Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình dạy học chương ' thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng" vật lý lớp 10 trung học phổ thông

Mở đầu
1. Lý do chọn đề tài
Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nớc là mục tiêu hàng đầu trong đờng lối xây
dựng phát triển của nớc ta, "Đến năm 2020 đất nớc ta về cơ bản phải trở thành nớc
công nghiệp"[27]. Muốn thực hiện thành công sự nghiệp này, chúng ta phải thấy
rõ nhân tố quyết định thắng lợi chính là nguồn nhân lực con ngời Việt Nam. Nền
giáo dục của ta không chỉ lo đào tạo cho đủ về số lợng mà cần quan tâm đặc biệt
đến chất lợng đào tạo.
Trớc tình hình đó, nhiệm vụ quan trọng đề ra cho các môn học trong trờng phổ
thông là phải làm sao cho khi vào đời, bắt tay tham gia vào lao động sản xuất hoặc
lao động trong một ngành khoa học kỹ thuật nào đó, học sinh có thể nhanh chóng
tiếp thu đợc cái mới, mau chóng thích ứng với trình độ hiện đại của khoa học và
kỹ thuật. Để làm đợc điều đó, ngoài việc trang bị cho học sinh vốn kiến thức, kỹ
năng tối thiểu cần thiết, các môn học cần phải tạo ra cho họ một tiềm lực để họ có
thể đi xa hơn những hiểu biết mà họ đã thu lợm đợc trong nhà trờng. Tiềm lực đó
chính là khả năng giải quyết những vấn đề mà sản xuất và đời sống đặt ra cho họ,
là khả năng tự vạch ra đờng đi để đạt tới những nhận thức mới. Tiềm lực đó nằm
trong phơng pháp t duy và hành động một cách khoa học. Do đó vấn đề bồi dỡng
cho học sinh các phơng pháp nhận thức khoa học đã trở thành nhiệm vụ quan
trọng của các môn học trong nhà trờng phổ thông.
Chỉ trên cơ sở dạy cho các em các phơng pháp nhận thức khoa học chúng ta

mới có thể làm cho các em biết học tập một cách chủ động, mới rèn luyện đợc trí
thông minh, sáng tạo ở các em. Nhng việc rèn luyện trí thông minh sáng tạo trong
dạy học ở trờng phổ thông nớc ta hiện nay còn mới mẻ, đang còn nhiều khó khăn
cả về lý luận lẫn thực tiễn.
Để đạt đợc mục đích đó, chúng ta cần phải nghiên cứu, áp dụng và liên tục cải
tiến các phơng pháp giảng dạy. Nền giáo dục của nớc ta hiện nay đã sử dụng một
1
số phơng pháp dạy học mang lại những hiệu quả nhất định nh phơng pháp thực
nghiệm, phơng pháp đàm thoại nêu vấn đề, phơng pháp diễn giảng...
Phơng pháp mô hình (PPMH) là một trong những phơng pháp nhận thức khoa
học và đã đợc vận dụng vào trong dạy học. Khi nghiên cứu những hiện tợng Vật lý
xảy ra trong thế giới vi mô, nhất là trong dạy học vật lý, chúng tôi đặc biệt quan
tâm tới PPMH.
PPMH ngày càng trở nên quan trọng không những trong Vật lý mà cả trong
những ngành khoa học tự nhiên và xã hội khác. Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề
tài: Nghiên cứu sử dụng phơng pháp mô hình trong dạy học chơng Thuyết
động học phân tử và chất khí lý tởng vật lý lớp 10 trung học phổ thông .
2. Mục đích nghiên cứu
Sử dụng PPMH trong dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí
lý tởng nhằm góp phần nâng cao chất lợng dạy học vật lý trong trờng THPT.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
- PPMH: Trong nghiên cứu vật lý và trong dạy học vật lý.
- Hoạt động dạy và học vật lý của giáo viên và học sinh ở trờng THPT.
- Quá trình dạy học vật lý chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng
lớp 10 THPT Tĩnh gia II.
4. Giả thuyết khoa học
- Có thể sử dụng PPMH ở các mức độ khác nhau để dạy học chơng Thuyết
động học phân tử và chất khí lý tởng.
- Việc dùng PPMH dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý t-
ởng sẽ mang lại kết quả học sinh không những nắm vững sâu sắc kiến thức của
mình mà còn đợc bồi dỡng PPMH của nhận thức vật lý.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
2
- Tìm hiểu lý thuyết về MH và PPMH trong nghiên cứu vật lý và trong dạy học vật
lý.
- Nghiên cứu chơng trình và sách giáo khoa vật lý phần nhiệt học.
- Tìm hiểu thực trạng nhận thức về PPMH và sử dụng PPMH trong dạy học vật lý
ở trờng phổ thông.
- Thiết kế các phơng án dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý t-
ởng theo PPMH.
- Thực nghiệm s phạm các phơng án đã xây dựng.
6. Phơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý luận:
+ Các văn kiện của Đảng và Nhà nớc, của Bộ giáo dục và đào tạo có liên
quan đến vấn đề nghiên cứu.
+ Các tài liệu, công trình liên quan đến hớng nghiên cứu.
- Nghiên cứu tình hình thực trạng trên đối tợng cụ thể: Dự giờ, quan sát việc
dạy của giáo viên và việc học của học sinh trong quá trình thực nghiệm s phạm.
- Thực nghiêm s phạm: Thực hiện các bài dạy đã thiết kế, so sánh với lớp đối
chứng để rút ra những cần thiết, chỉnh lý thiết kế đề xuất hớng áp dụng vào thực
tiễn, mở rộng kết quả nghiên cứu.
7. Kết quả nghiên cứu
Qua quá trình triển khai đề tài: Nghiên cứu sử dụng phơng pháp mô hình trong
dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng vật lý lớp 10 THPT,
chúng tôi đã thu đợc một số kết quả nh sau:
- Về mặt lý luận:
+ Nhận thức đợc cấu trúc của PPMH, vai trò của PPMH trong nghiên cứu vật lý
và trong dạy học vật lý.
+ Nắm đợc các bớc cơ bản vận dụng PPMH trong dạy học vật lý.
- Về mặt nghiên cứu ứng dụng:
3
+ Sắp xếp lại nội dung một số vấn đề chơng Thuyết động học phân tử và chất
khí lý tởng để thực hiện dạy học theo PPMH.
+ Xây dựng, thiết kế các giáo án chơng Thuyết động học phân tử và chất khí
lý tởng theo PPMH.
+ Thực nghiệm s phạm: chúng tôi nhận thấy, có thể tiến hành dạy học chơng
Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng theo PPMH, nhờ đó học sinh làm
quen với PPMH -phơng pháp nhận thức quan trọng của vật lý học.
8. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, phần phụ lục và tài liệu tham khảo, luận văn có
3 chơng sau:
Chơng 1: Cơ sở lý luận của đề tài
Chơng 2: Tổ chức dạy học chơng Thuyết động học phân tử và chất khí lý tởng
vật lý lớp 10 THPT theo PPMH.
Chơng 3: Thực nghiệm s phạm
Chơng 1.
Cơ sở lý luận của đề tài
1.1. Mô hình
4
1.1.1. Khái niệm về mô hình
Khái niệm mô hình đợc sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thông dụng hàng ngày
với những ý nghĩa rất khác nhau. Trong các môn khoa học tự nhiên học sinh thờng
gặp mô hình tế bào, mô hình lò cao, mô hình động cơ đốt trong, tức là vật chất có
cấu tạo không gian giống nh vật mà ta cần nghiên cứu. Mô hình phân tử, mô hình
nguyên tử lại mô tả những vật thể mà ta chỉ biết đợc những tính chất của chúng
chứ không quan sát trực tiếp đợc. Mô hình quá trình dạy học, mô hình bài học lại
không phản ánh một vật thể nào cả mà phản ánh một sự kiện trừu tợng. Mô hình
con ngời mới, mô hình nhà trờng phổ thông đợc hiểu là mẫu mực mà ta phải vơn
tới chứ không phải là phỏng theo một thực thể đang tồn tại.
Trong vật lý học, V.A Stôphơ đã định nghĩa mô hình nh sau: Mô hình là một
hệ thống đợc hình dung trong óc hay đợc thực hiện một cách vật chất, hệ thống
đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tợng nghiên cứu hoặc tái tạo nó,
bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối t-
ợng [33].
Theo định nghĩa này, cần đặc biệt chú ý đến sự khác biệt giữa mô hình với đối
tợng vật chất. Một mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tợng vật chất.
Cùng một đối tợng vật chất nhng có thể có nhiều mô hình khác nhau. Nh vậy mô
hình không đồng nhất với đối tợng mà nó phản ánh.
Còn theo Halbwachs thì định nghĩa Những dấu hiệu bao gồm trong các hình
vẽ, các giản đồ, các ký hiệu toán học hay đơn giản hơn, những mệnh đề đợc
thành lập bởi các từ, những hệ thống sẽ đợc dùng để biểu diễn cảnh huống. Với
một hệ thống các dấu hiệu nh thế, chúng ta gọi là một mô hình[29].
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 tợng, một phơng 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 tơng tự về hình thức bề ngoài hoặc là sự tơng tự của cái cấu trúc bị
che khuất, hoặc là sự tơng tự chức năng, hiệu quả.
5
1.1.2. Các chức năng của mô hình
Nh chúng ta đã thấy, vai trò của một mô hình vật lý nhằm đảm bảo cho sự thấu
hiểu khoa học một đối tợng vật lý nào đó. Nh vậy, trong vật lý học mô hình có ba
chức năng chính sau đây:
a) Mô tả sự vật, hiện tợng.
b) Giải thích các sự kiện và hiện tợng có liên quan tới đối tợng.
c) Tiên đoán các sự kiện và hiện tợng mới.
Một mô hình không phải chỉ dùng để mô tả và giải thích các hiện tợng vật lý mà
hơn thế nữa, nó còn đợc dùng để tiên đoán những hiện tợng mới. Không có chức
năng tiên đoán này, mô hình mất đi vai trò quan trọng của nó trong khoa học.
Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng mô hình đờng cảm ứng từ trong dạy học về từ
trờng và hiện tợng cảm ứng điện từ (lớp 11). Mô hình đờng cảm ứng từ không
những biểu diễn đợc hớng mà còn cả độ lớn của lực từ ở mỗi điểm xung quanh
nam châm. Sử dụng mô hình đờng cảm ứng từ giúp ta phát hiện ra định luật cảm
ứng điện từ: dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một khung dây dẫn kín khi từ
thông qua thiết diện của khung dây biến thiên. Bằng mô hình đờng cảm ứng từ ta
còn có thể phát hiện ra một điều quan trọng là: không gian xung quanh dòng điện
cũng tồn tại từ trờng.
1.1.3. Tính chất của mô hình
Với t cách là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tợng
nghiên cứu, một mô hình có những tính chất cơ bản sau đây:
a) Tính tơng tự với vật gốc:
Một hệ thống chỉ có thể đợc coi là mô hình của vật gốc khi có thể chuyển đợc
những kết quả nghiên cứu trên mô hình sang vật gốc. Nghĩa là nó có sự tơng tự
giữa mô hình và vật gốc. Sự tơng tự đó có thể là đồng cấu hoặc đẳng cấu.
Sự tơng tự có thể thuộc loại cấu trúc, khi đó sự tơng tự chủ yếu ở mối quan hệ
giữa các phần tử của hai hệ thống. Ví dụ mô hình ảnh của một vật trên võng mạc:
6
quan hệ giữa phần này và phần kia của ảnh phản ánh đúng quan hệ giữa hai phần
tơng ứng của vật. Cũng có thể là sự tơng tự về chức năng, nghĩa là các phân tử t-
ơng ứng của hai hệ thống có chức năng giống nhau nhng cấu trúc có thể khác
nhau. Ví dụ mô hình ảnh tạo bởi thấu kính hội tụ và gơng cầu lõm dới những điều
kiện giống nhau là giống nhau và lại biết: có thể sử dụng một thấu kính hội tụ làm
vật kính trong chế tạo kính thiên văn. Từ đó, cũng có thể sử dụng gơng cầu lõm
làm vật kính trong mô hình kính thiên văn. Sự tơng tự cũng có thể giống nhau hay
na ná giống nhau ở kết quả các quá trình trong hai hệ thống. Thuộc loại cuối cùng
thờng thấy khi so sánh một hệ thống vật chất thực và sự diễn tả toán học của nó.
Các phần tử thuộc hai hệ thống này không có điểm nào giống nhau nhng kết quả
thu đợc trong quá trình biến đổi toán học lại phù hợp với kết quả thu đợc bằng
thực nghiêm. Ví dụ mô hình toán học diễn tả dao động điều hoà: sự tơng tự giữa
quy luật biến đổi của điện tích q trong mạch cũng giống nh quy luật biến đổi của
ly độ x trong dao động của con lắc lò xo.
Trong dạy học vật lý, tính chất tơng tự với vật gốc của mô hình có ý nghĩa quan
trọng: sử dụng tính chất này khi xây dựng mô hình, học sinh đợc rèn luyện một
loạt các thao tác t duy, đợc phát triển niềm tin vào mối liên hệ có tính khái quát,
có tính quy luật của các sự vật, hiện tợng tự nhiên đa đạng, phong phú. Sử dụng
tính chất này còn góp phần nâng cao hiệu quả giờ học, thể hiện trớc hết ở tính sâu
sắc, tính hệ thống của các kiến thức vì nó tạo điều kiện cho học sinh liên hệ cái
cha biết với cái đã biết, phát hiện những mối liên hệ giữa các hệ thống khác nhau
ở các phần khác nhau của vật lý cũng nh những dấu hiệu giống nhau và khác nhau
của chúng.
b) Tính đơn giản:
Nh ta đã biết, thực tế khách quan vô cùng đa dạng và phong phú. Mỗi mô hình
chỉ phản ánh đợc một mặt nào đó của thực tế. Nhiều khi một hệ thống thực thể
khách quan phải dùng đến nhiều mô hình để phản ánh. Trong khi xây dựng mô
hình ta phải thực hiện các thao tác trừu tợng hóa, khái quát hóa những thao tác ấy
bao giờ cũng dẫn đến một sự đơn giản hóa vì rằng ta đã tớc bỏ những chi tiết thứ
7
yếu, chỉ còn lại những thuộc tính và những mối liên hệ bản chất. Nh vậy tính đơn
giản của mô hình là một tất yếu khách quan.
Mặt khác cũng nhờ tính đơn giản này của mô hình mà nhà nghiên cứu có thể
nắm chắc những vấn đề cơ bản nhất của thực tế khách quan, khái quát hóa chúng
mà rút ra những quy luật. Nếu không dùng những mô hình đơn giản để nghiên cứu
mà nghiên cứu ngay những hiện tợng thực tế phức tạp thì nhiều trờng hợp quy luật
bị lu mờ và nhà nghiên cứu có thể bị nhầm lẫn.
c) Tính trực quan:
Trớc hết tính trực quan của mô hình thể hiện ở chỗ dễ dàng nhận biết bằng các
giác quan. Ta có thể cảm giác, tri giác trực tiếp trên mô hình, nhng nhiều khi
không làm đợc việc đó trên các hiện tợng thực tế.
Tính trực quan cũng thể hiện ở chỗ ta đã vật chất hóa những tính chất, những
quan hệ không thể trực tiếp tri giác đợc. Thí dụ lực hút, lực đẩy giữa các phân tử đ-
ợc biểu diễn trên mô hình bằng cách gạch nối đậm hay mảnh, hoặc quy luật
chuyển động đợc biểu diễn bằng đồ thị vận tốc.
Khái niệm trực quan còn đợc mở rộng trong trờng hợp mô hình không trực tiếp
diễn tả hiện tợng thực tế mà so sánh với một hiện tợng thực tế khác mà ta có thể tri
giác bằng giác quan đợc. Ví dụ nh dùng mô hình sóng nớc để diễn tả sự giao thoa
của sóng ánh sáng mặc dù sóng ánh sáng hoàn toàn khác sóng nớc. Rõ ràng mức
độ trực giác gián tiếp loại này còn phụ thuộc vào vốn hiêủ biết của chính chủ thể,
do chủ thể đã tích lũy đợc từ trớc.
ý nghĩa của tính trực quan của mô hình trong dạy học thể hiện ở chỗ, làm cho
học sinh dễ hình dung các hiện tợng vật lý không thể quan sát trực tiếp đợc (Ví dụ
sử dụng con lắc lò xo để trực quan hoá quá trình xảy ra và sự biến đổi của các đại
lợng vật lý trong mạch dao dộng điện LC), dễ hiểu hơn các khái niệm trừu tợng (ví
dụ khi minh hoạ các khái niệm dòng điện và hiệu điện thế, có thể dùng dùng hình
ảnh dòng nớc chảy để trực quan hoá các kiến thức trên).
d) Tính quy luật riêng:
8
Khi xây dựng mô hình, ngời ta dựa vào sự tơng tự của nó với tình huống vật lý
mà nó phản ánh. Nhng bản thân mô hình có những tính chất riêng của nó đợc quy
định bởi tính chất của các phần tử của nó và mối quan hệ giữa các phần tử ấy. Mối
quan hệ ấy tuân theo quy luật riêng, nhiều khi không còn giống những quy luật chi
phối mối quan hệ giữa các phần tử trong tình huống vật lý nữa. Chẳng hạn nh mô
hình ký hiệu toán học tuân theo những quy luật toán học. Từ sự vận động của
những quy luật riêng này có thể rút ra những kết luận mới có khả năng chuyển tải
sang tình huống vật lý (vật gốc). Đơng nhiên rằng sự tiên đoán nàycó tính chất giả
thuyết, cần đợc kiểm tra lại.
Đây là giá trị nhận thức của mô hình. Nhờ tính chất này mà với mô hình ta
không chỉ dừng lại ở sự mô tả, tìm hiểu các tình huống vật lý mà còn phát hiện ra
những tính chất mới, cung cấp những thông tin mới.
e) Tính lý tởng:
Mô hình xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn. Nhng khi ta mô hình hóa một
vật, một mối quan hệ nào đó ta đã thực hiện một sự trừu tợng hóa, khái quát hóa,
phản ánh các thuộc tính của vật thể, hiện tợng khách quan ở mức độ hoàn thiện
cao, loại bỏ tất cả những ảnh hởng nhiễu trong nhận thức. Nh vậy mô hình nào
cũng có tính chất lý tởng ít hay nhiều. Nói cách khác không có mô hình nào giống
hệt thực tiễn bởi nếu mô hình hoàn toàn giống thực tế khách quan thì nó không
còn tính cách là vật đại diện, thay thế nữa. Một mô hình vật lý chỉ phản ánh đến
một mức độ nhất định một vài mặt của một tình huống vật lý.
Tính chất lý tởng của mô hình ngày càng cao thì mô hình càng khái quát và giúp
ta nhận thức đợc những nét chung nhất của hiện tợng và bao trùm đợc một số càng
lớn hiện tợng. Nhng càng khái quát, càng có tính lý tởng cao thì khi sử dụng mô
hình để nghiên cứu thực tế càng gặp nhiều khó khăn vì ta phải bổ sung vào cấu
trúc chung của mô hình rất nhiều yếu tố cụ thể phù hợp với các tính chất đối tợng
nghiên cứu.
1.1.4. Các loại mô hình sử dụng trong vật lý học
9
Ta có thể phân các mô hình vật lý ra làm hai loại [25, 130], [22, 27].
A) Mô hình vật chất:
Là mô hình trên đó phản ánh đặc trng cơ bản về mặt hình học, vật lý, động lực
học, chức năng học của đối tợng nghiên cứu.
Thí dụ: Mô hình máy bay, mô hình lò cao, mô hình động cơ đốt trong...Loại mô
hình này chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức khi cần hình thành
những biểu tợng hoặc thu thập kiến thức có tính chất kinh nghiệm. Những kiến
thức thu đợc trên mô hình là những tính chất bên ngoài của hiên tợng, của đối tợng
thực.
B) Mô hình lý tởng ( hay mô hình lý thuyết)
Là những mô hình trừu tợng, trên đó về nguyên tắc ngời ta chỉ áp dụng những
thao tác t duy lý thuyết. Các phần tử của mô hình và đối tợng nghiên cứu thực tế
có thể có bản chất vật lý hoàn toàn khác nhau nhng hoạt động theo những quy luật
giống nhau. Các mô hình lý thuyết có thể có rất nhiều loại tùy theo mức độ trừu t-
ợng khác nhau.
a) Mô hình ký hiệu:
Là dạng cụ thể nhất của mô hình lý tởng. Đó là hệ thống những ký hiệu dùng với
t cách là mô hình: hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các công thức, phơng trình toán
học. Chúng tôi chú ý đặc biệt đến hai loại mô hình ký hiệu là mô hình toán học và
mô hình đồ thị.
a
1
) Mô hình toán học: Là những mô hình có bản chất khác với vật gốc, chúng
diễn tả những đặc tính của vật gốc bằng một hệ thức toán học. Chẳng hạn nh tất cả
những đại lợng q biến thiên thỏa mãn phơng trình: q+

2
q = 0 đều biến thiên
theo một quy luật dao động điều hòa. Bởi vậy có thể dùng công thức đó là mô hình
của mọi dao động điều hòa không phụ thuộc vào bản chất của dao động. Mục đích
của mô hình hóa là thay thế đối tợng nghiên cứu bằng phơng trình sao cho có thể
thu đợc những thông tin cần thiết một cách dễ dàng nhất. Bởi vậy có thể ở giai
đoạn đầu của quá trình nhận thức xuất phát từ những yếu tố quan sát đợc (lực đàn
10
hồi) để xây dựng mô hình dao động cơ học, sau đó dùng mô hình để nghiên cứu
dao động điện không quan sát trực tiếp đợc.
Tuy mô hình toán có u điểm về sự chặt chẽ của toán học, có thể xét tới những
yếu tố ảnh hởng nhỏ nhất tham dự vào quá trình thực nghiệm, song sự chặt chẽ
này đồng thời lại là nhợc điểm của mô hình toán, vì nó có khoảng cách khá xa với
tính linh hoạt của các quá trình thực, nhất là các quá trình xã hội [4].
a
2
) Mô hình đồ thị: Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến mô hình đồ thị, là một loại
mô hình rất thông dụng trong nghiên cứu vật lý, đặc biệt là trong nghiên cứu thực
nghiệm, nhng cha đợc hiểu và sử dụng đúng mức.
Vai trò của đồ thị thể hiện rất rõ: Đồ thị biểu diễn một mối quan hệ giữa hai
hoặc ba đại lợng vật lý mô tả hiện tợng tự nhiên.
Nếu chỉ dừng lại ở việc giải thích hiện tợng theo quan điểm vĩ mô (theo hiện t-
ơng luận) thì trong nhiều trờng hợp, có thể dựa vào đồ thị để giải thích sự diễn
biến của hiện tợng. Chẳng hạn, ngời ta thờng dựa vào đặc tuyến vôn- ampe của
tranzito để chọn điểm làm việc của nó. Ngợc lại với một điểm làm việc nhất định,
thì dựa vào đặc tuyến vôn- ampe ta có thể biết trazito hoạt động ở chế độ tuyến
tính hay không tuyến tính.
Mỗi đồ thị không những chỉ phản ánh đơn thuần mối liên hệ hàm số giữa hai đại
lợng vật lý, mà nó mang nhiều thông tin quý báu ngoài mối liên hệ đó. đó chính là
chức năng tiên đoán của đồ thị. Đồ thị của đờng đẳng tích và đờng đẳng áp đã cho
ta tiên đoán sự tồn tại của độ không tuyệt đối.
Nếu một đồ thị có một cực đại (hay một cực tiểu) thì nó sẽ cho ta thấy có hai
yếu tố trái ngợc nhau chi phối hiện tợng mà ta xét. Đó chẳng hạn là trờng hợp đồ
thị thực nghiệm của sự phụ thuộc năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối
và bớc sóng.
Nh vậy, đồ thị vật lý hoàn toàn có đủ t cách là một mô hình lý thuyết của hiện t-
ợng vật lý.
11
Để cho đồ thị có ý nghĩa nh một mô hình độc lập chứ không phải chỉ là một
dạng để biểu diễn một công thức toán học, cần nói rõ cách xây dựng và sử dụng
riêng của đồ thị.
a
3
) Mô hình lôgic- toán: Mô hình này dựa trên ngôn ngữ toán học. Mô hình này
đợc sử dụng rộng rãi trên các máy tính điện tử. Có thể coi mô hình dùng trong
máy tính điện tử là mô hình ký hiệu đã đợc vật chất hóa. Những hiện tợng hoặc
quá trình cần nghiên cứu đợc mô hình hóa dới dạng chơng trình của maý tính,
nghĩa là hệ thống quy luật đã đợc mã hóa theo ngôn ngữ của máy, chơng trình này
có thể coi nh algorit của các hành vi của đối tợng nghiên cứu.
b) Mô hình biểu tợng:
Mô hình biểu tợng là dạng trừu tợng nhất của mô hình lý tởng. Những mô hình
biểu tợng không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà chỉ có trong t duy của
ta. Ta chỉ nêu algôrit đã tạo ra mô hình rồi hình dung nó trong óc chứ không cần
làm ra mô hình cụ thể. Với sự hình dung đó ngời ta có thể hiểu đợc hành vi của
mô hình (và do đó của đối tợng cần nghiên cứu) bằng cách suy luận lôgic. Thí dụ
mô hình phân tử trong thuyết động học phân tử của chất khí. Mô hình này mang
nhiều đặc tính không thể diễn tả bằng một vật cụ thể hay một ký hiệu (quả cầu đàn
hồi, có lực hút, lực đẩy, chuyển động hỗn loạn v.v...).
Mô hình lý thuyết nhiều khi đợc vật chất hóa dới một dạng nào đó để hỗ trợ cho
quá trình t duy. Ví dụ mô hình cấu tạo chất: vật chất đợc cấu tạo từ những hạt nhỏ
bé, riêng biệt, giữa các hạt có khoảng cách. Hiện tợng quan sát đợc trên mô hình
ngô-vừng khi chúng đợc trộn lẫn vào nhau có thể chuyển sang vật gốc rợu-n-
ớc.
Trong vật lý học những mô hình lý thuyết có tác dụng to lớn đối với quá trình
nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng. Mô hình ký hiệu và mô hình biểu t-
ợng trong sáng tạo khoa học vật lý liên quan mật thiết với nhau và có ảnh hởng
đến sự phát triển của nhau.
Tóm lại, chúng ta có thể xây dựng sơ đồ các loại mô hình nh ở hình 1 sau đây:
12
MÔ hình
MH lý thuyết
MH vật chất
MH ký hiệu
MH biểu tư
ợng
MH đồ thị MH lôgic toánMH toán học
Hình 1: Các loại MH sử dụng trong vật lý học
MH chức năngMH cấu trúc
1.2. Phơng pháp mô hình trong vật lý học
Trong phơng pháp mô hình, ngời ta dựng lại những tính chất cơ bản của vật thể,
hiện tợng, quá trình và mối quan hệ giữa chúng dới dạng mô hình. Việc nghiên
cứu trên mô hình sẽ thay thế cho việc nghiên cứu trên chính đối tợng thực tiễn,
những kết quả nghiên cứu trên mô hình sẽ chuyển sang cho những đối tợng gốc
cho phép ta thu đợc những thông tin mới về đối tợng gốc .
1.2.1 Cơ sở lý thuyết của phơng pháp mô hình
Cơ sở lý thuyết của phơng pháp mô hình là lý thuyết tơng tự. Theo phơng pháp
này ta dựa vào sự giống nhau một phần về các tính chất hay về các mối quan hệ
mà chuyển những thông tin thu thập đợc từ một đối tợng này sang một đối tợng
khác. Thuật ngữ đối tợng ở đây dùng theo nghĩa rộng chỉ một vật thể (hoặc hệ
vật thể) hoặc một hình ảnh (hoặc một hệ hình ảnh) trừu tợng hay một sơ đồ lôgic.
Giả sử có một đối tơng A mà ta biết có những tính chất a
1
, a
2
, a
3
...a
n+1
còn khi
nghiên cứu một đối tợng B ta chỉ mới thấy B có những tính chất a
1
, a
2
, a
3
...a
n
giống
13
nh đối tợng A ta có thể suy ra rằng B cũng có tính chất a
n+1
nh đối tợng A nếu nh
giữa a
1
, a
2
, a
3
...a
n+1
có một quy luật lôgic gắn bó.
Rõ ràng sự suy luận tơng tự trên chỉ có tính chất là một giả thuyết, là nguồn gốc
trí thức mới. Những giả thuyết đó chỉ trở thành nhận thức khoa học khi chúng đợc
kiểm tra và xác nhận bằng thực nghiệm.
Sở dĩ sự suy luận bằng phép tơng tự đạt đợc những kết quả đáng tin cậy trở thành
một phơng pháp có hiệu lực trong khoa học vì theo Kedrốp: Sự tơng tự có nguyên
nhân sâu xa là sự thống nhất bản chất bên trong của những hiện tợng khác nhau,
sự thống nhất có tính tổng quát của các định luật chung chi phối những định luật
riêng.
Trớc hết chúng tơng tự với nhau vì chúng tuân theo những mối quan hệ nhân
quả. Dựa trên sự tơng tự giữa các hệ quả mà ngời ta có thể đa ra sự tơng tự giữa
các nguyên nhân và ngợc lại. D.Didorot đã viết Trong vật lý học, tất cả những
hiểu biết của chúng ta đều dựa vào sự tơng tự nếu sự giống nhau về hệ quả mà
không cho phép ta kết luận về sự giống nhau về nguyên nhân thì khoa học vật lý
sẽ ra sao? Có cần phải đi tìm nguyên nhân của tất cả các hiên tợng tơng tự
không loại trừ gì hết? Liệu điều đó có thực hiện đợc không? Y học và những lĩnh
vực thực nghiệm của vật lý sẽ nh thế nào nếu không có nguyên lý tơng tự đó...Có
thể rút ra đợc kết luận gì từ rất nhiều sự kiện, thực nghiệm và quan sát?.
Trong lịch sử khoa học, phơng pháp tơng tự đã dẫn đến nhiều phát minh vĩ đại.
Đa số những giả thuyết khoa học ngày nay đều đợc đề xuất dựa trên sự tơng tự với
những nguyên lý, những tiên đề hoặc những kết quả đã có từ trớc trong khoa học
và đã đợc thực nghiệm xác nhận là đúng đắn.

1.2.2. Cấu trúc của phơng pháp mô hình trong vật lý học
Trong vật lý, phơng pháp mô hình có cấu trúc gồm 4 giai đoạn sau đây:
a) Nghiên cứu tính chất của đối tợng gốc:
14
Bằng quan sát thực nghiệm, ngời ta xác định đợc một tập hợp những tính chất
của đối tợng nghiên cứu. Giai đoạn này còn gọi là tập hợp các sự kiện ban đầu
làm cơ sở để xây dựng mô hình.
b) Xây dựng mô hình:
Thông thờng do kết quả của sự tơng tự ngời ta đi đến hình dung sơ bộ về sự vật,
hiện tợng cần nghiên cứu, tức là đi đến một mô hình sơ bộ, cha đầy đủ. Trong giai
đoạn này trí tởng tợng và trực giác giữ vai trò quan trọng. Nhờ có trí tởng tợng và
trực giác mà ngời ta mới trừu xuất đợc những tính chất và những mối quan hệ thứ
yếu của đối tợng nghiên cứu, thay nó bằng mô hình chỉ mang tính chất và những
mối quan hệ chính mà ta quan tâm. Mô hình lúc đầu mới có ở trong óc nhà nghiên
cứu. Nó trở thành mẫu dựa vào đó nhà nghiên cứu xây dựng những mô hình thật
(nếu nhà nghiên cứu dùng phơng pháp mô hình vật chất). Trong trờng hợp mô
hình lý tởng thì ngời ta đem đối chiếu trong óc mô hình với những vật, những hiện
tợng mà ngời ta đã quen biết, chẳng hạn nh trong thuyết động học chất khí, ngời ta
đã trừu xuất những chi tiết về cấu trúc của những phân tử của chất khí, chỉ còn giữ
lại những đặc điểm về mặt động học của các phân tử và thay thế những phân tử khí
bằng những hạt. Những hạt này giống với những quả cầu va chạm tuyệt đối đàn
hồi mà ta đã biết rõ những quy luật chi phối chúng.
c) Thao tác trên mô hình suy ra hệ quả lý thuyết:
Sau khi xây dựng mô hình, ngời ta áp dụng những phơng pháp lý thuyết hoặc
thực nghiệm khác nhau từ t duy trên mô hình và thu đợc kết quả, những thông tin
mới. Đối với các mô hình vật chất thì ngời ta làm thí nghiệm thực trên mô hình .
Còn đối với mô hình lý tởng thì thao tác trên mô hình trong óc, tức là áp dụng
những phép tính hay những phép phân tích suy luận lôgic dựa trên các mệnh đề
của mô hình nh các tiên đề. Ngời ta coi công việc này nh làm một thí nghiệm đặc
biệt gọi là thí nghiệm tởng tợng. Thí nghiệm tởng tợng tuy không có thật nhng có
thể thực hiện đợc và có vai trò rất lớn trong khoa học. Theo Heisenberg: những thí
nghiệm đó đợc sáng tạo để giải thích những vấn đề đặc biệt quan trọng, bất kể là
thực tế ta có thể thực hiện đợc thí nghiệm đó hay không. Dĩ nhiên, điều quan trọng
15
là thí nghiệm đó có thể thực hiện về nguyên tắc, mặc dù kỹ thuật thực hiện của nó
có thể rất phức tạp.
Trong phơng pháp mô hình lý tởng ngời ta đã biết trớc hành vi của mô hình
trong những điều kiện xác định. Điều ngời ta muốn biết thêm là hệ quả của những
hành vi đó nh thế nào.
Thí nghiệm tởng tợng thực chất là một thao tác lôgic chứ không phải là một ph-
ơng pháp nghiên cứu khách quan, những kết quả trên mô hình phải đợc chuyển
đổi về đối tợng nghiên cứu (đối tợng gốc) xem có phù hợp.
d) Thực nghiệm kiểm tra:
- Nếu bản thân mô hình là một phần tử cấu tạo của nhận thức thì cần phải kiểm
tra sự đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu đợc từ mô hình với những
kết quả thu đợc trực tiếp từ đối tợng gốc. Nếu sai lệch thì phải điều chỉnh ngay
chính mô hình, có trờng hợp phải bỏ hẳn mô hình đó và thay bằng một mô hình
khác. Thí dụ mô hình cấu tạo phân tử khí lý tởng vừa là đối tợng của nhận thức
vừa là phơng tiện nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu trên mô hình đó đem áp dụng
vào khí thực có sai lệch với thực tế. Bởi vậy phải chỉnh lý mô hình khí lý tởng và
phải xây dựng mô hình khí thực.
- Nếu bản thân mô hình không phải là đối tợng của nhận thức mà chỉ là phơng
tiện để nghiên cứu thì việc xử lý kết quả, hợp thức mô hình là phải phân tích
những kết quả thu đợc trên mô hình thành những thông tin về đối tợng nghiên cứu
(thí dụ nh mô hình kỹ thuật, mô hình toán học...) nếu những thông tin ấy không
phù hợp cũng phải chỉnh lý lại mô hình.
Trong nhiều trờng hợp mô hình chỉ phản ánh đợc một hay một số mặt của đối t-
ợng nghiên cứu, còn nhiều mặt khác thì không phản ánh đợc, thậm chí phản ánh
sai lệch.
Những mô hình đã đợc kiểm nghiệm trong thực tế là những mô hình hợp thức và
dùng để phản ánh một số mặt của thực tế khách quan. Nó có thể thay đổi, hoàn
chỉnh thêm hoặc bị bác bỏ khi ngời ta có thêm thông tin chính xác hơn về đối tợng
gốc.
16
Tóm lại, ta có thể xây dựng sơ đồ cấu trúc của phơng pháp mô hình nh ở hình 2
dới đây.

1.2.3. Vai trò của phơng pháp mô hình trong lịch sử vật lý
Trong lịch sử vật lý, PPMH đóng vai trò rất quan trọng trong việc xây dựng và
hoàn chỉnh các thuyết [18]. Không có mô hình về ête vũ trụ thì trong bối cảnh lịch
sử khoa học thế kỷ 19 không thể xây dựng đợc lý thuyết về các hiện tợng điện từ.
Macxoen dùng mô hình ête vũ trụ để xây dựng các phơng trình Macxoen, Mặc dù
đợc xây dựng từ mô hình cơ học là ête giả định nhng không mang trong chúng
một hệ số đặc trng nào cho môi trờng đó; trong những trờng hợp này mô hình là
phơng tiện, công cụ nhận thức tơng tự nh bộ giàn giáo để xây dựng toà nhà, khi
xây xong thì bộ giàn giáo bị dỡ bỏ, không cần quan tâm. Lý thuyết Macxoen
chính là các phơng trình Macxoen[16, 163].
Những mô hình đợc sử dụng đầu tiên trong vật lý học là mô hình vĩ mô (đơn
giản hoá các đối tợng vĩ mô cần nghiên cứu) (ví dụ chất điểm là mô hình trái đất
chuyển động quanh mặt trời); Từ giữa thế kỷ 19 xuất hiện rộng rãi các mô hình vi
17
Kết quả nghiên cứu
trên mô hình
Mô hình
Đối tượng của
nhận thức
Nhận thức về
đối tượng
Thuyết
(mô hình hoàn chỉnh)
Nghiên
cứu trên
MH
PP thực nghiệm
các pp lôgic toán
Xây dựng
mô hình:
-PP tương tự
-Trừu tượng
toán
Hợp thức
hoá mô
hình
PP thực nghiệm
quan sát so sánh
Hình 2: Sơ đồ cấu trúc của PPMH
mô (mô hình mô tả các đối tợng vi mô không quan sát trực tiếp đợc). Thế kỷ 20
xuất hiện mô hình lợng tử. Ví dụ sự phát triển của các mô hình về cấu tạo nguyên
tử. Đầu tiên là mẫu cổ điển do Thômsơn đa ra vào năm 1906: Nguyên tử gồm các
electrôn nằm trong một môi trờng điện tích dơng, electrôn bơi trong môi trờng
điện tích dơng hình cầu có đờng kính cỡ và các electrôn phân bố thành từng lớp.
Mẫu này giải thích đợc định tính một số tính chất của các nguyên tử nhng không
đợc thành công lắm. Năm 1908, Rơzơfo làm thí nghiệm kiểm tra mẫu Thômsơn
về cấu tạo hạt nhân. Mẫu Thômsơn không giải thích đợc sự tán xạ của chùm hạt
trên lá vàng. Mẫu Thômsơn thất bại. Rơzơfo bổ sung mẫu nguyên tử có đờng kính
cỡ 10
-4
. Mẫu này giải thích hoàn hảo các thí nghiệm của Rơzơfo cả về mặt định
tính lẫn định lợng, đồng thời tiên đoán năng lợng ion hoá của hyđrô, đã đợc thí
nghiệm kiểm chứng. Tuy nhiên mẫu trên không giải thích đợc tính bền vững của
nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch của hyđrô. Đến năm 1913 Borh bổ sung
thêm hai tiên đề về các trạng thái dừng và về sự hấp thụ, bức xạ năng lợng của
nguyên tử. Năm 1915, Somefod cho rằng electrôn chuyển động theo quỹ đạo elip,
mô men động lợng của electrôn trên quỹ đạo cũng khác nhau. Mẫu này không giải
thích đợc sự tách vạch quang phổ trong từ trờng ngoài. Đến năm 1916, ông đa
thêm vào mẫu của mình: hình chiếu của mô men từ lên phơng của từ trờng ngoài
cũng đợc lợng tử hoá. Năm 1925, Gao Smit và Ulnibec lại bổ sung: mỗi electrôn
có mô men quay riêng gọi là Spin. Tiếp đó, Pauli đa ra mẫu: mỗi electrôn đợc đặc
trng bởi bốn số lợng tử. Trong một nguyên tử không có hai electrôn có trạng thái l-
ợng tử giống nhau (nguyên lý cấm Pauli). Mẫu này gặp khó khăn là không giải
thích đợc quang phổ của các nguyên tử có cấu tạo phức tạp ( do mâu thuẫn ngay
trong các mệnh đề: lợng tử- quỹ đạo). Cuối cùng là mẫu nguyên tử theo cơ học l-
ợng tử.
Nhờ áp dụng PPMH mà trong nhiều trờng hợp đã làm xuất hiện những lý
thuyết mới. Chẳng hạn mô hình sóng Đơbrơi đã dẫn đến cơ học lợng tử.
1.2.4.Ưu - nhợc điểm của PPMH trong vật lý học
18
a) Những u điểm:
Trớc hết, PPMH giúp ta hiểu rõ đối tợng nghiên cứu. Mô hình là vật đại diện,
trên đó ta sẽ tác động các thao tác lôgic và thực nghiệm. Rất nhiều hiện tợng và
quá trình đợc giải thích rõ ràng thông qua mô hình. Ví dụ nh mô hình khí lý tởng
giải thích các định luật thực nghiệm về chất khí (định luật Bôilơ-Mariôt, định luật
Gayluyxac, định luật Saclơ).
Sự giải thích bằng mô hình là một hình thức cổ xa nhất trong khoa học. Ngời ta
coi những quy luật chi phối mô hình cũng là những quy luật của chính đối tợng
nghiên cứu. Ngày nay, khi khoa học đi sâu vào thế giới vi mô không trực tiếp quan
sát đợc thì chức năng mô tả giải thích của mô hình càng có hiệu lực.
Nhiều khi cùng một đối tợng phải dùng đến nhiều mô hình mới giải thích đợc.
Những mô hình này có thể có những tính chất trái ngợc nhau. Chẳng hạn nh để
giải thích sự truyền ánh sáng, trong vật lý học cổ điển, ngời ta dùng mô hình hạt
ánh sáng, nhng sau đó khi phát hiện ra hiện tợng giao thoa ánh sáng thì lại dùng
mô hình sóng ánh sáng để giải thích. Đối với vật lý cổ điển thì hai khái niệm
sóng và hạt là hoàn toàn khác biệt. Chỉ mãi đến đầu thế kỷ XX sau khi xây dựng
cơ học lợng tử, mô hình lỡng tính sóng hạt mới xoá bỏ đợc sự không tơng thích
đó.
Có trờng hợp một mô hình có thể dùng cho nhiều hiện tợng khác nhau về bản
chất. Ví dụ phơng trình sóng có thể là mô hình của sự lan truyền âm trong không
khí, của sự lan truyền sóng điện từ trong chân không, của chuyển động của
electron trong nguyên tử. Điều đó nói lên một lần nữa sự thống nhất của vật chất.
Xu hớng hiện đại của vật lý học là xây dựng những mô hình khái quát phản ánh
nhiều mặt của thế giới khách quan.
PPMH trong nhiều trờng hợp đã làm xuất hiện những lý thuyết mới. Chẳng
hạn mô hình sóng Đơbrơi đã dẫn đến cơ học lợng tử.
PPMH có thể giúp ta phát hiện ra những sự kiện mới cha biết. Đặc biệt, mô
hình toán học nhiều khi có tác dụng tiên đoán rất lớn. Chẳng hạn dựa vào phơng
trình năng lợng của electron : E
2
=p
2
c
2
+m
0
2
c
2
, Đirắc đã tiên đoán đợc: ngoài
19
electron có năng lợng dơng, còn tồn tại một hạt khác có năng lợng âm: E =-
22
0
22
cmcp
+
. Điều này về sau đợc thực nghiệm xác nhận là đúng. Hạt có năng l-
ợng âm đó chính là positron.
Cơ học lợng tử không chỉ nói đến ánh sáng mà còn chứng minh bằng lý thuyết
rằng các hạt vi mô đều có tính chất sóng. Điều tiên đoán này đã đợc thực nghiệm
xác nhận.
b) Những nhợc điểm:
Các nhà khoa học đều công nhận tác dụng lớn lao của phơng pháp mô hình, nh-
ng đồng thời cũng nhấn mạnh tính gần đúng, tính tạm thời của nó. Các mô hình
tuy phản ánh thế giới khách quan nhng không thể thay thế hoàn toàn hiện thực
khách quan đợc. Thậm chí nhiều mô hình chỉ có giá trị nh một công cụ, phơng
tiện. Ví dụ Macxoen dùng mô hình ête vũ trụ để xây dựng các phơng trình
Macxoen về từ trờng, nhng ngay trong các phơng trình đó cũng không có dấu hiệu
nào đặc trng cho ête vũ trụ. Trong thuyết của Macxoen không nói gì đến vai trò
của ête vũ trụ trong các hiện tợng điện từ. Vì vậy, chính Macxoen cũng coi ête vũ
trụ nh một bộ giàn giáo để xây dựng một toà nhà, và khi toà nhà đã xây dựng
xong thì bộ giàn giáo cũng bị giỡ bỏ đi.
Mặt khác, mặc dù mỗi mô hình chỉ phản ánh đợc một mặt nào đó của thế giới
khách quan, nhng khi sử dụng một mô hình ngời ta thờng gán cho nó một tầm
khái quát rộng hơn. Và, có khi vì quá tin vào một mô hình đã đợc xác lập mà ngời
ta đi đến sự bảo thủ, không thừa nhận những sự kiện thực tế trái với mô hình đó.
Ví dụ nh vì quá tin vào mô hình cơ học của thế giới (theo Niutơn) nên các nhà
khoa học phải trải qua một thời kỳ dài dằn vặt và đấu tranh mới xác lập đợc những
quan điểm lợng tử và tơng đối tính là những mô hình mới phản ánh sâu sắc, đầy đủ
hơn thế giới vật chất.
1.3. Phơng pháp mô hình trong dạy học vật lý
1.3.1.Vai trò của mô hình trong dạy học vật lý
20
ở nhà trờng phổ thông, chúng ta có thể sử dụng PPMH nh một phơng pháp độc
lập trong dạy học một số kiến thức vật lý. Việc giảng dạy vật lý không chỉ giới hạn
trong việc truyền thụ cho học sinh những tri thức của bộ môn này, mà điều quan
trọng hơn là qua đó hình thành ở họ năng lực nhận thức sáng tạo đối với thế giới tự
nhiên, năng lực phản ánh thế giới hiện thực [13]. Theo Jacques Desautels: Ngời
thầy dạy khoa học không chỉ truyền cho học sinh một số vốn liếng lý thuyết mà
còn hợp thức hoá và giá trị hoá ngay chính hoạt động khoa học[29]. Do đó cần
phải tạo điều kiện để cho hoạt động học tập càng giống càng tốt đối với tiến trình
xây dựng tri thức của các nhà khoa học vật lý. Làm đợc nh vậy, học sinh sẽ vừa
tiếp nhận đợc tri thức, vừa tiếp nhận con đờng và nhập cuộc vào con đờng xây
dựng tri thức vật lý. Họ sẽ không mơ hồ trong việc phải vợt qua những trở lực
khoa học để hiểu đúng đắn bản chất và vai trò của các lý thuyết khoa học và biết
kiến tạo lý thuyết đó, nhằm hiểu đợc thế giới xung quanh. Xuất phát từ những
quan niệm trên đây, các nhà khoa học cho rằng cần vận dụng PPMH đã và đang đ-
ợc dùng trong các lý thuyết bộ môn vật lý vào việc giảng dạy bộ môn này trong
nhà trờng[13].
Trong nghiên cứu khoa học vật lý, mô hình và PPMH có chức năng nhận thức,
nó giúp ta phát hiện ra những đặc tính mới, hiện tợng mới, quy luật mới. Nếu xem
xét quá trình học tập của học sinh là một quá trình hoạt động nhận thức thì mô
hình cũng có chức năng nh trong nghiên cứu khoa học vật lý. Ngoài ra trong dạy
học, nhiều khi học sinh không đủ khả năng xây dựng mô hình để thay thế vật gốc
trong nghiên cứu nhng giáo viên có thể sử dụng mô hình với mục đích s phạm nh
một phơng tiện trực quan nhằm làm cho học sinh hiểu rõ một vấn đề nào đó.
Ví dụ nh trong nghiên cứu khoa học, những mô hình vật chất có vai trò rất hạn
chế vì nó ít mang lại những thông tin mới khi thao tác trên mô hình. Nhng trong
dạy học, nhiều mô hình lại có tác dụng quan trọng làm cho học sinh hiểu đợc
những cái không quan sát trực tiếp đợc, ví dụ nh mô hình cấu tạo bên trong của
động cơ nổ, mô hình chuyển động Braonơ. Dù ta có cho học sinh trực tiếp quan sát
một động cơ nổ còn nguyên vẹn thì họ cũng không thể thấy đợc cấu tạo bên trong
21
của nó và hoạt động của các van và bugi trong khi động cơ vận hành. Bởi thế trong
dạy học, ta dùng mô hình động cơ đốt trong bổ dọc. Còn với chuyển động Braonơ,
vừa không quan sát đợc các phân tử nớc chuyển động va chạm vào các hạt phấn
hoa, vừa khó hình dung tại sao hạt phấn hoa lại chuyển động hỗn loạn. Mô hình
chuyển động Braonơ dùng các viên bi sắt nhỏ đợc một cơ chế làm cho bắn lung
tung hỗn loạn trong một hộp thuỷ tinh, còn hạt phấn hoa là một vật tròn lớn. Quan
sát vật tròn bị các viên bi nhỏ đập vào hỗn loạn theo mọi phía, học sinh dễ dàng
hiểu cơ chế chuyển động Braonơ, do đó hình dung đợc cấu tạo phân tử của nớc.
Nh vậy mô hình vật chất cũng có vai trò quan trọng trong dạy học, đặc biệt là các
mô hình vật thể động, mô hình vẽ nhiều giai đoạn liên tiếp hay mô hình trên phim
ảnh (đợc sử dụng ngày càng rộng rãi).
Còn đối với các mô hình lý tởng, tuy rất có tác dụng trong hoạt động nhận thức
nhng nhiều khi đòi hỏi ở học sinh một trình độ t duy trừu tợng cao, một cơ sở thực
nghiệm phong phú và kinh nghiệm bản thân dồi dào mới có thể xây dựng đợc mô
hình. V.G.Razumôpxki khi bàn về phơng pháp mô hình trong dạy học cũng nhận
định rằng: ở giai đoạn xây dựng mô hình, vì việc tìm ra những đối tợng trừu tợng
thích hợp có thể thay thế cho sự vật, quá trình, hiện tợng nghiên cứu là rất khó,
nên thông thờng thì học sinh không thể tự làm đợc việc đó, tính tự lực của họ trong
giai đoạn này bị hạn chế.
Bởi vậy, trong dạy học ở trờng phổ thông, trong khuôn khổ bài học không cho
phép chúng ta tổ chức quá trình học tập sao cho học sinh hoàn toàn tự lực khám
phá lại các định luật vật lý, xây dựng các mô hình, nhng cũng hoàn toàn đủ để
cho họ đợc trải qua những giai đoạn của sự phát minh khoa học, hiểu đợc ý
nghĩa của các sự kiện xuất phát, vai trò của mô hình, tầm quan trọng của sự kiểm
tra bằng thực nghiệm những hệ quả lý thuyết. Nói cách khác, trong dạy học vật lý
ở trờng phổ thông, ta ít có điều kiện áp dụng đầy đủ các giai đoạn của PPMH để
giải quyết một vấn đề nhận thức. Tuỳ theo hoàn cảnh cụ thể về trình độ học sịnh,
nội dung vấn đề, phơng tiện thí nghiệm mà định ra mức độ tham gia của học sinh
một cách hợp lý vào các giai đoạn của PPMH.
22
1.3.2. Tổ chức dạy học theo phơng pháp mô hình
Nghiên cứu đặc điểm của hoạt động sáng tạo, chúng tôi thấy cần phải chuẩn bị
cho học sinh những điều kiện sau đây khi dạy học theo PPMH:
- Về mặt tâm lý: gây hứng thú, nhu cầu nhận thức, sẵn sàng đem hết sức mình
vào giải quyết nhiệm vụ nhận thức. Trong lý luận dạy học ta nói là đa học sinh vào
tình huống có vấn đề. Vấn đề này đợc đề cập đến nhiều trong những công trình về
dạy học nêu vấn đề.
- Về mặt vốn hiểu biết: xây dựng mô hình thực tế là dùng một hệ thống đã biết
để mô tả những đặc tính của đối tợng gốc. Nh vậy muốn xây dựng đợc mô hình
học sinh không thể không có một vốn hiểu biết cần thiết về những vấn đề có liên
quan. Chính giáo viên là ngời đã biết trớc muốn xây dựng mô hình cần phải có
những vật liệu nào, do đó có thể có biện pháp hợp lý để chuẩn bị trớc cho học
sinh đến mức cần thiết nhng tuyệt đối không phải là chuẩn bị một mô hình đã có
sẵn hoàn chỉnh.
Tập dợt cho học sinh vợt qua những khó khăn trong khi áp dụng PPMH là một
điều cần đặc biệt quan tâm. ở đây, chúng ta có thể vận dụng lý thuyết về vùng
phát triển gần của Lép Vgôtxki (1896-1934). Ông cho rằng, chỗ tốt nhất của sự
phát triển của trẻ em là vùng phát triển gần. Vùng đó là khoảng cách giữa trình độ
hiện tại của học sinh và trình độ phát triển cao hơn cần vơn tới. Nói một cách hình
ảnh là chỗ trống giữa nơi mà con ngời cần giải quyết vấn đề đang đứng và nơi mà
họ phải đạt đến và có thể thực hiện đợc với sự cố gắng nỗ lực của bản thân dới sự
giúp đỡ của ngời lớn hay của những ngời ngang hàng nhng có khả năng hơn một
chút. Không có con đờng lôgic để vợt qua chỗ trống đó, nhng hoàn toàn có khả
năng thu hẹp chỗ trống đó đến mức thích hợp để mỗi ngời có thể thực hiện một b-
ớc nhảy vợt qua đợc. Tuy nhiên cũng phải dũng cảm tự lực thực hiện một số lần
(có thể thất bại), sau đó mới có kinh nghiệm thực hiện đợc mau lẹ, vững chắc hơn,
thực hiện những bớc nhảy xa hơn.
23
1.3.3.Các mức độ sử dụng phơng pháp mô hình
Nh đã phân tích ở trên, phơng pháp mô hình đợc sử dụng rộng rãi trong nghiên
cứu vật lý, nhng đồng thời cũng còn rất nhiều khó khăn đòi hỏi ở học sinh một
trình độ t duy phát triển, một vốn hiểu biết rộng rãi. V.G.Razumopxki nhận xét
rằng Trong khuôn khổ bài học, không cho phép tổ chức quá trình học tập sao cho
học sinh hoàn toàn tự lực khám phá lại các định luật vật lý, xây dựng các mô
hình, nhng cũng hoàn toàn đủ để cho họ đợc trải qua những giai đoạn của những
phát hiện khoa học, hiểu đợc ý nghĩa của những sự kiên xuất phát, vai trò của các
mô hình, tầm quan trọng của việc kiểm tra bằng thực nghiệm những hệ quả lý
thuyết. Lời nhận định đó cho đến nay vẫn còn nguyên giá trị. Vấn đề là ở chỗ vận
dụng những lý thuyết mới về sự phát triển tâm lý học sinh và những kỹ thuật dạy
học mới, chúng ta có thể nâng cao dần mức độ học sinh tham gia vào các quá trình
trên.
Khi đa vào dạy học ở trờng phổ thông, ta thờng không áp dụng đầy đủ các khâu
của phơng pháp mô hình để giải quyết trọn vẹn một vấn đề . Trong trờng hợp này,
ta chỉ quan tâm đến việc xây dựng mô hình của một hiện tợng và dừng lại ở việc
sử dụng mô hình để giải thích hiện tợng đó. Trong trờng hợp khác, ta lại chú ý đến
việc giải thích một hiện tợng mới dựa vào một mô hình đã có sẵn mà học sinh
không có khả năng xây dựng đợc. Sở dĩ ta phải làm nh vậy là vì:
a) Có sự khác nhau cơ bản giữa mục đích nghiên cứu của nhà vật lý và mục đích
dạy học của ngời giáo viên. Mục đích nghiên cứu của nhà vật lý là phải tìm cho đ-
ợc cái mới, còn mục đích dạy học là bớc đầu tập luyện cho học sinh cách suy nghĩ
sáng tạo, rèn luyện kỹ năng, giáo dục thái độ v.v...Cho nên có thể làm từng bớc,
từng phần tùy theo hoàn cảnh cụ thể.
b) Do sự khống chế của thời gian, điều kiện trang bị vật chất của nhà trờng, trình
độ khoa học của giáo viên và học sinh.
Bởi vậy chúng tôi nêu ra những hình thức khác nhau sử dụng phơng pháp mô
hình trong dạy học vật lý phổ thông theo mức độ yêu cầu cần đạt đối với học sinh
từ thấp đến cao.
24
Mức độ 1: Giáo viên trình bầy các sự kiện thực tế mà học sinh không thể giải
thích đợc bằng kiến thức cũ của họ, sau đó đa ra mô hình mà các nhà khoa học đã
xây dựng và vận dụng mô hình để giải thích các sự kiện trên. Học sinh có phần thụ
động tiếp thu, chỉ yêu cầu họ biết phân biệt mô hình với thực tế và làm quen với
cách sử dụng mô hình để giải thích thực tế. Ví dụ nh ở lớp 9 khi học về điện, sau
khi nêu một số hiện tợng gọi là nhiễm điện, giáo viên giới thiệu một số điểm sơ bộ
về mô hình cấu tạo nguyên tử và sử dụng mô hình đó để giải thích hiện tợng
nhiễm điện và dẫn điện.
Mức độ 2: Học sinh sử dụng mô hình mà giáo viên đã đa ra để giải thích một
số hiện tợng đơn giản tơng tự với hiện tợng đã biết. Thí dụ : sau khi đã biết mô
hình hai loại điện tích dơng và âm, sự tơng tác giữa chúng, giáo viên có thể hớng
dẫn học sinh vận dụng để giải thích vì sao hai lá của điện nghiệm lại xòe ra khi
tích điện cho điện nghiệm hoặc hiện tợng nhiễm điện do hởng ứng, bản chất của
dòng điện...
Mức độ 3: Học sinh sử dụng mô hình mà giáo viên đã đa ra để dự đoán hiện t-
ợng mới và đề xuất phơng án thí nghiệm kiểm tra.Thí dụ học sinh có thể sử dụng
mô hình cấu tạo chất, có thể tiên đoán nguyên nhân gây ra áp suất của chất khí và
làm đợc thí nghiệm để kiểm tra. Hoặc, khi vận dụng mô hình về áp lực lên một
mặt ở trong lòng chất lỏng, học sinh có thể tính đợc lực đẩy của chất lỏng tác dụng
lên một hình hộp chữ nhật nằm trong đó và tổ chức thí nghiệm để kiểm tra lực đó.
Mức độ 4: Học sinh dới sự hớng dẫn của giáo viên tham gia vào cả bốn giai
đoạn của phơng pháp mô hình, do đó nắm vững tính năng của mô hình và sử dụng
đợc mô hình để giải quyết nhiệm vụ nhận thức.
Ví dụ, học sinh có thể tham gia xây dựng mô hình cấu tạo phân tử của chất và
vận dụng nó để giải thích một số hiện tợng về chất khí, chất lỏng và chất rắn. Đầu
tiên giáo viên cho học sinh quan sát một số hiện tợng thực tế không thể giải thích
đợc bằng tính chất cấu tạo liên tục của các chất, gợi cho học sinh ý tởng về cấu tạo
gián đoạn của chúng, chẳng hạn nh hiện tợng khuyếch tán của chất khí, chất lỏng,
chất rắn. Đặc biệt là chuyển động Braonơ chỉ có thể giải thích đợc nếu ta thừa
25

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×