Luận văn Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học chương Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng vật lý lớp 10 trung học phổ thông

tử nhỏ bé, luôn chuyển động hỗn loạn đến va chạm vào hạt phấn hoa từ mọi phía. Những sự kiện đó dẫn đến ý tưởng xây dựng một mô hình để phản ánh hai đặc tính của các chất: các chất có cấu tạo từ những hạt vô cùng nhỏ bé chuyển động hỗn loạn không ngừng. Giáo viên thông báo thêm là các nhà bác học giả định thêm rằng: các hạt nhỏ bé gọi là phân tử đó chuyển động và tương tác với nhau theo các định luật của cơ học Niutơn. Tiếp tục quan sát chuyển động Braonơ, học sinh thấy rằng các hạt Braonơ chuyển động nhanh hơn khi ta tăng nhiệt độ; hiện tượng khuyếch tán cũng xảy ra nhanh hơn khi ta tăng nhiệt độ. Học sinh có thể phát hiện ra một đặc tính mới của các chất và thể hiện trên mô hình: vận tốc chuyển động của các phân tử tăng lên khi nhiệt độ tăng. Một hiện tượng khác chỉ có thể giải thích được nếu ta thừa nhận giữa các phân tử có lực tương tác: nếu ta nén một chất để thu nhỏ thể tích lại thì gặp phải một lực đẩy chống lại lực nén. Ngược lại nếu ta kéo dãn một vật thì gặp phải một lực kéo lại. Tổng hợp tất cả các sự kiện trên đây dẫn đến mô hình cấu tạo phân tử của chất. Mô hình này mới chỉ phản ánh được bốn tính chất (cấu tạo gián đoạn, chuyển động hỗn loạn không ngừng, có khoảng cách và lực tương tác, vận tốc tăng theo nhiệt độ). Rõ ràng còn nhiều tính chất khác của chất chưa được phản ánh trong mô hình trên. Sau khi xây dựng xong mô hình (được phát biểu dưới dạng “thuyết động học phân tử”), giáo viên hướng dẫn học sinh vận dụng mô hình để giải thích hoặc dự đoán một số hiện tượng mới. Điều đó có tác dụng khẳng định thêm giá trị nhận thức, phát hiện cái mới của PPMH. Ví dụ như: chất khí và chất lỏng gây áp suất lên mọi phía của thành bình, sự giãn nở của các chất theo nhiệt độ, các định luật về khí lý tưởng...Trong nhiều trường hợp, có thể tổ chức cho học sinh quan sát thí nghiệm kiểm tra những dự đoán trên. Mức độ 5: Học sinh tự lực xây dựng lấy mô hình để giải quyết nhiệm vụ nhận thức của mình. Thí dụ như học sinh tự lực xây dựng mô hình đồ thị để xác định công của lực đàn hồi, nhờ thế mà lập được công thức tính thế năng trong trường hợp lực đàn hồi trong khi chưa biết phép tính vi phân, tích phân. 1.3.4. Cấu trúc tài liệu giáo khoa theo phương pháp mô hình Việc học sinh thông hiểu, áp dụng sáng tạo các kiến thức vào tình huống mới, phụ thuộc trước hết là nội dung của chính môn học. Cấu trúc tài liệu giáo khoa và phương pháp trình bày tài liệu đó cũng có một ý nghĩa to lớn. Vấn đề lựa chọn nội dung tài liệu giáo khoa , cấu trúc của tài liệu đó và phương pháp trình bầy phải tùy theo mục đích dạy học. Nếu chúng ta chỉ đơn thuần cho học sinh làm quen với những nguyên lý mới, những định luật mới thì ta chỉ thông báo cho học sinh những kết luận lý thuyết có sẵn mà các em sẽ phải sử dụng. Còn nếu chúng ta đặt vấn đề không những thông báo mà cả giúp học sinh bồi dưỡng phẩm chất đặc trưng của năng lực sáng tạo là thông hiểu kiến thức và áp dụng kiến thức vào tình huống mới, tức là phát triển trí tuệ của học sinh trong quá trình dạy học thì không phải bắt đầu việc trình bày tài liệu giáo khoa từ những lý thuyết có sẵn mà không giải thích rằng chúng được rút ra từ những sự kiện ban đầu nào và tính chất đúng đắn của lý thuyết được khẳng định bằng những thực nghiệm nào. Chẳng hạn như, khi dạy bài “Dòng điện trong kim loại”, giáo viên thường bắt đầu từ việc giải thích cơ cấu bên trong của các dây dẫn bằng kim loại. Các kim loại ở thể rắn có cấu trúc tinh thể, chúng có thể được coi như là một mạng không gian ion chứa đầy các electron không liên kết với các hạt nhân nhất định. Tiếp theo đó toàn bộ sách giáo khoa được xây dựng một cách suy diễn trên cơ sở của mô hình đó.Cách trình bầy như vậy dẫn đến tri thức của học sinh bị thiếu sót nhiều. Một trong những thiếu sót chủ yếu là học sinh tiếp nhận mô hình cấu trúc kim loại như một cấu trúc trừu tượng nào đó đối với đối tượng thực mà như chính bản thân đối tượng được một người nào đó nhìn thấy và miêu tả lại. Điều đó lại dẫn tới chỗ học sinh tuyệt đối hóa hình thức mà không biết đến cơ sở thực nghiệm của mô hình đó. Kết quả là các em không được tự do nắm tài liệu và không thể giải thích được mối mâu thuẫn với quan niệm đã miêu tả về cấu trúc của kim loại. Chúng tôi cho rằng việc trình bầy của sách giáo khoa theo phương pháp mô hình: “Những sự kiện khởi đầuđ mô hình giả thiếtđ những hệ quả được rút ra một cách lôgicđkiểm tra bằng thực nghiệm các kết quả” sẽ có tác dụng tốt trong việc phát huy năng lực tư duy sáng tạo của học sinh. Trước hết học sinh phải biết được những sự kiện ban đầu nào được dùng làm cơ sở để xây dựng nên mô hình vật lý này hay khác. Từ những sự kiện ban đầu đó bằng cách trực giác người ta chuyển sang xây dựng mô hình với tư cách ban đầu là một giả thuyết. Từ mô hình này bằng cách suy diễn người ta rút ra được những hệ quả, những hệ quả này được kiểm tra bằng thực nghiệm. Giả thuyết biến thành lý thuyết khi người ta thu được những chứng minh bằng thực nghiệm tính đúng đắn của những hệ quả được rút ra từ những giả thuyết đó. Những sự kiên thực nghiệm nào mâu thuẫn với lý thuyết sẽ được dùng làm nền tảng để xây dựng một mô hình vật lý trừu tượng mới. 1.3.5. Thực trạng sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý 1.3.5.1. Nhận thức của giáo viên về mô hình và phương pháp mô hình Chúng tôi đã tìm hiểu thực sử dụng PPMH trong dạy học vật lý ở trường phổ thông bằng phiếu tìm hiểu (phụ lục1). Kết quả thống kê các phiếu điều tra này như sau: Tổng số giáo viên được hỏi ý kiến là 43 người, trong đó: Thâm niên dạy học hơn 10 năm: chiếm 60 % tổng số giáo viên được hỏi ý kiến. Thâm niên dạy học ít hơn 10 năm: chiếm 40 % tổng số giáo viên được hỏi ý kiến. Số giáo viên nữ được hỏi: chiếm 63 % tổng số giáo viên được hỏi ý kiến. 2) Quan niệm mô hình theo nghĩa hẹp (chỉ là mô hình vật chất): 20/43 (chiếm 47%). 3) Quan niệm mô hình theo nghĩa đầy đủ (vừa là mô hình vật chất, vừa là mô hình tư duy: 23/43 (chiếm 53%). 4) Quan niệm mô hình chỉ là phương tiện nhận thức: 22/43 (chiếm 51%). 5) Quan niệm mô hình chỉ là nội dung nhận thức: 7/43 (chiếm 16%). 6) Quan niệm mô hình vừa là phương tiện, vừa là nội dung nhận thức: 14/43 (chiếm 33%). 7) Các mô hình thường được giáo viên sử dụng trong dạy học: Mô hình chuyển động Braonơ, mô hình đường cảm ứng từ của nam châm thẳng, mô hình máy phát điện xoay chiều 3 pha, mẫu nguyên tử Rơzơfo, mô hình đường sức, mô hình đường cảm ứng từ và mô hình thuyết động học phân tử về cấu tạo chất. Từ các kết quả điều tra như trên, chúng ta có thể thấy rằng: - Có gần tới một nửa trong tổng số giáo viên được hỏi cho rằng mô hình là một sự vật hiện tượng cụ thể nhằm minh hoạ cho ta hiểu rõ hơn một hiện tượng khác nào đó. - Họ cho rằng mô hình là phương tiện dạy học, phương tiện nhận thức mà không thấy được rằng mô hình vừa là nội dung nhận thức, vừa là phương tiện nhận thức. - Chỉ có 25% hiểu được đầy đủ vai trò của mô hình trong dạy học vật lý và trong nghiên cứu vật lý. 1.3.5.2. Thực tế sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý Qua phiếu tìm hiểu như ở phụ lục 1, chúng ta thấy được rằng: - Chỉ một số ít giáo viên giảng dạy PPMH một cách tường minh. - Các mô hình được họ sử dụng chủ yếu vẫn là mô hình vật chất (mô hình chuyển động Braonơ, mô hình máy phát điện xoay chiều ba pha). Một số mô hình hình lý thuyết cũng đã được sử dụng nhưng còn rất hạn chế. Kết luận chương 1 Trên đây, chúng tôi đã trình bày những cơ sở lý luận của việc dạy học theo phương pháp mô hình. Từ những vấn đề đó, có thể rút ra một số kết luận sau đây: - Bồi dưỡng cho học sinh phương pháp nhận thức bộ môn là nhiệm vụ dạy học ở trường phổ thông. PPMH là phương pháp đặc thù của nhận thức vật lý, cần thiết phải đưa vào nội dung của dạy học vật lý. Dạy học theo PPMH sẽ nâng cao được chất lượng nắm vững kiến thức, tạo cơ sở ban đầu cho việc phát triển năng lực sáng tạo của học sinh. - Phân tích vai trò của PPMH trong sự phát triển của vật lý học và trong dạy học vật lý. - Phân tích cấu trúc của PPMH, bao gồm các hành động và thao tác tư duy, thao tác thực hành. Đưa ra được sơ đồ cấu trúc của PPMH phù hợp với năng lực nhận thức của học sinh THPT, xem đó là nội dung của PPMH cần dạy học trong trường phổ thông. - Chúng tôi đã đưa ra 5 mức độ sử dụng PPMH trong dạy học vật lý phổ thông, có thể áp dụng linh hoạt theo trình độ của học sinh. - Chứng tỏ rằng đồ thị vật lý có thể coi như một mô hình lý thuyết được sử dụng rộng rãi trong vật lý học, cần được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi với tư cách là một mô hình. Chương 2 Tổ chức dạy học chương “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng” vật lý lớp 10 Trung học phổ thông theo phương pháp mô hình 2.1. Quan điểm về phương pháp nhận thức trong xây dựng chương trình vật lý phổ thông Phương pháp, từ gốc tiếng Hy Lạp “methodos” có thể hiểu theo nghĩa chung là tập hợp những thủ pháp, những cách thức, những con đường bao gồm các thao tác thực hành hay lý thuyết để đạt đến mục đích nào đó.[19] Tuỳ thuộc vào mục đích của hành động mà phương pháp có những nghĩa hẹp khác nhau. Nếu mục đích của hành động là tìm ra những chân lý khách quan thì tập hợp các cách thức, con đường, phương tiện và các bước mà trí tuệ phải đi theo để đạt đến mục đích đó gọi là phương pháp nhận thức khoa học. 2.1.1. Quan điểm mô hình hoá trong nhận thức khoa học[26] Cùng với sự phát triển chung của khoa học, vật lý lượng tử và cơ học tương đối tính dẫn đến sự phải xem xét lại các nguyên tắc khoa học luận. Trước đây các nhà khoa học duy thực đã xem hoạt động khoa học như là công việc khám các định luật của tự nhiên, cũng giống như hoạt động của các nhà thám hiểm tự nhiên phát hiện được các miền đất lạ chưa ai biết. Các nhà thực chứng luận thì cũng vậy, nhưng chỉ giới hạn hoạt động này trong phạm vi xem xét các sự kiện quan sát được mà thôi. Họ chỉ tin tưởng ở những gì có thể quan sát và đo lường trực tiếp. Ngày nay với vật lý lượng tử, khi mà các định luật của cơ học cổ điển không còn có thể áp dụng được nữa cho các hạt vi mô thì cái phương cách nhìn thực tại theo các quan điểm duy thực và thực chứng đã bị đảo lộn. Các quan điểm này hạn chế khả năng của con người tiếp tục đi sâu vào nhận thức thế giới. Một đường lối tiếp cận cái mới được gợi lên từ câu nói sau đây của Albert Einstein: “Trong nỗ lực để thấu hiểu vũ trụ của chúng ta, chúng ta phần nào giống như một người cố gắng chiêm ngưỡng cái cơ cấu của một chiếc đồng hồ được che kín. Anh ta chỉ nhìn mặt đồng hồ, xem các kim chuyển động, nghe tiếng tích tắc, nhưng không có cách nào mở cái hộp đựng máy ra. Nếu anh ta là một kỹ sư, anh ta có thể hình dung một hình ảnh nào đó của cái chi phối tất cả cái mà anh ta quan sát, nhưng anh ta không bao giờ tin chắc rằng cái hình ảnh ấy là duy nhất có thể giải thích được các quan sát của mình. Anh ta sẽ không bao giờ có điều kiện đối chiếu cái hình ảnh đó với cái cơ cấu thực và thậm chí anh ta cũng không thể hình dung được cái khả năng hay cái ý nghĩa của một sự đối chiếu như thế”. Phê phán các quan điểm của chủ nghĩa quy nạp, khoa học luận hiện đại khẳng định rằng: quan sát không phải là sự ghi chụp các sự kiện một cách bàng quang, hững hờ, thụ động. Cũng như mọi hành động của con người, quan sát là có động cơ và được hoạch định bởi những cái mà người quan sát mong đợi: những cái khẳng định, những cái bác bỏ, những cái làm mất cân bằng. Sự quan sát lệ thuộc vào khuôn khổ lý thuyết hướng dẫn và người quan sát, cho phép người quan sát tổ chức sự quan sát và thí nghiệm. Và ngược lại, lý thuyết khoa học được coi như những phỏng đoán hoặc giả định, cần được kiểm tra tính có thể chấp nhận được, bằng cách đối chiếu với quan sát và thí nghiệm. Khoa học được coi như một tập hợp các giả thuyết nhằm mô tả hoặc giải thích sự hoạt động của những bộ phận nhất định của thế giới. Trong khoa học hiện đại, lý thuyết khoa học là những cái được phát minh, được xây dựng, là những sản phẩm của hoạt động của con người. Kiến thức chỉ tồn tại trong tư duy, nó không phải là những cái đã có sẵn để được phát hiện, mà là cái được con người xây dựng. Chẳng hạn toán học chỉ tồn tại trong tư duy của các nhà toán học sản xuất ra nó hoặc trong tư duy của tất cả những ai hiểu toán và dùng toán. Cũng như vậy trong vật lý, mỗi kiến thức lý thuyết về thực tế khách quan là cái được con người xây dựng để biểu đạt thực tế đó. Kiến thức khoa học là một cái được xây dựng và là cái biểu trưng của thực tại. Các lý thuyết khoa học được xem như những mô hình được con người xây dựng nên để biểu đạt thực tế đó. Khái niệm “mô hình”, theo định nghĩa chung nhất của nó thì là một cái gì đó (một vật thể, một sự biểu đạt hình tượng, một phương trình...) thay thế cho cái nguyên gốc, nó cho phép thay thế cái nguyên gốc này bởi sự trung gian giúp cho dễ hiểu hơn, dễ đạt tới hơn đối với nhận thức. Quan hệ giữa mô hình với thực tế có thể hoặc là sự tương tự về hình thức bề ngoài hoặc là sự tương tự của cái cấu trúc bị che khuất, hoặc là sự tương tự chức năng, hiệu quả. Khi nói: các lý thuyết khoa học được xem như những mô hình được con người xây dựng nên để biểu đạt thực tế khách quan thì khái niệm mô hình ở đây được dùng với nghĩa “mô hình biểu trưng trừu tượng: đó là một hệ gắn bó, cấu trúc bởi các khái niệm, các khái niệm này liên hệ với nhau bởi một tập hợp các quy tắc tổ chức gọi là quy tắc cú pháp”. Mô hình được con người (nhà khoa học) xây dựng nên, sáng tạo ra. Nhưng điều đó không có nghĩa là nó có thể tuỳ tiện. Những mô hình xây dựng nên phải được hợp thức hoá, nghĩa là cần kiểm tra lại để xác nhận tính có thể chấp nhận được của nó. Quá trình hợp thức hoá dựa trên các hoạt động lý thuyết và thực nghiệm trong mối quan hệ biện chứng với nhau: kết quả của sự vận hành mô hình (các thao tác tư duy: tuân theo mối liên hệ cú pháp, liên hệ lôgic) được đối chiếu với kết quả của thí nghiệm (thao tác thể chất, vật thể: tuân theo mối liên hệ thực tiễn). Mô hình chỉ được coi là hợp thức (là có hiệu lực), nếu có sự phù hợp giữa các kết quả đó (trong quá trình hợp thức hoá mô hình, từ các thí nghiệm, trong những điều kiện nhất định, lại sẽ có thể nẩy sinh những cái dị thường, cấu thành những vấn đề mới cần giải quyết và sự giải quyết những vấn đề mới này kéo theo sự vượt lên tiếp theo về lý thuyết và thực nghiệm trong một quá trình biện chứng của sự phát triển khoa học. 2.1.2. Thực nghiệm vật lý và xây dựng tri thức vật lý trong dạy học theo quan điểm khoa học luận hiện đại Khoa học luận hiện đại đã dẫn đến một quan điểm mới mẻ về quá trình giảng dạy các khoa học. Nếu như chủ nghĩa quy nạp trong dạy học tìm cách tổ chức các thí nghiệm để chứng tỏ sự hiển nhiên của các định luật thì lý luận dạy học hiện đại đòi hỏi việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý phải quán triệt luận điểm cơ bản sau đây[14]: Vật lý học cần được học tập với tính cách là một khoa học mô hình hoá. Những khái niệm được nghiên cứu trong vật lý học có được ý nghĩa của chúng từ trong hoạt động mô hình hoá. Quan sát và thực nghiệm được thực hiện trong quá trình xây dựng tri thức khoa học theo con đường biện chứng: “Đề xuất vấn đề - suy đoán giải pháp - khảo sát lý thuyết và / hoặc thực nghiệm - kiểm tra vận dụng kết quả (xem xét tính có thể chấp nhận được của các kết quả tìm được) trên cơ sở vân dụng chúng để giải thích, tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm” (chứ không phải là đơn thuần theo con đường kinh nghiệm cảm tính, quy nạp chủ nghĩa). Quá trình xây dựng tri thức như trên thể hiện mối liên hệ biện chứng giữa hành động lý thuyết và hành động thực nghiệm, giữa suy diễn và quy nạp, giữa tư duy lôgic và tư duy trực giác. Xét trên bình diện khoa học, quan sát và thí nghiệm chỉ có nghĩa trong mối liên hệ với lý thuyết. Chính lý thuyết đã cho phép tổ chức quan sát và thí nghiệm. Nhưng chính nhờ quan sát và thí nghiệm mới có cơ sở đảm bảo tính hợp thức (tính có thể chấp nhận được) của lý thuyết và là cơ sở cho sự phát triển của các thuyết khoa học mới, một khi các thuyết cũ không còn phù hợp với thực nghiệm. Dạy học vật lý phải làm sao đáp ứng được những đòi hỏi của nói trên của khoa học vật lý. Quá trình dạy học phải làm sao cho học sinh hiểu đúng đắn vật lý học, phân biệt cái mô hình và cái thực tế: các tri thức về thực tế khách quan được xem như các mô hình hợp thức được xây dựng để biểu đạt thực tế đó: quá trình nhận thức khoa học thực tế khách quan là quá trình xây dựng mô hình của thực tế khách quan và hợp thức hoá mô hình đó (kiểm tra tính có thể chấp nhận được của mô hình, nhờ đảm bảo mối liên hệ biện chứng giữa hành động lý thuyết và hành động thực nghiệm, giữa suy diễn và quy nạp). Thực nghiệm vật lý trong dạy học nếu được sử dụng trong tiến trình xây dựng tri thức đáp ứng những đòi hỏi vừa nêu thì sẽ thoát khỏi sơ đồ quy nạp chủ nghĩa cổ truyền. Nó không còn chỉ là đóng vai trò chứng tỏ sự hiển nhiên của định luật. Thực nghiệm vật lý trong mối liên hệ biện chứng với lý thuyết, có vai trò quan trọng trong tiến trình xây dựng tri thức khoa học. Tiến trình đó gồm các pha sau: a) Đề xuất vấn đề: Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng hy vọng có thể tìm tòi xây dựng được. b) Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát cho phép đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được để đi tới cái cần tìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra mà nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm. c) Khảo sát lý thuyết và / hoặc thực nghiệm: Vận hành mô hình (giải bài toán) rút ra kết luận lôgic về cái cần tìm và / hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lượm các dữ liệu cần thiết và xem xét, rút ra kết luận về cái cần tìm. d) Kiểm tra vận dụng kết quả: Xem xét tính có thể chấp nhận được của các kết quả tìm đượctrên cơ sở vận dụng chúng để giải thích, tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm. Xem xét sự cách biệt giữa kết luận có được nhờ suy luận lý thuyết (mô hình hệ quả lôgic) với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm (mô hình xác nhận) để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát từ khi thấy chưa có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi, xây dựng cái cần tìm. Sự đối chiếu các kết quả suy luận lý thuyết từ mô hình xuất phát và các kết quả thu được từ giá trị đo được trong thí nghiệm là sự thử nghiệm cơ bản về sự hợp thức của mô hình. Nếu không có sự phù hợp của các kết quả đó thì sẽ dẫn tới hoặc là phải xem lại điều kiện thí nghiệm, hoặc là phải xem lại sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát, đặc biệt là phải xem nó có tương thích với trường thực nghiệm quy chiếu hay không. Như vậy là thí nghiệm được thiết kế và tiến hành ở pha thứ ba và / hoặc thứ tứ của tiến trình xây dựng tri thức nói trên. Nhờ thí nghiệm thu được những dữ liệu cho phép xây dựng mô hình xác nhận và đối chiếu với kết quả suy luận lý thuyết (mô hình hệ quả lôgic). Một sự không ăn khớp của suy luận lý thuyết và kết quả thí nghiệm sẽ dẫn đến những sự điều chỉnh, sửa đổi cần thiết hoặc đối với mô hình, hoặc đối với thí nghiệm. Quá trình cứ diễn ra như vậy một cách biện chứng cho tới khi xây dựng được mô hình hợp thức. Trong dạy học, nếu tri thức khoa học được xây dựng như vậy sẽ hình thành ở học sinh một cách hiểu không cứng nhắc, luôn luôn kiểm tra, tìm tòi phát triển tri thức, xây dựng tri thức ngày một sâu sắc hơn, mô hình sau khái quát hơn mô hình trước. Tóm lại, cần thiết phải nghiên cứu việc sử dụng thực nghiệm trong quá trình dạy học vật lý, sao cho phù hợp với khoa học luận hiện đại của vật lý: coi trọng vai trò của thực nghiệm trong tiến trình xây dựng tri thức theo quan điểm mô hình hoá, đảm bảo mối liên hệ biện chứng giữa hành động lý thuyết và hành động thực nghiệm, giữa suy diễn và quy nạp trong quá trình xây dựng tri thức khoa học. 2.1.3. Quan điểm về phương pháp nhận thức trong xây dựng chương trình vật lý phổ thông [19] Theo các nhà sư phạm, quan điểm về phương pháp nhận thức trong xây dựng chương trình vật lý phổ thông, đó là: - Phương pháp không thể tách rời nội dung, mà phải phù hợp với nội dung. Để tiếp nhận mỗi phần nội dung phải có những phương pháp đặc thù. Vì vậy, việc dạy phương pháp nhận thức khoa học nào cho học sinh cần phải được lựa chọn kỹ càng sao cho phù hợp với nội dung khoa học của phần đó. Ví dụ phương pháp thực nghiệm được sử dụng để xây dựng hầu hết các định luật cơ học thì dạy học phần cơ học là điều kiện tốt để bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh. Thuyết động học phân tử được xây dựng chủ yếu bằng phương pháp mô hình thì dạy học nội dung này là điều kiện tốt để bồi dưỡng cho học sinh PPMH. - Trong nhận thức vật lý của học sinh phổ thông, có những phương pháp nhận thức đặc thù của vật lý học, đó là: Phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình. Học sinh cần phải nắm được cấu trúc của phương pháp thực nghiệm, vai trò của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của vật lý học. Khi học sinh nhận thức kiến thức theo phương pháp thực nghiệm, một loạt các thao tác tư duy lôgic và thực hành được luyện tập, khả năng phân tích, so sánh đối chiếu, tổng hợp, trừu tượng hoá, khái quát hoá, cụ thể hoá...được bộc lộ; óc quan sát, trí xét đoán cũng như ký năng kỹ xảo thực hành thí nghiệm được rèn luyện. Về mặt giáo dục, học sinh được học tập tác phong làm việc khoa học, ngăn nắp, có kế hoạch, tính trung thực và giáo dục lòng say mê khoa học, ham tìm hiểu. Học sinh còn hiểu được các mô hình vật lý được tạo ra bằng cách nào, sử dụng chúng ra sao để giải thích các hiện tượng và quá trình vật lý, các thuyết được xây dựng trên mô hình như thế nào? Học sinh phải biết trong vật lý các kết luận khái quát được rút ra từ những luận đề khoa học riêng lẻ như thế nào và ngược lại từ những định luật vật lý tổng quát, các hệ quả được suy ra như thế nào? Học sinh phải biết làm việc với sách giáo khoa, bảng tra cứu, sách tra cứu. Có lòng yêu thích khoa học, hứng thú học tập vật lý, có ý thức vận dụng những hiểu biết về vật lý vào cuộc sống và lao động. 2.2. Vị trí, mục tiêu của chương “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng” Trong chương trình vật lý trung học phổ thông CCGD, phần vật lý phân tử và nhiệt học gồm 5 chương. Chương “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng” và chương “Nội năng của khí lý tưởng” được đưa vào cuối chương trình lớp 10, 3 chương còn lại được đưa vào đầu chương trình trình lớp 11 (nghiên cứu các tính chất của chất rắn và chất lỏng). Chương “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng” - nghiên cứu các hiện tượng nhiệt về mặt hiện tượng và cơ chế có thể xem như phần mở đầu của nhiệt học. Mục tiêu chính của chương là: a) Kiến thức: Yêu cầu học sinh nắm được các kiến thức sau đây: - Các khái niệm: mô hình vật lý, lượng chất, nguyên tử gam, phân tử gam, số Avôgađrô, khí lý tưởng, khí thực, độ không tuyệt đối và nhiệt độ tuyệt đối, phương trình trạng thái của khí lý tưởng, nhiệt độ. - Các định luật: Bôilơ-Mariôt, Sáclơ, Gayluyxăc. - Các mô hình: thuyết động học phân tử về cấu tạo chất, các trạng thái cấu tạo chất, khí lý tưởng. Các mô hình toán học về phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử về chất khí lý tưởng, phương trình trạng thái của khí lý tưởng. Các mô hình ký hiệu (đồ thị) biểu diễn các định luật Bôilơ-mariôt, định luật Sáclơ. - Phương pháp vật lý: sử phương pháp mô hình trong chương ở mức độ 2 và mức độ 3 đối với mô hình biểu tượng; mức độ 4 và mức độ 5 đối với mô hình ký hiệu. b) Về kỹ năng: - Kỹ năng xây dựng và vận hành mô hình vật lý: giải thích và tiên đoán các hiện tượng. - Kỹ năng thực hành thí nghiệm kiểm tra. - Kỹ năng giải một số bài tập vật lý về chất khí. c) Về thái độ: - Hứng thú với việc phát hiện ra quy luật của vô số các hiện tượng xảy một cách hoàn toàn ngẫu nhiên; bước đầu hiểu được bản chất vật lý, cơ chế của một số khái niệm, hiện tượng. - Có thái độ đúng đắn hơn đối với vai trò của lý thuyết vật lý. - Có sự thích thú khi dùng suy diễn tìm ra được một quy luật. 2.3. Nội dung, cấu trúc của chương “Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng” a) Nội dung, cấu trúc theo sách giáo khoa vật lý lớp 10 hiện hành Chương này kế thừa và phát triển những kiến thức học sinh đã có ở trường Trung học cơ sở về thuyết động học phân tử, dùng thuyết này để tìm hiểu các tính chất của khí lý tưởng. Chương gồm hai nội dung chính: - Nội dung chính thứ nhất là thuyết động học phân tử. ở đây chỉ yêu cầu học sinh nắm chắc những quan điểm cơ bản của thuyết, không đưa ra phương trình cơ bản cũng như các hằng số cơ bản của thuyết. Việc dùng thuyết động học phân tử để giải thích cơ chế của các định luật thực nghiệm của chất khí không phải là nội dung chính của chương, vì không thể dùng những quan điểm cơ bản của thuyết để giải thích một cách định lượng các định luật này. - Nội dung chính thứ hai và là nội dung cơ bản nhất của chương là các định luật thực nghiệm về khí lý tưởng và phương trình trạng thái của khí lý tưởng. Để tập trung vào kiến thức cơ bản nhất của chư