ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SƯ PHẠM PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỔ BIẾN CỦA VẬT LÍ HỌC Ở TRƯỜNG PHỔ THƠNG “ Khoa học khơng phải sưu tập định luật, tổng hợp tượng khơng liên hệ với Nó sáng tạo trí tuệ người tư tưởng khái niệm phát minh cách tự Các lý thuyết Vật lí cố tạo nên tranh thực thiết lập Albert Einstein liên hệ với giới rộng lớn cảm giác” ( Phương pháp thực nghiệm (PPTN  Galilê (1564-1642( coi ông tổ Vật lí thực nghiệm Ơng cho muốn hiểu thiên nhiên phải quan sát trực tiếp thiên nhiên, phải làm thí nghiệm phải hỏi thiên nhiên  PPTN khơng đơn làm thí nghiệm mà địi hỏi suy luận lí thuyết, kết hợp chặt chẽ qui nạp diễn dịch  Với trợ giúp cơng cụ tốn học nhằm đề xuất giả thuyết hệ lơgíc kiểm tra thí nghiệm Spaski khái quát PPTN Quan sát, thực nghiệm Giả thuyết Ví dụ: Định luật vạn vật hấp dẫn Newton quan sát táo rơi, đặt câu hỏi ? táo rơi xuống mà không bay lên ? Quả táo rơi xuống Trái đất hút Hệ Lực tác dụng (F) có mối quan hệ với khối lượng vật (M,m) khoảng cách chúng Thực nghiệm kiểm tra Newton đo đạc chuyển động hành tinh Xác định lực hấp dẫn Phát biểu định luật Thực tiễn kiểm nghiệm Kiểm nghiệm lại thực tiễn TN: cân Trái đất Thí nghiệm Cavendisch - Phép cân trái đ ất phương pháp cân xoắn phương pháp gương ) (quay  Cavedisch chấp nhận định luật vạn vật hấp dẫn Newton thí nghiệm ơng thí nghiệm để xác định số G Dễ dàng tính số G theo cơng thức Newton  F = k ß )k số xoắn, ß góc xoắn(  Sau đo G , Cavendisch dùng kết để xác định giá trị trung bình khối lượng riêng trái đất  khối lượng trái đất tính dễ dàng theo cơng thức M = FR2 / Gm Do người ta nói thí nghiệm xác định số hấp dẫn G phép cân trái đất Dụng cụ thí nghiệm xác định số hấp dẫn dùng trường phổ thông quy tắc Newton  Qui tắc 1: Đối với tượng, khơng thừa nhận ngun nhân khác ngồi ngun nhân đủ để giải thích  Qui tắc 2: Bao quy tượng nguyên nhân (Một nguyên nhân xác định phải gây hệ xác định(  Qui tắc 3: Tính chất tất vật đem thí nghiệm mà ta khơng thể làm tăng lên giảm xuống coi tính chất vật nói chung (quy tắc quy nạp từ kiện đơn lẻ để tìm định luật tổng quát(  Qui tắc 4: Bất kỳ khẳng định rút từ thực nghiệm, phương pháp qui nạp đúng, chừng chưa có tượng khác giới hạn mâu thuẫn với khẳng định đó.(Qui tắc thừa nhận: chân lý khoa học hồn thiện dần bước q trình nhận thức giữ nguyên giá trị khoa học chừng mực đó( Sử dụng PPTN dạy học Vật lí Phát vấn đề Xây dựng giả thuyết Suy hệ lơgíc Quan sát tượng,các thí nghiệm đơn giản, dự đốn tượng, phát mâu thuẫn, từ đưa câu hỏi mà học sinh chưa biết câu trả lời Bằng suy luận lơgíc tốn học, đưa câu trả lời cho câu hỏi trên.) giả thuyết( Lượng hóa giả thuyết dạng biểu thức tốn học đại lượng đo được, )suy luận tốn học đóng vai trị quan trọng( Xây dựng thực phương án thí nghiệm thiết kế phương án thí nghiệm Với hệ có nhiều mơ hình để thí nghiệm, độ xác phụ thuộc vào thiết bị thí nghiệm Phân tích, xử lý số liệu Phân tích quy luật số liệu thu )địi hỏi kỹ thuật xử lí, đơi trực giác đóng vai trị quan trọng( kiểm nghiệm Vận dụng vào thực tiễn, kiểm tra dự đoán thí nghiệm, Khẳng định giả thuyết, Phương pháp tương tự  Sự tương tự giống với mức độ khác đối tượng  Trong nghiên cứu dạy học Vật lí vận dụng để so sánh, xếp vào hệ thống  Sự tương tự dẫn đường nghiên cứu, cho phép xây dựng mơ hình, lí thuyết mới, đề xuất tư tưởng  Nguyên nhân sâu xa thống tính tổng quát quy luật chi phối chúng  Sự suy luận tương tự: phương pháp suy luận lơgíc từ giống dấu hiệu xác định, từ suy giống dấu hiệu khác chúng  Vì khơng có đủ chứng, KL rút SLTT có tính chất giả thuyết, thiết phải kiểm tra TN đối tượng cần nghiên cứu Các giai đoạn PPTT  Tập hợp dấu hiệu đối tượng cần nghiên cứu dấu hiệu đối tượng có hiểu biết phong phú định đem đối chiếu  Tiến hành phân tích dấu hiệu giống khác chúng Kiểm tra xem dấu hiệu giống có đồng thời dấu hiệu chất đối tượng hay không  Truyền dấu hiệu đối tượng biết cho đối tượng cần nghiên cứu suy luận tương tự  Kiểm tra tính đắn kết luận rút (hoặc hệ chúng( có tính chất giả thuyết đối tượng cần nghiên cứu 10 Sự tương tự điện HT khác trình giống Các đại lượng tương đương Dao động So sánh Sự chuyển hố tuần hồn lị xo động vật Sự chuyển hoá lượng Sự chuyển hố tuần hồn lượng điện lượng từ Các dạng lượng Năng lượng điện trường :trong tụ điện Wtụ=q2/2C -Năng lượng từ cuộn dây: Wtừ = Li2/2 Thế năng: Wt=kx2/2- Động : Wđ = mv2/2 w= k m Sự chuyển hoá thành nội ma sát Cấu trúc lý thuyết giống x"+)k/m(.x=0 x)t(=A.Sin)wt+ φ( v)t(=Vo.Cos)wt+φ( (A)t( = - Ao Sin )wt+φ Dao động điện LC tần số Nguyên nhân tắt dần Phương trình dao động: :-Nghiệm Sự chuyển hố lượng điện từ thành nội điện trở q"+)q/L(.C=0 q)t(=Qo.Sin)wt+φ( (i )t(=Io.Cos )wt +φ 11 Ý nghĩa  Khi vượt phạm vi cho phép, suy luận tương tự lại làm kìm hãm bước tiến nhận thức người Do suy luận tương tự dễ tạo đường mịn, thói quen cản trở hình thành tư tưởng, phương pháp  Sử dụng phương pháp tương tự dạy học góp phần nâng cao hiệu học, thể trước hết tính sâu sắc, tính hệ thống kiến thức, tạo điều kiện cho học sinh phát mối liên hệ hệ thống khác phần khác Vật lí  Việc sử dụng PPTT cịn giúp học sinh dễ hình dung tượng, q trình Vật lí khơng thể quan sát trực tiếp  Trong dạy học Vật lí, sử dụng phương pháp tương tự để xây dựng kiến thức mới, minh họa trình Vật lí khơng thể quan sát trực tiếp hệ thống hóa kiến thức 12 Phương pháp mơ hình  Mơ hình hệ thống hình dung óc hay thực cách vật chất, hệ thống MH phản ánh thuộc tính chất đối tượng nghiên cứu tái tạo Nghiên cứu MH cung cấp cho ta thông tin đối tượng  Cùng đối tượng vật chất có nhiều mơ hình khác Như vậy, mơ hình khơng đồng với đối tượng mà phản ánh  Các nguyên lý Vật lí học cơng bố điều kiện mơ hình lý tưởng  Cơ sở lý thuyết PP mơ hình lý thuyết tương tự 13 Các chức mơ hình  Mơ tả vật, tượng  Giải thích tính chất tượng có liên quan tới đối tượng  Tiên đốn tính chất tượng Tính chất mơ hình  Tính tương tự với ‘vật gốc‘  Tính đơn giản  Tính trực quan  Tính quy luật riêng  Tính lý tưởng 14 Các loại mơ hình sử dụng DH Vật lí  Mơ hình vật chất : vật thể, phản ánh tác động mặt hình học, Vật lí học, động lực học, chức học đối tượng Mơ hình lý tưởng (hay mơ hình lý thuyết): mơ hình trừu tượng áp dụng thao tác tư lý thuyết:  Mơ hình kí hiệu: hệ thống lý luận dùng để mô tả, thay vật, tượng Vật lí thực  Mơ hình biểu tượng: khơng tồn khơng gian, có tư ta, khơng cần làm mơ hình cụ thể 15 Các giai đoạn phương pháp mơ hình  Giai đoạn 1: Tập hợp kiện ban đầu làm sở để xây dựng mơ hình  Giai đoạn 2: Xây dựng mơ hình, trí tưởng tượng trực giác giữ vai trị quan trọng  Giai đoạn : Thao tác mô hình, suy hệ lý thuyết  Giai đoạn : Thực nghiệm kiểm tra 16 Xử lí số liệu trình DHVL A Xác định quy luật từ bảng số liệu  khảo sát phụ thuộc đại lượng (y( vào số đại lượng khác x1,x2, tìm quy luật y=f(x1,x2 (  Kết phép đo từ thí nghiệm dạng bảng gồm nhiều giá trị y x1,x2,  Các phương pháp:  Phương pháp đồ thị  Dự đoán mối quan hệ hàm số 17 B ước tính số giả định  Sự khác biệt hai phép đo độ không chắn chúng Độ khơng chắn cịn gọi sai số  Khi khơng biết độ xác số mơ tả đại lượng Vật lí, số cịn thơ sơ cho nhiều thơng tin bổ ích  Vài trường hợp biết chắn cách tính đại lượng, phép tốn rắc rối để đưa kết xác, phải đốn liệu đưa vào tính (ước tính lượng giả định - Order of magnitide estimate( 18 Giải vấn đề DHVL  Cô đọng lượng lớn kiến thức tìm quy luật khái quát kiến thức phương pháp học dạy Vật lí hiệu  Những kiến thức Vật lí học khơng phải học lại, phải hoàn thiện chúng  Học cách giải vấn đề thực cần thiết khơng thể hiểu Vật lí trừ áp dụng Vật lí 19 Chiến lược giải vấn đề  Xác định khái niệm, vấn đề liên quan: xác định biến mục tiêu vấn đề )giá trị, biểu thức muốn tìm(,lựa chọn ý tưởng Vật lí liên quan  Xây dựng giải pháp: Phác thảo mơ tả vấn đề, chọn phương trình tốn học dùng để giải vấn đề định sử dụng chúng  Thực giải pháp: liệt kê giá trị biết giá trị chưa biết, ý tới biến mục tiêu chưa biết, giải phương trình để tìm chưa biết  Đánh giá kết quả: Mục tiêu giải vấn đề Vật lí khơng tìm số cơng thức mà hiểu biết sâu sắc 20 ”Sự phát triển lực tư độc lập óc phê phán ln phải đặt vị trí hàng đầu” Albert Einstein 21 ... khái quát kiến thức phương pháp học dạy Vật lí hiệu  Những kiến thức Vật lí học học lại, phải hoàn thiện chúng  Học cách giải vấn đề thực cần thiết hiểu Vật lí trừ áp dụng Vật lí 19 Chiến lược... với ? ?vật gốc‘  Tính đơn giản  Tính trực quan  Tính quy luật riêng  Tính lý tưởng 14 Các loại mơ hình sử dụng DH Vật lí  Mơ hình vật chất : vật thể, phản ánh tác động mặt hình học, Vật lí học, ... hệ thống khác phần khác Vật lí  Việc sử dụng PPTT cịn giúp học sinh dễ hình dung tượng, trình Vật lí khơng thể quan sát trực tiếp  Trong dạy học Vật lí, sử dụng phương pháp tương tự để xây dựng