Vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương chất khí vật lí 10 trung học phổ thông

Theo tác giả Phạm Hữu Tòng: “Nếu nhà khoa học dựa trên việc thiết kế nghĩ ra phương án thí nghiệm khả thi và tiến hành thí nghiệm thao tác với các vật thể, thiết bị dụng cụ, quan sát, đ

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Thành ph ố Hồ Chí Minh – 2015

ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố ở bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 9 năm 2015

Tác giả

Thập Nữ Anh Hoa

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TS Phạm Thế Dân đã tận tâm

chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt khóa học

Xin gửi lời cảm ơn tới Phòng Sau Đại học, Trường Đại học Sư phạm Thành

phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 9 năm 2015

Tác giả

Thập Nữ Anh Hoa

L ỜI CAM ĐOAN

L ỜI CẢM ƠN

M ỤC LỤC

DANH M ỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH M ỤC CÁC BẢNG

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ

M Ở ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC VẬN DỤNG CÁC GIAI ĐOẠN C ỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀO DẠY HỌC VẬT LÍ 5

1.1 Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí 5

1.1.1 S ự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của Vật lí h ọc 5

1.1.2 N ội dung của phương pháp thực nghiệm 6

1.2 Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí 7

1.2.1 Phương pháp thực nghiệm trong mục tiêu dạy học 7

1.2.2 Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm 9

1.2.3 Các m ức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí 11

1.2.4 Nh ững hoạt động của GV và HS khi dạy học theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm 13

1.3 Vi ệc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí và vi ệc phát huy tính tích cực của HS 17

1.3.1 Tính tích c ực nhận thức 17

1.3.2 Nh ững biểu hiện của tính tích cực nhận thức của HS 18

1.3.3 Quan h ệ giữa việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào d ạy học vật lí và việc phát huy tính tích cực của HS 18

1.4 Vi ệc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí và vi ệc bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS 19

1.4.1 Năng lực và năng lực sáng tạo 19

1.4.3 Quan h ệ giữa việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

vào d ạy học vật lí và việc bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS 21

K ẾT LUẬN CỦA CHƯƠNG 1 23

CHƯƠNG 2 SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” - V ẬT LÍ 10 THPT THEO CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHI ỆM 24

2.1 M ục tiêu dạy học của chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT 24

2.2 C ấu trúc chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT 25

2.3 Phân ph ối chương trình chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT 25

2.4 Th ực tiễn dạy và học chương “Chất khí” Vật lí 10 ở một số trường THPT 26

2.4.1 N ội dung điều tra 26

2.4.2 Phương pháp điều tra 26

2.4.3 K ết quả điều tra 26

2.5 Chu ẩn bị các thí nghiệm định tính và định lượng để triển khai dạy học chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT 27

2.5.1 Các thí nghi ệm định tính 27

2.5.2 Các thí nghi ệm định lượng 31

2.5.3 Nh ận xét chung về các thí nghiệm đã chuẩn bị 37

2.6 So ạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Chất khí” theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm 38

2.6.1 Bài th ứ 1: Quá trình đẳng nhiệt Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 38

2.6.2 Bài th ứ 2: Quá trình đẳng tích Định luật Sác-lơ 48

2.6.3 Bài th ứ 3: Phương trình trạng thái khí lý tưởng (tiết 2 – Mối liên hệ giữa th ể tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp) 60

K ẾT LUẬN CỦA CHƯƠNG 2 71

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 72

3.1 M ục đích, nhiệm vụ, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 72

3.1.1 M ục đích của thực nghiệm sư phạm 72

3.1.3 Đối tượng của thực nghiệm sư phạm 72

3.1.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 72

3.2 Phân tích v à đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 73

3.2.1 Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 73

3.2.2 Phân tích và đánh giá định tính kết quả thực nghiệm sư phạm 74

3.2.3 Phân tích và đánh giá định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm 78

K ẾT LUẬN CỦA CHƯƠNG 3 83

K ẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 84

KI ẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI 85

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 86

PH Ụ LỤC

DANH M ỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Ch ữ viết tắt Ch ữ viết đầy đủ

B ảng Trang

Bảng 2.1 Kết quả tham khảo của thí nghiệm khảo sát định lượng định luật

Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 32

Bảng 2.2 Kết quả tham khảo của thí nghiệm khảo sát định lượng định luật

Sác-lơ 34

Bảng 2.3 Kết quả tham khảo của thí nghiệm khảo sát về mối liên hệ giữa thể

tích và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp 36

Bảng 2.4 Kết quả thí nghiệm khảo sát định lượng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 39

Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm khảo sát định lượng định luật Sác-lơ 49

Bảng 2.6 Kết quả thí nghiệm khảo sát định lượng mối liên hệ giữa thể tích

và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp 61

Bảng 3.1 Bảng kết quả quan sát biểu hiện tính tích cực của HS 76

Bảng 3.2 Bảng thống kê điểm kiểm tra 1 tiết cuối đợt thực nghiệm sư phạm

của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 78

Bảng 3.3 Bảng phân bố tần suất điểm kiểm tra 1 tiết cuối đợt thực nghiệm sư

phạm của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 78

Bảng 3.4 Bảng phân bố tần suất tích lũy điểm kiểm tra 1 tiết cuối đợt thực

nghiệm sư phạm của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 79

Bảng 3.5 Bảng kết quả điểm trung bình cộng và độ lệch chuẩn được xử lý từ

phần mềm SPSS 80

Bảng 3.6 Bảng kết quả kiểm định t – test hai mẫu độc lập được xử lý từ phần

mềm SPSS 82

Hình v ẽ và biểu đồ Trang

Hình 2.1 Cấu trúc chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT 25 Hình 2.2 Thí nghiệm định tính về định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 28 Hình 2.3 Thí nghiệm định tính về định luật Sác-lơ 29 Hình 2.4 Thí nghiệm định tính về mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ trong

quá trình đẳng áp 30 Hình 2.5 Cách lắp ráp thí nghiệm khảo sát định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 31 Hình 2.6 Bộ thí nghiệm khảo sát định lượng định luật Sác-lơ 33 Hình 2.7 Bộ thí nghiệm khảo sát định lượng mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt

độ tuyệt đối trong quá trình đẳng áp 35 Hình 2.8 Sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức bài “Quá trình đẳng nhiệt

Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt” 41 Hình 2.9 Sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức bài “Quá trình đẳng tích

Định luật Sác-lơ” 52 Hình 2.10 Sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức bài “Phương trình trạng

thái khí lý tưởng (tiết 2)” 64Hình 3.1 Biểu đồ phân bố tần suất điểm kiểm tra 1 tiết cuối đợt thực nghiệm sư

phạm của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 79 Hình 3.2 Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy điểm kiểm tra 1 tiết cuối đợt thực

nghiệm sư phạm của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 80

M Ở ĐẦU

1 Lí do ch ọn đề tài

Đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá nhằm mục tiêu dân giàu, nước mạnh, xã

hội công bằng, văn minh, vững bước đi lên chủ nghĩa xã hội là nhiệm vụ quan trọng

của nước ta hiện nay Muốn tiến hành công nghiệp hoá, hiện đại hoá thắng lợi phải phát triển mạnh giáo dục - đào tạo, phát huy nguồn lực con người, yếu tố cơ bản của

sự phát triển nhanh và bền vững Để thực hiện Nghị quyết Đại hội VIII, Hội nghị lần

thứ hai Ban Chấp hành Trung ương quyết định định hướng chiến lược phát triển giáo

dục - đào tạo trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá

Nước ta đã tiến hành nhiều cải cách, nhưng mọi cải cách, sửa đổi giáo dục trong nhiều năm qua vẫn chưa đáp ứng được thực tiễn Hầu hết, mọi cải cách đều quanh

quẩn nền tảng giáo dục cũ để an toàn cho người làm cải cách [23] Một điều quan

trọng để cải cách giáo dục thành công là phải đổi mới toàn diện, đồng thời và đồng bộ trên tất cả các yếu tố cấu thành của hoạt động giáo dục Một trong những yếu tố cấu thành nên hoạt động giáo dục là phương pháp dạy học Vì vậy, việc đổi mới phương pháp dạy học là cần thiết Trong điều 28 của Luật Giáo dục năm 2005 cũng nêu rõ:

“Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng

tạo của HS; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp

tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực

tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS” [11]

Phương pháp thực nghiệm là một trong những phương pháp nhận thức, có vai trò

và vị trí quan trọng trong quá trình nhận thức của HS Phương pháp thực nghiệm giúp

HS hình thành và hoàn thiện những phẩm chất tâm lý, là nền tảng cho hoạt động sáng

tạo; hoạt động nhận thức theo phương pháp thực nghiệm giúp cho HS thấy được sự

gắn bó mật thiết giữa lý thuyết và thực tiễn; ngoài ra, việc áp dụng phương pháp thực nghiệm cho phép phát huy tính tích cực, góp phần bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS [21] Hơn nữa, môn Vật lí là bộ môn khoa học thực nghiệm ở trường phổ thông, khi

dạy môn này đòi hỏi GV phải liên hệ thực tế nhiều, phải giúp HS xây dựng kiến qua các thí nghiệm Vì vậy, vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào quá trình giảng dạy vật lí là hợp lí

Đã nhiều có công trình nghiên cứu về vấn đề vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học một số kiến thức vật lí Tuy nhiên, việc nghiên cứu ứng

dụng với từng kiến thức cụ thể cho từng đối tượng HS cụ thể thì chưa được thực hiện đầy đủ

Với những lí do trên, chúng tôi tiếp tục hướng nghiên cứu với đề tài “Vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương “Chất khí” - Vật

3 Đối tượng nghiên cứu

Phương pháp thực nghiệm và quá trình dạy học chương “Chất khí” - Vật lí 10 ở

phần bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS

6 Nhi ệm vụ nghiên cứu

 Nghiên c ứu cơ sở lý luận

- Nghiên cứu mục tiêu dạy học ở trường THPT

- Nghiên cứu lý luận về các quan điểm hiện đại về dạy học

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí

- Nghiên cứu các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm

 Nghiên c ứu thực tiễn

- Tìm hiểu thực tế việc dạy và học chương “Chất khí” - Vật lí 10 ở một số trường

- Xử lý số liệu thu được

- Phân tích và đánh giá kết quả thu được

7 Phương pháp nghiên cứu

 P hương pháp nghiên cứu lý luận

- Nghiên cứu các tài liệu về lý luận dạy học, lý luận dạy học vật lí, các tài liệu về phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí và trong dạy học vật lí

- Nghiên cứu các tài liệu về mục tiêu dạy học, chương trình, cấu trúc và nội dung

một số kiến thức chương “Chất khí” - Vật lí 10 THPT

- Nghiên cứu về phương pháp sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí

- Nghiên cứu các thí nghiệm chương “Chất khí” - Vật lí 10 THPT

- Nghiên cứu các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm

 Phương pháp điều tra

- Điều tra thực tiễn việc dạy và học chương “Chất khí” - Vật lí 10 ở một số trường phổ thông

- Điều tra trang, thiết bị thí nghiệm chương “Chất khí” ở trường phổ thông sẽ

thực nghiệm sư phạm

- Điều tra tình hình học tập của HS trước khi thực nghiệm sư phạm

 Phương pháp quan sát

- Quan sát tình hình dạy học chương “Chất khí” - Vật lí 10 ở các trường phổ thông

- Quan sát sự phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS

 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các tiến trình dạy học được soạn theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

8 Đóng góp của luận văn

- Góp phần làm rõ thêm cơ sở lý luận về phương pháp thực nghiệm trong dạy học

vật lí

- Kết quả nghiên cứu có thể làm tư liệu tham khảo cho GV và HS trong quá trình

dạy học chương “Chất khí”

9 C ấu trúc của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, ba chương nội dung, phần kết luận của luận văn,

kiến nghị và hướng mở rộng đề tài, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục

Ba chương của luận văn có tên là:

Chương 1: Cơ sở lý luận của việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí

Chương 2: Xây dựng tiến trình dạy học chương “Chất khí” - Vật lí 10 THPT theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC VẬN DỤNG CÁC GIAI ĐOẠN CỦA

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀO DẠY HỌC VẬT LÍ

1.1 Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí

1.1.1 S ự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của Vật lí

h ọc

Trong thời cổ đại, mục đích của khoa học là tìm hiểu và giải thích thiên nhiên

một cách toàn bộ mà chưa đi vào từng lĩnh vực hiện tượng cụ thể vì lúc này khoa học chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học Những nhà hiền triết thời này thuộc giai

cấp chủ nô hoặc những người tự do coi trọng sự suy lý, sự tranh luận và coi khinh việc làm thí nghiệm, là loại lao động chân tay của giai cấp nô lệ Trong thời này, Aristote (384 – 322 TCN), một đại biểu tiêu biểu cho nền khoa học cổ đại, cũng không dùng thí nghiệm mà đi đến kết luận bằng cách lập luận [1]

Thời trung đại, tư tưởng của Aristote trở thành những giáo điều bất khả xâm

phạm Giáo hội Gia tô có một địa vị tối cao trong đời sống xã hội châu Âu nên Giáo

hội đã dùng uy quyền của mình để chống lại khoa học mỗi khi khoa học chỉ ra một chân lý mới trái với kinh thánh, thậm chí còn dùng cả bạo lực để ngăn cản bước tiến

của khoa học Tuy vậy, trong thời này cũng có những người muốn tìm những con đường mới hơn để đi đến nhận thức khoa học như Roger Bacon (1214 – 1294) cho

rằng khoa học không chỉ có nhiệm vụ bình giải lời lẽ của những kẻ có uy tín mà khoa

học còn phải được xây dựng trên cơ sở lập luận chặt chẽ và thí nghiệm chính xác Vì

vậy, ông bị giáo hội lên án và bị cầm tù hơn 20 năm tới khi 74 tuổi [16]

Đến thế kỷ XVII, Galile (1564 – 1642) đã xây dựng những cơ sở của một nền vật

lí học mới - vật lí học thực nghiệm - chân chính, thay thế cho vật lí học của Aristote

bằng hàng loạt các nghiên cứu về thiên văn học, cơ học, âm học, quang học…Galile cho rằng muốn hiểu biết thiên nhiên phải trực tiếp quan sát thiên nhiên, phải làm thí nghiệm, phải “hỏi thiên nhiên” chứ không phải hỏi Aristote hoặc kinh thánh Trước

một hiện tượng tự nhiên cần tìm hiểu, Galile bắt đầu bằng quan sát để xác định rõ vấn

đề cần nghiên cứu, đưa ra một cách giải thích lý thuyết có tính chất dự đoán Từ lý thuyết đó, ông rút ra những kết luận có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm Sau đó, ông bố trí thí nghiệm thích hợp, tạo điều kiện thí nghiệm và phương tiện thí nghiệm tốt

nhất để có thể đạt kết quả chính xác tin cậy được Cuối cùng, ông đối chiếu kết quả thu được bằng thực nghiệm với lý thuyết ban đầu Phương pháp của Galile có tính hệ

thống, tính khoa học, có chức năng nhận thức luận, tổng quát hóa về mặt lý thuyết

những sự kiện thực nghiệm và phát hiện ra bản chất của sự vật hiện tượng Về sau, các nhà khoa học khác đã kế thừa phương pháp đó và xây dựng cho hoàn chỉnh hơn

Những thành tựu ban đầu của vật lí học thực nghiệm đã khiến cho thế kỉ XVII trở thành thế kỉ của cuộc cách mạng khoa học thắng lợi với các đại diện tiêu biểu: Torricelli (1608 – 1662), Pascal (1623 – 1662), Otto Guericke (1602 – 1685), Boyle (1627 – 1691), Gilbert (1540 – 1603)… [1]

Như vậy, phương pháp thực nghiệm với tư cách là một phương pháp nhận thức khoa học đã ra đời và không những thành công trong sự phát triển của Vật lí học cổ điển mà còn có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu Vật lí học hiện đại

1.1.2 N ội dung của phương pháp thực nghiệm

Galile được coi là ông tổ của vật lí thực nghiệm, người sáng lập ra vật lí thực nghiệm và các nhà khoa học sau này đã kế thừa và hoàn chỉnh hơn Spaski đã nêu lên

thực chất của phương pháp thực nghiệm của Galile như sau: Xuất phát từ quan sát và

thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết (dự đoán) Giả thuyết đó không

chỉ đơn thuần là sự tổng quát hóa các sự kiện thực nghiệm đã làm Nó chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể Bằng phép suy luận logic và

bằng toán học, các nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số các sự kiện mới trước đó chưa biết đến Những hệ quả và sự kiện mới đó

lại có thể dùng thực nghiệm mà kiểm tra lại được, và nếu sự kiểm tra đó thành công,

nó khẳng định giả thuyết, biến giả thuyết thành định luật chính xác [21]

Theo tác giả Phạm Hữu Tòng: “Nếu nhà khoa học dựa trên việc thiết kế (nghĩ ra) phương án thí nghiệm khả thi và tiến hành thí nghiệm ( thao tác với các vật thể, thiết bị

dụng cụ, quan sát, đo đạc ) để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra (nó là một nhận định về một tính chất, một mối liên hệ, một nguyên lí nào đó, cho phép đề xuất một kết luận mới hoặc xác minh một giả thuyết, một phỏng đoán khoa

học nào đó) thì phương pháp nhận thức trong trường hợp này được gọi là phương pháp

thực nghiệm” [14]

Còn theo tác giả Nguyễn Đức Thâm và Nguyễn Ngọc Hưng thì phân biệt phương pháp thực nghiệm theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp Theo nghĩa rộng, phương pháp thực nghiệm có thể bao gồm từ những ý tưởng ban đầu của các nhà khoa học cho đến kết

luận cuối cùng Theo nghĩa hẹp, phương pháp thực nghiệm có thể hiểu như sau: từ lý thuyết đã biết suy ra hệ quả và dùng thí nghiệm để kiểm tra hệ quả Các nhà thực nghiệm không nhất thiết tự mình xây dựng giả thuyết mà giả thuyết đó đã có người khác đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được Nhiệm vụ của nhà vật lí thực nghiệm lúc này

là từ giả thuyết đã có suy ra hệ quả có thể kiểm tra được và tìm cách bố trí thí nghiệm khéo léo, tinh vi để quan sát được hiện tượng do lý thuyết dự đoán và thực hiện các phép đo chính xác [16] Phương pháp thực nghiệm có thể hiểu theo nghĩa rộng hoặc nghĩa hẹp tùy theo quan điểm của mỗi người xem xét, gắn với lịch sử của vật lí học, cũng như tùy theo mục đích cụ thể của người vận dụng nó trong dạy học ở các bậc học khác nhau Nhưng mặc dù phát biểu theo cách nào thì các yếu tố cơ bản của phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học cũng bao gồm:

- Vấn đề cần giải đáp hoặc giả thuyết cần kiểm tra

- Xử lý một giả thuyết để có thể đưa nó vào kiểm tra bằng thực nghiệm

- Xây dựng (thiết kế) phương án thí nghiệm cho phép thu lượm thông tin cần thiết cho sự xác lập giả thuyết hoặc kiểm tra giả thuyết

- Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả (quan sát, đo…)

- Phân tích kết quả và kết luận

1.2 Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí

1.2.1 Phương pháp thực nghiệm trong mục tiêu dạy học

Hội nghị Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng Sản Việt Nam lần 2, khóa VIII

đã chỉ rõ mục tiêu của giáo dục trong giai đoạn mới là: “Nhiệm vụ và mục tiêu cơ bản

của giáo dục là nhằm xây dựng những con người và thế hệ tha thiết, gắn bó với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội, có đạo đức trong sáng, có ý chí kiên cường xây dựng và bảo vệ tổ quốc; tham gia tích cực vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước; giữ gìn và phát huy các giá trị văn hóa dân tộc, có năng lực tiếp thu tinh hoa văn hóa nhân loại; phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Việt Nam, có ý

thức cộng đồng và phát huy tính tích cực của cá nhân, làm chủ tri thức khoa học và

công nghệ hiện đại, có tư duy sáng tạo, có kỹ năng thực hành giỏi, có tác phong công nghiệp, có tính tổ chức kỷ luật, có sức khỏe, là người thừa kế xây dựng chủ nghĩa xã

hội vừa “hồng” vừa “chuyên” như lời căn dặn của Bác Hồ” [17]

Phương pháp thực nghiệm có những đặc điểm riêng nên khi sử dụng nó trong dạy

học vật lí sẽ thực hiện có hiệu quả mục tiêu dạy học [1]

+ Phương pháp thực nghiệm giúp HS hình thành và hoàn thiện những phẩm chất tâm lí là nền tảng cho hoạt động sáng tạo Phương pháp thực nghiệm dạy cho HS tìm tòi sáng tạo theo con đường và kinh nghiệm hoạt động sáng tạo mà các nhà khoa học

đã trải qua, nó làm cho HS quen dần với cách suy nghĩ, làm việc theo kiểu vật lí Trong quá trình giải quyết những vấn đề đó, HS sẽ bộc lộ những nét đặc trưng của

hoạt động sáng tạo và đồng thời hình thành, hoàn thiện ở bản thân những phẩm chất tâm lí là nền tảng cho hoạt động sáng tạo

+ Phương pháp thực nghiệm cho phép gắn lý thuyết với thực tiễn Thực tiễn được nói trong phương pháp thực nghiệm là các hiện tượng, các quá trình vật lí được

mô tả, được tái hiện qua các thí nghiệm do GV hay chính HS tự làm Việc HS trực tiếp

đề xuất phương án và tiến hành thí nghiệm kiểm tra các hiện tượng, làm việc với các thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo, giải quyết những khó khăn trong thực nghiệm tạo điều kiện cho các em nâng cao được năng lực thực hành, gần gũi hơn với đời sống và

kỹ thuật, khái quát hóa các kết quả thực nghiệm, rút ra những kết luận có tính chất lý thuyết ( như tính chất của sự vật, hiện tượng, quy luật diễn biến, quan hệ…) Hoạt động nhận thức theo phương pháp thực nghiệm làm cho HS thấy được sự gắn bó mật thiết giữa lý thuyết và thực tiễn

+ Phương pháp thực nghiệm là phương pháp tìm tòi, giải quyết vấn đề, có thể áp

dụng để giải quyết những vấn đề từ nhỏ đến lớn, rất sát với thực tiễn, ở mọi trình độ, không đòi hỏi vốn kiến thức quá nhiều Đối với yêu cầu dạy học xuất phát từ vốn kinh nghiệm của bản thân, phương pháp thực nghiệm lại càng phù hợp hơn Phương pháp

thực nghiệm sẽ giúp các em giải quyết vấn đề trong học tập, trên cơ sở đó nắm vững

kiến thức, kỹ năng, tích lũy kinh nghiệm, nắm vững phương pháp giải quyết vấn đề trong thực tiễn

+ Việc áp dụng phương pháp thực nghiệm rèn luyện cho HS nhiều năng lực Nó

tích cực hóa đến mức tối đa hoạt động nhận thức của HS, cho phép hình thành kiến

thức sâu sắc và bền vững, tăng cường hứng thú đối với môn học Nó thôi thúc trong

HS một nhu cầu về hoạt động sáng tạo, bồi dưỡng cho các em cá tính sáng tạo

Tuy nhiên, phương pháp thực nghiệm tốn nhiều thời gian trong khi đó thời gian

của tiết học chỉ có 45 phút, điều này đòi hỏi GV phải khéo léo trong việc tổ chức và hướng dẫn HS giải quyết vấn đề Mặt khác, thành phần HS của lớp học không cùng trình độ, có nguy cơ của một bộ phận HS đứng ngoài những hoạt động, vì các em không đủ khả năng giải quyết các yêu cầu Vì vậy, khi soạn giáo án GV cần lựa chọn

mức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm phù hợp trình độ chung của cả lớp Ngoài

ra, phương pháp thực nghiệm không phải lúc nào cũng áp dụng được cho tất cả các

kiểu bài học vật lí Do đó, GV cần áp dụng phương pháp thực nghiệm vào các bài học phù hợp để thu được kết quả tốt

1.2.2 Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

Khi vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí,

GV tổ chức cho HS hoạt động theo các giai đoạn sau [1], [16]:

 Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề

GV tổ chức các tình huống học tập có vấn đề như: mô tả một hoàn cảnh thực tiễn,

biểu diễn một vài thí nghiệm… trong đó, có các mối liên hệ đáng chú ý, các biểu hiện

bản chất hay những quy luật phổ biến mà HS chưa ý thức được và yêu cầu các em dự đoán diễn biến của hiện tượng hoặc xác lập mối liên hệ nào đó Tóm lại, nêu lên một câu hỏi mà HS chưa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời được Từ đó, kích thích hứng thú học tập của HS

 Giai đoạn 2: Xây dựng giả thuyết

GV hướng dẫn, gợi ý cho HS xây dựng một câu trả lời dự đoán ban đầu dựa vào

sự quan sát, vào kinh nghiệm của bản thân, vào những kiến thức đã có… (ta gọi là xây

dựng giả thuyết ) Những dự đoán này có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lý nhưng chưa chắc

chắn Người GV phải hướng dẫn các em biết dự đoán có căn cứ, giúp HS lập luận, loại

trừ các dự đoán chưa có căn cứ vững chắc, chọn lựa và xây dựng dự đoán hợp lí hơn

cả

 Giai đoạn 3: Từ giả thuyết, suy luận rút ra hệ quả có thể kiểm tra được

Giả thuyết được nêu dưới dạng một phán đoán: đó là một nhận định có thể mang tính bản chất khái quát Tính đúng đắn của giả thuyết cần phải được kiểm tra Việc

kiểm tra trực tiếp một nhận định khái quát thường không thể mà thay vào đó là kiểm tra hệ quả của nó Hệ quả được suy luận từ giả thuyết trong phương pháp thực nghiệm

phải thỏa mãn 2 điều:

+ Tuân theo quy tắc logic hoặc toán học

+ Có thể kiểm tra bằng thí nghiệm vật lí

Các phép suy luận logic và toán học phải dẫn đến kết luận có dạng:

+ Biểu thức toán học biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng vật lí mà những đại lượng này phải đo được trực tiếp (ví dụ: nhiệt độ, thể tích…)

+ Một khẳng định tồn tại hay không tồn tại một hiện tượng nào đó có thể quan sát được trực tiếp hoặc quan sát gián tiếp qua sự biến đổi của một đại lượng vật lí nào đó

Việc suy ra hệ quả logic có thể gồm một số trong các thao tác sau: phân tích, so sánh đối chiếu, suy luận suy diễn, cụ thể hóa

 Giai đoạn 4: Đề xuất, tiến hành thí nghiệm để kiểm tra hệ quả và rút

ra k ết luận

Trong giai đoạn này bao gồm các thao tác sau:

a Đề xuất phương án thí nghiệm

Ở thao tác này, người GV phải làm sao cho HS có thể tự do đề xuất các ý tưởng

của mình, từ đó GV có thể hướng dẫn, luyện tập để các ý tưởng đó ngày càng có căn

cứ hơn và hiện thực hơn thì mới phát triển được năng lực sáng tạo của HS

Trong thao tác này GV cần:

- Tổ chức cho HS hoặc nhóm HS báo cáo kết quả nghiên cứu của mình trước lớp

- Tổ chức cho HS (các nhóm HS) trao đổi, tranh luận, đánh giá kết quả nghiên

cứu của bạn, thí nghiệm có kiểm tra được đúng điều dự đoán không, cần bổ sung điều

chỉnh thế nào

- Giúp HS chuẩn xác hóa các kết luận, rút ra kiến thức Nếu kết quả thí nghiệm

khẳng định hệ quả tức là khẳng định tính chân thực của giả thuyết Nếu kết quả thí nghiệm phủ định hệ quả thì phải kiểm tra lại thí nghiệm (bố trí đã hợp lý chưa, tiến hành có gì chưa đúng…) hoặc quá trình suy ra hệ quả logic có sai lầm gì hoặc là phải xem lại chính bản thân giả thuyết để điều chỉnh, thậm chí phải thay đổi bằng giả thuyết khác cho đến khi có sự phù hợp của kết quả thí nghiệm với hệ quả mới thì lúc đó giả thuyết nêu ra mới thành chân lý khoa học (định luật, thuyết, định lý…)

 Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức

HS vận dụng kiến thức mới để giải thích hay dự đoán một số hiện tượng trong

thực tiễn, nghiên cứu các thiết bị kĩ thuật trong đời sống, sản xuất Thông qua đó, trong một số trường hợp, sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mới cần giải quyết

1.2.3 Các m ức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí

Những bài học mà HS có thể tham gia đầy đủ vào cả 5 giai đoạn không nhiều Đó

là những bài mà việc xây dựng giải thuyết không đòi hỏi một sự phân tích quá phức

tạp và có thể kiểm tra giải thuyết bằng những thí nghiệm đơn giản, sử dụng những

dụng cụ đo lường mà HS đã quen thuộc Trong nhiều trường hợp, HS gặp khó khăn không thể vượt qua được thì có thể sử dụng phương pháp thực nghiệm ở các mức độ khác nhau [16], [21]

Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề

M ức độ 1: GV giới thiệu hiện tượng xảy ra đúng như thường thấy trong tự

nhiên để cho HS tự lực phát hiện những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý

cần nghiên cứu

M ức độ 2: GV tạo ra một hoàn cảnh đặc biệt, trong đó, xuất hiện một hiện

tượng mới lạ, lôi cuốn sự chú ý của HS, gây cho họ sự ngạc nhiên, sự tò mò; từ đó, HS nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải đáp

M ức độ 3: GV nhắc lại một vấn đề, một hiện tượng đã biết và yêu cầu HS phát

hiện xem trong vấn đề hay hiện tượng đã biết, có chỗ nào chưa hoàn chỉnh, đầy đủ cần

tiếp tục nghiên cứu

Giai đoạn 2: Xây dựng giả thuyết

M ức độ 1: Dự đoán định tính: Trong những hiện tượng thực tế phức tạp, dự đoán về nguyên nhân chính, mối quan hệ chính chi phối hiện tượng

M ức độ 2: Dự đoán định lượng: Những quan sát đơn giản khó có thể dẫn tới

một dự đoán về mối quan hệ hàm số, định lượng giữa các đại lượng vật lý biểu diễn các đặc tính của sự vật, các mặt của hiện tượng

M ức độ 3: Những dự đoán đòi hỏi một sự quan sát chính xác, tỉ mỉ, một sự

tổng hợp nhiều sự kiện thực nghiệm

Giai đoạn 3: Từ giả thuyết, suy luận rút ra hệ quả có thể kiểm tra được

M ức độ 1: Hệ quả có thể quan sát, đo lường trực tiếp

M ức độ 2: Hệ quả không quan sát trực tiếp bằng các dụng cụ đo mà phải tính

toán gián tiếp qua việc đo các đại lượng khác

M ức độ 3: Hệ quả suy ra trong điều kiện lý tưởng Có nhiều trường hợp, hiện

tượng thực tế bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố tác động không thể loại trừ được, nhưng

ta chỉ xét quan hệ giữa một số rất ít yếu tố; như vậy, hệ quả suy ra từ giả thuyết chỉ gần đúng

Giai đoạn 4: Đề xuất, tiến hành thí nghiệm để kiểm tra hệ quả và rút ra kết

lu ận

M ức độ 1: Thí nghiệm đơn giản, HS đã biết cách thực hiện các phép đo, sử

dụng các dụng cụ đo HS báo cáo và thảo luận kết quả nghiên cứu với lớp theo yêu cầu

của GV

M ức độ 2: HS đã biết nguyên tắc đo các đại lượng nhưng việc bố trí thí nghiệm

cho sát với các điều kiện lý tưởng có khó khăn Vì vậy, GV phải giúp đỡ bằng cách

giới thiệu phương án làm để HS lựa chọn và thực hiện HS có nhu cầu thảo luận, tranh

luận về kết quả nghiên cứu một cách nghiêm túc, sôi nổi

M ức độ 3: Những thí nghiệm rất phức tạp, không thể thực hiện ở trường phổ

thông nên GV mô tả thí nghiệm rồi thông báo kết quả của các phép đo để HS gia công các số liệu, rút ra kết luận hoặc GV thông báo cả kết luận HS có khả năng báo cáo, hùng biện về kết quả nghiên cứu để khẳng định kiến thức

Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức

M ức độ 1: Chỉ cần vận dụng định luật vật lí để làm sáng tỏ nguyên nhân của

hiện tượng hoặc tính toán trong điều kiện lý tưởng

M ức độ 2: Xét một ứng dụng kỹ thuật đã được đơn giản hóa để có thể chỉ cần

áp dụng một vài định luật vật lí

M ức độ 3: Xét một ứng dụng kỹ thuật, trong đó, không chỉ áp dụng các định

luật vật lí mà còn cần phải có những giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng vật

lí có hiệu quả cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuất Trong loại ứng dụng này, HS không những phải vận dụng những kiến thức vừa học mà còn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết, những kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác nhau của vật lí

1.2.4 Nh ững hoạt động của GV và HS khi dạy học theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

1.2.4.1 Nh ững hoạt động của HS

 Đối với hoạt động học tập Vật lí của HS ở trường THPT thì các hành động được dùng phổ biến là [21]:

• Quan sát, nhận biết những dấu hiệu đặc trưng của sự vật, hiện tượng

• Phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản

• Xác định những giai đoạn diễn biến của hiện tượng

• Tìm các dấu hiệu giống nhau của các sự vật, hiện tượng

• Bố trí một thí nghiệm để tạo ra một hiện tượng trong những điều kiện xác định

• Tìm những tính chất chung của nhiều sự vật, hiện tượng

• Tìm mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng

• Tìm mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng

• Mô hình hóa những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm,

những mô hình lý tưởng để sử dụng chúng làm công cụ của tư duy

• Đo một đại lượng vật lí

• Tìm mối quan hệ 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 một một hệ quả

• Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả)

• Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định luật vật

lí

• Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được

• Đánh giá kết quả hành động

• Tìm những phương pháp chung để giải quyết một loại vấn đề

 Những thao tác phổ biến cần dùng trong hoạt động nhận thức vật lí [1]

a Thao tác vật chất

• Nhận biết bằng các giác quan

• Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, tác dụng lực, làm di chuyển, làm biến dạng, hơ nóng, làm lạnh, cọ xát, đặt vào một điện áp…

• Sử dụng các dụng cụ đo

• Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị)

• Thu thập tài liệu, số liệu thực nghiệm

• Thay đổi các điều kiện thí nghiệm

b Thao tác tư duy

• Phân tích

• Tổng hợp

• So sánh

• Trừu tượng hóa

• Khái quát hóa

• Cụ thể hóa

• Suy luận quy nạp

• Suy luận diễn dịch

• Suy luận tương tự

Những hành động và thao tác ở trên là những hành động và thao tác được dùng

phổ biến trong quá trình nhận thức vật lí của HS ở trường phổ thông

 Trong dạy học theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm HS cần phải có

kỹ năng thực hiện những thao tác và hành động sau [21]:

a Đo đạc:

• Đo đạc những đại lượng biến thiên nhanh

• Đo gián tiếp các đại lượng

• Biết cách tính sai số tuyệt đối, tương đối và đánh giá độ chính xác của phép đo

• Biết vẽ đồ thị Biết sử dụng đồ thị tra cứu những thông tin cần thiết

b Quan sát:

• Quan sát hiện tượng diễn biến nhanh

• Quan sát quá trình có nhiều hơn 2 đại lượng biến thiên, biết khống chế điều kiện

để đơn giản hóa quá trình (các quá trình biến đổi trạng thái chất khí) Mô tả kết quả quan sát bằng bảng số, đồ thị từ đó rút ra những nhận xét

• Quan sát để đưa ra giả thuyết sơ bộ

c Thí nghiệm Vật lí: Biết sử dụng các hành động và thao tác trong việc tiến hành thí nghiệm theo chỉ dẫn; bước đầu có hiểu biết và kỹ năng đề xuất phương án thí nghiệm nhằm kiểm tra giả thuyết; rút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu

d Về các thao tác tư duy: Biết phân tích, so sánh các kết quả quan sát và đo đạc, thí nghiệm; biết tổng hợp và khái quát hóa để rút ra kết luận đơn giản

1.2.4.2 Nh ững hoạt động chủ yếu của GV khi hướng dẫn HS chiếm lĩnh

ki ến thức theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

- Xây dựng tình huống có vấn đề

- Lựa chọn một logic nội dung bài học thích hợp

- Rèn luyện cho HS kỹ năng thực hiện những thao tác cơ bản, những hành động

+ Định hướng tái tạo: là kiểu định hướng trong đó người dạy hướng HS vào việc huy động, áp dụng những kiến thức, cách thức hoạt động HS đã nắm được hoặc đã được người dạy chỉ ra một cách tường minh, để HS có thể thực hiện nhiệm vụ mà họ đảm nhận

Sự định hướng tái tạo lại có thể phân biệt thành hai trình độ khác nhau đối với hành động đòi hỏi ở HS Đó là:

Định hướng tái tạo từng thao tác cụ thể riêng rẽ Người học theo dõi, thực hiện,

bắt chước lặp lại theo thao tác mẫu cụ thể do người dạy chỉ ra

Định hướng tái tạo angôrit Người dạy chỉ ra một cách khái quát tổng thể trình

tự hành động để người học tự chủ giải quyết được nhiệm vụ

+ Định hướng tìm tòi: là kiểu định hướng trong đó người dạy không chỉ ra cho

HS một cách tường minh các kiến thức và cách thức hoạt động cần áp dụng, mà người

dạy chỉ đưa ra cho HS những gợi ý sao cho HS có thể tự tìm tòi, huy động hoặc xây

dựng những kiến thức và cách thức hoạt động thích hợp để giải quyết nhiệm vụ mà họ đảm nhận

+ Định hướng khái quát chương trình hóa: là kiểu định hướng phối hợp các đặc điểm của hai kiểu định hướng trên, trong đó, trước hết người dạy cũng gợi ý cho HS tự tìm tòi nhưng chú ý giúp cho HS ý thức được đúng đường lối khái quát của việc tìm tòi giải quyết vấn đề và sự định hướng được chương trình hóa theo các bước hợp lí, theo các bước từ cao đến thấp đối với HS; từ tổng quát, tổng thể, toàn bộ đến riêng

biệt, chi tiết, bộ phận; từ tìm tòi đến tái tạo sao cho thực hiện được một cách có hiệu

quả các yêu cầu cao nhất, vừa sức HS

Trong việc định hướng hành động tư duy HS theo các giai đoạn của phương pháp

thực nghiệm vật lí thì các câu hỏi khái quát thường có dạng [21]:

+ Câu hỏi định hướng nêu giả thuyết: Từ quan sát hay từ thí nghiệm ta thấy có

mối liên hệ nào giữa đại lượng A và đại lượng B? Từ quan sát hay từ thí nghiệm ta

thấy hiện tượng a xuất hiện khi nào? Trong điều kiện nào?

+ Câu hỏi định hướng nêu hệ quả logic: Nếu giả thuyết đúng thì từ giả thuyết suy

ra hệ quả nào có thể kiểm tra bằng thí nghiệm?

+ Câu hỏi định hướng nêu phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết hay hệ quả

của giả thuyết: Cần phải làm thí nghiệm như thế nào để kiểm tra điều đó? Dụng cụ gì?

Lắp ráp ra sao? Trình tự tiến hành thế nào? Xử lý số liệu kết quả thí nghiệm như thế nào?

+ Câu hỏi định hướng thực hiện thí nghiệm kiểm tra: Kết quả thí nghiệm có phù

hợp với điều giả thuyết không không?

+ Câu hỏi định hướng rút ra kết luận: Rút ra kết luận gì về vấn đề nghiên cứu? + Câu hỏi định hướng vận dụng trong tình huống đặt vấn đề: Kiến thức mới, định

luật, nguyên lý mới giải thích thế nào cho vấn đề nêu ra ở đề bài?

+ Câu hỏi định hướng vận dụng trong tình huống mới: Thí dụ nào chứng minh cho kết luận vừa rút ra?

1.3 Vi ệc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí

và vi ệc phát huy tính tích cực của HS

1.3.1 Tính tích c ực nhận thức

Tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS là phương pháp chủ yếu để bồi dưỡng tính năng động và tư duy sáng tạo của HS Vì vậy, nó luôn luôn là một trong những

vấn đề quan trọng nhất của giáo dục

Tính tích cực là một phẩm chất của con người trong đời sống xã hội Hình thành

và phát triển tính tích cực là một trong các nhiệm vụ chủ yếu của giáo dục, nhằm đào

tạo những con người năng động, thích ứng và góp phần phát triển cộng đồng Tính tích

cực là điều kiện, đồng thời là kết quả của sự phát triển nhân cách trong quá trình giáo

dục [4]

Tính tích cực nhận thức là trạng thái hoạt động của HS, đặc trưng bởi khát vọng

học tập, cố gắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình nắm vững kiến thức Nói cách khác, là thái độ cải tạo của chủ thể đối với khách thể thông qua sự huy động ở mức độ cao các chức năng tâm lý nhằm giải quyết những vấn đề học tập – nhận thức [21] Tính tích cực nhận thức là khái niệm biểu thị sự nỗ lực của chủ thể khi tương tác

với đối tượng trong quá trình học tập, nghiên cứu; thể hiện ở sự nỗ lực hoạt động trí

tuệ, sự huy động ở mức độ cao các chức năng tâm lí như hứng thú, chú ý, ý chí…

nhằm đạt được mục đích đặt ra với chất lượng cao [12]

Tóm lại, tính tích cực nhận thức là khái niệm biểu thị sự nỗ lực hoạt động trí tuệ,

hoạt động chân tay (như lắp ráp, tiến hành thí nghiệm,…), sự huy động ở mức độ cao các chức năng tâm lí như hứng thú, chú ý, ý chí… của chủ thể khi tương tác với đối tượng trong quá trình học tập, nghiên cứu nhằm đạt được mục đích đặt ra

1.3.2 Nh ững biểu hiện của tính tích cực nhận thức của HS

Để phát hiện các em có tích cực trong học tập hay không, có thể dựa vào một số

biểu hiện sau đây [4], [21]:

- Các em có chú ý học tập không?

- Các em có hăng hái tham gia vào mọi hình thức của hoạt động học tập không?

Ở mức độ nào? (thể hiện ở chỗ giơ tay phát biểu ý kiến, ghi chép,…)

- Có hoàn thành nhiệm vụ được giao không?

- Có ghi nhớ tốt những điều đã học không? Có hiểu bài không? Có thể trình bày

lại nội dung bài học theo ngôn ngữ riêng không?

- Có vận dụng được kiến thức đã học vào thực tiễn không?

- Có đọc thêm, làm thêm các bài tập khác không?

- Tốc độ học tập có nhanh không?

- Có hứng thú trong học tập không hay vì một ngoại lực nào đó mà phải học?

- Có quyết tâm, có ý chí vượt khó khăn trong học tập không?

- Có sáng tạo trong học tập không?

Ngoài ra, khi dạy học theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm có một số

biểu hiện thể hiện tính tích cực của HS như tự hoàn thành việc làm thí nghiệm, xử lý được số liệu, biết rút ra kết luận từ kết quả xử lý số liệu, hoàn thành thí nghiệm trước

giờ quy định của GV,…

1.3.3 Quan h ệ giữa việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghi ệm vào dạy học vật lí và việc phát huy tính tích cực của HS

Thí nghiệm có vai trò to lớn trong việc phát huy tính tích cực của HS Một trong

những ưu điểm nổi bật nhất của thí nghiệm vật lí là có thể gây tò mò, ham hiểu biết

của HS Tham gia một thí nghiệm vật lí là một cách để giúp HS trải nghiệm thực tế, khi thực hiện thí nghiệm xuất hiện những vấn đề mới mẻ, bất ngờ…gây sự tò mò, ngạc nhiên và do đó, kích thích hứng thú học tập làm cho HS tích cực, tự lực tham gia vào các hoạt động học tập Thông qua các thí nghiệm vật lí HS sẽ hăng hái tự mình thực

hiện các hoạt động tìm kiếm và thu thập kiến thức cho mình Trong quá trình thực hiện thí nghiệm vật lí, HS sẽ phải lập phương án thí nghiệm, dự đoán các quá trình diễn ra

của kết quả hay hiện tượng của thí nghiệm Nếu kết quả diễn ra đúng như dự đoán của

HS thì làm cho HS tin tưởng vào sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm Nếu thí nghiệm vật lí diễn ra không đúng như dự đoán, các hiện tượng mới lạ sẽ gây hứng thú,

ngạc nhiên thu hút các em đi tìm câu trả lời Các quá trình xuất hiện trong khi thực

hiện thí nghiệm vật lí sẽ thu hút HS bởi nó kích thích trí tưởng tượng của các em, thúc đẩy các em phải tích cực, tự lực suy nghĩ về những điều vừa xảy ra và xa hơn nữa là liên hệ đến các sự vật, hiện tượng xảy ra trong tự nhiên Trong suy nghĩ của các em sẽ hình thành nên các câu hỏi: “tại sao như thế này mà không như thế kia?”, “có thể giải thích điều đó như thế nào?”, “hiện tượng này tuân theo quy luật nào?” và từ đó, tạo cho HS nhu cầu giải thích, nhu cầu học tập và nhu cầu tự tìm tòi, khám phá [8] Ngoài

ra, thí nghiệm vật lí tạo điều kiện phát triển tình cảm trí tuệ cho HS Những cái mới lạ, khác với suy nghĩ thông thường của HS có chứa các nghịch lý, đây là tác nhân kích thích mạnh mẽ đến nhu cầu đòi hỏi phải giải thích các sự kiện, hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm, óc tìm tòi, do đó động cơ học tập và hứng thú học tập được hình thành một cách tự nhiên Mà hứng thú là một trong những yếu tố tâm lí tạo nên tính tích cực Vì

vậy, thí nghiệm giúp phát huy tính cực của HS

Mặt khác, đối với phương pháp thực nghiệm, thí nghiệm luôn có mặt ở nhiều giai đoạn khác nhau: làm nảy sinh vấn đề, đề xuất, tiến hành thí nghiệm để kiểm tra hệ

quả,… mà thí nghiệm có vai trò to lớn trong việc phát huy tính tích cực của HS nên

việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí có thể phát huy được tính tích cực của HS

1.4 Vi ệc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí

và vi ệc bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS

1.4.1 Năng lực và năng lực sáng tạo

Trong Tâm lí học, năng lực được định nghĩa: “Là tổ hợp các thuộc tính độc đáo

của cá nhân, phù hợp với những yêu cầu của một hoạt động nhất định, đảm bảo cho

hoạt động đó có kết quả”

Huỳnh Văn Sơn cho rằng: “Năng lực sáng tạo là khả năng tạo ra những cái mới

hoặc giải quyết vấn đề một cách mới mẻ của con người” Tương tự, Hồ Bá Thâm có quan niệm ngắn gọn: “Năng lực sáng tạo là năng lực tạo ra cái mới về chất hợp quy

luật” [6]

Theo Trần Việt Dũng: “Năng lực sáng tạo là khả năng tạo ra cái mới có giá trị

của cá nhân dựa trên tổ hợp các phẩm chất độc đáo của cá nhân đó”

Kế thừa những quan điểm trên năng lực sáng tạo được định nghĩa như sau: Năng

lực sáng tạo của HS là khả năng tạo ra cái mới chủ quan của HS dựa trên những đặc

điểm về tâm - sinh lí (thể lực, trí tuệ…) của HS

Cái m ới chủ quan là cái mới chỉ đối với HS, nghĩa là, chỉ cần HS có khả năng tạo

ra những giá trị về vật chất và tinh thần mà mới đối với bản thân HS thì có thể xem HS

có năng lực sáng tạo như tìm ra giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công

những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới,…

Trong đa số trường hợp, có năng lực sáng tạo của bản thân cá nhân thì chưa đủ,

cần phải có điều kiện, môi trường sáng tạo để năng lực sáng tạo đó phát huy Vì vậy, trong dạy học GV cần tạo nhiều cơ hội để HS có thể phát huy năng lực sáng tạo của mình

1.4.2 Các bi ểu hiện của năng lực sáng tạo của HS

Trong quá trình dạy học, năng lực sáng tạo của HS thường biểu hiện [12]:

- Trong rất nhiều trường hợp, quá trình dạy học đòi hỏi có sự tự lực chuyển các tri thức và kỹ năng sang một hướng mới Sự liên hệ giữa tình huống mới và kiến thức

cũ càng xa bao nhiêu thì mức độ sáng tạo càng cao

- Nhìn thấy vấn đề mới trong những điều kiện quen biết

- Nhìn thấy chức năng mới của một đối tượng quen biết

- Nhìn thấy cấu trúc của đối tượng đang nghiên cứu Thực chất của năng lực này

là nhanh chóng nhìn thấy cấu trúc của đối tượng cũng như các bộ phận, các yếu tố và các mối quan hệ giữa chúng

- Nêu được giả thuyết, biết nêu giả thuyết có căn cứ

- Đề xuất được phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, phương án có thể thiếu

thực tế, chưa rõ tính khả thi, chỉ cần có ý tưởng hợp lí

- Nhận biết và hạn chế được những nguyên nhân dẫn đến sai số khi tiến hành thí

nghiệm

- Nhìn thấy nhiều lời giải cho một bài toán

- Biết tận dụng tối đa các kiến thức đã biết khi giải quyết vấn đề

- Sáng tạo được một phương thức giải độc đáo

- Dự đoán được hiện tượng thí nghiệm khi GV mô tả thí nghiệm

- Thiết kế được thí nghiệm hoặc nêu các hiện tượng thực tế đáp ứng những yêu

cầu của GV

1.4.3 Quan h ệ giữa việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghi ệm vào dạy học vật lí và việc bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS

Cơ sở lý thuyết của việc phát triển khả năng sáng tạo của học sinh trong quá trình

dạy học là sự hiểu biết những quy luật của sự sáng tạo khoa học tự nhiên Chúng ta đã

biết rằng nhiều nhà khoa học như A Einstein, M Planck, M Born, V.G

Razumôpxki đều có những lời phát biểu giống nhau về quá trình sáng tạo khoa học Trên cơ sở những lời phát biểu đó, có thể trình bày quá trình sáng tạo khoa học dưới

dạng chu trình gồm bốn giai đoạn chính: Từ sự khái quát hoá những sự kiện khởi đầu

đi đến xây dựng mô hình trừu tượng của hiện tượng (đề xuất giả thuyết); từ mô hình suy ra các hệ quả lôgic; từ hệ quả đi đến thiết kế và tiến hành kiểm tra bằng thực nghiệm; nếu các sự kiện thực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì giả thuyết trở thành chân lý khoa học, một định luật, một thuyết vật lý và kết thúc một chu trình

Những hệ quả như thế ngày một nhiều, mở rộng phạm vi ứng dụng của các thuyết và định luật vật lý Cho đến khi xuất hiện những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp

với các hệ quả rút ra từ lý thuyết thì điều đó dẫn tới phải xem lại lý thuyết cũ, cần phải

chỉnh lý lại hoặc phải thay đổi mô hình giả thuyết, và như thế lại bắt đầu một chu trình

mới, xây dựng những giả thuyết mới, thiết kế những thiết bị mới để kiểm tra và như

vậy mà kiến thức của nhân loại ngày một phong phú thêm Việc vận dụng chu trình sáng tạo khoa học trong dạy học có tác dụng rất lớn để phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của học sinh Mà phương pháp thực nghiệm được phỏng theo chu trình sáng

tạo khoa học nên việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy

học vật lí có ý nghĩa to lớn trong việc bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh [10], [25]

Mặt khác, làm nảy sinh vấn đề là một trong những giai đoạn của việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí Khái niệm “vấn đề” dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà HS không thể dùng tư duy tái

hiện đơn thuần các kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động đã có mà phải tìm tòi sáng

tạo mới giải quyết được và khi giải quyết được thì HS sẽ thu được những kiến thức, kĩ năng và cách thức hành động mới Khi vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí thì có hai giai đoạn khó khăn nhất, đòi hỏi sự sáng tạo cao

đó là giai đoạn xây dựng giả thuyết và giai đoạn đề xuất, tiến hành thí nghiệm để kiểm tra hệ quả, rút ra kết luận Hình thành hai giai đoạn này chủ yếu dựa vào trực giác và

sự sáng tạo của HS GV nên tạo cơ hội để HS có thể tự lực giải quyết Năng lực sáng

tạo gắn liền với kỹ năng, kỹ xảo và vốn hiểu biết của HS Nếu HS có vốn hiểu biết sâu

rộng và càng thành thạo thì càng nhạy bén trong xây dựng giả thuyết, có thể đưa ra nhiều phương án thí nghiệm kiểm chứng để lựa chọn [24]

Như vậy, vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật

lí thì có thể bồi dưỡng được năng lực sáng tạo của HS

K ẾT LUẬN CỦA CHƯƠNG 1

Trong chương này, chúng tôi đã trình bày cơ sở lý luận về phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí, phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí, việc phát huy tính tích cực và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS Ngoài ra, trong chương này chúng tôi còn trình bày về quan hệ giữa việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí với việc phát huy tính tích cực và bồi dưỡng năng

Tất cả cơ sở lý luận nghiên cứu trên sẽ được chúng tôi cụ thể hóa trong việc xây

dựng tiến trình dạy học các bài học chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT

Chương 2 SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” -

V ẬT LÍ 10 THPT THEO CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC

NGHI ỆM 2.1 M ục tiêu dạy học của chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT

a) V ề kiến thức

- Phát biểu được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí

- Nêu được các đặc điểm của khí lý tưởng

- Phát biểu và viết được biểu thức của định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt, Sác-lơ

- Nêu được khái niệm nhiệt độ tuyệt đối

- Nêu được các thông số p, V, T xác định trạng thái của một lượng khí

- Viết được phương trình trạng thái của khí lý tưởng pV const

T =

b) V ề kỹ năng

- Vận dụng được phương trình trạng thái khí lý tưởng

- Vẽ được đường đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt trong hệ tọa độ (p, V)

2.2 C ấu trúc chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT

Hình 2.1 Cấu trúc chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT

2.3 Phân ph ối chương trình chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT

Thời gian dạy học chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT theo quy định trong phân

phối chương trình là 5 tiết Cụ thể:

Tiết 47: Cấu tạo chất Thuyết động học phân tử chất khí

Tiết 48: Quá trình đẳng nhiệt Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

Tiết 49: Quá trình đẳng tích Định luật Sác-lơ

Tiết 50: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng (Tiết 1)

Tiết 51: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng (Tiết 2)

Thể

rắn

Thuyết động

học phân

tử chất khí

Quá trình đẳng

áp

Quá trình đẳng tích

Quá trình đẳng nhiệt

Khí lý tưởng

Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

Đường đẳng nhiệt Định luật Sác-lơ

Đường đẳng tích

Mối liên hệ giữa

V, T khi p=const

Đường đẳng

áp

Phương trình

trạng thái khí

lý tưởng

2.4 Th ực tiễn dạy và học chương “Chất khí” Vật lí 10 ở một số trường THPT 2.4.1 N ội dung điều tra

+ Tìm hiểu tình trạng thiết bị thí nghiệm và tình hình sử dụng thí nghiệm về các định luật chất khí ở các trường THPT

+ Tìm hiểu phương pháp dạy học chương “Chất khí” của GV và thực tiễn của

việc vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào dạy học vật lí ở trường THPT

+ Tìm hiểu phương pháp học của HS và những khó khăn mà HS gặp phải khi học chương “Chất khí”

2.4.2 Phương pháp điều tra

+ Điều tra GV: trao đổi trực tiếp với 3 GV, xem 9 giáo án của 3 GV, dự giờ 2 tiết

dạy của 2 GV ở trường THPT Nguyễn Du thuộc tỉnh Ninh Thuận; trao đổi trực tiếp

với 2 GV, xem 6 giáo án của 2 GV, dự giờ 2 tiết dạy của 2 GV ở trường PT DTNT năng Tắc thuộc tỉnh Ninh Thuận

Pi-+ Điều tra HS: phát phiếu điều tra (xem phụ lục 1) cho 90 HS ở trường THPT Nguyễn Du và 96 HS ở trường PT DTNT Pi-năng Tắc thuộc tỉnh Ninh Thuận

2.4.3 K ết quả điều tra

+ Bài soạn của GV chưa phân định rõ ràng các hoạt động của GV và HS, một số

sử dụng lại các giáo án của năm trước

+ GV chủ yếu thông báo kiến thức cho HS, ít tạo cơ hội cho HS thể hiện tính tích

cực, phát triển năng lực sáng tạo

+ Hầu hết GV chưa sử dụng thí nghiệm khi dạy chương “Chất khí” vì một phần

do nhà trường chưa trang bị đầy đủ các thiết bị thí nghiệm và một phần do bản thân

GV nghĩ các thí nghiệm tốn nhiều thời gian

+ Hầu hết GV chưa vận dụng các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vào

dạy học vật lí Một số GV có vận dụng nhưng cũng chỉ vận dụng một số giai đoạn và ở

mức độ nhỏ

 Tình hình h ọc của HS và những khó khăn mà HS gặp phải

+ HS chủ yếu ghi chép, học thuộc kiến thức và chú trọng bài tập định lượng để

phục vụ cho các bài kiểm tra

+ HS gặp nhiều khó khăn trong việc vận dụng các định luật chất khí để giải thích các hiện tượng thực tế

+ HS gặp khó khăn trong việc xác định lượng khí cần xét trong các bài toán thực

tế, phân tích quá trình biến đổi trạng thái để áp dụng kiến thức phù hợp

+ HS không chú ý đến điều kiện áp dụng các định luật chất khí

+ HS gặp nhiều khó khăn trong việc biểu diễn các quá trình biến đổi trạng thái trong hệ tọa độ hoặc chuyển quá trình biến đổi trạng thái từ hệ tọa độ này sang hệ tọa

độ khác

2.5 Chu ẩn bị các thí nghiệm định tính và định lượng để triển khai dạy học chương “Chất khí” Vật lí 10 THPT

2.5.1 Các thí nghi ệm định tính

2.5.1.1 Thí nghi ệm về định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

- M ục đích thí nghiệm: Minh họa sự phụ thuộc áp suất vào thể tích của một

lượng khí xác định trong quá trình đẳng nhiệt

- D ụng cụ thí nghiệm:

+ Xi-lanh dung tích 60 cm3

+ Quả bóng bay

- Ti ến hành thí nghiệm:

Bỏ một quả bóng bay nhỏ (bên trong quả bóng bay có chứa một lượng khí nhỏ và

đã được buộc kín) vào xi-lanh Sau đó, dùng một ngón tay bịt vào đầu xi-lanh, tay còn

lại từ từ ấn pittong xuống và kéo pittong lên

Hình 2.2 Thí nghiệm định tính về định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

- Gi ải thích thí nghiệm:

Đẩy pittong xuống thì quả bóng bay nhỏ dần Kéo pittong lên thì quả bóng bay to

dần

Dùng tay bịt đầu xi-lanh tức là ta nhốt một lượng khí xác định trong xi-lanh, khi

ấn pittong xuống làm cho mật độ phân tử khí trong xi-lanh tăng nên áp suất của khí trong xi-lanh tăng, càng ấn pitong đi xuống thì áp suất càng tăng, làm cho các phân tử khí trong xi-lanh lúc này bị ép lại càng ngày càng gần nhau, các phân tử khí trong xi-lanh này lại ép lên quả bóng bay, dẫn đến áp lực mà các phân tử khí trong xi-lanh tác

dụng lên quả bóng bay ngày càng lớn, làm quả bóng bay bị nhỏ dần Ngược lại, khi

kéo pittong lên làm cho mật độ phân tử khí trong xi-lanh giảm nên áp suất của khí trong xi-lanh giảm, mà chất khí luôn có xu hướng chiếm đầy thể tích bình chứa nên các phân tử khí trong xi-lanh sẽ ngày càng trở nên xa nhau, do đó áp suất khí bên trong xi-lanh tác dụng lên quả bóng cũng giảm, làm cho quả bóng bay to lên

2.5.1.2 Thí nghi ệm về định luật Sác-lơ

- M ục đích thí nghiệm: Minh họa sự phụ thuộc áp suất vào nhiệt độ của một

lượng khí xác định trong quá trình đẳng tích

Đổ nước đã pha thuốc tím vào chậu nhựa, đặt thẳng đứng cây nến vào chậu, dùng

quẹt lửa đốt cháy nến, úp ly thủy tinh vào ngọn nến đang cháy Quan sát mực nước trong ly thủy tinh và ngoài chậu nhựa sau khi nến ngừng cháy

Hình 2.3 Thí nghiệm định tính về định luật Sác-lơ

giảm theo và thấp hơn áp suất bên ngoài nên cột nước dâng lên trong ly thủy tinh

2.5.1.3 Thí nghi ệm về sự phụ thuộc của thể tích vào nhiệt độ của một lượng khí xác định trong quá trình đẳng áp (Định luật Gay Luy-xác)

- M ục đích thí nghiệm: Minh họa sự phụ thuộc thể tích vào nhiệt độ của một

lượng khí xác định trong quá trình đẳng áp

Đun sôi nước trong ấm đun siêu tốc, sau đó đổ từ từ nước nóng vào ly thủy tinh

đã để quả bóng bay (bên trong quả bóng bay có chứa một lượng khí nhỏ và đã được

buộc kín) bên trong Quan sát sự thay đổi của quả bóng bay

- Gi ải thích thí nghiệm:

Hình 2.4 Thí nghiệm định tính về mối liên hệ giữa thể tích và nhiệt độ trong quá

trình đẳng áp