Chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí – vật lí 10

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 ho

2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

i

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn tận tình của GV hướng dẫn và được phía nhà trường tạo điều kiện thuận lợi, tôi đã có một quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và học tập nghiêm túc để hoàn thành đề tài Kết quả thu được không chỉ do nỗ lực của riêng cá nhân tôi mà còn sự giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:

Quý thầy cô trong khoa Vật Lý – Trường ĐHSP – ĐHĐN đã tận tình dạy dỗ, gúp tôi trang bị những kiến thức cân thiết quý báu của một người giáo viên để bước vào đời

T.S Phùng Việt Hải – người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt thời gian qua để tôi hoàn thành khóa luận của mình

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã động viên, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong những tháng ngày tôi học tập tại trường Sư phạm cũng như thời gian tôi hoàn thành khóa luận này

Mặc dù tôi đã cố gắng trong phạm vi cho phép của mình để hoàn thành khóa luận này nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi mong nhận được sự thông cảm và góp ý tận tình của quý thầy cô và bạn bè

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đà nẵng, tháng 4 năm 2019 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 5

1.1 Đặc điểm của môn Vật lý ở trường phổ thông 5

1.2 Nhiệm vụ của dạy học Vật lý ở trường phổ thông 5

1.3 Thí nghiệm vật lý ở trường phổ thông 6

1.3.1 Thí nghiệm Vật lý 6

1.3.3 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý 7

1.3.4 Các chức năng cơ bản của thí nghiệm trong dạy học Vật lý THPT 11

1.3.5 Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lý 17

1.3.6 Các yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lý 27

1.4 Thiết bị thí nghiệm ở trường phổ thông 31

1.4.1 Giá trị đặc biệt của thiết bị thí nghiệm đối với dạy học Vật lý 31

1.4.2 Yêu cầu của các thiết bị thí nghiệm 31

1.5 Yêu cầu trong cải tiến, chế tạo thiết bị thí nghiệm 32

CHƯƠNG 2 CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM “KHẢO SÁT CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ – CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 10” 34

2.1 Mục tiêu cần đạt được của thí nghiệm trong bài học 34

2.1.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 34

2.1.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát định luật Sac – lơ 34

2.1.3 Thí nghiệm 3: Minh họa phương trình trạng thái khí lí tưởng 35

2.1.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát định luật Gay –lussac 35

2.2 Chế tạo bộ thí nghiệm “Khảo sát các định luật chất khí” 35

2.2.1 Thiết bị hỗ trợ gia công, lắp ráp, chế tạo bộ thí nghiệm 35

2.2.2 Quy trình chế tạo bộ thí nghiệm 36

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của bộ thí nghiệm và nguyên tắc đo các đại lượng 41

2.2.4 Những chú ý khi tiến hành chế tạo bộ thí nghiệm 41

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA BỘ THÍ NGHIỆM 42

3.1 Khảo sát, đánh giá kết quả 42

3.1.1 Khảo sát bộ thí nghiệm chứng minh định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt 42

3.1.2 Khảo sát bộ thí nghiệm chứng minh định luật Sac-lơ 46

3.1.3 Khảo sát bộ thí nghiệm chứng minh định luật Gay-lussac 50

3.1.4 Khảo sát bộ thí nghiệm minh hoạ phương trình trạng thái khí lí tưởng 54

3.2 Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm 58

3.3 Soạn thảo tiến trình dạy học sử dụng bộ thí nghiệm 58

3.3.1 Bài 29: Quá trình đẳng nhiệt Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 58

3.3.2 Bài 30: Quá trình đẳng tích định luật Sac-lơ – Chương trình Vật Lí 10 65

3.3.3 Bài 37: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng – Chương trình vật lí 10 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

1 Kết luận 87

2 Kiến nghị 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 89

22 Hình 3.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt 43

23 Hình 3.2a Bộ thí nghiêm khảo sát định luật Sac-lơ 48

24 Hình 3.2b Đồ thị minh họa định luật Sac-lơ 51

25 Hình 3.3 Bộ thí nghiệm khảo sát định luật Gay-lussac 52

26 Hình 3.3.b Đồ thị minh hoạt định luật Gay-lussac 56

27 Hình 3.4 Bố trí thí nghiệm minh hoạt phương trình trạng thái

4 Bảng 3.1a Khảo sát định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt khi tăng áp suất 38

5 Bảng 3.1b Xử lí số liệu định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt khi tăng áp

8 Bảng 3.2a Bảng số liệu khảo sát định luật Sac-lơ 42

9 Bảng 3.2b Bảng xử lí số liệu khảo sát định luật Sac-lơ 43

10 Bảng 3.3a Bảng số liệu khảo sát định luật Gay-lussac 46

11 Bảng 3.3b Xử lí số liệu khảo sát định luật Gay-lussac 46

12 Bảng 3.4a Bảng số liệu khảo sát phương trình trạng thái khí lí

13 Bảng 3.4b Bảng xử lí số liệu khảo sát phương trình trạng thái

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

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

Hiện nay trong dạy học vật lí còn sử dụng rất nhiều thí nghiệm ảo, tuy là dùng thí nghiệm ảo giáo viên vẫn có thể xây dựng được kiến thức vật lí, nhưng vì thí nghiệm ảo là xét trong điều kiện lí tưởng, nên học sinh không thể nhìn ra được những khó khăn trong việc làm thí nghiệm Cũng như không thể phát huy sự sáng tạo khi chỉ thụ động tiếp thu kiến thức Như trong chương trình vật lí 10 chương chất khí ở các trường THPT hiện nay chỉ có bộ thí nghiệm khảo sát định luật Bôi-lơ – Ma ri ôt, còn định luật Sac – lơ chỉ có một số trường có bộ thí nghiệm khảo sát Về định luật Gay-lussac hiện nay chưa có trường nào có bộ thí nghiệm chuẩn để đưa vào sử dụng phổ biến, chỉ có một số bộ thí nghiệm được chế tạo trong các đề tài nghiên cứu Tuy nhiên

về độ chính xác, độ bền, tính ổn định của các bộ thí nghiệm đó vẫn chưa cao

Chính những lí do ở trên, tôi đã mạnh dạn chọn đề tài: “Chế tạo và sử dụng bộ

thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí – Vật lí 10”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Chế tạo được bộ thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí vật lí 10 đảm bảo độ chính xác, tính ổn định và thẩm mĩ

- Thiết kế tiến trình dạy học chương “Chất khí” – Vật lí 10 có sử dụng các thí nghiệm

đã xây dựng

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương tiện dạy học thí nghiệm trong dạy học Vật lý

ở trường trung học phổ thông

- Nghiên cứu nội dung chương “Chất khí” chương trình Vật lý 10

- Nghiên cứu các thí nghiệm Vật lý trong chương “Chất khí” chương trình Vật lý

10

- Thiết kế, chế tạo bộ dụng cụ thí nghiệm khảo sát định luật chật khí – Vật lý 10

- Tiến hành bổ sung, chỉnh sửa và hoàn thiện bộ thí nghiệm cho phù hợp với thực trạng nghiên cứu

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

a Đối tượng nghiên cứu:

- Quá trình dạy học có sử dụng thí nghiệm chương chất khí - chương trình vật lí 10

b Phạm vi nghiên cứu:

- Nội dung kiến thức chương “Chất khí” chương trình Vật lý 10

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận:

 Nghiên cứu và nắm vững mục tiêu chung trong giáo dục, mục tiêu giáo dục của môn Vật lý ở trường phổ thông hiện nay

 Nghiên cứu cơ sở lý luận của về dạy học thí nghiệm Vật Lí ở trường phổ thông

Từ đó, hình thành ý tưởng xây dựng bộ thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí vật lí 10

 Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên và các tài liệu có liên quan để xác định kiến thức, kĩ năng, thái độ mà học sinh cần nắm vững Từ đó định hướng đến những năng lực ở học sinh cần được phát triển

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: 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

- Phương pháp khảo sát, điều tra: Điều tra thực trạng hiện tại của các bộ thí nghiệm

và tình hình dạy học thí nghiệm ở các trường phổ thông

6 Tổng quan 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

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

- Bộ thí nghiệm dùng để khảo sát riêng cho định luật Gay – lussac đã được chế tạo, tuy nhiên chỉ mới bước đầu sử dụng trong dạy học chất khí Về độ chính xác, thẩm mỹ, tính ổn định chưa được cao và chỉ khảo sát được định luật Gay – lussac

Trong đề tài này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu cải tiến bộ thí nghiệm chứng minh định luật Gay-lussac và thí nghiệm minh họa phương trình trạng thái khí lí tưởng Từ đó cải tiến để có thể sử dụng bộ thí nghiệm đó chứng minh định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, đặc biệt là thí nghiệm chứng minh định luật Sác-lơ

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở

TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1 Đặc điểm của môn Vật lý ở trường phổ thông

• Vật lí ở trường phổ thông nghiên cứu những hình thức vận động cơ bản nhất của vật chất

• Vật lí học hiện đại vừa là khoa học thực nghiệm, vừa là khoa học lí thuyết nhưng vật lí ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm

• Tính chất phổ biến và cơ bản của các khái niệm vật lí có ý nghĩa quan trọng tới việc hình thành và phát triển thế giới quan khoa học cho học sinh

• Để nắm vững kiến thức vật lí, học sinh phải tiến hành các thao tác tư duy (phân tích, tổng hợp, so sánh,khái quát hóa, trừu tượng hóa…)

• Vật lí học ở trường phổ thông là cơ sở chế tạo các loại máy móc, thiết bị dùng trong đời sống

Ở trung học phổ thông, Vật lý là môn học thuộc nhóm môn Khoa học tự nhiên, được lựa chọn theo nguyện vọng của học sinh Ở giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp này, môn Vật lý giúp học sinh tiếp tục phát triển các phẩm chất, năng lực đã được định hình trong giai đoạn giáo dục cơ bản, củng cố các phẩm chất, kỹ năng cốt lõi, tạo điều kiện để học sinh bước đầu nhận biết đúng năng lực, sở trường của bản thân, có thái độ tích cực đối với môn học

Môn Vật lý giúp học sinh có được những tri thức phổ thông cốt lõi của Vật lý học và ứng dụng của chúng trong cuộc sống

1.2 Nhiệm vụ của dạy học Vật lý ở trường phổ thông

- Trang bị cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại, tương đối có hệ thống và toàn diện về vật lí

- Phát triển tư duy của học sinh trong việc chiếm lĩnh và vận dụng kiến thức vật lí một cách sáng tạo

- Bồi dưỡng cho học sinh thế giới quan duy vật biện chứng, củng cố lòng tin ở khoa học vô thần, giáo dục lòng yêu nước, yêu chủ nghĩa xã hội

- Góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh

1.3 Thí nghiệm vật lý ở trường phổ thông

1.3.1 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 ”

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 sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.” [5]

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

a) Tính mục 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) Những 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) Một 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) Mọi 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

1.3.2 Đặc điểm của thí nghiệm Vật lý [7]

Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động

Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu

sự phụ thuộc giữa hai đại lượng,, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu ( nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện để không làm xuất hiện các tính chất, các mối quan hệ không được quan tâm)

Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc

Có thể lặp lại được thí nghiệm Điều này có nghĩa là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình vật lý phải diễn ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước

1.3.3 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý

1.3.3.1 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 quy 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 quy 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 quy 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 này dẫn đến sự tách rời giữa lý thuyết và thực tế

1.3.3.2 Vai trò của thí nghiệm Vật lý trong 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 quy 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

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

1.3.4 Các chức năng cơ bản của thí nghiệm trong dạy học Vật lý THPT

1.3.4.1 Theo quan điểm của lí luận nhận thức

Theo quan điểm của lý luận nhận thức, trong dạy học vật lý ở trường phổ thông, thí nghiệm có các chức năng sau:

a) Thí nghiệm là phương tiện để thu nhận tri thức

Vai trò của thí nghiệm trong mỗi giai đoạn của quá trình nhận thức phụ thuộc vào vốn hiểu biết của con người vào đối tượng cần nghiên cứu Nếu học sinh hoàn toàn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng để thu nhận những kiến thức đầu tiên về nó Khi đó, thí nghiệm được sử dụng như là “câu hỏi đối với tự nhiên” và chỉ có thể thông qua thí nghiệm mới trả lời được câu hỏi này Việc thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, và xử lý kết quả quan sát, đo đạc chính là quá trình tìm câu trả lời cho câu hỏi đã đặt ra Hay nói cách khác, thí nghiệm được sử dụng để phân tích hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập nó một cách chủ quan để thu nhận tri thức khách quan

Trong quá trình dạy học vật lý, nhất là ở các lớp dưới và ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức một hiện tượng, quá trình vật lý nào đó, khi học sinh còn chưa có hoặc có hiểu biết ít ỏi về hiện tượng, quá trình vật lý cần nghiên cứu thì thí nghiệm

được sử dụng để cung cấp cho học sinh những dữ liệu cảm tính về hiện tượng, quá trình vật lý này Các dữ liệu này tạo điều kiện cho học sinh đưa ra những giả thuyết, là

cơ sở cho những khái quát hoá về tính chất hay mối liên hệ phổ biến, có tính quy luật của các đại lượng vật lý trong hiện tượng, quá trình vật lý được nghiên cứu

b) Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức

Theo quan điểm của lý luận nhận thức, một trong các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lý là dùng để kiểm tra tính đúng đắn của các tri thức mà học sinh đã thu được trước đó Trong nhiều trường hợp, kết quả của thí nghiệm phủ định tính đúng đắn của tri thức 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, thường ta sẽ thu nhận 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

Trong dạy học vật lý ở trường phổ thông, có một số kiến thức được rút ra từ suy luận lôgic một cách chặt chẽ từ các kiến thức đã biết Trong những trường hợp

này, cần tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của chúng

c) Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

Trong việc vận dụng các tri thức lý thuyết vào việc thiết kế, chế tạo các thiết bị

kỹ thuật, người ta thường gặp nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri thức sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật của các thiết bị cần chế tạo, hoặc do

lý do về kinh tế hay những nguyên nhân về mặt an toàn Khi đó, thí nghiệm được sử dụng như là phương tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn Cơ sở của việc này là tiến hành thí nghiệm với các mô hình, làm tiền đề cho việc chế tạo những dụng cụ, những thiết bị sử dụng trong thực tế

Lịch sử phát triển của vật lý còn làm xuất hiện nhiều ngành vật lý mới, ví dụ như thí nghiệm về hiệu ứng quang điện tạo cơ sở cho sự ra đời của ngành kỹ thuật quang điện

Chương trình vật lý ở trường phổ thông đề cập tới một loạt các ứng dụng của vật

lý trong đời sống và sản xuất Việc tiến hành thí nghiệm tạo cơ sở để học sinh hiểu được các ứng dụng của những kiến thức đã học trong thực tiễn

Thí nghiệm không những cho học sinh thấy được những ứng dụng trong thực tiễn

mà còn là bằng chứng sự đúng đắn của các kiến thức này

d) Thí nghiệm là một bộ phận của phương pháp nhận thức Vật Lý

Vai trò của thí nghiệm trong phương pháp thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm bao gồm 4 giai đoạn:

- Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời

- Đề xuất giả thuyết

- Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgic để rút ra hệ quả có thể kiểm tra được bằng thí nghiệm

- 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 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 quá trình thực nghiệm Ở giai đoạn đầu, đa số các thông tin về đối tượng cần nghiên cứu thường được thu nhận trong các thí nghiệm Đặc biệt, ở giai đoạn cuối của phương pháp thực nghiệm, việc kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả rút ra phải thông qua việc xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để nghiên cứu một hiện tượng, một mối quan hệ đã được loại bỏ các yếu tố không quan tâm

Vai trò của thí nghiệm trong phương pháp mô hình

Phương pháp mô hình gồm 4 giai đoạn sau:

- Thu thập các thông tin về đối tượng gốc

- Xây dựng mô hình

- Thao tác trên mô hình để suy ra các hệ quả lý thuyết

- Kiểm tra hệ quả trên đối tượng gốc

Ở giai đoạn đầu trong phương pháp mô hình, các thông tin về đối tượng gốc thường được thu thập nhờ thí nghiệm Thông qua thí nghiệm, nhờ việc chủ động loại

bỏ những yếu tố không quan tâm, tác động lên đối tượng, bố trí các dụng cụ quan sát, thu thập và xử lý số liệu, ta mới có thể tìm ra được các thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc, để đưa ra được mô hình phản ánh các mối quan hệ chính mà ta quan tâm Ở giai đoạn 3, cho mô hình vận động, đối với mô hình vật chất ta phải tiến

hành các thí nghiệm thực với nó Ở giai đoạn 4, thông qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được trên mô hình với những kết quả thu được trên vật gốc, ta kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụng của mô hình

1.3.4.2 Theo quan điểm của lí luận dạy học

a) Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học

Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức, kỹ năng mới; củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu nhận được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh

Ở giai đoạn định hướng mục đích nghiên cứu, có thể sử dụng thí nghiệm để

đề xuất vấn đề cần nghiên cứu Đặc biệt có hiệu quả là việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề Do kết quả của thí nghiệm 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.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 và tiến hành

Thí nghiệm có vai trò quan trọng, không gì thay thế được trong giai đoạn hình thành kiến thức mới Nó cung cấp một cách hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó khái quát hoá quy nạp, 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

Trong chương trình vật lý ở trường phổ thông, một số kiến thức được rút ra bằng phép suy luận lôgic chặt chẽ từ các kiến thức đã được xác nhận là chính xác Vì vậy, các kiến thức rút ra này là đúng đắn Tuy nhiên, để thể hiện tính chất thực nghiệm của khoa học vật lý và làm tăng sự tin tưởng của học sinh vào tính chân thật của kiến thức thu được, giáo viên cũng cần tiến hành các thí nghiệm kiểm nghiện lại chúng

Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh Việc củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh được tiến hành ngay ở mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyên tập, các tiết ôn tập và các giừo thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, mỗi phần của chương trình vật lý phổ thông Quá trình củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh

không những diễn ra trong các giờ học nội khoá mà cả trong các giờ học ngoại khoá, ở lớp và ở nhà

Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của học sinh Thông qua các hoạy động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong quá trình thí nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán giải thích hiện tượng, quá trình vật lý diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng

cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm…), học sinh sẽ chứng tỏ không những kiến thức về sự kiện mà cả kiến thức về phương pháp, kỹ năng của mình Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của học sinh, giáo viên có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm khác nhau, từ dụng cụ quen thuộc đến xa lạ, mới mẻ, từ bố trí đơn giản đến yêu cầu bố trí phức tạp, v.v

b) Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển toàn diện nhân cách của học sinh

Việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý góp phần quan trọng vào việc phát triển nhân cách toàn diện cho học sinh

Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo về vật lý của học sinh

Chất lượng kiến thức của học sinh được xem xét theo các dấu hiệu: tính chính xác, tính khái quát, tính hệ thống, tính bền vững và tính vận dụng được Bởi vì thí nghiệm luôn có mặt trong các quá trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lý, soạn thảo khái niệm, định luật vật lý, xây dựng các thuyết vật lý, đề cập các ứng dụng trong sản xuất và đời sống Vì vậy, nó là phương tiện góp phần nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh theo các dấu hiệu trên

Thí nghiệm vật lý góp phần phát hiện và khắc phục các sai lầm của học sinh và khẳng định các dự đoán đúng

Do thí nghiệm vật lý là một bộ phận của phương pháp nhận thức vật lý nên trong mối quan hệ với quá trình thí nghiệm, học sinh sẽ được làm quen và vận dụng các phương pháp nhận thức này Các kiến thức về phương pháp mà học sinh lĩnh hội có ý nghĩa quan trọng, vượt khỏi giới hạn môn vật lý

Trong các thí nghiệm do mình tự tiến hành, học sinh được rèn luyện các kỹ năng,

kỹ xảo thí nghiệm như: sử dụng các nguồn điện, dụng cụ đo, đọc và lắp ráp thí nghiệm theo sơ đồ thí nghiệm, sơ đồ mạch điện,…và được giáo dục các thói quen làm việc

khoa học của người làm thí nghiệm như: lựa chon dụng cụ, bố trí thí nghiệm, lắp ráp các bộ phận thí nghiệm, xử lý các kết quả thí nghiệm, bảo đảm các điều kiện mà thí nghiệm phải thoả mãn, đánh giá, phân tích sai số khi xử lý kết quả thí nghiệm,…

Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

Trong quá trình thí nghiệm, học sinh phải tiến hành một loạt các hoạt động trí tuệ

- thực tiễn: thiết kế phương án, kế hoạch thí nghiệm, vẽ sơ đồ thí nghiệm, lập bảng giá trị đo, lựa chọn dụng cụ, bố trí và tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm, tính toán sai số, xác định nguyên nhân gây sai số Chính vì vậy, thí nghiệm là phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

Trong quá trình thí nghiệm, việc bồi dưỡng các yếu tố của năng lực thực nghiệm phải được gắn kết với việc bồi dưỡng các yếu tố của năng lực hoạt động trí tuệ như: 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 hoá thành những kết luận tổng quát nhờ phép quy nạp, sau đó đối chiếu các kết luận này với giả thuyết đã đề xuất, và giải thích, so sánh các hiện tượng, quá trình vật lý, các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của kiến thức đã học

Quá trình làm việc tự lực với thí nghiệm của học sinh sẽ khiêu gợi sự hứng thú nhận thức, lòng ham muốn nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết được nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển động lực quá trình học tập của học sinh

Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh

Các thí nghiệm do các nhóm học sinh tiến hành đòi hỏi sự phân công, phối hợp những công việc tự lực của học sinh trong tập thể Vì vậy, trong quá trình thí nghiệm

đã diễn ra một quá trình bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức, xây dựng các chuẩn mực hành động tập thể

Trong mối liên hệ với quá trình tự lực xây dựng kiến thức ở các thí nghiệm, học sinh thu nhận được những quan điểm quan trọng của thế giới quan duy vật, đặc biệt là vai trò của thực tiễn trong quá trình nhận thức thế giới, có niềm tin vào khoa học và

nhận thức các sự vật, hiện tượng của tự nhiên

c) Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong dạy học Vật Lý

Trong tự nhiên và kỹ thuật, rất ít các hiện tượng, quá trình vật lý xảy ra dưới dạng thuần khiết Chính nhờ thí nghiệm, ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi được, có thể quan sát, đo đạc đơn giản hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của mỗi hiện tượng và mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng

Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu nhận được những thông tin chân thực về các hiện tượng, quá trình vật lý Đặc biệt trong việc nghiên cứu các lĩnh vực của vật lý mà ở đó, đối tượng cần nghiên cứu không thể tri giác trực tiếp bằng các giác quan của con người thì việc sử dụng trong dạy học vật lý các thí nghiệm mô hình để trực quan hoá các hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu là không thể thiếu được

1.3.5 Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lý

1.3.5.1.Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên [7]

1.3.5.1.1 Khái niệm

Thí nghiệm biểu diễn là thí nghiệm do GV tiến hành trên lớp, trong các giờ học nghiên cứu kiến thức mới và các giờ ôn tập, cũng cố Còn HS chỉ tham gia với mức độ hạn chế

Đây là loại thí nghiệm dễ tổ chức, có hiệu lực ngay và không đòi hỏi số lượng thiết bị nhiều Tuy nhiên, các thí nghiệm biểu diễn có những hạn chế, chẳng hạn như khi giáo viên làm thí nghiệm, học sinh chỉ quan sát chứ không trực tiếp làm nên có những điều HS chưa kịp nhận ra Hơn nữa, thí nghiệm biểu diễn cũng có hạn chế trong việc phát triển kĩ năng thực hành và thói quen thực nghiệm của HS

1.3.5.1.2 Vai trò

Việc tổ chức các thí nghiệm biễu diễn của GV nhằm giới thiệu một cách tương đối nhanh với học sinh chủ yếu làm mặt định tính của các hiện tượng, các quá trình và các quy luật nghiên cứu, cấu tạo và hoạt động của một vài dụng cụ và thiết bị kĩ thuật những cái mà học sinh có thể cảm thụ bằng mắt và tai được

Thí nghiệm biểu diễn giúp tích lũy những sự kiện để xây dựng mô hình trừu tượng làm cơ sở cho các thuyết, dùng để kiểm tra thực tế tính đúng đắn của các kết luận lý thuyết cũng như để giải thích nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kỹ thuật Nhờ thí nghiệm biểu diễn, giáo viên có thể hướng dẫn cho học sinh các thao tác

và các bước tiến hành thí nghiệm, giúp học sinh tự tiến hành thí nghiệm một cách độc lập

Thí nghiệm biểu diễn giữ một vai trò quan trọng bởi các nguyên nhân sau:

 Nhiều thí nghiệm khá phức tạp đòi hỏi GV phải trực tiếp làm

 Các thí nghiệm thường tinh vi ,nhạy ,dễ vỡ đôi khi có thể gây nguy hiểm , do

đó cần có sự khéo léo và kinh nghiệm của GV

 Một thí nghiệm nếu được tiến hành đúng kế hoạch, đúng thời gian và đạt kết quả tốt thì mới có tác dụng tích cực đến tư duy HS Muốn thế GV phải trực tiếp tiến hành thí nghiệm

 Vì vậy mặc dù còn một số hạn chế do học sinh chưa được trực tiếp làm thí nghiệm nhưng thí nghiệm biểu diễn vẫn được xem trọng và được áp dụng rộng

rãi ở trường PT

1.3.5.1.3 Phân loại

Tùy theo mục đích sử dụng thí nghiệm biễu diễn theo các bước khác nhau của tiến trình dạy học, các thí nghiệm biểu diễn có thể phân thành ba loại : thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng và thí nghiệm củng cố

a) Thí nghiệm biểu diễn mở đầu

Thí nghiệm mở đầu là những thí nghiệm được dùng nhằm mục đích đề xuất vấn

đề nghiên cứu thường là thí nghiệm nhỏ do GV tiến hành để đặt vấn đề cho bài học mới nhằm kích thích học sinh có hứng thú tìm hiểu vấn đề mới đó

b) Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng mới

Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng là những thí nghiệm nhằm xây dựng, chứng minh kiến thức mới, bao gồm :

- Thí nghiệm khảo sát xây dựng kiến thức : thí nghiệm nhằm khảo sát sự kiện, thu lượm dữ liệu thực nghiệm để từ đó rút ra kết luận khái quát, là kiến thức mới cần xây dựng

- Thí nghiệm kiểm chứng kiến thức : thí nghiệm nhằm kiểm tra để xác nhận trên thực tế điều kết luận đã được nêu ra, là kiến thức mới cần dạy

c) Thí nghiệm củng cố

Thí nghiệm củng cố là những thí nghiệm giáo viên dùng trong khâu cũng cố bài học nhằm giúp cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải thích, dự đoán hiện tượng, qua đó nắm vững được kiến thức đã học

1.3.5.1.4 Kĩ thuật biểu diễn thí nghiệm

a) Sắp xếp dụng cụ

Các thủ thuật biểu diễn thí nghiệm đều nhằm đảm bảo tính nhìn rõ các hiện tượng và chi tiết được, đồng thời tập trung được sự chú ý của học sinh và hiện tượng (đối tượng) cần nghiên cứu

Trên bàn thí nghiệm chỉ đặt những dụng cụ dành cho thí nghiệm, các thiết bị chưa cần thì cần che khuất, các bộ phận cần quan sát thì phải làm nổi bật lên bằng cách

b) Dùng vật chỉ thị

Dùng màu pha vào nước khi đựng trong vật liệu trong suốt

Dùng hạt màu trong thí nghiệm về hiện tượng đối lưu của chất lỏng

Sử dụng các vạch màu đánh dấu sự thay đổi của hiện tượng

Quan sát hiện tượng gián tiếp qua các vật chỉ thị ( ví dụ: mạt sắt để nghiên cứu từ phổ)

c) Dùng các phương tiện hỗ trợ

Đối với những thí nghiệm cần các dụng cụ có kích thước nhỏ mà học sinh khó

quan sát được ta có thể sử dụng đèn chiếu, video camera để phóng to, giúp học sinh dễ

dàng trong việc quan sát thí nghiệm

Một vài thí nghiệm chỉ cho kết quả trong trường hợp đặt trong mặt phẳng nằm ngang (vd: thí nghiệm từ phổ và giao thoa sóng nước) giáo viên có thể sử dụng gương phẳng lớn đặt nghiêng 450 hướng về phía học sinh để các em quan sát được hiện tượng xảy ra

d) h ng thư ng thí nghiệm biểu diễn được tiến hành th o ước cơ ản sau [7]

 Bước 1: nêu mục đích tiến hành thí nghiệm

 Bước 2: vạch kế hoạch tiến hành thí nghiệm

 Bước 3: sắp đặt bố trí giới thiệu dụng cụ

 Bước 4 : kiểm tra lại sự chuẩn bị và và điều kiện theo dõi của học sinh

 Bước 5: tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch đã định và cố gắng cho học sinh tham gia tối đa , sau đó ghi nhận kết quả lên bảng

 Bước 6 : phân tích kết quả thí nghiệm rồi khái quát để rút ra kết luận

1.3.5.2.Thí nghiệm của học sinh

1.3.5.2.1 Khái niệm

Là thí nghiệm do giáo viên tổ chức cho học sinh thực hành các thí nghiệm trên lớp, trong phòng thí nghiệm, thực nghiệm ngoài vườn trường, nhằm khảo sát hoặc kiểm chứng một hiện tượng, một định luật, một công thức,…

Đây là thí nghiệm mà học sinh được trực tiếp hoạt động để tìm tòi kiến thức mới

và vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn nên dễ dàng khắc sâu kiến thức mới Tuy nhiên đây là phương pháp tốn khá nhiều thời gian tổ chức

đã học, nghiên cứu các hiện tượng về mặt định lượng, rèn luyện kĩ năng và thói quen ban đầu sự dụng các dụng cụ

Thí nghiệm trực diện có những đặc trưng cơ bản sau:

 Luôn liên hệ chặt chẽ với tài liệu nghiên cứu trong giờ học, nó là một phần hữu cơ của tiến trình dạy học

 Trong khi tiến hành thí nghiệm, hoạt động học tập của học sinh diễn ra cùng một nhịp điệu, liên tục, có quy tắc, dưới sự tổ chức, chỉ đạo, theo dõi và hướng dẫn của thầy giáo

 Hoạt động của học sinh được quy định trong một thời gian khống chế xác định

và tương đối ngắn

 Giáo viên có thể kiểm tra trực tiếp quá trình làm việc của từng nhóm học sinh

 Tính tập thể và sự hợp tác phối hợp có điều kiện được phát huy

Ngoài ra, thí nghiệm trực diện còn có tác dụng rất tốt trong việc rèn luyện kỹ năng, kĩ xảo thực hành cho học sinh Với thí nghiệm trực diện, học sinh có cơ hội để

tự mình lắp ráp thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm và đo đạc kết quả

Ưu điểm

Thí nghiệm trực diện có ưu điểm nổi bật do có nhiều nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm đồng thời, nên tuy trong một thời gian ngắn, thí nghiệm trực diện có thể thu được nhiều kết quả từ nhiều nhóm học sinh khác nhau Do đó, sẽ rất thuận lợi cho việc lập luận khái quát đi đến các khái niệm, định luật…Thêm vào đó, những số liệu thu được của một nhóm học sinh có thể được bổ sung bằng số liệu của nhóm khác Điều

đó giúp cho học sinh thấy được tính khách quan của các quy luật vật lý đang được nghiên cứu Mặt khác, những kết quả thí nghiệm lại cho chính học sinh tự thao tác và

tự thu nhận, nên tính thuyết phục của chúng sẽ cao hơn và học sinh sẽ thật sự tin tưởng vào những kiến thức các em thu nhận được

Thí nghiệm trực diện có thể là thí nghiệm định tính hoặc thí nghiệm định lượng tùy vào nội dung tài liệu mà giáo viên cần trình bày cho học sinh Thí nghiệm trực diện có mối liên hệ rất chặt chẽ với thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực hành vật

lý Thí nghiệm trực diện có thể xuất hiện ở tất cả các khâu của quá trình dạy học, thùy vào mục đích sử dụng Song dù tiến hành ở khâu nào thì nó cũng nhằm mục đích là dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh tự tay làm thí nghiệm để tìm tòi kiến thức

Vì thế, thí nghiệp trực diện không chỉ giúp học sinh nắm vững và vận dụng kiến thức vào thực tiễn, mà còn có tác dụng rèn luyện cho học sinh kĩ năng kĩ xảo thực hành, qua

đó góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh

Mặt khác, do có nhiều nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm cùng một lúc, nên đòi hỏi phải có nhiều bộ thí nghiệm giống nhau, trong khi điều kiện cơ sở vật chất của trường phổ thông chưa đảm bảo được

Việc tổ chức và điều khiển lớp học đối với giáo viên sẽ khó khăn hơn, vì cùng một lúc phải tập trung theo dõi nhiều nhóm học sinh khác nhau làm thí nghiệm, kịp thời phát hiện sai sót của học sinh để điều chỉnh

Hướng khắc phục

Để khắc phục những hạn chế trên, giáo viên phải chú ý phân chia nhóm học sinh cho đồng đều trong từng nhóm, trong đó có giỏi, khá , trung bình, yếu Không để học sinh tự chọn nhóm, vì như vậy có thể các em giỏi sẽ tập trung vào một nhóm, kết quả

có nhóm chưa hết giờ đã làm xong, ngược lại có những nhóm bỏ dở công việc, hoặc tiến hành vội vàng cho ra kết quả sai

Nhằm khắc phục tình trạng thiếu cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm, một mặt cần

có kế hoạch xậy dựng và phát triển các phòng thí nghiệm, phòng bộ môn, phải đầu tư thích đáng về kinh phí cho việc xây dựng cơ sở vật chất và trang thiết bị thí nghiệm cho trường phổ thông Mặt khác giáo viên cần chủ động tự tạo và sử dụng các thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền trong dạy học

b) Thí nghiệm thực hành vật lý

Khái niệm

Thí nghiệm thực hành là những thí nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm sau khi đã nghiên cứu xong một phần hay một chương nào đó của chương trình, nhằm xác định một đại lượng, một hằng số hay kiểm chứng một quy tắc, một định luật vật lý nào đó

Vai trò

Thí nghiệm thực hành vật lý có tác dụng giúp học sinh ôn tập, đào sâu kiến thức, khái quát hóa những vẫn đề cơ bản của giáo trình đã học Đồng thời, thí nghiệm thực hành là cơ hội tốt nhất để rèn luyện cho học sinh kĩ năng, kĩ xảo lắp ráp và tiến hành thí nghiệm Qua đó, góp phần qua trọng trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh, giúp các em làm quen dần với kĩ thuật và thực tiễn sản xuất

Thí nghiệm thực hành vật lý có thể có nội dung định tính hay định lượng, song chủ yếu là nhằm kiểm chứng lại các định luật, các quy tắc hay xác định một đại lượng, một hằng số vật lý nào đó Do được tiến hành sau khi học xong một phần hay một chương nào đó trong chương trình, nên thí nghiêm thực hành vật lý thường có nội dung phong phú, với những yêu cầu nhiều mặt và được tiến hành trong một thời gian

đủ dài từ 1 đến 2 tiết Để phát huy hiệu quả của thí nghiệm thực hành, cần phải có sự chuẩn bị chu đáo về mặt nội dung cũng như thiết bị và cơ sở vật chất

Các bước tiến hành

1) Chuẩn bị

Để giờ học thực hành có hiệu quả thực sự, thầy giao cần yêu cầu học sinh ôn tập trước ở nhà những kiến thức liên quan đến nội dung thực hành Muốn vậy, thầy giáo phải đưa ra những yêu cầu cụ thể về những nội dung liên quan đến đề tài được thực hiện trong giờ thực hành Về phần mình, thầy giáo cần phải vào phòng thí nghiệm để tìm hiểu khả năng thiết bị, chuẩn bị các bộ thí nghiệm cần thiết và tiến hành thử các thí nghiệm nhằm phát hiện những khó khăn, những hạn chế của từng thí nghiệm, cũng như từng dụng cụ thí nghiệm, để khắc phục trước, tránh những trục trặc có thể nảy sinh trong lúc tiến hành thí nghiệm ở trên lớp

2) Tiến trình của giờ học

Một giờ học thực hành có thể được tiến hành theo các bước sau:

a) Xác định mục đích, nội dung và yêu cầu của giờ thực hành

b) Ôn tập lý thuyết có liên quan đến nội dung bài thực hành

c) Giới thiệu các dụng cụ thí nghiệm (nhất là những dụng cụ mới đối với học sinh) Đề xuất các phương án thí nghiệm và sơ đồ bố trí thí nghiệm tương ứng khuyến khích học sinh đề xuất phương án, trao đổi thảo luận để lựa chọn phương

Với hình thức thực hành cá thể, các nhóm học sinh khác nhau tiến hành thí

nghiệm trong cùng một thời gian như nhau nhưng với những đề tài khác nhau, hoặc cùng một đề tài nhưng với những bộ dụng cụ thí nghiệm khác nhau (với các phương

án khác nhau) Hình thức này khắc phục được khó khăn về mặt thiếu thiết bị thí nghiệm Tuy nhiên, việc tổ chức hướng dẫn của giáo viên có nhiều khó khăn hơn, phức tạp hơn vì cùng một lúc phải theo dõi, hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm

theo những đề tài khác nhau hoặc với nhiều bộ dụng cụ khác nhau Vì vậy, khi học sinh tiến hành thí nghiệm, giáo viên khó bao quát tất cả các nhóm và khó theo dõi hoạt động của từng nhóm để kịp thời uốn nắn và khắc phục những sai sót của học sinh Ngoài ra, trong khâu chuẩn bị cho giờ học thực hành cũng phức tạp hơn và đòi hỏi

giáo viên phải dành nhiều thời gian hơn

Theo hình thức thực hành đồng loạt, học sinh trong một lớp được chia thành

nhiều nhóm và tất cả các nhóm tiến hành thí nghiệm cùng một đề tài và với cùng những bộ thí nghiệm như nhau Hình thức này có ưu điểm là học sinh có thể bổ sung hoặc tranh luận với nhau về các kết quả thí nghiệm Ngoài ra việc chỉ đạo theo dõi của giáo viên tương đối dễ dàng, có thể giải thích, hướng dẫn cách tiến hành thí nghiệm, cũng như uốn nắn những sai sót cho tất cả các nhóm và tổng kết thí nghiệm một cách đơn giản Tuy nhiên, nó cũng gặp phải một số khó khăn, nhất là về mặt thiết bị Vì các nhóm đều phải có những bộ dụng cụ giống nhau, nên khi tiến hành thí nghiệm với các lớp học sinh có số lượng đông như hiện nay, thì việc đáp ứng về dụng cụ thí nghiệm không hoàn toàn đơn giản

c) Các bài tập thí nghiệm

Khái niệm

Bài tập thí nghiệm là những bài tập chỉ mặt kết quả của các thí nghiệm đang khảo sát Các bài tập này được giải bằng cách vận dụng tổng hợp các kiến thức lý thuyết và thực nghiệm, các kĩ năng hoạt động trí óc và thực hành, các vốn hiều biết về vật lý, kĩ thuật và thực tế đời sống

Việc giải các bài tập thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải tự mình xây dựng phương

án, lựa chọn phương tiện, tự mình thực hiện thí nghiệm theo quy trình để thu thập, xử

lí kết quả nhằm giải quyết một cách khoa học, tối ưu bài toán cụ thể được đặt ra

duy, năng lực hoạt động tự lực, sáng tạo, phát huy khả năng tổng hợp kiến thức lý thuyết và thực nghiệm, các kỹ năng hoạt động trí óc và thực hành một cách khéo léo Bài tập thí nghiệm tạo ra ở học sinh động cơ học tập, sự hăng say tò mò khám phá xây dựng phương án, gây cho học sinh sự hứng thú, tự giác tư duy độc lập, tích cực Trong quá trình đề xuất phương án thí nghiệm học sinh có thể tranh luận gây ra không khí sôi nổi trong lớp học

Các bước tiến hành giải bài tập thí nghiệm

 Bước 1: Đọc hiểu đề bài

 Bước 2: Phân thích nội dung bài tập thí nghiệm

 Bước 3: Xác định phương án thí nghiệm

 Bước 4: Tiến hành thao tác thí nghiệm

 Bước 5: Kiểm tra câu trả lời so với kết quả thí nghiệm

Vai trò

Thí nghiệm ở nhà được tiến hành trong điều kiện không có sự giúp đỡ, hướng dẫn và kiểm tra trực tiếp của giáo viên Do đó, nó có tác dụng tốt trong việc phát huy tính tự giác và tự lực của học sinh trong học tập Thí nghiệm ở nhà chỉ đòi hỏi học sinh tiến hành với những dụng cụ thí nghiệm tự kiếm hoặc những dụng cụ tự tạo từ những vật dụng đơn giản Chính đặc điểm này đã tạo nhiều cơ hội cho sự phát triển hứng thú học tập và sự ham mê yêu thích môn học của học sinh Thí nghiệm ở nhà là cơ hội tốt

để rèn luyện cho học sinh, kỹ năng, kĩ xảo thực hành, khả năng quan sát là điều kiện tốt để giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh

Khi tiến hành thí nghiệm ở nhà, đòi hỏi học sinh phải phát huy nhiều mặt, nhiều năng lực khác nhau, nên nó có tác dụng tốt đối với sự phát triển toàn diện của học sinh

1.3.6 Các yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lý

1.3.6.1 Yêu cầu đối với thí nghiệm biểu diễn của giáo viên

a) Cần đảm bảo cho học sinh ý thức được sự cần thiết tiến hành thí nghiệm, phương án tiến hành thí nghiệm, mục đích của thí nghiệm, phương án tiến hành thí nghiệm và tham gia quan sát thí nghiệm, phân tích kết quả thí nghiệm

 Các yêu cầu trong việc đặt kế hoạch thí nghiệm

- Xác định chính xác mục đích của thí nghiệm cần phải tiến hành và chức năng lý luận dạy học của nó

- Xác định các nhiệm vụ mà học sinh cần phải hoàn thành trong việc chuẩn bị thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả thí nghiệm

- Từ mục đích thí nghiệm, lựa chọn phương án thí nghiệm để đảm bảo tính trực quan, tính an toàn, tính hiệu quả và đảm bảo về thời gian

 Các yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm

- Tìm hiểu kĩ tính năng của các dụng cụ thí nghiệm được lựa chọn và sử dụng thành thạo chúng

- Trước giờ học phải kiểm tra sự hoạt động của các dụng cụ, thử lại các thí nghiệm, kịp thời thay thế những bộ phận hỏng hóc nếu có

 Các yêu cầu đối việc bố trí thí nghiệm

- Bố trí thí nghiệm phải đảm bảo cho học sinh trong lớp học đều nhìn rõ mọi dụng cụ,

độ lệch kim chỉ của các dụng cụ đo, hiện tượng vật lý xảy ra

- Thí nghiệm nên bố trí gần bảng để có thể vừa tiến hành thí nghiệm vừa phân tích cho học sinh và vẽ hình, viết các điều kiện, hiện tượng, số liệu, lên bảng

 Các yêu cầu trong việc tiến hành thí nghiệm

- Trong quá trình tiến hành thí nghiệm cần đính hướng cho học sinh đâu là trọng điểm cần tập chung quan sát

- Đối với thí nghiệm định lượng phải lập bảng ghi các giá trị ban đầu và giá trị đo trước khi tiến hành thí nghiệm

- Trong quá trình tiến hành thí nghiệm không được che khuất tầm quan sát của học sinh

- Thí nghiệm cần lặp lại nhiều lần để thu được kết quả chính xác, tuy nhiên cũng phải chú ý đảm bảo các điều kiện ban đầu mà thí nghiệm phải thỏa mãn, cũng như thời gian làm thí nghiệm

 Các yêu cầu trong việc xử lý kết quả thí nghiệm

- Việc thu nhận các số liệu thí nghiệm phải trung thực, có thể khái quát hóa và rút ra kết luận

- Đối với các thí nghiệm định tính cần chú ý các điều kiện ban đầu, biện luận chặt chẽ,

để rút ra kết luận

- Đối với các thí nghiệm định lượng cần lập bảng số liệu, phân tích và xử lý số liệu, tính sai số, vẽ đồ thị qua đó rút ra kết luận

b) Thí nghiệm biểu diễn phải gắn liền với nội dung bải giảng

Cần xác định rõ logic của tiến trình dạy học, trong đó việc tiến hành biểu diễn thí nghiệm của giáo viên xuất hiện đúng lúc cần thiết với việc giáo viên giảng giải

c) Thí nghiệm biểu diễn phải ngắn gọn, hợp lý

Thời gian một tiết học là có giới hạn, trong khi người giáo viên phải truyền tải được nhiều nội dung kiến thức Thí nghiệm chỉ là một khâu trong tiến trình dạy học, vì vậy nếu kéo dài khâu này sẽ ảnh hưởng đến các khâu khác, tức là ảnh hưởng đến tiến trình dạy học chung Bởi vậy giáo viên cần phân bố thời gian thích hợp trong quá trình làm thí nghiệm biểu diễn

Trong một giờ học không nên có quá nhiều thí nghiệm biểu diễn làm phân tâm sự chú ý của học sinh khỏi những vấn đề chủ yếu của kiến thức

d) Thí nghiệm phải đảm bảo cả lớp quan sát được

Cố gắng sao cho các thành phần căn bản , các chi tiết quan trọng của thiết bị dụng cụ đều được mọi học sinh trong lớp nhìn rõ Muốn vậy cần chú ý kích thước của dụng cụ đủ lớn, các dụng cụ chính yếu thì để hở dễ quan sát Nếu cần thiết có thể sử

dụng các phương tiện kĩ thuật như camera, đèn chiếu, máy chiếu qua đầu, máy vi tính,….để hỗ trợ Đảm bảo cho mổi học sinh tri giác được rõ ràng hiện tượng biểu diễn

e) Thí nghiệm cần đảm bảo thành c ng và đủ sức thuyết phục

Để đảm bảo đủ sức thuyết phục, trước hết thí nghiệm biểu diễn phải thành công Muốn vậy, mỗi thí ngiệm cần được chuẩn bị cẩn thận, thử đi thử lại để đảm bảo thành công ngay Nếu không thành công ngay mà phải làm đi làm lại thì sẽ mất nhiều thời gian, đặc biệt là mất niềm tin của học sinh vào kết quả thí nghiệm

Bên cạnh đó, muốn thí nghiệm biểu diễn đủ sức thuyết phục thì lập luận của giáo viên đi đến kết luận phải logic, tự nhiên, không gượng ép, áp đặt, không ép học sinh phải chấp nhận

f) Khi tiến hành thí nghiệm biểu diễn phải đảm bảo an toàn

Phải thận trọng với các thí nghiệm có dùng thủy ngân và các hóa chất độc hại, các hóa chất có thể gây nổ… chẳng hạn khi biểu diễn nguyên tắc hoạt động của ắc quy axit H2SO4 Cần tránh gây đổ vỡ, không nên đặt gần lửa, hay tắt cẩn thận khi dùng xong các đèn cồn, dầu hỏa

Tránh dùng các thiết bị có nguồn điện áp cao, các nguồn có phóng xạ hoặc các nguồn có tia X, nếu sử dụng thì không cho học sinh đứng gần quá hoặc thời gian thí nghiệm quá dài

Nếu thí nghiệm có bay hơi, cháy nổ hoặc vật chuyển động, phải lưu ý trước với

HS và tuyệt đối không hướng luồng khí hoặc hướng chuyển động của vật về phía HS

1.3.6.2 Yêu cầu đối với thí nghiệm của học sinh

a) Yêu cầu đối với thí nghiệm trực diện của học sinh

Có thể sử dụng thí ngiệm trực diện trong thời gian ngắn từ 5 + 10 phút nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong quá trình giáo viên giảng giải kiến thức mới Thí dụ: thực hiện một thí nghiệm định tính đơn giản (quan sát hiện tượng dẫn nhiệt), nghiên cứu cấu tạo hoạt động của một dụng cụ nào đó (lực kế, nhiệt kế, áp

kế, biến trở), xác định gần đúng một đại lượng vật lý (tiêu cự của thấu kính 2 mật lồi), phát hiện một quy luật đơn giản (độ dãn của lò xo ti lệ với trọng tải) Hoặc có thể là thí nghiệm trực diện dược dự tính trong khoảng 1 giờ, dành cho việc kiểm nghiệm quy luật nào đó (ví dụ diều kiện cân bằng của đòn bẩy, định luật bôilơ – mariot), đo một đại lượng vật lý nào đó (ví dụ hệ số ma sát, điện trở suất, sức căng mặt ngoài)

Công việc thí nghiệm cần được tiến hành đồng thời với cả lớp và với cùng một loại thiết bị đơn giản

Những chỉ dẫn bằng lời của giáo viên trong tiến trình thí nghiệm của học sinh là cần thiết Khi cần thì hướng dẫn học sinh thảo luận tập thể kết quả thí nghiệm để rút ra kết quả

b) Yêu cầu đối với thí nghiệm thực hành của học sinh

Thí nghiệm thực hành được tiến hành khi học sinh đã có những kĩ năng thí nghiệm ban đầu qua các thí nghiệm trực diện Học sinh sử dụng các thiết bị phức tạp hơn và phải am hiểu việc sử dụng hợp lý các dụng cụ đo lường

Để làm thí nghiệm thực hành học sinh được chia thành từng nhóm 2-3 học sinh Mỗi nhóm nhận một bản hướng dẫn thực hiện Nội dung bản hướng dẫn bao gồm các điểm sau:

- Đề tài thí nghiệm

- Mô tả dụng cụ, thiết bị (sơ đồ bố trí thí nghiệm )

- Trình tự thao tác tiến hành thí nghiệm

- Sơ đồ ghi các kết quả quan sát và phương pháp xử lý kết quả

- Những câu hỏi đòi hỏi phải hiểu sâu sắc thí nghiệm mới trả lời được và đôi khi

có thể đề ra thí nghiệm bổ sung

- Nội dung cần viết báo cáo thí nghiệm

c) Yêu cầu đối với các bài tập thí nghiệm

Trong các bài toán thí nghiệm, thí nghiệm thường được sử dụng như một trong những phương tiện quan trọng nhằm thu thập các số liệu cần thiết để giải, và như một phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của các kết quả thu được bằng con đường tính toán

lý thuyết học sinh luyện tập việc áp dụng những kiến thức đã có và những kĩ xảo thí nghiệm để giải quyết những vấn đề cụ thể có liên quan tới thực hành Trong trường hợp này các em phải tự xây dựng phương án thí nghiệm, sử dụng thiết bị vật lý và lắp ráp các thí nghiệm khác nhau trong quá trình học tập

d) Yêu cầu đối với thí nghiệm tiến hành ở nhà

Những thí nghiệm và quan sát tự lực được học sinh thực hiện theo nhiệm vụ mà giáo viên giao cho ở nhà hay ở các nhóm Chúng phải có liên quan chặt chẽ tới tài liệu

học tập Khi xây dựng những bài làm như thế cần quan tâm không những đến việc học sinh có sẵn sàng hoàn thành công việc không, mà đến cả khả năng sử dụng “ Phòng thí nghiệm ở nhà” Có thể áp dụng một cách có hệ thống những bài làm thực nghiệm

ở nhà ngay cả trong trường hợp học sinh chỉ có những vật dụng sinh hoạt thông thường, chẳng hạn như thước dây, thước gấp, cân nhà bếp, bình chè, nhiệt kế y học hay nhiệt kế thường, đèn pin, lọ nước hoa, kim găm, gương soi, mắt kính…

Khi sử dụng loại thí nghiệm này, giáo viên cần lựa chọn những đề tài phù hợp với khả năng và điều kiện của học sinh, nhất là trong khâu tìm kiếm dụng cụ, cũng như tiến hành thí nghiệm

1.4 Thiết bị thí nghiệm ở trường phổ thông

1.4.1 Giá trị đặc biệt của thiết bị thí nghiệm đối với dạy học Vật lý

Thiết bị thí nghiệm tạo điều kiện cho sự nghiên cứu có hệ thống, trực quan các hiện tượng, quá trình vật lý, cho phép hình thành các khái niệm, nghiên cứu định luật một cách trực tiếp (ví dụ: định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, định luật Sac-lơ…) trên các đối tượng cần nhận thức trong giờ học, ngoài ra còn tạo điều kiện nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lý

Thiết bị thí nghiệm gồm 2 loại: thiết bị TN biểu diễn, thiết bị TN thực hành

1.4.2 Yêu cầu của các thiết bị thí nghiệm

 Thiết bị thí nghiệm biểu diễn

Kính thước phải đủ lớn sao cho toàn bộ lớp có thể quan sát rõ các bộ phận quan

trọng của thiết bị, các hiện tượng cần nghiên cứu

Có thể chế tạo để sử dụng một cách độc lập (bộ thí nghiệm khảo sát định luật Gay-luy-xăc, Sac-lơ, Bôi-lơ – Ma-ri-ôt) hoặc chế tạo thành bộ gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau để tiến hành một loạt các TN ở nhiều phần khác nhau của vật lý Các chi tiết phải đảm bảo gọn nhẹ, có tính thẩm mỹ, độ bền và độ chính xác cao

 Thiết bị thí nghiệm thực hành

Chế tạo thành bộ TN gồm nhiều chi tiết, đảm bảo các yêu cầu sau:

- Sử dụng đơn giản bằng tay

- Lắp ráp chi tiết tốn ít thời gian

- Dễ dàng phối hợp, thay đổi các chi tiết

- Các chi tiết bố trí trong TN phải vững chắc, đẹp về hình thức và phù hợp với những quy tắc an toàn

1.5 Yêu cầu trong cải tiến, chế tạo thiết bị thí nghiệm

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 cầu 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 cầu 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