Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Vận dụng phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương "Động lực học chất điểm" và chương "Các định luật bảo toàn" Vật lí lớp 10 với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:146

Thêm vào BST

Báo xấu

163
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Vận dụng phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương "Động lực học chất điểm" và chương "Các định luật bảo toàn" Vật lí lớp 10 với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo được thực hiện nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, giúp HS chủ động chiếm lĩnh kiến thức một cách bền vững, từ đó nâng cao chất lượng dạy học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Vận dụng phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương "Động lực học chất điểm" và chương "Các định luật bảo toàn" Vật lí lớp 10 với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH DƯƠNG QUỐC VIỆT VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀO DẠY HỌC CHƯƠNG "ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM" VÀ CHƯƠNG "CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN" VẬT LÍ LỚP 10 VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM ẢO Chuyên ngành : Lí luận và phương pháp dạy học môn Vật lí Mã số : 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. MAI VĂN TRINH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2010
LÔØI CAÛM ÔN Trong quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thành luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - PGS.TS. Mai Văn Trinh, người hướng dẫn khoa học, đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. - Các Thầy (Cô) trong Khoa Vật lí và Phòng KHCN & SĐH Trường ĐHSP Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. - Ban giám hiệu, các Thầy (Cô) trong tổ Vật lí trường THPT Nguyễn Văn Tiếp huyện Tân Phước, Tiền Giang nơi tôi công tác và tiến hành thực nghiệm sư phạm. - Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tác giả Dương Quốc Việt
i MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ................................................................................................................0 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ...........................................................................................3 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ......................................................3 4. Giả thuyết khoa học .............................................................................................4 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ...........................................................................................4 6. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................4 7. Cấu trúc luận văn .................................................................................................5 8. Những đóng góp của luận văn ..............................................................................5 Chương I: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG .................................................6 1.1. Những định hướng cơ bản trong việc đổi mới phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông ..................................................................................................6 1.2. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học vật lí ........................10 1.2.1. Khái niệm chung ...................................................................................10 1.2.2. Sự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của vật lí học .......................................................................................................................12 1.2.3. Nội dung của phương pháp thực nghiệm ...............................................13 1.3. Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ............................................15 1.3.1. Sự chuyển hóa của phương pháp nhận thức khoa học thành phương pháp dạy học ...........................................................................................................15 1.3.2. Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí .........15 1.3.3. Vai trò của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở phổ thông 17 1.3.4. Các mức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí .....18 1.3.5. Phối hợp phương pháp thực nghiệm và các phương pháp nhận thức khác trong dạy học vật lí .........................................................................................22 1.3.6. Những sự chuẩn bị cần thiết để sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ..................................................................................................23
ii 1.3.7. Ưu điểm và hạn chế của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí .......................................................................................................................25 1.4. Phương pháp thực nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo ..........................................................................................................26 1.4.1. Thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo ................................................26 1.4.2. Các đặc điểm của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo .....................31 1.4.3. Nguyên tắc sử dụng thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí .........................................................................................................32 1.4.4. Khả năng sử dụng thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí ...............................................................................................................33 1.4.5. Khả năng ứng dụng thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo vào các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ................................37 1.5. Phương pháp soạn thảo tiến trình dạy học một kiến thức vật lí cụ thể theo phương pháp thực nghiệm ..................................................................................38 1.6. Kết luận chương 1 .......................................................................................39 Chương II: VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM ẢO VÀO DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” VẬT LÍ 10 ..............................................................40 2.1. Phân tích mục tiêu dạy học và cấu trúc nội dung chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” .........................................................40 2.1.1. Mục tiêu................................................................................................40 2.1.2. Nội dung ...............................................................................................42 2.2. Thực trạng khi dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” .............................................................................................47 2.3. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” theo phương pháp thực nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo ..............................................49 2.3.1. Định luật III Niu-tơn .............................................................................49 2.3.2. Định luật bảo toàn cơ năng....................................................................60
iii Chương III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .........................................................77 3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ............................................................77 3.2. Đối tượng và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm .......................................77 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm ............................................................77 3.2.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm............................................................78 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm .............................................................78 3.3.1. Chọn mẫu thực nghiệm .........................................................................78 3.3.2. Quan sát giờ học ...................................................................................79 3.3.3. Các bài kiểm tra ....................................................................................79 3.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm .....................................................................79 3.4.1. Nhận xét về tiến trình dạy học...............................................................79 3.4.2. Đánh giá kết quả học tập của học sinh...................................................80 3.4.3. Kiểm định giả thuyết thống kê ..............................................................84 3.5. Kết luận chương 3 .......................................................................................85 KẾT LUẬN ..........................................................................................................86 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................87 PHỤ LỤC .................................................................. Error! Bookmark not defined.
iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CNTT : Công nghệ thông tin DHVL : Dạy học vật lí ĐC : Đối chứng GV : Giáo viên HS : Học sinh PPDH : Phương pháp dạy học PPTN : Phương pháp thực nghiệm PTDH : Phương tiện dạy học SBT : Sách bài tập SGK : Sách giáo khoa TN : Thực nghiệm TNA : Thí nghiệm ảo TNMP : Thí nghiệm mô phỏng TNVL : Thí nghiệm vật lí TNSP : Thực nghiệm sư phạm VL : Vật lí VLTN : Vật lí thực nghiệm
v DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 – Bảng hoạch định các hoạt động của giáo viên và học sinh ……………10 Bảng 1.2 – Bảng so sánh các đặc điểm của thí nghiệm thực và mô phỏng bằng máy vi tính………………………………………………………………….29 Bảng 2.1 – Cấu trúc nội dung chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn”…………………………………………………….42 Bảng 3.1 – Bảng thống kê các điểm số (Xi) của bài kiểm tra……………………...80 Bảng 3.2 – Bảng phân bố tần suất của hai nhóm…………………………………..81 Bảng 3.3 – Bảng phân bố tần suất tích lũy của hai nhóm………………………….82 Bảng 3.4 – Bảng phân loại theo học lực…………………………………………...82 Bảng 3.5 – Bảng tổng hợp các tham số thống kê………………………………….83 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ Trang Đồ thị 3.1 – Đồ thị phân bố điểm của nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng........81 Đồ thị 3.2 – Đồ thị phân bố tần suất của nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng....81 Đồ thị 3.3 – Đồ thị phân bố tần suất tích lũy của nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng..................................................................................................82
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Xã hội của thế kỉ XXI là một xã hội dựa vào tri thức, xã hội của nền văn minh hiện đại, thời kì của sự bùng nổ tri thức và khoa học công nghệ… Để hòa nhập với tốc độ phát triển của nền khoa học kĩ thuật trên thế giới, sự nghiệp giáo dục cũng phải nhanh chóng đổi mới nhằm đào tạo ra những con người có đủ trình độ kiến thức, năng lực trí tuệ sáng tạo và phẩm chất đạo đức tốt. Sự đổi mới này đòi hỏi nhà trường phải tạo ta những con người lao động tự chủ, năng động và sáng tạo. Đặc biệt là người học phải đạt tới trình độ: học để biết, học để làm, học để phát triển. Vì vậy, đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) là một trong những mục tiêu lớn được ngành giáo dục đào tạo đặt ra trong giai đoạn hiện nay và là mục tiêu chính đã được Nghị quyết TW 2 (khóa VIII) nêu rõ: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh,…” [8] và đã được thể chế hóa trong Luật Giáo dục. Điều 24.2 Luật Giáo dục qui định: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”. [17] Chiến lược phát triển Giáo dục 2001 - 2010 (ban kèm quyết định số 201/2001/QĐ – TTg ngày 28 tháng 12 năm 2001 của Thủ tướng Chính phủ), ở mục 5.2 ghi rõ: “Đổi mới và hiện đại hóa phương pháp giáo dục. Chuyển từ việc truyền thụ tri thức thụ động thầy giảng trò ghi sang hướng dẫn người học chủ động tư duy trong quá trình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phương pháp tự học, tự thu nhận thông tin một cách có hệ thống, có tư duy phân tích tổng hợp; phát triển năng lực của mỗi cá nhân; tăng cường tính chủ động tích cực của học sinh, sinh viên trong quá trình học tập,…”.
2 Ở nước ta, vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT) trong giáo dục đào tạo được Đảng và Nhà nước rất coi trọng, coi yêu cầu đổi mới PPDH có sự hỗ trợ của các phương tiện kỹ thuật hiện đại là điều hết sức cần thiết. Các Văn kiện, Nghị quyết, Chỉ thị của Đảng, Chính phủ, Bộ Giáo dục – Đào tạo đã thể hiện rõ điều này. Chỉ thị số 29 của Bộ Giáo dục – Đào tạo (ngày 30/7/2001/CT) về tăng cường giảng dạy, đào tạo và ứng dụng CNTT trong ngành giáo dục giai đoạn 2001 – 1005 nêu rõ “CNTT là phương tiện để tiến tới một xã hội hóa học tập nhưng giáo dục và đào tạo phải đóng vai trò quan trọng bậc nhất thúc đẩy sự phát triển của CNTT ”. Chiến lược phát triển Giáo dục đến năm 2010 của Bộ Giáo dục – Đào tạo đã yêu cầu ngành giáo dục phải từng bước phát triển giáo dục dựa trên CNTT, vì “CNTT và đa phương tiện sẽ tạo ra những thay đổi lớn trong quản lý hệ thống giáo dục, trong chuyển tải nội dung chương trình đến người học, thúc đẩy cuộc cách mạng về phương pháp dạy và học”. Đặc biệt, công văn số 9584/BGDĐT – CNTT ngày 7/9/2007 của Bộ Giáo dục và Đào tạo gửi cho các Sở Giáo dục và Đào tạo, các trường đại học, cao đẳng sư phạm và các khoa sư phạm, yêu cầu phải nhanh chóng “đẩy mạnh việc dạy môn Tin học và ứng dụng CNTT trong giáo dục, góp phần đổi mới phương pháp dạy học và quản lí giáo dục”. Hiện nay ở trên thế giới cũng như ở nước ta có rất nhiều PPDH hiện đại nhằm phát huy tốt vai trò của học sinh (HS) trong đó có dạy học theo phương pháp thực nghiệm (PPTN). Dạy học theo PPTN nhằm tích cực hóa tư duy của người học, giúp người học tìm kiếm, phát hiện, khám phá ra vấn đề và giải quyết vấn đề trong quá trình dạy học đồng thời nâng cao tính chủ động và sáng tạo của người học. Vì thế việc nghiên cứu và vận dụng PPTN vào dạy học vật lí (DHVL) là rất cần thiết. Thực trạng giáo dục nước ta qua nghiên cứu cho thấy việc giảng dạy kiến thức vật lí (VL) nói chung, chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” VL lớp 10 nói riêng cho HS vẫn còn được tiến hành theo lối thông báo – tái hiện. HS phổ thông có quá ít điều kiện để nghiên cứu, quan sát và tiến hành các thí nghiệm vật lí (TNVL). HS tiếp thu kiến thức một cách thụ động, máy móc chủ yếu là học thuộc lòng các kiến thức. Từ đó, HS cảm thấy chán học, mệt mỏi, không hiểu bài, không làm bài tập được…
3 Bên cạnh đó, cách tiếp cận một số kiến thức trong chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” VL lớp 10 được các tác giả viết theo trình tự: xuất phát từ thí nghiệm vật lí → từ kết quả thí nghiệm rút ra các định luật vật lí → vận dụng các định luật vào việc giải thích một số hiện tượng VL thường gặp trong đời sống hoặc giải các bài tập VL trong phạm vi áp dụng các định luật đó. Trong thực tế DHVL thường gặp những hiện tượng, quá trình không thể tiến hành thí nghiệm thực để kiểm tra được do hạn chế về thời gian, không gian, giá cả quá đắt… Máy vi tính với những thế mạnh về lưu trữ, xử lý và trình bày thông tin một cách linh hoạt cho phép xây dựng những thí nghiệm mô phỏng (TNMP) và thí nghiệm ảo (TNA). Những thí nghiệm này được sử dụng một cách linh hoạt trong quá trình dạy học nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức của người học. Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi chọn nghiên cứu đề tài: “Vận dụng phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” vật lí lớp 10 với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo”. 2. Mục đích nghiên cứu Vận dụng PPTN vào thiết kế một số bài dạy học thuộc chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” VL lớp 10 với sự hỗ trợ của TNMP và TNA nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, giúp HS chủ động chiếm lĩnh kiến thức một cách bền vững từ đó nâng cao chất lượng dạy học. 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu + Phương pháp thực nghiệm trong DHVL + Máy vi tính với một số phần mềm dạy học + Hoạt động dạy của giáo viên (GV) và hoạt động học của HS khi dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” VL lớp 10 * Phạm vi nghiên cứu + Thiết kế tiến trình dạy học một số nội dung chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” VL lớp 10 theo PPTN với sự hỗ trợ của TNMP và TNA
4 + Thực nghiệm sư phạm (TNSP) ở một số lớp 10 của trường trung học phổ thông (THPT) Nguyễn Văn Tiếp, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang 4. Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng PPTN với sự hỗ trợ của TNMP và TNA một cách khoa học vào dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” VL lớp 10 thì sẽ phát huy tính tích cực học tập, tăng cường sự bền vững của kiến thức từ đó nâng cao chất lượng DHVL. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu + Nghiên cứu những định hướng đổi mới phương pháp DHVL ở trường THPT hiện nay. + Nghiên cứu lí luận về PPTN trong nghiên cứu khoa học VL và trong DHVL với sự hỗ trợ của TNMP và TNA. + Xác định mục tiêu và phân tích nội dung kiến thức chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” VL lớp 10. + Thiết kế tiến trình dạy học một số nội dung chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” VL lớp 10 theo PPTN với sự hỗ trợ của TNMP và TNA. + Tiến hành TNSP ở trường THPT để kiểm chứng giả thuyết khoa học và tính khả thi của đề tài. 6. Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu lí thuyết + Nghiên cứu các văn kiện của Đảng và Nhà nước, các nghị định, thông tư, chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo về đổi mới PPDH hiện nay ở trường THPT. + Nghiên cứu cơ sở lí luận của PPTN trong DHVL. + Nghiên cứu nội dung chương trình, sách giáo khoa (SGK), sách giáo viên VL 10 và các tài liệu tham khảo, các bài báo đăng trong tạp chí khoa học có liên quan đến đề tài. + Nghiên cứu các tài liệu hướng dẫn một số phần mềm hỗ trợ dạy học. * Phương pháp thực nghiệm sư phạm Tiến hành TNSP ở trường THPT có đối chứng để kiểm tra tính khả thi của đề tài khi sử dụng PPTN trong DHVL với sự hỗ trợ của TNMP và TNA.
5 * Phương pháp thống kê toán học Sử dụng phương pháp thống kê toán học mô tả và thống kê kiểm định để xử lý kết quả TNSP và kiểm định giả thuyết thống kê về sự khác biệt trong kết quả học tập của nhóm đối chứng (ĐC) và thực nghiệm (TN), qua đó khẳng định kết quả nghiên cứu của đề tài. 7. Cấu trúc luận văn MỞ ĐẦU Chương I: Cơ sở lí luận của phương pháp thực nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Chương II: Vận dụng phương pháp thực nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo vào dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” vật lí lớp 10 Chương III: Thực nghiệm sư phạm KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 8. Những đóng góp của luận văn - Làm sáng tỏ cơ sở lí luận của PPTN trong DHVL với sự hỗ trợ của TNMP và TNA. - Soạn thảo được 5 tiến trình dạy học kiến thức vật lí chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo toàn” theo các giai đoạn của PPTN. - Khai thác và sử dụng có hiệu quả một số TNMP và TNA hỗ trợ các tiến trình dạy học một số kiến thức vật lí theo các giai đoạn của PPTN. - Góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và bồi dưỡng PPTN trong DHVL cho HS lớp thực nghiệm.
6 Chương I CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1. Những định hướng cơ bản trong việc đổi mới phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông [2], [3] 1. Sử dụng các phương pháp dạy học truyền thống theo tinh thần phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh Trong việc đổi mới PPDH, ta không phủ nhận vai trò của các PPDH truyền thống. Ở một mức độ nào đó, ta phải xem xét các phương pháp này theo quan điểm mới, theo hướng tích cực hóa hoạt động học tập của HS. Muốn vậy, GV phải kích thích được óc tò mò khoa học, ham hiểu biết của HS bằng cách tạo ra những tình huống có vấn đề. Đó thường là những câu hỏi thú vị gây hứng thú học tập, tạo nhu cầu nhận thức và có thể nghiên cứu được đối với HS. Hệ thống các PPDH truyền thống được phân thành các nhóm phương pháp như nhóm các phương pháp dùng lời, nhóm các phương pháp trực quan, nhóm các phương pháp thực hành. Trong dạy học truyền thống, GV thường hay sử dụng kết hợp nhiều PPDH thuộc các nhóm khác nhau một cách linh hoạt. Như vậy, đổi mới PPDH không phải là phủ định hoàn toàn các PPDH truyền thống mà sử dụng chúng theo tinh thần mới như phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của người học. 2. Chuyển từ phương pháp nặng về sự diễn giảng của giáo viên sang phương pháp nặng về tổ chức cho học sinh hoạt động để tự chiếm lĩnh kiến thức và kĩ năng Theo PPDH truyền thống, GV là người truyền thụ kiến thức, còn HS là người tiếp thu kiến thức. Ở đây, GV chủ yếu sử dụng phương pháp giảng giải kết hợp minh họa, việc sử dụng thiết bị dạy học hạn chế dẫn đến tình trạng dạy theo kiểu “thầy đọc – trò chép”. Theo phương pháp mới, GV giao cho HS đọc, nghiền ngẫm SGK, rồi sau đó đặt câu hỏi để kiểm tra sự lĩnh hội kiến thức của các em. Thông qua cách trả lời, trình bày, báo cáo mà HS được rèn luyện những kĩ năng và tố chất cần thiết cho mình.
7 Theo quan niệm mới về dạy học, vai trò chủ yếu của GV là tổ chức, hướng dẫn, điều khiển hoạt động học tập của HS, giúp HS đạt được mục tiêu của bài học. GV không thuyết trình, giảng giải mọi vấn đề mà chủ động tạo điều kiện rèn luyện óc độc lập suy nghĩ và tư duy sáng tạo cho HS. Việc đổi mới PPDH của GV đòi hỏi HS phải đổi mới phương pháp học tập. Đây là một tất yếu đòi hỏi người học phải nỗ lực, chủ động, sáng tạo trong các hoạt động nhận thức của mình. Như vậy, trọng tâm của tiết dạy phải đặt vào hoạt động của HS trong tiết dạy đó. Phối hợp các hình thức tổ chức hoạt động học tập ngoài lớp học để tạo điều kiện cho việc rèn luyện những hoạt động học tập đa dạng của HS, cần phối hợp nhiều hình thức tổ chức học tập ngoài lớp học, trong đó chuyển dần từ dạy học truyền thụ kiến thức sang dạy học giải quyết vấn đề như: – Tổ chức và hướng dẫn cho HS tự học môn VL ở nhà, làm thí nghiệm thực hành, lấy số liệu thống kê, nghiên cứu học tập, ngoại khóa... – Tổ chức các nhóm nghiên cứu nhỏ, thi nhóm các nhà nghiên cứu trẻ. Đề tài nghiên cứu có thể rất đa dạng như làm một thí nghiệm nào đó về VL, tìm hiểu một ứng dụng nào đó của VL trong thực tế hoặc cấu tạo và hoạt động của một thiết bị kĩ thuật nào đó... 3. Tăng cường học tập cá nhân, phối hợp một cách hài hòa với học tập hợp tác Các hình thức tổ chức học tập cá nhân, theo nhóm và theo lớp là các hình thức vẫn được áp dụng theo PPDH truyền thống. Theo PPDH mới, hình thức học tập cá nhân vẫn là hình thức học tập cơ bản, có hiệu quả nhưng HS phải có tinh thần học tập một cách tự giác, chủ động. Học tập hợp tác là hình thức học tập bổ trợ có tác dụng rèn luyện người học tinh thần hợp tác lao động, chia sẻ kinh nghiệm, học hỏi lẫn nhau, ý thức trách nhiệm với công việc chung. Phối hợp chặt chẽ những nỗ lực cá nhân trong tự học với việc học tập hợp tác trong nhóm. Một trong những hình thức tăng cường hoạt động của HS trên lớp là sử dụng phiếu học tập cho HS. Trong học tập, không phải bất kì một nhiệm vụ học tập nào cũng có thể được hoàn thành bởi những hoạt động thuần túy cá nhân. Có những câu hỏi, những vấn đề được đặt ra khó và phức tạp, đòi hỏi có sự hợp tác giữa các cá nhân mới có thể hoàn thành nhiệm vụ. Theo lí thuyết về vùng phát triển gần nhất của Vư-gốt-sky,
8 mỗi cá nhân có thể vươn tới những tầm hiểu biết rộng hơn nhờ sự trao đổi với bạn bè. Thông qua sự hợp tác tìm tòi, nghiên cứu, thảo luận, tranh luận trong tập thể, ý kiến của mỗi cá nhân được điều chỉnh, khẳng định hay bác bỏ, qua đó người học nâng mình lên một trình độ mới. Như vậy, hình thức học tập cá nhân vẫn là hình thức hoạt động chủ yếu giúp HS phát triển các năng lực. Hoạt động nhóm suy cho cùng cũng nhằm giúp cá nhân chủ động, tích cực tham gia vào quá trình nhận thức của mình. 4. Coi trọng việc bồi dưỡng phương pháp tự học Trong xã hội hiện đại, sự bùng nổ thông tin đòi hỏi mỗi cá nhân phải nỗ lực học tập biết cách cập nhật thông tin. GV cần phải quan tâm đến phương pháp học của HS, từng bước hình thành năng lực tự học để các em có thể tự bổ sung kiến thức và học thường xuyên suốt đời, bằng cách: – Coi trọng việc trao dồi kiến thức lẫn việc bồi dưỡng kĩ năng, đặc biệt là những kĩ năng quá trình để đạt tới kiến thức. – Coi trọng việc truyền thụ các phương pháp nhận thức đặc thù của bộ môn như PPTN, phương pháp mô hình... Trong đó các thí nghiệm, mô hình VL không chỉ là phương tiện minh họa kiến thức, mà chủ yếu đóng vai trò cung cấp thông tin và là phương tiện giải quyết vấn đề đặt ra. Việc tự học của HS là hoạt động rất cần thiết. Ở đây, người GV cần phải bồi dưỡng cho HS khả năng thu thập thông tin, huấn luyện cho HS cách nắm bắt nội dung chính của tài liệu học tập đồng thời giao bài tập về nhà cho HS, có thể tính toán cân đối giữa nội dung học tập trên lớp và nội dung cần tìm hiểu ở nhà. 5. Coi trọng việc rèn luyện kĩ năng ngang tầm với truyền thụ kiến thức. Đổi mới kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh Việc rèn luyện kĩ năng là một trong những yêu cầu rất quan trọng trong việc hình thành nhân cách HS. Hiện nay, rất ít GV chú ý đến lĩnh vực này cho HS. Trên lớp GV cố gắng truyền đạt kiến thức mà không chú ý đến rèn luyện tư duy, rèn luyện kĩ năng cho HS. Đổi mới PPDH cũng như kiểm tra, đánh giá coi trọng những kĩ năng, năng lực thực hành của HS. Như vậy, người GV phải bồi dưỡng cho HS kĩ năng sống cần thiết bên cạnh truyền thụ kiến thức.
9 Đổi mới PPDH phải đi đôi với đổi mới đánh giá kết quả học tập của HS. Việc kiểm tra đánh giá kết quả học tập của HS phải căn cứ vào mục tiêu của môn học. Kiểm tra không những trình độ nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức lí thuyết mà cả kĩ năng thực hành thí nghiệm, đánh giá cao khả năng vận dụng kiến thức và kĩ năng xử lí và giải quyết sáng tạo những tình huống mới hoặc ít nhiều thay đổi. Phối hợp kiểm tra bằng trắc nghiệm tự luận và trắc nghiệm khách quan. Tạo điều kiện để HS tự đánh giá kết quả học tập của mình. 6. Tăng cường sử dụng thiết bị dạy học, chú trọng các thí nghiệm, ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lí Trong PPDH mới đòi hỏi người GV phải tăng cường khai thác và sử dụng thành thạo các thí nghiệm sau đây: – Thí nghiệm cho HS làm trên lớp dưới hình thức cá nhân hay theo nhóm. – Thí nghiệm do GV với một nhóm HS làm biểu diễn trên lớp. – Thí nghiệm do HS làm trong phòng thí nghiệm. Những năm gần đây, CNTT trong các nhà trường đã được quan tâm. Mục tiêu của việc học tin học trong nhà trường, mối quan hệ giữa tin học với tư cách là một môn học với việc ứng dụng CNTT trong dạy học đã dần dần được xác định rõ ràng qua các cấp học. Cán bộ quản lí giáo dục và GV đã từng bước nhận thức đầy đủ vai trò của CNTT trong dạy học. CNTT được chú trọng ở tất cả các bộ môn để góp phần thực hiện đổi mới PPDH. Việc sử dụng CNTT trong dạy học sẽ góp phần đổi mới PPDH trên các mặt như thực hiện học tập trong hoạt động và bằng hoạt động, tăng cường tự học trong quá trình dạy học, sử dụng luân chuyển những hình thức dạy học đa dạng, hình thành và sử dụng công nghệ dạy học và đổi mới kiểm tra đánh giá. 7. Đổi mới cách soạn giáo án – Lượng hoá các mục tiêu kiến thức và kĩ năng của bài học. – Chia bài học thành một số nội dung riêng biệt hoặc tổ chức bài học thành một chủ đề học tập. – Chuẩn bị các thiết bị thí nghiệm, các PTDH cần thiết. – Hoạch định các hoạt động học của HS và các hoạt động dạy tương ứng của GV trong tiết học. Ví dụ:
10 Bảng 1.1 – Bảng hoạch định các hoạt động của giáo viên và học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh – Tạo tình huống học tập, giao nhiệm vụ – Tiếp nhận nhiệm vụ học tập học tập cho HS. – Tổ chức, hướng dẫn hoạt động cho HS – Thu thập thông tin + Giảng sơ lược nội dung (nếu cần). + Nghe GV giảng. + Giới thiệu và hướng dẫn cách tham + Tìm thông tin trong SGK và các tài khảo tài liệu, làm thí nghiệm, lấy kết quả liệu khác, làm thí nghiệm, quan sát thí nghiệm. hiện tượng, lấy kết quả thí nghiệm. – Tổ chức cho HS xử lí thông tin và báo – Xử lí thông tin và báo cáo kết quả cáo kết quả + Tổ chức cho HS thảo luận nhóm để + Tranh luận với bạn bè trong nhóm nhận xét kết quả, đưa ra kết luận và để rút ra nhận xét, kết luận từ những hướng dẫn HS cách lập bảng, vẽ đồ thị, điều tìm hiểu được. Lập bảng, vẽ đồ rút ra kết luận từ đồ thị. thị, nhận xét kết quả. + Đánh giá nhận xét, kết luận của HS, tổ + Báo cáo kết quả trước lớp và trả lời chức hợp thức hoá kiến thức. các câu hỏi của GV. – Củng cố bài. – Ghi nhận những kết luận cuối cùng. – Cho bài tập vận dụng. – Làm bài tập vận dụng. 1.2. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học vật lí 1.2.1. Khái niệm chung [24] Các hiện tượng VL thì muôn màu, muôn vẻ, muốn nghiên cứu xem các sự vật hiện tượng có những thuộc tính gì đặc trưng thì trước tiên phải xây dựng các khái niệm, các đại lượng VL đặc trưng cho các thuộc tính bản chất tất yếu của sự vật hiện tượng VL. Ví dụ: Để đặc trưng cho chuyển động nhanh, chậm của các vật trong tự nhiên cần phải xây dựng khái niệm vận tốc… Khi nghiên cứu các quá trình VL, người ta thường xác định các điều kiện cần thiết để hiện tượng xảy ra và lặp lại các điều kiện này để nghiên cứu tính quy luật của hiện tượng. Tính quy luật của các biến đổi của sự vật hiện tượng thể hiện qua
11 các mối liên hệ, sự phụ thuộc giữa các khái niệm VL, các quy tắc VL, các định luật VL, các nguyên lí VL… Ví dụ: Quan hệ giữa độ biến thiên động năng và công của ngoại lực tác dụng lên 1 1 vật: mv 22 − mv12 = A . Quan hệ giữa độ biến thiên động lượng và xung của lực: 2 2 r r Δp = FΔt . Quan hệ giữa độ biến thiên vận tốc với lực tác dụng lên vật và khối r r Δv lượng của nó: F = m … Δt Việc tìm ra các thuộc tính bản chất của sự vật hiện tượng và quy luật biến đổi của chúng là cơ sở để giải thích và tiên đoán về nhiều sự vật hiện tượng cùng loại khác. Tuy nhiên, thực hiện được điều này không hề đơn giản vì sự vật hiện tượng luôn biến đổi không ngừng theo thời gian, nếu con người không tác động được để sự vật hiện tượng bộc lộ những thuộc tính bản chất và quy luật biến đổi của chúng mà chỉ quan sát hiện tượng trong sự biến đổi vận động tự nhiên không ngừng rồi từ đó rút ra những nhận định theo kiểu quy nạp tự nhiên thì đôi khi mắc phải sai lầm; trong lịch sử VL còn ghi nhận những nhận định sai lầm của các nhà khoa học về thuộc tính bản chất và quy luật biến đổi của các sự vật hiện tượng trong tự nhiên. Cho đến khi Galilê đưa ra phương pháp nghiên cứu mới – PPTN, đòi hỏi con người phải biết cách tác động vào tự nhiên để phát hiện các thuộc tính và quy luật biến đổi của chúng và mọi kết luận khoa học đều phải được TN kiểm chứng tính đúng đắn của nó thì khoa học VL mới hạn chế được những sai lầm và thực sự có bước tiến nhảy vọt. Vậy PPTN là phương pháp thu lượm thông tin bằng cách sắp đặt các điều kiện tác động để sự vật hiện tượng bộc lộ những thuộc tính và quy luật tự nhiên của chúng, nhờ đó nhà nghiên cứu có thể xây dựng hoặc kiểm tra được các tri thức mới. PPTN là một phương pháp nhận thức khoa học, trong đó nhà nghiên cứu: – Tạo ra những điều kiện tác động xác định để nghiên cứu quá trình diễn biến của hiện tượng. – Thay đổi các điều kiện tác động để xem hiện tượng thay đổi như thế nào. – Lặp lại các điều kiện tác động để phát hiện ra tính quy luật của hiện tượng.
12 1.2.2. Sự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của vật lí học [22],[24] Trong thời cổ đại, khoa học chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học. Các nhà hiền triết thời đó cho rằng: “có thể dùng sự suy lý, sự tranh luận để tìm ra chân lý”. Vì vậy, nhiều khi họ đã thay thế những mối quan hệ giữa sự vật hiện tượng có thật trong tự nhiên nhưng mình chưa biết thành những mối quan hệ do tự mình tưởng tượng ra một cách chủ quan. Thời trung thế kỷ, Giáo hội đã dùng uy quyền của mình để chống lại khoa học mỗi khi khoa học chỉ ra một chân lý mới trái với kinh thánh, thậm chí còn dùng cả bạo lực ngăn cản bước tiến của khoa học. Giáo hoàng Pôn II (thế kỉ XV) nói: “Tôn giáo phải tiêu diệt khoa học vì khoa học là kẻ thù của tôn giáo”. Kết quả Bêcơn bị cầm tù hơn 20 năm, Brunô bị thiêu sống vì dám đưa ra những luận cứ khoa học không thuận lợi cho tôn giáo thời đó. Đến thế kỉ XVII, Galilê cho rằng những cuộc tranh luận suông như thế là vô bổ, không đi đến một kết luận khoa học, muốn hiểu biết những thuộc tính của sự vật hiện tượng từ thiên nhiên thì phải quan sát thiên nhiên, phải làm cho thiên nhiên bộc lộ ra những thuộc tính đó một cách quy luật và khách quan chứ không tuân theo ý muốn chủ quan của con người hoặc thần linh nào cả. Galilê xây dựng một phương pháp nghiên cứu mới là PPTN rất có hiệu quả trên con đường đi tìm chân lý, làm cho VL thực sự trở thành một môn khoa học độc lập. Galilê được công nhận là ông tổ của VLTN, người sáng lập ra PPTN. Trước kia, Acsimet đã chú trọng đến TN và Rôgiơ đã đề cao TN nhưng chưa nêu lên được thành một phương pháp. Trước một hiện tượng tự nhiên cần tìm hiểu, Galilê bắt đầu quan sát để xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đưa ra một cách giải thích lý thuyết có tính chất dự đoán. Từ lý thuyết đó, ông rút ra những kết luận có thể kiểm tra được bằng TN. Sau đó, ông bố trí thí nghiệm thích hợp, tạo điều kiện thí nghiệm và phương tiện thí nghiệm tốt nhất để có thể đạt được kết quả chính xác tin cậy được. Cuối cùng, ông đối chiếu kết quả thu được bằng TN với lý thuyết ban đầu. Galilê cho rằng các kết luận khoa học đều phải được TN kiểm chứng mới có giá trị. Phương pháp của Galilê có tính hệ thống, tính khoa học, có chức năng nhận thức luận, tổng quát về mặt lý thuyết những sự kiện thực hiện và phát hiện ra bản chất
13 của sự vật hiện tượng. Về sau, các nhà khoa học khác đã kế thừa phương pháp đó và xây dựng cho hoàn chỉnh hơn. Những thành tựu ban đầu của VL học TN đã khiến cho thế kỉ XVII trở thành thế kỉ của cuộc cách mạng khoa học thắng lợi với các đại diện tiêu biểu: Torricelli (1608 – 1662), Pascal (1623 – 1662), Otto Guericke (1602 – 1685), Boyle (1627 – 1691), Gilbert (1540 – 1603)… Như vậy, PPTN với tư cách là một phương pháp nhận thức khoa học đã ra đời và không những thành công trong sự phát triển của VL học cổ điển mà vẫn còn có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu VL học hiện đại. 1.2.3. Nội dung của phương pháp thực nghiệm [4], [22], [23], [28] Spaski đã nêu lên thực chất của PPTN của Galilê như sau: Xuất phát từ quan sát và TN, các nhà khoa học xây dựng một giả thuyết. Giả thuyết đó không đơn giản chỉ là sự tổng quát hóa các thí nghiệm đã làm, nó chứa đựng một cái gì đó mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận lôgic và bằng toán học, nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới mà trước đó chưa biết. Những kết quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng TN để kiểm tra lại được. Nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết, khi đó giả thuyết được coi là một định luật VL chính xác. Niu-tơn tiếp tục phát triển phương pháp của Galilê lên mức độ đầy đủ và chặt chẻ hơn. Phương pháp của Niu-tơn là kết hợp chặt chẽ giữa thí nghiệm và suy luận lý thuyết. Niu-tơn đã làm rõ quan điểm đó bằng bốn quy tắc sau đây: Quy tắc 1: Đối với mỗi hiện tượng, không thừa nhận những nguyên nhân nào khác ngoài những nguyên nhân đủ để giải thích nó. Quy tắc này là sự khẳng định vai trò của lý trí con người trong sự nhận thức chân lý, gạt bỏ những luận điểm tôn giáo, kinh viện, không có liên quan đến khoa học. Quy tắc 2: Những hiện tượng như nhau luôn luôn quy về một nguyên nhân. Quy tắc này thể hiện tư tưởng nhân quả, quyết định luận của Niu-tơn: Một nguyên nhân xác định phải gây ra một hệ quả xác định. Quy tắc 3: Tính chất của tất cả các sự vật có thể đem ra thí nghiệm được, mà ta không thể làm cho nó tăng lên hoặc giảm xuống thì được coi là tính chất của mọi vật nói chung. Quy tắc này là sự quy nạp khoa học, cho phép ta khái quát hóa những trường hợp riêng lẻ để tìm ra những định luật tổng quát.