Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học vinh NguyÔn ngäc hiÕu Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học phần dao động sóng học vật lý 12 luận văn thạc sỹ giáo dục học Vinh 2007 Bộ giáo dục đào tạo Trờng ®¹i häc vinh Nguyễn ngọc hiếu Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học phần dao động sóng học vật lý 12 luận văn thạc sỹ giáo dục học Chuyên ngành: Lý luận phơng pháp dạy học Vật lý Mà số: 60.14.10 Cán hớng dẫn khoa học: TS Trịnh Đức Đạt Vinh 2007 Mục lục mở đầu .1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tợng phạm vi nghiªn cøu Gi¶ thuyÕt khoa häc NhiƯm vơ nghiªn cøu Phơng pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn Ch¬ng 1: Phơng pháp thực nghiệm khoa häc vËt lý 1.1 Phơng pháp nhận thức khoa học 1.1.1.Khái niệm phơng pháp 1.1.2 Phơng pháp nhận thức khoa học 1.1.3 Phân loại hệ thống phơng pháp nhận thøc khoa häc 1.2 Phơng pháp thực nghiệm nghiên cứu vËt lý cđa nhµ khoa häc 1.2.1 Phơng pháp thực nghiệm 1.2.2 Vai trò phơng pháp thực nghiệm nghiªn cøu vËt lý 1.2.3 Cấu trúc tính chất phơng ph¸p thùc nghiƯm 1.3 Phơng pháp thực nghiệm nhận thức vật lý học sinh tác dụng việc bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm vật lý cho học sinh việc nâng cao hiệu dạy học 17 Ch¬ng 2: 19 Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh Thông qua dạy học phần dao động sóng học 19 2.1 Dạy học phơng pháp thực nghiệm thông qua học nghiên cứu tài liệu 19 Luận văn thạc sỹ giáo dục học 2.1.1 Xây dựng học tờng minh phơng pháp thực nghiệm nhận thức Vật lý 20 2.1.2 Dạy không tờng minh phơng pháp thực nghiệm thông qua học nghiên cứu tài liệu 29 2.2 Dạy học phơng pháp thực nghiệm thông qua tập thí nghiệm .38 2.2.1 Khái niệm phân loại tập thí nghiệm Vật lý 38 2.2.2 Phơng pháp biên soạn lựa chọn tập thí nghiệm 41 2.2.3 C¸c tập thí nghiệm phần dao động sóng häc 42 2.2.4 Phơng pháp dạy học tập thí nghiệm vật lý 45 2.3 Dạy học phơng pháp thực nghiệm thông qua thÝ nghiÖm thùc tËp .50 2.3.1 Vai trò thí nghiệm thực tập việc bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm Các loại thí Các loại thí nghiệm thực tập 50 2.3.2 Ví dụ dạy học phơng pháp thực nghiệm thông qua thí nghiệm thực tập 53 Ch¬ng 3: 54 Thùc nghiƯm s ph¹m .54 3.1 Mơc ®Ých thùc nghiƯm s ph¹m: .54 3.2 Đối tợng thực nghiệm: 54 3.3 NhiƯm vơ thùc nghiƯm: 54 3.4 Néi dung thùc nghiÖm: .55 3.4.1 Lùa chän líp ®èi chøng vµ líp thùc nghiƯm: .55 3.4.2 Néi dung thùc nghiÖm: 56 3.5 Đánh giá kết thực nghiÖm: .56 3.5.1 Lựa chọn tiêu chí đánh gi¸: 57 3.5.2 KÕt qu¶ thùc nghiƯm: .57 KÕt luËn 63 Tài liệu tham khảo 64 mở đầu Lý chọn đề tài Phơng pháp thực nghiệm phơng pháp nghiên cứu nh phơng pháp dạy học đặc trng quan trọng nghiên cứu dạy học vËt lý Tri thøc vËt lý phỉ th«ng chđ u đợc tìm nhờ phơng pháp thực nghiệm, tri thức vật lý muốn có đợc độ tin cậy cao phải đợc kiểm chứng thực nghiệm Trong dạy học nói chung dạy học vật lý nói riêng, nhiệm vụ giáo dỡng quan trọng Tức nhà giáo phải truyền thụ cho học sinh tri thức, kỹ đặc biệt phơng pháp học tập nghiên cứu vật lý Trong năm gần đây, việc đổi phơng pháp dạy học đà đợc nhà quản lý giáo dục đông đảo đội ngũ giáo viên ý cách mức Đổi phơng pháp dạy học vật lý đặc biệt ý đến việc bồi dỡng cho em học sinh phơng pháp nghiên cứu học tập vật lý Trong chơng trình vật lý phổ thông, có chơng, phần dạy phơng pháp thực nghiệm có phần khó thực việc dạy học phơng pháp thực nghiệm thành công Dao động sóng học phần I chơng trình vật lý 12, phần giáo viên có nhiều điều kiện dạy học phơng pháp thực nghiệm Bởi giáo viên thực đợc nhiều thí nghiệm, từ thí nghiệm nghiên cứu khảo sát đến thí nghiệm kiểm chứng, minh hoạ Vì giáo viên có điều kiện bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh Hơn để bồi dỡng phơng pháp nghiên cứu cho em phụ thuộc nhiều vào tâm sinh lý em học sinh Häc sinh líp 12 lµ häc sinh cã løa ti cao nhÊt bËc häc phỉ th«ng ë løa tuổi em Luận văn thạc sỹ giáo dục học học sinh đà có đủ điều kiện để học tập nghiên cứu phơng pháp thực nghiệm Vì đà lựa chọn đề tài Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học phần Dao động sóng học Vật lý 12 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu để tìm hệ thống biện pháp, cách thức, thao tác để dạy phần dao động sóng học chơng trình vật lý 12 nhằm bồi dỡng cho em kiến thức, kỹ phơng pháp thực nghiệm nghiên cứu vật lý Đối tợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tợng nghiên cứu Quá trình dạy học vật lý trờng trung học phổ thông 3.2 Phạm vi nghiên cứu 3.2.1 Chơng trình vật lý 12, phần dao động sóng học 3.2.2 Tâm sinh lý em học sinh lứa tuổi học lớp 12 3.2.3 Phơng pháp thực nghiệm nghiên cứu dạy học vật lý Giả thut khoa häc Chóng ta båi dìng cho c¸c em học sinh nắm đợc phơng pháp thực nghiệm vật lý chất lợng dạy học đợc nâng cao mà tạo điều kiện cho em bớc đầu làm quen với công việc nghiên cứu vật lý NhiƯm vơ nghiªn cøu 5.1 Nghiªn cøu lý ln phơng pháp thực nghiệm 5.2 Nghiên cứu chơng trình phần dao động sóng học Các loại thí Vật lý 12 5.3 Chuẩn bị thí nghiệm phần dao động sóng học Các loại thí Vật lý 12 5.3.1 Làm thí nghiệm đà có, trình bày thao tác chuẩn để làm thí nghiệm 5.3.2 Lắp ráp thí nghiệm ®· cã thiÕt bÞ nhng cha cã ®iỊu kiƯn ®Ĩ làm 5.3.3 Chế tạo thiết bị thí nghiệm mới, bổ sung cải tiến thiết bị thí nghiệm đà có 5.3.4 Su tầm thí nghiệm mô phỏng, thí nghiệm ảo cho phần dao động sóng học Luận văn thạc sỹ giáo dục học 5.4 Chuẩn bị số giáo án phần dao động sóng học vật lý 12, áp dụng giảng dạy phơng pháp thực nghiệm để bồi dỡng phơng pháp thùc nghiƯm cho häc sinh 5.5 Chn bÞ thùc nghiƯm s phạm 5.5.1 Làm công tác liên hệ trờng để trực tiếp giảng dạy họăc nhờ giáo viên trờng sở giảng dạy theo ý tởng 5.5.2 Thu thập, xử lý số liệu đánh giá kết Phơng pháp nghiên cứu 6.1 Nghiên cứu lý thuyết 6.1.1 Nghiên cứu sở lý luận tâm lý học, giáo dục học, lý luận dạy học vật lý liên quan đến phơng pháp thực nghiệm 6.1.2 Nghiên cứu tài liệu liên quan đến phần dao động sóng học 6.1.3 Nghiên cứu biện pháp, cách thức giúp đỡ học sinh học tập nghiên cứu phơng pháp thực nghiệm 6.2 Nghiên cứu thực nghiệm 6.2.1 Thực trạng học sinh giáo viên nghiên cứu, học tập dạy học phơng pháp thực nghiệm 6.2.2 Tổng kết kinh nghiệm thân, tham khảo ý kiến đồng nghiệp để thống kê điểm hạn chế giáo viên học sinh nghiên cứu, học tập dạy học vật lý 6.2.3 Tiến hành thực nghiệm s phạm trờng THPT chuyên Hà Tĩnh để xem xét tính khả thi hiệu 6.2.4 Thống kê xử lý số liệu Cấu trúc luận văn Luận văn gồm ba phần 7.1 Phần mở đầu 7.2 Phần nội dung: Gåm ba ch¬ng 7.2.1 Ch¬ng I: C¬ së lý luËn 7.2.2 Chơng II: Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm vật lý cho học sinh thông qua dạy học phần Dao động sóng học vật lý 12 7.2.3 Chơng III: Thực nghiệm s phạm 7.3 Phần kết luận 7.4 Tài liệu tham khảo 7.5 Phụ lục Luận văn thạc sỹ giáo dục học Chơng 1: Phơng pháp thực nghiệm khoa học vật lý 1.1 Phơng pháp nhận thức khoa học 1.1.1.Khái niệm phơng pháp Phơng pháp theo từ gốc tiếng Hy Lạp methodos hiểu theo nghĩa chung tập hợp thủ pháp, cách thức, đờng bao gồm thao tác thực hành hay lý thuyết để đạt đợc mục ®Ých nµo ®ã T thc vµo mơc ®Ých cđa hµnh động mà phơng pháp có nghĩa hẹp khác Nếu mục đích hành động tìm chân lý khách quan tập hợp cách thức, đờng, phơng tiện bớc mà trí tuệ phải theo để đạt đợc mục đích gọi phơng pháp nhận thức khoa học Một định nghĩa phơng pháp đợc Heghen đa chứa đựng nội hàm sâu sắc chất, đợc Lênin nêu lên tác phẩm Bút ký triết học mình: Phơng pháp ý thức hình thức tự vận động bên nội dung [9] Định nghĩa cho ta rút đặc trng phơng pháp nh sau: a Phơng pháp chịu chi phối mục đích nội dung Có thể biểu diễn phụ thuộc nh sơ đồ 1.1 M N P Nghĩa mục đích (M) nội dung (N) qui định phơng pháp (P) Mục đích nào, nội dung Sơ đồ 1.1 phơng pháp ấy, phơng pháp vạn cho hoạt động b Phơng pháp bao gồm hai mặt : Mặt khách quan mặt chủ quan Các loại thí Mặt khách quan gắn liền với đối tợng phơng pháp, quy luật khách quan chi phối đối tợng mà chủ thể phải ý thức đợc Các loại thí Mặt chủ quan phơng pháp thể chổ, phơng pháp tồn đầu óc ngời, ý thức chủ thể, gắn liền với chủ thể sử dụng phơng pháp c Phơng pháp hoạt động có tổ chức hợp lý Theo lý thuyết hoạt động [10] [14], phơng pháp hoạt động có tổ chức hợp lý Hoạt động bao gồm nhiều hành động, hành động lại gồm nhiều thao tác Toàn hoạt động có mục đích lớn chung, hành động lại có mục đích riêng, phận mục đích chung Thao tác mục đích tự thân Nh phơng pháp hệ cấu trúc đa cấp, phức tạp 1.1.2 Phơng pháp nhận thức khoa học Luận văn thạc sỹ giáo dục học Phơng pháp nhận thức khoa học phạm trù nằm phạm trù phơng pháp dùng để tập hợp thủ pháp, thao tác trí tuệ thực hành mà ngời phải theo để đạt đến chân lý khoa học Paplop định nghĩa phơng pháp nhận thức khoa học nh sau: Phơng pháp nhận thức khoa học quy luật vận động nội t ngời, xem nh phản ánh chủ quan giới khách quan Nói khác đi, phơng pháp nhận thức khoa học xem nh quy luật khách quan đà đợc đem cấy vào nhËn thøc cđa ngêi ngêi sư dụng cách có ý thức có kế hoạch làm vũ khí để giải thích cải tạo giới. [17] Điều chứng tỏ phạm trù phơng pháp nhËn thøc khoa häc võa mang tÝnh kh¸ch quan võa mang tÝnh chđ quan Vµ chóng ta cã thĨ rót nhận xét sau: Các loại thí Phơng pháp tách rời nội dung, mà phải phù hợp nội dung Để tiếp nhận phần nội dung phải có phơng pháp đặc thù Các loại thí Phơng pháp nhận thức khoa học thống biện chứng tính khách quan tính chủ quan Khác với kiến thức khoa học đơn mang tính khách quan, kiến thức phơng pháp nhận thøc khoa häc Ýt nhiỊu mang tÝnh chđ quan vµ trừu tợng Không thể bồi dỡng phơng pháp nhận thức khoa học cho học sinh giảng lý thuyết phơng pháp luận, nhng hành động nhận thức mà khái quát thành phơng pháp cho học sinh Các loại thí Sự liên hệ biện chứng nội dung phơng pháp dẫn đến dạy phơng pháp nhËn thøc khoa häc t¸ch rêi néi dung khoa häc mà phải lồng vào Các loại thí Quá trình nhận thức khoa học hoạt động có mục đích Vì dạy học phơng pháp nhận thức khoa học cần làm tính mục đích học Việc tạo nhu cầu nhận thức điều kiện cần để thực dạy học phơng pháp nhận thức khoa học 1.1.3 Phân loại hệ thống phơng pháp nhận thức khoa học Căn vào mức độ phổ biến phạm vi ứng dụng phơng pháp mà chia làm ba nhóm phơng pháp nhận thức khoa học nh sau: a Phơng pháp triết học phơng pháp chung nhÊt phỉ biÕn nhÊt ¸p dơng cho mäi lÜnh vùc nhận thức Chúng bao gồm phơng pháp lôgic biện chứng, phơng pháp lý luận nhận thức: phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tợng hoá, khái quát hoá, cụ thể hoá; Các cặp phạm trù; Các cặp phạm trù phép biện chứng vật; suy luận lôgíc Luận văn thạc sỹ giáo dục học b Phơng pháp riêng rộng nhóm phơng pháp áp dụng cho số ngành khoa học, số đoạn trình nhận thức c Phơng pháp riêng hẹp phơng pháp áp dụng cho phận nghành khoa học số ngành khoa học 1.2 Phơng pháp thực nghiệm nghiên cứu vật lý nhà khoa học 1.2.1 Phơng pháp thực nghiệm Có cách hiểu khác khái niệm phơng pháp thực nghiệm vật lý Cách thứ cho phơng pháp thực nghiệm khâu tiến hành thí nghiệm kiểm tra đà có để đo đạc đạt độ xác cao đại lợng vật lý Nh phơng pháp thực nghiệm khâu thí nghiệm vật lý Cách hiểu làm giảm vai trò phơng pháp thực nghiệm trình nhận thức Đây cách hiểu phơng pháp thực nghiệm theo nghĩa hẹp Cách hiểu thứ cho phơng pháp theo nghĩa rộng bao gồm tất khâu trình nhận thức từ việc đặt vấn đề sở kiện thực nghiệm quan sát, đến khâu đề giả thuyết, tiến hành thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, xử lý kết rút kết luận vấn đề nghiên cứu Cách hiểu thứ hai phơng pháp thực nghiệm với vai trò vị trí trình phát triển vật lý học, phơng pháp thực nghiệm bồi dỡng cho học sinh cần đợc hiểu với nội hàm Tức phơng pháp thực nghiệm có yếu tố sau: Đặt vấn đề sở quan sát kiện thực nghiệm Đề xuất giả thuyết Suy hệ lôgíc từ giả thuyết Xác lập phơng án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết hệ giả thuyết Tiến hành thí nghiệm, xử lý kết Rút kết luận xác nhận hay bác bỏ giả thuyết 1.2.2 Vai trò phơng pháp thực nghiệm nghiên cứu vật lý Galilê đợc xem ông tổ phơng pháp thực nghiệm, ngời bác bỏ giả thuyết sai lầm thÝ nghiƯm vËt lý, víi thÝ nghiƯm nỉi tiÕng trªn tháp Piza (Italia), ngời hớng ống kính thiên văn chế tạo để quan sát chuyển động hành tinh chứng minh giả thuyết hệ nhật tâm Côpecnic, ông đà vận dụng phơng pháp thực nghiệm cách hệ thống nêu thành phơng pháp vật lý Luận văn thạc sỹ giáo dục học Đánh giá vai trò thực nghiệm, Anhxtanh viÕt: “TÊt c¶ sù nhËn thøc vỊ thÕ giíi thực xuất phát từ thực nghiệm hoàn thành thực nghiệm. [1] Vai trò thực nghiệm đợc phản ánh chu trình nhận thức sáng tạo Razumopxki (sơ đồ 2) [4], [18] Ông phân tích sơ đồ nh sau: Mỗi chu trình đợc bắt đầu b»ng viƯc lùa chän c¸c nhãm sù kiƯn tõ quan sát Ngời nghiên cứu đề giả thuyết chất chung chúng Giả thuyết cho phép tiên đoán kiện cha biết Tính chất đắn giả thuyết đợc kiểm tra thực nghiệm Nếu hệ giả thuyết mô hình xuất phát đợc thực nghiệm chứng minh mô hình nêu đợc công nhận phản ánh tính chất tợng nghiên cứu Nếu kết thực nghiệm phủ định giả thuyết mô hình nêu cần phải thay ®ỉi” (trang 14 s¸ch ®· dÉn) Nh vËy theo Razumopxki, thực nghiệm luôn điểm Hệ Mô hình xuất phát thớc đo tính đắn lý thuyết khoa học Phơng pháp thực nghiệm đợc dùng hoạt Sự kiện Thực nghiệm động nhận thức mô tả giới, nhằm trả lời câu hỏi: Hiện tS 1.2 ợng xảy nh nào, tuân theo quy luật nào, điều kiện hoàn cảnh nào? Việc giải thích chế tợng, trả lời câu hỏi mảnh đất phơng pháp lý thuyết, nhiệm vụ nhà vật lý lý thuyết Tuy nhiên kết luận mà vật lý lý thuyết nêu để giải thích giới đợc coi chân lý chừng đợc thực nghiệm chứng minh Nh xét toàn thể, để xây dựng tri thức khoa học vật lý cần đến thực nghiệm phơng pháp thực nghiệm đà đợc công nhận phơng pháp Vật lý học 1.2.3 Cấu trúc tính chất phơng pháp thực nghiệm 1.2.3.1 Cấu trúc phơng pháp thực nghiệm Ta xuất phát từ sơ đồ Bunseman Razumopxki (Sơ đồ 1.3) [13] Một trình nhận Vn Gi thuyt thức khoa học đầy đủ diễn Thc tin theo giai đoạn Lý thuyt H qu Luận văn thạc sỹ giáo dục học S 1.3 nh lut Thực tiễn điểm xuất phát mục đích cuối nhận thức khoa học để hành động thực tế quy luật Từ thực tiễn xuất tợng, vật mà lý trí ngời cha giải thích đợc với tri thức kinh nghiệm đà có Con ngời tìm cách trả lời cho câu hỏi Khi xuất hiƯn vÊn ®Ị nhËn thøc (cịng cã thĨ vÊn ®Ị xuất sở lý thuyết đà có, việc nghiên cứu hệ lý thuyết đà có làm xuất vấn đề mới) Để trả lời cho câu hỏi khoa học đặt ra, ngời nghiên cứu thao tác t trực giác khoa học để đề giả thuyết Giả thuyết đợc thể phán đoán lôgic mà tính chân thực dạng (tiềm tàng) Từ giả thuyết, nhà khoa học suy luận logic suy luận toán học suy hệ logic kiểm tra tính đắn hệ Việc kiểm tra đợc tiến hành thí nghiệm Một giả thuyết đà đợc chứng minh giả thuyết trở thành chân lý khoa học (hay tri thức khoa học) Tri thức đợc vận dụng vào thực tiễn; trình vận dụng lại làm xuất vấn đề tiếp theo; chu trình nghiên cứu lại đợc bắt đầu nhng mức độ cao hơn, hoàn thiện Khi khoa học cha phát triển, nhà nghiên cứu đồng nghiệp thực tất giai đoạn trình nghiên cứu, chí họ chế tạo dụng cụ để quan sát Khi khoa học phát triển, việc nghiên cứu đợc chuyên môn hoá, nhà nghiên cứu làm việc lĩnh vực liên quan đến giai đoạn chu trình đà nêu, có nhµ vËt lý thùc nghiƯm, cã nhµ vËt lý lý thuyết Các nhà vật lý nghiên cứu họ biết rõ vị trí chu trình nhận thức Cßn häc sinh tiÕp nhËn tri thøc khoa häc, họ giai đoạn nào, thông tin công việc mà họ làm có tính chất họ thân cấu trúc hoạt động Điều làm hạn chế nhiều lực tự nhận thức sáng tạo học sinh Vận dụng nhận thức Razumopxki vào trình nhận thức vật lý phơng pháp thực nghiệm, tham khảo ý kiến Buseman, luận văn tiến sỹ mình, T.S Phạm Thị Phú cho hoạt động nhận thức vật lý theo phơng pháp thực nghiệm hiểu theo nghĩa đầy đủ biểu diễn theo sơ đồ sau (sơ đồ 1.4) Luận văn thạc sỹ gi¸o dơc häc ... dục học học sinh đà có đủ điều kiện để học tập nghiên cứu phơng pháp thực nghiệm Vì đà lựa chọn đề tài Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học phần Dao động sóng học Vật. . .Bồi dỡng phơng pháp thực nghiệm cho học sinh thông qua dạy học phần dao động sóng học vật lý 12 luận văn thạc sỹ giáo dục học Chuyên ngành: Lý luận phơng pháp dạy học Vật lý M· sè:... chơng trình vật lý phổ thông, có chơng, phần dạy phơng pháp thực nghiệm có phần khó thực việc dạy học phơng pháp thực nghiệm thành công Dao động sóng học phần I chơng trình vật lý 12, phần giáo