong quá trình học.Trong nhữngnăm trở lạiđây, phòng thí nghiệm
ở các trường phổ thông đã được trang bị một cách khá đầy đủ về số lượngthiết bị thí nghiệm, nhưng vẫn còn nhiều khó khăn cần phải khắc phục, như nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa đảm bảo yêu cầu, cán bộ quản lý thí nghiệm thì không chuyên nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp còn nhiều khó khăn Đồng thời, mỗi tiết học chỉ diễn ra trong thời gian 45 phút, không đủ để thực hiện hoàn chỉnh một bài thực hành Vật lí, gây trở ngại cho cả thày và trò Trong mỗi giờ thực hành Vật lí, thời gian chủ yếu dành cho thao tác giới thiệu và lắp ráp thiết bị nên thời gian để đo đạc và xử lýkết quả còn lại rất ít Muốn có nhiều thời gian hơn, người thày phải dành thời gian để chuẩn bị trước cho bài thực hành trước khi lên lớp Để làm được điều này thì các bài thực hành Vật lícần được bố trí trong các phòng chuyên môn riêng biệt để mỗi khi có tiết thí nghiệm thực hành, học sinh chỉ cần lên phòng học chuyên môn và tiến hành các thao tác đo đạc, tính toán Tuy nhiên, hiện nay có rất ít các trường phổ thông đượctrang bịphòng học chuyên môn nên giáo viên vẫn phải mang các thiết bị, đồ dùngthí nghiệm lên lớp học để hướng dẫn cũng như cho học sinh làm thí nghiệm thực hành Điều này dẫn đến thiết bị thí nghiệm
có thể bị hỏng hóc, bị lỗitrong quá trìnhvận chuyển, khiến cho chất lượng quá trình dạy và học còn nhiềuhạn chế Nhiều khi do phân phối chương trình, có nhiều lớp
Trang 7cùng tiến hành bài thực hành, mà số lượng bộ dụng cụ có hạn, nên phải lùi thời gian thực hành lại,
10dẫn tới hiệu quả giảng dạy giảm sút Một lý do nữa là, bài thực hành được chia làm 2 tiết, tiết 1 nêu ra cơ sở lý thuyết, giới thiệu dụng cụ, các phương án, các bước thực hành; tiết 2 sẽ cho học sinh thực hành, thu thập số liệu, xử lý số liệu Tiết 1 chỉ có giới thiệu dụng cụ thí nghiệm và học sinh chỉ quan sát thí nghiệm thì không thể hiểu phương án thí nghiệm, cũng như nắm vững cácbước tiến hành thí nghiệm Điều đó sẽ dẫn tới khi làm thí nghiệm thực hành, học sinh có thể thu được các số liệu xa rời thực tế.Hiện nay, việc ứng dụng CNTT đã góp phần khắc phục những khó khăn cho giáo viên khi lên lớp, nâng cao hứng thú học tập cho họcsinh khi làm bài thực hành Đồng thời CNTT cũng làm phong phú thêm các bài thí nghiệm thực hành, thí nghiệm biểu diễn, tạo điều kiện cho học sinh tiếp cận với công nghệ hiện đại, với nhiều loại hình thí nghiệm, loại hình kiểm tra trực tiếp trên máy tính từ đó nâng cao chất lượng giảng dạy của giáo viên cũng như việc học tập của học
sinh.Có rất nhiều phần mềm tin học được sử dụng trong quá trình dạy học, trong
đó phần mềm Macromedia Flashlà phần mềm có khả năng lập trình đa phương tiện, có khả năng xử lý hình ảnh cũng như video rất tốt Nó có khả năng chạy tốt trên cả máy tính cá nhân và mạng Internet nên được sử dụng ngày càng nhiều để phát triển các phần mềm dạy học Có thể dùng phần mềm Macromedia Flash đểlập trình thí nghiệm ảo dựa trên các thí nghiệmthực sẽ góp phần giải quyết các khó khăn và nâng cao được chất lượng dạy học Vật líhiện nay Trong chương trình Vật lílớp 12 thì chương Dao động cơ có nhiều hiện tượng Vật líphức tạp, thậm chí khó thực hiện trong điều kiện thựctế, các thí nghiệm đòi hỏi phải sử dụng những dụng
cụ đo mà học sinh chưa được rèn luyện các kĩ năng sử dụng Vì vậy, để tiến hành các thí nghiệm trong phần này, học sinh gặp phải nhiều khó khăn.Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm ảo phần Dao động cơ -Vật lí12 bằng phần mềm Macromedia Flash nhằm nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh”2 Mục đích nghiên cứuXây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ dạy học Vật línhằm nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh quacác bài thí nghiệm thực hành chương Dao động cơ -Vật lí12, ban Cơ bản THPT.3 Nhiệm vụ nghiên cứu-Nghiên cứu cơ sở lý luận về vai trò của thí nghiệm Vật lítrong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh ở các trường
THPT.-Nghiên cứu cơ sởlý luận về thí nghiệm ảo và những yêu cầu đối với thí nghiệm ảo
11-Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật líảo trong chương Dao động cơ (Vật lí12, ban Cơ bản THPT) đáp ứng các yêu cầu cơ bản của thí
Trang 8nghiệm thực hành hiện nay(đòi hỏi nâng cao tính tích cực, tự lực của học sinh trong khi chuẩn bị, tiến hành và sử dụng các thí nghiệm Vật líphổ thông).-Nghiên cứu việc sử dụng hiệu quả các thí nghiệm Vật líảo đã xây dựng trong quá trình dạy bài thực hành chương Dao động cơ.-Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các bài thí nghiệm thực hành Vật líảo và các tiến trình dạy học
đã xây dựng 4 Khách thể và đối tượng nghiên cứuKhách thể:-Quá trình dạy và học thí nghiệm thực hành có sử dụng thí nghiệm Vật líảo trong các bài của chương Dao động cơ (Vật lí12, ban Cơ bản THPT) của giáo viên và học sinh lớp 12 trường THPT Phổ Yên –Thị xã Phổ Yên –Thái Nguyên.Đối tượng:-Bài thí nghiệm thực hành chương Dao động cơ (Vật lí12, ban Cơ bản THPT)-Quá trình nhận thức, kĩ năng thí nghiệm của học sinh khi được tổ chức học thực hành thí nghiệm có sử dụng phối hợp các thiết bị thí nghiệm thật và thí nghiệm ảo.5 Vấn đề nghiên
cứuĐề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau:-Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật líảo trong chương Dao động cơ (Vật lí12, ban
Cơ bản THPT) như thế nào để đáp ứng các yêu cầu cơ bản của thí nghiệm thực hành Vật líhiện nay ?-Việc sử dụng thí nghiệm Vật líảo hỗ trợ trong quá trình dạy bài thực thành thí nghiệm Vật lítrong chương Dao động cơ như thế nào để có hiệu quả và đúng mục đích ?6 Giả thuyết khoa họcXây dựng các phần mềm thí nghiệm Vật líảo tương tự như thí nghiệm thật cả về hình ảnh, quy trình, thao tác thí nghiệm
và thiết kế tiến trình dạy học có sự kết hợp giữa thí nghiệm Vật líảo và thí nghiệm thật hướng tới các mục tiêu về kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cần hình thành ở học sinh Từ đó nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí
127 Giới hạn phạm vi nghiên cứuVề nội dung nghiên cứu: -Sử dụng phần mềm Macromedia Flash để xây dựng thí nghiệm ảo trong bài thí nghiệm thực hành của chương Dao động cơ (Vật lí12, ban Cơ bản THPT).-Sử dụng thí nghiệm ảo để dạy tiết thực hành thí nghiệm Vật líchương Dao động cơ (Vật lí12, ban Cơ bản
THPT).8 Đóng góp mới của đề tài-Về lý luận Đề tài phát triển lý luận về rèn luyện kĩ năng thí nghiệm Vật lícho học sinh THPT.-Về ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu có thể được vận dụng vào việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh THPT môn Vật lí.9 Phương pháp nghiên cứu-Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu lý luận về thí nghiệm trong dạy và học Vật líở trường THPT; lý luận về thí nghiệm ảo, các yêu cầu đối với thí nghiệm ảo.-Phương pháp nghiên cứu thực tiễn(điều tra, quan sát, chuyên gia ): + Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học thí nghiệm thực hành trong chương Dao động cơ.+ Tham khảo các ý kiến của các chuyên gia giáo dục, chuyên gia tin học về xây dựng và sử dụng thí nghiệm thực hành Vật líảo.-Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành dạy song song lớp thực nghiệm và lớp đối chứng Một lớp sử dụng các thiết bị thí nghiệm thật của
Trang 9phòng thí nghiệm và một lớp sử dụng bài thí nghiệm thực hành ảo kết hợp với thiết
bị thí nghiệm thật.-Phương pháp thống kê toán học: nhằm phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.10 Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, nội dung bản luận văn được chia thành ba
chương:Chương 1.Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài.Chương 2.Xây dựng vàsử dụng thí nghiệm Vật líảo hỗ trợ thực hành Vật líchương Dao động cơ –Vật lí12, ban Cơ bản THPT.Chương 3.Thực nghiệm sư phạm
CHƯƠNG 1CƠSỞLÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀTÀI1.1 Thí nghiệm Vật lívà vai trò trong dạy học ở trường phổ thông1.1.1 Thí nghiệm Vật lí vàđặc điểm
Trang 10của thí nghiệm Vật líThí nghiệm Vật lí(TNVL) là sự tác động một cách có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan
Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác độngvà các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới [5, tr 76]Theo một số định nghĩa thì thí nghiệm là:-Một sự thử nghiệm trong điều kiện có thể kiểm soát được nhằm minh hoạ cho một chân lí đã biết, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học, xác định tính hiệu quả của cái gì đó mà chưa được xác nhận.-Một sự thử nghiệm hay một quá trình trong điều kiện có thể kiểm soát được nhằm kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học hay đưa ra một phát hiện mới.Thí nghiệm Vật lícó cácđặc điểm sau:-Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập một cách có chủ định sao cho thông quaquá trìnhthí nghiệm, có thể trả lời được các câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được các giả thuyết hoặc hệ quả suy
ra từ giả thuyết.Mỗi thí nghiệm có ba yếu tốcấu thành cần được xác định rõ, bao gồm đối tượng cần nghiên cứu,phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động.-Các điều kiện của thí nghiệm có thểlàm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượngnào đó, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi.-Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát theonhư dự định nhờ
sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ quá
trìnhphân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối
đa ảnh hưởng của các tác động gây nhiễu.-Đặc điểm đóng vai tròquan trọng của thí nghiệm là khả năngcó thể quan sát được nhữngbiến đổicủa đại lượng nào đó được gây ra bởisự biến đổi của đại lượng khác Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc.-Đặc tính có thể lặp lại của thí nghiệm Tức là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau,khi bố trí lại hệthốngthí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm thìhiện tượng, quá trình Vật líphải diễn ra trong thí nghiệm giống như các lần thí nghiệm trước đó [7,
tr 56-61]
15Trong nghiên cứu khoa học nói chung, đặc biệt trong nghiên cứu vật lí thì thí nghiệm đóng vai trò hết sức quan trọng.Các định nghĩa này đề cập đến các nội dung sau:-Mục đích của thí nghiệm (kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết, đưa ra một phát hiện mới hay minh hoạ cho một qui luật đã biết)-Đặc điểm của hoạt động thí nghiệm (sự thử nghiệm hay một quá trình trong điều kiện có thể kiểm soát được)-Trong các định nghĩa trên, nội hàm đầy đủ của hoạt động gọi là thí nghiệm với tư cách là một quá trình chưa được chú ý trình bày.1.1.2 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật líở THPT1.1.2.1 Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lý luận nhận thứcXu hướng dạy học hiện đại coi kiến thức về phương pháp hoạt động là một
Trang 11loại kiến thức cơ bản, quan trọng, đó là kiến thức công cụ Học tập vật lí tốt nhất là dùng chính phương pháp nhận thức của Vật lí (Phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình), tổ chức quá trình học tập của học sinh tương tự với quá trình
nghiên cứu của các nhà khoa học.Con đường nhận thức Vật lí cũngđã được nhiều nhà Vật lí chỉ ranhư Newton, A.Einstein, M.Planck, M.Born V.G Razumôpxki
đã khái quát thành chu trình nhận thức như sau: Từ việc khái quát những sự kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình trừu tượng giả định (có tính chất như một giả thuyết); từ mô hình dẫn đến việc rút ra hệ quả lý thuyết (bằng suy luận lôgíc hay suy luận toán học); Để rồi, những hệ quả lý thuyết ấy sẽ được kiểm tra bằng thực nghiệm.+ Nếu thực nghiệm phù hợp với những hệ quả trên thì mô hình giả thuyết
là đúng và đó là cơ sở để giải thích thực tế.+ Nếu thực nghiệm không xác định những hệ quả lý thuyết ấy thì hoặc làm mô hình lý thuyết không phù hợp hoặc tìm
ra giới hạn áp dụng cho mô hình giả thuyết Chu trình nhận thức khoa
họcnàyđượcV.G Razumôpxkikhái quát bằngsơ đồ như trên hình1.1 [5]Hình 1.1:
Sơ đồChu trình sáng tạo theo V.G Razumôpxki.[5]Mô hình giả định trừu tƣợngCác hệ quả lôgícThí nghiệmkiểm traNhững sự kiện khởi đầu
16Do mỗi mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một mặt của thực tế nên khi ta mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc ta gặp những sự kiện thực nghiệm mới không thể giải thích được bằng mô hình cũ, lúc này ta phải bổ sung, chỉnh lý mô hình cũ cho phù hợp hoặc thậm chí phải bỏ đi để xây dựng một mô hình mới cho một chu trình mới của quá trình nhận thức Như vậy, chu trình nhận thức khoa học không khép kín mà được mở rộng dần dần, làm giàu thêm kiến thức khoa học và cũng nhờ đó mà con người ngày càng tiếp cận gần hơn với chân lý khách quan.Tương ứng với chu trình sáng tạo khoa học, đối với việc xây dựng một kiến thức vật lí cụ thể thì tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề được mô tả như sau:"đề xuất vấn đề -suy đoán giải pháp -khảo sát lí thuyết hoặc thực nghiệm -kiểm tra, vận dụng kết quả".-Đề xuất vấn đề: Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng hi vọng có thể tìm tòi, xây dựng được Diễn đạt nhu cầu đó thành câu hỏi.-Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát cho phép
đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được để đi tới cái cần tìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra mà nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm.-Khảo sát lí thuyết hoặc thực
nghiệm: Vận hành mô hình rút ra kết luận lôgíc về cái cần tìm hoặc thiết kế
phương án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lượm dữ liệu cần thiết và xem xét, rút ra kết luận về cái cần tìm.-Kiểm tra, vận dụng kết quả: xem xét khả năng chấp nhận được của các kết quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải
Trang 12thích/tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp của lí thuyết và thực nghiệm Xem xét sự cách biệt giữa kết luận có được nhờ suy luận lí thuyết với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung, sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khi chưa có
sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi xây dựng cái cần tìm.Sự xây dựng tri thức khoa học như trên không phải là công việc chỉ của riêng một nhà khoa học mà là một quá trình mang tính xã hội Nhận thức của mỗi cá nhân, thành viên xã hội, tiến triển trong sự tương tác xã hội và xung đột xã hội -nhận
17thức Kết quả nghiên cứu của mỗi cá nhân nhà khoa học có sự hỗtrợ của người khác Kết quả đó được thông báo và trải qua sự tranh luận, phản bác, bảo vệ trong cộng đồng các nhà khoa học Nhờ đó kết quả nghiên cứu được chỉnh lí, bổ sung, hoàn thiện và được cộng đồng khoa học chấp nhận Trong dạy học vật lí, cần tạo điều kiện cho học sinh trải qua các giai đoạn của các giai đoạn nhận thức theo các nhà khoa học, để học sinh khám phá ra các kiến thức Vật lí, tái tạo lại, biến chúng thành vốn liếng của bản thân mình Những trải nghiệm đó sẽ là cơ sở để sau này, người học hoàn toàn có thể khám phá ra được những kiến thức mới.Quá trình hoạt động nhận thức Vật líthường diễn ra những hành động phổ biến sau: -Quan sáthiện tượng Vật líxảy ra rồi từ đó phân tíchnóđược thành những hiện tượng đơn giản, xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng và tìm ra những dấu hiệu đặc trưng, bản chất của sự vật, hiện tượng.-Tìm ra những tính chất chung; mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng.-Mô hình hoá những sự kiện quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lý tưởng để sử dụng chúng làm công cụ tư duy.-Đo đạc các đại lượng Vật lí, tìm ra mối quan hệ dưới dạng hàm số giữa các đại lượng Vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học.-Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định; giải thích một hiện tượng thực tế.-Xây dựng một giả thuyết, từ giả thuyết suy ra hệ quả.-Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết (hệ quả).-Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định luật Vật lí.-Diễn đạtbằng lời những kết quả thu được Đánh giá kết quả hành động.-Tìm phương pháp chung để giải quyết một loạt các vấn đềtương tự Cuối cùng, mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác, được sắp xếp theo một trình tự xác định Ứng với mỗi thao tác trong những điều kiện cụ thể là những phương tiện, công cụ thích hợp Những thao tác phổ biến trong quá trình nhận thức Vật lílà:-Thao tác vật chất: + Nhận biết bằng giác quan.+ Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, hơ nóng, làm biến dạng,cọ xát, + Sử dụng các dụng cụ đo
Trang 1318+ Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị ).+ Thu thập tài liệu, ghi nhận số liệu thực nghiệm.+ Thay đổi các điều kiện thí nghiệm, điều chỉnh -Thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, quy nạp, diễn dịch, Tùy thuộc vào vốn hiểu biết của con người, khối kiến thức đã có về đối tượng cần nghiên cứumà thí nghiệm có những vai trò quan trọng khác nhau Trong dạy học Vật líở trường phổ thông, thí nghiệm có các vaitrò sau:+ Thí
nghiệm là phương tiện để học sinh thu nhận tri thức Khi học sinh hoàn toàn chưa
có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng như là một phương tiện để phân tích hiện thực khách quan thông qua quá trình thiết lập đối tượng nghiên cứu một cách chủ quannhư: thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả quan sátvà đo đạc được từ thí nghiệm để từ đó thu nhận những kiến thức đầu tiên về đối tượng cần nghiên cứu + Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức mà học sinh đã thu được Trong nhiều trường hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức học sinh
đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác Nhờ vậy, học sinh sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn.+ Thí nghiệm là phương tiện học sinh vận dụng những tri thức đã tiếp thu được vào thực tiễn Trong quá trìnhvận dụng các tri thức lý thuyết vào việc thiết kế, vận dụng, học sinh sẽgặp phải nhữngkhó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật hoặc các lý do khách quan khác Khi đó thí nghiệm được sử dụng như một phương tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn + Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lí Thí nghiệm Vật líđặc biệt đóng vai trò quan trọng đối với các phương pháp nhận thức phổ biến trong nghiên cứu Vật lí,
đó là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình, cụ thể như sau:-Phương pháp thực
nghiệm,làphươngphápthuthậpcácsựkiệntrongnhữngđiềukiệnđượctạoramộtcáchđặcbiệt(tạorakinhnghiệmmới,lýthuyếtmớiđểkhẳngđịnhnhữngmốiliênhệdựkiếnsẽcótrongnhữngđiềukiệnmới)đảmbảochosựthểhiệntíchcực,chủđộngcủacáchiệntượng,sựkiệnnghiêncứu.Phương pháp thực nghiệm khoa học là một trong các phương pháp cơ bản trong nghiên cứu khoa học Song chỉ được sử dụng khi và chỉ khi đặt ra bài toán làm sáng tỏ các mối liên hệ, sự phụ thuộc, giữa các hiện tượng nghiên cứu và
sự
19thể hiện các giả định, kiểm định các giả thuyết.Có 3 điều kiện để sử dụng
phương pháp thực nghiệm khoa học:+ Biết được chính xác những yếu tố nào ảnh hưởng đến sự nảy sinh và diễn biến của các hiện tượng nghiên cứu.+ Xác định
Trang 14được những nguyên nhân của các hiện tượng do vạch ra được các điều kiện ảnh hưởng.+ Lặp lại thí nghiệm nhiều lần tuỳ theo ý muốn và như vậy sẽ thu được, tích luỹ được những tài liệu định lượng mà từ đó có thể phán đoán về tính điển hình hay ngẫu nhiên của các hiện tượng nghiên cứu.Phươngphápthựcnghiệmđược chia
ra gồm 4 giai đoạn:1-Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời.2-Đề xuất giả thuyết.3-Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgíc rút ra hệ quả có thể kiểm tra bằng thí nghiệm.4-Xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả
đã rút ra Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân thực, nếu kết quảthuđược không phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới Như vậy thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của phương pháp thực nghiệm.-Phương pháp mô hình,là một phương pháp khoa học để nghiên cứu các đối tượng, các quá trình bằng cách xây dựng các mô hình của chúng (các mô hình này bảo toàn các tính chất cơ bản được trích ra của đối tượng đang nghiên cứu) và dựa trên mô hình đó để nghiên cứu trở lại đối tượng thực Phương pháp mô hìnhgồm 4 giai đoạn: 1-Thu thập các thông tin về đối tượng gốc Ở giai đoạn này các thông tin về đối tượng gốc thường được thu thập nhờ thí nghiệm, qua thí nghiệm có thể loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tìm ra các thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc.2-Xây dựng mô hình Căncứ trên các thông tin thuộc tính và mối quan hệ bản chết của đối tượng gốc, ta xây dựng nên
mô hình cho đối tượng Nếu mô hình là vật chất người ta sẽ phải tiến hành các thí nghiệm thực với nó.3-Thu thập các thông tin trên mô hình để suy ra các hệ quả lý thuyết.4-Kiểm tralạihệ quả trên đối tượng gốc Trong giai đoạn này, thông qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được trênmô hình với những kết quả thu được trên vật gốc, kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụngcủa mô hình.[5], [7]
201.1.2.2 Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lý luận dạy học.Theo quan điểm của
lý luận dạy học, thí nghiệm có các vai trò sau:+ Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy họcnhư: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức, kĩ năng mới; củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh.Việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề, đặc biệt có hiệu quả trong giai đoạn đề xuất vấn đề
cầnnghiên cứu Các thí nghiệm được sử dụng để tạo tình huống có vấn đề thường
là các thí nghiệm đơn giản, tốn ít thời gian chuẩn bị cũng như thời gian tiến hành thí nghiệm Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, thí nghiệm cung cấp một cách có hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó quy nạp, khái quát hoá, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới.Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng