Giáo trình Phương pháp dạy học Vật lý (Phần 1)

Nội dung text: Giáo trình Phương pháp dạy học Vật lý (Phần 1)

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA SINH NGUYỄN MẠNH HÙNG Tài liệu lưu hành nội bộ - 2001
2. Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ MÔN PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ §1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA MÔN PPDH VẬT LÍ Ở TRƯỜNG THPT 1. Phương pháp dạy - học vật lí ở trường THPT (còn gọi là lí luận dạy học vật lí ở trường THPT) là sự vận dụng cụ thể những qui luật và nguyên tắc của lí luận dạy học đại cương vào quá trình dạy-học bộ môn vật lí ở trường THPT. Vì vậy nếu đối tượng của lí luận dạy học đại cương là quá trình dạy - học các bộ môn ở trường PT thì đối tượng của môn PPDH vật lí là quá trình dạy-học bộ môn vật lí ở trường THPT. 2. Quá trình dạy-học vật lí ở trường THPT là một hệ thống nhiều yếu tố có quan hệ mật thiết và tác động qua lại lẫn nhau. Trong đó nổi bật hai yếu tố cơ bản là quá trình dạy vật lí của thày giáo và quá trình học vật lí của học sinh. Sự tương tác của hai quá trình này phải dựa trên các cơ sở cùng các mối quan hệ biẹân chứng giữa chúng là : mục đích của việc dạy- học vật lí; nội dung và phương pháp của việc dạy học vật lí; các hình thức tổ chức của việc dạy- Muïc ñích Phöông tieän học vật lí. Như vậy, cụ thể hơn, đối tượng của môn PPDH vật lí là tất cả các yếu tố trên và mối liên Q.T Q.T hệ qua lại giữa chúng. Từ đó có DAÏY HOÏC thể thấy được tính chất phức tạp và luôn biến đổi của hệ thống sẽ làm cho việc xác định nhiệm vụ cụ thể của bộ môn cũng phải rất Noäi dung Toå chöùc linh hoạt và cải tiến không ngừng. 3. Từ việc xác định rõ đối tượng mà đề xuất những nhiệm vụ chủ yếu của bộ môn phương pháp dạy- học vật lí như sau : + Thứ nhất : Xác định mục đích của việc dạy-học vật lí ở trường THPT, trên cơ sở đó đề xuất các nhiệm vụ cụ thể cho hoạt động dạy-học vật lí . Việc xác định mục đích dạy-học vật lí phải được tiến hành trước hết vì nó chi phối tất cả các yếu tố còn lại của quá trình này. Mục đích càng rõ ràng và cụ thể bao nhiêu thì việc đề xuất các nhiệm vụ và các phương pháp dạy-học vật lí cùng các hình thức tổ chức hoạt động dạy-học càng có hiệu quả bấy nhiêu. Nhiệm vụ này sẽ được nghiên cứu và giới thiệu ở chương II. Nó nhằm trả lời cho câu hỏi: “Dạy-học vật lí để làm gì? ” + Thứ hai : Dựa trên mục đích đã đề ra và một số các cơ sở khác (như đặc điểm của khoa học vật lí, các nguyên tắc dạy-học của lí luận dạy học, điều kiện cơ sở vật chất, đặc điểm tâm sinh lí của học sinh ) mà xây dựng một hệ thống các kiến thức vật lí, các kĩ năng, kĩ xảo tương ứng cần cung cấp và rèn luyện cho học sinh ở trường THPT. Nhiệm vụ này cũng đã được nghiên cứu và thể hiện ở chương trình học, ở nội dung cụ thể trong các sách giáo khoa, trong các tài liệu hướng dẫn giảng dạy và học tập . Tuy nhiên, đây chỉ là phần cơ bản. Trong hoạt động dạy-học đầy tính sáng tạo của giáo viên và học sinh có nhiều điều kiện để đóng góp hoàn thiện cho các nội dung cụ thể và để thực hiện nó một cách hiệu quả. Tóm lại nhiệm vụ này nhằm trả lời câu hỏi: “Dạy những vấn đề gì của vật lí cho học sinh THPT”.
3. + Thứ ba : Sau khi đã xác định được nội dung của việc dạy-học vật lí thì những công việc quan trọng tiếp theo là tìm những phương pháp, biện pháp cho hoạt động dạy-học này và những hình thức tổ chức tương ứng nhằm đảm bảo cho quá trình dạy học thu được kết quả tốt nhất. Việc đề xuất những phương pháp và các hình thức tổ chức trước hết phải dựa trên các qui luật và nguyên tắc chung mà lí luận dạy học đại cương đã đề ra, đồng thời còn phải căn cứ vào đặc điểm của bộ môn vật lí và các điều kiện cơ sở vật chất hiện có và sẽ có trong tương lai gần. Nhiệm vụ này cũng đã được nghiên cứu và được giới thiệu ở chương III và IV. Nó nhằm trả lời cho câu hỏi : “Dạy vật lí ở trường THPT như thế nào và với các hình thức nào?”. Những phương pháp và hình thức tổ chức dạy học được đề xuất và giới thiệu cũng chỉ là phần cơ bản. Trong quá trình dạy-học vật lí, chúng sẽ được giáo viên và học sinh bổ sung và được vận dụng sáng tạo. + Thứ tư : Vì hệ thống quá trình dạy - học nói chung và các yếu tố của hệ thống luôn ở trạng thái vận động và phát triển không ngừng, vì các bộ môn cơ sở luôn có những thành tựu nghiên cứu mới, nên bản thân bộ môn phương pháp dạy-học vật lí cũng phải luôn luôn tự hoàn thiện, bổ sung. Nó phải bám sát các đối tượng nghiên cứu và kịp thời bổ sung, thay thế những kết quả nghiên cứu không còn phù hợp. Nhiệm vụ này không phải chỉ của riêng các nhà nghiên cứu mà phải của toàn thể các cán bộ quản lí giáo dục nói chung, của các giáo viên bộ môn nói riêng và của cả học sinh trong suốt quá trình dạy và học vật lí ở trường THPT. Nói tóm lại, việc thực hiện các nhiệm vụ của bộ môn phương pháp dạy - học vật lí phải diễn ra thường xuyên, với sự đóng góp chung của các nhà nghiên cứu, của cán bộ quản lí giáo dục và đặc biệt với sự tham gia đông đảo của đội ngũ giáo viên bộ môn vật lí và của học sinh trong suốt quá trình hoạt động dạy - học vật lí diễn ra ở trường THPT.
4. §2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA MÔN PHƯƠNG PHÁP DẠY-HỌC VẬT LÍ. Là một bộ phận của lí luận dạy học đại cương, phương pháp dạy học vật lí cũng sử dụng những phương pháp nghiên cứu giáo dục. Có những phưong pháp chính được vận dụng như : 1. Nghiên cứu lí luận và ứng dụng : Phương pháp này dựa trên việc nghiên cứu, phân tích các công trình nghiên cứu lí luận, các thành tựu của khoa học giáo dục, của các khoa học khác để chọn lọc những cái hay, những cái phù hợp mà vận dụng vào bộ môn của mình. Thí dụ, dựa trên kết quả nghiên cứu về phương pháp dạy học nêu vấn đề của tâm lí học và lí luận dạy học và dựa vào khoa học vật lí mà vận dụng nghiên cứu đưa phương pháp này ứng dụng vào việc dạy-học vật lí. Do đặc điểm của bộ môn mà phương pháp này được áp dụng rất phổ biến. 2. Quan sát và điều tra : Phương pháp này dựa trên việc theo dõi, tìm hiểu trong một thời gian nhất định một đối tượng giáo dục cần nghiên cứu với một mục đích và một nội dung cụ thể. Kết quả của việc quan sát - điều tra phải được đánh giá dựa trên những tiêu chuẩn cụ thể mà người nghiên cứu lựa chọn. Có nhiều hình thức quan sát và điều tra như dự giờ, trao đổi với giáo viên, học sinh, phụ huynh học sinh, theo dõi kết quả học tập, phát phiếu điều tra, trắc nghiệm Thí dụ: để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng một biện pháp mới trong việc hướng dẫn học sinh làm bài tập phần định luật bảo toàn động lượng, cần phải xác định nội dung quan sát - điều tra như : tỉ lệ phần trăm số học sinh làm được bài, thời gian hoàn thành bài tập với mỗi đối tượng học sinh, những sai sót thường gặp, những khó khăn hay mắc phải, những thuận lợi khi làm bài. Để đánh giá kết quả phải đề ra những tiêu chuẩn cụ thế, thí dụ như tiêu chuẩn về thời gian, tiêu chuẩn về kết quả và tiêu chuẩn về mức độ phổ biến. 3. Tổng kết kinh nghiệm : Phương pháp này dựa trên việc phân tích, đánh giá, khái quát một kinh nghiệm để rút ra một qui luật cho một hiện tượng giáo dục nào đó rồi đem vận dụng qui luật đó vào cho bộ môn của mình. Tổng kết kinh nghiệm không phải là sự vận dụng một cách máy móc mà là sự vận dụng những qui luật đã được rút ra từ thực tiễn và phải được lí luận soi sáng. Những kinh nghiệm cần tổng kết là những kinh nghiệm tốt, đã có hiệu quả giáo dục cụ thể. Nhưng có khi những kinh nghiệm thất bại cũng được tổng kết để tránh mắc phải những sai lầm tương tự. Thí dụ, kinh nghiệm tốt về giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh khi dạy học vật lí ở một trường nào đó cần phải được phân tích để tìm ra những điều kiện cần thiết cho hoạt động đó như điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị, đội ngũ giáo viên . Những điều kiện đó phải phù hợp với lí luận về giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Do đó, những cơ sở nào, những trường nào có hội đủ những điều kiện đó mới có thể áp dụng vào cho mình và mới thu được kết quả tốt. Phương pháp này cũng được vận dụng phổ biến. Tuy nhiên, cần tránh nhất việc áp dụng một cách máy móc. 4. Thực nghiệm sư phạm : Phương pháp này dựa trên việc tổ chức một tác động sư phạm lên đối tượng cần nghiên cứu (giáo viên, học sinh, chương trình, nội dung học, hình thức tổ chức dạy, học ) với một mục đích và một kế hoạch hoạt động cụ thể. Từ kết quả của thực nghiệm mà rút ra những qui luật khách quan. Thí dụ, để nghiên cứu hiệu quả của việc dạy học vật lí bằng cách tổ chức các hoạt động học tập cho học sinh thay vì cách thông thường là dùng các phương pháp diễn giảng, đàm thoại thì cần phải tổ chức thực nghiệm trên một loạt đối tượng học sinh. Kết quả của thực nghiệm sẽ khẳng định hoặc phủ định giả thuyết : dạy học bằng tổ chức các hoạt động học tập cho học sinh là có tính khả thi và có hiệu quả hơn kiểu dạy học thông thường. Phương pháp thực nghiệm giúp chủ động tìm ra các qui luật của việc dạy học vật lí một cách khách quan, chính xác. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi những điều kiện cao hơn các phương pháp khác và vì đối tượng của nó là con người nên việc sử dụng phải thận trọng, khéo léo và do đó việc vận dụng còn hạn chế hơn các phương pháp khác.
5. §3. CÁC BỘ MÔN CƠ SỞ CỦA MÔN PHƯƠNG PHÁP DẠY - HỌC VẬT LÍ. Phương pháp dạy học vật lí là một môn học ứng dụng. Việc nghiên cứu đối tượng của bộ môn này cần phải dựa vào kết quả nghiên cứu của một số bộ môn khác. Những thành tựu của các bộ môn cơ sở cần phải được cập nhật hóa và phải được ứng dụng kịp thời. Vì vậy, việc nắm vững những vấn đề cơ bản của các môn học cơ sở là rất cần thiết. 1. Vật lí học. Vật lí học là môn học cơ sở đầu tiên cần nắm vững vì nhiệm vụ hàng đầu của hoạt động dạy-học vật lí ở trường phổ thông TH là cung cấp cho học sinh những kiến thức, kĩ năng vật lí cơ bản, chính xác, có hệ thống. Vì vậy, các kiến thức vật lí được nhân loại tích lũy từ trước tới nay đã được các nhà khoa học hệ thống, sắp xếp, trình bày lại và các ứng dụng của chúng vào thực tiễn sẽ được chọn lọc và cung cấp cho hoạt động dạy- học vật lí ở trường phổ thông. Bên cạnh đó, các phương pháp nghiên cứu vật lí và lịch sử phát triển khoa học vật lí cũng được nghiên cứu vận dụng vào phương pháp dạy học vật lí hoăïc được thể hiện trong quá trình hình thành các kiến thức vật lí cho học sinh nhằm phát triển năng lực nhận thức và tư duy sáng tạo cho học sinh. Dựa vào hoạt động cung cấp kiến thức vật lí cho học sinh mà cũng đồng thời khai thác yếu tố giáo dục đạo đức và giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh. 2. Triết học duy vật biện chứng. Triết học duy vật biện chứng là hệ thống quan điểm chính thống mà chúng ta đang vận dụng để nghiên cứu và cải tạo thế giới. Những tư tưởng, quan điểm, các nguyên lí và phương pháp luận của nó đang được vận dụng có hiệu quả ở tất cả các bộ môn khoa học. Bộ môn phương pháp dạy-học vật lí nói riêng cũng như giáo dục học nói chung cũng phải vận dụng những tư tưởng và phương pháp này mới phát triển đúng hướng và có kết quả. Mặt khác, một trong những nhiệm vụ quan trọng của hoạt động dạy-học vật lí ở trường phổ thông là bồi dưỡng thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh. Vì vậy càng cần phải nắm chắc những luận điểm cơ bản của nó. 3. Tâm lí học. Tâm lí học đại cương, tâm lí học sư phạm nghiên cứu những khái niệm như nhân cách, hoạt động, hoạt động nhận thức, hoạt động dạy-học là những khái niệm cơ sở mà bộ môn phương pháp dạy-học vật lí phải dựa vào để xây dựng hệ thống lí luận và vận dụng vào thực tiễn hoạt động dạy-học vật lí. Hơn nữa, một số những thành tựu của tâm lí lại là cơ sở của những phương pháp dạy học vật lí. Vì vậy phải cập nhật những quan điểm và thành tựu mới của bộ môn này và có những vận dụng và điều chỉnh kịp thời. 4. Lí luận dạy học đại cương. Bộ môn phương pháp dạy-học vật lí vận dụng những qui luật chung và những nguyên tắc chung mà lí luận dạy học đại cương đề xuất vào hoạt động dạy-học bộ môn vật lí. Việc vận dụng này thể hiện ở tất cả quá trình dạy học như xác định mục đích của việc dạy học vật lí, xác định nội dung và phương pháp của việc dạy học vật lí, cách thức tổ chức hoạt động dạy học vật lí 5. Một số bộ môn khoa học khác, trong đó phải kể đến đầu tiên là toán học. Vì các quá trình, các khái niẹâm, các định luật vật lí được mô tả và nghiên cứu bằng ngôn ngữ toán học nên có thể nói toán học có vai trò không thể thay thế được trong vật lí và có tác dụng như công cụ cho nghiên cứu vật lí. Việc nghiên cứu quá trình dạy học vật lí không thể tách khỏi mối liên hệ với toán học. Các môn học khác như kĩ thuật, hóa học cũng có liên hệ với vật lí vì vậy cũng phải xét tới chúng ở một mức độ nào đó khi nghiên cứu quá trình dạy-học vật lí.
6. NỘI DUNG THẢO LUẬN 1. Trình bày tóm tắt những nhiệm vụ cơ bản của môn phương pháp giảng dạy vật lí và các phương pháp nghiên cứu bộ môn. 2. Tại sao việc nghiên cứu bộ môn PPGD vật lí lại là công việc chung của các nhà nghiên cứu và của toàn thể giáo viên trực tiếp giảng dạy vật lí? 3. Tìm các thí dụ minh họa cho vai trò quan trọng của các bộ môn cơ sở đối với môn phương pháp dạy học vật lí.
7. Chương II MỤC TIÊU VÀ CÁC NHIỆM VỤ CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY-HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG §1. ĐẠI CƯƠNG VỀ MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY- HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG THPT. I. MỤC TIÊU. 1. Mục tiêu : mục tiêu của hoạt động dạy-học vật lí ở trường THPT là yếu tố cơ bản đầu tiên cần xác định chính xác và cụ thể để có thể định hướng cho việc xác định các nhiệm vụ và nội dung của dạy học vật lí; xác định các phương pháp và hình thức tổ chức dạy học vật lí. Nhưng để xác định được mục tiêu của hoạt động này phải dựa vào mục tiêu chung của nhà trường phổ thông. Còn mục tiêu của nhà trường PT lại được xác định dựa trên mục tiêu chung mà xã hội đặt ra cho nhiệm vụ giáo dục và đào tạo thế hệ trẻ của mọi hoạt động xã hội, của các cấp chính quyền và đoàn thể. Vì mục tiêu giáo dục và đào tạo thế hệ trẻ thay đổi theo từng giai đoạn của lịch sử và xã hội nên mục tiêu của nhà trường và mục tiêu của hoạt động dạy-học vật lí cũng phải bám sát và có những điều chỉnh, sửa đổi thích hợp mà không thể cứng nhắc. 2. Mục tiêu giáo dục – đào tạo thế hệ trẻ ở nước ta được xác định bởi Đại hội Đảng Cộng sản toàn quốc và bởi Hội nghị Ban chấp hành trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam. Hội nghị lần thứ hai Ban chấp hành trung ương Đảng Cộng sản (khóa VIII) đã xác định rõ mục tiêu giáo dục-đào tạo thế hệ trẻ có những phẩm chất và năng lực sau : + Có lí tưởng độc lập và chủ nghĩa xã hội, có đạo đức trong sáng, có ý chí kiên cường xây dựng đất nước công nghiệp hóa, hiện đại hóa và bảo vệ Tổ quốc. + Giữ gìn và phát huy các giá trị văn hóa của dân tộc, có năng lực tiếp thu tinh hoa văn hóa nhân loại. Phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Việt Nam + Có ý thức cộng đồng và phát huy tính tích cực của cá nhân, làm chủ tri thức khoa học và công nghệ hiện đại. Có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành giỏi, có tác phong công nghiệp, có tính tổ chức và kỷ luật. + Có sức khỏe. 3. Nhà trường có rất nhiều điều kiện thuận lợi và có khả năng rất to lớn trong việc giáo dục- đào tạo thế hệ trẻ. Tuy nhiên có một số mục tiêu mà phần đóng góp của nhà trường là cơ bản. Đó là những mục tiêu và nhiệm vụ : + Cung cấp một hệ thống kiến thức các khoa học tự nhiên, xã hội và các kĩ năng kĩ xảo tương ứng nhằm làm cho thế hệ trẻ tiếp thu được những tri thức khoa học cơ bản của nhân loại và của dân tộc. + Giáo dục các phẩm chất đạo đức cho học sinh như tinh thần yêu nước, yêu chủ nghĩa xã hội, yêu lao động, biết phấn đấu, kiên trì xây dựng và bảo vệ tổ quốc. + Rèn luyện tư duy, năng lực sáng tạo, khả năng tự học và hoạt động độc lập cho học sinh. + Giáo dục thẩm mĩ , rèn luyện sức khỏe và lối sống lành mạnh về thể chất và tinh thần cho học sinh. Cùng với các hoạt động dạy-học và giáo dục khác trong Nhà trường, hoạt động dạy- học vật lí có đủ khả năng và điều kiện tham gia thực hiện các nhiệm vụ và mục tiêu chung của Nhà trường THPT. Vậy mục tiêu chung của Nhà trường cũng là mục tiêu của hoạt động dạy-học vật lí. Chính dựa trên các mục tiêu này mà các nhiệm vụ cụ thể của việc dạy – học vật lí được đề ra.
8. II. CÁC NHIỆM VỤ CỤ THỂ CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG THPT. 1. Nhiệm vụ thứ nhất là cung cấp cho học sinh một hệ thống các kiến thức vật lí cơ bản, khoa học, hiện đại và các kĩ năng kĩ xảo tương ứng nhằm làm nền tảng cho họ có thể tham gia lao động sản xuất và tiếp tục theo học những chuyên ngành khoa học kĩ thuật cao hơn ở bậc đại học hoặc tự học, tự bồi dưỡng trong quá trình lao động, sản xuất. Những kiến thức này được các nhà khoa học chọn lọc, biên soạn dựa trên các cơ sở của tâm lí học và của lí luận dạy học đại cương. Nó được thể hiện cụ thể ở chương trình và sách giáo khoa. Để thực hiện nhiệm vụ này, người giáo viên trước hết phải nắm thật chắc nội dung và chương trình, hiểu rõ cả những vấn đề không trình bày trong sách và phải tìm các phương pháp thích hợp để tổ chức cho học sinh nắm vững những vấn đề trong chương trình. 2. Nhiệm vụ thứ hai là góp phần cùng các môn học khác rèn luyện tư duy, bồi dưỡng năng lực sáng tạo và khả năng tự học cũng như khả năng hoạt động độc lập của học sinh. Để thực hiện được nhiệm vụ này, người giáo viên phải nắm vững quá trình nhận thức, hiểu rõ các phẩm chất của tư duy sáng tạo của các hoạt động tự lực và các phương pháp bồi dưỡng chúng. Đồng thời, phải có nghệ thuật kết hợp việc rèn luyện này với quá trình dạy học vật lí. 3. Nhiệm vụ thứ ba là góp phần giáo dục đạo đức cho học sinh. Các phẩm chất đạo đức theo mục tiêu thì có nhiều mặt nhưng hoạt động dạy-học vật lí thì chỉ có thế mạnh trong việc giáo dục một số phẩm chất nhất định. Đó là giáo dục thế giới quan duy vật biện chứng; giáo dục những phẩm chất tốt của người lao động , giáo dục tính kỷ luật, kiên trì và tác phong công nghiệp . Để thực hiện được nhiệm vụ này, trước hết người giáo viên cũng phải có đầy đủ những phẩm chất đó, đồng thời còn phải có ý thức khai thác những yếu tố giáo dục đó trong hoạt động dạy-học vật lí. 4. Nhiệm vụ thứ tư là giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh. Để thực hiện được nhiệm vụ này, người giáo viên phải nắm được các yếu tố của kĩ thuật tổng hợp, các yếu tố của kĩ thuật tổng hợp trong nội dung dạy học vật lí và phải biết khai thác nó vào việc giáo dục và rèn luyện cho học sinh. Giữa bốn nhiệm vụ trên có mối liên hệ biện chứng với nhau và được thực hiện đồng thời trong hoạt động dạy học vật lí ở nhà trường. Trong đó, nhiệm vụ thứ nhất giữ vai trò chủ đạo. Thông qua việc dạy-học vật lí mà tiến hành các nhiệm vụ còn lại. Không có thời gian dành riêng cho việc rèn luyện tư duy, việc giáo dục đạo đức Chỉ có thời gian phân phối cho việc dạy các kiến thức vật lí, nhưng phải chính trong lúc dạy vật lí mà rèn luyện tư duy, mà giáo dục đạo đức. Thí dụ, khi dạy định luật hấp dẫn, nếu giáo viên giới thiệu cho học sinh lịch sử phát minh ra định luật này với sự đóng góp công sức của nhiều nhà khoa học và nêu rõ các phương pháp suy nghĩ, phương pháp nghiên cứu của họ thì tức là đã thực hiện được các nhiệm vụ rèn luyện tư duy và giáo dục đạo đức. Thông qua đó, học sinh nắm được những phương pháp nghiên cứu vật lí nói riêng và phương pháp nghiên cứu khoa học nói chung, đồng thời học tập được những đức tính tốt của những người làm việc say mê, hết lòng vì khoa học, vì cuộc sống của loài người. Và qua đó học sinh còn nhận thức được rằng những thành tựu của khoa học-kĩ thuật mà họ được thụ hưởng ngày hôm nay là công sức đóng góp của rất nhiều thế hệ cha ông, bản thân họ cũng được thôi thúc đóng góp sức lực của mình cho tiến bộ của loài người. Còn nếu giáo viên chỉ truyền đạt một cách máy móc nội dung của định luật theo đúng sách giáo khoa thì chỉ đơn giản thực hiẹân việc cung cấp kiến thức cho học sinh mà đã không thực hiện được hai nhiệm vụ còn lại. Có thể nói việc thực hiện bốn nhiệm vụ đã nêu trên được thực hiện đồng thời trong từng tiết dạy, trong từng bài học, trong từng hoạt động của giáo viên và học sinh trên lớp cũng như ngoài lớp. Nó còn được thể hiện qua từng chi tiết của việc dạy-học như qua thái độ của giáo viên, qua cách đặt câu hỏi của người thày, qua cách hướng dẫn, tổ chức cho học sinh làm việc, qua cách đặt vấn đề trước khi dạy một kiến thức mới, qua phương pháp giảng dạy của giáo viên, qua chính nội dung chính xác
9. của khoa học vật lí . Nhưng cũng chính vì việc thực hiện các nhiệm vụ gắn chặt với nhau như vậy nên gây ra nhiều khó khăn cho người giáo viên. Trong khi thực hiện nhiẹâm vụ cung cấp kiến thức cho học sinh, có thể người giáo viên chưa chủ động được trong việc thực hiện các nhiệm vụ khác. Hoặc thực hiện các nhiệm vụ khác một cách mờ nhạt làm cho hiệu quả sút giảm. Vì vậy một vấn đề đặt ra là giáo viên phải luôn có ý thức chủ động và tìm mọi cơ hội, mọi điều kiện để có thể thực hiện tốt cả bốn nhiệm vụ. Ngược lại, nếu thực hiện tốt các nhiệm vụ rèn luyện tư duy, giáo dục đạo đức và kĩ thuật tổng hợp thì sẽ thực hiện nhiệm vụ cung cấp kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo cho học sinh tốt hơn. Nếu học sinh có phương pháp tư duy tốt, tự chủ và sáng tạo trong học tập thì họ sẽ biến được quá trình đào tạo thành quá trình tự đào tạo. Họ sẽ tiếp nhận kiến thức một cách chắc chắn và vận dụng sáng tạo vào thực tiễn. Một học sinh tự chủ, sáng tạo sẽ là người công dân có những phẩm chất đạo đức tốt như luôn luôn vươn lên trong cuộc sống, biết phấn đấu để làm giầu tri thức của bản thân, biết khắc phục khó khăn để hoàn thành nhiệm vụ được giao, kiên trì với mục đích và lí tưởng của mình NỘI DUNG THẢO LUẬN 1. Nếu tóm tắt cơ sở xuất phát và các mục tiêu cơ bản của dạy học vật lí ở trường THPT. 2. Phân tích bốn nhiệm vụ của việc dạy học vật lí ở trường phổ thông và mối quan hệ giữa các nhiệm vụ. 3. Chứng tỏ vai trò chủ đạo của nhiệm vụ thứ nhất trong viêc thực hiện bốn nhiệm vụ cơ bản của dạy – học vật lí.
10. §2. TRUYỀN THỤ KIẾN THỨC, RÈN LUYỆN KĨ NĂNG, KĨ XẢO VẬT LÍ CHO HỌC SINH. I. ĐẠI CƯƠNG. 1. Kiến thức vật lí là tất cả những hiểu biết của con người về đối tượngvật lí, về phương pháp nghiên cứu chúng và về những ứng dụng của những hiểu biết đó vào phục vụ cho cuộc sống loài người. Chúng bao gồm hệ thống các khái niệm, các định luật, các nguyên lí, các thuyết vật lí và các ứng dụng của chúng trong thực tiễn được các nhà khoa học nghiên cứu và nhận thức được trong suốt lịch sử của loài người. Bên cạnh đó, thuộc về kiến thức vật lí còn có các phương pháp nhận thức dùng trong nghiên cứu vật lí (gọi là các phương pháp nghiên cứu vật lí). Loại kiến thức về phương pháp nhận thức này ngày càng có vai trò quan trọng và được đề cao trong nghiên cứu vật lí cũng như trong giảng dạy vật lí. Những kiến thức này là thành tựu chung của nhân loại, đặc biệt là các nhà khoa học vật lí đã đóng góp một phần rất to lớn, nó mỗi ngày lại được bổ sung và làm giầu lên một cách rất nhanh chóng. Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của vật lí học với các thành tựu to lớn của nó đã đặt nhà trường trước một thách thức là làm sao để có thể cho học sinh bắt kịp những thành tựu này trong khi thời gian học tập không thể kéo dài thêm. 2. Từ đây nảy sinh vấn đề : lựa chọn những kiến thức nào trong một kho tàng kiến thức đồ sộ đem giảng dạy cho học sinh trong nhà trường. Các nhà nghiên cứu, căn cứ vào nội dung khoa học vật lí, vào mục tiêu đào tạo, vào đặc điểm tâm sinh lí lứa tuổi học sinh, vào các nguyên tắc của lí luận dạy học đã soạn thảo một chương trình thống nhất trong cả nước và được cụ thể bằng các sách giáo khoa vật lí. Hiện nay, vật lí cổ điển là nội dung chính của chương trình nhưng trong đó phải thể hiện được những tư tưởng và phương pháp của vật lí hiện đại. Những kiến thức cụ thể trong sách giáo khoa đã được chọn lọc, biên soạn, hệ thống và xây dựng lại cho phù hợp với đối tượng học sinh và nhằm đáp ứng được tốt nhất các nhiệm vụ của việc dạy học. Nhiệm vụ của giáo viên là phải hiểu thấu đáo những kiến thức cần truyền thụ cho học sinh trong chương trình và phải thấy được những kiến thức đó đã được biên soạn lại như thế nào cho phù hợp với học sinh, thấy được cả những mức độ chính xác của các kiến thức và phương pháp hình thành chúng. Phải thấy được những cái hay và chưa hay trong nội dung và cách xây dựng các kiến thức đó theo sách giáo khoa và tại sao phải chấp nhận cái chưa hay đó, có thể có những cải tiến hay thay đổi được không? Nói tóm lại, phải thấy cả những điều không có trong sách giáo khoa theo đúng tinh thần “biết mười dạy một”. Chỉ có như vậy giáo viên mới làm chủ kiến thức, chủ động tổ chức hoạt động học tập cho học sinh. 3. Theo một cấu trúc truyền thống, những kiến thức của vật lí cổ điển được phân chia thành các ngành và được sắp xếp cơ bản theo một trình tự sau : cơ học, vật lí phân tử và nhiệt học, điện học, quang học, vật lí nguyên tử và hạt nhân. Để thuận tiện cho hoạt động dạy- học, những kiến thức này được phân loại. Một kiểu phân loại phổ biến được áp dụng như sau : + Các kiến thức về hiện tượng và quá trình vật lí . Thí dụ : các hiện tượng rơi tự do, hiện tượng dãn nở vì nhiệt của vật rắn, hiện tượng cộng hưởng cơ học, hiện tượng giao thoa ánh sáng, các quá trình truyền nhiệt, quá trình sinh công + Các kiến thức về khái niệm - đại lượng vật lí . Thí dụ : các khái niệm chuyển động thẳng đều, quán tính, điện trường, từ trường, truyền sóng .Các đại lượng vận tốc, gia tốc, lực, khối lượng, cường độ điện trường, bước sóng + Các kiến thức về định luật vật lí . Thí dụ : định luật về đường đi của chuyển động thẳng biến đổi đều, các định luật Niutơn, định luật hấp dẫn, định luật cảm ứng điện từ + Các kiến thức về các nguyên lí và qui tắc vật lí. Thí dụ : nguyên lí về tính tương đối của chuyển động, nguyên lí về tính độc lập của chuyển động, nguyên lí về tác dụng độc lập
11. của lực, nguyên lí về tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng, qui tắc tổng hợp lực, qui tắc xác định chiều của lực từ + Các kiến thức về các mô hình vật lí. Thí dụ : mô hình chất điểm, mô hình khí lí tưởng, mô hình dòng điện, mô hình đường sức điện trường và từ trường, mô hình tia sáng, mô hình phân tử, nguyên tử, hạt nhân + Các kiến thức về thuyết vật lí. Thí dụ : thuyết hấp dẫn, thuyết động học phân tử, thuyết điện từ, thuyết sóng ánh sáng + Các kiến thức về phương pháp nghiên cứu vật lí. Thí dụ, phương pháp thực nghiệm, phương pháp qui nạp, diễn dịch, phương pháp tiên đề + Các kiến thức về ứng dụng của vật lí vào thực tiễn. Thí dụ, phép “cân” trái đất, các dụng cụ điện như động cơ điện , máy phát điện, các động cơ nhiệt Sau khi đã thống nhất về cách phân loại thì giáo viên phải phân loại đúng được các loại kiến thức có trong chương trình và sách giáo khoa để từ đó áp dụng các phương pháp giảng dạy từng loại kiến thức cho phù hợp. Phần dưới đây sẽ trình bày phương pháp giảng dạy một số kiến thức phổ biến và quan trọng nhất là hiện tượng vật lí, khái niệm -đại lượng vật lí, định luật vật lí và thuyết vật lí. 4. Những kiến thức vật lí, ban đầu là của nhân loại. Sau đó được giáo viên chiếm lĩnh, nó trở thành kiến thức của giáo viên. Thông qua việc tổ chức hoạt động dạy-học vật lí ở nhà trường, những kiến thức này dần dần được học sinh chiếm lĩnh và trở thành kiến thức của học sinh khi học sinh phải thông hiểu, ghi nhớ và vận dụng sáng tạo trong những điều kiện cụ thể. Vậy truyền thụ kiến thức vật lí cho học sinh, có nghĩa là phải làm cho học sinh hiểu đúng hệ thống các kiến thức vật lí, ghi nhớ và vận dụng sáng tạo chúng. 5. Như vậy, đồng thời với việc làm cho học sinh thông hiểu và ghi nhớ được kiến thức vật lí thì một việc rất quan trọng là phải làm cho học sinh có khả năng vận dụng được các kiến thức đó một cách chủ động, thành thạo và có sáng tạo. Công việc đó được gọi là rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vật lí cho học sinh. Kiến thức - kĩ năng - kĩ xảo là một thể thống nhất, tác động qua lại lẫn nhau, vừa là mục đích, vừa là phương tiện. Nếu chỉ dạy kiến thức thì kiến thức này chỉ là trừu tượng, mơ hồ và không có giá trị thực tiễn. Nếu rèn luyện kĩ năng kĩ xảo tốt thì kiến thức sẽ vừa được hiểu sâu sắc, vừa là kiến thức có giá trị thực tiễn. Đó cũng chính là mục đích của dạy học và của nhận thức nói chung. II. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY MỘT HIỆN TƯỢNG VẬT LÍ. 1. Vật lí học nghiên cứu các thuộc tính chung nhất của vật chất, sự tương tác và các dạng vận động đơn giản của vật chất, trong đó không có sự biến đổi từ chất này sang chất khác, không có sự sinh thành và phát triển của sinh vật. Đối tượng của vật lí rất đa dạng và biến đổi không ngừng. Mỗi một sự biến đổi của một đối tượng vật lí xảy ra trong không gian theo thời gian được gọi là một hiện tượng vật lí. Như vậy, có vô số các hiện tượng vật lí xảy ra trong tự nhiên. Việc nghiên cứu vật lí thường bắt đầu từ các hiện tượng vật lí. Ban đầu, người ta bằng quan sát hoặc bằng các thí nghiệm xác lập được các hiện tượng vật lí, tìm cách mô tả chúng bằng ngôn ngữ thông thường và bằng ngôn ngữ vật lí là các khái niệm và đại lượng vật lí. Sau đó xác lập được mối quan hệ giữa các hiện tượng vật lí bằng cách xậy dựng các định luật vật lí. Cuối cùng, phải tìm cách giải thích các hiện tượng đó bằng cách xây dựng các thuyết vật lí và vận dụng các thuyết này để giải thích một loạt các hiện tượng cùng loại. 2. Như vậy, việc giảng dạy một hiện tượng vật lí có hai mục đích. Một là nêu ra một hiện tượng để từ đó tìm cách mô tả chúng bằng các khái niệm hay đại lượng vật lí, hoặc tìm mối quan hệ giữa hiện tượng này với hiện tượng khác. Tức là, một hiện tượng vật lí được đưa ra như một cách đặt vấn đề để xây dựng một đại lượng vật lí hoặc một định luật vật lí. Hai là, nêu ra một hiện tượng để vận dụng các lí thuyết đã học giải thích được hiện
12. tượng đó. Thí dụ, hiện tượng quang điện được đưa ra để mở đầu cho việc nghiên cứu một loạt các khái niệm và các định luật mới như khái niệm dòng quang điện, khái niệm hiệu điện thế hãm, khái niệm giới hạn quang điện, các định luật quang điện . Còn hiện tượng tự cảm lại được đưa ra và giải thích bằng cách vận dụng lí thuyết về cảm ứng điện từ đã xây dựng trước đó. 3. Phương pháp giảng dạy một hiện tượng vật lí : + Có những hiện tượng vật lí có thể quan sát được trong tự nhiên (thí dụ hiện tượng giao thoa ánh sáng trắng trên bản mỏng được quan sát trên các vết dầu loang), nhưng có những hiện tượng chỉ bộc lộ thông qua các thí nghiệm (thí dụ hiện tượng giao thoa sóng cơ, hiện tượng công hưởng). Vì vậy cũng có hai cách để dạy một hiện tượng vật lí là phương pháp mô tả và phương pháp thực nghiệm. + Để dạy một hiện tượng vật lí có sẵn trong tự nhiên thì cách tốt nhất là chỉ cho học sinh thấy hiện tượng đó. Tuy nhiên, các hiện tượng thường không xảy ra trên lớp học nên phương pháp chính vẫn là mô tả lại hiện tượng đó. Để mô tả một hiện tượng vật lí thì phương tiện đầu tiên cần dùng là ngôn ngữ. Giáo viên, bằng cách tả lại theo ngôn ngữ thông thuờng kết hợp với tranh ảnh, mô hình nhằm tạo ra cho học sinh một hình ảnh sát thực nhất với hiện tượng. Ở đây vai trò của các dụng cụ trực quan là rất quan trọng. Nó không phải một hiện tượng thực, nhưng nó giúp học sinh hình dung đầy đủ, rõ ràng về hiện tượng cần biết. Trong quá trình mô tả, phải làm bật được các yếu tố cơ bản của hiện tượng. Thí dụ, để mô tả hiện tượng truyền sóng trên mặt nước thì giáo viên nên kết hợp với các hình vẽ để mô tả hình dạng các gợn sóng là các đường tròn đồng tâm và cho thấy các gợn sóng này không đứng yên mà đang lan truyền trên mặt nước. Các hình vẽ này gồm hình vẽ mặt cắt để mô tả các gợn sóng và hình vẽ chiếu từ trên xuống để mô tả dạng của các gợn sóng hình tròn. Hay để mô tả hiện tượng dao động cưỡng bức của một chiếc cầu khi có xe ô tô chạy qua thì giáo viên bằng ngôn ngữ vạch ra cho học sinh thấy chính động cơ của xe khi hoạt động luôn dao động và nó làm cầu bị dao động theo, mà sự dao động cưỡng bức của cầu có thể hình dung được vì kinh nghiệm cuộc sống hàng ngày của học sinh. + Một phần lớn các hiện tượng vật lí được giới thiệu với học sinh thông qua các thí nghiệm vật lí. Trong trường hợp này, vai trò của thí nghiệm rất quan trọng. Tuy nhiên để học sinh thấy rõ được hiện tượng thì giáo viên cũng phải định hướng sự chú ý của học sinh và kết hợp với ngôn ngữ hoặc tranh ảnh làm nổi bật các hiện tượng đó lên. Thí dụ, trong thí nghiệm về hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước, việc quan sát các gợn sóng và các đường đứng yên trên mặt nước không phải là dễ dàng vì nhìn trực tiếp sẽ rất khó thấy mà phải nhìn hình ảnh của chúng qua việc chiếu sáng lên một mặt phẳng. Ở đây cần phải giải thích vì sao những vệt đen lại cho thấy những gợn sóng còn những vệt sáng lại cho thấy những đường đứng yên. Hiện tượng này sẽ nổi bật hơn nữa nếu giáo viên sau đó vẽ hình các gợn sóng và các đường đứng yên lên bảng. Tuy nhiên, trong điều kiện cơ sở vật chất còn thiếu như chúng ta hiện nay thì việc tiến hành các thí nghiệm còn hạn chế. Vì vậy cũng lại phải dùng phương pháp mô tả để mô tả cả thí nghiệm và hiện tượng bộc lộ qua thí nghiệm đó. Vấn đề là cần phải tận dụng tối đa những đồ dùng dạy học trực quan nhằm giúp cho học sinh hình dung một cách rõ ràng nhất các hiện tượng vật lí. + Sau khi đã giới thiệu đầy đủ hiện tượng vật lí cho học sinh thì phải từ hiện tượng đó mà đặt ra vấn đề cần nghiên cứu một cách cụ thể và rõ ràng để định hướng cho học sinh. Nếu hiện tượng được đưa ra để nhằm hình thành các khái niệm, định luật mới thì vấn đề đặt ra là “Phải tìm hiểu sâu hơn hiện tượng này như thế nào? phải mô tả định lượng nó như thế nào? có những đại lượng nào đặc trưng cho nó?”. Thí dụ, sau khi giới thiệu hiện tượng quang điện, cần phải đặt ra những vấn đề cụ thể như sau :
13. - Có phải ánh sáng nào cũng có thể gây ra được hiện tượng này hay không? - Lượng electron quang điện có phụ thuộc vào cường độ chùm sáng không? Nếu có thì phụ thuộc như thế nào? - Các electron quang điện có vận tốc sau khi ra khỏi kim loại hay không, nếu có thì vận tốc này phụ thuộc vào những yếu tố nào? Để trả lời những câu hỏi này phải khảo sát tiếp tục hiện tượng quang điện bằng những thí nghiệm chính xác hơn. Và từ những thí nghiệm đó các định luật quang điện được xây dựng. Đó là một tiến trình logic cần làm cho học sinh nhận thấy. Tiến trình này làm cho học sinh dễ tiếp nhận vấn đề và dễ nhớ hơn. Còn nếu hiện tượng được đưa ra để nhằm vận dụng một kiến thức đã biết để giải thích nó thì vấn đề đặt ra là “ Phải dùng những kiến thức gì để giải thích hiện tượng này và giải thích như thế nào?”. Thí dụ, sau khi giới thiệu hiện tượng tự cảm cần gợi ý cho học sinh thấy có thể dựa vào các định luật cảm ứng điện từ để giải thích đầy đủ cả về mặt định tính cũng như định lượng hiện tượng này. Như vậy học sinh sẽ dễ theo dõi và có ý thức vận dụng kiến thức cũ vào các hiện tượng mới. + Cũng cần phải nói thêm là có nhiều hiện tượng chỉ được giới thiệu một cách sơ lược trước khi đi vào các kiến thức chính. Thí dụ như hiện tượng biến đổi vận tốc của chuyển động được đưa ra nhằm hình thành các khái niệm vận tốc tức thời, khái niệm gia tốc. Hiện tượng biến dạng đàn hồi của vật rắn để tìm hiểu lực đàn hồi Các hiện tượng này chỉ được nhắc tới rất ngắn gọn, nhưng cũng cần nhấn mạnh là chính từ các hiện tượng đó mà hình thành những kiến thức tiếp theo. Và cũng phải từ đó đặt ra vấn đề phải giải quyết của bài học. 4. Một số thí dụ về giảng dạy một hiện tượng vật lí. + Thí dụ 1: Hiện tượng rơi tự do. Những bước cơ bản để nghiên cứu hiện tượng này là: - Bước một: Giới thiệu hiện tượng rơi tự do. Hiện tượng rơi đã quá quen thuộc với học sinh. Chỉ cần đặt vấn đề: “Thế nào là rơi tự do?”. Để trả lời câu hỏi này phải tìm nguồn gốc của hiện tượng rơi, đó là do lực hút của trái đất lên vật. Điều này học sinh đã biết ở lớp dưới. Vậy trong quá trình rơi, có những yếu tố nào ngoài lực hút của trái đất ảnh hưởng tới sự rơi? Làm một thí nghiệm nhỏ: Lấy hai tờ giấy giống nhau, một tờ vo nhỏ lại, một tờ để nguyên, thả đồng thời hai tờ giấy đó xuống từ một độ cao. Học sinh sẽ thấy ngay là do ảnh hưởng của không khí mà hai tờ giấy rơi xuống đất khác nhau. Nếu loại trừ các yếu tố ảnh hưởng như sức cản của không khí, gió thì sự rơi gọi là tự do. Từ đó đi đến định nghĩa hiện tượng rơi tự do. - Bước hai : Từ hiện tượng này, một loạt vấn đề được đặt ra như - Các vật rơi theo qũi đạo nào? – Có phải càng gần tới mặt đất thì vật rơi càng nhanh hay không? – Có phải các vật nặng rơi xuống nhanh hơn các vật nhẹ hay không? – Có thể xác định thời gian rơi của vật khi biết độ cao của nó hay không? (hoặc tóm lại, có thể đặt vấn đề khảo sát tính chất của chuyển động rơi tự do). Để trả lời các câu hỏi này phải có một loạt bước khảo sát tiếp theo. - Bước ba : Chứng minh rơi tự do là một chuyển động thẳng nhanh dần đều. Để chứng minh rơi tự do là chuyển động thẳng, có thể dùng một thí nghiệm nhỏ như buộc một quả dọi có đầu nhọn vào sợi chỉ, treo phía trên một mẩu phấn. Khi đốt dây, quả dọi rơi thẳng xuống mẩu phấn làm nó bị vỡ ra. Để chứng minh rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều, có thể dùng phương pháp chụp ảnh hoạt nghiệm. Bằng cách phân tích ảnh chụp hoạt nghiệm của một viên bi đang rơi, học sinh thấy được hiệu hai quãng đường liên tiếp ∆=Saτ 2 với τ là khoảng thời gian giữa hai lần chụp ảnh liên tiếp nhau. Tính chất này cho thấy sự rơi là chuyển động nhanh dần đều.
14. - Bước bốn : Xác định gia tốc tự do. Cũng bằng cách phân tích ảnh chụp hoạt nghiệm của nhiều vật rơi khác nhau sẽ thấy gia tốc của chúng như nhau và có trị số g ≈ 9,8 m/s2. Bổ sung thêm rằng bằng các nghiên cứu khác nhau, người ta thấy trị số g thay đổi theo vĩ độ với giá trị lớn nhất ở hai cực trái đất là 9,8324m/s2 và nhỏ nhất ở xích đạo là 9,7805m/s2. Với các phép tính không cần độ chính xác cao có thể lấy g=9,8m/s2. - Bước năm : Vận dụng các định luật của chuyển động thẳng nhanh dần đều cho 1 chuyển động rơi tự do. Vt=gt; hgt= 2 ; v2 =2gh. 2 t - Bước sáu : Làm một thí nghiệm nhỏ minh họa kết quả vừa khảo sát. Dùng ống chân không bên trong có một viên chì, một lông chim, một mẩu bấc. Dốc ngược ống thì cả ba vật đều rơi nhanh như nhau. - Bước bảy : Kết luận. Việc khảo sát hiện tượng rơi tự do cho biết rơi tự do là một chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc không đổi với mọi vật ở cùng một nơi trên trái đất. Do đó có thể vận dụng các qui luật của chuyển động thẳng biến đổi đều để tìm các qui luật của rơi tự do. Từ đó có thể trả lời được các câu hỏi đặt ra ở trên một cách đầy đủ, chính xác. + Thí dụ : Hiện tượng tương tác từ. Những bước cơ bản để nghiên cứu hiện tượng này là: - Bước một : Thực hiện các thí nghiệm (trong sách giáo khoa) về tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa dòng điện với nam châm và giữa dòng điện với dòng điện. Từ đó đi đến nhận xét là giữa các hiện tượng từ và hiện tượng điện có sự liên quan với nhau. Cụ thể, tương tác giữa dòng điện với nam châm, giữa dòng điện với dòng điện có cùng bản chất tương tác từ như giữa nam châm với nam châm. Các tương tác này gọi chung là tương tác từ. Các lực tác dụng gọi là lực từ. - Bước hai : Thực hiện thí nghiệm (trong sách giáo khoa) để phân biệt tương tác điện là tương tác giữa các điện tích đứng yên, còn tương tác từ là tương tác giữa các điện tích chuyển động. Tương tác từ của điện tích chuyển động không liên quan đến điện trường của các điện tích. - Bước ba : Từ hiện tượng này, một loạt vấn đề được đặt ra. – Các hạt mang điện chuyển động tương tác với nhau như thế nào? – Tương tác từ có thông qua một môi trường vật chất như tương tác điện hay không? – Nếu có thì môi trường này có những thuộc tính gì? – Làm thế nào để xác định được lực từ trong tương tác từ? - Bước bốn : Bước đầu tiên để trả lời các câu hỏi trên là hình thành khái niệm từ trường. Phương pháp xây dựng khái niệm từ trường như sách đã trình bày. Việc trả lời các vấn đề đã nêu sẽ được tiếp tục trình bày trong các bài học tiếp theo như bài học về véctơ cảm ứng từ, cảm ứng từ của một số dòng điện, lực ampe, lực lorenxơ. Như vậy hiện tượng cảm ứng điện từ được dùng làm điểm xuất phát cho một loạt bài về từ trường và tương tác từ. Vì vậy trong quá trình giảng dạy loạt bài đó phải luôn gắn với hiện tượng này, giải quyết đầy đủ những vấn đề đặt ra ngay từ khi nghiên cứu hiện tượng. NỘI DUNG THẢO LUẬN 1. Nêu các loại kiến thức vật lí. Cho thí dụ. Phân loại các kiến thức vật lí trong sách giáo khoa 10,11,12 2. Hiện tượng vật lí là gì? Cho thí dụ. Mục đích của việc giảng dạy một hiện tượng vật lí? Phương pháp giảng dạy các hiện tượng. Phân tích một thí dụ cụ thể.
15. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY MỘT KHÁI NIỆM - ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ. 1. Khái niệm là kết quả của quá trình tư duy. Nó phản ánh những thuộc tính chung, bản chất, chủ yếu của các sự vật, hiện tượng. Nhờ có khái niệm, người ta có thể phân biệt được các sự vật, hiện tượng cùng và khác loại với nhau. Phương pháp cơ bản để hình thành một khái niệm là phương pháp so sánh. Trong đó phải sử dụng các thao tác tư duy cơ bản như phân tích, tổng hợp, khái quát hóa, trừu tượng hóa. Một khái niệm bất kì đều có nội hàm và dung lượng. Nội hàm là toàn bộ những thuộc tính bản chất được phản ánh trong khái niệm. Dung lượng là tập hợp những sự vật, hiện tượng có cùng những thuộc tính bản chất trong khái niệm. Để nhận biết một khái niệm phải định nghĩa nó. Định nghĩa một khái niệm là tách một sự vật, hiện tượng ra khỏi những sự vật hiện tượng khác và chỉ rõ những thuộc tính bản chất của nó. Như vậy, khái niệm có sự gắn bó chặt chẽ với ngôn ngữ, ngôn ngữ là hình thức của khái niệm. 2. Trong phạm vi nghiên cứu các đối tượng của vật lí học, các khái niệm vật lí là sự phản ánh những thuộc tính chung, bản chất, chủ yếu của các đối tượng vật lí, tức là các thuộc tính của vật chất, các dạng vận động tổng quát của vật chất và sự tương tác giữa chúng. + Thí dụ 1 : Khái niệm về chuyển động thẳng. Trong các dạng chuyển động khác nhau của các vật thể, có những chuyển động có thuộc tính chung: quĩ đạo là một đường thẳng. Những chuyển động đó được tách riêng ra (trong tưởng tượng), được định nghĩa và trở thành khái niệm về chuyển động thẳng. Khái niệm này cho ta biết thêm một thuộc tính của chuyển động. + Thí dụ 2 : Khái niệm chuyển động thẳng đều. Trong các chuyển động thẳng, ta lại có thể tìm thấy một số chuyển động thẳng có thêm một thuộc tính chung nữa là có quãng đường tỉ lệ với thời gian. Những chuyển động này lại được tách riêng ra, được định nghĩa và trở thành một khái niệm mới là chuyển động thẳng đều. Những thuộc tính này là chung cho một loạt các đối tượng, nó là bản chất vì các chuyển động này luôn có thuộc tính đó không phụ thuộc vào hình dạng, màu sắc, khối lượng các vật, nó là chủ yếu vì các thuộc tính này cho ta biết được một thuộc tính của chuyển động của các vật thể. + Thí dụ 3 : Khái niệm quán tính. Tất cả các vật thể, bất kể thành phần cấu tạo, hình dạng, kích thước có một thuộc tính chung là tự giữ được vận tốc của mình, chừng nào còn chưa có vật khác tác động vào làm thay đổi vận tốc đó. Thuộc tính chung, bản chất này của các vật thể được tách riêng ra, được định nghĩa và trở thành khái niệm quán tính. Khái niệm này cho ta biết thêm một thuộc tính của vật chất. + Thí dụ 4 : Khái niệm điện trường. Những môi trường vật chất, không cảm nhận được bằng các giác quan nhưng có thuộc tính chung là tác dụng lực lên điện tích đứng yên đặt trong nó, được tách riêng ra thành một khái niệm mới là điện trường. 3. Đại lượng vật lí. Các khái niệm vật lí phản ánh thuộc tính chung của các đối tượng vật lí. Nhưng một số thuộc tính chung đó ở các đối tượng khác nhau thì khác nhau ở mức độ nhiều hay ít. Vì vậy cần phải định lượng hóa thuộc tính chung đó để có thể so sánh các đối tượng cùng loại với nhau về mức độ. Việc định lượng thuộc tính chung của các khái niệm sẽ dẫn đến một đại lượng vật lí mà trong nhiều trường hợp, đại lượng này lại cho ta biết thêm được một mặt nào đó của đối tượng nghiên cứu. Nó giúp ta mô tả các hiện tượng vật lí định lượng, chính xác. Để định lượng một khái niệm, cần phải lựa chọn trong các đối tượng cùng loại một đối tượng gọi là mẫu chuẩn. Sau đó, xác định phương pháp so sánh các đối tượng cùng loại khác với mẫu chuẩn xem tính chất chung đó thể hiện nhiều hay ít hơn bao nhiêu lần so với mẫu chuẩn. Trong vật lí, các thuộc tính chung còn có thể thể hiện cả ở hướng nên để mô tả được đầy đủ các thuộc tính này, người ta còn đưa vào đại lượng vật lí véc tơ. Một đại lượng véctơ đặc trưng cho đối tượng vật lí ở cả hai mặt : về độ lớn (thể hiện bằng một giá trị số) và về hướng (thể hiện bằng một véctơ). + Thí dụ 1 : Trong khái niệm chuyển động thẳng đều, thuộc tính chung của các đối tượng là có quãng đường đi được tỉ lệ với thời gian (S=kt). Nhưng ở đây có sự khác nhau về mức
16. độ tỉ lệ, tức là có các hệ số tỉ lệ khác nhau. Cần phân biệt tiếp sự khác nhau này. Nếu một chuyển động thẳng đều có hệ số tỉ lệ k1=3, một chuyển động thứ hai có k2=6 thì có nghĩa là sau cùng một khoảng thời gian, chuyển động thứ hai đi được quãng đường gấp hai lần chuyển động thứ nhất. Hoặc trên cùng một quãng đường, chuyển động thứ hai mất ít thời gian hơn hai lần. Chuyển động hai xảy ra nhanh gấp hai lần chuyển động thứ nhất. Do đó hệ số tỉ lệ này cho biết một thuộc tính mới là mức độ nhanh hay chậm của chuyển động thẳng đều. Nó phải được định lượng để trở thành một đại lượng vật lí với tên là vận tốc, kí hiệu là v. Để xây dựng đại lượng vận tốc, có những gian đoạn cơ bản sau : Trước hết chọn một mẫu chuẩn là một chuyển động thẳng đều mà cứ sau 1 giây thì đi được quãng đường 1 mét. Như vậy, vận tốc chuẩn sẽ là vc = 1m/s. Nếu một chuyển động thẳng đều khác cứ sau một giây đi được quãng đường 5 m thì vận tốc của nó sẽ là v = 5vc = 5m/s. Vậy để tìm vận tốc của các chuyển động thẳng đều khác ta chỉ cần tìm quãng đường mà chúng đi được trong 1s. S Bằng toán học, ta suy được công thức tìm vận tốc v = . Đó là biểu thức độ lớn của vận tốc. t Nhưng để biết thêm về hướng của chuyển động, người ta biểu diễn vận tốc bằng một véctơ Ĩ). Hướng của véctơ vận tốc cho biết hướng của chuyển động. Độ lớn của véctơ vận tốc cho biết mức độ nhanh hay chậm của chuyển động đó. Vậy, vận tốc là một đại lượng véctơ. Ta có thể kết hợp hai đặc trưmg này trong cùng một biểu thức định lượng của vận tốc : JG G S JG2 J JG v = P = nW . t 3 d + Thí dụ 2 : Trong khái niệm quán tính, các vật thể đều có chung thuộc tính bảo toàn vận tốc. Nhưng mức độ bảo toàn vận tốc của các vật khác nhau thì khác nhau. Vậy mức độ khác nhau đó thể hiện như thế nào? Nếu cùng tác dụng một lực như nhau vào các vật thể khác nhau thì chúng sẽ biến đổi vận tốc khác nhau, nghĩa là sẽ thu được những gia tốc khác nhau. Và hiển nhiên là những vật nào thu gia tốc lớn hơn sẽ bị biến đổi vận tốc nhiều hơn và do đó mức quán tính sẽ nhỏ hơn. Mức quán tính của mỗi vật được gọi là khối lượng. Kí hiệu là m. Phương pháp xác định khối lượng của một vật như sau : Trước hết, người ta thống nhất chọn một vật có khối lượng chuẩn là mo = 1kg. Vật này là một khối trụ bằng hợp kim đặc biệt được bảo quản tại Viện đo lường quốc tế. Sau đó, dựa vào các định luật II và III Niutơn để xác định phương pháp đo khối lượng m của một vật bất kì, tức là so sánh mức quán tính của vật này với mức quán tính của mẫu chuẩn. Đem vật cần đo khối lượng cho va chạm với mẫu chuẩn. Sau tương tác, mẫu chuẩn thu gia tốc ao, vật thu gia tốc a. Theo định luật III Niutơn, lực và phản lực trong tương tác bằng nhau về độ lớn : F = F’. Theo định luật II Niutơn thì F = moao và F’= ma. Như vậy ta có m = a0 a0 a0 mo = .1 kg. Nếu tỉ số = 2 thì m = 2kg, có nghĩa là mức quán tính của vật cần đo a a a gấp hai lần mẫu chuẩn. + Thí dụ 3 : Trong khái niệm điện trường, thuộc tính chung của điện trường là tác dụng lực lên một điện tích q bất kì đứng yên trong đó và lực này tỉ lệ với độ lớn của điện tích : F = kq . Ở cùng một điểm hệ số tỉ lệ k không đổi với mọi điện tích. Tuy nhiên, tại những điểm khác nhau trong điện trường thì hệ số k lại khác nhau. Như vậy hệ số k có thể đặc trưng cho mỗi điểm của điện trường. Vậy k cho biết điều gì về điện trường? Nếu cùng đặt một điện tích q vào hai điểm M có k1=2 và N có k2=4 thì lực điện trường tác dụng lên q ở điểm N sẽ lớn gấp 2 lần lực tác dụng cũng lên q khi nó ở điểm M. Vậy hệ số k cho ta biết khả năng tác dụng lực mạnh hay yếu của mỗi điểm trong điện trường. Nó được gọi là cường độ điện trường. Kí hiệu là E. Bằng lập luận toán học, suy ra biểu thức xác định F cường độ điện trường : E = . Nhưng tại các điểm khác nhau trong điện trường, lực tác q dụng lên cùng một điện tích còn khác nhau về hướng. Nếu chọn điện tích q dương thì
17. hướng của cường độ điện trường sẽ trùng với hướng của lực. Như vậy, có thể biểu diễn cường độ điện trường bằng một véctơ (→). Véctơ cường độ điện trường sẽ đặc trưng cho điện trường tại một điểm về phương diện tác dụng lực ở cả hai yJGJGếu tố là độ lớn và hướng. Kết hợp hai yếu tố đó trong cùng một biểu thức định lượng là : EFq= / 4. Các đặc điểm của khái niệm – đại lượng vật lí. + Các đại lượng vật lí được định lượng chính xác thông qua các biểu thức toán học, với một hệ thống các đơn vị vật lí đầy đủ, chặt chẽ, phản ánh được ý nghĩa của đại lượng đó. Vì vậy học sinh cần nắm vững các công cụ toán học tương ứng và phải hiểu rõ được ý nghĩa các đơn vị của các đại lượng vật lí. + Các khái niệm - đại lượng vật lí cũng như bất kì khái niệm nào khác, có liên hệ chặt chẽ với ngôn ngữ. Mỗi khái niệm – đại lượng vật lí đều được định nghĩa, được đặt tên, tức là được biểu hiện bằng nhiều tiếng hoặc được viết ra bằng nhiều từ. Những tên riêng này có thể giống những khái niệm thông thường như công, lực Vì vậy học sinh cần phải có những hiểu biết về ngôn ngữ nhất định và phải tránh nhầm lẫn những khái niệm vật lí với những khái niệm thông thưòng vẫn dùng trong cuộc sống. + Mỗi một khái niệm – đại lượng vật lí được qui ước bằng một kí hiệu. Hệ thống kí hiệu thường dùng là các chữ cái của hệ la tinh. Tuy nhiên có những đại lượng có chung kí hiệu, thí dụ thời gian và nhiệt độ có chung kí hiệu là t. Vì vậy, học sinh phải biết tránh nhầm lẫn trong những trường hợp đó. + Mỗi khái niệm vật lí đều có nội hàm và dung lượng. Nội hàm của một khái niệm vật lí là tập hợp các dấu hiệu chung đặc trưng cho thuộc tính của các đối tượng vật lí. Dung lượng là tập hợp các đối tượng có cùng thuộc tính. Nội hàm càng lớn thì dung lượng càng nhỏ. Thí dụ, trong khái niệm chuyển động thẳng, nội hàm của nó chỉ có một thuộc tính quĩ đạo là một đường thẳng. Trong khái niệm chuyển động thẳng đều, nội hàm của nó gồm hai thuộc tính chung là quĩ đạo là một đường thẳng và quãng đường tỉ lệ với thời gian. Vậy, số các chuyển động thẳng sẽ nhiều hơn số các chuyển động thẳng đều. Hiểu một khái niệm vật lí là nắm được nội hàm của nó. + Một khái niệm – đại lượng vật lí có thể được mở rộng hoặc thu hẹp. Thu hẹp một khái niệm có nghĩa là thêm thuộc tính chung vào khái niệm cũ để có một khái niệm mới, tức là tăng nội hàm của khái niệm. Mở rộng một khái niệm thì ngược lại. Thí dụ, khái niệm chuyển động có thể thu hẹp như sau : Chuyển động → Chuyển động thẳng →Chuyển động thẳng biến đổi đều. Hay có thể mở rộng một khái niệm : Trọng lực →Lực hấp dẫn. Học sinh cần nhận biết được điều này để thấy được hệ thống các khái niệm có liên quan. + Các khái niệm – đại lượng vật lí xuất hiện trong từng thời kì nhất định. Nó phản ánh trình độ khoa học vật lí trong thời kì đó. Các khái niệm không phải là tuyệt đối và phải được bổ sung, hoàn chỉnh dần hoặc bị thay thế bằng những khái niệm khác phản ánh hiện thực một cách chân thực và khách quan hơn. Thí dụ, khái niệm khối lượng ban đầu được hiểu là lượng chất chứa trong vật thể. Sau đó được hiểu đúng hơn là mức quán tính của các vật thể nhưng được coi là bất biến với mỗi vật. Đến nay thì người ta lại biết thêm rằng nó còn phụ thuộc vào vận tốc của vật và sau này còn có thể phát hiện và bổ sung thêm những thuộc tính mới của nó. + Các khái niệm – đại lượng vật lí là các cách mà con người mô tả tự nhiên, mô tả các thuộc tính của các đối tượng vật lí. Nó không phải là chính các đối tượng vật lí. Nó chỉ tồn tại trong óc của con người và chỉ là hình ảnh của đối tượng. Nó là một mô hình để biểu đạt thực tại. + Trong chương trình vật lí ở phổ thông, có một số khái niệm – đại lượng không được xây dựng bằng con đường lôgíc mà được đưa ra như một tiên đề dựa trên những hiểu biết cảm tính của học sinh. Các khái niệm này sẽ được bổ sung ý nghĩa vật lí dần trong quá trình vận dụng chúng. Thí dụ như các khái niệm về không gian, thời gian.
18. + Các khái niệm – đại lượng vật lí đều trừu tượng và nằm trong hệ thống các khái niệm khoa học, khác với các khái niệm trong đời sống hàng ngày mà học sinh cảm nhận được. Vì vậy, việc hình thành các khái niệm – đại lượng vật lí cho học sinh phải là một quá trình lâu dài với những phương pháp và phương tiện thích hợp. + Các khái niệm – đại lượng vật lí rất đa dạng và phức tạp vì chúng phản ánh một đối tượng rất đa dạng. Có nhiều khái niệm – đại lượng được hình thành không theo lôgic chung như đã trình bày ở trên mà có con đường và phương pháp riêng. Vì vậy việc giảng dạy một khái niệm – đại lượng vật lí cũng phải rất linh hoạt, không thể máy móc. + Trong chương trình phổ thông, do phải đảm bảo tính sư phạm, tính vừa sức của học sinh nên có một số khái niệm – đại lượng được giảng dạy chưa đầy đủ hoặc còn chưa chính xác. Nhưng điều này sẽ được hoàn chỉnh, chính xác dần ở các bậc học cao hơn. 5. Phương pháp hình thành một khái niệm – đại lượng vật lí cho học sinh. Vì tính chất đa dạng của các khái niệm – đại lượng nên không có một sơ đồ cứng nhắc cho việc giảng dạy chúng. Tuy nhiên có những yếu tố cơ bản cần phải được áp dụng. Những yếu tố này thông thường được sắp xếp theo một trình tự tạm gọi là các bước giảng dạy một khái niệm – đại lượng. Nhưng không phải giảng dạy một khái niệm – đại lượng nào cũng bắt buộc phải có đủ các bước đó và trình tự các bước có thể thay đổi. + Bước 1 : Làm rõ ý nghĩa vật lí của các khái niệm – đại lượng vật lí. Làm rõ ý nghĩa vật lí của một khái niệm là phân tích và nêu rõ những thuộc tính chung của khái niệm đó (chỉ rõ nội hàm của khái niệm). Những thuộc tính chung này trả lời cho câu hỏi : “Nó là cái gì? ”. Thí dụ, thuộc tính chung của khái niệm chuyển động thẳng đều là có qũi đạo là một đường thẳng và quãng đường tỉ lệ với thời gian. Vì vậy, nếu trả lời cho câu hỏi : “Chuyển động thẳng đều là gì?” thì nói “Là chuyển động có quĩ đạo là một đường thẳng và có quãng đường tỉ lệ với thời gian”. Làm rõ ý nghĩa vật lí của một đại lượng vật lí là phân tích và nêu rõ đại lượng này đặc trưng cho mặt nào của một đối tượng vật lí. Nó phải trả lời câu hỏi : “Nó cho ta biết điều gì?”. Nếu là một đại lượng véctơ thì đại lượng này phải cho biết được hai điều về đối tượng, một thuộc tính độ lớn và một thuộc tính về hướng. Thí dụ, gia tốc là một đại lượng vật lí đặc trưng cho sự biến thiên nhanh hay chậm của vận tốc (về độ lớn và hướng). Để trả lời câu hỏi : “Gia tốc cho ta biết điều gì ?” thì nói : “Nó cho ta biết vận tốc của một chuyển động biến thiên nhanh hay chậm về độ lớn và hướng”. Để nêu bật được ý nghĩa vật lí của khái niệm –đại lượng vật lí thường người ta hay phân tích một số hiện tượng, phân tích một số thí dụ cụ thể hoặc phân tích kết quả một thí nghiệm vật lí. Trên cơ sở phân tích mà so sánh để tìm các thuộc tính chung, tìm ra những đặc trưng của khái niệm đó. Từ những thí dụ và kết quả cụ thể đó mà khái quát hóa cho một lớp các đối tượng. + Bước 2 : Xây dựng biểu thức định lượng cho một đại lượng vật lí. Là chọn đơn vị và xác định phương pháp đo. Đo một đại lượng nào đó là tìm tỉ số giữa đại lượng cần đo với đại lượng cùng loại được chọn làm đơn vị. Có hai loại đơn vị là cơ bản và dẫn xuất. Chỉ có 7 đơn vị cơ bản, tất cả các đơn vị còn lại là dẫn xuất, chúng được xây dựng dựa trên các đơn vị cơ bản. Phương pháp xây dựng đơn vị dẫn xuất là: Chọn các đại lượng mà đơn vị của chúng là cơ bản. Chọn hệ thức liên hệ giữa đại lượng cần đo với các đại lượng có đơn vị cơ bản. Cho hệ số tỉ lệ trong hệ thức bằng đơn vị. Như vậy, đơn vị dẫn xuất liên hệ với các đơn vị cơ bản bằng các hệ thức biểu diễn các đại lượng vật lí hay bằng định nghĩa các đại lượng tương ứng. Để xây dựng các biểu thức định lượng của một đại lượng phải dựa trên các đại lượng đã biết và thường bằng một số phương pháp sau : phương pháp suy luận toán học ( thí dụ, đại lượng vận tốc của chuyển động thẳng đều ); phương pháp thực nghiệm (thí dụ, đại lượng mô men lực); phương pháp sử dụng các đinh luật đã được xây dựng (thí dụ, khối lượng). Việc giải thích ý nghĩa các đơn vị đo là rất cần thiết để học sinh có thể nắm vững hơn ý nghĩa vật lí của đại lượng mà không sử dụng chúng một cách máy móc.
19. + Bước 3 : Định nghĩa khái niệm – đại lượng vật lí mới. Định nghĩa một khái niệm – đại lượng vật lí là tách riêng đối tượng cần nghiên cứu ra (trong tưởng tượng) và nêu rõ những thuộc tính vật lí của chúng. Vì vậy trong định nghĩa một khái niệm – đại lượng vật lí cần phải nêu đủ cả hai yếu tố mà chúng đặc trưng là ý nghĩa vật lí và biểu thức định lượng. Mục đích của định nghĩa là để học sinh nhận biết, ghi nhớ và vận dụng khái niệm nhanh chóng, chắc chắn, đúng đắn. Vì vậy định nghĩa một khái niệm vật lí cần phải đầy đủ, ngắn gọn, rõ ràng và không luẩn quẩn. Các định nghĩa khái niệm vật lí thường đã có sẵn trong sách giáo khoa. Tuy nhiên, khi vận dụng người giáo viên có thể thêm, bớt, sửa đổi lại cho phù hợp với từng đối tượng học sinh. Cần phải giải thích một số thuật ngữ thường dùng trong định nghĩa như : “Là đại lượng đặc trưng” hoặc “đại lượng đo bằng”. Đó chính là hai đặc trưng định tính và định lượng của một đại lượng vật lí. + Bước 4 : Củng cố và vận dụng một khái niệm – đại lượng mới. Thường một khái niệm mới sẽ được củng cố thông qua quá trình vận dụng chúng. Việc vận dụng một khái niệm lại diễn ra trong một thời gian dài. Tuy nhiên, bước đầu cần phải củng cố cho học sinh hiểu rõ và nhớ được các khái niệm mới học. Việc lựa chọn và cho học sinh làm những bài tập định tính, phân tích các hiện tượng nhờ khái niệm mới và làm những thí nghiệm nhỏ sẽ rất ích lợi. Cần tránh việc củng cố đơn thuần chỉ bằng các bài tập định lượng. Việc này sẽ có thể dẫn học sinh đến việc vận dụng các khái niệm máy móc mà quên đi ý nghĩa vật lí của chúng. Sau này, trong quá trình học những kiến thức mới thì các khái niệm sẽ được củng cố dần và có thể được mở rộng hơn, đi sâu hơn so với lúc ban đầu. 6. Thí dụ về phương pháp hình thành khái niệm công suất. Đây là một đại lượng vật lí, nó có cả hai mặt : ý nghĩa vật lí và biểu thức định lượng. Vì vậy cần có đủ 4 bước khi dạy khái niệm này. + Bước 1 : Làm rõ ý nghĩa vật lí của công suất: Là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công nhanh hay chậm của một máy. Thông qua phân tích một số thí dụ sau: - Thí dụ 1: Một máy bơm 3 m3 nước lên cao 6 m mất 6 phút. Một máy thứ hai bơm lượng nước đó hết 10 phút. So sánh công mà hai máy sinh được. Máy nào sinh công nhanh hơn? (Học sinh nhạân thấy công mà hai máy sinh ra như nhau nhưng máy một sinh công nhanh hơn vì thời gian sinh công ít hơn). - Thí dụ 2 : trong thí dụ 1, nếu máy thứ hai bơm được 4 m3 chứ không phải chỉ 3 m3 thì công hai máy sinh ra như thế nào? ( Học sinh nhận thấy công máy hai sinh ra nhiều hơn). Máy nào sinh công nhanh hơn? Đến đây cần phân tích để học sinh thấy rằng muốn biết máy nào sinh công nhanh hơn trong trường hợp này thì cần phải tính công mà hai máy sinh ra trong cùng một đơn vị thời gian. Kết quả là máy một vẫn sinh công nhanh hơn dù máy hai sinh công nhiều hơn. Một đại lượng mới được đưa ra là công suất. Công mà các máy sinh ra trong một đơn vị thời gian là công suất của các máy đó. Máy nào có công suất lớn hơn thì sinh công nhanh hơn. Như vậy công suất cho biết khả năng sinh công nhanh hay chậm của các máy. + Bước 2 : Xây dựng biểu thức định lượng công suất. Ta có thể dùng phương pháp suy luận toán học dựa trên bước 1: muốn tìm công suất thì phải tìm công mà máy sinh ra trong một đơn vị thời gian. Như vậy, nếu một máy trong thời gian t sinh được một công A thì công A A suất của máy sẽ là . Kí hiệu công suất là N, ta sẽ có : N = . Bước tiếp theo là xây t t dựng đơn vị của công suất. Nếu chọn đơn vị thời gian là giây (s) và đơn vị công là jun (J) thì một máy sinh công A = 1J trong thời gian t = 1 s thì công suất của máy đó sẽ là N = 1 J/s, hay kí hiệu gọn hơn là 1 W. Nếu một máy có công suất 100W thì có nghĩa là máy đó trong thời gian một giây sinh được một công là 100J. + Bước 3 : Định nghĩa công suất. Định nghĩa trong sách chỉ nói đến mặt định lượng. Tuy nhiên, ta có thể bổ sung như sau : Công suất của một máy là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công nhanh hay chậm của máy đó và được đo bằng thương số giữa công A và
20. thời gian để thực hiện công đó. Cần phân tích thuật ngữ “Là đại lượng đặc trưng”. Ýù nghĩa của nó là : Nếu cho ta biết công suất của một máy thì ta có thể biết là máy đó sinh công nhanh hay chậm với mức độ bao nhiêu và có thể đánh giá máy đó là mạnh hay yếu so với các máy khác. Cũng cần biết thêm rằng định nghĩa công suất này là cho các máy sinh công đều, hoặc nếu không đều thì đây chỉ là công suất trung bình. Tuy nhiên điều này có thể được bổ sung thêm trong quá trình vận dụng khái niệm công suất. + Bước 4 : Củng cố và vận dụng khái niệm công suất. Để củng cố, có thể cho học sinh làm một số bài tập nhỏ, thí dụ: Hãy giải thích tại sao người ta lại nói một ôtô tải “khỏe” hơn một ôtô du lịch. Hoặc: Hãy so sánh khả năng sinh công của hai học sinh khi họ chạy thi trên một đoạn đường, học sinh A chạy hết 1 phút, học sinh B hết 30 giây (giả sử lực đẩy như nhau). Hoặc: Hai cần trục, một cái có công suất 12 KW, cái kia có công suất 8 KW, cùng nâng đều một khối lượng hàng như nhau lên cùng độ cao. Hỏi cần trục nào nâng hàng nhanh hơn và nhanh hơn bao nhiêu lần?. Để vận dụng khái niệm công suất có thể đưa ra công thức : N = F.v. Trên cơ sở đó giải thích cơ cấu hộp số trên các xe cơ giới nhằm làm thay đổi lực kéo trên các quãng đường khác nhau cho phù hợp với công suất cố định của xe. 7. Một số thiếu sót học sinh thường mắc phải khi học một khái niệm vật lí. + Thiếu sót cơ bản thường gặp nhất là học sinh chỉ nhận thức khái niệm – đại lượng một cách hình thức, tức là chỉ nhận biết những công thức toán học biểu diễn các đại lượng mà không nắm được ý nghĩa vật lí của chúng. Điều này có một phần do giáo viên chưa quan tâm đúng mức đến việc nhận thức và rèn luyện kĩ năng cho học sinh đầy đủ cả hai mặt của một khái niệm. + Học sinh thường quan niệm một số khái niệm như khối lượng, năng lượng, nhiệt lượng, điện tích, nhiệt độ như là một thực thể vật lí cùng song song tồn tại với các đối tượng vật chất hoặc ở bên ngoài đối tượng mà không hiểu đúng rằng đó chỉ là những thuộc tính vật lí của đối tượng vật chất. + Học sinh cũng thường không hiểu rằng người ta tìm hiểu, xây dựng và đưa ra một đại lượng vật lí nào đó để làm gì và cách xây dựng chúng như thế nào. Do đó việc vận dụng các đại lượng này bị hạn chế, cũng như có một công cụ trong tay mà không biết cách sử dụng chúng đầy đủ. Vì vậy, giáo viên cần quan tâm đầy đủ đến quá trình hình thành và xây dựng một khái niệm từ lúc đặt ra vấn đề cần xây dựng một đại lượng mới đến quá trình xây dựng chúng như thế nào. + Học sinh cũng không phân biệt rõ sự khác nhau giữa công thức xác định một đại lượng vật lí và công thức biểu diễn một định luật vật lí. Công thức của một đại lượng vật lí biểu thị định lượng một tính chất, một thuộc tính vật lí. Còn công thức định luật thì mô tả mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng vật lí với nhau. Việc này đòi hỏi giáo viên cần thường xuyên củng cố, so sánh và nhấn mạnh đến sự khác biệt này trong quá trình giảng dạy. + Học sinh cũng thường không nắm vững hệ thống các đơn vị đại lượng vật lí và ý nghĩa của chúng. Việc chuyển đổi các đơn vị cũng khó khăn làm cho việc vận dụng của học sinh còn nhiều sai sót. Như vậy, đây là một vấn đề cần được giáo viên quan tâm đúng mức trong quá trình rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo cho học sinh. + Việc hiểu rõ ý nghĩa và tính toán với một đại lượng vật lí véctơ thực sự là một khó khăn cho học sinh. Cho đến hết chương trình phổ thông mà nhiều học sinh vẫn còn lầm lẫn trong việc này. Điều này đòi hỏi giáo viên phải thật sự dành nhiều thời gian cho việc giảng dạy về một đại lượng vật lí véctơ.
21. III. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY MỘT ĐỊNH LUẬT VẬT LÍ. 1. Định luật và định luật vật lí. Các hiện tượng tự nhiên hay xã hội không xảy ra một cách độc lập mà giữa chúng có những mối quan hệ chằng chịt và rất phức tạp, hiện tượng nọ chi phối, ảnh hưởng đến hiện tượng kia. Các định luật hay qui luật của tự nhiên và xã hội phản ánh các mối liên hệ bên trong, cơ bản của các hiện tượng. Theo quan điểm duy vật thì các qui luật của tự nhiên và xã hội là khách quan. Tự nhiên và xã hội phát triển theo qui luật riêng của nó, các qui luật này tồn tại độc lập với ý thức và ý chí của con người. Con người không thể tạo ra được các qui luật mà chỉ có thể phát hiện, mô tả và vận dụng chúng phục vụ cho cuộc sống của mình. Cũng như các hiện tượng tự nhiên và xã hội khác, các hiện tượng vật lí có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, chi phối lẫn nhau theo một cách thức nhất định và không phụ thuộc vào ý muốn con người. Những mối liên hệ này là chung cho một loạt các đối tượng và hiện tượng vật lí và bắt buộc phải xẩy ra như thế. Như vậy : Các định luật vật lí là sự biểu thị mối quan hệ tổng quát, bản chất, tất yếu, khách quan theo một cách thức nhất định giữa các hiện tượng vật lí và các tính chất của đối tượng vật lí, sự vận động và tương tác giữa chúng. Chúng được thể hiện dưới dạng những mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí, dưới dạng các phương trình vật lí. + Thí dụ 1 : Định luật II Niutơn biểu thị mối quan hệ giữa hiện tượng tương tác và hiện tượng biến đổi chuyển động của vật thể. Chúng được thể hiện dưới dạng mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí đặc trưng cho các hiện tượng đó là lực, gia tốc và khối lượng. Mối quan hệ này là khi có lực tác dụng lên vật thì làm cho vật thu gia tốc. Gia tốc của vật phụ thuộc vào lực tác dụng, nó có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của lực, có hướng là hướng của lực. Gia tốc này còn phụ thuộc vào bản thân vật, cụ thể là vào khối lượng của vật. Khối lượng vật lớn thì gia tốc nó thu được nhỏ và ngược lại. Mối quan hệ giữa gia tốc và lực là mối liên hệ nhân quả. Mối quan hệ giữa gia tốc và khối lượng là mối quan hệ phụ thuộc. Các mối quan hệ này là chung cho một loạt các đối tượng có cùng một điều kiện như nhau nên nó là tổng quát. Các mối quan hệ này luôn luôn xảy ra như vậy, nó thuộc về bản chất của các hiện tượng. Các hiện tượng này phải xảy ra như vậy chứ không thể khác, nó là tất yếu. Và cuối cùng, các mối quan hệ này xảy ra không phụ thuộc vào ý muốn của con người, con người không thể tác động vào để làm thay đổi được chúng, vì vậy nó là khách quan. + Thí dụ 2 : Định luật Ôm biểu thị mối quan hệ giữa thuộc tính của điện trường với thuộc tính của dòng điện. Chúng được thể hiện dưới dạng mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho các thuộc tính đó là hiệu điện thế và cường độ dòng điện. Mối quan hệ này là : Khi có hiệu điện thế ở hai đầu vật dẫn thì trong vật dẫn sẽ có dòng điện. Cường độ dòng điện phụ thuộc vào hiệu điện thế, nó tỉ lệ thuận với hiệu điện thế. Mối quan hệ này là nhân quả. Nhưng cường độ dòng điện còn phụ thuộc vào bản thân vật dẫn, cụ thể là vào điện trở của vật dẫn, nó tỉ lệ nghịch với điện trở. Mối quan hệ này là quan hệ phụ thuộc. Các mối quan hệ này cũng là tổng quát, bản chất, tất yếu và khách quan. 2. Một số đặc điểm của các định luật vật lí. + Các định luật vật lí có mức độ tổng quát và phạm vi tác dụng khác nhau. Như vậy, chữ tổng quát phân tích ở trên phải hiểu theo cách này. Điều này cũng là tự nhiên vì các đối tượng và hiện tượng vật lí là muôn hình vẻ, không phải định luật nào cũng có thể chi phối tất cả các đối tượng và hiện tượng đó. Thí dụ, định luật bảo toàn là định luật tổng quát nhất, bao trùm lên các hiện tượng vật lí nhưng các định luật Lenxơ, định luật Ampe chỉ có phạm vi tác dụng trong các hiện tượng điện từ. Các định luật phản xạ, khúc xạ chỉ có trong các hiện tượng truyền sóng . Mức độ tổng quát của các định luật vật lí cũng cần phải được đề cập tới khi dạy các định luật vật lí cho học sinh. + Mỗi định luật vật lí có những điều kiện và giới hạn áp dụng nhất định. Cần phải nhận thức rõ điều này khi học một định luật mới có thể vận dụng chúng được đúng. Thí dụ, các định luật II và III Niutơn chỉ đúng trong các hệ qui chiếu quán tính. Các định luật bảo toàn chỉ đúng trong các hệ kín. Định luật Bôilơ-Mariôt chỉ đúng trong một quá trình đẳng nhiệt,
22. đối với một lượng khí lí tưởng. Việc dạy các định luật vật lí cho học sinh phải bao gồm cả các điều kiện áp dụng bên cạnh nội dung chính của các định luật. + Các định luật vật lí bao giờ cũng phải được kiểm chứng lại trong thực tiễn. Quá trình này diễn ra trong một thời gian dài. Có những định luật phải chờ cho sự phát triển của vật lí nói riêng và của khoa học kĩ thuật nói chung phát triển đến một trình độ nhất định mới có thể kiểm chứng. Như vậy, các định luật vật lí không phải là chân lí tuyệt đối, chúng được hoàn chỉnh dần trong suốt quá trình phát triển của vật lí học. Tuy nhiên, các định luật vật lí trong trường phổ thông là chắn chắn vì chúng đã có quá trình kiểm chứng lâu dài và đã được vận dụng có kết quả vào thực tiễn. + Có những định luật xác định một cách đơn giá các mối liên hệ giữa các đại lượng, nhưng cũng có những định luật mang tính thống kê, nó chỉ có tính xác suất. Thí dụ như định luật phân bố phân tử theo vận tốc. + Trong lịch sử có những định luật được xây dựng trên cơ sở quan sát, thực nghiệm, khái quát hóa rồi được giải thích bằng một lí thuyết. Nhưng ngược lại, có những định luật được rút ra từ một lí thuyết rồi được xác nhận bằng thực nghiệm. Như vậy, vai trò của thực nghiệm là không thể thiếu được trong quá trình hình thành một định luật. + Đa số các định luật vật lí đều rất đơn giản. Chúng diễn tả rõ ràng mối liên hệ giữa các đại lượng vật lí bằng các biểu thức hàm số toán học. Như vậy, để nắm được nội dung các định luật phải có một số kiến thức nhất định về toán học. + Các định luật vật lí là bước phát triển tiếp theo của con người sau khi đã xây dựng được các khái niệm – đại lượng vật lí. Nó giúp con người hiểu rõ thế giới tự nhiên. Mỗi một định luật vật lí được phát hiện là một bước tiến mới của vật lí học. Nhờ có các định luật mà ta có thể hiểu rõ, giải thích, điều khiển và vận dụng các hiện tượng vật lí vào đời sống. Thí dụ, nhờ có các định luật về hiện tượng cảm ứng điện từ mà người ta đã chế tạo ra nhiều máy móc và công cụ khác nhau phục vụ cho con người như máy phát điện, các động cơ điện, máy biến thế . Nhờ có các định luật vật lí, người ta còn tiên đoán được những hiện tượng mới, những sự kiện mới giúp con người khám phá tự nhiên có hiệu quả hơn. Đặc điểm này cũng cần được thường xuyên nhấn mạnh trong quá trình dạy các định luật vật lí cho học sinh. 3. Phương pháp giảng dạy một định luật vật lí. Trong lịch sử, các định luật vật lí được phát hiện bằng nhiều con đường khác nhau, tại các thời điểm khác nhau, bởi công lao của một nhà khoa học hoặc của nhiều nhà khoa học, trong một thời gian nhất định, có thể là rất dài. Nội dung các định luật và phạm vi tác dụng của chúng cũng rất đa dạng. Vì vậy, cũng không thể có một phương pháp chung duy nhất để giảng dạy một định luật. Tuy nhiên, có những yếu tố cơ bản sau cần thực hiện khi giảng dạy một định luật. + Làm rõ mối quan hệ giữa các đại lượng trong định luật. Là chỉ ra cho học sinh thấy các đại lượng có mặt trong định luật quan hệ với nhau như thế nào. Có ba mối quan hệ thường gặp : quan hệ nhân quả, quan hệ phụ thuộc và quan hệ tuơng quan. Có những định luật chỉ chứa một mối quan hệ nhưng có những định luật chứa cả hai hoặc ba mối quan hệ. Thí dụ, định luật công vận tốc chỉ biểu thị mối quan hệ tương quan giữa các vận tốc của cùng một chuyển động trong các hệ qui chiếu khác nhau. Nhưng định luật Culông lại biểu thị cả ba mối quan hệ : mối quan hệ giữa lực mà điện tích điểm q1 tác dụng lên điện tích điểm q2 và lực mà q2 tác dụng lên q1 là mối quan hệ tương quan, mối quan hệ giữa điện tích với lực là mối quan hệ nhân quả và mối quan hệ giữa lực với khoảng cách giữa hai điện tích điểm là mối quan hệ phụ thuộc. Việc phân tích các mối quan hệ này thường kèm theo phạm vi và điều kiện tương ứng. Thí dụ, mối quan hệ trong định luật cộng vận tốc là của cùng một chuyển động. Các mối quan hệ trong định luật Culông được xác định cho hai điện tích điểm, đứng yên. Phương pháp phổ biến và có hiệu quả để vạch rõ các mối quan hệ là quan sát, dùng thí nghiệm, tiên đề, phỏng đoán . Tuy nhiên, bên cạnh đó
23. việc phân tích bằng ngôn ngữ và các phương tiện khác là không thể thiếu được. Nó lại càng có ý nghĩa quan trọng khi trong điều kiện thí nghiệm của chúng ta còn nhiều hạn chế. + Xây dựng biểu thức định lượng của định luật vật lí. Các mối quan hệ vạch ra ở bước một chỉ là định tính. Cần phải làm rõ các quan hệ đã chỉ ra cụ thể như thế nào (Thí dụ, lực trong định luật Culông tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích). Vì các mối quan hệ trong định luật thường được diễn tả bằng ngôn ngữ toán học, bằng mối tương quan hàm số cho nên việc xây dựng biểu thức định lượng của định luật là xác định được dạng hàm số của nó. Các hàm số đó được thể hiện dưới dạng một phương trình toán học. Vậy có những cách nào để xác định các phương trình đó. Trong dạy học vật lí, thường người ta dùng những cách sau để thực hiện bước này. - Cách một là phương pháp mô tả lại lịch sử quá trình phát minh ra định luật. Thông thường, bắt đầu là những quan sát hiện tượng trực tiếp hay gián tiếp rồi những thí nghiệm riêng lẻ để tích lũy dữ kiện. Sau đó là xây dựng công thức diễn tả mối quan hệ đã phát hiện sau các quan sát và các dữ kiện. Cuối cùng là những thí nghiệm kiểm tra để khẳng định mô hình xây dựng là phù hợp cho một lớp các đối tượng và hiện tượng. Nếu việc giảng dạy định luật vật lí làm rõ được quá trình nghiên cứu này thì học sinh sẽ không phải chấp nhận nội dung định luật một cách máy móc. Học sinh đồng thời nắm được phương pháp nghiên cứu bộ môn, được giáo dục đạo đức và phát triển được năng lực nhận thức. Cách này có thể mất một thời gian nhất định, nhưng nếu việc chuẩn bị tốt sẽ thực hiện được. - Cách hai là phương pháp thí nghiệm qui nạp. Nghĩa là giáo viên (có thể phối hợp cùng học sinh) tiến hành một số thí nghiệm trên lớp, với một số dữ kiện thu được khái quát thành định luật. Sau đó có thể làm một số thí nghiệm kiểm tra. Các thí nghiệm này có thể do nhà sư phạm xây dựng, nó có thể không đúng với những thí nghiệm lịch sử. Cách này tốn nhiều thời gian và phải đòi hỏi có những dụng cụ thí nghiệm chính xác. Nó cũng có hạn chế là học sinh dễ nhầm lẫn cho rằng một định luật đã được tìm ra chỉ sau một vài thí nghiệm. Tuy nhiên, nó vẫn có nhiều ưu điểm như cho học sinh làm quen được với các thí nghiệm sẽ làm cho họ hứng thú hơn, sẽ rèn được nhiều kĩ năng vật lí hơn và không phải chấp nhận một các cưỡng ép các định luật. - Cách ba là phương pháp suy luận toán học. Bắt đầu từ một số các tiên đề hoặc một số các đại lượng và định luật đã biết, bằng con đường lập luận toán học theo một trình tự logíc chặt chẽ mà suy ra biểu thức định lượng của định luật. Và sẽ có hiệu quả hơn nếu sau đó có một thí nghiệm minh họa hoặc kiểm chứng. Cách này vừa chặt chẽ, vừa dễ thực hiện trong phạm vi một tiết học, vừa giúp cho học sinh thấy được một trong những phương pháp phát hiện các định luật nên rất có ích cho học sinh. - Cách thứ tư là phương pháp tiên đề. Bắt đầu từ những quan sát hiện tượng mà có một số nhận xét định hướng cho học sinh rồi đưa ra biểu thức định lượng như một tiên đề toán học. Sau đó sẽ thực hiện một số thí nghiệm minh họa. Cách này ngày càng được áp dụng nhiều trong dạy học vì cần ít thời gian và nó phù hợp với phương pháp tiên đề trong nghiên cứu vật lí. Tuy nhiên để phù hợp với nhận thức của học sinh và tăng cường niềm tin cho học sinh thì cần thiết phải có thí nghiệm minh họa, kiểm chứng. Thí dụ, theo sách giáo khoa hiện nay thì định luật Culông có thể dạy theo phương pháp mô tả lịch sử. Định luật II Niutơn có thể dạy theo phương pháp tiên đề. Định luật cảm ứng điện từ có thể dạy theo phương pháp thực nghiệm qui nạp và định luật ôm cho toàn mạch có thể dạy theo phương pháp suy luận toán học. + Phát biểu định luật. Là dùng ngôn ngữ thông thường để nêu rõ mối quan hệ trong định luật, nhằm làm cho học sinh dễ nhận biết và vận dụng định luật. Tuy nhiên có những định luật mà mối quan hệ của nó không thể diễn tả đơn thuần bằng lời. Hơn nữa trong các định luật còn có hệ số tỉ lệ (thể hiện tường minh hay không tường minh) nên bên cạnh việc
24. phát biểu bao giờ cũng phải có biểu thức định luật. Cần giải thích rằng các hệ số tỉ lệ phụ thuôïc vào việc chọn hệ đơn vị, chúng có thể có đơn vị hoặc không có. Các hệ số tỉ lệ này cũng là các đại lượng vật lí. Thí dụ, hệ số tỉ lệ trong định luật Culông k = 9.109N.m2/C2 là độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm q1 = q2 = 1C đặt cách nhau 1m. Tuy nhiên cũng không nên đi vào quá sâu vấn đề này vì học sinh có thể bị rối. + Củng cố và vận dụng định luật. Củng cố một định luật được tiến hành thông qua việc vận dụng chúng trong cả một quá trình dài. Tuy nhiên, ngay sau khi dạy một định luật, cần củng cố bước đầu cho học sinh thấy được vai trò của định luật, nắm được nội dung chính của định luật và phạm vi tác dụng của nó. Cách thông thường là cho học sinh phân tích hiện tượng và giải những bài tập định tính và định lượng hoặc tiến hành một số thí nghiệm nhỏ trên lớp hay ở nhà. Để làm rõ được vai trò của các định luật thì trong quá trình dạy học, giáo viên cần luôn nhấn mạnh đến tác dụng của định luật mỗi khi cần sử dụng chúng. Thí dụ, định luật II Niutơn được áp dụng rất nhiều không chỉ trong nghiên cứu các chuyển động cơ học mà cả trong nghiên cứu các hiện tượng nhiệt, điện từ, vật lí nguyên tử 4. Thí dụ về giảng dạy định luật III Niutơn. Định luật này biểu thị mối quan hệ giữa tác dụng và phản tác dụng, thông qua các đại lượng đặc trưng của chúng là lực và phản lực. Nội dung của định luật là: “ Lực và phản lực trong tương tác xuất hiện đồng thờJJGi, có cùng JJJG bản chất, bằng nhau về độ lớn và ngược hướng nhau”. Biểu thức định lượng FF12=− 21 . Theo sách giáo khoa, có thể dạy định luật này theo phương pháp thí nghiệm qui nạp. Các bước giảng dạy có thể theo trình tự sau : + Vạch ra mối liên hệ giữa tác dụng và phản tác dụng bằng cách tiến hành một số thí nghiệm nhỏ. Thí nghiệm 1: Treo một thanh nam châm và một thanh sắt gần nhau, giữ sao cho dây treo cả hai thẳng đứng. Khi thả ra, cả hai thanh đều bị tiến lại gần nhau. Như vậy không chỉ nam châm hút sắt mà sắt cũng hút nam châm. Thí nghiệm 2 : Cho học sinh đấm tay lên mặt bàn, tay bị đau. Như vậy không chỉ tay tác dụng lên bàn mà ngược lại bàn cũng tác dụng lên tay làm nó đau. Thí nghiệm 3 : Ném một quả bóng vào tường, nó bị bật ra. Như vậy, không chỉ bóng đập vào tường mà ngược lại, tường cũng đồng thời đẩy bóng ra xa. Kết luận : Nhiều hiện tượng tương tự xảy ra chứng tỏ tác dụng và phản tác dụng luôn luôn có đồng thời. + Xây dựng biểu thức định lượng của định luật bằng phương pháp thí nghiệm qui nạp. Mục đích thí nghiệm là xác lập mối liên hệ giữa lực và phản lực trong tương tác. Nội dung thí nghiệm là cho hai xe lăn không ma sát tương tác với nhau thông qua một lò xo bị nén. Lập luận để thấy gia tốc hai xe thu được tỉ lệ với quãng đường đi được sau cùng thời gian aS S m t : 12= . Đồng thời thí nghiệm lại xác nhận 1 = 2 . Töø ñoù xaây döïng ñöôïc bieåu thöùc aS21 S2 m1 a m 1 = 2 . Vôùi nhieàu caëp xe töông taùc khaùc nhau, thí nghiệm cho thấy tỉ số này đều được a 2 m1 nghiệm đúng. Từ kết quả thí nghiệm này, rút ra biểu thức : m1a1=m2a2 Kết hợp với nhận xét về hướng của hai gia tốc thông qua hướng của hai quãng đường đi được, ta có biểu → → → → thức véctơ m a 1 = −m a 2 . Theo ñònh luaät II Niutôn : m a 1 = F 21 laø löïc maø xe 2 taùc 1 JJGJJG2 1 duïng leân xe 1 còn ma22= F 12 là lực mà xe 1 tác dụng lên xe 2. Cuối cùng ta có biểu thức của định luật: → → F 21 = − F 12
25. + Phân tích biểu thức toán học cho thấy hai lực trong tương tác có cùng giá, ngược chiều và có độ lớn bằng nhau. Mối quan hệ giữa hai lực là mối quan hệ tương quan. Sau đó phát biểu nội dung định luật : Những lực tương tác giữa hai vật luôn xuất hiện đồng thời, cùng loại, có cùng độ lớn và cùng giá nhưng ngược chiều. + Củng cố và vận dụng định luật. Có thể cho học sinh làm những bài tập định tính như bài tập số 4,5 trang 63 sách giáo khoa. Ngay sau đó là vận dụng định luật để xây dựng biểu thức định lượng của khối lượng. Định luật này còn được áp dụng nhiều trong chương VI “Ứng dụng các định luật Niutơn và các lực cơ học” và trong suốt chương trình phổ thông. 5. Một số thiếu sót học sinh thường gặp + Học sinh thường không thấy được các mối quan hệ và các kiểu quan hệ giữa các đại lượng trong định luật mà chỉ chú trọng đến việc áp dụng các công thức thuần túy. + Phạm vi tác dụng và điều kiện áp dụng của định luật cũng hầu như không được học sinh xét đến khi vận dụng định luật. Họ mặc nhiên thừa nhận việc áp dụng được định luật trong tất cả các bài toán. + Nhiều học sinh sử dụng các công thức định luật một cách máy móc, hay sai sót về đơn vị của các đại lượng trong định luật, không chú ý nhiều đến tính chất véctơ của các đại lượng trong định luật. + Học sinh không nhận thức hết được vai trò của các định luật trong việc giải quyết các vấn đề của thực tiễn và trong nghiên cứu khoa học. NỘI DUNG THẢO LUẬN 1. Khái niệm, đại lượng vật lí là gì? Cho thí dụ. Nếu các đặc điểm của chúng. 2. Phương pháp giảng dạy một khái niệm, đại lượng vật lí. Phân tích một thí dụ cụ thể. 3. Định luật vật lí là gì? Cho thí dụ. Đặc điểm các định luật vật lí. 4. Phương pháp giảng dạy một định luật vật lí. Phân tích một thí dụ cụ thể.
26. V. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY MỘT THUYẾT VẬT LÍ. 1. Thuyết vật lí. Thuyết vật lí là sự hiểu biết tổng quát nhất của con người trong một lĩnh vực, một phạm vi vật lí nhất định. Nó bao gồm một hệ thống các qui tắc, các định luật, các nguyên lí vật lí dùng làm cơ sở để giải thích một loạt các hiện tượng, các sự kiện vật lí và để tạo ra khả năng tìm hiểu, khám phá, tác động có hiệu quả vào đời sống thực tiễn. 2. Đặc điểm của thuyết vật lí. Tuy rất đa dạng nhưng nói chung một thuyết vật lí có những đặc điểm cơ bản sau : + Thuyết vật lí có tính thực tiễn. Một thuyết vật lí bao giờ cũng được xây dựng trên cơ sở những nhu cầu của thực tiễn đời sống, trên cơ sở những dữ kiện của nhiều thí nghiệm hoặc quan sát thực tiễn. Và sau đó, nó chỉ có giá trị khi từ thuyết rút ra những hệ quả phù hợp với thực nghiệm và có thể dùng nó để ứng dụng vào thực tiễn. Thí dụ, thuyết động học phân tử ra đời trên cơ sở các quan sát về hiện tượng Braonơ và hiện tượng khuếch tán. Thuyết điện từ ra đời trên cơ sở các thí nghiệm của Farađây, Ampe. + Thuyết vật lí có tính trừu tượng. Tuy được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm nhưng các thuyết vật lí đều là sự khái quát hóa cao độ. Do đó chúng đều mang tính chất tiên đề. Chính nhờ có sự khái quát cao mà nó đi sâu vào bản chất bên trong của sự vật, hiện tượng. Thí dụ, định luật hấp dẫn trong thuyết hấp dẫn của Niutơn là sự khái quát hóa cao độ những dữ kiện thực nghiệm riêng lẻ cho tất cả những đối tượng vật chất. + Thuyết vật lí có tính hệ thống. Một thuyết vật lí bao gồm một hệ thống lí luận, một hệ thống các qui tắc chặt chẽ từ lí thuyết đến thực tiễn. + Thuyết vật lí là một hệ thống kín và nhất quán. Tính kín của thuyết thể hiện trước hết vì nó phản ánh đúng chu trình nhận thức : Từ thực tiễn khách quan đến tư duy trừu tượng rồi từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn. Tính kín còn thể hiện ở chỗ hệ thống kiến thức của thuyết đủ để giải thích một lớp các hiện tượng trong phạm vi nghiên cứu của nó. Tính nhất quán thể hiện ở chỗ thuyết không chứa đựng những mâu thuẫn nội tại. + Thuyết vật lí là một công trình do nhiều nhà khoa học ở nhiều quốc gia cùng đóng góp xây dựng trong một thời gian thậm chí rất lâu dài. Nó biểu hiện sự tập trung trí tuệ của nhân loại cho sự khám phá tự nhiên. 3. Cấu trúc của một thuyết vật lí. Có nhiều ý kiến khác nhau về cấu trúc của một thuyết vật lí. Cấu trúc dưới đây được các tác giả Vũ Quang - Nguyễn Đức Minh - Bùi Gia Thịnh dẫn theo Kuznetsov trong “Một số thuyết vật lí trong chương trình phổ thông”. + Cơ sở của thuyết : Khi có những sự kiện mới mâu thuẫn với những hệ thống lí thuyết cũ thì mâu thuẫn này được các nhà khoa học phân tích, bổ sung thêm những sự kiện mới, tiến hành các thí nghiệm cơ bản. Đó là những cơ sở thực nghiệm của thuyết. Thí dụ, thí nghiệm của Vêbe và Kônrôsơ đo hằng số c trong công thức vận tốc sóng điện từ của MắcxoenĠ thấy nó đúng bằng vận tốc ánh sáng trong chân không có thể coi là cơ sở thực nghiệm đầu tiên của thuyết điện từ ánh sáng. Bên cạnh cơ sở thực nghiệm còn có các cơ sở kinh ngiệm. Đó là những tư tưởng, quan niệm của thuyết cũ còn có giá trị được giữ lại. Nhưng để xây dựng được thuyết mới phải xây dựng một số khái niệm mới, định luật mới từ những sự kiện mới. Việc xây dựng này được thực hiện trên các vật lí tưởng và mô hình cấu trúc của chúng. Thí dụ như khí lí tưởng và mô hình cấu trúc của nó. Như vậy, cơ sở của một thuyết vật lí có ba phần : Cơ sở kinh nghiệm, thực nghiệm; Vật lí tưởng hóa và cấu trúc của nó; Các khái niệm và định luật mới. + Hạt nhân của thuyết vật lí. Bao gồm một hệ thống những tư tưởng cơ bản, định luật và nguyên lí cơ bản, các phương trình cơ bản. Chúng phản ánh những mối liên hệ bên trong, bản chất của các sự vật và hiện tượng. Dựa vào hạt nhân của thuyết người ta giải thích
27. được các hiện tượng nằm trong phạm vi của thuyết và tiên đoán được các hiện tượng mới. Hạt nhân của thuyết bao gồm : - Tư tưởng cơ bản của thuyết : là những phỏng đoán tổng quát nhất về bản chất bên trong của các hiện tượng. Nó cho phép giải thích cơ chế của hiện tượng và cấu trúc sự vật. Thí dụ, tư tưởng cơ bản của thuyết động học phân tử là sự vận dụng cơ học cổ điển vào thế giới vi mô; là sự giải thích các hiện tượng nhiệt bằng chuyển động phân tử theo quan điểm thống kê. - Định luật cơ bản thể hiện mối quan hệ giữa các đại lượng cơ bản dưới dạng các phương trình toán học. Thí dụ, định luật cơ bản của thuyết hấp dẫn là định luật hấp dẫn vũ trụ. - Phương trình cơ bản của thuyết là những mô hình toán học mô tả các sự vật hiện tượng. Nó có thể là những phương trình toán học (như hệ phương trình Măcxoen trong thuyết điện từ), là những sơ đồ (như sơ đồ đường sức điện trường, từ trường), là những mẫu (như các mẫu cấu tạo nguyên tử). - Các hằng số cơ bản có trong các phương trình cơ bản. Chúng là các hằng số vì chúng không đổi trong tất cả các phương trình vật lí khác ngoài phạm vi nghiên cứu của thuyết. Có tất cả 7 hằng số cơ bản là : c, h, N, e, G, k, me. + Hệ quả của thuyết. Là tất cả những nhận thức thu được nhờ sử dụng thuyết. Những nhận thức này rộng hơn, sâu hơn, bản chất hơn những cơ sở nhận thức trước khi thuyết ra đời. Một thuyết càng có giá trị nếu hệ quả của nó càng lớn. Có những hệ quả cơ bản sau của một thuyết : - Những hiện tượng mới mà thuyết giải thích và tiên đoán được. - Những định luật mới được xây dựng từ những định luật cơ bản của thuyết. - Những ngành học mới ra đời do ảnh hưởng của thuyết. - Những thuyết mới ra đời do ảnh hưởng của thuyết. - Mở rộng bức tranh vật lí do ảnh hưởng của thuyết. 4. Thí dụ về thuyết hấp dẫn. + Cơ sở của thuyết : có từ rất lâu đời và do công sức của nhiều nhà khoa học đóng góp. Những cơ sở kinh nghiệm và thực nghiệm cơ bản của thuyết là : - Những tư tưởng cổ về trọng lực là tính chất mọi vật đều đi về phía tâm của trái đất. - Khám phá của Copecnic về hệ Nhật tâm và tư tưởng về ảnh hưởng của sự hút giữa mặt trời và các hành tinh. - Những kết quả quan sát thiên văn và lí thuyết của Brahê. - Tư tưởng về sự hút đóng vai trò quan trọng trong các chuyển động của hành tinh và ba định luật chuyển động của các hành tinh của Kếple. - Khám phá của Galilê về tính quán tính của các vật thể. - Các định luật chuyển động của Niutơn. - Các giả thuyết của Bôrenli và Húc về lực hút lẫn nhau giữa các thiên thể. + Hạt nhân của thuyết. Là định luật hấp dẫn của Niutơn và những tư tưởng cơ bản của Niutơn về tương tác, về không gian và thời gian. Nội dung của định luật là : Hai vật tương tác lẫn nhau với những lực hút tỉ lệ với tích các khối lượng và tỉ lệ ngịch với bình phương m.M khoảng cách giữa chúng. Phương trình cơ bản là : F = F'= G. . Noù laø moâ hình r 2 toaùn hoïc cuûa töông taùc haáp daãn, trong ñoù coù chöùa haèng số cơ bản G gọi là hằng số hấp dẫn vũ trụ. Tư tưởng về tương tác của Niutơn là tương tác cách bức, không cần có vật trung gian và truyền đi tức thời. Tư tưởng về không gian là tuyệt đối, tách rời vật chất,
28. có ba chiều, thuận ngịch, đồng nhất và đẳng hướng. Thời gian là tuyệt đối, tách rời không gian và vật chất và cũng có tính thuận nghịch. + Hệ quả của thuyết. Thuyết hấp dẫn đã thu được những thành quả rất to lớn và quan trọng. một số những hệ quả cơ bản của nó là : - Xác định được khối lượng trái đất, mặt trời và các hành tinh. - Tìm ra nguyên nhân dị thường của gia tốc trọng trường ở một số địa điểm là do mật độ đất đá không đồng đều ở lớp vỏ trái đất. Từ đó ra đời một ngành khoa học là Khoa trọng trường, giúp cho việc tìm kiếm và thăm dò khoáng sản trong lòng đất. - Trên cơ sở thuyết hấp dẫn, xây dựng môn cơ học thiên thể mà từ ngay những buổi đầu đã cho nhiều kết quả như tiên đoán được chu kì của sao chổi Halây, phát hiện ra sao Hải Vương, phát hiện sao Thiên lang là sao đôi .và ngày nay không thể thiếu được trong việc nghiên cứu và chinh phục vũ trụ. - Giải thích được hiện tượng chương động và tuế sai của trái đất. - Những giả thuyết mới ra đời trên cơ sở thuyết hấp dẫn như giả thuyết trái đất phồng ra do hằng số hấp dẫn giảm theo thời gian làm cho lực hấp dẫn giữa các phân tử của trái đất yếu đi, giả thuyết về trường hấp dẫn, coi trường hấp dẫn như các trường vật chất khác. 5. Phương pháp giảng dạy thuyết vật lí. Một đặc điểm cơ bản là thuyết vật lí ở trường phổ thông thường không được trình bày đầy đủ và không được dạy trong một bài hoặc loạt bài kế tiếp nhau. Thậm chí tên của một số thuyết cũng không được nêu ra. Hơn nữa do trình độ của học sinh còn hạn chế nên cũng không cho phép giới thiệu các thuyết một cách đầy đủ và hệ thống. Nhưng có nguyên tắc chung cho việc dạy một thuyết vật lí là khai thác tối đa nội dung của thuyết theo cấu trúc của nó và đảm bảo sự thống nhất của thuyết trong giảng dạy. Vì vậy, dựa theo cấu trúc của thuyết, có thể có ba bước sau để dạy một thuyết vật lí. Tuy nhiên, có những thuyết chỉ được trình bày rất sơ lược nên không có đủ các bước này. + Trình bày những cơ sở của thuyết. Cần trình bày tóm tắt những sự kiện nổi bật về cơ sở của một thuyết vật lí, chủ yếu là những cơ sở thực nghiệm. Nếu trong chương trình có trình bày những cơ sở này thì phải nhấn mạnh đến vai trò của chúng trong việc xây dựng các thuyết. Đặc biệt là trình bày những mâu thuẫn đã gặp phải để làm nảy sinh một thuyết mới. Những vấn đề này có thể vượt ra ngoài khuôn khổ kiến thức học sinh đã có, vì thế phải tìm cách diễn đạt chúng theo một ngôn ngữ dễ hiểu và có thể chấp nhận được. Thí dụ, trong thuyết hấp dẫn, có thể trình bày những tư tưởng trước Niutơn về sức hút của trái đất và các hành tinh, vai trò của hệ Nhật tâm của Côpecnic và các định luật của Kếple. Hay trong thuyết động học phân tử thì có thể trình bày thuyết chất nhiệt và mâu thuẫn của thuyết này với thí nghiệm của Rumpho tạo nhiệt bằng cách khoan kim loại. Trong thuyết này phải chú ý đến các định luật thực nghiệm của khí lí tưởng, mặc dù được dạy sau nội dung thuyết nhưng vẫn cần đề cập đến vai trò cơ sở của nó. Phương pháp tốt nhất là kể chuyện lịch sử và phương pháp thực nghiệm. + Trình bày hạt nhân của thuyết. Hạt nhân của thuyết là phần quan trọng nhất cần được trình bày kĩ, chủ yếu là các định luật cơ bản (thí dụ định luật hấp dẫn), những quan điểm cơ bản (thí dụ những quan điểm của thuyết động học phân tử), những phương trình cơ JG2 J JG bản (thí dụ phương trình P = nW ), những mô hình cơ bản (thí dụ, mô hình nguyên tử). 3 d Phải làm rõ tính chất công cụ của hạt nhân của thuyết trong việc giải thích và tiên đoán các hiện tượng vật lí. Cũng cần chỉ cho học sinh thấy các thuyết vật lí chỉ là những mô hình mà con người tạo ra để biểu đạt thực tiễn. Nó chỉ có thể diễn tả một phần của thực tiễn và còn phải được tiếp tục hoàn thiện cho sát với thực tiễn hơn. Như vậy, việc trình bày hạt nhân của thuyết không phải chỉ giới hạn trong một bài mà phải làm tiếp theo
29. trong phần ứng dụng của thuyết. Những tư tưởng cơ bản của thuyết thì khó trình bày hơn, tuy nhiên, nếu có điều kiện thì nên đề cập tới với một mức độ phù hợp. Thí dụ, có thể đề cập tới tư tưởng cơ bản của thuyết động học phân tử là sự vận dụng các định luật cơ học của Niutơn cho các nguyên tử và phân tử. Hay tư tưởng cơ bản của thuyết điện tử là coi điện tích có tính gián đoạn và được tạo thành từ các điện tích nguyên tố. Cần nhấn mạnh rằng không phải chỉ từ một vài thí nghiệm mà đi đến những luận điểm cơ bản của thuyết. Thường những thí nghiệm đó chỉ có tính chất minh họa cho các luận điểm này. + Trình bày hệ quả của thuyết. Đây là giai đoạn quan trọng trong việc giới thiệu thuyết vật lí cho học sinh vì chỉ thông qua giai đoạn này học sinh mới thực sự nắm được những luận điểm cơ bản và mới thấy được vai trò của thuyết. Thường trong chương trình không nói rõ những kiến thức nào đó là hệ quả của thuyết nên giáo viên cần đặc biệt nhấn mạnh và hệ thống lại. Thí dụ như việc tạo ra sóng điện từ và ứng dụng của nó trong thông tin liên lạc là một hệ quả quan trọng của thuyết điện từ, cần phải được nêu rõ và nhấn mạnh. Tuy nhiên, do khuôn khổ của chương trình phổ thông có giới hạn nên hệ quả của một số thuyết còn chưa được trình bày thỏa đáng. Giáo viên có thể bổ sung thêm những hệ quả quan trọng và phổ biến nhất của thuyết một cách vắn tắt. Thí dụ, với thuyết hấp dẫn có thể giới thiệu thêm về kết quả nghiên cứu sự dị thường của gia tốc trọng trường dẫn đến việc ứng dụng vào thăm dò khoáng sản trong lòng đất. Hoặc, môn cơ học thiên thể ra đời trên cơ sở thuyết hấp dẫn đã có những thành tựu to lớn trong việc khám phá vũ trụ ngay từ thuở đầu và không thể thiếu được trong công cuộc nghiên cứu vũ trụ hiện nay. VI. RÈN LUYỆN KĨ NĂNG VẬT LÍ CHO HỌC SINH. 1. Kĩ năng vật lí là những hành động thực hành mà học sinh có thể thực hiện được trên cơ sở những kiến thức vật lí đã thu nhận được và những hành động này lại giúp học sinh thu nhận được kiến thức vật lí mới và những kiến thức khác nói chung. Hoặc, kĩ năng vật lí là sự vận dụng những kiến thức vật lí vào thực tiễn và là hoạt động tự bồi dưỡng kiến thức. Thí dụ, sau khi học cách ghép các điện trở nối tiếp hoặc song song, học sinh phải biết vận dụng vào việc thiết kế và lắp đặt mạng điện trong gia đình. Và sau khi thực hiện xong hành động này, học sinh sẽ thu nhận được thêm một số kiến thức và kĩ năng mới như biết thêm về an toàn điện, biết lựa chọn dây dẫn phù hợp, biết cách đi đường dây ngắn và hợp lý, biết bố trí các bóng đèn để chiếu sáng tốt nhất 2. Tầm quan trọng của việc rèn luyện kĩ năng vật lí. + Trước hết, việc rèn luyện kĩ năng nói chung và kĩ năng vật lí nói riêng là một điều tất yếu vì chúng được coi là một mặt của kiến thức bên cạnh mặt kia là kiến thức thuần túy chỉ mang tính thông tin. Hai mặt này bổ sung cho nhau và tạo thành một loại kiến thức hoàn chỉnh và đầy đủ. Kiến thức thông tin chỉ được hiểu đầy đủ và sâu sắc nhờ kiến thức kĩ năng. Kiến thức kĩ năng chỉ có thể thực hiện được trên cơ sở kiến thức thông tin. + Thứ hai, do mục đích của việc dạy học đòi hỏi phải đào tạo con người có kiến thức và có khả năng hoạt động để đáp ứng được những yêu cầu ngày càng to lớn mà xã hội đặt ra. Con người của thời đại mới không phải chỉ biết mà còn phải biết cách làm việc và làm việc có hiệu quả. + Thứ ba, việc rèn luyện kĩ năng vật lí là một trong những phương pháp tốt nhất để rèn luyện khả năng sáng tạo và làm việc độc lập của học sinh. Học sinh không thể sáng tạo chỉ bằng hoạt động nghe và ghi nhớ. Sự sáng tạo chỉ có được thông qua các hoạt động tay chân và trí óc cụ thể trên các đối tượng cụ thể. 3. Những kĩ năng vật lí cơ bản cần rèn luyện cho học sinh. + Rèn luyện cho học sinh biết quan sát, phát hiện, giải thích các hiện tượng vật lí, các quá trình vật lí xảy ra trong tự nhiên, trong đời sống. Dự đoán đuợc sự phát triển và diễn biến tiếp theo của chúng. Các hiện tượng này có rất nhiều. Thí dụ, tại sao trời nóng ta quạt lại
30. mát, tại sao lại có bốn mùa, tại sao đường trơn xe lại không đi được, tại sao lại có cầu vồng, tại sao lại có trăng tròn trăng khuyết, tại sao lại có mây, mưa, sấm sét, dông bão + Rèn luyện cho học sinh biết vận dụng kiến thức vật lí để giải các bài tập vật lí, biết sử dụng thành thạo các công cụ toán học cần thiết trong việc giải bài tập. Đây là một trong những kĩ năng quan trọng và chủ yếu của vật lí. Những bài tập này thường được chọn lọc, hệ thống hóa theo từng chủ đề lí thuyết và giới thiệu trong chương trình, sách giáo khoa. Chúng còn được các giáo viên bổ sung thêm trong quá trình giảng dạy bằng các nguồn tư liệu hoặc bằng sáng tạo riêng. + Tập luyện cho học sinh biết cách tiến hành các thí nghiệm vật lí theo hướng dẫn và bước đầu biết thiết lập một thí nghiệm vật lí nhằm một mục đích nào đó trong học tập và trong đời sống. Những thí nghiệm này được giới thiệu trong chương trình và cũng được giáo viên bổ sung thêm trong quá trình giảng dạy. + Rèn luyện cho học sinh biết cách tìm hiểu, phát hiện các nguyên lí hoạt động cơ bản của các thiết bị, máy móc thường gặp trong đời sống hàng ngày. Thí dụ, nguyên lí hoạt động của các loại động cơ, máy phát điện, các thiết bị vô tuyến điện + Làm cho học sinh thấy được vai trò của vật lí trong sự phát triển của khoa học kĩ thuật, trong việc phục vụ cuộc sống của con người. + Rèn luyện cho học sinh biết vận dụng những kiến thức vật lí vào các hoạt động thực tiễn. Thí dụ, biết vận dụng các kiến thức về điện để lắp đặt mạng điện trong gia đình, sửa chữa những dụng cụ điện đơn giản như quạt điện, bóng đèn 4. Phương pháp rèn luyện kĩ năng. + Trước hết, phải làm cho học sinh yêu thích môn học vật lí và có thói quen sẵn sàng áp dụng các kiến thức vật lí đã học vào thực tiễn. Muốn vậy, người giáo viên vật lí phải yêu thích môn vật lí, phải hiểu biết tường tận những kiến thức trong chương trình giảng dạy và yêu thích nghề dạy học vật lí để truyền niềm vui đó cho học sinh. + Thứ hai, luyện tập vận dụng kiến thức vật lí là phương pháp chủ yếu để rèn luyện kĩ năng vật lí cho học sinh. Luyện tập vật lí là học sinh phải tự thực hiện một số lớn những hành động thực tiễn dưới sự hướng dẫn và kiểm tra của giáo viên. Học sinh phải tự giác hành động và phải biết mình hành động nhằm mục đích gì, hành động bằng cách nào và dựa vào những định luật nào, những qui tắc nào, những mẫu nào Cần chú trọng đến việc nâng cao ý thức của học sinh trong quá trình luyện tập. Luyện tập vật lí phải theo nguyên tắc từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, từ thấp đến cao. Có một số hình thức luyện tập vật lí cụ thể sau : - Luyện tập để quan sát và giải thích các hiện tượng, các quá trình vật lí. Đầu tiên giáo viên phải giải thích một hiện tuợng làm mẫu theo các bước sau : phân biệt hiện tượng vật lí với các hiện tượng hóa học, sinh học ; xác định hiện tượng này thuộc lĩnh vực nào của vật lí (cơ, nhiệt, điện, quang ); phải dùng kiến thức vật lí cụ thể nào để giải thích hiện tượng này; vận dụng các kiến thức đã xác định để giải thích. Thứ hai, cung cấp một số hiện tượng cùng loại để học sinh tự lực giải thích dưới sự hướng dẫn với các mức độ khác nhau của giáo viên tùy thuộc vào loại hiện tượng và trình độ của học sinh. Thứ ba, yêu cầu học sinh tự phát hiện các hiện tượng cùng loại và tự giải thích. Thí dụ, để hướng dẫn học sinh giải thích các hiện tượng có liên quan đến lực ma sát nghỉ thì trước hết giáo viên phải giải thích một hiện tượng mẫu như hiện tượng một xe khi vào vũng lầy trơn thì không đi tiếp được, các bánh xe chỉ quay tại chỗ. Loại hiện tượng này thuộc lĩnh vực cơ học của vật lí. Nó có liên quan đến kiến thức về lực ma sát nghỉ vì lực ma sát nghỉ chính là lực đẩy cho các loại xe chuyển động trên mặt đất. Vì lực ma sát nghỉ có giá trị cực đại là kN nên khi đi vào vũng lầy, hệ số ma sát k giảm rất nhiều, làm lực ma sát nghỉ cực đại giảm theo. Do đó nó không đủ lớn để đẩy bánh xe về phía trước. Bánh xe chỉ có thể quay tại chỗ do lực của động cơ xe. Sau đó giáo viên đưa ra một số hiện tượng cùng phải sử
31. dụng kiến thức về lực ma sát nghỉ cho học sinh giải thích như : tại sao trên các bánh xe lại có khía sâu, tại sao ở những chỗ đường trơn người ta lại phải rải cát, tại sao khi kéo một vật nặng ta phải cuốn dây nhiều vòng vào tay, tại sao khi tay bị dính dầu mỡ ta lại khó cầm chắc được các vật, tại sao khi buộc dây cho chắc ta phải buộc nhiều nút Cuối cùng yêu cầu học sinh tự phát hiện những hiện tượng có liên quan đến lực ma sát nghỉ và tự giải thích. - Luyện tập giải bài tập vật lí và sử dụng các công cụ toán học. Đây là phần luyện tập chủ yếu và chiếm nhiều thời gian nhất trong dạy học vật lí. Có những yếu tố cơ bản sau trong việc hướng dẫn học sinh luyện tập phần này. Trước hết, giáo viên phải lựa chọn một hệ thống các bài tập vật lí theo đúng yêu cầu của mục đích và chương trình. Những bài tập này phải được sắp xếp theo trình tự từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp. Từ một thể loại mở rộng dần ra nhiều thể loại khác nhau. Thường người ta phân các bài tập vật lí ra làm ba loại : Những bài tập định tính là những bài tạâp hầu như không cần tính toán hoặc tính toán rất đơn giản – Những bài tập định lượng là những bài tập phải sử dụng các công cụ toán học để tính toán với nhiều mức độ từ dễ đến khó – Những bài tập thí nghiệm là những bài tập đòi hỏi học sinh ít nhiều phải thực hành một số các thí nghiệm mới có thể có kết quả. Thứ hai, với mỗi loại bài tập giáo viên phải có một bài hướng dẫn mẫu. Bài mẫu phải nêu được những yếu tố cơ bản sau : - Bài tập này nhằm mục đích gì? - Phải sử dụng những kiến thức lí thuyết nào? – Có những bước cụ thể nào? – Kết quả thu được có hợp lí không? – Từ bài tập này có thể rút ra những phương pháp chung nào để giải những bài tập cùng loại?. Thứ ba, hướng dẫn học sinh luyện tập. Có những bước hướng dẫn cụ thể sau : - Phân tích đề bài : Xác định đầy đủ các dữ kiện tường minh hoặc ẩn tàng. Xác định đầy đủ các yêu cầu của bài toán một cách tường minh hoặc ẩn tàng. Tóm tắt những dữ kiện và yêu cầu của bài toán dưới dạng những đại lượng vật lí. Chú ý hệ thống đơn vị. – Định hướng giải : Phân tích hiện tượng vật lí để xác định dựa vào những kiến thức lí thuyết nào? Dựa vào phương pháp nào, mẫu nào để giải bài toán này? – Vạch ra trình tự giải. – Thực hiện các thao tác giải toán. – Nhận xét kết quả. – Vạch ra phương pháp chung để giải các bài tập cùng loại (nếu có). Thứ tư, cho học sinh tự lực giải những bài tập cùng loại, có thay đổi dữ kiện và mở rộng. Giáo viên chỉ cần hướng dẫn những chỗ thay đổi hoặc mở rộng nếu thấy cần thiết. Thứ năm, với mức độ cao, yêu cầu học sinh cải biến các bài tập đã làm hoặc tự đặt những bài tập mới và giải chúng. Thí dụ, hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí sau : Một vật phẳng nhỏ AB cao 4cm, đặt trước một thấu kính hội tụ và vuông góc với trục chính của thấu kính, tạo một ảnh A’B’ cao 8cm, cùng chiều vật, cách vật 6cm. Hãy xác định vị trí và tiêu cự của thấu kính hội tụ. Bước một : Phân tích đề. Các dữ kiện tường minh của bài toán là cho chiều cao của vật và ảnh, khoảng cách giữa vật và ảnh, thấu kính là hội tụ. Các dữ kiện ẩn là cho vật đặt trước thấu kính, suy ra vật là thật. Ảnh cùng chiều vật, suy ra ảnh phải là ảo. Các yêu cầu tường minh của bài toán là tìm tiêu cự thấu kinh. Yêu cầu ẩn là tìm vị trí thấu kính, suy ra phải tìm khoảng cách từ thấu kính đến ảnh. Từ đó có thể tóm tắt: Cho AB=4cm; A’B’=8cm; AA’=6cm; f>0; d>0; d’<0. Xác định d,f. Bước hai : Định hướng giải. Bài toán này thuộc loại thấu kính, cần phải sử dụng 111 A''Bd ' công thức của thấu kính +=và công thức độ phóng đại k = =− . Chú ý dấu ddf' AB d của các đại lượng trong công thức. Bước ba : Vạch trình tự giải. Đề cho chiều cao vật và ảnh nên phải sử dụng công thức tính k. Đề còn cho khoảng cách giữa vật và ảnh nên ta phải thiết lập công thức liên quan đến dữ kiện này. Vì vật thật cho ảnh ảo nên ảnh phải ở trước kính, cùng phía vật, xa kính hơn vật, khoảng cách giữa ảnh và vật sẽ là AA’=A’O-AO. Thay các ký hiệu đại số sẽ có AA’= -d’-d.