Giáo trình Lí luận dạy học Vật lí THPT

Nội dung text: Giáo trình Lí luận dạy học Vật lí THPT

1. Lí luận dạy học Vật lí THPT
2. LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, việc đổi mới công tác giáo dục diễn ra rất sôi động trên thế giới và ở nước ta. Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ta đòi hỏi ngành giáo dục phải đổi mới đồng bộ cả mục đích, nội dung, phương pháp và phương tiện dạy học. Trên cơ sở tiếp thu những thành tựu mới của khoa học giáo dục trên thế giới và phát huy những thành tựu đã đạt được của nền giáo dục nước nhà, các giải pháp đề ra phải vừa theo kịp sự phát triển chung của khoa học giáo dục trên thế giới và vừa phù hợp với điều kiện cụ thể của nước ta sao cho khả thi và hiệu quả. Cuốn sách này được viết dựa trên những công trình nghiên cứu và những bài giảng của các tác giả trong những năm gần đây ở Khoa Vật lí- Trường Đại học Sư phạm Hà nội. Các tác giả đã cố gắng quán triệt mục tiêu của giáo dục trong giai đoạn mới như đã được chỉ rõ trong Nghị quyết Trung ương lần 2 khoá VIII: một mặt phải đảm bảo cho thế hệ trẻ tiếp thu được những tinh hoa của nền văn hoá nhân loại; mặt khác phải phát huy tính năng động cá nhân, bồi dưỡng năng lực sáng tạo. Quan điểm xuyên suốt các phương pháp dạy học là dạy học bằng hoạt động, thông qua hoạt động. Học sinh bằng hoạt động tích cực, tự lực của mình mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành kĩ năng, phát triển năng lực sáng tạo, bồi dưỡng tình cảm, thái độ. Vai trò của giáo viên trong dạy học là tổ chức, hướng dẫn giúp đỡ học sinh thực hiện tốt các hoạt động học tập. Với cách dạy học mới này, việc dạy học không còn là truyền thụ kiến thức một chiều như trước đây, mà đòi hỏi người giáo viên phải học tập và rèn luyện công phu để có được một kĩ thuật dạy học mới. Các tác giả đã cố gắng đưa ra những qui trình làm việc cơ bản của người giáo viên vật lí đảm bảo cho công tác dạy học đạt được mục tiêu do chương trình giáo dục đề ra và cũng gợi mở những hướng sáng tạo để nâng cao chất lượng dạy học trong điều kiện cụ thể. Giáo trình này được dùng chủ yếu cho việc đào tạo các cử nhân sư phạm ngành vật lí. Một số chương được trình bày sâu, mang tính chất chuyên khảo, có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho việc đào tạo thạc sĩ, tiến sĩ.
3. Vì cuốn sách đề cập đến nhiều vấn đề mới mẻ, mới bước đầu được áp dụng trong dạy học vật lí ở nước ta nên khó tránh khỏi những chỗ thiếu sót. Các tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các bạn đọc đồng nghiệp để lần xuất bản sau cuốn sách được hoàn thiện hơn, phục vụ kịp thời sự nghiệp đổi mới giáo dục. Hà nội, mùa xuân 2002 Các tác giả MỞ ĐẦU
4. 1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA MÔN PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ Phương pháp dạy học vật lí là một ngành của khoa học giáo dục, nghiên cứu quá trình dạy học môn vật lí. Việc xác định những đặc điểm, bản chất, qui luật vận động của quá trình đó sẽ giúp người giáo viên vật lí có thể điều khiển được diễn biến của nó nhằm đạt được mục đích của việc dạy học môn vật lí. Trong quá trình dạy học, có hai loại nhân vật hoạt động đồng thời: giáo viên dạy, học sinh học. Giữa hai loại nhân vật này có nhiều mối quan hệ như quan hệ giữa giáo viên và cá nhân mỗi học sinh, quan hệ giữa giáo viên với tập thể học sinh trong lớp, giữa học sinh với nhau. Hoạt động của hai loại nhân vật này đều nhằm chung một mục đích cuối cùng là làm cho mỗi cá nhân lĩnh hội được nội dung môn học bao gồm cả kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, những năng lực và phẩm chất đạo đức có liên quan đến môn học. Trong quá trình dạy học, muốn biến nội dung môn học thành vốn liếng của cá nhân học sinh thì phải xét sự vận động của nội dung dạy học trong mối liên hệ với mục đích dạy học và phương pháp dạy học: Mục đích → Nội dung → Phương pháp Mục đích dạy học là phẩm chất nhân cách mà xã hội đòi hỏi. Nội dung dạy học ở đây là môn vật lí học. Phương pháp dạy học ở đây là cách thức hoạt động và phối hợp hành động của giáo viên và học sinh để đạt được mục đích đề ra. Ba thành phần này tác động lẫn nhau, qui định lẫn nhau, trong đó mục đích dạy học giữ vai trò chủ đạo. Sự phân tích đặc điểm của quá trình dạy học như trên dẫn đến việc xác định nhiệm vụ của môn phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông như sau: a) Căn cứ vào nhiệm vụ chung của trường phổ thông và đặc điểm của môn vật lí, xác định những nhiệm vụ của việc dạy học vật lí và đề ra đường lối thực hiện những nhiệm vụ ấy. b) Xác định nội dung và trình tự sắp xếp các vấn đề rút ra từ khoa học vật lí đưa vào môn vật lí ở trường phổ thông sao cho đáp ứng được yêu cầu đào tạo con người mới và phù hợp với lứa tuổi, với trình độ học sinh ở từng cấp học.
5. c) Nghiên cứu những phương pháp dạy học vật lí (cách thức hoạt động và ứng xử của giáo viên, cách thức hoạt động của học sinh và mối quan hệ giữa các hoạt động đó) nhằm đạt được mục đích dạy học vật lí. d) Vận dụng lí luận chung ở trên để xác định tiến trình dạy học các đề tài cụ thể của giáo trình vật lí ở trường phổ thông. Nói tóm lại, môn phương pháp dạy học vật lí nghiên cứu giải quyết ba vấn đề cơ bản: • Dạy học vật lí để làm gì? • Dạy học những gì trong môn vật lí? • Dạy học vật lí như thế nào ở trường phổ thông? 2. MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔN PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ VÀ CÁC MÔN KHOA HỌC KHÁC Trong dạy học vật lí, ta phải xử lí nhiều mối quan hệ thuộc nhiều lĩnh vực nên môn phương pháp dạy học vật lí phải sử dụng những thành tựu của các môn khoa học khác để giải quyết những vấn đề có liên quan của bản thân nó. 2.1. TRIẾT HỌC DUY VẬT BIỆN CHỨNG Triết học duy vật biện chứng nghiên cứu những qui luật chung nhất của sự phát triển tự nhiên, xã hội và tư duy con người. Nó là cơ sở phương pháp luận cho mọi khoa học, trong đó có phương pháp dạy học vật lí. Nó chỉ cho ta con đường đúng đắn để nhận thức chân lí khách quan (nhận thức luận), hiểu được giá trị của phương pháp nhận thức vật lí, giúp hình thành thế giới quan duy vật biện chứng ở thế hệ trẻ. Nó cung cấp cho phương pháp dạy học vật lí phương pháp nghiên cứu đúng đắn: xem xét những hiện tượng giáo dục nói chung và dạy học vật lí nói riêng trong quá trình phát triển và trong mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau, tuân theo qui luật mâu thuẫn thống nhất, qui luật lượng biến đổi dẫn đến chất đổi. 2.2. VẬT LÍ HỌC
6. Dĩ nhiên, phương pháp dạy học vật lí có liên hệ chặt chẽ với khoa học vật lí. Phương pháp dạy học vật lí phải lựa chọn trong kho tàng vô cùng phong phú của vật lí học những kiến thức cơ bản nhất, cần thiết nhất và sắp xếp thành hệ thống hợp lí để đưa vào trường phổ thông. Những kiến thức đó cũng phải thuận tiện để có thể rèn luyện cho học sinh cả những phương pháp nghiên cứu điển hình được các nhà vật lí học sử dụng rộng rãi. Mặc dù vật lí học đưa vào trường phổ thông đã là một dạng biến đổi của khoa học vật lí cho phù hợp với trình độ học sinh, mục đích dạy học và điều kiện của nhà trường, nhưng phải luôn luôn đảm bảo tính chính xác, phản ánh được những thành tựu mới nhất của vật lí học trong từng lĩnh vực. Vật lí học phát triển nhanh như vũ bão. Ngày càng có nhiều sự kiện mới được phát hiện dẫn đến việc xây dựng những khái niện mới, những định luật mới, lí thuyết mới. Đã có nhiều trường hợp các nhà khoa học phát hiện ra một lí thuyết cũ đã sai lầm, không giải thích được một số hiện tượng thực tế mới, phải xây dựng lí thuyết mới thay thế. Trong quá trình đó, nội dung của môn vật lí ở trường phổ thông phải được thay đổi kịp thời. 2.3. GIÁO DỤC HỌC Quá trình dạy học môn vật lí là một bộ phận của quá trình giáo dục nói chung, tuân theo những qui luật chung của giáo dục. Dạy học vật lí không phải đơn thuần là truyền thụ cho học sinh những kiến thức vật lí mà thông qua dạy học môn vật lí phải góp phần hình thành và phát triển phẩm chất, nhân cách toàn diện cho học sinh. Bởi vậy, phương pháp dạy học vật lí phải vận dụng những kết quả nghiên cứu của giáo dục học vào việc xác định mục đích, nhiệm vụ môn vật lí trong toàn hệ thống giáo dục, xác định những hình thức và cách thức hoạt động của giáo viện và học sinh trong giờ học vật lí phù hợp với phương pháp chung hình thành nhân cách học sinh. 2.4. TÂM LÍ HỌC Theo quan điểm hiện đại, dạy học thực chất là hình thành và phát triển nhân cách học sinh. Muốn làm tốt điều đó thì nhất thiết phải hiểu biểu những đặc điểm tâm lí của học sinh và những qui luật của sự phát triển nhân cách, trong đó
7. có năng lực trí tuệ. Nói cách khác, cần phải biết tâm lí học lứa tuổi, tâm lí học dạy học và giáo dục (nghiên cứu những biến đổi của nhân cách dưới tác động của hoạt động sư phạm), qui luật của sự phát triển hoạt động nhận thức. Thực tế ngày càng chứng tỏ rằng: những thành tựu mới của tâm lí học trở thành nguồn gốc, là cơ sở của những phương pháp dạy học mới hữu hiệu. 2.5. TOÁN HỌC Vật lí học là một khoa học chính xác. Đa số các khái niệm, định luật vật lí được diễn đạt bằng những công thức toán học. Đặc biệt là việc biến đổi những công thức toán học đó có thể dẫn tới dự đoán được những diễn biến của hiện tượng vật lí hoặc những hiện tượng, những đặc tính mới của thế giới vật chất. Có thể nói: toán học là một công cụ không thể thiếu được trong nghiên cứu vật lí học. Sự thiếu hiểu biết về toán học nhiều khi gây ra những khó khăn lớn trong học tập vật lí không thể vượt qua được. Sự chuẩn bị cho học sinh không đầy đủ về vốn kiến thức toán học là một trong những nguyên nhân quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng học tập vật lí. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ Với tư cách là một ngành của khoa học giáo dục, phương pháp dạy học vật lí sử dụng những phương pháp chung của khoa học giáo dục vận dụng vào phương pháp dạy học vật lí. Cơ sở phương pháp luận chung của mọi khoa học là triết học duy vật biện chứng. Nó cung cấp cho ta những quan điểm cơ bản về con đường nhận thức thế giới, nhận thức chân lý. Những tư tưởng của triết học duy vật biện chứng cần được quán triệt trong phương pháp nghiên cứu phương pháp dạy học vật lí là: - Xem xét những quá trình và hiện tượng trong mối quan hệ nhiều mặt và tác động qua lại giữa chúng. - Xem xét những quá trình và hiện tượng trong sự vận động và phát triển, chỉ ra những bước chuyển hoá từ sự biến đổi về lượng sang sự biến đổi về chất. - Phát hiện những mâu thuẫn nội tại và sự đấu tranh giữa các mặt đối lập để tìm ra những động lực phát triển.
8. - Coi thực tiễn là nguồn gốc nhận thức và là tiêu chuẩn của chân lí. Những phương pháp nghiên cứu cụ thể của phương pháp dạy học vật lí gồm: a) Nghiên cứu lí luận Trong nghiên cứu lý luận, người ta dựa vào những tài liệu đã có, những lí thuyết đã được khẳng định, những thành tựu của nhân loại trên nhiều lĩnh vực khác nhau, những văn kiện chỉ đạo của Đảng và Nhà nước để xem xét vấn đề và tìm ra giải pháp hợp lí, có sức thuyết phục, xây dựng một lí thuyết hoàn toàn mới bổ sung, cụ thể hoá lí thuyết cũ. b) Quan sát sư phạm Quan sát có mục đích diễn biến thực của các hiện tượng sư phạm, hiện tượng giáo dục để thu thập những tài liệu, dấu hiệu, số liệu cụ thể đặc trưng cho quá trình diễn biến của hiện tượng mà ta dự định khảo sát. Trước khi quan sát, cần xác định rõ mục đích, đối tượng, nội dung, và cả tiêu chí đánh giá, đo lường các kết quả quan sát. Trong khi quan sát thực tiễn sư phạm, cũng có khi tình cờ người ta phát hiện ra những sự kiện, hiện tượng sư phạm mới ngoài dự kiến đòi hỏi phải nghiên cứu. c) Tổng kết kinh nghiệm Tổng kết kinh nghiệm thực chất là đánh giá và khái quát hoá những kinh nghiệm đã thu thập được trong hoạt động thực tiễn, từ đó phát hiện ra những vấn đề cần khẳng định để đưa ra áp dụng rộng rãi hoặc cần tiếp tục nghiên cứu hay loại bỏ. Đặc biệt quan trọng là: việc tổng kết kinh nghiệm nhiều khi dẫn đến khám phá ra những mối liên hệ có tính qui luật của những hiện tượng giáo dục. Tổng kết kinh nghiệm cần phải có lí luận để soi sáng, giải thích tính chất hợp lí, phù hợp với những qui luật đã được khẳng định thì mới tránh khỏi tính chất ngẫu nhiên, lộn xộn, hời hợt của kết luận. d) Thực nghiệm sư phạm Trong thực nghiệm sư phạm, người ta chủ động gây những tác động vào quá trình dạy học và giáo dục để xem xét kết quả của những tác động đó. Những
9. tác động đó xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế, điều chỉnh, thay đổi được, ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên khác. Thực nghiệm sư phạm thường được dùng để kiển tra (khẳng định hoặc bác bỏ) tính đúng đắn của một giả thuyết được rút ra từ nghiên cứu lí luận. Thực nghiệm sư phạm là một phương pháp nghiên cứu rất có hiệu lực, song việc thực hiện nó rất công phu và có nhiều khó khăn. Nguyên nhân của những khó khăn đó vì nhà sư phạm thực hiện một tác động lên những con người cụ thể, kết quả thu được có thể không giống nhau, phụ thuộc vào nhiều yếu tố tâm lí. Đối với mỗi học sinh cụ thể cũng khó có thể cô lập được các yếu tố không tác động khác, để chỉ xem xét ảnh hưởng của yếu tố tác động. Như vậy, những kết quả thực nghiệm thường chỉ có ý nghĩa xác suất, phải xử lí bằng phương pháp thống kê. Nhưng muốn sử dụng phương pháp thống kê lại cần phải đo lường được, lượng hoá được các dấu hiệu. Đó cũng là một việc rất khó khăn. Thông thường, những phương pháp nghiên cứu trên được kết hợp với nhau, làm cho các kết quả thu được vừa có sức thuyết phục về mặt lí luận, vừa có ý nghĩa thực tiễn. Thí dụ như: qua nghiên cứu lí luận kết hợp với quan sát, tổng kết kinh nghiệm, người ta đề xuất ra một giả thuyết, rồi dùng thực nghiệm sư phạm để kiểm tra giả thuyết đó. Sau đó, lại dùng lí luận để lí giải kết luận và khái quát lên một trình độ cao hơn, tổng quát hơn.
10. Chương 1 MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ CỦA VIỆC DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1. MỤC TIÊU CHUNG CỦA GIÁO DỤC PHỔ THÔNG Mục tiêu giáo dục ở mỗi quốc gia do nhà nước đề ra, căn cứ vào yêu cầu phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội của đất nước hiện nay và trong tương lai. Như vậy, mục tiêu này sẽ thay đổi theo mỗi giai đoạn phát triển của đất nước, bởi vì nền giáo dục ở bất kì nước nào cũng phải nhằm đào tạo thế hệ trẻ trở thành những người có đủ khả năng tham gia một cách tích cực và có hiệu quả vào công cuộc xây dựng và bảo vệ đất nước trong giai đoạn sắp tới. Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IV của Đảng cộng sản Việt Nam, bàn về cải cách giáo dục đã nêu rõ: “Mục tiêu của cải cách giáo dục là đào tạo có chất lượng tốt những người lao động mới; trên cơ sở đó, đào tạo và bồi dưỡng với qui mô ngày càng lớn đội ngũ công nhân kĩ thuật và cán bộ quản lí, cán bộ khoa học, kĩ thuật và nghiệp vụ”. Đại hội cũng chỉ ra nội dung của chất lượng là: “Đào tạo có chất lượng những người lao động mới có ý thức và đạo đức xã hội chủ nghĩa, có trình độ văn hoá phổ thông và hiểu biết kĩ thuật, có óc thẩm mĩ, có sức khoẻ tốt”. Hiện nay, đất nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, hoà nhập với cộng đồng khu vực Đông Nam Á và thế giới. Trước tình hình mới đó, Hội nghị Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng Sản Việt Nam lần 2, khoá VIII đã chỉ rõ mục tiêu của giáo dục trong giai đoạn mới là: “Nhiệm vụ và mục tiệu cơ bản của giáo dục là nhằm xây dựng những con người và thế hệ thiết tha gắn bó với lí tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội, có đạo đức trong sáng, có ý chí kiên cường xây dựng và bảo vệ tổ quốc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước; giữ gìn và phát huy các giá trị văn hoá dân tộc, có năng lực tiếp thu tinh hoa văn hoá nhân loại; phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Việt Nam, có ý thức cộng đồng và phát huy tích cực của cá nhân, làm chủ
11. tri thức khoa học và công nghệ hiện đại, có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành giỏi, có tác phong công nghiệp, có tính tổ chức kỉ luật, có sức khoẻ, là những người thừa kế xây dựng chủ nghĩa xã hội vừa “hồng” vừa “chuyên” như lời dặn của Bác Hồ”. Như vậy, mục tiêu giáo dục của ta trong một thời gian dài vẫn giữ vững quan điểm giáo dục toàn diện, chú trọng cả bốn mặt trí, đức, thể, mĩ nhằm đào tạo ra những người lao động mới có khả năng xây dựng và bảo vệ Tổ quốc xã hội chủ nghĩa. Tuy nhiên, trong giai đoạn này, đất nước ta mở cửa hoà nhập với cộng đồng quốc tế rộng lớn, trong cơ chế thị trường cạnh tranh quyết liệt, mục tiêu của giáo dục đã cụ thể hoá thêm một số điểm cho phù hợp với yêu cầu của tình hình mới. Thí dụ như: a) Coi trong giáo dục đạo đức, tư tưởng, coi đó là nền tảng nhân cách của con người mới. b) Bên cạnh việc bồi dưỡng năng lực tiếp thu tinh hoa văn hoá nhân loại, phải chú trọng giữ gìn và phát huy các giá trị văn hoá dân tộc. c) Một mặt phải học để nắm vững và làm chủ tri thức khoa học và công nghệ hiện đại mà nhân loại đã tích luỹ được; mặt khác lại phải có tư duy sáng tạo, phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Việt Nam, tìm ra những cách làm mới phù hợp với hoàn cảnh cụ thể của đất nước để đưa đất nước tiến lên. d) Người lao động mới vừa phải có ý thức cộng đồng, tinh thần tập thể vì sự nghiệp chung mà hợp tác giúp đỡ lẫn nhau, vừa phải phát huy tính tích cực cá nhân, năng động, chủ động, đem hết tài năng, trí tuệ, sức lực của mình cống hiến cho sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. 1.2. NHIỆM VỤ CỦA VIỆC DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG Các mục tiêu và nhiệm vụ của trường phổ thông được thực hiện chủ yếu thông qua việc dạy học các môn học. Mỗi môn học do các đặc điểm của mình có thể thực hiện các nhiệm vụ chung đó bằng những cách khác nhau hoặc có thuận lợi hơn trong việc thực hiện một số nhiệm vụ. Căn cứ vào mục tiêu nhiệm vụ
12. chung và đặc điểm riêng của môn học, ta xác định nhiệm vụ cụ thể của việc dạy học vật lí ở trường phổ thông . 1.2.1. Đặc điểm của môn vật lí ở trường phổ thông a) Vật lí học nghiên cứu các hình thức vận động cơ bản nhất của vật chất, cho nên những kiến thức vật lí là cơ sở của nhiều ngành khoa học tự nhiên, nhất là của hoá học và sinh học. b) Vật lí học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm. Phương pháp của nó chủ yếu là phương pháp thực nghiệm. Đó là phương pháp nhận thức có hiệu quả trên con đường đi tìm chân lí khách quan. Phương pháp thực nghiệm có xuất xứ từ vật lí học nhưng ngày nay cũng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học tự nhiên khác. c) Vật lí học nghiên cứu các dạng vận động cơ bản nhất của vật chất nên nhiều kiến thức vật lí có liên quan chặt chẽ với các vấn đề cơ bản của triết học, tạo điều kiện phát triển thế giới quan khoa học ở học sinh. d) Vật lí học là cơ sở lí thuyết của việc chế tạo máy móc, thiết bị dùng trong đời sống và sản xuất. e) Vật lí học là một khoa học chính xác, đòi hỏi vừa phải có kĩ năng quan sát tinh tế, khéo léo tác động vào tự nhiên khi làm thí nghiệm, vừa phải có tư duy lôgic chặc chẽ, biện chứng, vừa phải trao đổi thảo luận để khẳng định chân lí. 1.2.2. Các nhiệm vụ của việc dạy học vật lí ở trường phổ thông a) Trang bị cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại, có hệ thống, bao gồm: - Các khái niệm vật lí. - Các định luật vật lí cơ bản. - Nội dung chính của các thuyết vật lí. - Các ứng dụng quan trọng nhất của vật lí trong đời sống và trong sản xuất. - Các phương pháp nhận thức phổ biến dùng trong vật lí. b) Phát triển tư duy khoa học ở học sinh: rèn luyện những thao tác, hành động, phương pháp nhận thức cơ bản nhằm chiếm lĩnh kiến thức vật lí, vận dụng sáng tạo để giải quyết vấn đề trong học tập và hoạt động thực tiễn sau này.
13. c) Trên cơ sở kiến thức vật lí vững chắc, có hệ thống, bồi dưỡng cho học sinh thế giới quan duy vật biện chứng, giáo dục lòng yêu nước, thái độ đối với lao động, đối với cộng đồng và những đức tính khác của người lao động. d) Góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh, làm cho học sinh nắm được những nguyên lí cơ bản về cấu tạo và hoạt động của các máy móc được dùng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân. Có kỹ năng sử dụng những dụng cụ vật lí, đặc biệt là những dụng cụ đo lường, kĩ năng lắp ráp thiết bị để thực hiện các thí nghiệm vật lí, vẽ biểu đồ, xử lí các số liệu đo đạc để rút ra kết luận. Những kiến thức, kĩ năng đó giúp cho học sinh sau này có thể nhanh chóng thích ứng được với hoạt động lao động sản xuất trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Những nhiệm vụ trên không tách rời nhau mà luôn luôn gắn liền với nhau, hỗ trợ lẫn nhau, góp phần đào tạo ra những con người phát triển hài hoà, toàn diện. Thí dụ như: kiến thức mà học sinh thu nhận được chỉ có thể sâu sắc, vững chắc khi họ có trình độ tư duy phát triển. Muốn có kiến thức vững chắc, học sinh không phải chỉ tiếp thu kiến thức một cách thụ động, máy móc mà phải tích cực tự lực hoạt động, tham gia vào quá trình xây dựng và vận dụng kiến thức. Ngược lại, học sinh chỉ có thể phát triển trí thông minh, sáng tạo khi có một vốn kiến thức vững chắc, thường xuyên vận dụng chúng để giải quyết những nhiệm vụ mới, vừa củng cố vừa mở rộng và phát hiện ra những chỗ chưa hoàn chỉnh của chúng để tiếp tục sáng tạo ra những kiến thức mới, bổ sung hoàn chỉnh thêm vốn kiến thức của mình. Thế giới quan khoa học chỉ có thể được hình thành và phát triển trên cơ sở vốn kiến thức khoa học của mỗi cá nhân. Thế giới quan là kết quả của sự khái quát hoá cao những hiểu biết của con người về những đặc tính và qui luật vận động của thế giới vật chất. Sự khái quát ấy chỉ có thể trở thành niềm tin sâu sắc khi ta thực sự tin ở những qui luật cụ thể của vật lí học, của khoa học mà ta nghiên cứu. Ngược lại, cũng nhờ có thế giới quan khoa học mà nhiều nhà khoa học kiên trì, dũng cảm đi sâu tìm kiếm những định luật vật lí dù gặp phải một số hiện tượng mà trước đây ta chưa biết nguyên nhân, nhờ thế mà đạt được những
14. thành công rực rỡ. Mặt khác, không có trình độ tư duy phát triển thì khó có thể thực hiện sự khái quát hoá cao, do đó khó có thể có thế giới quan khoa học vững chắc. Vật lí học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm, trong đó có sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa quan sát, thí nghiệm và suy luận lí thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lí luận và thực tiễn. Bởi vậy, việc rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành thí nghiệm sẽ hỗ trợ rất tốt cho việc phát hiện những đặc tính, qui luật của tự nhiên cũng như kiểm tra tính đúng đắn của các kiến thức lí thuyết. Những ứng dụng trong kĩ thuật của vật lí không những phục vụ cho nhu cầu đời sống và sản xuất mà còn phục vụ cho chính công việc nghiên cứu vật lí học, nâng cao khả năng hoạt động của chính người nghiên cứu, học tập vật lí. 1.3. ĐƯỜNG LỐI CHUNG THỰC HIỆN NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG Như ta đã thấy, nhiệm vụ dạy học vật lí rất phức tạp và nặng nề. Tất cả những nhiệm vụ ấy được thực hiện thông qua việc dạy học những kiến thức vật lí, trong quá trình học sinh học tập vật lí. Sự phát triển tư duy khoa học, năng lực sáng tạo, sự hình thành thế giới quan duy vật biện chứng, những phẩm chất đạo đức, nắm được kĩ năng, kĩ xảo hoạt động thực tiễn sản xuất đều là kết quả đồng thời với sự nhận thức các kiến thức vật lí của bản thân học sinh. Bởi vậy, muốn thực hiện tốt các nhiệm vụ dạy học vật lí, phải xác định đúng con đường nhận thức vật lí và tổ chức hoạt động của học sinh để chiếm lĩnh kiến thức vật lí. 1.3.1. Con đường nhận thức vật lí Cũng như các môn khoa học tự nhiên khác, khoa học vật lí nghiên cứu thế giới tự nhiên nhằm phát hiện ra những đặc tính và qui luật khách quan của các sự vật hiện tượng trong tự nhiên. Vấn đề then chốt đầu tiên phải đặt ra cho người nghiên cứu là: làm thế nào để tìm ra chân lí, làm thế nào để biết rằng những điều mà nhà nghiên cứu tìm ra là đúng chân lí khách quan? V.I. Lênin đã khái quát hoá những thành tựu của rất nhiều nhà khoa học trên con đường đi tìm chân lí, nhiều khi phải trải qua những cuộc đấu tranh gian khổ, quyết liệt và đã chỉ ra:
15. “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, rồi từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức hiện thực khách quan”. V.G. Razumôpxki trên cơ sở khái quát hoá những lời phát biểu giống nhau của những nhà vật lí nổi tiếng như A.Anhstanh, M. Plăng, M.Boocnơ, P.l. Kapitsa đã trình bày những khía cạnh chính của quá trình sáng tạo khoa học dưới dạng chu trình như sau (Hình 1): Từ sự khái quát những sự kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình trừu tượng giả định (có tính chất như một giả thuyết); từ mô hình dẫn đến việc rút ra hệ quả lí thuyết (bằng suy luận lôgic hay suy luận toán học); kiểm tra bằng thực nghiệm những hệ quả đó. Mô hình giả định Các hệ quả trừu tượng lôgic Những sự kiện Thí nghiệm khởi đầu kiểm tra Hình 1. Chu trình sáng tạo khoa học theo Razumôpxki Nếu những kết quả thực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì mô hình giả thuyết đó được xác nhận là đúng đắn và trở thành chân lí. Nếu những sự kiện thực nghiệm không phù hợp với những dự đoán lí thuyết thì phải xem lại lí thuyết, chỉnh lí lại hoặc thay đổi. Mô hình trừu tượng được xác nhận trở thành nguồn tri thức mới, tiếp tục được dùng để suy ra những hệ quả mới hoặc để giải thích những sự kiện thực nghiệm mới phát hiện. Bởi vì, mỗi mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một số mặt của thực tế, cho nên khi mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc, ta gặp những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với hệ quả suy từ mô hình đó, nghĩa là không giải thích được những sự kiện thực nghiệm mới; đến lúc đó, phải bổ sung, chỉnh lí mô hình cũ cho phù hợp hoặc phải bỏ đi mà xây dựng mô hình
16. mới, bắt đầu một chu trình mới của quá trình nhận thức. Như vậy, chu trình nhận thức khoa học không khép kín mà được mở rộng dần dần, làm giàu thêm cho kiến thức khoa học. Bằng cách đó, con người ngày càng tiếp cận hơn với chân lí khách quan. Ta có thể mô tả quá trình nhận thức vật lí chi tiết hơn, gồm các giai đoạn điển hình sau: Thực tiễn → Vấn đề → Giả thuyết → Hệ quả → Định luật → Lí thuyết → Thực tiễn. Chu trình và sơ đồ nói trên mô tả toàn bộ quá trình nhận thức vật lí. Đối với mỗi nhà vật lí, trong một công trình nghiên cứu cụ thể của mình, có thể chỉ tham gia vào một số giai đoạn. Thí dụ như: Farađây dựa trên khảo sát thực nghiệm, đề xuất giả thuyết về sự tồn tại của điện trường, từ trường. Về sau, Macxoen phát triển tư tưởng đó và xây dựng thành lí thuyết vể trường điện từ và dự đoán về sự lan truyền của sóng điện từ. Cuối cùng, phải đợi đến Hecdơ mới kiểm tra được bằng thực nghiệm dự đoán của Macxoen. Đến đây, giả thuyết về sự tồn tại của trường điện từ mới được công nhận là chân lí khách quan. Như vậy, con đường đi tìm chân lí xuất phát từ thực tiễn và cuối cùng trở lại thực tiễn, lấy thực tiễn làm chân lí. Những tính chất và qui luật vận động của thế giới vật chất tồn tại khách quan, không phụ thuộc vào ý muốn của con người. Những kiến thức khoa học mà con người xây dựng nên để phản ánh, mô tả những tính chất, những qui luật đó của tự nhiên lại là những sáng tạo tự do của con người. A.Anhstanh viết: “ Khoa học hoàn toàn không phải là sự sưu tập các định luật, sự tổng hợp các hiện tượng không liên hệ với nhau. Nó là một sự sáng tạo của trí tuệ con người bằng những tư tưởng và những khái niệm được phát minh một cách tự do”. Trong lịch sử vật lí học, đã có nhiều trường hợp, cùng một hiện tượng, sự vật nhưng nhiều nhà khoa học lại xây dựng những khái niệm và định luật khác nhau để phản ánh sự vận động của nó. Dần dần, theo thời gian, được thử thách trong thực tế, một số trong các định luật, khái niệm đó tỏ ra vẫn đúng đắn, một số khác lại bị bác bỏ hoàn toàn hoặc phải sửa đổi, bổ sung cho phù hợp với những sự kiện thực tế mới phát hiện. A. Anhstanh viết: “Đối với một nhà vật lí đầu thế kỷ 19, hiện thực của thế giới bên ngoài của chúng ta được tạo ra từ các
17. hạt với các lực đơn giản tác dụng giữa chúng chỉ phụ thuộc khoảng cách. Ông ta cố gắng giữ hết sức lâu niềm tin tưởng rằng ông có thể thành công trong việc giải thích tất cả các sự kiện trong tự nhiên bằng những khái niệm cơ bản này về hiện thực. Những khó khăn liên quan đến sự lệch của kim nam châm, tới cấu tạo của ête cho chúng ta ý nghĩ về một hiện thực tinh tế hơn: phát minh quan trọng về điện từ trường xuất hiện. Phải có trí tưởng tượng khoa học táo bạo để nhận thức rằng: không phải tính chất của các vật mà tính chất của cái gì đó nằm giữa chúng, nghĩa là trường, mới có thể là quan trọng đối với việc sắp xếp và hiểu biết các sự kiện. Sự phát triển sau này của khoa học vừa phá vỡ những quan niệm cũ của cơ học Niutơn, vừa tạo ra những khái niệm mới. Thời gian tuyệt đối và hệ toạ độ quán tính đã bị thuyết tương đối từ bỏ”. Ngày nay, người ta đã chứng minh rằng: cơ học cổ điển của Niu tơn là một trường hợp đặc biệt của cơ học tương đối khi vận tốc chuyển động của các vật thể rất nhỏ so với vận tốc ánh sáng. Điều đó chứng tỏ: cơ học Niutơn vẫn phản ánh đúng thực tiễn trong đó các vật có vận tốc nhỏ, còn khi các vật chuyển động với vận tốc cỡ vận tốc ánh sáng thì phải áp dụng những qui luật của cơ học tương đối tinh tế hơn. Như vậy, một vấn đề cơ bản được đặt ra trong quá trình nhận thức vật lí là: phải luôn luôn đối chiếu những khái niệm, định luật, những mô hình vật lí là những sản phẩm do trí tuệ con người sáng tạo ra với thực tiễn khách quan để hiểu rõ chúng dùng để phản ánh, mô tả, biểu đạt đặc tính gì, quan hệ nào của thực tế khách quan và giới hạn phản ánh của nó đến đâu. Kết quả của quá trình nghiên cứu, học tập, nhận thức vật lí, ngoài việc nắm được các định luật cụ thể chi phối các hiện tượng cụ thể của tự nhiên để vận dụng chúng cải tạo tự nhiên, phục vụ lợi ích của con người, còn phải làm cho học sinh tin tưởng vững chắc rằng: mọi hiện tượng trong tự nhiên đều diễn ra theo qui luật của tự nhiên có tính chất khách quan, có hệ thống chặt chẽ mà con người hoàn toàn có thể nhận thức được ngày càng sâu sắc, tinh tế, chính xác hơn. 1.3.2. Hoạt động nhận thức vật lí của học sinh
18. 1. Dạy học và phát triển Dạy học là một dạng hoạt động đặc trưng của loài người nhằm truyền lại cho thế hệ sau những kinh nghiệm xã hội mà loài người đã tích luỹ được, biến chúng thành vốn liếng kinh nghiệm và phẩm chất, năng lực của cá nhân người học. Hoạt động dạy học bao gồm hai hoạt động liên quan với nhau, tác động qua lại với nhau: hoạt động dạy của giáo viên và hoạt động học của học sinh. Hai hoạt động này đều có chung một mục đích cuối cùng là làm cho học sinh lĩnh hội được nội dung học, đồng thời phát triển được nhân cách, năng lực của mình. Quá trình dạy học xảy ra rất phức tạp và đa dạng, trong đó sự phối hợp hoạt động giữa giáo viên và học sinh có ý nghĩa quyết định. Trong dạy học cổ truyền trước đây, giáo viên là người quyết định, điều khiển toàn bộ các hoạt động của quá trình dạy học, từ đặt vấn đề mở đầu, giải quyết vấn đề, đánh giá và kết luận; còn học sinh thì thụ động tiếp thu, ghi nhớ, nhắc lại, làm theo mẫu. Chiến lược dạy học này xuất phát từ quan niệm về nhiệm vụ của giáo dục chỉ là một sự truyền đạt đơn giản những kiến thức, kinh nghiệm xã hội như những sản phẩm hoàn chỉnh, đã được thử thách. “Từ đó dẫn người giáo viên ngấm ngầm hay công khai coi đứa trẻ hoặc như một người lớn thu nhỏ cần dạy dỗ, giáo dục, làm cho nó giống với mẫu người lớn nhanh chừng nào hay chừng ấy, hoặc như một kẻ hứng chịu tội lỗi của tổ tiên là chứa trong mình một chất liệu chống đối, cho nên cần phải uốn nắn hơn là tạo dựng”. (J.Piaget). Nhà trường mới không chỉ chú trọng đến việc truyền thụ kiến thức mà còn chú trọng đến phát triển toàn diện nhân cách học sinh. Trong lịch sử giáo dục, kinh nghiệm về giáo viên truyền thụ kiến thức đã có nhiều, nhưng về phát triển nhân cách, phát triển năng lực thì còn mới mẻ. Trong sự phát triển đa dạng của nhân cách thì phát triển năng lực nhận thức là cơ sở, có ảnh hưởng lớn đến việc phát triển những năng lực khác. Thành tựu quan trọng nhất của tâm lí học phát triển, dùng làm cơ sở cho việc xây dựng chiến lược dạy học mới, phương pháp dạy học mới hiện nay là hai lí thuyết phát triển nhận thức của Jean Piaget (1896- 1980) và Lép Vưgôtski (1896- 1934).
19. Lí thuyết của Piaget nhấn mạnh rằng: học sinh giữ một vai trò rất tích cực trong việc thích nghi với môi trường. Sự thích nghi bắt đầu từ lúc ra đời như là kết quả của sự phát triển tự nhiên về mặt sinh học và kinh nghiệm với thế giới. Thoạt đầu, trẻ em dựa vào các cấu trúc sinh học vốn có của cơ thể thực hiện các hoạt động tự phát của toàn bộ cơ thể, tạo nên sự cân bằng qua cơ chế đồng hoá và điều ứng để thích nghi với môi trường, hoàn cảnh và suy rộng ra là với các tác động bên ngoài từ xã hội vào bản thân đứa trẻ. Trong học thuyết của Piaget, khái niệm cân bằng là khái niệm công cụ quan trọng nhất. Khái niệm này kéo theo khái niệm đồng hoá, điều ứng, thích nghi. Piaget viết: “Cuộc sống là sự sáng tạo không ngừng các dạng thức ngày càng phức tạp và sự cân bằng ngày càng tăng của các dạng thức này với môi trường”. Phát triển tâm lí tựu trung lại là sự phát triển trí tuệ cùng với tình cảm, xúc cảm, bao gồm quá trình nảy sinh, hình thành và phát triển qua các giai đoạn cảm giác- vận động, tiền thao tác, thao tác cụ thể, thao tác hình thức (tượng trưng), qua quá trình nội tâm hoá, xuất tâm và đều nhằm tạo lập các cấu trúc tâm lí ở các trình độ khác nhau, cùng nhằm vào mục đích là đồng hoá, điều ứng, thích nghi và cân bằng. Piaget cho rằng: sự phát triển là do con người tạo ra bằng cách là đưa qúa trình cân bằng từ thấp lên cao, đạt đến đỉnh cao là các cấu trúc lôgic- toán, có khi ông gọi là cân bằng nhận thức. Cân bằng tâm lí không phải chỉ là cân bằng nhận thức được tạo ra theo cơ chế thao tác với đỉnh cao là thao tác tượng trưng, thao tác khái niệm mà còn là, hay chủ yếu là cân bằng được tạo ra theo cơ chế hoạt động: quá trình cân bằng được tạo ra bởi hành động thực tiễn gắn bó, bao gồm hành động trí tuệ. Cân bằng không phải chỉ để con người sống còn mà chính là để tạo lập ra cuộc sống, sáng tạo ra các giá trị mới. Như vậy, Piaget đã đi vào quá trình phát triển trí tuệ với phương pháp tiếp cận duy vật biện chứng, tạo nên một cơ sở khoa học khá chắc chắn cho tâm lí học phát triển: tri thức nảy sinh từ hành động. Vấn đề dạy học và sự phát triển trí tuệ trong lứa tuổi học sinh đã được Vưgôtski giải quyết một cách độc đáo và có hiệu quả dựa trên lí luận về “vùng phát triển gần” do ông đề xuất. Vưgôtski cho rằng: sự phát triển nhận thức có nguồn gốc xã hội, chủ yếu thông qua sử dụng ngôn ngữ, đặc biệt trong bối cảnh
20. tương tác với những người khác. Điều đó có nghĩa là: xã hội tạo ra cơ sở cho sự phát triển nhận thức. Theo Vưgôtski, chỗ tốt nhất cho sự phát triển nhận thức là vùng phát triển gần. Vùng đó là khoảng nằm giữa trình độ phát triển hiện tại được xác định bằng trình độ độc lập giải quyết vấn đề và trình độ gần nhất mà các em có thể đạt được với sự giúp đỡ của người lớn hay bạn hữu khi giải quyết vấn đề. Nói cách khác, vùng phát triển gần là khoảng trống giữa nơi mà một người đang đứng khi giải quyết vấn đề và nơi mà người đó cần phải đến với sự giúp đỡ của người khác. Lấy thí dụ về học lái xe. Giả sử rằng: người học lái đã nắm được kĩ năng cơ bản điều khiển cho xe chuyển động thẳng, bây giờ cần phải học lái vòng. Ta biết rằng: người học chưa thể độc lập tự lực lái vòng, nhưng đã có hiểu biết để có thể nắm được kĩ năng với sự giúp đỡ của người dạy lái. Người học lúc đó ở trong vùng phát triển gần và có khả năng tận dụng sự giúp đỡ dưới dạng giải thích, biểu diễn, hướng dẫn của người dạy. Đối với giáo viên, điều nói trên có nghĩa là: sự phát triển nhận thức xảy ra tốt nhất khi học sinh phải đi qua vùng phát triển gần thông qua việc lập luận, tranh luận với bạn hữu hoặc người lớn tuổi. Để nắm được một công việc, đầu tiên học sinh có thể hiểu một phần của công việc đó, nhưng nhờ có giải thích, biểu diễn, hướng dẫn của người khác, học sinh hiểu toàn bộ công việc. Một khi học sinh đã đạt được sự hiểu biết toàn bộ công việc, họ sẽ phải vượt qua vùng phát triển gần và có thể độc lập thực hiện công việc đó. Học thuyết về vùng phát triển gần dẫn đến một kết luận quan trọng khác: chỉ có sự dạy học đi trước sự phát triển mới là dạy học tốt. Sự dạy học được tổ chức đúng đắn sẽ dẫn đến sự phát triển trí tuệ của trẻ em, làm cho một loạt quá trình phát triển đó sống động lên, mà có lẽ nói chung, không diễn ra ngoài dạy học. Các quá trình dạy học tạo ra vùng phát triển gần, các quá trình phát triển đi sau các quá trình dạy học. 2. Bản chất của hoạt động học vật lí a) Đặc điểm của hoạt động học
21. Hoạt động học là một hoạt động đặc thù của con người nhằm tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm mà loài người đã tích lũy được, đồng thời phát triển những phẩm chất năng lực của người học. Việc tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm nhằm sử dụng chúng trong hoạt động thực tiễn của mình. Cách tốt nhất để hiểu là làm. Cách tốt nhất để nắm vững được (hiểu và sử dụng được) những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm là người học tái tạo ra chúng. Như vậy, người học không phải là tiếp thu một cách thụ động, dưới dạng đã đúc kết một cách cô đọng, chuyển trực tiếp từ giáo viên, từ sách vở, tài liệu vào óc mình mà phải thông qua hoạt động tự lực của bản thân mà tái tạo lại chúng, chiếm lĩnh chúng. Thông thường, một hoạt động có đối tượng là một khách thể, tác động vào đối tượng làm biến đổi đối tượng. Chẳng hạn như nghiên cứu tính chất của chuyển động rơi của một vật trong những điều kiện khác nhau (trong không khí, trong nước, trong chân không) thay đổi hình dạng của vật. Trong khi đó, hoạt động học lại làm biến đổi chính chủ thể là người học. Nhờ có hoạt động học mà xảy ra sự biến đổi trong bản thân học sinh, sản phẩm của hoạt động học là những biến đổi trong chính bản thân chủ thể trong quá trình thực hiện hoạt động. Học trong hoạt động, học bằng hoạt động. Những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm mà người học tái tạo lại không có gì mới đối với nhân loại, nhưng những biến đổi trong bản thân người học, sự hình thành phẩm chất và năng lực ở người học thực sự là những thành tựu mới, chúng sẽ giúp cho người học sau này sáng tạo ra được những giá trị mới. Trong học tập vật lí, những định luật vật lí, kĩ năng sử dụng các máy đo, kinh nghiệm tiến hành các thí nghiệm vật lí đều là những điều đã biết, học sinh tái tạo lại chúng để biến chúng thành vốn liếng của bản thân mình, chứ không đem lại điều gì mới mẻ cho kho tàng kiến thức vật lí. Nhưng với bản thân học sinh, thông qua hoạt động tái tạo kiến thức đó mà trưởng thành lên. Ví dụ như: trước khi học, học sinh chưa biết nguyên nhân của lực ma sát. Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh tác động vào vật chuyển động, thay đổi độ ráp giữa mặt tiếp xúc của vật chuyển động với mặt bàn trên đó vật chuyển động. Kết quả là: học sinh phát hiện ra nguyên nhân xuất hiện lực ma sát là do sự gồ ghề
22. của mặt tiếp xúc, khi vật chuyển động thì những chỗ gồ ghề mắc vào nhau, cản trở chuyển động, nghĩa là sinh ra ma sát. Kiến thức đó về ma sát trong mọi sách đều viết rõ, học sinh có thể dễ dàng tìm thấy. Điều quan trọng là: sau khi tái tạo được kiến thức đó về ma sát thì học sinh có khả năng mới là không cần đọc trong sách, không cần giáo viên chỉ dẫn, có thể tự mình tìm ra nguyên nhân khác của ma sát (bản chất của các mặt tiếp xúc) hoặc nguyên nhân của các hiện tượng khác mà họ sẽ gặp trong hoạt động thực tiễn, ngay cả khi chưa được học. Đó mới chính là lợi ích lớn lao của việc học tập vật lí. b) Cấu trúc của hoạt động học Theo lí thuyết hoạt động, hoạt động học có cấu trúc gồm nhiều thành phần có quan hệ và tác động lẫn nhau (Hình 2). Một bên là động cơ, mục đích, điều kiện, phương tiện, bên kia là hoạt động, hành động, thao tác. Động cơ học tập kích thích sự tự giác, tích cực, thúc đẩy sự hình thành và duy trì, phát triển hoạt động học, đưa đến kết quả cuối cùng là thỏa mãn được lòng khát khao mong ước của người học. Muốn thoả mãn động cơ ấy, Động cơ Hoạt động phải thực hiện lần lượt những hành động để đạt được những mục đích cụ thể. Cuối Mục đích Hành động cùng, mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác sắp xếp theo một Phương tiện Thao tác trình tự xác định, ứng với mỗi thao tác Điều kiện trong những điều kiện cụ thể là những Hình 2. Cấu trúc tâm lí của hoạt động phương tiện, công cụ thích hợp. Động cơ học tập có thể được kích thích, hình thành từ những kích thích bên ngoài người học như: nhu cầu của xã hội đòi hỏi phải hoạt động có hiệu qủa trong một lĩnh vực nào đó của đời sống xã hội, sự tôn vinh của xã hội đối với người có học, đem lại vinh dự cho gia đình, cho đất nước. Nhưng quan trọng nhất, có khả năng thường xuyên được củng cố và phát triển, có hiện quả bền vững là sự kích thích bên trong bằng mâu thuẫn nhận thức, mâu thuẫn giữa nhiện
23. vụ mới phải giải quyết và khả năng hạn chế hiện có của học sinh, cần có một sự cố gắng vươn lên tìm kiếm một giải pháp mới, xây dựng một kiến thức mới: động cơ tự hoàn thiện bản thân mình. Việc thường xuyên tham gia vào việc giải quyết những mâu thuẫn này sẽ tạo ra thói quen, lòng ham thích hoạt động, hoạt động tự giác và tích cực, hoạt động càng có kết quả thì động cơ càng được củng cố. Mục đích của hoạt động học được thể hiện ở nhiệm vụ cụ thể của mỗi môn học, mỗi phần của môn học và cụ thể nhất là ở mỗi bài học; đó là mục tiêu cụ thể mà học sinh phải đạt được sau mỗi bài học, mỗi chương, mỗi phần, mỗi môn học mà ta có thể đánh giá được. Ta đã biết việc học tập vật lí có nhiều nhiệm vụ. Có nhiệm vụ có thể hoàn thành một cách rõ rệt, có thể kiểm tra, đáng giá ngay được kết quả thực hiện sau bài học, thí dụ như: nội dung kiến thức, kĩ năng cần nắm được. Có những nhiệm vụ phải trải qua nhiều bài học mới có thể thực hiện được, mỗi bài học, thậm chí mỗi chương chỉ góp một phần. Thí dụ như: khi học bài "định luật thứ ba của Niutơn", học sinh nắm được mối quan hệ giữa lực và phản lực, đặc điểm của những lực tương tác, có kĩ năng làm thí nghiệm để khảo sát những lực đó. Cũng qua bài học này, học sinh phải thực hiện những phép suy luận phức tạp, suy ra những hệ quả lí thuyết và tìm phương án kiểm tra lại hệ quả bằng thực nghiệm, có nghĩa là phát triển được năng lực nhận thức, tiến tới có thể tự lực tìm tòi, nghiên cứu các mối quan hệ khác. Điều này chưa thể đánh giá ngay được, vì học sinh đang nằm trong vùng phát triển gần. Định luật về mối quan hệ giữa lực tác dụng và phản lực là một cơ sở của một qui luật tổng quát của thiên nhiên, là cơ sở của thế giới quan duy vật biện chứng, đó là qui luật mâu thuẫn thống nhất (thống nhất và đấu tranh giữa các mặt đối lập). Nhưng một mình định luật này chưa đủ để tạo ra thế giới quan, tạo ra niềm tin ở tính phổ biến khách quan của qui luật triết học này. Để thực hiện mỗi mục đích cụ thể, phải thực hiện những hành động tương ứng. Có thể thực hiện một hành động, nhưng thông thường phải phối hợp nhiều hành động mới đạt được một mục đích. Nhiệm vụ bài học thường được diễn đạt dưới dạng các “bài toán nhận thức” hay “vấn đề nhận thức” mà nếu giải quyết được nó thì học sinh sẽ đạt được mục đích đề ra. Thí dụ như: để nắm được nội
24. dung định luật thứ ba của Niutơn, học sinh ít nhất phải thực hiện các hành động sau đây để tự mình tái tạo ra định luật đó: - Xây dựng một giả thuyết về mối quan hệ giữa lực và phản lực. - Tìm một hệ quả suy ra từ giả thuyết (bằng suy luận lôgic hay suy luận toán học). - Lập phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán. - Tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán. - Kết luận. - Vận dụng vào thực tiễn. Trong các hành động, có hành động vật chất và hành động trí tuệ. Bằng hành động vật chất, người ta tác dụng trực tiếp lên đối tượng để nhận biết những đặc tính bên ngoài của nó hoặc làm bộc lộ những đặc tính bên trong của nó. Thí dụ như: muốn biết qui luật sự rơi của các vật thì đầu tiên phải quan sát sự rơi của các vật trong tự nhiên. Sự quan sát tự nhiên đó cho thấy: các vật rơi rất khác nhau. Cần phải tác động vào tự nhiên, làm thay đổi các điều kiện rơi (rơi trong không khí, trong nước, trong chân không, vật rơi phẳng, vật được vo viên nhỏ lại ). Những hành động vật chất đó chỉ cho những thông tin riêng lẻ, rời rạc về tự nhiên. Phải trải qua những phân tích, so sánh, suy luận diễn ra trong óc, nghĩa là thông qua hành động trí tuệ mới rút ra được kết luận về qui luật chung sự rơi của các vật khác nhau: ở cùng một nơi trên mặt trái đất, mọi vật rơi tự do với cùng một gia tốc. Muốn đạt được một mục đích, phải thực hiện một hay một số hành động. Trong khi thực hiện một hành động, ta phải sử dụng một số phương tiện, trong những điều kiện cụ thể. Khi sử dụng những phương tiện, điều kiện đó là ta đã thực hiện những thao tác. Tương ứng với hành động vật chất và hành động trí tuệ, có hai loại thao tác: thao tác chân tay và thao tác trí tuệ. Trong thao tác chân tay, ta sử dụng những công cụ, phương tiện vật chất như mắt, tay, dụng cụ thí nghiệm, máy đo Thao tác trí tuệ hoàn toàn diễn ra trong óc, sử dụng những khái niệm, những phương pháp suy luận mà ta đã xây dựng lên. Chẳng hạn như: để rút ra qui luật sự rơi của các vật (mục đích hành động), ta phải sử dụng các
25. khái niệm “rơi tự do, gia tốc” và thực hiện một loạt thao tác như phân tích, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá Đối với những thao tác chân tay, ta có thể quan sát được qúa trình thực hiện chúng, cho nên có thể can thiệp trực tiếp vào quá trình đó để uốn nắn, rèn luyện, làm cho học sinh có kĩ năng, kĩ xảo thực hiện chúng một cách đúng đắn, có hiệu quả. Còn thao tác trí tuệ diễn ra trong óc, ta chỉ biết được kết quả khi học sinh thông báo ý nghĩ của họ. Nhưng thao tác trí tuệ lại có vai trò to lớn, quyết định trong nhận thức khoa học. Bởi vậy, việc rèn luyện cho học sinh có kĩ năng, kĩ xảo thực hiện các thao tác tư duy trong khi học tập vật lí luôn luôn là vấn đề thời sự, còn nhiều khó khăn. Để thực hiện được một nhiệm vụ đề ra, đạt được một mục đích mong muốn, có khi phải thực hiện liên tiếp hoặc đồng thời nhiều hành động, nhiều thao tác, khó có thể phân biệt rạch ròi một kết quả là do thực hiện một thao tác hay một hành động cụ thể nào. c) Những hành động phổ biến trong hoạt động nhận thức vật lí Hiện tượng vật lí rất phức tạp và đa dạng. Trong lịch sử, các nhà vật lí đã sáng tạo ra rất nhiều cách làm để đạt được mục đích mong muốn, rất nhiều hành động đã được áp dụng. Có thể mỗi một phát minh mới của vật lí học là do kết quả của rất nhiều hành động ở những mức độ khó khăn, phức tạp khác nhau, nhiều thao tác có mức độ tinh vi, thành thạo ngày càng cao, khó có thể liệt kê đầy đủ và phân loại chính xác. Dưới đây, chỉ nêu ra những hành động được dùng phổ biến trong quá trình nhận thức vật lí của học sinh ở trường phổ thông: 1. Quan sát, nhận biết những dấu hiệu đặc trưng của sự vật, hiện tượng. 2. Phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản. 3. Xác định những giai đoạn diễn biến của hiện tượng. 4.Tìm các dấu hiệu giống nhau của các sự vật, hiện tượng. 5. Bố trí một thí nghiệm để tạo ra một hiện tượng trong những điều kiện xác định. 6. Tìm những tính chất chung của nhiều sự vật, hiện tượng. 7. Tìm mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng.
26. 8. Tìm mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng. 9. Mô hình hoá những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lí tưởng để sử dụng chúng làm công cụ của tư duy. 10. Đo một đại lượng vật lí. 11. Tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học. 12. Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định. 13. Giải thích một hiện tượng thực tế. 14. Xây dựng một giả thuyết. 15. Từ giả thuyết, suy ra một hệ quả. 16. Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả). 17. Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định luật vật lí. 18. Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động. 19. Đánh giá kết quả hành động. 20.Tìm phương pháp chung để giải quyết một loại vấn đề. d) Những thao tác phổ biến cần dùng trong hoạt động nhận thức vật lí 1.Thao tác vật chất - Nhận biết bằng các giác quan. - Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, tác dụng lực, làm di chuyển, làm biến dạng, hơ nóng, làm lạnh, cọ xát, đặt vào một điện áp - Sử dụng các dụng cụ đo. - Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị). - Thu thập tài liệu, số liệu thực nghiệm. - Thay đổi các điều kiện thí nghiệm. 2. Thao tác tư duy - Phân tích. - Tổng hợp. - So sánh.
27. - Trừu tượng hoá. - Khái quát hoá. - Cụ thể hoá. - Suy luận qui nạp. - Suy luận diễn dịch. - Suy luận tương tự. 3. Bản chất của hoạt động dạy vật lí Mục đích của hoạt động dạy là làm cho học sinh lĩnh hội được kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm xã hội, đồng thời hình thành và phát triển ở họ phẩm chất và năng lực. Như ta đã biết, học sinh thực hiện được mục đích đó bằng hoạt động, trong hoạt động của bản thân học sinh. Như vậy, hoạt động dạy của giáo viên là tổ chức, hướng dẫn, tạo điều kiện cho học sinh thực hiện thành công các hành động học của họ. Dạy vật lí không phải là giảng giải, minh họa cho học sinh hiểu ý nghĩa của những khái niệm, định luật vật lí, uốn nắn họ thực hiện đúng những kĩ năng của nhà nghiên cứu vật lí, nhồi nhét vào đầu học sinh những kinh nghiệm xã hội đã được đúc kết hoàn chỉnh, như quan niệm cổ truyền về dạy học. Theo quan điểm hiện đại, dạy vật lí là tổ chức, hướng dẫn cho học sinh thực hiện các hành động nhận thức vật lí như đã nói ở trên, để họ tái tạo được kiến thức, kinh nghiệm xã hội và biến chúng thành vốn liếng của mình, đồng thời làm biến đổi bản thân học sinh, hình thành và phát triển những phẩm chất năng lực của họ. Muốn thực hiện tốt mục đích trên của hoạt động dạy, người giáo viên cần phải nghiên cứu hoạt động học, căn cứ vào đặc điểm của hoạt động học của mỗi đối tượng cụ thể để định ra những hành động dạy thích hợp, mà trước hết là những hành động để tạo ra những điều kiện thuận lợi giúp cho học sinh có thể thực hiện tốt các hành động học tập. Dưới đây là những hành động chủ yếu của giáo viên trong dạy học vật lí: a) Xây dựng tình huống có vấn đề Tạo mâu thuẫn nhận thức, gợi động cơ, hứng thú đi tìm cái mới, kích thích học sinh hăng hái, tự giác hoạt động, tạo ra không khí lớp học thuận lợi ủng hộ
28. những cuộc phát biểu trao đổi ý kiến thảo luận về những kết quả thực hiện hành động học tập của học sinh. b) Lựa chọn một lôgic nội dung bài học thích hợp Phân chia bài học thành những vấn đề nhỏ, phù hợp với trình độ xuất phát của học sinh, xác định hệ thống những hành động học tập mà học sinh có thể thực hiện được với sự cố gắng vừa sức. Nội dung kiến thức vật lí ở trường phổ thông không phải là nguyên dạng kiến thức vật lí trong khoa học ở dạng đầy đủ nhất, hiện đại nhất mà đã được biến đổi đi, trình bày dưới dạng đơn giản hơn, phù hợp với trình độ học sinh. Do đó, những hành động cần thiết để tái tạo lại những kiến thức đó cũng phải phù hợp với trình độ học sinh. Thí dụ như: định luật thứ hai của Niutơn có thể viết dưới dạng vi phân tổng quát: F = m&x&. Nhưng ở lớp 10, chỉ viết dưới dạng đơn giản F = ma, áp dụng cho trường hợp một lực không đổi. Những hành động học tập cũng đơn giản hơn những hành động phải thực hiện trong nghiên cứu khoa học. Từ quan sát một vài thí nghiệm, rút ra kết luận bước đầu về mối quan hệ giữa lực tác dụng với khối lượng của vật và gia tốc mà vật thu được: gia tốc của vật tăng khi lực tác dụng tăng và giảm khi khối lượng của vật tăng, rồi khái quát hoá chung cho mọi vật: gia tốc vật thu được tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng. Sau đó, làm thí nghiệm kiểm tra trong một số trường hợp cụ thể. c) Rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hiện một số thao tác cơ bản, một số hành động nhận thức phổ biến Xây dựng tình huống có vấn đề có thể tạo ra hứng thú ban đầu. Nhưng muốn duy trì được hứng thú, tính tích cực, tự giác trong suốt quá trình hoạt động thì cần phải giúp đỡ học sinh sao cho họ có thể thành công trong khi thực hiện các hành động. Càng thành công, học sinh càng cố gắng vươn lên thực hiện các nhiệm vụ khó khăn hơn, phức tạp hơn. Nếu thất bại liên tiếp, học sinh sẽ sinh ra chán nản, mất tự tin. Giáo viên có thể rèn luyện cho học sinh những kĩ năng này theo hai cách: một là, làm theo mẫu nhiều lần (bắt chước) theo một angôrit (một trình tự chặt chẽ, máy móc); hai là, rèn luyện theo những cơ sở định hướng (đó là những sơ đồ, những kế hoạch tổng quát).
29. Rèn luyện kĩ năng theo con đường angôrit hoá thường được dùng ở cấp trung học cơ sở khi bắt đầu học vật lí, để rèn luyện những hành động và thao tác vật chất. Chẳng hạn như: để hình thành kĩ năng sử dụng lực kế để đo lực, đầu tiên giáo viên biểu diễn việc dùng lực kế để đo trọng lượng của một vật. Sau đó, giáo viên yêu cầu học sinh thực hiện từng thao tác với lực kế dưới sự điều khiển, hướng dẫn của mình như: cầm đầu trên của lực kế, giữ cho lực kế ở vị trí thẳng đứng, kim của lực kế không chạm vào giá đỡ hay bảng chia độ; điều chỉnh cho kim lực kế chỉ số 0; treo vật vào đầu dưới lò xo của lực kế; chờ cho kim lực kế đứng yên; đọc số chỉ của kim trên bảng chia độ. Rèn luyện kĩ năng theo những sơ đồ định hướng sẽ giúp cho học sinh có thể thực hiện tốt những hành động phức tạp, trong đó việc thực hiện các thao tác theo một angôrit chặt chẽ không phải là con đường tối ưu, nhiều khi cần có sự chủ động thay đổi hoặc kết hợp chúng để đem lại hiệu quả nhanh hơn, chính xác hơn. Sơ đồ định hướng đó có thể áp dụng cho nhiều mục đích tương tự. Thí dụ như: để rèn luyện các kĩ năng của quá trình thí nghiệm kiểm tra một giả thuyết, có thể thực hiện theo sơ đồ định hướng sau: 1. Chọn một hệ quả suy ra từ giả thuyết, hệ quả đó biểu hiện ra ở những hiện tượng, những đại lượng vật lí có thể quan sát hay đo lường được. 2. Chọn những dụng cụ, thiết bị có khả năng quan sát được những hiện tượng hay đo lường được những đại lượng dự đoán trong điều kiện cụ thể của hệ quả. 3. Lập kế hoạch thí nghiệm bao gồm: - Lập sơ đồ bố trí các dụng cụ, thiết bị mà ta cho là hợp lí nhất để cho hiện tượng xảy ra, các đại lượng phải đo bộc lộ ra. - Xác định trình tự các thao tác chân tay tác động lên dụng cụ thí nghiệm. 4. Tiến hành thí nghiệm theo trình tự đã định. Thu thập tài liệu, số liệu quan sát được, ghi vào bảng. 5. Xử lí kết quả thí nghiệm: từ bảng số liệu, rút ra những mối quan hệ, phụ thuộc hàm số, lập công thức của sự phụ thuộc cần kiểm tra; so sánh kết quả thu được trong thí nghiệm với kết quả mong đợi (dự đoán).
30. 6. Kết luận về tính chân thực của giả thuyết. Thí dụ: áp dụng sơ đồ định hướng trên vào quá trình thí nghiệm kiểm tra giả thuyết về sự bảo toàn động lượng của hai vật tương tác như sau: 1. Hệ quả suy ra từ giả thuyết: chọn hai vật tương tác có khối lượng gấp đôi nhau: m2 = 2.m1; lúc đầu, vật m1 chuyển động với vận tốc v1, còn vật m2 đứng yên (v2= 0). Nên khi va chạm, hai vật dính liền vào nhau cùng chuyển động với vận tốc v’ và ma sát không đáng kể thì từ giả thuyết, suy ra hệ quả là: m1v1+m2v2=(m1+m2)v' ' m1 m1 v1 Vì v2=0 nên: v = v1 = v1 = . m1 + m2 2m1 + m1 3 Trong thí nghiệm, không đo được trực tiếp các giá trị của các vận tốc v1 và v’; cho nên, ta cần tiếp tục suy luận để đi đến những đại lượng có thể quan sát, đo lường trực tiếp được là đường đi và thời gian.Ta có: s s ' s s ' v = 1 v ' = 1 = 3 1 , ' nên ' . t1 t t1 t ’ Nếu lấy thời gian chuyển động bằng nhau (t1=t ) thì quãng đường xe có khối lượng m1 đi được trước khi tương tác gấp ba lần quãng đường mà hai xe ’ dính vào nhau đi được sau tương tác (s1=3s ). 2. Có thể thực hiện thí nghiệm trên với nhiều thiết bị khác nhau, ví dụ như với bộ ghi quỹ đạo bằng cần rung điện. Ở bộ thiết bị này, vật chuyển động là hai xe lăn có bánh xe gắn trên trục hai đầu nhọn tựa lên hai chỗ lõm hình nón ở khung xe. Mặt phẳng trên đó xe chuyển động bằng kim loại nhẵn, đặt hơi nghiêng để cân bằng ma sát. Thời gian được ghi nhờ một đồng hồ rung có tần số 50Hz. 3. Lập sơ đồ bố trí thí nghiệm như Hình 3. Xe lăn chuyển động kéo theo một băng giấy mềm luồn qua phía dưới của đầu bút dạ gắn ở đầu cần rung của đồng hồ rung. Khi xe chuyển động, cần rung dao động, bút dạ sẽ đánh dấu trên băng giấy những chấm đánh dấu vị trí của xe sau những khoảng thời gian bằng nhau t một cách tự động. Trình tự thao tác chân tay khi tiến hành thí nghiệm như sau:
31. - Bố trí thí nghiệm như hình vẽ. - Đặt xe lăn m1 ở đầu trên máng nghiêng, điều chỉnh độ nghiêng đủ để cân bằng ma sát. - Đặt xe lăn m2 cách xe m1 một quãng chừng 15cm từ phía dưới máng nghiêng. - Luồn băng giấy qua đồng hồ rung và kéo cho thẳng. - Tẩm mực vào đầu bút dạ của đồng hồ rung. - Đóng mạch điện cho đồng hồ rung hoạt động. - Dùng tay khẽ đẩy cho xe m1 chuyển động về phía xe m2. 4. Tiến hành thí nghiệm theo trình tự đã định. Lấy băng giấy ra và đo các ’ quãng đường s1 và s ghi được trên băng giấy. ’ 5. Xử lí kết quả thí nghiệm. Từ kết quả đo được, rút ra: s1=3s , với sai số có thể chấp nhận được. Kết quả trong thí nghiệm phù hợp với kết quả mong đợi. Hình 3. Thí nghiệm kiểm tra giả thuyết về sự bảo toàn động lượng của hai vật tương tác 6. Kết luận: Giả thuyết về sự bảo toàn động lượng của hệ hai vật cô lập tương tác được coi là chân thực và trở thành định luật có tính khái quát. d) Cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức được sử dụng rộng rãi trong hoạt động nhận thức vật lí: phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình. Học sinh cần nắm được nội dung các giai đoạn chính của những phương pháp nhận thức này xem như một định hướng khái quát trên con đường đi tìm chân lí, làm cho kiến thức vật lí thu được phản ánh đúng thực tế khách quan.
32. 1. Phương pháp nhận thức thực nghiệm gồm các giai đoạn chính sau: - Nhận biết các sự kiện khởi đầu, phát hiện vấn đề (nêu câu hỏi). - Xây dựng giả thuyết (câu hỏi trả lời dự đoán). - Từ giả thuyết, suy ra một hệ quả có thể kiểm tra được trong thực tế. - Bố trí thí nghiệm kiểm tra. - Kết luận. Phương pháp thực nghiệm được dùng rộng rãi ở trường phổ thông nên vật lí học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm. 2. Phương pháp mô hình gồm các giai đoạn chính sau: - Phát hiện những đặc tính bản chất của vật gốc. - Lựa chọn hệ thống những vật thể, kí hiệu mà ta đã biết rõ qui luật hành động của chúng để biểu thị những đặc tính của vật gốc (xây dựng mô hình). Đặc biệt quan trọng là những mô hình lí tưởng. - Cho mô hình hoạt động, suy ra một hệ quả có thể kiểm tra được trong thực tế. - Bố trí thí nghiệm kiểm tra hệ quả dự đoán. - Kết luận: Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với dự đoán thì mô hình phản ánh đúng thực tế và được chấp nhận, nếu không phù hợp thì phải sửa đổi mô hình hoặc xây dựng mô hình mới. Mỗi một mô hình chỉ phản ánh được một số đặc tính của vật gốc. Vì thế, nhiều mô hình được mở rộng, hoàn chỉnh dần theo mức độ nhận thức ngày càng sâu sắc của con người. e) Hướng dẫn, tạo điều kiện để học sinh phát biểu, trao đổi, tranh luận về các kết quả hành động của mình, động viên khuyến khích kịp thời Đây không phải chỉ đơn thuần là việc rèn luyện ngôn ngữ, trình bày bằng lời lẽ sáng sủa, chính xác những ý nghĩ, tư tưởng của mình mà còn là cách hợp thức hoá các kết quả nghiên cứu, làm cho những người trong cộng đồng thừa nhận sự đúng đắn của các kết quả nghiên cứu của cá nhân. Có như thế, kiến thức xây dựng được mới trở thành kiến thức khoa học khách quan. Mặt khác, việc trao đổi tranh luận này cũng giúp cho việc đánh giá các kết qủa hành động được
33. khách quan, tránh được những sai lầm chủ quan nhiều khi không tự nhận thấy được. g) Lựa chọn và cung cấp cho học sinh những phương tiện, công cụ cần thiết để thực hiện các hành động Trong đa số trường hợp, giáo viên là người lựa chọn lôgic nội dung bài học, biết trước những phương tiện, công cụ cần dùng. Thiếu những phương tiện, dụng cụ đó thì bài học không thể tiến hành được. Về phương tiện vật chất thì cần những dụng cụ thiết bị thí nghiệm, những dụng cụ đo lường, những mô hình vật chất, những hình vẽ biểu đồ. Các phương tiện tinh thần là những khái niệm khoa học đã biết, những phương pháp suy luận; chúng cần được củng cố để học sinh có thể sử dụng đúng với ý nghĩa của chúng. Chương 2 CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH NHỮNG KIẾN THỨC VẬT LÍ CƠ BẢN 2.1. CÁC YÊU CẦU CỦA VIỆC HÌNH THÀNH NHỮNG KIẾN THỨC VẬT LÍ CƠ BẢN Những kiến thức vật lí cơ bản tạo thành nội dung chính của môn vật lí. Thông qua việc hình thành những kiến thức cơ bản đó mà thực hiện các nhiệm vụ khác của dạy học vật lí, trước hết là phát triển năng lực nhận thức, năng lực sáng tạo, hình thành thế giới quan khoa học. Bởi vậy, việc hình thành những kiến thức vật lí cơ bản phải thỏa mãn những yêu cầu sau: 1. Đảm bảo tính khoa học, hiện đại của kiến thức. Những kiến thức vật lí đưa vào chương trình phải là những kiến thức đã được khoa học hiện đại khẳng định. Tuy nhiên, dạng hiện đại của chúng có thể không còn là dạng đầu tiên khi
34. chúng mới được xây dựng, bởi vì theo khoa học hiện đại đã có những phương tiện mới để biểu đạt chúng hoặc đã tìm ra một con đường khác để hình thành chúng chặt chẽ hơn, ngắn gọn hơn. Thí dụ như: cơ học cổ điển lần đầu tiên được Niutơn trình bày dưới dạng hình học, nhưng ngày nay được trình bày dưới dạng giải tích gọn gàng, chính xác và dễ hiểu hơn. Mặt khác, ngày nay khoa học có những phương tiện kỹ thuật thuận lợi hơn để khảo sát định lượng các quá trình cơ học, chẳng hạn như đệm không khí, đồng hồ điện tử chính xác đến 0,01s. 2. Đảm bảo cho học sinh có thể tham gia vào quá trình tái tạo ra những kiến thức trên. Như ta đã biết, cách tốt nhất để nắm vững kiến thức là phải tự mình làm ra nó. Mặt khác, chính thông qua hoạt động tự lực để tái tạo ra các kiến thức vật lí mà hình thành và phát triển được năng lực trí tuệ của bản thân. Muốn thực hiện được yêu cầu này, giáo viên phải phân chia tài liệu học ra thành những phần nhỏ tương ứng với những hành động không quá khó khăn phức tạp, nếu học sinh cố gắng một chút thì có thể thực hiện được. 3. Đảm bảo những phương tiện vật chất và tinh thần cần thiết để học sinh có thể thực hiện được các hành động học tập. Thí dụ như: học sinh phải có những kiến thức ban đầu có liên quan đến vấn đề cần giải quyết, có dụng cụ máy móc để quan sát, làm thí nghiệm, đo lường nhằm thu thập thông tin về giới tự nhiên. 4. Đảm bảo sự phát triển liên tiếp những mâu thuẫn nội tại của môn học vật lí mà việc giải quyết chúng sẽ dẫn đến kết quả là hình thành được kiến thức, kĩ năng, năng lực mới. Yêu cầu này không chấp nhận lối “truyền thụ một chiều” rất phổ biến trong dạy học hiện nay, đòi hỏi giáo viên phải tạo ra được mâu thuẫn, làm cho học sinh ý thức được mâu thuẫn mà tích cực, tự lực tham gia giải quyết. Những yêu cầu trên mới chỉ chú trọng đến mặt hoạt động nhận thức thuần túy, chứ chưa chú ý đến những tác động sư phạm khác nhằm điều hành quá trình dạy học từ đầu đến cuối, thí dụ như: gợi động cơ, hứng thú, củng cố, ôn tập, điều chỉnh, kiểm tra, đánh giá. Những kiến thức vật lí cơ bản cần hình thành trong chương trình vật lí ở trường phổ thông gồm các loại sau:
35. - Những khái niệm vật lí, đặc biệt là những khái niệm về đại lượng vật lí. - Những định luật vật lí. - Những thuyết vật lí. - Những ứng dụng của vật lí trong kĩ thuật. - Những phương pháp nhận thức vật lí. Chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu lôgic hình thành (con đường tối ưu) từng loại kiến thức đó. 2.2. XÂY DỰNG LÔGIC HÌNH THÀNH NHỮNG KHÁI NIỆM VẬT LÍ CƠ BẢN 2.2.1. Đặc điểm của các khái niệm vật lí 1. Khái niệm vật lí là hình thức cơ bản của nhận thức lí tính, được hình thành do kết quả của hoạt động tư duy, đặc biệt là hai quá trình gắn bó với nhau mật thiết là khái quát hoá và trừu tượng hoá. Khái quát hoá là thao tác trí tuệ vạch ra cái chung trong hàng loạt những sự vật hoặc hiện tượng cụ thể mà thoạt mới quan sát, ta thấy khác nhau. Trừu tượng hoá là thoát li khỏi những dấu hiệu cụ thể làm phân biệt những hiện tượng và sự vật đó với nhau. Thí dụ: các vật khác nhau khi tương tác với nhau bằng những cách khác nhau đều có một tính chất chung là làm cho vận tốc của chúng thay đổi (tức là gây ra gia tốc). Sự thay đổi vận tốc ấy có thể nhận thấy trên mỗi vật tham gia tương tác. Tính chất chung của tương tác được biểu thị bằng khái niệm “lực”. Lực là một khái niệm trừu tượng, chỉ tồn tại trong óc ta, là một sản phẩm của tư duy, chứ không trực tiếp gắn với một vật cụ thể nào, không thể trực tiếp quan sát nhận biết trực tiếp được bằng các giác quan. Khoa học vật lí được xây dựng dựa trên một hệ thống khái niệm có tính chất trừu tượng như thế. Bởi vậy, phải cho học sinh suy nghĩ dựa trên khái niệm chứ không thể dựa trên biểu tượng cảm tính gắn liền với sự vật, hiện tượng cụ thể. 2. Một khái niệm mới thường được hình thành trong quá trình tìm hiểu một khía cạnh mới của hiện tượng, sự vật mà ta không hiểu được, không mô tả, không lí giải được bằng những khái niệm cũ. Nói cách khác, khái niệm mới xuất hiện do nhu cầu giải quyết một mâu thuẫn giữa sự hiểu biết đã có và sự chưa hiểu biết và
36. cũng là kết quả của sự giải quyết mâu thuẫn đó. Thí dụ: để mô tả tính chất nhanh hay chậm của các chuyển động thẳng đều thì ta dùng khái niệm vận tốc là đủ. Nhưng khi nghiên cứu chuyển động của các viên bi trên các mặt phẳng nghiêng khác nhau, ta thấy một hiện tượng mới là vận tốc của chúng thay đổi, tăng dần. Dùng đại lượng vật lí nào trong các khái niệm đã biết (đường đi, thời gian hay vận tốc) để biểu thị tính chất mới đó. Mâu thuẫn xuất hiện. Chỉ có thể giải quyết mâu thuẫn đó bằng cách xây dựng một khái niệm mới: khái niệm gia tốc. 3. Các khái niệm phản ánh các tính chất của các sự vật cũng như mối quan hệ giữa các tính chất đó. Nhưng sự phản ánh đó đúng đến đâu, đầy đủ đến mức nào còn tuỳ thuộc vào trình độ nhận thức thế giới khách quan của con người. Bởi vậy, các khái niệm vật lí không phải là vĩnh viễn bất biến; trái lại, nội dung của nó có thể thay đổi, trở thành phong phú hơn, phức tạp hơn, đầy đủ hơn, chính xác hơn do trình độ nhận thức của con người ngày một tiến lên. Thí dụ như: khái niệm vận tốc đầu tiên được đưa ra để biểu thị tính chất nhanh hay chậm của s chuyển động thẳng đều và được đo bằng thương số . Tiếp theo, khái niệm vận t tốc được bổ sung thêm để biểu thị cả hướng của chuyển động, trở thành véc tơ vận tốc. Khi khảo sát chuyển động biến đổi nhanh dần, chậm dần, chuyển động cong thì vận tốc thay đổi, tại mỗi điểm trên quĩ đạo có giá trị hoặc hướng khác nhau. Khái niệm vận tốc được định nghĩa như trên không phản ánh được tính chất mới này, phải hoàn chỉnh thêm trở thành vận tốc tức thời có công thức định d s nghĩa là vr = . Điều đó dẫn tới một lưu ý rằng: trong dạy học, nhiều khi không dt thể một bài có thể hình thành đầy đủ một khái niệm mà phải qua nhiều bài, nhiều giai đoạn, tuỳ theo trình độ nhận thức của học sinh. 4. Mỗi khái niệm được biểu hiện ra bằng một từ. Một từ là một kí hiệu, một cái tên ta gắn cho khái niệm. Cùng một khái niệm nhưng trong ngôn ngữ của mỗi dân tộc, lại được diễn đạt bằng một từ khác nhau, phát ra bằng một tập hợp âm khác nhau. Bởi vậy, nhiều khi biết được tên của khái niệm hoàn toàn chưa phải là nắm được khái niệm mà cần phải biết nội dung gì chứa đựng trong từ đó,
37. dưới cái tên đó, nghĩa là phải hiểu được nội hàm của khái niệm được biểu thị dưới cái tên đó. 5. Trong khái niệm vật lí, có một loại khái niệm có tầm quan trọng đặc biệt. Đó là khái niệm về đại lượng vật lí như các khái niệm vận tốc, gia tốc, lực, nhiệt lượng, cường độ dòng điện, hiệu điện thế Mỗi một đại lượng vật lí đều có hai đặc điểm: đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng. Đặc điểm định tính là biểu thị một tính chất nào đó của sự vật, hiện tượng (thí dụ như: vận tốc biểu thị tính chất nhanh hay chậm của chuyển động). Đặc điểm định lượng cho ta biết cách đo lường độ lớn hay nhỏ, mạnh hay yếu của tính chất đó (thí dụ như: vận s tốc được đo bằng thương số ). Những khái niệm về đại lượng vật lí được đặc t trưng bởi sự thống nhất giữa đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng, trong đó nhiều khi đặc điểm định lượng nổi lên hàng đầu do yêu cầu phải đo lường chính xác. Sau đây, ta chỉ đề cập đến việc hình thành khái niệm về các đại lượng vật lí. Việc hình thành các khái niệm vật lí khác chỉ có mặt định tính, thí dụ như: khái niệm chân không, sự rơi, sự nhiễm điện, tia sáng, thấu kính ) thì đơn giản hơn và cũng gồm một số giai đoạn giống như các giai đoạn hình thành một đại lượng vật lí. 2.2.2. Các giai đoạn điển hình của quá trình hình thành những khái niệm về đại lượng vật lí Không thể đưa ra một sơ đồ chung, duy nhất cho việc hình thành tất cả các khái niệm về đại lượng vật lí, bởi vì tính chất muôn hình muôn vẻ của các sự kiện và hiện tượng vật lí. Ngay trong lịch sử vật lí học, ta thấy con đường phát hiện ra những đặc tính của sự vật, hiện tượng vật lí và xây dựng những khái niệm tương ứng cũng rất đa dạng, phức tạp, nhiều khi rất quanh co trong một thời gian dài. Mặt khác, đặc điểm của các lớp học sinh cũng rất đa dạng, làm cho quá trình hình thành các khái niệm vật lí cũng rất khác nhau. Dưới đây, ta chỉ vạch ra những giai đoạn điển hình của quá trình đó và nội dung chính của mỗi giai đoạn. Khi vận dụng vào xây dựng từng khái niệm cụ thể, có thể thay đổi ngay cả trình tự
38. các giai đoạn cũng như những hành động cụ thể trong mỗi giai đoạn cho thích hợp. Những giai đoạn điển hình đó là: phát hiện đặc điểm định tính, chỉ rõ đặc điểm định lượng, định nghĩa khái niệm, đơn vị đo và vận dụng vào thực tiễn. 1. Giai đoạn 1: Phát hiện đặc điểm định tính của khái niệm Như trên đã nói, trong dạy học vật lí, một khái niệm mới được xây dựng để giải quyết một mâu thuẫn giữa sự hiểu biết đã có và sự chưa hiểu biết, có nghĩa là: những khái niệm đã có chưa đủ để mô tả, lí giải được những sự vật, hiện tượng mới xuất hiện. Bởi vậy, trước hết, giáo viên cần tạo điều kiện để học sinh ý thức được mâu thuẫn đó, phát hiện được những mặt mới của sự vật hiện tượng mà nếu dùng những khái niệm đã biết thì không thể hiểu được. Muốn thế, giáo viên tạo ra một tình huống, trong đó xuất hiện tính chất mới của sự vật, hiện tượng. Thí dụ như: giáo viên có thể giới thiệu (hoặc yêu cầu học sinh nhớ lại) sự kiện gần gũi với đời sống hàng ngày của học sinh, sử dụng một thí nghiệm đơn giản để làm xuất hiện một hiện tượng mới, làm một bài tập vận dụng khái niệm cũ để giải quyết một vấn đề mới. Nhưng những cố gắng nỗ lực của học sinh trong việc sử dụng vốn kiến thức cũ, khái niệm cũ đều không giải quyết được nhiệm vụ đề ra, bắt buộc phải đưa ra một khái niệm mới. Lúc đó, học sinh hiểu rõ việc đưa ra khái niệm mới để làm gì? để đặc trưng cho tính chất mới nào của sự vật, hiện tượng? Trả lời được câu hỏi đó chính là đã phát hiện được đặc điểm định tính của khái niệm. 2. Giai đoạn 2: Chỉ ra đặc điểm định lượng của khái niệm Nói cách khác là chỉ rõ mối liên hệ định lượng giữa khái niệm mới với khái niệm cũ, cách xác định độ lớn của khái niệm mới. Đặc điểm định lượng phải thống nhất với đặc điểm định tính, phản ánh được đặc điểm định tính. Thông thường, đặc điểm định lượng của đại lượng vật lí mới được biểu diễn bằng một công thức toán học liên hệ giữa đại lượng mới với đại lượng cũ đã biết. Thông thường, có hai cách để tìm ra đặc điểm định lượng của khái niệm mới: - Cách 1. Nếu đã biết trước đặc điểm định tính của khái niệm, ta có thể xuất phát từ đặc điểm định tính đó, dựa trên sự phân tích mối quan hệ giữa khái niệm mới với các khái niệm cũ, tìm ra một biểu thức định lượng giữa các khái
39. niệm cũ, biểu thức này có giá trị càng lớn khi đặc tính mới của sự vật và hiện s tượng có biểu hiện càng mạnh và ngược lại. Thí dụ như: ta tìm thấy biểu thức t s có giá trị càng lớn khi chuyển động càng nhanh và ngược lại. Vậy: biểu thức t này biểu thị tính chất nhanh hay chậm của chuyển động. - Cách 2. Nếu chưa biết trước đặc điểm định tính của khái niệm thì ta không thể dựa vào đặc điểm định tính để tìm đặc điểm định lượng mà phải làm một cách độc lập. Ta sử dụng những đại lượng và định luật đã biết để khảo sát một hiện tượng mới và tìm được một biểu thức luôn luôn có một giá trị không đổi khi các đại lượng có mặt trong biểu thức đó thay đổi, giá trị của biểu thức này chỉ phụ thuộc vào bản thân của sự vật, hiện tượng, mà không phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài. Biểu thức này được coi là đặc trưng cho một tính chất nào đó của chính bản thân sự vật, hiện tượng mà ta chưa biết, có thể dùng để đặc trưng cho một tính chất nào đó của sự vật, hiện tượng. Phân tích ý nghĩa thực tiễn của biểu thức đó, ta sẽ biết được biểu thức đó đặc trưng cho tính chất nào của sự vật, hiện tượng, nghĩa là tìm được đặc điểm định tính của khái niệm. Cũng có khi ta gọi đó là ý nghĩa vật lí của biểu thức tìm được. Có nhiều trường hợp, sau khi xác định được đặc điểm định lượng, người ta mất rất nhiều thời gian mới tìm được đặc điểm định tính hay ý nghĩa vật lí của biểu thức định lượng. Thí dụ như: khi khảo sát sự va chạm giữa hai vật có khối lượng m1 và m2, người ta nhận thấy rằng: tổng các tích mv của chúng (m1v1+m2v2) luôn luôn là một hằng số, không phụ thuộc vào cách thức va chạm: ’ ’ m1v1+m2v2=m1v1 +m2v2 . Vậy: tích mv của các vật có một ý nghĩa, vai trò quan trọng trong tương tác giữa hai vật, nó chắc chắn đặc trưng cho một đặc tính nào đó của hai vật tương tác. Ta tạm đặt cho nó một cái tên là động lượng của vật. Một sự phân tích tỉ mỉ về sau mới thấy được động lượng đặc trưng cho chuyển động của vật xét về mặt động lực học, hoặc động lượng là số đo chuyển động cơ học của vật.
40. - Cách 3. Đặc điểm định lượng của khái niệm về đại lượng vật lí biểu thị một mối quan hệ khách quan giữa khái niệm mới với các khái niệm cũ; cho nên, nhiều khi nó cũng xuất hiện đồng thời với định luật vật lí biểu thị mối quan hệ đó. Thí dụ như: khi nghiên cứu mối quan hệ giữa hiệu điện thế đặt vào hai đầu một dây dẫn và cường độ dòng điện đi qua dây dẫn, ta xác lập được bằng thực U nghiệm rằng: tỉ số luôn là một hằng số đối với mỗi dây dẫn. Gọi hằng số đó là I U R, ta có: R= . Công thức này biểu thị định luật Ôm cho một đoạn mạch, đồng I thời cũng lại là công thức định nghĩa của khái niệm điện trở. Sau khi xác lập được công thức đó, tìm hiểu ý nghĩa vật lí của nó, ta mới thấy: đại lượng R biểu thị một tính chất của dây dẫn là cản trở dòng điện nhiều hay ít và gọi là điện trở. Đại lượng mv trong cách 2 ở trên cũng nằm trong công thức của định luật bảo toàn động lượng. Công thức của định luật thứ hai Niutơn F=ma cũng chính là công thức của khái niệm lực. 3. Giai đoạn 3: Định nghĩa đại lượng vật lí Theo lôgic học, khi định nghĩa một khái niệm, ta phải thực hiện hai nhiệm vụ: - Phân biệt sự vật cần định nghĩa với tất cả những sự vật khác tiếp cận với nó. - Vạch ra những dấu hiệu bản chất của sự vật cần định nghĩa (nội hàm của khái niệm). Để thực hiện được hai nhiệm vụ ấy, trong lôgic học, thường dùng phổ biến là định nghĩa thông qua giống và khác biệt về loài. Công thức chung của loại định nghĩa này là: Khái niệm muốn = Khái niệm + Thuộc tính bản chất định nghĩa giống củaloài. Thí dụ 1: động năng là năng lượng do chuyển động mà có. Như vậy, muốn định nghĩa động năng, ta phải đưa ra một khái niệm đã biết có ngoại diên bao trùm lên ngoại diên của khái niệm cần định nghĩa, là khái niệm năng lượng
41. (giống), sau đó nêu thêm những thuộc tính bản chất của động năng (loài) là do chuyển động mà có để phân biệt với các dạng năng lượng khác như thế năng. Thí dụ 2: lực đàn hồi là lực xuất hiện khi vật bị biến dạng, chống lại sự biến dạng, có độ lớn tỉ lệ với độ biến dạng: F=-k Δ l. Các định nghĩa này thoả mãn cả hai nhiệm vụ của việc định nghĩa đã nêu ở trên. Tuy nhiên, trong vật lí học, nhiều khi mỗi đại lượng vật lí thuộc một loại đặc biệt, không thể phân chia được theo giống và loài, mặc dù chúng có quan hệ với nhau chặt chẽ. Thí dụ như: vận tốc v có quan hệ với quãng đường đi s và thời s gian đi t theo công thức v = , nhưng không thể nói vận tốc là cùng một giống t với quãng đường đi, chúng có bản chất khác nhau, biểu thị hai tính chất hoàn toàn khác nhau của sự chuyển động: vận tốc biểu thị tính chất nhanh hay chậm của chuyển động, còn đường đi biểu thị khoảng cách giữa vị trí ban đầu và vị trí cuối của vật chuyển động. Bởi vậy, cách định nghĩa “vận tốc là quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian” sẽ dẫn tới sự hiểu lầm rằng: vận tốc và quãng đường đi có cùng bản chất. Với quan niệm như trên, đối với đa số hiện tượng vật lí, ta nên dùng hình thức định nghĩa thứ hai: định nghĩa bằng cách nêu toàn bộ nội hàm của khái niệm, nghĩa là nêu cả đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng của khái niệm. Thí dụ như: “Vận tốc là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất nhanh hay chậm của chuyển động và đo bằng thương số giữa quãng đường đi được và khoảng thời gian để đi hết quãng đường đó”, “Lực là đại lượng vật lí đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc và đo bằng tích của khối lượng của vật với gia tốc mà vật thu được”. Đối với các đại lượng vật lí, đặc điểm định lượng phản ánh đặc điểm định tính, thống nhất với đặc điểm định tính, nhưng đặc điểm định lượng có vai trò nổi bật hơn do yêu cầu phải đo lường chính xác, cách diễn đạt bằng lời cũng gọn gàng rõ ràng hơn. Do đó, nhiều khi trong định nghĩa, người ta chỉ nêu đặc điểm định lượng của đại lượng vật lí, còn đặc điểm định tính coi như giải thích ý nghĩa vật lí của khái niệm, có thể diễn đạt bằng mệnh đề nằm ngoài định nghĩa. Ở
42. trường phổ thông, ta nên chỉ dùng hình thức gọn gàng trong trường hợp việc diễn đạt đặc điểm định tính khá phức tạp. Thí dụ như: khi mới bắt đầu nghiên cứu khái niệm công cơ học, ta chỉ có thể định nghĩa: “Công là đại lượng đo bằng tích số của lực F nhân với quãng đường đi s do tác dụng của lực và cosin của góc α giữa hướng của lực và hướng của đường chuyển dời: A=F.s.cosinα ”. Còn đặc điểm định tính của công thì mãi về sau mới xác định được: “Công là đại lượng biểu thị phần năng lượng truyền từ vật này sang vật khác hay biến đổi từ dạng này sang dạng khác”. Chính vì tính chất phức tạp của việc đưa ra một định nghĩa đầy đủ và chính xác như đã nói ở trên nên ở trường trung học, nhất là ở trung học cơ sở, nhiều khi không cần đưa ra rõ ràng, đầy đủ của một đại lượng vật lí mà chỉ đưa ra một vài dấu hiệu đơn giản để học sinh có thể bước đầu nhận biết được khái niệm. Thí dụ như: ở trường trung học cơ sở, không đưa ra công thức F=m.a vào định nghĩa của lực mà chỉ đưa ra đặc điểm định tính, có khi không đưa ra một định nghĩa chính thức. 4. Giai đoạn 4: Xác định đơn vị đo Đo một đại lượng vật lí cần phải thoả mãn hai yêu cầu: - So sánh hai đại lượng cùng loại bằng nhau. Điều đó có nghĩa là: phải chọn được một “vật mẫu” để so sánh với vật khác có đặc điểm định lượng bằng đặc điểm định lượng của vật mẫu. - Xác định được một đại lượng cùng loại có đại lượng gấp đôi vật mẫu. Những yêu cầu này đặc biệt khó khăn khi “vật mẫu” lại là khái niệm trừu tượng. Trong vật lí học, có hai loại đơn vị: đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất. Đơn vị cơ bản thì có thể tuỳ ý chọn, không phụ thuộc vào đơn vị đo các đại lượng khác (thí dụ: đơn vị đo độ dài, thời gian, khối lượng trong cơ học). Còn các đơn vị dẫn xuất đều được xác định dựa trên công thức định nghĩa của đại lượng vật lí muốn đo. Đơn vị để đo một đại lượng là một trường hợp riêng, cụ thể của chính đại lượng đó. Thí dụ: đơn vị đo chiều dài chỉ có thể là chiều dài của vật làm mẫu (cái thước mét mẫu), đơn vị đo công suất chỉ có thể là công suất của một máy
43. làm mẫu. Trong khi định nghĩa đơn vị, ta phải xác định rõ vật làm mẫu đó. Trong trường hợp vật làm mẫu ở trạng thái động thì định nghĩa khá phức tạp. Thí dụ như: “đơn vị gia tốc là gia tốc của một vật chuyển động, trong đó vận tốc của một vật biến thiên được một lượng bằng một đơn vị vận tốc trong một đơn vị thời gian”. Không nên cho rằng: việc định nghĩa đơn vị đo đại lượng như thế là “dài dòng”, "lủng củng”, rồi đi đến chỗ thực dụng chủ nghĩa, cho học sinh biết ngay tên cụ thể của các đơn vị vật lí. Chính thông qua định nghĩa đơn vị như trên, giáo viện vạch rõ được cho học sinh cách đo một đại lượng vật lí là so sánh nó với đại lượng cùng loại đã được chọn làm mẫu. Mặt khác, do việc định nghĩa đơn vị được tiến hành trên cơ sở công thức định nghĩa đại lượng đó nên có tác dụng củng cố khái niệm về đại lượng này. Ngoài ra, định nghĩa đơn vị đo như thế khiến học sinh hiểu được ý nghĩa của tên đơn vị đo. Tên đầy đủ của đơn vị đo cho học sinh thấy được đơn vị đó phụ thuộc vào các đơn vị khác như thế nào. Do đó, về sau, học sinh có thể biết cách suy ra được các đơn vị đo trong hệ thống đơn vị khác và biết cách đổi đơn vị. Cần lưu ý rằng: các công thức vật lí, phương trình vật lí khác với các công thức, phương trình toán học ở chỗ đòi hỏi sự bằng nhau về giá trị của độ lớn và về đơn vị. Đó cũng là một cơ sở để học sinh có thể tự kiểm tra sự đúng đắn của một công thức hay một phương trình mà họ thiết lập được. Thí dụ như: học sinh lập được công thức thế năng Wt của một vật có khối lượng riêng D, thể tích V được nâng lên một độ cao h là: Wt=DVgh. Để kiểm tra sơ bộ xem công thức này có đúng không, trước hết, ta kiểm tra xem đơn vị ở hai vế có giống nhau không. Ta đã biết đơn vị đo từng đại lượng: kg.m 2 kg m Wt( ), D( ), g( ), h(m). Thay vào công thức trên, ta có: s 2 m 3 s 2 2 2 kg.m kg 3 m kg.m Wt( )= .m . .m= . s 2 m 3 s 2 s 2 Như vậy, công thức ấy có khả năng đúng về mặt đơn vị, về bản chất, chỉ cần kiểm tra thêm các hệ số không có đơn vị nữa là được.
44. 5. Giai đoạn 5: Vận dụng khái niệm vào thực tiễn Sau khi định nghĩa khái niệm, ta đã thu được một sản phẩm trừu tượng và khái quát, tách rời khỏi những sự vật hiện tượng cụ thể. Nhưng muốn sử dụng được khái niệm đó, ta lại cần biết những biểu hiện của nó trong thực tiễn, trên những sự vật hiện tượng cụ thể, phải vận dụng khái niệm mới để giải thích những sự vật hiện tượng cụ thể, dự đoán những dấu hiệu, những hiện tượng có thể cảm nhận được trong thực tiễn bằng giác quan, có thể đo lường cụ thể. Nhờ thế mà hiểu sâu sắc hơn ý nghĩa vật lí của khái niệm mới. Thí dụ như: sau khi đã biết định nghĩa chung của lực, ta yêu cầu học sinh phải dựa vào định nghĩa đó để giải thích xem vì sao ta lại cho rằng một vật đặt ở gần mặt đất lại chịu tác dụng của một lực kéo về phía Trái đất, mặc dù ta không trông thấy lực đó? Hoặc là cần phải tác dụng lên vật có khối lượng 2kg một lực là bao nhiêu để vật đó có thể chuyển động trên một mặt phẳng nằm ngang, ma sát không đáng kể và sau thời gian 10s ( kể từ lúc tác dụng lực lên vật đang đứng yên), vật đi được quãng đường là 10m? Trong quá trình vận dụng khái niệm vào thực tiễn, sẽ đến lúc ta gặp những sự kiện mới, đòi hỏi phải mở rộng bổ sung thêm cho khái niệm được hoàn chỉnh. Tuy nhiên, việc mở rộng, bổ sung này còn phải tuỳ thuộc vào trình độ học sinh mà xác định các mức độ thích hợp. Thí dụ như: trong bài học đầu tiên về khái niệm gia tốc ở lớp 10, ta mới sơ bộ hình thành khái niệm gia tốc. Học sinh chỉ hiểu gia tốc là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên nhanh hay chậm của vận tốc. Tuy có nói đến véc tơ gia tốc nhưng điều đó không có ý nghĩa rõ rệt đối với chuyển động thẳng. Đến khi khảo sát chuyển động tròn đều, học sinh mới hiểu là véc tơ gia tốc còn đặc trưng cho sự biến đổi về hướng của vận tốc nữa. Đến lớp 12, khi nghiên cứu chuyển động tròn không đều hay dao động điều hòa, phải đưa vào gia tốc tức thời để biểu thị sự biến thiên của vận tốc ở mỗi thời điểm, ứng với mỗi thời điểm trên quĩ đạo. Muốn biểu thị tính chất mới này, cần phải sử dụng đến công cụ toán là kiến thức về đạo hàm để định nghĩa gia tốc: Δv dv a = lim = . Δt→0 Δt dt
45. Công thức này mới chỉ cho ta biết độ lớn của gia tốc tức thời. Ở trường phổ thông, không thể nâng cao hơn nữa, định nghĩa đầy đủ hơn nữa véc tơ gia tốc bằng cách dùng đạo hàm véc tơ: dvr ar = . dt 2.2.3. Mối quan hệ giữa khái niệm và từ Mỗi khái niệm được biểu thị bằng một từ. Như vậy, quan hệ giữa khái niệm và từ như là mối quan hệ nội dung được phản ánh trong trí não và hình thức biểu đạt bằng ngôn ngữ của khái niệm như một tên gọi. Có thể nói: từ là dạng tồn tại bằng ngôn ngữ của khái niệm. Điều đó gây ra một sự bất lợi là có thể dẫn tới những cách hiểu khác nhau. Có hai trường hợp đặc biệt đáng quan tâm khi sử dụng các từ để biểu đạt khái niệm vật lí: 1. Với cùng một từ nhưng có nhiều nghĩa khác nhau (từ đồng âm nhưng khác nghĩa). Ví dụ từ “hạt” dùng chỉ những đối tượng vật lí vi mô (như nguyên tử, phân tử, ion ) và cũng để chỉ những đối tượng vĩ mô (như hạt bụi, giọt dầu, hạt phấn hoa ). Sự đa nghĩa này gây ra những khó khăn đáng kể cho sự hiểu đơn trị. Điều này thường xảy ra khi ta dùng một từ đã có một nghĩa nhất định trong đời sống hàng ngày để chỉ một khái niệm khoa học mới có nội dung là một phần của từ trong đời sống hàng ngày hoặc có những nét gần giống. Cách dùng từ như thế có lợi là học sinh dễ nhớ, nhưng mặt có hại lại lớn hơn: đó là dễ làm cho học sinh hiểu sai khái niệm khoa học, lẫn lộn khái niệm khoa học với khái niệm trong đời sống hàng ngày. Thí dụ: từ “Công” trong đời sống hàng ngày để chỉ sức lao động cần bỏ ra để hoàn thành một công việc nào đó bằng trí óc hay chân tay. Nhưng trong vật lý học, từ “Công” chỉ có một nghĩa rất hẹp là biểu thị phần năng lượng được chuyển từ dạng này sang dạng khác và có giá trị bằng tích của lực với quãng đường chuyển dời của vật theo phương của lực. Để tránh sự hiểu lầm này, trong dạy học, người ta chỉ đưa ra một từ biểu thị khái niệm mới sau khi đã chỉ rõ nội hàm (gồm đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng) của khái niệm. Trong một số trường hợp, người ta dùng tiếng nước ngoài đã được sử dụng phổ biến trong khoa học để biểu thị khái niệm mới. Việc này tỏ ra là có
46. hiệu quả, tránh được nhầm lẫn. Thí dụ như: dùng từ “phôton” thay cho từ “hạt ánh sáng” trong tiếng Việt. 2. Có nhiều từ khác nhau cùng chỉ một khái niệm (đồng nghĩa, khác âm). Thí dụ như: lực và sức, điện thế và điện áp, quán tính và tính ỳ. Trong những trường hợp này, không phải bao giờ học sinh cũng có thể tự mình nhận biết được rằng: hai từ cùng biểu đạt một khái niệm. Đặc biệt nên lưu ý cho học sinh trường hợp: một trong hai từ đó là thuật ngữ khoa học, còn từ kia là lấy trong ngôn ngữ hàng ngày. Từ lấy trong ngôn ngữ hàng ngày thường có nội dung không được chính xác lắm, còn thuật ngữ trong khoa học có nội dung hoàn toàn rõ ràng; cho nên, không phải hai từ đó luôn luôn đồng nghĩa. Thí dụ như: nói “lực cản” và “sức cản” trong cơ học thì hoàn toàn đồng nghĩa, còn nếu thay “sức mạnh của pháo binh” bằng “lực mạnh của pháo binh” thì từ “lực mạnh” ở đây vô nghĩa. Trong nhà trường, tốt nhất là nên thống nhất sử dụng một từ để biểu đạt một khái niệm (thí dụ: nên qui định dùng điện áp hay điện thế). Còn nếu đã có một từ đồng nghĩa qúa phổ biến trong đời sống thì nên nói cho học sinh rõ nhưng không dùng trong ngôn ngữ vật lí để rèn cho học sinh tính chính xác của ngôn ngữ khoa học. 2.3. CÁC CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH NHỮNG ĐỊNH LUẬT VẬT LÍ 2.3.1. Đặc điểm của định luật vật lí 1. Xây dựng được một khái niệm tức là ta đã nghiên cứu được từng mặt, từng tính chất của sự vật, hiện tượng. Nhiệm vụ của khoa học nói chung và của vật lí học nói riêng không phải chỉ nghiên cứu các mặt riêng biệt mà phải nghiên cứu hiện tượng, sự vật trong sự vận động của chúng, trong sự phụ thuộc giữa chúng, tìm ra mối liên hệ khách quan, phổ biến ràng buộc chúng với nhau, nghĩa là tìm ra các qui luật, các định luật. Theo V.I. Lênin, “Khái niệm về qui luật là một trong những mức độ nhận thức của con người về sự thống nhất và sự liên hệ, sự phụ thuộc lẫn nhau và sự toàn bộ của một quá trình trong vũ trụ. Định luật là phản ánh của vật chất tồn tại trong vận động”. 2. Định luật vật lí là mối liên hệ khách quan, phổ biến giữa các thuộc tính của các đối tượng, các quá trình và trạng thái được mô tả thông qua các đại lượng
47. vật lí, tồn tại trong những điều kiện xác định và thể hiện khi những điều kiện này xuất hiện, tương đối bền vững và có thể lặp lại. Các định luật vật lí mô tả những sự vật, hiện tượng trong tự nhiên có thể nhận biết được bởi con người. Chúng có thể được con người phát hiện thông qua việc quan sát tự nhiên hoặc từ thí nghiệm, cũng có thể suy ra từ những định luật tổng quát đã biết thông qua lập luận lôgic hay toán học. Cần chú ý rằng: không phải mọi mối liên hệ đều là qui luật, định luật. Định luật có tính tất yếu, phổ biến và khách quan, có nghĩa là: trong những điều kiện nhất định thì định luật nhất thiết có tác dụng, hiện tượng nhất định sẽ xảy ra giống nhau, bất kì ở đâu, không phụ thuộc vào ý muốn của con người. 3. Mối quan hệ giữa định luật khoa học và qui luật của thực tế khách quan Qui luật thực tế khách quan tồn tại ngoài ý muốn của con người. Chúng có từ trước khi loài người xuất hiện và sẽ tồn tại cùng với thế giới vật chất. Khoa học do con người xây dựng nên để phản ánh thực tế khách quan. Những định luật vật lí là do con người xây dựng lên để phản ánh các qui luật của thực tế khách quan. Sự phản ánh đó không thể đầy đủ, chính xác ngay từ đầu mà hoàn thiện dần theo trình độ nhận thức của con người. Cùng một sự kiện, hiện tượng của thực tế khách quan nhưng các nhà khoa học có thể xây dựng những qui luật khác nhau để phản ánh nó. Thí dụ: mặt trời, trái đất, mặt trăng, các vì sao vẫn thấy từ hàng nghìn năm nay, nhưng Aristốt cho rằng: mặt trời, mặt trăng, các vì sao quay quanh trái đất, còn Galilê lại cho rằng: trái đất quay quanh mặt trời. Bây giờ, chúng ta thấy Galilê đúng, vì ông đã quan sát tỉ mỉ hơn và đã phản ánh đúng hơn thế giới khách quan. Ngày nay, chúng ta không còn ngạc nhiên khi các nhà bác học phát hiện ra: một số định luật của cơ học Niutơn không còn đúng với các hạt vi mô như phân tử, nguyên tử, nuclêon, electron ; do đó, phải xây dựng cơ học lượng tử để phản ánh đúng hơn. 4. Toán học là một công cụ rất quan trọng để biểu diễn các định luật vật lí, vì đa số các định luật vật lí có tính chất định lượng. Nhiều nhà vật lí học nổi tiếng tin tưởng rằng: toán học có thể biểu diễn chính xác các qui luật của tự nhiên và thực tế cho đến nay đã chứng tỏ điều đó. Vì toán học mô tả đúng các hiện tượng
48. mới mà trước đây loài người chưa hề biết đến. Thí dụ: các nhà khoa học dự đoán có những hành tinh mới của hệ Mặt trời, hoặc về sự tồn tại những hạt cơ bản bằng lí thuyết trước khi quan sát bằng thực nghiệm. 2.3.2. Các loại định luật vật lí Các định luật vật lí có thể chia ra thành những loại sau: 1. Định luật động lực học cho biết một đối tượng riêng lẻ trong những điều kiện đã cho sẽ hoạt động như thế nào. Các thí dụ: - Thí dụ 1: Định luật thứ hai của Niutơn: “Một vật có khối lượng m, chịu F tác dụng một lực F sẽ chuyển động với gia tốc a có độ lớn là a= ”. m - Thí dụ 2: Định luật Ôm cho một đoạn mạch: “Cường độ dòng điện đi qua một đoạn mạch tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch và tỉ lệ U nghịch với điện trở của nó I= ”. R 2. Định luật thống kê cho biết một số lớn các đối tượng riêng lẻ trong một tập hợp sẽ thể hiện như thế nào trong những điều kiện xác định đã cho. Thí dụ như: khi khảo sát khí lí tưởng, ta lập được phương trình cơ bản của thuyết động 1 học phân tử p= m.n.v 2 , nêu lên mối liên hệ giữa áp suất p của khí với khối lượng 3 phân tử m, số phân tử trong một đơn vị thể tích n và trung bình của bình phương vận tốc chuyển động của phân tử khí v 2 . Nó là một định luật thống kê, chỉ đúng cho một tập hợp một số rất lớn phân tử khí chứa trong bình. 3. Định luật bảo toàn cho biết có một đại lượng vật lí nào đó luôn không đổi. Thí dụ như: định luật bào toàn động lượng cho biết: “ động lượng tổng cộng của một hệ cô lập luôn được bảo toàn”, trong khi vận tốc và khối lượng của các phần tử trong hệ có thể biến đổi. Số lượng các định luật bảo toàn không nhiều, nhưng chúng có ý nghĩa tổng quát cao, có thể bao trùm nhiều lĩnh vực hiện tượng, cho nên có vai trò quan trọng trong vật lí học. Thí dụ như: định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn năng lượng đúng cho mọi hiện tượng vật lí, định luật bảo toàn điện tích áp dụng cho mọi hiện tượng điện do chuyển động và tương tác giữa các điện tích gây ra.
49. 2.3.3. Các con đường hình thành những định luật vật lí Dựa trên đặc điểm của hoạt động nhận thức trong khi đi tìm chân lí, có thể có ba con đường điển hình sau trong việc hình thành các định luật vật lí: - Đạt tới định luật thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá thực nghiệm. - Đạt tới định luật thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá lí thuyết. - Đạt tới định luật xuất phát từ những mệnh đề lý thuyết tổng quát đã biết. 1. Đạt tới định luật thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá thực nghiệm. Sự nhận thức định luật vật lí thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá thực nghiệm tồn tại trong sự phát triển của vật lí học và trong dạy học ở một số lớn các trường hợp trong giai đoạn đầu của quá trình nhận thức khoa học. Lúc đó, kiến thức khoa học chưa nhiều và còn tản mạn, chưa thành hệ thống chặt chẽ. Điều quan trọng ở đây là: tạo cho học sinh khả năng có thể tiếp xúc trực tiếp với đối tượng nhận thức, nhận biết được những dấu hiện cảm tính của chúng. Đó là điểm xuất phát và cũng là tiêu chuẩn để biết xem: điều mà ta nhận thức được có phải là chân lí không. Nhưng quan sát trực tiếp bao giờ cũng chỉ thu được những dấu hiệu bên ngoài rời rạc của sự vật, hiện tượng xảy ra trong những điều kiện nhất định. Cần phải tiến hành một phép qui nạp để rút ra những thuộc tính bản chất, những mối liên hệ có tính qui luật, nghĩa là khái quát hoá thành một định luật vật lí. Thí dụ: ở lớp 8, học sinh đã biết một môi trường trong suốt, đồng tính, ánh sáng truyền theo một đường thẳng. Quan sát thực tiễn, học sinh cũng đã biết: khi ánh sáng gặp một mặt nước yên lặng hay một gương phẳng, ánh sáng đổi hướng. Giáo viên đưa ra khái niệm “tia phản xạ” để biểu thị tia sáng đổi hướng sau khi gặp mặt phẳng nhẵn bóng. Vấn đề mới được đặt ra là: tia phản xạ sẽ truyền đi theo hướng nào? Mối quan hệ giữa hướng của tia tới và hướng của tia phản xạ như thế nào? Với vốn hiểu biết đã có của mình, học sinh không thể trả lời được những câu hỏi này một cách rõ ràng, chính xác, họ không thể suy ra một câu trả
50. lời dựa trên kiến thức đã có trước. Chỉ còn một cách là phải quan sát kĩ hiện tượng phản xạ nhiều lần để tìm ra mối quan hệ này. Học sinh phải biết cách xác định hướng của tia sáng, giống như xác định một đường thẳng: xác định góc tạo bởi đường thẳng đó với một đường thẳng đã cho trước. Trong trường hợp tia sáng, có một cách thuận lợi là xác định góc tạo bởi tia sáng với đường thẳng pháp tuyến của mặt phản xạ ở điểm tới. Do đó, để tìm ra qui luật về đường truyền của tia phản xạ, ta tìm mặt phẳng chứa tia phản xạ và quan hệ giữa tia tới i và góc phản xạ r. Quan sát trực tiếp trên thí nghiệm, ta thu được những kết quả sau: a) Khi thay đổi hướng của tia tới, tia phản xạ cũng thay đổi hướng, nhưng trong những trường hợp làm thí nghiệm cũng đều thấy một kết quả chung: tia phản xạ luôn luôn nằm trên cùng một mặt phẳng với tia tới (gọi là mặt phẳng tới). Ta thu được kết luận chung là: tia phản xạ nằm trên mặt phẳng tới. b) Để so sánh góc tới và góc phản xạ, ta đo góc tới và góc phản xạ trong mỗi lần làm thí nghiệm và thu được kết quả ghi trong bảng sau: Lần đo Góc tới i Góc phản xạ r Lần 1 100 100 Lần 2 200 200 Lần 3 300 300 Lần 4 600 610 Lần 5 800 810 Ta rút ra kết luận chung cho các lần thí nghiệm trên là: “góc tới bằng góc phản xạ” với sai số nhỏ không đáng kể. Kết luận này được mở rộng, khái quát hoá cho mọi góc tới i, kể cả trường hợp không làm thí nghiệm. Kết luận này càng có giá trị phổ biến khi số lần làm thí nghiệm với các gương khác nhau, các góc tới có giá trị khác nhau càng nhiều. Trong điều kiện của trường phổ thông, không thể làm được nhiều; cho nên, chỉ làm cho học sinh quen với cách làm việc vì có cơ sở để tin rằng: sự khái quát hoá là đúng đắn.
51. Sự khái quát hoá thực nghiệm như trên cũng chỉ có ý nghĩa như một khái quát hoá kinh nghiệm. Nó chưa giúp ta trả lời được câu hỏi tiếp theo là “vì sao lại như thế”. 2. Đạt tới định luật thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá lí thuyết Mục đích của sự nhận thức khoa học là phải phát hiện ra được bản chất của sự vật hiện tượng, chứ không dừng lại ở nhận thức cảm tính. Điều đó chỉ có thể đạt được thông qua sự khái quát hoá lí thuyết. Những kết luận của sự khái quát hoá lí thuyết cho phép ta phát hiện ra những qui luật có thể giải thích được những hiện tượng đã biết cũng như tiên đoán những hiện tượng mới. Để thực hiện sự khái quát hoá lí thuyết, ngoài việc quan sát trực tiếp, còn phải sử dụng các phương pháp của sự nhận thức gián tiếp, đặc biệt là phép suy luận diễn dịch. Phép suy luận diễn dịch giúp ta nhận thấy sự gắn bó bản chất giữa các sự vật, hiện tượng riêng lẻ với những mệnh đề tổng quát, những định luật; mỗi hiện tượng riêng lẻ là một biểu hiện cụ thể, một trường hợp riêng của một đặc tính chung của giới tự nhiên. Con đường nhận thức định luật vật lí thông qua quan sát trực tiếp kết hợp với khái quát hoá lí thuyết diễn ra theo các giai đoạn sau: a) Giai đoạn 1. Quan sát nhằm thu thập những cứ liệu thực nghiệm (thông qua quan sát tự nhiên, thông qua thí nghiệm hay thông qua hiểu biết kinh nghiệm đã tích luỹ được từ trước). Ở giai đoạn này, học sinh phải mô tả bằng lời hiện tượng quan sát được và những điều kiện trong đó hiện tượng diễn ra. b) Giai đoạn 2. Khái quát hoá những kết quả quan sát được, làm nổi bật cái chung, cái bản chất, cái giống nhau trong các sự vật hiện tượng cụ thể khác nhau; phân biệt những điều kiện không cơ bản với những điều kiện cơ bản trong đó hiện tượng xảy ra. Thí dụ như: khi quan sát một cái thước thẳng nhúng một phần vào nước, ta thấy: dường như nó bị gãy. Ở đây, vật liệu làm cái thước, độ dày của cái thước là điều kiện không cơ bản, còn sự tồn tại của mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau về mặt quang học là điều kiện cơ bản. c) Giai đoạn 3. Giải thích những kết quả quan sát được Ở giai đoạn này, hai trường hợp có thể xảy ra:
52. - Học sinh giải thích được kết quả quan sát nhờ vận dụng những kiến thức, những định luật đã biết. Quá trình nhận thức kết thúc với sự giải thích này. Như vậy, hoạt động nhận thức đi đến giải thích được một hiện tượng mới phát hiện nhưng không đem lại một định luật mới; nói cách khác, là mở rộng được phạm vi ứng dụng của định luật đã biết. Thí dụ như: khi cho một tia sáng đi qua một lăng kính, ta thấy nó luôn bị lệch về phía đáy. Giải thích vì sao? Học sinh vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng và giải thích rõ ràng hiện tượng này. Như vậy, mặc dù học sinh đã giải thích được một hiện tượng cụ thể mới nhưng không dẫn tới hình thành một định luật mới. - Học sinh đã vận dụng tất cả những kiến thức, những định luật đã biết để giải thích hiện tượng nhưng không thành công, bắt buộc phải đưa ra một phỏng đoán là: hiện tượng diễn ra do một tính chất mới của sự vật, một qui luật mới của hiện tượng mà trước đây ta chưa biết. Lời phỏng đoán đó là một giả thuyết. Phát biểu một giả thuyết có nghĩa là phát biểu một mệnh đề dường như có thể dùng để giải thích được hiện tượng mới quan sát được. Quá trình nhận thức cần phải được tiếp tục để xác định xem giả thuyết đó có đúng đắn không. Tuy nhiên, cần phải chú ý rằng: nếu một giả thuyết đưa ra chỉ để giải thích một hiện tượng đã biết thì giả thuyết đó không có ý nghĩa khái quát, không có giá trị khoa học cao. Thí dụ như: quan sát sự rơi của một viên gạch và một cái lá, ta thấy viên gạch rơi nhanh hơn cái lá. Tại sao lại như thế? Để trả lời câu hỏi này, ta đưa ra giả thuyết rằng: vì viên gạch nặng hơn cái lá. Đối với một trường hợp cụ thể này thì giải thích đó là có lí, có thể tin tưởng được. Nhưng nếu ta dùng giả thuyết “vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ” để giải thích sự rơi của các vật khác lại không đúng, thí dụ cả tờ giấy trắng nặng gấp đôi nửa tờ giấy, nhưng cả tờ giấy có khi rơi chậm hơn nửa tờ giấy (khi vo viên nửa tờ giấy lại, còn cả tờ giấy vẫn để phẳng). Mặt khác, giá trị của một giả thuyết còn là ở chỗ: nó có thể giúp ta tiên đoán được hiện tượng xảy ra trong những điều kiện mới, hoàn cảnh mới mà trước đây ta chưa biết. Điều đó là một bằng chứng để xem giả thuyết đã phản ánh đúng qui luật của tự nhiên chưa.
53. Việc đưa ra được nhiều giả thuyết khác nhau để giải thích cùng một hiện tượng, rồi chọn lấy một giả thuyết có nhiều triển vọng nhất là một đặc trưng của tư duy sáng tạo. Không có con đường lôgic để suy từ những sự kiện thực nghiệm quan sát được đến những giả thuyết. Ở đây, có vai trò quan trọng của trực giác, của sự nhạy cảm khoa học, một bước nhảy vọt trong tư duy, có thể rèn luyện cho học sinh dựa trên các lí thuyết về sự phát triển tâm lí học của Piaget và Vưgôtxki. d) Giai đoạn 4. Kiểm tra sự đúng đắn của giả thuyết Thực tiễn là tiêu chuẩn của chân lí. Cho nên, việc kiểm tra sự đúng đắn của một giả thuyết chính là kiểm tra xem giả thuyết đó có phù hợp với thực tiễn không? Thực tiễn này phải quan sát được trong tự nhiên hay trong các thí nghiệm. Có hai trường hợp thường xảy ra: - Kiểm tra trực tiếp ngay giả thuyết trong thực tiễn, không thông qua một suy luận trung gian nào cả. Thí dụ như: để kiểm tra giả thuyết “vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ”, ta có thể lấy từng cặp hai vật bất kì nặng nhẹ khác nhau để thả cho vật rơi cùng một lúc ở cùng một độ cao: hòn đá với cái lá, cả tấm bìa và nửa tấm bìa, lá sắt mỏng rộng và viên phấn Trong nhiều trường hợp, có thể gặp trường hợp giả thuyết không đúng như trường hợp lá sắt mỏng rộng tuy nặng hơn viên phấn nhưng lại rơi chậm hơn viên phấn. Tuy nhiên, cách kiểm tra này mang tính ngẫu nhiên, rất có thể sau nhiều lần làm thí nghiệm mà không gặp lần nào giả thuyết là sai. - Kiểm tra thông qua một hệ quả rút ra từ giả thuyết nhờ suy luận toán học hay suy luận lôgic. Nếu sự suy luận được thực hiện chặt chẽ, đúng đắn thì giữa giả thuyết và hệ quả có mối liên hệ bản chất. Hệ quả đúng với thực tiễn thì điều đó có nghĩa là: giả thuyết phản ánh đúng thực tiễn, nếu không đúng với thực tiễn thì giả thuyết sai, phải bỏ đi. Điều quan trọng ở đây là: hệ quả đó phải là những cái có thể quan sát được trong thực tiễn. Như vậy, sau khi rút ra hệ quả bằng suy luận lí thuyết, ta phải bố trí thí nghiệm thích hợp để kiểm tra xem hệ quả dự đoán có xảy ra trong thực tế không. Tất nhiên, hệ quả ở đây phải khác với hiện tượng ban đầu đã biết, đã được dùng làm những sự kiện xuất phát để xây dựng giả thuyết. Trong trường hợp thí