Bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học phần dao động và sóng cơ học vật lí 12

Phơng pháp thực nghiệm trong nhận thức vật lý của học sinh và tác dụng của việc bồi dỡng ph-ơng pháp thực nghiệm vật lý cho học sinh đối với việc nâng cao hiệu quả dạy học...17 Chơng 2:.

Bộ giáo dục và đào tạo

Trờng đại học vinh

Bộ giáo dục và đào tạo

Trờng đại học vinh

-Nguyễn ngọc hiếu

Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học phần dao động và sóng cơ

học vật lý 12

luận văn thạc sỹ giáo dục học

Chuyên ngành: Lý luận và phơng pháp dạy học Vật lý

Mã số: 60.14.10

Cán bộ hớng dẫn khoa học: TS Trịnh Đức Đạt

Vinh – 2007

Mục lục

mở đầu 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tợng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Giả thuyết khoa học 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

6 Phơng pháp nghiên cứu 3

7 Cấu trúc luận văn 4

Chơng 1: 5

Phơng pháp thực nghiệm khoa học vật lý 5

1.1 Phơng pháp nhận thức khoa học 5

1.1.1.Khái niệm về phơng pháp 5

1.1.2 Phơng pháp nhận thức khoa học 6

1.1.3 Phân loại hệ thống phơng pháp nhận thức khoa học 7

1.2 Phơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lý của nhà khoa học 7

1.2.1 Phơng pháp thực nghiệm 7

1.2.2 Vai trò của phơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lý 8

1.2.3 Cấu trúc và tính chất của phơng pháp thực nghiệm 9

1.3 Phơng pháp thực nghiệm trong nhận thức vật lý của học sinh và tác dụng của việc bồi dỡng ph-ơng pháp thực nghiệm vật lý cho học sinh đối với việc nâng cao hiệu quả dạy học 17

Chơng 2: 19

Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh Thông qua dạy học phần dao động và sóng cơ học 19

2.1.1 Xây dựng bài học tờng minh phơng pháp thực nghiệm của nhận thức Vật lý 20

2.1.2 Dạy không tờng minh phơng pháp thực nghiệm thông qua bài học nghiên cứu tài liệu mới 29

2.2 Dạy học phơng pháp thực nghiệm thông qua bài tập thí nghiệm 38

2.2.1 Khái niệm và phân loại bài tập thí nghiệm Vật lý 38

2.2.2 Phơng pháp biên soạn và lựa chọn bài tập thí nghiệm 41

2.2.3 Các bài tập thí nghiệm phần dao động và sóng cơ học 42

2.2.4 Phơng pháp dạy học bài tập thí nghiệm vật lý 45

2.3 Dạy học phơng pháp thực nghiệm thông qua thí nghiệm thực tập 50

2.3.1 Vai trò thí nghiệm thực tập đối với việc bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm – Các loại thí Các loại thí nghiệm thực tập 50

2.3.2 Ví dụ dạy học phơng pháp thực nghiệm thông qua thí nghiệm thực tập 53

Chơng 3: 54

Thực nghiệm s phạm 54

3.1 Mục đích thực nghiệm s phạm: 54

3.2 Đối tợng thực nghiệm: 54

3.3 Nhiệm vụ thực nghiệm: 54

3.4 Nội dung thực nghiệm: 55

3.4.1 Lựa chọn lớp đối chứng và lớp thực nghiệm: 55

3.4.2 Nội dung thực nghiệm: 56

3.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm: 56

3.5.1 Lựa chọn tiêu chí đánh giá: 57

3.5.2 Kết quả thực nghiệm: 57

Kết luận 63

Tài liệu tham khảo 64

mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

Phơng pháp thực nghiệm là phơng pháp nghiên cứu cũng nh là phơng pháp dạy học đặc trng và quan trọng nhất trong nghiên cứu và dạy học vật

lý Tri thức vật lý phổ thông chủ yếu đợc tìm ra nhờ phơng pháp thực nghiệm, các tri thức vật lý muốn có đợc độ tin cậy cao thì cũng phải đợc kiểm chứng bằng thực nghiệm

Trong dạy học nói chung và dạy học vật lý nói riêng, nhiệm vụ giáo d-ỡng là quan trọng nhất Tức là nhà giáo phải truyền thụ cho học sinh tri thức, kỹ năng và đặc biệt là phơng pháp học tập và nghiên cứu vật lý Trong những năm gần đây, việc đổi mới phơng pháp dạy học đã đợc các nhà quản

lý giáo dục và đông đảo đội ngũ giáo viên chúng ta chú ý một cách đúng mức Đổi mới phơng pháp dạy học vật lý đặc biệt chú ý đến việc bồi dỡng cho các em học sinh phơng pháp nghiên cứu và học tập vật lý

Trong chơng trình vật lý phổ thông, có những chơng, những phần có thể dạy bằng phơng pháp thực nghiệm và cũng có những phần có thể khó thực hiện việc dạy học bằng phơng pháp thực nghiệm thành công Dao động

và sóng cơ học là phần I trong chơng trình vật lý 12, trong phần này giáo viên có nhiều điều kiện dạy học bằng phơng pháp thực nghiệm Bởi vì giáo viên có thể thực hiện đợc rất nhiều thí nghiệm, từ thí nghiệm nghiên cứu khảo sát đến thí nghiệm kiểm chứng, minh hoạ Vì thế giáo viên có điều kiện bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh

Hơn nữa để bồi dỡng phơng pháp nghiên cứu cho các em còn phụ thuộc rất nhiều vào tâm sinh lý của các em học sinh Học sinh lớp 12 là học

học sinh đã có đủ các điều kiện để học tập và nghiên cứu phơng pháp thựcnghiệm.

Vì vậy tôi đã lựa chọn đề tài “Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệmcho học sinh thông qua dạy học phần Dao động và sóng cơ học Vật lý 12”

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu để tìm ra một hệ thống những biện pháp, cách thức, thaotác để dạy phần “dao động và sóng cơ học ở chơng trình vật lý 12” nhằmbồi dỡng cho các em kiến thức, kỹ năng của phơng pháp thực nghiệm trongnghiên cứu vật lý

3 Đối tợng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tợng nghiên cứu

Quá trình dạy học vật lý ở trờng trung học phổ thông

3.2 Phạm vi nghiên cứu

3.2.1 Chơng trình vật lý 12, phần dao động và sóng cơ học

3.2.2 Tâm sinh lý của các em học sinh ở lứa tuổi học lớp 12

3.2.3 Phơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu và trong dạy học vậtlý

4 Giả thuyết khoa học

Chúng ta bồi dỡng cho các em học sinh nắm đợc phơng pháp thựcnghiệm trong vật lý thì không những chất lợng dạy học đợc nâng cao màcòn tạo điều kiện cho các em bớc đầu làm quen với công việc nghiên cứuvật lý

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu lý luận về phơng pháp thực nghiệm

5.2 Nghiên cứu chơng trình phần dao động và sóng cơ học – Các loại thí Vật

5.4 Chuẩn bị một số giáo án trong phần dao động và sóng cơ học vật lý 12, áp dụng giảng dạy bằng phơng pháp thực nghiệm để bồi d- ỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh

6.1 Nghiên cứu lý thuyết

6.1.1 Nghiên cứu cơ sở lý luận về tâm lý học, giáo dục học, lý luậndạy học vật lý liên quan đến phơng pháp thực nghiệm

6.1.2 Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến phần dao động và sóng cơhọc

6.1.3 Nghiên cứu các biện pháp, cách thức giúp đỡ học sinh học tập

và nghiên cứu bằng phơng pháp thực nghiệm

6.2 Nghiên cứu thực nghiệm

6.2.1 Thực trạng của học sinh và giáo viên nghiên cứu, học tập và dạyhọc bằng phơng pháp thực nghiệm

6.2.2 Tổng kết kinh nghiệm bản thân, tham khảo ý kiến đồng nghiệp

để thống kê các điểm còn hạn chế của giáo viên và học sinh trong nghiêncứu, học tập và dạy học vật lý

6.2.3 Tiến hành thực nghiệm s phạm tại trờng THPT chuyên Hà Tĩnh

để xem xét tính khả thi và hiệu quả

M N P Sơ đồ 1.1

để đạt đợc mục đích đó gọi là phơng pháp nhận thức khoa học

Một định nghĩa về phơng pháp đợc Heghen đa ra chứa đựng một nộihàm sâu sắc và bản chất, đợc Lênin nêu lên trong tác phẩm “Bút ký triếthọc” của mình: “Phơng pháp là ý thức về hình thức của sự tự vận động bêntrong của nội dung” [9] Định nghĩa này cho ta rút ra những đặc trng củaphơng pháp nh sau:

a Phơng pháp chịu sự chi phối của mục đích và nội dung

Có thể biểu diễn sự phụ thuộc này nh sơ đồ 1.1

Nghĩa là mục đích (M) và nội dung (N) qui

định phơng pháp (P) Mục đích nào, nội dung nào thì

phơng pháp ấy, không có phơng pháp vạn năng cho mọi hoạt động

b Phơng pháp bao gồm hai mặt : Mặt khách quan và mặt chủ quan.– Các loại thí Mặt khách quan gắn liền với đối tợng của phơng pháp, là quy luậtkhách quan chi phối đối tợng mà chủ thể phải ý thức đợc

– Các loại thí Mặt chủ quan của phơng pháp thể hiện ở chổ, phơng pháp chỉ tồntại trong đầu óc của con ngời, là ý thức của chủ thể, gắn liền với chủ thể sửdụng phơng pháp

c Phơng pháp là hoạt động có tổ chức hợp lý

Theo lý thuyết hoạt động [10] [14], phơng pháp là một hoạt động có tổchức hợp lý Hoạt động bao gồm nhiều hành động, mỗi hành động lại gồmnhiều thao tác Toàn bộ hoạt động có một mục đích lớn chung, mỗi hành

động lại có một mục đích riêng, là bộ phận của mục đích chung Thao táckhông có mục đích tự thân Nh vậy phơng pháp là một hệ cấu trúc đa cấp,phức tạp

Phơng pháp nhận thức khoa học là một phạm trù nằm trong phạm trùphơng pháp dùng để chỉ tập hợp những thủ pháp, những thao tác trí tuệ vàthực hành mà con ngời phải đi theo để đạt đến chân lý khoa học.

Paplop định nghĩa phơng pháp nhận thức khoa học nh sau: “Phơngpháp nhận thức khoa học là quy luật vận động nội tại của t duy con ngời,xem nh sự phản ánh chủ quan thế giới khách quan Nói khác đi, các phơngpháp nhận thức khoa học có thể xem nh những quy luật khách quan đã đợc

đem cấy vào trong nhận thức của con ngời khi con ngời sử dụng một cách

có ý thức và có kế hoạch làm vũ khí để giải thích và cải tạo thế giới.” [17]

Điều này chứng tỏ phạm trù phơng pháp nhận thức khoa học vừa mangtính khách quan vừa mang tính chủ quan Và chúng ta có thể rút ra nhữngnhận xét sau:

– Các loại thí Phơng pháp không thể tách rời nội dung, mà phải phù hợp nộidung Để tiếp nhận mỗi phần nội dung phải có những phơng pháp đặc thù – Các loại thí Phơng pháp nhận thức khoa học là sự thống nhất biện chứng giữatính khách quan và tính chủ quan Khác với các kiến thức khoa học đơnthuần mang tính khách quan, kiến thức về phơng pháp nhận thức khoa học

ít nhiều mang tính chủ quan và luôn trừu tợng Không thể bồi dỡng phơngpháp nhận thức khoa học cho học sinh chỉ bằng bài giảng lý thuyết về ph-

ơng pháp luận, nhng cũng không thể chỉ bằng hành động nhận thức màkhông có sự khái quát thành phơng pháp cho học sinh

– Các loại thí Sự liên hệ biện chứng giữa nội dung và phơng pháp dẫn đến khôngthể dạy phơng pháp nhận thức khoa học tách rời nội dung khoa học mà phảilồng vào nhau

– Các loại thí Quá trình nhận thức khoa học là hoạt động có mục đích Vì vậy dạyhọc phơng pháp nhận thức khoa học cần làm nổi tính mục đích của bài học.Việc tạo ra nhu cầu nhận thức là điều kiện cần để thực hiện dạy học phơngpháp nhận thức khoa học

1.1.3 Phân loại hệ thống phơng pháp nhận thức khoa học.

Căn cứ vào mức độ phổ biến và phạm vi ứng dụng của phơng pháp màchia làm ba nhóm phơng pháp nhận thức khoa học nh sau:

a Phơng pháp triết học là phơng pháp chung nhất phổ biến nhất áp

dụng cho mọi lĩnh vực của nhận thức Chúng bao gồm các phơng pháp củalôgic biện chứng, các phơng pháp của lý luận nhận thức: phân tích, tổnghợp, so sánh, trừu tợng hoá, khái quát hoá, cụ thể hoá…; Các cặp phạm trù; Các cặp phạm trù

và 3 phép biện chứng duy vật; suy luận lôgíc

b Phơng pháp riêng rộng là nhóm các phơng pháp có thể áp dụng

cho một số ngành khoa học, trong một số đoạn của quá trình nhận thức

c Phơng pháp riêng hẹp là những phơng pháp chỉ áp dụng cho một

bộ phận của một nghành khoa học hoặc một số ngành khoa học

1.2 Phơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lý của nhà khoa học.

1.2.1 Phơng pháp thực nghiệm.

Có 2 cách hiểu khác nhau về khái niệm phơng pháp thực nghiệm vật

lý Cách thứ nhất cho rằng phơng pháp thực nghiệm chỉ là khâu tiến hànhthí nghiệm kiểm tra đã có hoặc để đo đạc đạt độ chính xác cao một đại lợngvật lý nào đó Nh vậy phơng pháp thực nghiệm chỉ là khâu thí nghiệm vật

lý Cách hiểu này làm giảm vai trò của phơng pháp thực nghiệm trong quátrình nhận thức Đây là cách hiểu phơng pháp thực nghiệm theo nghĩa hẹp.Cách hiểu thứ 2 cho rằng phơng pháp theo nghĩa rộng bao gồm tất cả cáckhâu của quá trình nhận thức từ việc đặt vấn đề trên cơ sở các sự kiện thựcnghiệm hoặc quan sát, đến khâu đề ra giả thuyết, tiến hành thí nghiệm kiểmtra giả thuyết, xử lý kết quả và rút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu

Cách hiểu thứ hai về phơng pháp thực nghiệm đúng với vai trò vị trícủa nó trong quá trình phát triển của vật lý học, phơng pháp thực nghiệmbồi dỡng cho học sinh cần đợc hiểu với nội hàm này

Tức là phơng pháp thực nghiệm có các yếu tố sau:

1 Đặt vấn đề trên cơ sở quan sát hoặc sự kiện thực nghiệm

2 Đề xuất giả thuyết

3 Suy ra hệ quả lôgíc từ giả thuyết

4 Xác lập phơng án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả củagiả thuyết

5 Tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả

6 Rút ra kết luận xác nhận hay bác bỏ giả thuyết

1.2.2 Vai trò của phơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lý.

Galilê đợc xem là ông tổ của phơng pháp thực nghiệm, là ngời đầu tiênbác bỏ giả thuyết sai lầm bằng thí nghiệm vật lý, với thí nghiệm nổi tiếngtrên tháp Piza (Italia), ngời đầu tiên hớng ống kính thiên văn do chính mìnhchế tạo để quan sát chuyển động của hành tinh chứng minh giả thuyết về hệnhật tâm của Côpecnic, chính ông đã vận dụng phơng pháp thực nghiệmmột cách hệ thống và nêu thành phơng pháp của vật lý

Đánh giá vai trò của thực nghiệm, Anhxtanh viết: “Tất cả sự nhận thức

về thế giới thực tại xuất phát từ thực nghiệm và hoàn thành bằng thựcnghiệm.” [1]

Vai trò thực nghiệm cũng đợc phản ánh trong chu trình nhận thức sángtạo của Razumopxki (sơ đồ 2) [4], [18]

Ông phân tích sơ đồ này nh sau: “Mỗi chu trình đợc bắt đầu bằng việclựa chọn các nhóm sự kiện từ quan sát Ngời nghiên cứu đề ra giả thuyết vềbản chất chung của chúng Giả thuyết này cho phép tiên đoán những sựkiện cha biết Tính chất đúng đắn của giả thuyết đợc kiểm tra bằng thựcnghiệm Nếu hệ quả giả thuyết của mô hình xuất phát đợc thực nghiệmchứng minh thì mô hình nêu ra đợc công nhận là phản ánh đúng tính chấtcủa hiện tợng nghiên cứu Nếu kết quả thực nghiệm phủ định giả thuyết thìmô hình nêu ra cần phải thay đổi” (trang 14 sách đã dẫn)

Nh vậy theo Razumopxki,

thực nghiệm luôn luôn là điểm

nhằm trả lời câu hỏi: “Hiện

t-ợng xảy ra nh thế nào, tuân theo

quy luật nào, trong điều kiện hoàn cảnh nào?” Việc giải thích cơ chế củahiện tợng, trả lời câu hỏi vì sao là mảnh đất của các phơng pháp lý thuyết,

là nhiệm vụ của các nhà vật lý lý thuyết Tuy nhiên các kết luận mà vật lý

lý thuyết nêu ra để giải thích thế giới chỉ đợc coi là chân lý chừng nào đợcthực nghiệm chứng minh

Nh vậy xét về toàn thể, để xây dựng tri thức khoa học vật lý luôn cần

đến thực nghiệm và phơng pháp thực nghiệm đã đợc công nhận là phơngpháp cơ bản của Vật lý học

1.2.3 Cấu trúc và tính chất của phơng pháp thực nghiệm

1.2.3.1 Cấu trúc của phơng pháp thực nghiệm

Ta xuất phát từ sơ đồ của Bunseman và Razumopxki (Sơ đồ 1.3).[13]Một quá trình nhận

thức khoa học đầy đủ diễn

ra theo các giai đoạn trên

Thực tiễn là điểm xuất phát và cũng là mục đích cuối cùng của nhận thứckhoa học để hành động trong thực tế đúng quy luật Từ thực tiễn xuất hiệnnhững hiện tợng, sự vật mà lý trí con ngời cha giải thích đợc với tri thức vàkinh nghiệm đã có Con ngời tìm cách trả lời cho câu hỏi đó Khi đó xuấthiện vấn đề nhận thức (cũng có thể vấn đề xuất hiện trên cơ sở lý thuyết đã

có, việc nghiên cứu những hệ quả của lý thuyết đã có làm xuất hiện nhữngvấn đề mới) Để trả lời cho câu hỏi khoa học đặt ra, ngời nghiên cứu bằngcác thao tác t duy và cả trực giác khoa học để đề ra giả thuyết Giả thuyết đ-

ợc thể hiện bằng một hoặc một số phán đoán lôgic mà tính chân thực của

Khi khoa học cha phát triển, nhà nghiên cứu cùng các đồng nghiệpthực hiện tất cả các giai đoạn của quá trình nghiên cứu, thậm chí chính họcòn chế tạo ra các dụng cụ để quan sát Khi khoa học phát triển, việcnghiên cứu đợc chuyên môn hoá, mỗi nhà nghiên cứu làm việc trong mộtlĩnh vực liên quan đến một giai đoạn trong chu trình đã nêu, vì thế có nhàvật lý thực nghiệm, có nhà vật lý lý thuyết Các nhà vật lý khi nghiên cứu

họ biết rõ vị trí của mình trong chu trình nhận thức Còn khi học sinh tiếpnhận tri thức khoa học, họ không biết đang ở giai đoạn nào, những thông tin

và công việc mà họ đang làm có tính chất gì nếu họ không biết về bản thâncấu trúc hoạt động Điều này làm hạn chế rất nhiều năng lực tự nhận thức

và sáng tạo của học sinh

Vận dụng nhận thức của Razumopxki vào quá trình nhận thức vật lýbằng phơng pháp thực nghiệm, tham khảo ý kiến của Buseman, trong luậnvăn tiến sỹ của mình, T.S Phạm Thị Phú cho rằng hoạt động nhận thức vật

lý theo phơng pháp thực nghiệm hiểu theo nghĩa đầy đủ có thể biểu diễntheo sơ đồ sau (sơ đồ 1.4)

Các “cung” 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 là các hoạt động cấu thành các hoạt

động nhận thức

Các “đỉnh” của sơ đồ là mục đích của hành động Toàn bộ hoạt độnghớng vào một mục đích chung là các tri thức vật lý bao gồm: Định luật;thuyết vật lý và vận dụng chúng vào hoạt động thức tiễn

1.2.3.1.1 Đề xuất vấn đề nghiên cứu

Mục đích của hành động này là nêu đợc vấn đề; phát biểu vấn đề thànhcâu hỏi nhận thức

– Các loại thí Các thao tác: Quan sát thực tiễn, ghi chép số liệu quan sát, so sánhphân tích tổng hợp trên cơ sở những tri thức đã có kết hợp với trực giácnhận ra điều cha giải quyết hoặc giải quyết cha triệt để

– Các loại thí Việc đề xuất vấn đề nghiên cứu là việc làm khó khăn mà cũngkhông phải ai cũng làm đợc Phải là ngời am hiểu rất rõ về lịch sử của vấn

đề, say mê tìm tòi nghiên cứu, có óc phán đoán và nghi ngờ Luôn nhìnnhận sự vật, hiện tợng từ nhiều phía đặc biệt là luôn đặt câu hỏi ngợc lại.Khoa học là sản phẩm tinh thần của những con ngời dũng cảm, ham hiểubiết, tò mò, dám nghi ngờ (kể cả những vấn đề đợc xem là hiển nhiên nhất).Logic của hành động đề xuất giả thuyết rất phức tạp; ở đây có sự kết hợpquan sát, t duy logic và trực giác

1.2.3.1.2 Hình thành giả thuyết khoa học

Theo Anhxtanh [6, 18] nhận thức khoa học diễn ra theo sơ đồ sau (Sơ

đồ 1.5)

thuyết

Hệ quả lụgic

Thớ nghiệm

Thực tiễn

6

7 1’

8

Sơ đồ 1.4 1

3 Từ các tiên đề A, suy ra một cách logic đến các khẳng định riêng φ.

4 Những khẳng định φ đợc đối chiếu với ξ (kiểm tra bằng thựcnghiệm)

Nh vậy, trên cơ sở dữ kiện, dữ liệu đã có (thu đợc trong thực tiễn, thínghiệm), nhà khoa học nêu lên các giả thuyết mà Anhxtanh gọi là “tiên đề”song không có con đờng logic nào đợc chỉ ra mà ở đây vai trò của trực giác

đóng vai trò quan trọng

Trực giác khoa học đợc rèn luyện qua một quá trình tích luỹ về lợngdần dần, đến độ nào đó sẽ đột biến về chất, sự nhảy vọt Trực giác luôn tồntại trong mỗi con ngời, đó là một khả năng, nếu biết khai thác khả năng này

sẽ đợc bọc lộ

Điều này có ý nghĩa lớn đối với việc bồi dỡng phơng pháp nhận thứccho học sinh Việc định hớng hành động nhận thức của học sinh trong họctập theo con đờng của nhận thức khoa học, với việc áp dụng lý thuyết

“Vùng phát triển gần” của Vgôtxky có thể bồi dỡng cho học sinh trực giáckhoa học

Việc hình thành giả thuyết là dựa trên các dữ liệu đã có – Các loại thí đó là sựtích luỹ về lợng ở đây, vai trò của ghi nhớ rất quan trọng Trực giác cóquan hệ chặt chẽ với trực quan và tởng tợng Học sinh tri giác nhận biết tàiliệu trực quan, tách ra và giữ lại trong óc những yếu tố riêng lẻ cần lĩnh hội.Những hành động này tiến triển sinh động, phụ thuộc vào nội dung bài toánnhận thức (vấn đề đặt ra) và trình độ nhận thức của chủ thể Nh vậy, từ đốitợng trực quan, hình thành hình tợng theo biểu tợng đã đợc xây dựng Sựbiến đổi chính những hình tợng đã đợc hình thành trên cơ sở trực quan là sựbiến đổi tích cực trong óc những tri giác đã có dẫn đến xây dựng hình tợngmới khác với tài liệu trực quan xuất phát Hoạt động trí óc ở đây là hoạt

động tởng tợng, nó bao gồm cả một loạt những hành động nhằm ghi nhớnhững hình tợng ban đầu đã hình thành, thực hiện những biến đổi khácnhau, những hình tợng đó có căn cứ vào yêu cầu của câu hỏi nhận thức Cácbiểu tợng đợc tích luỹ Nh vậy, đứng trớc những vấn đề nhận thức, ngờinghiên cứu biến đổi các giữ liệu trong óc, tìm thấy sự liên hệ giữa các biểutợng đã có với các giữ kiện của vấn đề cần giải quyết, từ đó nảy sinh “ý t-ởng” về phơng pháp giải quyết vấn đề một cách trực giác Kết quả là nêu ra

đợc giả thuyết

Giả thuyết nêu ra phải thoả mãn đợc hai chức năng: Giải thích và tiên

đoán Giả thuyết phải sơ bộ giải thích đợc các sự kiện thực nghiệm đã biết.Quan trọng hơn, giả thuyết phải có chức năng tiên đoán một hiện tợng mớicha từng đợc biết đến Giả thuyết là một phán đoán không đơn thuần chỉdựa vào suy luận logic (nh phán đoán thông thờng) mà là sự kết hợp giữasuy luận logic và trực giác

1.2.3.1.3 Suy ra hệ quả logic

Giả thuyết đợc nêu ra dới 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

đợc kiểm tra Việc kiểm tra trực tiếp một nhận định khái quát là không thể

mà thay vào đó là kiểm tra hệ quả của nó Hệ quả logic đợc nêu ra từ giảthuyết trong phơng pháp thực nghiệm phải thoả mãn hai điều kiện:

– Các loại thí Tuân theo quy tắc logic hoặc toán học

– Các loại thí Có thể kiểm tra bằng thí nghiệm vật lý

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 lợng vật lý mà những

đại lợng này phải đo đợc trực tiếp hoặc kết luận phải là một khẳng định tồn

tại hay không tồn tại một hiện tợng nào đó có thể quan sát đợc trực tiếphoặc quan sát gián tiếp qua sự biến đổi của một đại lợng vật lý nào đó.Giả thuyết quy định nội dung của hệ quả logic thông qua tác động củacác quy tắc suy luận logic và suy luận toán học đồng thời hệ quả logic làcâu nối giữa giả thuyết khoa học và thí nghiệm vật lý.

1.2.3.1.4 Tiến hành thí nghiệm kiểm tra

Đây là hành động đặc thù của phơng pháp thực nghiệm Ngời nghiêncứu tự tạo hiện tợng, quá trình trong những điều kiện nhất định của phòngthí nghiệm nhằm kiểm tra tính xác thực của hệ quả logic suy ra từ giảthuyềt Các thao tác t duy và thực hành của hành động tiến hành thí nghiệmkiểm tra tính xác thực của hệ quả logic

a Lập phơng án thí nghiệm

Nhà nghiên cứu cần phải trả lời các câu hỏi:

– Các loại thí Cần làm gì để xuất hiện hiện tợng? Phải có các thiết bị nào, lắp ráp

ra sao? Cần đo đại lợng nào? Đo bằng dụng cụ gì? Đo nh thế nào?

– Các loại thí Cần phải thay đổi đại lợng nào? ảnh hởng của sự thay đổi đó đốivới các đặc trng khác của hiện tợng?

Nói chung phơng án thí nghiệm cần đợc xây dựng dới dạng bản vẽ, sơ

đồ

b Tiến hành thí nghiệm: Căn cứ phơng án đã vạch ra, nhà nghiên cứulắp ráp dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ và tiến hành thí nghiệm Một loạt cácthao tác đợc thực hiện

– Các loại thí Lắp ráp dụng cụ theo sơ đồ

– Các loại thí Tiến hành thí nghiệm làm xuất hiện hiện tợng và quan sát, đo đạc,ghi chép số liệu

c Xử lý số liệu (kết quả thí nghiệm): Cách xử lý kết quả thí nghiệm đã

đợc vạch sẵn từ khi xây dựng phơng án thí nghiệm Thông thờng có thể xử

lý theo kiểu lập bảng, lập tỷ số, tính trị trung bình, vẽ đồ thị…; Các cặp phạm trù Các kỹ năng:tính toán, lấy sai số, đánh giá độ chính xác của phép đo đợc rèn luyện ởthao tác này

Căn cứ kết quả thí nghiệm ngời nghiên cứu đánh giá tính chân thựccủa hệ quả

1.2.3.1.5 Rút ra kết luận

Nếu kết quả thí nghiệm khẳng định hệ quả tức khẳng định điều tiên

đoán của giả thuyết thì tính chân thực của giả thuyết cũng đợc khẳng định

Nếu kết quả thí nghiệm phủ định giả thuyết, nghĩa giả thuyết chỉ giảithích đợc sự kiện đã có nhng lại không phù hợp với sự kiện mới, ngờinghiên cứu phải xem lại hoặc là thí nghiệm hoặc là việc suy ra hệ quả logic

có sai phạm gì không hoặc là phải xem lại chính bản thân giả thuyết để điềuchỉnh thậm chí thay đổi chừng nào của kết quả thí nghiệm và với hệ quả của

lý thuyết, chừng đó giả thuyết nêu ra mới trở thành chân lý

1.2.3.1.6 áp dụng định luật, lý thuyết vào thực tiễn

– Các loại thí áp dụng định luật để nghiên cứu vật lý: Từ định luật mới xây dựng,các nhà nghiên cứu suy ra các hệ quả; đó là những hiện tợng mới, quy luậtmới, thực nghiệm mới Theo Fayman: “Lịch sử các phát minh chứng tỏrằng khi một định luật nào đó đúng thì dựa vào đó ta có thể phát minh ra

định luật mới Khi chúng đã chắc chắn về tính đúng đắn của một định luậtnào đó mà trong các quan trắc thấy không phù hợp thì đấy là một điềm báohiệu có hiện tợng mới, cha rõ”

Nh vậy, khi một định luật nào đó đúng, thì dựa vào đó có thể phátminh ra định luật mới Còn khi tính đúng đắn của một định luật hoặc thuyếtnào đó đã đợc khẳng định, mà trong quan sát hoặc thực nghiệm thấy có

điều không phù hợp thì đó là dấu hiệu có hiện tợng mới Một dây chuyềnphát minh đợc tạo ra

– Các loại thí áp dụng định luật (lý thuyết) vật lý vào thực tiễn kỹ thuật và đờisống Có thể nói vật lý là cơ sở của đa số các ngành kỹ thuật và các quátrình sản xuất Việc nghiên cứu khoa học nhằm mục đích cuối cùng là ứngdụng vào thực tiễn, song việc đa thành tựu khoa học vào ứng dụng là mộtquá trình Theo thời gian khoảng cách từ nghiên cứu đến áp dụng đang đợcrút ngắn lại

Trong dạy học vật lý, việc áp dụng các định luật hoặc lý thuyết là việclàm không thể thiếu – Các loại thí việc áp dụng này đợc thể hiện ở các hình thức:– Các loại thí Bài học nghiên cứu tài liệu mới: mà nội dung kiến thức là hệ quảcủa các định luật đã học Là việc vận dụng định luật trong tình huống mới.– Các loại thí Bài học giải bài tập

– Các loại thí Bài học thực hành

1.2.3.2 Tính chất của phơng pháp thực nghiệm

a Tính hệ thống, tính khoa học, có chức năng nhận thức luận: Phơngpháp thực nghiệm là sự thể hiện khả cụ thể công thức nhận thức của Lênin:

“Từ trực quan sinh động đến t duy trừu tợng và từ t duy trừu tợng đến thựctiễn đó là con đờng nhận thức chân lý, nhận thức hiện thực khách quan”

Tính khoa học và tính hệ thống thể hiện trong cấu trúc logic của phơngpháp Thí nghiệm không phải tiến hành một cách tuỳ tiện, ngẫu hứng màxuất phát từ mục đích rõ ràng.

b Phơng pháp thực nghiệm là sự thống nhất biện chứng giữa thựcnghiệm và lý thuyết

Ta biết rằng phơng pháp thực nghiệm không chỉ đóng khung ở chổ cácphơng tiện thí nghiệm, các thao tác thực hành tay chân, mà là sự kết hợpnhuần nhuyễn giữa thao tác t duy lý thuyết và thực hành Thí nghiệm baogiờ cũng có mục đích rõ ràng, mà mục đích này đợc soi rọi bằng một lýthuyết đã có Lý thuyết đó là sự khái quát hàng loạt các sự kiện thựcnghiệm và bằng thao tác t duy lý thuyết Và đến lợt mình thực nghiệm kiểmtra lý thuyết

1.3 Phơng pháp thực nghiệm trong nhận thức vật lý của học sinh

và tác dụng của việc bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm vật lý cho học sinh đối với việc nâng cao hiệu quả dạy học.

Nhận thức vật lý của nhà bác học và học sinh về bản chất là khôngkhác nhau, đó là đều nhằm mục đích xây dựng tri thức mới cho chính mình(tuy nhiên đối với nhà bác học, tri thức là mới cho toàn nhân loại, còn đốivới học sinh, tri thức chỉ mới với chính bản thân) Chính vì vậy công cụnhận thức về bản chất là không khác biệt Song về tính chất và mức độ thìkhác nhau đáng kể Muốn dạy thành công phơng pháp thực nghiệm cho họcsinh cần phải làm sáng tỏ những khác biệt này để có những gia công sphạm cần thiết

– Các loại thí Sự khác biệt về thời gian: Nhà vật lý có thời gian dài để xây dựngmột định luật vật lý, có thể chỉ làm đợc một công đoạn trong cả quá trìnhhình thành nên định luật vật lý đó Còn đối với học sinh xây dựng một địnhluật vật lý chỉ trong một vài tiết học

– Các loại thí Sự khác biệt về phơng tiện: Nhà bác học có phòng thí nghiệm vớimáy móc thiết bị tinh vi, hiện đại, còn học sinh trong điều kiện nhà trờngchỉ có những thiết bị đơn giản

– Các loại thí Nhà khoa học xây dựng tri thức mới mà loài ngời cha biết Nhàkhoa học phải thực hiện một bớc nhảy vọt (đột biến) để tìm ra cái mới màcả nhân loại cha biết – Các loại thí đó thực chất là hoạt động sáng tạo Còn học sinh làxây dựng lại cái mà loài ngời đã biết, với sự hớng dẫn của giáo viên, của tàiliệu sách và các phơng tiện thông tin khác Với mục đích bồi dỡng phơngpháp thực nghiệm cần phải đặt học sinh vào vị trí của nhà khoa học để họ tự

xây dựng tri thức cho chính mình Khi đó họ sẽ vừa lĩnh hội đợc tri thức cơbản, lại vừa rèn luyện đợc phơng pháp khoa học.

Xét đến hiệu quả dạy học là xét đến chất lợng của sản phẩm và sựchấp nhận của xã hội về sản phẩm đó Hiệu quả dạy học đợc đánh giá caonếu chất lợng sản phẩm tốt, đáp ứng yêu cầu của xã hội hiện đại: con ngời

có vốn tri thức cơ bản làm nền, t duy nhạy cảm sắc bén, có năng lực giảiquyết vấn đề, thích nghi nhanh chóng với công việc mà xã hội phân công,

có tác phong làm việc khoa học, ngăn nắp, trung thực, tiếp cận nhanh vớinhững vấn đề mới nảy sinh trong xã hội hiện đại

Khi thực hiện việc bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm vật lý, học sinh

sẽ đợc làm quen với một con đờng xây dựng tri thức vật lý Học sinh đợchọc không những nội dung các định luật, khái niệm, lý thuyết vật lý mà còn

đợc biết tri thức ấy đợc tìm ra nh thế nào; hơn nữa các em có thể tự mìnhtìm ra tri thức ấy; đợc trải qua tất cả các giai đoạn của một chu trình nhậnthức khoa học vật lý Về mặt giáo dỡng học sinh nhớ rất lâu và khi quên cóthể tự mình xây dựng lại đợc

– Các loại thí Thông qua bài nghiên cứu tài liệu mới;

– Các loại thí Thông qua bài tập vật lý;

– Các loại thí Thông qua thí nghiệm thực tập

2.1 Dạy học phơng pháp thực nghiệm thông qua bài học nghiên cứu tài liệu mới.

Giáo trình Vật lý phổ thông đợc biên soạn thành những bài học vớithời gian từ 1 đến 2 tiết Đó là những đơn vị kiến thức cơ bản thuộc mộttrong các loại kiến thức cơ bản sau: Khái niệm vật lý (khái niệm định tính

và khái niệm định lợng); định luật vật lý; thuyết vật lý; các ứng dụng vật lý;các phơng pháp nhận thức Vật lý Hoạt động dạy học đợc tổ chức sao chohọc sinh lĩnh hội đợc kiến thức Theo Razumopxki để phát triển năng lựcsáng tạo của học sinh cần xây dựng tiến trình bài học phỏng theo các giai

đoạn nghiên cứu của nhà bác học, giống nh khi nhà bác học xây dựng nêntri thức ấy trong lịch sử khoa học, nghĩa là học sinh đợc khám phá lại địnhluật Với cách xây dựng bài học nh vậy học sinh đợc học định luật dới dạng

“bào thai học” của nó, kết quả học sinh vừa lĩnh hội đợc tri thức cơ bản, vừa

đợc bồi dỡng phơng pháp xây dựng ra tri thức đó

Để học sinh lĩnh hội phơng pháp thực nghiệm một cách tự giác, rất cầnthiết phải đợc hợp thức hoá một cách tờng minh tri thức về phơng pháp Khi công cụ nhận thức đã đợc học sinh hiểu rõ thì họ mới có thể vận dụng

nó thành công Việc hợp thức hoá một cách tờng minh phơng pháp thựcnghiệm trong bài học nghiên cứu tài liệu mới là một phơng pháp dạy họcphơng pháp thực nghiệm cho học sinh

2.1.1 Xây dựng bài học tờng minh phơng pháp thực nghiệm của nhận thức Vật lý.

2.1.1.1 Những điều lu ý khi xây dựng bài học tờng minh phơng phápthực nghiệm

a Về yêu cầu của bài học

Không thể dạy phơng pháp một cách thuần tuý cho học sinh mà phảidạy thông qua việc vận dụng phơng pháp ấy để xây dựng một đơn vị tri thức

nào đó Nh vậy bài học tờng minh phơng pháp thực nghiệm vừa dạy tri thức

về các sự kiên, vừa dạy tri thức về phơng pháp phải đặt ra hai yêu cầu:

– Các loại thí Yêu cầu về tri thức cơ bản (khái niệm, định luật, thuyết)

– Các loại thí Yêu cầu của nội dung tri thức về phơng pháp: Học sinh phải nắm

đ-ợc phơng pháp ở mức độ nào đó về lý thuyết và thực hành (thực hành sửdụng phơng pháp)

Hai yêu cầu phải phù hợp với nhau theo nguyên tắc: sự phù hợp giữanội dung và phơng pháp

b Về tiến trình của bài học

Trong bài học tờng minh phơng pháp thực nghiệm, học sinh phải trảiqua tất cả các giai đoạn của phơng pháp này nghĩa là tiến trình xây dựng trithức Vật lý phải phỏng theo việc xây dựng tri thức của nhà bác học: Họcsinh tham dự vào việc khám phá lại tri thức trong điều kiện nhà trờng

c Về hoạt động của học sinh

Bài học phải lựa chọn sao cho học sinh đợc tham gia nhiều nhất vàocác khâu của phơng pháp thực nghiệm (chính sự tham gia của học sinh là

điều kiện để họ vận dụng phơng pháp, hình thành và rèn luyện kỹ năng).Yêu cầu này đòi hỏi bài học sử dụng các thiết bị có thể có trong điều kiệnnhà trờng hiện nay (dễ tìm, rẻ tiền, dễ chế tạo), các giả thuyết nêu ra và việcsuy ra hệ quả logic của nó không quá phức tạp

d Về thời gian

So với bài học khác, bài học tờng minh phơng pháp (nói chung) và

ph-ơng pháp thực nghiệm (nói riêng) thực hiện đồng thời hai nội dung dạy học:Dạy tri thức về sự kiện và dạy tri thức về phơng pháp Bài học không chophép nêu ra định luật dới dạng thông báo, buộc học sinh công nhận, màphải để học sinh xây dựng nên định luật dới sự hớng dẫn của giáo viên

Điều đó cần một thời gian gấp hai lần so với bài học bình thờng Quỹ thờigian có thể lấy từ giờ thực hành Vì vậy các bài học tờng minh phơng phápthực nghiệm đợc lựa chọn sao cho thí nghiệm kiểm tra hệ quả logic của giảthuyết có nội dung tơng tự với thí nghiệm thực hành

e Số lợng bài học tờng minh phơng pháp thực nghiệm

Các tri thức muôn vẻ của Vật lý đợc xây dựng bằng một số hữu hạncác phơng pháp thực nghiệm khoa học bộ môn, vì thế bài học tờng minhphơng pháp thực nghiệm là hạn chế

Cùng sử dụng một phơng pháp thực nghiệm có thể xây dựng một loạtcác định luật Vật lý phổ thông

2.1.1.2 Logic của bài học tờng minh phơng pháp thực nghiệm.

“Vấn đề nhận thức” ở bài học này là nội dung của phơng pháp thựcnghiệm Cần phải trình bày nội dung này cho học sinh sao cho nó khôngphải “từ trên trời rơi xuống”, mà là khái quát rất tự nhiên thông qua việcvận dụng phơng pháp này xây dựng tri thức Vật lý nào đó Quy trình bàihọc tờng minh phơng pháp thực nghiệm có thể nh sau:

Bớc 1 Đặt vấn đề, nêu ví dụ làm nổi lên vấn đề cần nhận thức: Bằngcách nào ngời ta xây dựng các định luật Vật lý? (hoặc cách thức, phơngpháp xây dựng nên các định luật Vật lý là gì?)

Bớc 2 Cho học sinh đợc trải qua tất cả các giai đoạn của phơng phápthực nghiệm khi giáo viên sử dụng chính phơng pháp đó để xây dựng một

định luật Vật lý nào đó (ở đây học sinh có thể tham gia vào một số khâutrong các khâu: nêu giả thuyết, nêu phơng án thí nghiệm kiểm tra giảthuyết, tiến hành thí nghiệm xử lý kết quả, rút ra kết luận tuỳ vào trình độhọc sinh và nội dung của định luật cũng nh thiết bị dạy học)

Bớc 3 Khái quát những giai đoạn chính trong quá trình trên, lập thànhsơ đồ cấu trúc của phơng pháp thực nghiệm

2.1.1.3 Bài học tờng minh phơng pháp thực nghiệm cho học sinh lớp

12, phần Dao động và sóng cơ học

Ví dụ: Dạy học bài Dao động tắt dần và dao động cỡng bức

I Mục đích yêu cầu:

– Các loại thí Dạy những kiến thức cơ bản về hiện tợng dao động tắt dần, dao

động cỡng bức và dao động cộng hởng nh yêu cầu của sách giáo viên

– Các loại thí Cho học sinh xây dựng kiến thức theo tinh thần phơng pháp thựcnghiệm, từ đó bồi dỡng phơng pháp nhận thức thực nghiệm cho các họcsinh

II Tiến trình bài học

Mục 1 Dao động tắt dần

Hoạt động 1: Xây dựng khái niệm dao động tắt dần

Giáo viên hớng dẫn học sinh đa ra giả thuyết: Bằng quan sát thực tếhoặc bằng thí nghiệm hãy cho biết dao động thực của con lắc đơn có phải làdao động điều hoà hay không?

Học sinh thảo luận và trả lời

Với câu hỏi này nếu học sinh giỏi thì đa ra câu trả lời là không, tuy

nhiên cũng có thể có những học sinh không biết nhiều về thực tế thì có thể

trả lời là có (vì lý thuyết đã nêu nh thế) Nh vậy có thể có hai giả thuyết đợc

nêu ra

Giáo viên ghi cả hai giả thuyết lên bảng

Tiếp theo giáo viên hỏi học sinh: Làm thế nào để kiểm tra đợc dao

động thực của con lắc là dao động điều hoà hay không? Bằng thí nghiệmnào và đo đại lợng nào? (Định hớng học sinh đa ra hệ quả logic và thínghiệm kiểm tra hệ quả)

Học sinh thảo luận và trả lời

Với câu hỏi này học sinh có thể đa ra nhiều câu trả lời khác nhau Nếuhọc sinh không trả lời đợc thì giáo viên có thể hớng dẫn nh sau:

Trong dao động điều hoà x  A sin t   thì biên độ A là không đổi

độ và chu kỳ của nó có là hằng số hay không

Giáo viên yêu cầu học sinh làm thí nghiệm và để quan sát dao độngthực của một con lắc lò xo, và dao động thực của con lắc đơn trong môi tr-ờng không khí (Lớp đợc chia thành 4 nhóm: 1 nhóm quan sát sự biến đổichu kỳ của con lắc đơn; 1 nhóm quan sát sự biến đổi của biên độ của conlắc đơnp; 1 nhóm quan sát sự biến đổi của chu kỳ của con lắc lò xo, 1 nhómquan sát sự biến đổi của biên độ của con lắc lò xo)

Trớc khi yêu cầu học sinh làm thí nghiệm quan sát, giáo viên nêu lạimục đích của quan sát: Quan sát dao động thực của con lắc lò xo và con lắc

đơn để so sánh dao động thực tế của con lắc và dao động điều hoà trong lýthuyết đã học (bằng cách theo dõi sự biến đổi của chu kỳ và biên độ)

Giáo viên hớng dẫn thêm cho học sinh: Biên độ của dao động có thểquan sát đợc bằng mắt nhng chu kỳ thì phải đo thời gian dao động Để đothời gian dao động nên so sánh thời gian thực hiện 10 dao động đầu và thờigian thực hiện 10 dao động tiếp theo sau đó so sánh

Học sinh làm thí nghiệm và quan sát

Trong khi học sinh làm thí nghiệm giáo viên yêu cầu học sinh làm đilàm lại vài lần và sau đó đa ra kết quả càng nhanh càng tốt

Thí nghiệm kiểm tra sự biến đổi của biên độ là một thí nghiệm dễ nênhọc sinh có thể đa ra kết quả nhanh Vì trong thực tế biên độ dao động củacon lắc là giảm đi rất nhanh Tuy nhiên đối với các nhóm quan sát sự biến

đổi của chu kỳ thì khó khăn hơn vì thực tế ta biết rằng dao động tắt dầncũng có chu kỳ sai khác không đáng kể.

Các nhóm học sinh lần lợt đa ra kết quả

Dự đoán: Các nhóm kiểm tra sự biến đổi của biên độ sẽ đa ra kết quảtrớc

Sau khi có kết quả thí nghiệm từ các nhóm quan sát sự biến đổi củabiên độ, giáo viên yêu cầu nhóm này kết luận Dĩ nhiên các nhóm này sẽ cókết luận: dao động thực của con lắc không phải là dao động điều hoà

Giáo viên khẳng định luôn là dao động của con lắc không phải là dao

động điều hoà, không cần chờ kết quả của nhóm khảo sát chu kỳ nữa (vì chỉcần một kết quả sai là có thể đa ra kết luận phủ định) đồng thời yêu cầu cácnhóm tiếp tục về nhà khảo sát sự biến đổi của chu kỳ

Giáo viên làm lại thí nghiệm và yêu cầu cả lớp theo dõi sự biến đổi củabiên độ

Sau đó đa ra kết luận: Dao động của con lắc không phải là dao động

điều hoà vì biên độ của chúng giảm theo thời gian và dao động nh thế gọi làdao động tắt dần

Hoạt động 2 Tìm hiểu nguyên nhân tắt dần của dao động

Vấn đề mới mà học sinh cần phải giải quyết tiếp theo là: Vì sao dao

động của con lắc lại tắt dần? (biên độ giảm dần theo thời gian)

Học sinh thảo luận đa ra các nguyên nhân (nêu giả thuyết)

Học sinh có thể đa ra nhiều giả thuyết khác nhau nh: do ma sát, do lò

xo không tuân theo định luật Húc (Hooke), do biên độ dao động của con lắc

đơn không đủ nhỏ   10 0…

Tuy nhiên giáo viên nên gợi ý cho học sinh đa ra giả thuyết cuối cùng

để tiết kiệm thời gian

Giáo viên có thể gợi ý nh sau: Biên độ của dao động giảm kéo theo đạilợng nào của dao động biến đổi theo? Nói rõ hơn, đại lợng nào của dao

động có phụ thuộc vào biên độ dao động? (Năng lợng 2 2

A m 2

1

phục hồi cực đại Fphmax  kA)

Đây là giai đoạn dùng các suy luận toán học để đa ra hệ quả

Giáo viên nêu câu hỏi: Khi biên độ giảm thì năng lợng của dao độngbiến đổi nh thế nào?

Học sinh tính toán và đa ra nhận xét: Biên độ giảm thì năng lợng dao

Giáo viên hỏi tiếp: Vì sao năng lợng của dao động giảm?

Giáo viên định hớng để học sinh trả lời đã có lực không phải là lực thếtác dụng vào vật và đó là lực ma sát

Nh vậy, giáo viên cần dẫn dắt học sinh đi đến giả thuyết: Dao độngcủa con lắc tắt dần là do lực ma sát tác dụng vào hệ dao động

Tiếp theo giáo viên định hớng cho học sinh để đa ra hệ quả và phơng

án tiến hành thí nghiệm kiểm tra giả thuyết

Học sinh thảo luận và đa ra các phơng án

Nếu học sinh không đa ra đợc phơng án làm thí nghiệm kiểm tra thìgiáo viên cần có những gợi ý: Chúng ta cần làm thay đổi đại lợng nào đểquan sát sự thay đổi đại lợng nào? (thay đổi lực cản và quan sát sự thay đổibiên độ dao động)

Giáo viên hỏi thêm: Làm thế nào để thay đổi lực cản tác dụng vào vậtdao động?

Học sinh thảo luận dới sự chỉ dẫn của giáo viên để đi đến phơng án thínghiệm kiểm tra là cần cho con lắc dao động trong các môi trờng khácnhau

Giáo viên yêu cầu học sinh làm thí nghiệm kiểm tra sự dao động khácnhau của con lắc trong các môi trờng khác nhau

Giáo viên làm thí nghiệm biểu diễn để tiết kiệm thời gian và đi đến kếtluận: Lực ma sát (lực cản của môi trờng) là nguyên nhân làm cho dao độngtắt dần và nếu lực cản càng lớn thì dao động tắt dần càng nhanh (dao độngtrong môi trờng nớc tắt nhanh hơn trong môi trờng không khí, trong môi tr-ờng dầu nhớt thì thậm chí vật không còn dao động đợc nữa)

Giáo viên yêu cầu học sinh vẽ các đồ thị minh hoạ trong sách giáokhoa vào vở và yêu cầu học sinh đọc sách giáo khoa để nêu lên lợi ích vàtác hại của dao động tắt dần

Mục 2 Dao động cỡng bức

Hoạt động 3 Khảo sát dao động cỡng bức

Giáo viên nêu vấn đề: Dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn thực

tế không phải là dao động điều hoà mà là dao động tắt dần Vậy làm thếnào để duy trì dao động? (khắc phục hiện tợng tắt dần của con lắc)

Học sinh thảo luận để đa ra giả thuyết

Nếu học sinh không đa ra đợc giả thuyết, giáo viên có thể gợi ý nhsau: Con lắc dao động tắt dần là do mất mát năng lợng vì có lực ma sát, do

đó để duy trì dao động của con lắc chúng ta cần phải bù đắp năng lợng cho

hệ dao động, cụ thể là cung cấp cơ năng cho nó Vậy bằng cách nào đểcung cấp cơ năng (công cơ học) cho hệ dao động Để cung cấp công cơ họccho hệ ta phải tác dụng lực vào hệ Để hệ dao động tuần hoàn thì lực tácdụng vào hệ cũng phải là lực tuần hoàn.

Nh vậy dới sự hớng dẫn của giáo viên, học sinh sẽ đa ra đợc giả thuyếtlà: Để duy trì dao động của con lắc cần phải tác dụng lực tuần hoàn vào hệdao động

Yêu cầu học sinh nêu phơng án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết vừanêu

Học sinh thảo luận để đa ra phơng án tiến hành thí nghiệm kiểm tra.Tuy nhiên đây là một yêu câu khó, cho nên giáo viên nên cho học sinhthảo luận trong giây lát để đa ra một vài phơng án Có thể học sinh khôngnêu ra đợc phơng án nào cả Khi đó giáo viên đa ra phơng án của mình.Trong bộ thí nghiệm tự làm của chúng tôi, thiết bị máy phát dao động cơhọc có thể tác dụng lực tuần hoàn cho hệ dao động

Bố trí thí nghiệm nh sau: Gắn con lắc lò xo vào máy phát dao động cơhọc Cho máy phát dao động cơ học hoạt động, lúc đó hệ dao động sẽ đợccung cấp một lực tuần hoàn có chu kỳ bằng chu kỳ của máy phát

Giáo viên tiến hành thí nghiệm minh hoạ, đồng thời yêu cầu học sinhquan sát để trả lời các câu hỏi:

– Các loại thí Dao động của con lắc có đợc duy trì không?

– Các loại thí Hệ dao động với chu kỳ nh thế nào? (dao động với tần số dao động

riêng

m

k 2

1 2

f hay là dao động với tần số khác?)Học sinh quan sát thí nghiệm và trả lời các câu hỏi, từ đó đa ra các kếtluận nh sách giáo khoa đã nêu

Mục 3 Sự cộng hởng

Hoạt động 4 Khảo sát hiện tợng cộng hởng

Giáo viên nêu vấn đề: Chu kỳ của dao động cỡng bức bằng chu kỳ dao

động của lực cỡng bức Vậy biên độ của lực cỡng bức phụ thuộc vào nhữngyếu tố nào?

Học sinh thảo luận để đa ra một vài giả thuyết

Đây là một vấn đề khó, do đó nhất thiết giáo viên phải hớng dẫn học

biên độ dao động nh: Lực ma sát, biên độ của lực cỡng bức (cờng độ củalực cỡng bức), chu kỳ của lực cỡng bức, pha ban đầu của lực cỡng bức…; Các cặp phạm trùSau đó yêu cầu học sinh dự đoán về khả năng ảnh hởng của các đại lợngvừa nêu đến biên độ của dao động cỡng bức.

Học sinh thảo luận và đa ra các dự đoán (nêu giả thuyết)

Giáo viên có thể hớng dẫn học sinh đa ra giả thuyết nh sau:

Biên độ của dao động cỡng bức thể hiện năng lợng của dao động cỡngbức do đó đại lợng nào liên quan đến năng lợng của dao động đại lợng đó

sẽ ảnh hởng đến biên độ của lực cỡng bức Lúc đó chắc chắn sẽ đa ra giảthuyết: Lực ma sát (đặc trng cho sự tiêu hao năng lợng) và biên độ của lựccỡng bức (đặc trng cho sự cung cấp năng lợng vào hệ dao động) sẽ ảnh h-ởng đến biên độ của lực cởng bức

Giáo viên làm các thí nghiệm biểu diễn để kiểm tra các giả thuyết

(Trong bộ thí nghiệm của chúng tôi chế tạo, biên độ dao động củanguồn phát không thay đổi đợc nên không kiểm tra đợc giả thuyết biên độcủa dao động cỡng bức phụ thuộc vào biên độ của lực cỡng bức)

Thí nghiệm 1 Kiểm tra sự phụ thuộc biên độ của dao động cỡng bứcvào lực ma sát

Cách tiến hành thí nghiệm nh sau: Cho hệ dao động trong không khí

sau: Cho hệ dao động cỡng bức thực

hiện dao động Thay đổi tần số của lực

cỡng bức (bằng cách dịch chuyển con

chạy của biến trở để thay đổi tốc độ

quay của mô tơ)

Kết quả: Thay đổi tần số của lực

cỡng bức thì biên độ của lực cỡng bức thay đổi

Yêu cầu học sinh quan sát, vẽ định tính đồ thị biểu diễn sự phụ thuộcgiữa biên độ dao động cỡng bức vào tần số của lực cỡng bức

Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi: Khi nào thì biên độ của dao động ỡng bức đạt cực đại

Giáo viên gợi ý: Hãy so sánh tần số của lực cỡng bức để cho hệ dao

động với biên độ cực đại với tần số dao động riêng của hệ

Giáo viên làm lại thí nghiệm để học sinh tính toán tần số của lực cỡngbức khi hệ dao động với biên độ cực đại Từ đó học sinh so sánh và rút rakết luận

Mục 4 ứng dụng và khắc phục hiện tợng cộng hởng

Hoạt động 5 Mục này là mục vận dụng lý thuyết vào thực tiễn nêncho học sinh đọc sách để trả lời các câu hỏi sau:

Cộng hởng có lợi hay có hại? Nêu ví dụ?

Cho học sinh làm một bài tập thí nghiệm sau:

Khi đi vào công viên xít đu, em đã làm nh thế nào để duy trì dao độngcủa đu? Giải thích tại sao em lại làm nh thế?

12, chúng tôi đều cố gắng xây dựng tiến trình bài học theo tinh thần của

ph-ơng pháp thực nghiệm tức là định hớng nhận thức khoa học theo các giai

đoạn của phơng pháp thực nghiệm

Trong cấu trúc phơng pháp thực nghiệm giai đoạn thí nghiệm kiểm tra

là giai đoạn đặc thù Vì vậy đi sâu phân tích giai đoạn này khi thực hiện dạyhọc không tờng minh phơng pháp thực nghiệm cho học sinh là điều cầnthiết

Giai đoạn thí nghiệm kiểm tra trong phơng pháp thực nghiệm gồm cáchành động:

- Lập phơng án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết học hệ quả logíc của giả

– Các loại thí Tiến hành thí nghiệm, quan sát đo đạc, ghi chép số liệu thí nghiệm.– Các loại thí Xử lý kết quả, đối chiếu với hệ quả suy ra từ giả thuyết.

– Các loại thí Rút ra kết luận

Trong điều kiện dạy học hiện nay (thiết bị thiếu, cha đồng bộ), tiếnhành thí nghiệm trên lớp là rất hiếm hoi, vì vậy cần tăng cờng việc cho họcsinh thảo luận các phơng án thí nghiệm nhằm kiểm tra giả thuyết hoặc hệquả logic của nó Theo tôi, ngoài việc giáo viên tăng cờng thiết kế chế tạocác thiết bị tự làm thì việc hớng dẫn những học sinh có năng lực hoạt độngtheo nhóm nhằm chế tạo ra các thiết bị dạy học đơn giản, hoặc cũng có thểkết hợp với giáo viên cùng chế tạo thiết bị

* Trong quá trình làm đề tài này, tác giả đã cùng với học sinh (họcsinh trong đội tuyển thi học sinh giỏi quốc gia của trờng) chế tạo một bộ thínghiệm để phục vụ dạy học phần này

Hoạt động: Máy phát này hoạt động dựa trên cơ sở về mối quan hệgiữa chuyển động tròn đều và dao động điều hoà.

Tác dụng:

* Máy phát này có thể dùng để minh hoạ mối quan hệ giữa chuyển

động tròn đều và dao động điều hoà

* Máy phát này có thể tạo ra lực cỡng bức tuần hoàn

* Nó làm nguồn phát dao động để tạo ra sóng nớc

– Các loại thí Một bình đựng nớc dạng hình hộp chữ nhật để làm môi trờngtruyền sóng phẳng Bình này đợc chế tạo bằng nhôm kính

– Các loại thí Các con lắc đơn và con lắc lò xo

2.1.2.1 Các thí nghiệm biểu diễn và thực hành có thể tiến hành trongcác giờ học Dao động và sóng cơ học 12 trong điều kiện hiện nay.

Với các dụng cụ thí nghiệm của nhà trờng và của chúng tôi tự làm thì

có thể tiến hành đợc các thí nghiệm nh sau:

– Các loại thí Thí nghiệm minh hoạ mối quan hệ chuyển động tròn đều và dao

động điều hoà

– Các loại thí Thí nghiệm kiểm chứng định luật về dao động của con lắc đơn, xác

định gia tốc rơi tự do

– Các loại thí Thí nghiệm về dao động tắt dần

– Các loại thí Thí nghiệm về dao động cộng hởng

– Các loại thí Thí nghiệm về giao thoa sóng nớc, giao thoa sóng dây

– Các loại thí Thí nghiệm kiểm chứng định luật về sóng dừng trên dây, sóng dừngtrên mặt nớc

– Các loại thí Thí nghiệm đo bớc sóng của âm

2.1.2.2 Ví dụ một bài học cụ thể về dạy học không tờng minh phơngpháp thực nghiệm cho học sinh thông qua bài học nghiên cứu tài liệu mới

Bài 11: Giao thoa sóng

I Mục đích yêu cầu

– Các loại thí Hiểu đợc khái niệm nguồn kết hợp, sóng kết hợp, giao thoa, sóngdừng, nút, bong

Bỡnh đựng nước làm mụi trường truyền súng

– Các loại thí Nắm đợc điều kiện để có giao thoa và sự phân bố các điểm dao

động cực đại, cực tiểu

– Các loại thí Nắm đợc điều kiện để có sóng dừng và sự phân bố các nút và bụng

– Các loại thí Xây dựng tri thức về giao thoa theo tinh thần của phơng pháp

thực nghiệm

II Tiến trình bài học

Mục 1 Hiện tợng giao thoa

Hoạt động 1 Quan sát hiện tợng giao thoa

Vấn đề đặt ra: Nếu nh có hai hay nhiều sóng cơ học cùng truyền đếnmột điểm trong môi trờng thì sóng tại điểm đó có đặc điểm gì?

Giáo viên yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi: Để có hai sóng cùng truyền

đến một điểm ta phải có điều kiện cần nào?

Sóng cơ học là sự lan truyền dao động cơ học trong không gian theothời gian, do đó để có hai sóng cùng truyền tới một điểm ta phải có hainguồn dao động

Giáo viên bổ sung cho học sinh: Chúng ta có thể tạo ra hai nguồn dao

động độc lập, hoặc từ một nguồn dao động sau đó tách nó ra thành hainguồn dao động thứ cấp

Giáo viên giới hạn phạm vi nghiên cứu: ở đây chúng ta chỉ quan sát sựchồng chập của hai sóng cùng tần số và cùng phơng Các trờng hợp còn lại

là rất phực tạp, không nghiên cứu

Sau đó giáo viên giới thiệu các thiết bị thí nghiệm dùng để biểu diễnhiện tợng giao thoa

Trong bộ thí nghiệm tự làm của chúng tôi: Hiện tợng giao thoa có thểthực hiện đối với sóng phẳng của nớc hoặc sóng trên sợi dây Các thínghiệm này khác với thí nghiệm nêu ra trong sách giáo khoa

Trong bài học này, chúng tôi sẽ dùng thí nghiệm giao thoa sóng phẳngcủa nớc và cũng cố bằng thí nghiệm giao thoa sóng trên dây vì các lý dosau:

– Các loại thí Đối với sóng phẳng khi lan truyền trong môi trờng biên độ củachúng bị giảm rất ít Biên độ của sóng chỉ bị giảm đi do mất mát năng lợngvì ma sát của môi trờng ngoài cũng nh nội ma sát Còn sóng tròn hay sóngcầu biên độ của sóng ngoài việc bị giảm do ma sát nó còn bị giảm do mặt

đầu sóng càng lớn khi sóng truyền ra càng xa tâm phát sóng

– Các loại thí Với thí nghiệm giao thoa sóng phẳng của chúng tôi tự làm thì họcsinh ở dới lớp có thể quan sát trực tiếp đợc các nút và bụng mà không cần

các thiết bị bổ trợ nh các thiết bị giao thoa trớc đây (Giao thoa trong khaynớc).

– Các loại thí Với thí nghiệm của chúng tôi, biên độ dao động của nguồn là rấtlớn và có thể điều chỉnh đợc, phụ thuộc vào lợng nớc trong bình nhiều hay

ít Vì thế, học sinh có thể quan sát một cách rõ ràng và quan sát đợc giaothoa với các biên độ khác nhau

Các dụng cụ thí nghiệm gồm có:

– Các loại thí Một máy phát dao động điều hoà và một cơ cấu để tạo ra hai nguồndao động cùng tần số Trong thí nghiệm của chúng tôi khác với thí nghiệmtrong sách giáo khoa ở chỗ: Hai nguồn này dao động ngợc pha

– Các loại thí Một bình đựng nớc dạng hình trụ để làm môi trờng truyền sóng.Trớc khi tiến hành thí nghiệm giáo viên nhắc lại mục đích thí nghiệm

là quan sát sự chồng chập hai sóng trong một môi trờng truyền sóng, để họcsinh định hớng đợc mục đích quan sát

Tiến hành thí nghiệm: Cho nguồn phát hoạt động, dao động lần lợt lantruyền từ hai đầu bình lại, sau đó bắt đầu có sự chồng chập hai sóng lại vớinhau

Đợi cho sóng trong bình ổn định, yêu cầu học sinh quan sát và nêunhận xét

Cho học sinh nêu một vài nhận xét

Sau đó giáo viên cần định hớng thêm cho học sinh quan sát nh:

– Các loại thí Hình ảnh của sóng chồng chập có gì khác so với hình ảnh của từngsóng riêng lẻ?

– Các loại thí Dao động của các phần tử nớc, nơi có sóng truyền đến có gì khácnhau, giống nhau?

Trong thí nghiệm của chúng tôi, vì hai nguồn dao động ngợc pha nên

điểm chính giữa bình nớc không hề dao động (điểm nút)

Kết quả: Học sinh có thể quan sát đợc hình ảnh giao thoa một cách rõràng:

Mục 2 Lý thuyết giao thoa sóng

Hoạt động 2: Nghiên cứu lý thuyết giao thoa sóng