Bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật Lý cho học sinh khi dạy học một số kiến thức chương "chất khí" Vật lý 10, chương trình chuẩn

ạm Thị Phú – người đã trực tiếp khuyến khích, động viên, hướng dẫn tôi thực hiện hoàn thành đề tài bằng tất cả sự tận tình và trách nhiệm. Quý thầy cô trong tổ Phương Pháp Giảng Dạy, khoa Vật lý, thư viện, phòng Khoa Học Công Nghệ Sau Đại Học trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí minh đã khuyến khích, quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Ban Giám Hiệu, quý thầy cô trong tổ bộ môn Vật Lý – Công Nghệ trường THPT CưM’Gar – Huyện CưM’Gar – Tỉnh Đăklăk đã tạo điều kiện tốt nhất để giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài. Tác giả Vũ Thị Nguyệt Anh DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT PPTN : Phương pháp thực nghiệm SGK : Sách giáo khoa THPT : Trung học phổ thông BTTNVL : Bài tập thí nghiệm Vật lý PTTT : Phương trình trạng thái MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Xã hội hiện nay là xã hội tri thức và thông tin. Sự đổi mới với tốc độ rất nhanh trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ tác động đến thông tin ở ba khía cạnh: thông tin có giá trị không dài, khối lượng thông tin tăng nhanh, nội dung thông tin ngày càng phức tạp. Như vậy, phương pháp giảng dạy chỉ hướng tới mục tiêu cung cấp kiến thức, kĩ năng (thông tin) sẽ luôn lạc hậu với thời đại. Do đó, người giáo viên phải hướng tới việc bồi dưỡng cho học sinh những phương pháp nhận thức để họ có thể chiếm lĩnh lấy tri thức trong quá trình tự học. Định hướng đổi mới phương pháp dạy và học đã xác định trong nghị quyết TW4 khóa VII, nghị quyết TW2 khóa VIII, được thể chế trong Luật Giáo dục (2005) đã ghi: “phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, từng môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn…”. Để thực hiện được mục tiêu chung của giáo dục trong dạy học vật lí, chương trình Vật lí THCS và THPT cũng yêu cầu phải cung cấp cho học sinh những hiểu biết ban đầu về các phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí học, trong đó có phương pháp thực nghiệm. Do đó, phương pháp thực nghiệm đã trở thành một loại kiến thức đặc biệt cần phải trang bị cho học sinh. Phương pháp thực nghiệm không những là mục tiêu kiến thức mà còn xem là một công cụ quan trọng để học sinh sử dụng nhằm xây dựng và chiếm lĩnh kiến thức, qua đó phát triển năng lực sáng tạo của mình. Trong chương trình Vật lí lớp 10, chương “ Chất khí” là chương các nội dung kiến thức chủ yếu được xây dựng từ thực nghiệm. Do đó ta có thể bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm - phương pháp nhận thức quan trọng của Vật lí khi dạy học chương này. Trong việc đổi mới phương pháp dạy học thì cũng đã có nhiều nghiên cứu nói về việc dạy học nhằm bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật lí cho học sinh. Nhưng việc nghiên cứu ứng dụng đối với việc dạy từng kiến thức cụ thể cho từng đối tượng học sinh cụ thể thì chưa được thực hiện đầy đủ. Ví dụ như nghiên cứu về việc dạy học các định luật chất khí nhằm bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật lí cho học sinh thì còn một số bất cập. Với những lí do trên, tôi tiếp tục hướng nghiên cứu trên qua đề tài: “Bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh khi dạy học chương Chất khí, lớp 10, chương trình chuẩn” làm đề tài nghiên cứu của mình. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Chất khí” ở Vật lý lớp 10 chương trình chuẩn nhằm bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm của Vật lí học. 3. Giả thuyết khoa học Có thể dạy học theo định hướng tăng cường bồi dưỡng cho học sinh PPTN Vật lý thông qua một số bài học chương “Chất khí”, từ đó góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức chương và bồi dưỡng phương pháp nhận thức cho học sinh. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 4.1. Tìm hiểu phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu Vật lí học và trong dạy học Vật lí. 4.2. Tìm hiểu các biện pháp và hình thức bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh. 4.3. Tìm hiểu mục tiêu dạy học, chương trình, cấu trúc và nội dung của chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. 4.4. Tìm hiểu thực trạng dạy học Vật lý với việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật lí ở một số trường THPT thuộc tỉnh Đăklăk. 4.5. Xác định và chuẩn bị những điều kiện cần thiết để dạy học chương “Chất khí” nhằm bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật lí cho học sinh. 4.6. Xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn để bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm Vật lý. 4.7. Thực nghiệm sư phạm ở trường THPT nhằm xác định mức độ phù hợp, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của từng tiến trình đã đề xuất, điều chỉnh, hoàn thiện. 5. Phương pháp nghiên cứu + Phương pháp nghiên cứu lí luận. Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu Vật lí và trong dạy học vật lí, các tài liệu kinh điển và cập nhật về lí luận dạy học, lí luận dạy học Vật lí. Nghiên cứu tư liệu về nội dung, mục tiêu, yêu cầu giảng dạy chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. + Phương pháp điều tra. Tìm hiểu việc dạy và học nhằm sơ bộ đánh giá thực tế dạy học chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. Trao đổi với giáo viên, học sinh, dự giờ. + Phương pháp thực nghiệm.  Thực nghiệm Vật lí: khảo sát thực nghiệm các định luật chất khí.  Thực nghiệm sư phạm. + Phương pháp xử lí số liệu: Theo thống kê toán học. 6. Đối tượng và khách thể nghiên cứu Hoạt động dạy học của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học một số kiến thức thuộc chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. 7. Phạm vi nghiên cứu Bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm, một phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí học khi dạy học các định luật thực nghiệm về chất khí chương “Chất khí” Vật lý 10, chương trình chuẩn. 8. Đóng góp mới của đề tài - Về lý luận: khẳng định sự cần thiết và có thể dạy học tăng cường bồi dưỡng PPTN Vật lý cho học sinh. - Về nghiên cứu áp dụng: + Đề xuất 4 tiến trình dạy học các định luật chất khí nhằm bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm – một phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lý học. + Đã chế tạo 6 bộ thí nghiệm để khảo sát định lượng các định luật chất khí: Định luật Bôilơ – Mariốt, định luật Sác – lơ và phương trình trạng thái chất khí dùng cho hoạt động nhóm của học sinh. + Nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và bồi dưỡng PPTN Vật lý cho học sinh lớp thực nghiệm. Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC BỒI DƯỠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VẬT LÍ CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu Vật lí 1.1.1. Sự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của Vật lí học [24],[ 31] Thời cổ đại, khoa học chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học, mục đích của nó là tìm hiểu và giải thích thiên nhiên một cách toàn bộ mà chưa đi vào từng lĩnh vực cụ thể. Trong xã hội chiếm hữu nô lệ, lao động chân tay bị coi khinh vì đó là lao động của tầng lớp nô lệ, coi trọng hoạt động tinh tế của trí óc. Do đó nhiều nhà hiền triết cho rằng có thể dùng sự suy lý, sự tranh luận để tìm ra chân lý mà không coi trọng thí nghiệm. Trong cuốn “Vật lí học”, Aristote (384 – 322 TCN), một đại biểu tiêu biểu cho nền khoa học cổ đại, cũng không dùng thí nghiệm mà đi đến kết luận bằng cách lập luận. Sang thời trung đại, tư tưởng của Aristote trở thành những giáo điều bất khả xâm phạm. Giáo hội Gia tô có một địa vị tối cao trong đời sống xã hội và coi “Khoa học là đầy tớ của giáo lí”. Tuy vậy, trong thời này cũng có những người muốn tìm những con đường mới hơn để đi đến nhận thức khoa học như Roger Bacon (1214 – 1294) cho rằng khoa học không chỉ có nhiệm vụ bình giải lời lẽ của những kẻ có uy tín, khoa học phải được xây dựng trên cơ sở lập luận chặt chẽ và thí nghiệm chính xác. Và vì vậy, ông bị giáo hội lên án và bị cầm tù hơn 20 năm tới khi 74 tuổi. Đến thế kỷ XVII, Galile (1564 – 1642) đã xây dựng những cơ sở của một nền vật lí học mới – vật lí học thực nghiệm- chân chính, thay thế cho vật lí học của Aristote bằng hàng loạt các nghiên cứu về thiên văn học, cơ học, âm học, quang học… Galile cho rằng muốn hiểu biết thiên nhiên phải trực tiếp quan sát thiên nhiên, phải làm thí nghiệm, phải “hỏi thiên nhiên” chứ không phải hỏi Aristote hoặc kinh thánh.. Trước một hiện tượng tự nhiên cần tìm hiểu, Galile bắt đầu bằng quan sát để xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đưa ra một cách giải thích lý thuyết có tính chất dự đoán. Từ lý thuyết đó, ông rút ra những kết luận có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm. Sau đó, ông bố trí thí nghiệm thích hợp, tạo điều kiện thí nghiệm và phương tiện thí nghiệm tốt nhất để có thể đạt kết quả chính xác tin cậy được. Cuối cùng, ông đối chiếu kết quả thu được bằng thực nghiệm với lý thuyết ban đầu. Phương pháp của Galile có tính hệ thống, tính khoa học, có chức năng nhận thức luận, tổng quát hóa về mặt lý thuyết những sự kiện thực nghiệm và phát hiện ra bản chất của sự vật hiện tượng. Về sau, các nhà khoa học khác đã kế thừa phương pháp đó và xây dựng cho hoàn chỉnh hơn. Những thành tựu ban đầu của vật lí học thực nghiệm đã khiến cho thế kỉ XVII trở thành thế kỉ của cuộc cách mạng khoa học thắng lợi với các đại diện tiêu biểu: Torricelli (1608 – 1662), Pascal (1623 – 1662), Otto Guericke (1602 – 1685), Boyle (1627 – 1691), Gilbert (1540 – 1603)… Như vậy, phương pháp thực nghiệm với tư cách là một phương pháp nhận thức khoa học đã ra đời và không những thành công trong sự phát triển của vật lí học cổ điển mà vẫn còn có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu vật lí học hiện đại. 1.1.2. Nội dung của phương pháp thực nghiệm Galile được coi là ông tổ của vật lí thực nghiệm, người sáng lập ra phương pháp thực nghiệm và các nhà khoa học sau này đã kế thừa và hoàn chỉnh hơn. Spaski đã nêu lên thực chất của phương pháp thực nghiệm của Galile như sau: Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết (dự đoán). Giả thuyết đó không chỉ đơn thuần là sự tổng quát hóa các sự kiện thực nghiệm đã làm. Nó chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận logic và bằng toán học, các nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới trước đó chưa biết đến. Những hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng thực nghiệm mà kiểm tra lại được, và nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định giả thuyết, biến giả thuyết thành định luật vật lí chính xác. [31, tr.108] Ở nước ta, cũng đã có rất nhiều các bài viết khác nhau về phương pháp thực nghiệm. Theo tác giả Phạm Hữu Tòng: “Nếu nhà khoa học dựa trên việc thiết kế (nghĩ ra) phương án thí nghiệm khả thi và tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thể, thiết bị dụng cụ, quan sát, đo đạc) để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra (nó là một nhận định về một tính chất, một mối liên hệ, một nguyên lí nào đó, cho phép đề xuất một kết luận mới hoặc xác minh một giả thuyết, một phỏng đoán khoa học nào đó) thì phương pháp nhận thức trong trường hợp này được gọi là phương pháp thực nghiệm”. [28, tr.125] Còn theo tác giả Nguyễn Đức Thâm và Nguyễn Ngọc Hưng thì phân biệt phương pháp thực nghiệm theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp. “Theo nghĩa rộng, phương pháp thực nghiệm có thể bao gồm từ những ý tưởng ban đầu của các nhà khoa học cho đến kết luận cuối cùng. Theo nghĩa hẹp, phương pháp thực nghiệm có thể hiểu như sau: từ lý thuyết đã biết suy ra hệ quả và dùng thì nghiệm để kiểm tra hệ quả. Các nhà thực nghiệm không nhất thiết tự mình xây dựng giả thuyết mà giả thuyết đó đã có người khác đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được. Nhiệm vụ của nhà vật lí thực nghiệm lúc này là từ giả thuyết đã có suy ra hệ quả có thể kiểm tra được và tìm cách bố trí thí nghiệm khéo léo, tinh vi để quan sát được hiện tượng do lí thuyết dự đoán và thực hiện các phép đo chính xác” [31, tr.111]. Phương pháp thực nghiệm có thể hiểu theo nghĩa rộng hoặc nghĩa hẹp tùy theo quan điểm của mỗi người xem xét, gắn với lịch sử vật lí học, cũng như tùy theo mục đích cụ thể của người vận dụng nó trong dạy học ở các bậc học khác nhau. Nhưng mặc dù phát biểu theo cách nào thì các yếu tố cơ bản của PPTN trong nghiên cứu khoa học cũng bao gồm: - Vấn đề cần giải đáp hoặc giả thuyết cần kiểm tra. - Xử lý một giả thuyết để có thể đưa nó vào kiểm tra bằng thực nghiệm. - Xây dựng (thiết kế) phương án thí nghiệm cho phép thu lượm thông tin cần thiết cho sự xác lập giả thuyết hoặc kiểm tra giả thuyết. - Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả (quan sát, đo…). - Phân tích kết quả và kết luận. 1.2. Sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông 1.2.1. Phương pháp thực nghiệm trong mục tiêu dạy học trường trung học [1], [12] Nghị quyết trung ương 2 (khóa VIII) của Đảng đã chỉ rõ: “Nhiệm vụ cơ bản của giáo dục là nhằm xây dựng những con người và thế hệ thiết thực gắn bó với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội….. có ý thức cộng đồng và tính tích cực của cá nhân làm chủ tri thức khoa học và công nghệ hiện đại, có tư duy sáng tạo, có kỹ năng thực hành giỏi…”. Cụ thể hóa mục tiêu đào tạo con người mới theo Nghị quyết của Đảng, mục tiêu giáo dục THCS và THPT nêu rõ: bồi dưỡng cho học sinh các phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí học, trước hết là PPTN vật lí. Học là nhận thức, là tìm tòi sáng tạo, vì thế phương pháp nhận thức khoa học là hạt nhân của phương pháp dạy học. Do đó, PPTN có những đặc điểm riêng làm cho việc sử dụng nó trong dạy học Vật lí trở thành một giải pháp tổng hợp nhằm thực hiện có hiệu quả mục tiêu dạy học. + Phương pháp thực nghiệm giúp học sinh hình thành và hoàn thiện những phẩm chất tâm lí là nền tảng cho hoạt động sáng tạo. PPTN dạy cho học sinh tìm tòi sáng tạo theo con đường và kinh nghiệm hoạt động sáng tạo mà các nhà khoa học đã trải qua, nó làm cho học sinh quen dần với cách suy nghĩ, làm việc theo kiểu Vật lí. Trong quá trình giải quyết những vấn đề đó, học sinh sẽ bộc lộ những nét đặc trưng của hoạt động sáng tạo và đồng thời hình thành, hoàn thiện ở bản thân những phẩm chất tâm lí là nền tảng cho hoạt động sáng tạo. + Phương pháp cho phép gắn lý thuyết với thực tiễn. Thực tiễn được nói trong PPTN là các hiện tượng, các quá trình Vật lí được mô tả, được tái hiện qua các thí nghiệm do giáo viên hay chính học sinh tự làm. Việc học sinh trực tiếp đề xuất phương án và tiến hành thí nghiệm kiểm tra, trực tiếp quan sát các hiện tượng, làm việc với các thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo, giải quyết những khó khăn trong thực nghiệm tạo điều kiện cho các em nâng cao được năng lực thực hành, gần gũi hơn với đời sống và kỹ thuật, khái quát hóa các kết quả thực nghiệm, rút ra những kết luận có tính chất lý thuyết (như tính chất của sự vật, hiện tượng, quy luật diễn biến, quan hệ…). Hoạt động nhận thức theo phương pháp thực nghiệm làm cho học sinh thấy được sự gắn bó mật thiết giữa lý thuyết và thực tiễn. + PPTN là phương pháp tìm tòi, giải quyết vấn đề, có thể áp dụng để giải quyết những vấn đề từ nhỏ đến lớn, rất sát với thực tiễn, ở mọi trình độ, không đòi hỏi vốn kiến thức quá nhiều. Đối với yêu cầu dạy học xuất phát từ vốn kinh nghiệm của bản thân, PPTN lại càng phù hợp hơn. PPTN sẽ giúp các em giải quyết vấn đề trong học tập, trên cơ sở đó nắm vững kiến thức, kỹ năng, tích lũy kinh nghiệm, nắm vững phương pháp giải quyết vấn đề trong thực tiễn. + Việc áp dụng PPTN cho phép và rèn luyện cho học sinh nhiều năng lực. Nó tích cực hóa đến mức tối đa hoạt động nhận thức của học sinh, cho phép hình thành kiến thức sâu sắc và bền vững, tăng cường hứng thú đối với môn học. Nó thôi thúc trong học sinh một nhu cầu về hoạt động sáng tạo, bồi dưỡng cho các em cá tính sáng tạo. Tuy nhiên, do thời gian của tiết học chỉ có 45 phút, thành phần học sinh của lớp học không cùng trình độ, có nguy cơ một bộ phận học sinh đứng ngoài những hoạt động, vì các em không đủ khả năng giải quyết các yêu cầu. Ngoài ra, PPTN không phải lúc nào cũng áp dụng được cho tất cả các kiểu bài học Vật lí. Do đó trong dạy học, cần có sự lựa chọn và phối hợp chặt chẽ phương pháp thực nghiệm với các phương pháp khác một cách hợp lí. 1.2.2. Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm và hướng dẫn học sinh hoạt động trong mỗi giai đoạn Bồi dưỡng cho học sinh PPTN có nghĩa là tổ chức cho học sinh hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN của quá trình nhận thức khoa học, nhằm bồi dưỡng năng lực tìm tòi, sáng tạo, hoạt động giải quyết vấn đề. Vì vậy tốt nhất là giáo viên phỏng theo PPTN của các nhà khoa học mà tổ chức cho học sinh hoạt động theo các giai đoạn sau:  Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề. Giáo viên tổ chức các tình huống học tập có vấn đề như: mô tả một hoàn cảnh thực tiễn, biểu diễn một vài thí nghiệm…trong đó có các mối quan hệ đáng chú ý, các biểu hiện bản chất hay những quy luật phổ biến mà học sinh chưa ý thức được và yêu cầu các em dự đoán diễn biến của hiện tượng hoặc xác lập một mối quan hệ nào đó. Tóm lại là nêu lên một câu hỏi mà học sinh chưa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời được. Từ đó, kích thích hứng thú học tập của học sinh [31].  Giai đoạn 2: Xây dựng dự đoán. Giáo viên hướng dẫn, gợi ý cho học sinh xây dựng một câu trả lời dự đoán ban đầu dựa vào sự quan sát, vào kinh nghiệm của bản thân, vào những kiến thức đã có…(ta gọi là xây dựng giả thuyết). Những dự đoán này có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lý nhưng chưa chắc chắn. Người giáo viên phải hướng dẫn các em biết dự đoán có căn cứ, giúp học sinh lập luận, loại trừ các dự đoán chưa có căn cứ vững chắc, chọn lựa và xây dựng dự đoán hợp lí hơn cả [31].  Giai đoạn 3: Từ dự đoán suy luận rút ra hệ quả logic có thể kiểm tra được. Giả thuyết được nêu dưới dạng một phán đoán: đó là một nhận định có thể mang tính bản chất khái quát. Tính đúng đắn của giả thuyết cần phải được kiểm tra. Việc kiểm tra trực tiếp một nhận định khái quát thường không thể mà thay vào đó là kiểm tra hệ quả của nó. Hệ quả logic được suy luận từ giả thuyết trong PPTN phải thỏa mãn 2 điều: + Tuân theo quy tắc logic hoặc toán học. + Có thể kiểm tra bằng thí nghiệm Vật lý. Các phép suy luận logic và toán học phải dẫn đến kết luận có dạng: + Biểu thức toán học biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng vật lý mà những đại lượng này phải đo được trực tiếp (ví dụ: nhiệt độ, thể tích…). + Một khẳng định tồn tại hay không tồn tại một hiện tượng nào đó có thể quan sát được trực tiếp hoặc quan sát gián tiếp qua sự biến đổi của một đại lượng vật lý nào đó. Việc suy ra hệ quả logic có thể gồm một số trong các thao tác sau: phân tích, so sánh đối chiếu, suy luận suy diễn, cụ thể hóa.  Giai đoạn 4: Đề xuất và tiến hành thí nghiệm để kiểm tra hệ quả dự đoán. Đây là hành động đặc thù của PPTN. Trong giai đoạn này bao gồm các thao tác sau: a. Đề xuất phương án thí nghiệm. Ở thao tác này, người giáo viên phải làm sao cho học sinh có thể tự do đề xuất các ý tưởng của mình, từ đó giáo viên có thể hướng dẫn, luyện tập để các ý tưởng đó ngày càng có căn cứ hơn và hiện thực hơn thì mới phát triển được năng lực sáng tạo của học sinh. b. Tiến hành thí nghiệm. Cần tổ chức cho học sinh tự lực tiến hành các thao tác thí nghiệm, thu thập và xử lý thông tin, rút ra kết quả. Ở thao tác này, các kỹ năng thực hành như: tính toán, lấy sai số, đánh giá độ chính xác của phép đo, vẽ đồ thị…được rèn luyện [22].  Giai đoạn 5: Rút ra kết luận (Hợp thức hóa kết quả nghiên cứu). Nội dung của giai đoạn này bao gồm: - Tổ chức cho học sinh hoặc nhóm học sinh báo cáo kết quả nghiên cứu của mình (kết quả thí nghiệm, những nhận xét, đánh giá, tính xác thực của dự đoán được kiểm tra) trước lớp. - Tổ chức cho học sinh (các nhóm học sinh) trao đổi, tranh luận, đánh giá kết quả nghiên cứu của bạn, thí nghiệm có kiểm tra được đúng điều dự đoán không, cần bổ sung điều chỉnh thế nào. - Giúp học sinh chuẩn xác hóa các kết luận, rút ra kiến thức. Nếu kết quả thí nghiệm khẳng định hệ quả logic tức là khẳng định tính chân thực của dự đoán (giả thuyết). Nếu kết quả thí nghiệm phủ định hệ quả logic thì phải kiểm tra lại thí nghiệm (bố trí đã hợp lý chưa, tiến hành đo đạc có gì sai…) hoặc quá trình suy ra hệ quả logic có phạm sai lầm gì (về quy tắc logic hoặc toán học) hoặc là phải xem lại chính bản thân dự đoán (giả thuyết) để điều chỉnh, thậm chí phải thay đổi bằng dự đoán khác cho đến khi có sự phù hợp của kết quả thí nghiệm với hệ quả mới thì lúc đó dự đoán (giả thuyết) nêu ra mới thành chân lý khoa học (định luật, thuyết, định lý…) [22].  Giai đoạn 6: Vận dụng kiến thức mới. Học sinh vận dụng kiến thức mới để giải thích hay dự đoán một số hiện tượng trong thực tiễn, nghiên cứu các thiết bị kĩ thuật trong đời sống, sản xuất. Thông qua đó, trong một số trường hợp, sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuất hiện mậu thuẫn nhận thức mới cần giải quyết [31]. 1.2.3. Các mức độ dạy học phương pháp thực nghiệm cho học sinh Trong điều kiện dạy học hiện nay ở nước ta, việc học sinh tham gia vào toàn bộ các hành động của phương pháp thực nghiệm là việc rất khó khăn (do hạn chế về thời gian, thiết bị dạy học không đảm bảo, trình độ học sinh…), do vậy, dạy học phương pháp thực nghiệm chỉ có thể thực hiện ở một số những mức độ nhất định dựa vào mức độ tham gia của học sinh vào các hành động của phương pháp thực nghiệm. Theo tác giả Phạm Thị Phú có 4 mức độ dạy học PPTN ở trường phổ thông như sau [22]. - Mức độ 1: Cung cấp cho học sinh nội dung của phương pháp thực nghiệm. Ở mức độ này học sinh được chứng kiến tất cả các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm với các khái niện “vấn đề nhận thức”, “giả thuyết”, “hệ quả logic”, “thí nghiệm kiểm tra”, “kết luận” trong mối liên hệ hữu cơ giữa chúng ở mức độ đơn giản. Việc học sinh tham gia trực tiếp vào các hành động của phương pháp thực nghiệm ở mức độ này còn hạn chế, học sinh chỉ có thể tham gia vào một vài khâu trong trường hợp nội dung tri thức đơn giản. Tóm lại, ở mức độ này, học sinh phải được chứng kiến tất cả các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm, hiểu được phương pháp thực nghiệm là con đường cơ bản để thiết lập các quy luật vật lí, nắm được cấu trúc của phương pháp thực nghiệm gồm những hành động nào, thứ tự thực hiện các hành động. Học sinh có thể thực hiện ở một vài khâu mà nội dung vật lí đơn giản và trang thiết bị cho phép. Mức độ 1 có thể áp dụng đối với tất cả học sinh lớp 10 THPT. - Mức độ 2: Rèn luyện một số kỹ năng cơ bản, cần thiết, tối thiểu của phương pháp thực nghiệm. Học sinh được chứng kiến tất cả các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm và trực tiếp tham gia làm các thí nghiệm kiểm tra. Một số kỹ năng cơ bản cần rèn luyện cho học sinh khi dạy học phương pháp thực nghiệm ở mức độ 2: + Kỹ năng đo lường trực tiếp các đại lượng: nhiệt độ bằng nhiệt kế.. + Kỹ năng tiến hành thí nghiệm theo chỉ dẫn. + Kỹ năng quan sát những quá trình, hiện tượng vật lí đơn giản. Ở mức độ này, nhất thiết học sinh phải thực hiện một số thao tác của “thí nghiệm kiểm tra “ trong phương pháp thực nghiệm. Đây là mức độ áp dụng cho mọi học sinh lớp 10. - Mức độ 3: Học sinh được trải qua tất cả các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm và tự lực thực hiện giai đoạn “thí nghiệm kiểm tra” từ việc tự lập phương án thí nghiệm, xử lý kết quả thí nghiệm, rút ra kết luận của thí nghiệm và rút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu. Để thực hiện được mức độ này, học sinh phải trải qua mức độ 1, 2 và học sinh các lớp chuyên. Ở mức độ này, để giúp cho học sinh tự lực thực hiện được giai đoạn “thí nghiệm kiểm tra” thì giáo viên có thể thực hiện theo biện pháp sau: + Giáo viên nêu ra một số phương án thí nghiệm, cho học sinh lựa chọn phương án khả thi và tối ưu. + Giáo viên trình bày mẫu việc xây dựng phương án thí nghiệm của các thí nghiệm lịch sử. + Ở mức độ 1, 2 phải làm cho học sinh thấy được cách lập luận, trừu xuất trong việc lập kế hoạch thí nghiệm. + Sử dụng các bài tập thí nghiệm vật lí để hình thành và rèn luyện kỹ năng lập phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm. + Chuyển một số thí nghiệm thực hành thành thí nghiệm nghiên cứu của học sinh. - Mức độ 4: Học sinh tự lực nghiên cứu một số vấn đề nhỏ bằng phương pháp thực nghiệm. Đây là mức độ cao nhất của dạy học phương pháp thực nghiệm trong nhà trường và chỉ áp dụng đối với học sinh hoàn thành 3 mức độ trên và những học sinh thực sự có năng khiếu về vật lí. Cụ thể của mức độ này là học sinh giải quyết một bài tập giáo viên giao cho, bài tập mang tính nghiên cứu, tìm quy luật một sự phụ thuộc nào đó bằng thí nghiệm, thiết kế chế tạo dụng cụ đo đơn giản để đo một đại lượng vật lí nào đó… 1.2.4. Những hoạt động của giáo viên và học sinh khi dạy học phương pháp thực nghiệm 1.2.4.1. Những hoạt động nhận thức Vật lí của học sinh Hoạt động học là một hoạt động đặc thù của con người nhằm tiếp thu những tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm mà loài người đã tích lũy được, đồng thời phát triển những phẩm chất năng lực của người học. Theo lý thuyết hoạt động, hoạt động học có cấu trúc, gồm nhiều thành phần có quan hệ và tác động lẫn nhau: Động cơ Hoạt động Hành động Thao tác Phương tiện, điều kiện Mục đích Hình 1.1: Cấu trúc của hoạt động học theo lý thuyết hoạt động Đối với hoạt động học tập Vật lý của học sinh ở trường phổ thông thì các hành động được dùng phổ biến là: 1. Quan sát, nhận biết những dấu hiệu đặc trưng của sự vật, hiện tượng. 2. Phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản. 3. Xác định những giai đoạn diễn biến của hiện tượng . 4. Tìm các dấu hiệu giống nhau của các sự vật, hiện tượng. 5. Bố trí một thí nghiệm để tạo ra một hiện tượng trong những điều kiện xác định. 6. Tìm những tính chất chung của nhiều sự vật, hiện tượng. 7. Tìm mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật hiện tượng. 8. Tìm mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng. 9. Mô hình hóa những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lý tưởng để sử dụng chúng làm công cụ của tư duy. 10. Đo một đại lượng vật lý. 11. Tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng vật lý, biểu diễn bằng công cụ toán học. 12. Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định. 13. Giải thích một hiện tượng thực tế. 14. Xây dựng một giả thuyết. 15. Từ giả thiết, suy ra một một hệ quả. 16. Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả). 17. Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định luật vật lý. 18. Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động. 19. Đánh giá kết quả hành động. 20. Tìm những phương pháp chung để giải quyết một loại vấn đề. Và những thao tác phổ biến cần dùng trong hoạt động nhận thức vật lý. 1. Thao tác vật chất: - Nhận biết bằng các giác quan. - Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, tác dụng lực, làm di chuyển, làm biến dạng, hơ nóng, làm lạnh, cọ xát, đặt vào một điện áp… - Sử dụng các dụng cụ đo. - Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị). - Thu thập tài liệu, số liệu thực nghiệm. - Thay đổi các điều kiện thí nghiệm. 2. Thao tác tư duy: - Phân tích. - Tổng hợp. - So sánh. - Trừu tượng hóa. - Khái quát hóa. - Cụ thể hóa. - Suy luận quy nạp. - Suy luận diễn dịch. - Suy luận tương tự. Những hành động và thao tác ở trên là những hành động và thao tác được dùng phổ biến trong quá trình nhận thức vật lý của học sinh ở trường phổ thông [28]. Còn trong mục tiêu bồi dưỡng PPTN cho học sinh, để lĩnh hội được PPTN như một toàn thể, học sinh cần phải có kỹ năng thực hiện những thao tác và hành động chính của PPTN [22]. 1. Đo đạc: - Đo đạc những đại lượng biến thiên nhanh. - Đo gián tiếp các đại lượng. - Biết cách tính sai số tuyệt đối, tương đối và đánh giá độ chính xác của phép đo. - Biết vẽ đồ thị. Biết sử dụng đồ thị tra cứu những thông tin cần thiết. 2. Quan sát: - Quan sát hiện tượng diễn biến nhanh. - Quan sát quá trình có nhiều hơn 2 đại lượng biến thiên, biết khống chế điều kiện để đơn giản hóa quá trình (các quá trình biến đối trạng thái chất khí). Mô tả kết quả quan sát bằng bảng số, đồ thị từ đó rút ra những nhận xét. - Quan sát để đưa ra giả thuyết sơ bộ. 3. Thí nghiệm Vật lý: Biết sử dụng các hành động và thao tác trong việc tiến hành thí nghiệm theo chỉ dẫn; Bước đầu có hiểu biết và kỹ năng đề xuất phương án thí nghiệm nhằm kiểm tra giả thuyết; rút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu. 4. Về các thao tác tư duy: Biết phân tích, so sánh các kết quả quan sát và đo đạc, thí nghiệm; biết tổng hợp và khái quát hóa để rút ra kết luận đơn giản. 5. Những hiểu biết về lý thuyết PPTN và vận dụng. - Hiểu được những khâu cơ bản của PPTN. - Bước đầu biết sử dụng PPTN xây dựng một vài định luật Vật lý đơn giản. - Tự lực nghiên cứu một vấn đề đơn giản bằng PPTN. Như vậy, khi hướng dẫn học sinh nhận thức Vật lý bằng PPTN thì các hành động và thao tác đặc thù của nhận thức Vật lý đã nêu trên có cơ hội thực hiện; học sinh được bồi dưỡng, rèn luyện tư duy lý thuyết và thực nghiệm – tư duy Vật lý. 1.2.4.2. Những hoạt động chủ yếu của giáo viên khi hướng dẫn học sinh chiếm lĩnh kiến thức theo PPTN Vật lý - Xây dựng tình huống có vấn đề. - Lựa chọn một logic nội dung bài học thích hợp. - Rèn luyện cho học sinh kỹ năng thực hiện những tháo tác cơ bản, những hành động phổ biến nêu trên. - Lựa chọn và cung cấp cho học sinh những phương tiện, công cụ cần thiết để thực hiện các hành động. - Định hướng hành động tư duy học sinh theo các giai đoạn của PPTN. Việc định hướng hành động tư duy học sinh đư._.ợc thực hiện thông qua các câu hỏi. Theo tác giả Phạm Hữu Tòng có 3 kiểu định hướng thường sử dụng [28, tr.46]. + Định hướng tái tạo: Là kiểu định hướng trong đó người dạy hướng học sinh vào việc huy động, áp dụng những kiến thức, cách thức hoạt động học sinh đã nắm được hoặc đã được người dạy chỉ ra một cách tường minh, để học sinh có thể thực hiện nhiệm vụ mà họ đảm nhận. Sự định hướng tái tạo lại có thể phân biệt thành hai trình độ khác nhau đối với hành động đòi hỏi ở học sinh. Đó là: Định hướng tái tạo từng thao tác cụ thể riêng rẽ. Người học theo dõi, thực hiện, bắt chước lặp lại theo thao tác mẫu cụ thể do người dạy chỉ ra. Định hướng tái tạo angôrit. Người dạy chỉ ra một cách khái quát tổng thể trình tự hành động để người học tự chủ giải quyết được nhiệm vụ. + Định hướng tìm tòi. Đó là kiểu định hướng trong đó người dạy không chỉ ra cho học sinh một cách tường minh các kiến thức và cách thức hoạt động cần áp dụng, mà người dạy chỉ đưa ra cho học sinh những gợi ý sao cho học sinh có thể tự tìm tòi, huy động hoặc xây dựng những kiến thức và cách thức hoạt động thích hợp để giải quyết nhiệm vụ mà họ đảm nhận. + Định hướng khái quát chương trình hóa. Đó là kiểu định hướng phối hợp các đặc điểm của hai kiểu định hướng trên , trong đó trước hết người dạy cũng gợi ý cho học sinh tự tìm tòi tương tự như ở kiểu định hướng tìm tòi nói trên, nhưng chú ý giúp cho học sinh ý thức được đường lối khái quát của việc tìm tòi giải quyết vấn đề và sự định hướng được chương trình hóa theo các bước dự định hợp lí như sẽ trình bày dưới đây, theo các yêu cầu từ cao đến thấp đối với học sinh; từ tổng quát, tổng thể, toàn bộ đến riêng biệt, chi tiết, bộ phận; từ tìm tòi đến tái tạo sao cho thực hiện được một cách có hiệu quả các yêu cầu cao nhất, vừa sức học sinh. Trong việc định hướng hành động tư duy học sinh theo các giai đoạn của PPTN Vật lý thì các câu hỏi khái quát thường có dạng: + Câu hỏi định hướng nêu dự đoán: (Từ quan sát hay từ thí nghiệm ta thấy có mối liên hệ nào giữa đại lượng A và đại lượng B? Từ quan sát hay từ thí nghiệm ta thấy hiện tượng a xuất hiện khi nào? Trong điều kiện nào?). + Câu hỏi định hướng nêu hệ quả logic: (Nếu điều dự đoán đúng thì từ dự đoán suy ra hệ quả nào có thể kiểm tra bằng thí nghiệm?). + Câu hỏi định hướng nêu phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán hay hệ quả logic của dự đoán: (Cần phải làm thí nghiệm như thế nào để kiểm tra điều đó? Dụng cụ gì? Lắp ráp ra sao? Trình tự tiến hành thế nào? Xử lý số liệu kết quả thí nghiệm như thế nào?). + Câu hỏi định hướng thực hiện thí nghiệm kiểm tra: (Kết quả thí nghiệm có phù hợp với có phù hợp với điều dự đoán không?). + Câu hỏi định hướng rút ra kết luận: (Rút ra kết luận gì về vấn đề nghiên cứu?). + Câu hỏi định hướng vận dụng trong tình huống đặt vấn đề: (Kiến thức mới (định luật, nguyên lý Vật lý mới) giải thích thế nào cho vấn đề nêu ra ở đề bài?). + Câu hỏi định hướng vận dụng trong tình huống mới: (Thí dụ nào chứng minh cho kết luận vừa mới tìm ra bằng PPTN?). 2.5. Những sự chuẩn bị cần thiết để dạy học phương pháp thực nghiệm [19] 2.5.1. Chuẩn bị thí nghiệm Vật lý Để bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm kết hợp với việc lôi cuốn học sinh tham gia vào các hoạt động tích cực, tự lực trong học tập đòi hỏi phải chuẩn bị cho học sinh những phương tiện hoạt động thích hợp (ở đây là những trang thiết bị thí nghiệm). Những thí nghiệm tốt nhất là thí nghiệm học sinh, do học sinh tự lực thực hiện để giải quyết các vấn đề học tập. Giáo viên phải lựa chọn các đề tài sao cho có thể tổ chức cho học sinh làm được thí nghiệm đồng loạt đảm bảo các yêu cầu sau: + Thí nghiệm đơn giản, phù hợp với trình độ của học sinh. + Sử dụng càng nhiều càng tốt những dụng cụ, thiết bị, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng ngày, quen thuộc với học sinh. + Chú trọng đến mặt định tính hoặc chỉ cần các phép đo đơn giản nhằm giúp cho học sinh hiểu rõ bản chất hiện tượng. Những thí nghiệm đòi hỏi phải thực hiện các phép đo, tính toán phức tạp dành cho các bài thực hành chuyên biệt. + Thời gian tiến hành thí nghiệm không quá dài để học sinh có thể thực hiện được trong phạm vi thời gian tiết học, giải quyết được nhiệm vụ nhận thức đề ra trong bài học. + Đảm bảo an toàn cho học sinh làm thí nghiệm. Mặt khác, cũng phải chú ý làm giảm tối thiểu việc làm hỏng dụng cụ thí nghiệm. 1.2.5.2. Kỹ thuật sử dụng thí nghiệm trong dạy học theo phương pháp thực nghiệm Thí nghiệm nhằm tạo ra hiện tượng trong những điều kiện cho trước. Thí nghiệm có tính khách quan, không phụ thuộc vào sự mong muốn hay tình cảm, thái độ của người làm thí nghiệm. Tuy nhiên, trong dạy học, thí nghiệm phải đảm bảo sao cho lôi cuốn được sự chú ý của học sinh, kích thích được trí tò mò, óc sáng tạo của họ. Đối với người này thì thí nghiệm là mới lạ, có sự hấp dẫn, nhưng đối với người khác thì thí nghiệm có thể không gây được sự chú ý nào. Bởi vậy, cùng một thí nghiệm nhưng do cách sử dụng của từng giáo viên mà có thể gây ra những tác động tâm lý khác nhau, đem lại hiệu quả khác nhau trong dạy học. Ta hãy xem xét kỹ thuật thí nghiệm trong hai giai đoạn quan trọng của việc dạy học theo tiến trình của PPTN: phát hiện vấn đề và giải quyết vấn đề. + Sử dụng thí nghiệm để phát hiện vấn đề: Ở đây không phải giáo viên nêu lên vấn đề cần nghiên cứu mà giáo viên phải tạo điều kiện để học sinh tự lực phát hiện được vấn đề cần nghiên cứu, do đó mà kích thích được sự hứng thú và tính tích cực cá nhân của học sinh. Ta biết tư duy chỉ bắt đầu khi trong đầu có câu hỏi, tồn tại một vấn đề, con người ở trong tình huống có vấn đề. Muốn tạo ra tình huống có vấn đề cần có ba điều kiện: tồn tại một vấn đề, một vướng mắc trong nhận thức, gây hứng thú nhu cầu nhận thức và vừa sức học sinh để họ tin tưởng có khả năng giải quyết được vấn đề. Thí nghiệm có thể tham gia vào việc tạo ra hai điều kiện đầu. Cụ thể là:  Thí nghiệm Vật lý có thể góp phần làm xuất hiện vấn đề, xuất hiện một mâu thuẫn, đó là một hiện tượng lạ mà học sinh chưa từng biết đến, hoặc không ngờ sẽ xảy ra như thế, hoặc đã biết, đã gặp nhưng không hiểu nguyên nhân vì đâu.  Gợi hứng thú, nhu cầu nhận thức: gây cảm xúc mạnh, làm cho học sinh ngạc nhiên hoặc đáp ứng được một nhu cầu thực tế mà họ quan tâm. Như vậy, kỹ thuật để tạo ra tình huống vấn đề gồm hai phần: Dùng thí nghiệm tạo ra hiện tượng mới: thí nghiệm phải đơn giản, tạo ra hiện tượng dễ quan sát để học sinh nhanh chóng nhận ra, tập trung được sự chú ý vào mặt chính cần quan sát, hiện tượng không bị nhiều yếu tố gây nhiễu, hiện tượng tạo ra phải rõ rệt, gây ấn tượng mạnh đối với học sinh, phải chứa đựng yếu tố mới lạ đối với học sinh, gây ngạc nhiên hay băn khoăn thắc mắc với đa số học sinh, chứa đựng yếu tố khác thường trái với suy nghĩ thông thường của học sinh. Dẫn dắt học sinh phát hiện ra mâu thuẫn nhận thức: trước khi cho học sinh quan sát thí nghiệm cần chuẩn bị cho học sinh về mặt tâm lý để khi quan sát thí nghiệm họ tự phát hiện ngay ra mâu thuẫn, chỗ bế tắc trong tư duy, thích thú vì thỏa mãn sự tò mò, hào hứng vì đã thỏa mãn được một điều mong ước từ lâu. Ví dụ: Tất cả học sinh đều có thể vận dụng kiến thức về lực đẩy Acsimét để giải thích được hiện tượng cái kim thả xuống nước thì bị chìm do lực đẩy Acsimét nhỏ hơn trọng lượng của kim. Sau đó giáo viên đưa ra một cái kim đã lau khô và sạch thả nhẹ nhàng theo phương nằm ngang trên mặt nước. Thật đáng ngạc nhiên: cái kim nổi trên mặt nước chứ không chìm. Nếu thả cái kim đó theo phương thẳng đứng thì kim lại chìm. Tại sao? Rõ ràng là cái kim đã chịu ảnh hưởng của mặt nước. Để giải thích được hiện tượng lạ trên cần phải nghiên cứu tính chất của mặt chất lỏng đối với cái kim. Đó chính là sức căng mặt ngoài của chất lỏng. + Sử dụng thí nghiệm để giải quyết vấn đề. Như ta đã biết hoạt động tìm tòi, nghiên cứu của học sinh phỏng theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm phải trải qua nhiều giai đoạn, trong đó có hai giai đoạn quan trọng là dự đoán và kiểm tra dự đoán. Trong vật lý, những dự đoán lý thuyết chỉ được coi là đúng đắn, là chân lý khi chúng phù hợp với thực tiễn, phù hợp với kết quả thí nghiệm. Như vậy, thí nghiệm đóng vai trò quyết định trong việc đánh giá một dự đoán đúng hay sai. Tuy nhiên thí nghiệm chỉ có thể khẳng định hay bác bỏ dự đoán khi hệ quả của dự đoán đúng quy tắc. Nhiều khi không thể từ một dự đoán khái quát có thể nhìn thấy ngay một hệ quả cụ thể trong thực tế mà phải trải qua một chuỗi suy luận trung gian. Vậy điều quan trọng là phải đảm bảo suy luận trung gian được thực hiện đúng các quy tắc suy luận của logic học, không phạm sai lầm. Thí nghiệm để giải quyết vấn đề có những đặc điểm sau:  Các thí nghiệm để giải quyết vấn đề chủ yếu là các thí nghiệm định lượng: thu thập số liệu về mối quan hệ hàm số giữa hai đại lượng Vật lý nào đó. Do đó, thí nghiệm cần có độ chính xác cao (sai số không vượt quá 5%). Nhưng trong điều kiện hiện nay việc thực hiện thí nghiệm định lượng đồng loạt trực diện là rất khó khăn do thiết bị cung cấp cho các trường phổ thông chủ yếu do trong nước sản xuất, chất lượng thấp, độ chính xác không đảm bảo. Vì vậy thường phải thay bằng thí nghiệm biểu diễn, học sinh quan sát, đọc số liệu, ghi chép và xử lý số liệu.  Thí nghiệm thực hiện trong thời gian dài ( 15 – 20 phút), do đó học sinh dễ bị phân tán, giáo viên cần bao quát, giao nhiệm vụ để học sinh hoạt động tích cực. Các hành động học tập của học sinh trong giai đoạn tiến hành thí nghiệm kiểm tra: Bố trí, lắp ráp các thiết bị thí nghiệm theo đúng phương án thí nghiệm đã đề xuất. Tiến hành các thao tác thí nghiệm theo chỉ dẫn để thu thập các số liệu thực nghiệm. Xử lý các số liệu, tính sai số tuyệt đối, sai số tương đối. Rút ra kết luận từ kết quả thí nghiệm bằng các biểu thức toán học biểu diễn mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lý, hoặc biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng Vật lý bằng biểu đồ, đồ thị…  Việc nghiên cứu xây dựng các phương án thí nghiệm để học sinh tự tạo các thiết bị theo nhóm, tự lực khảo sát các mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng Vật lý có ý nghĩa to lớn về việc bồi dưỡng PPTN cho học sinh. 1.2.5.3. Rèn luyện cho học sinh những kỹ năng cần thiết trong quá trình dạy học Khi vận dụng các giai đoạn của PPTN, học sinh vừa phải tác động vào tự nhiên để làm bộc lộ những tính chất của sự vật hiện tượng, thu thập những thông tin biểu hiện ở những dấu hiệu bên ngoài có thể quan sát được; vừa phải xử lý các thông tin bằng các thao tác trí tuệ để rút ra những kết luận có tính khái quát về bản chất của sự vật hiện tượng, về mối quan hệ giữa chúng. Cần phải có kỹ năng thực hiện cả các thao tác chân tay và trí tuệ đó thì mới có thể thực hiện thành công. - Rèn kỹ năng bố trí tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo cơ bản, thu thập thông tin cần thiết. - Rèn luyện kỹ năng xử lý thông tin. - Xây dựng dự đoán, đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán. 1.3. Các biện pháp và hình thức dạy học phương pháp thực nghiệm cho học sinh 1.3.1. Các biện pháp chung Thiết kế và tổ chức tiến trình dạy học một bài học Vật lí tương tự như các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm. Nếu mỗi bài học Vật lí từ năm đầu tiên đến năm cuối cùng ở trường phổ thông, học sinh được quan tâm bồi dưỡng để hoạt động nhận thức theo tiến trình của phương pháp nhận thức khoa học, trong môn Vật lý là PPTN Vật lý thì nhất định năng lực nhận thức sẽ được phát triển. Tuy nhiên, không phải bài học nào cũng phải thiết kế đủ các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm mà tùy nội dung từng bài cụ thể hoặc từng phần của bài, cần vận dụng một cách sáng tạo để đạt được hiệu quả thực sự. Xây dựng tình huống có vấn đề, tạo cảm xúc mạnh mẽ, giúp học sinh say mê học tập. Tổ chức các hình thức học tập đa dạng trong giờ học (trao đổi, tranh luận trên lớp, hoạt động theo nhóm hợp tác nhỏ..). Lựa chọn và cung cấp cho học sinh những phương tiện, công cụ cần thiết để thực hiện các hoạt động học tập tự lực. Xác định và đưa ra được những mức độ thích hợp yêu cầu học sinh tự lực thực hiện các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm. 1.3.2. Dạy học phương pháp thực nghiệm thông qua nghiên cứu tài liệu mới 1.3.2.1. Những lưu ý khi dạy học phương pháp thực nghiệm thông qua nghiên cứu tài liệu mới [22, tr. 57] - Không thể dạy phương pháp một cách thuần túy mà phải dạy thông qua việc vận dụng phương pháp đó để xây dựng một đơn vị tri thức nào đó. Như vậy, yêu cầu của bài học là học sinh vừa nắm được những tri thức cơ bản vừa nắm được phương pháp ở mức độ nào đó về lý thuyết và thực hành (thực hành sử dụng phương pháp). - Tiến trình xây dựng tri thức vật lí phải phỏng theo việc tạo ra tri thức ấy của nhà bác học: học sinh tham dự vào việc “khám phá lại” tri thức trong điều kiện nhà trường. - Bài học phải sử dụng các thiết bị có thể có trong điều kiện nhà trường hiện nay (dễ tìm, rẻ tiền, dễ chế tạo), các giả thuyết nêu ra và việc suy ra hệ quả logic của nó không quá phức tạp để học sinh được tham gia nhiều nhất vào các khâu của phương pháp thực nghiệm, từ đó họ có điều kiện vận dụng phương pháp, hình thành và rèn luyện kĩ năng. - So với các bài học khác, bài học tường minh phương pháp thực nghiệm thực hiện đồng thời hai nội dung dạy học: dạy tri thức về sự kiện và dạy tri thức về phương pháp. Bài học không cho phép nêu ra định luật dưới dạng thông báo, buộc học sinh phải công nhận mà phải tạo ra nó. Vì vậy, cần một thời gian gấp đôi so với bài học bình thường. Vì vậy, các bài học tường minh phương pháp thực nghiệm được lựa chọn sao cho thí nghiệm kiểm tra hệ quả logic của giả thuyết có nội dung tương tự với thí nghiệm thực hành. - Các tri thức của vật lí được xây dựng bằng một số hữu hạn các phương pháp nhận thức khoa học bộ môn, vì thế bài học tường minh phương pháp thực nghiệm là hạn chế. 1.3.2.2. Logic của bài học tường minh phương pháp thực nghiệm “Vấn đề nhận thức” ở bài học này là nội dung của phương pháp thực nghiệm. Nội dung này đã được giới thiệu trong phần Cơ học nên trong phần Nhiệt học học sinh nắm PPTN Vật lý ở mức áp dụng. Theo Bloom, một số hành động ứng với mức độ áp dụng là: sử dụng, giải quyết, dự đoán, thiết kế, chứng minh…. Chương “Chất khí” với 2 định luật thực nghiệm là điều kiện thuận lợi để bồi dưỡng, củng cố, vận dụng PPTN Vật lý. Do đó nhiệm vụ của bài học là vận dụng PPTN xây dựng định luật Bôilơ – Mariốt và định luật Sác – lơ. 1.3.3. Dạy học phương pháp thực nghiệm thông qua bài tập thí nghiệm vật lí 1.3.3.1. Khái niệm bài tập thí nghiệm vật lí [22, tr. 83] Bài tập thí nghiệm vật lí là những bài tập mà việc giải nó đòi hỏi phải làm thí nghiệm để xác định một đại lượng Vật lý nào đó, hoặc nghiên cứu sự phụ thuộc giữa các thông số Vật lý hoặc kiểm tra tính chân thực của lời giải lý thuyết. Bài tập thí nghiệm vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực nghiệm, nó có tác dụng lớn trong việc bồi dưỡng cho học sinh PPTN của nhận thức Vật lý. Có thể thấy rõ qua việc so sánh các giai đoạn của PPTN với các bước tiến hành khi giải một bài tập thí nghiệm như sau: Bảng 1.2. Bảng so sánh các yếu tố của PPTN và các bước trong quá trình giải BTTN Vật lý Các yếu tố của PPTN Các bước trong quá trình giải BTTNVL 1. Đặt vấn đề trên cơ sở các sự kiện và quan sát. Phân tích vấn đề. 2. Hình thành giả thuyết. 3. Nghiên cứu lý thuyết (suy ra hệ quả logic từ giả thuyết) lập phương án thí nghiệm kiểm tra. 4. Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả. 5. Rút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu. 1. Đọc đề bài, hiểu rõ câu hỏi của bài toán, phân tích bản chất Vật lý của bài toán. 2. Xây dựng phương án giải (Phương án thí nghiệm, lập luận, tính toán). 3. Thực hiện giải: Tính toán, lập luận, trình bày lời giải, (nếu có thể giải bằng lý thuyết). Hoặc lập phương án thí nghiệm quan sát, thu thập số liệu. 4. Tiến hành thí nghiệm, quan sát hiện tượng, ghi nhận số liệu và xử lý kết quả. 5. Đánh giá kết quả và trả lời câu hỏi bài toán. Như vậy, các hành động nhận thức diễn ra khi thực hiện giải một bài tập thí nghiệm có tính chất tương tự với những hành động diễn ra khi nghiên cứu bằng PPTN. Đây chính là cơ sở tâm lý và lý luận dạy học của dạy học PPTN bằng biện pháp sử dụng các BTTN; việc học sinh tiến hành giải BTTN sẽ làm cho tư duy phân tích, tổng hợp, phán đoán, trừu tượng hóa, khái quát hóa và cả trực giác khoa học được bồi dưỡng và rèn luyện. Việc giải các BTTN, đó là những nghiên cứu nhỏ - tạo điều kiện tốt để phát triển tư duy và khả năng nhận thức cho học sinh. 1.3.3.2. Phân loại bài tập thí nghiệm Vật lí [22, tr. 86] 1.3.3.2.1. Bài tập thí nghiệm định tính Những bài tập này không có các phép đo đạc, tính toán định lượng, công cụ để giải là những suy luận logic trên cơ sở các định luật, khái niệm Vật lí và những quan sát định tính. + Bài tập thí nghiệm, quan sát và giải thích hiện tượng: là những bài tập yêu cầu học sinh: làm thí nghiệm theo chỉ dẫn, quan sát theo mục tiêu đã chỉ sẵn, mô tả hiện tượng bằng kiến thức đã có. + Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm: là loại bài tập phổ biến nhất trong các bài tập thí nghiệm ở trường phổ thông bởi thí nghiệm được tiến hành trong tư duy, phù hợp với điều kiện thiếu thốn trang thiết bị như hiện nay ở trường phổ thông. Nội dung của loại bài tập này là: học sinh căn cứ vào yêu cầu của bài toán, vận dụng các định luật một cách hợp lý, thiết kế phương án thí nghiệm để: đo đac một đại lượng vật lí nào đó, xác định sự phụ thuộc nào đó giữa các thông số vật lí. 1.3.3.2.2. Bài tập thí nghiệm định lượng Những bài tập này yêu cầu học sinh đo đạc đại lượng Vật lí với các thiết bị nào đó, tìm quy luật về mối liên hệ phụ thuộc giữa các đại lượng vật lí (với các thiết bị nhất định). Có thể chia làm 3 mức độ (căn cứ vào tính chất khó khăn, phức tạp của bài toán). + Mức độ 1: cho thiết bị, hướng dẫn cách làm thí nghiệm. yêu cầu học sinh làm thí nghiệm tìm quy luật, đo đạc đại lượng . + Mức độ 2: Cho thiết bị. Học sinh thiết kế phương án thí nghiệm, làm thí nghiệm tìm quy luật hoặc đo đạc. + Mức độ 3:Yêu cầu học sinh tự lựa chọn thiết bị, thiết kế phương án thí nghiệm, làm thì nghiệm đo đạc hoặc tìm quy luật. 1.3.3.3. Phương pháp dạy học bài tập thí nghiệm Vật lí Bài tập thí nghiệm vật lí có thể sử dụng trong những hình thức dạy học khác nhau: + Bài học bài tập vật lí có sử dụng bài tập thí nghiệm ở trên lớp. Đa số các giờ học bài tập vật lí được sử dụng sau khi học sinh học xong tài liệu mới. Giờ học bài tập vật lí có thể chia làm hai giai đoạn: giai đoạn xây dựng phương pháp giải bài tập, giai đoạn rèn luyện kỹ năng ( là quá trình luyện tập vận dụng phương pháp đã có để giải các bài tập tương tự). Các bài tập thí nghiệm được sử dụng trong giai đọan thứ hai. Sau khi học sinh đã làm thành thạo các bài tập, tỏ ra nắm vững các kiến thức cơ bản thuộc một phần nào đó và phương pháp vận dụng chúng giải các bài toán cụ thể thông thường, giáo viên cho họcs inh các bài tập thí nghiệm về nhà. Trong giờ học làm bài tập vật lí là sự thảo luận của học sinh về các lời giải khác nhau, giáo viên đóng vai trò trọng tài. + Quan sát và thí nghiệm vật lí ở nhà. Thời gian trên lớp là rất hạn chế, mặt khác bài tập thí nghiệm thường chiếm thời gian lớn của tiết học, vì vậy hầu hết các bài tập thí nghiệm được học sinh giải ở nhà; giờ bài tập trên lớp chỉ là giúp học sinh tháo gỡ những khó khăn mà đa số các em gặp phải. + Trong các cuộc tham quan, dã ngoại học tập. Đối tượng nghiên cứu của Vật lí học có mặt ở mọi nơi, môi lúc. Vì vậy, nhận thức Vật lí cũng có thể tiến hành trong mọi hoàn cảnh nêu giáo viên biết gợi ý cho học sinh suy nghĩ, biết đặt câu hỏi phù hợp với hoàn cảnh. 1.3.4. Dạy học phương pháp thực nghiệm thông qua thí nghiệm thực tập cho học sinh [22, tr. 104] 1.3.4.1. Vai trò của thí nghiệm thực tập đối với việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh Thí nghiệm thực tập có tác dụng to lớn trong việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm và phát triển tư duy học sinh. Các kỹ năng (đo đạc các đại lượng bằng các dụng cụ đo thông dụng của Vật lí, lựa chọn dụng cụ thí nghiệm lặp ráp theo sơ đồ đã có hoặc do mình tự đề xuất, tiến hành thí nghiệm, quan sát và đo đạc, ghi số liệu, xử lý số liệu, lập biểu bảng, vẽ đồ thị, rút ra kết luận..) là những thao tác rất cơ bản của phương pháp thực nghiệm. Có thể chia thí nghiệm thực tập thành các loại sau căn cứ vào điều kiện và địa điểm thí nghiệm: thí nghiệm thực tập ở trường và thí nghiệm thực tập ở nhà. Thí nghiệm thực tập ở trường có thể chia hai loại căn cứ vào mục đích thí nghiệm: + Thí nghiệm trực diện nghiên cứu là những thí nghiệm được tiến hành đồng loạt trên lớp theo cùng mục đích, cùng một loại thiết bị cùng một nhịp độ dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Thí nghiệm trực diện được tiến hành khi học sinh chưa đủ cơ sở lý thuyết và kỹ năng thực hành để tiến hành thí nghiệm về vấn đề nghiên cứu. Vai trò của giáo viên không thể vắng mặt trong hình thức thí nghiệm này. Giáo viên là người hướng dẫn trực tiếp, là trọng tài phân tích kết quả giữa các nhóm thí nghiệm, là người tổng kết thí nghiệm. + Thí nghiệm thực hành: là những thí nghiệm diễn ra ở phòng thí nghiệm, được tiến hành sau khi học sinh đã tích lũy được những kiến thức nhất định.Thí nghiệm thực hành tổng hợp luân phiên được tiến hành theo từng nhóm học sinh.Mỗi nhóm có một nội dung thí nghiệm khác nhau với thiết bị, mục đích, yêu cầu và phương pháp thí nghiệm riêng nhằm củng cố ôn tập, khắc sâu và nâng cao một nội dung kiến thức nào đó của giáo trình Vật lý và rèn luyện những kỹ năng, kỹ xảo nhất định. Ở đây đòi hỏi tính tự lực của học sinh cao hơn, sự hướng dẫn của giáo viên có thể gián tiếp (thông qua tài liệu hướng dẫn) hoặc trực tiếp. Hai hình thức thí nghiệm thực tập trên đều có những tác dụng khác nhau đối với việc thực hiện các nhiệm vụ của dạy học và đặc biệt có tác dụng để bồi dưỡng năng lực nhận thức bằng phương pháp thực nghiệm cho học sinh, chúng bổ sung và hỗ trợ lẫn nhau. 1.3.4.2. Phương pháp hướng dẫn học sinh tiến hành các thí nghiệm thực hành Thí nghiệm thực hành nếu cứ thực hiện như cách làm truyền thống thì mục đích chỉ dừng lại ở mục đích là củng cố kiến thức lý thuyết có liên quan và rèn luyện kỹ năng kỹ xảo thực hành thí nghiệm. Nghĩa là việc bồi dưỡng PPTN chỉ dừng lại ở việc bồi dưỡng hành động thực hiện thí nghiệm theo hướng dẫn có sẵn, học sinh không phải thực hiện các giai đoạn nêu dự đoán, suy ra hệ quả logic, xây dựng phương án thí nghiệm là những khâu rất quan trọng của PPTN gắn liền với năng lực thực nghiệm cần được quan tâm. Để làm được điều đó, cần xây dựng các bài thí nghiệm thực hành nâng cao đó là chuyển thí nghiệm thực hành thành BTTN ở mức độ 2 (học sinh phải thiết kế phương án thí nghiệm với các thiết bị đã cho, làm thí nghiệm tìm quy luật hoặc đo đạc) hay ở mức độ 3 (học sinh tự lựa chọn thiết bị, thiết kế phương án thí nghiệm và làm thí nghiệm đo đạc hoặc tìm quy luật). Sau đây là những gợi ý về phương pháp hướng dẫn học sinh khi tiến hành các thí nghiệm thực hành. a. Công tác chuẩn bị: - Giáo viên:chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm đầy đủ cho mỗi bài thí nghiệm, bản hướng dẫn để mỗi học sinh nghiên cứu trước nội dung bài thí nghiệm. - Học sinh: chuẩn bị các cơ sở lý thuyết trước khi làm thí nghiệm. Chuẩn bị phương án giải quyết các thí nghiệm nâng cao. b. Hướng dẫn thí nghiệm thực hành. Trong giờ thực hành, học sinh được chia thành các nhóm học sinh. Giáo viên đi từng bàn kiểm tra việc chuẩn bị của mỗi nhóm, kiên quyết không cho học sinh chưa chuẩn bị lý thuyết làm thí nghiệm thực hành. Các vướng mắc của học sinh được giáo viên trực tiếp giải quyết ở từng bàn thí nghiệm. Các báo cáo thí nghiệm của học sinh phải được giáo viên đánh giá ngay để kịp thời bổ sung những vướng mắc của học sinh. Kết luận chương 1 Qua việc tìm hiểu những cơ sở lý luận về việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh, chúng tôi nhận thấy phương pháp thực nghiệm là một loại kiến thức đặc biệt quan trọng cần trang bị cho học sinh. Phương pháp thực nghiệm không những là mục tiêu kiến thức mà còn xem là một công cụ quan trọng để học sinh sử dụng trong học tập nhằm xây dựng và chiếm lĩnh kiến thức. “Phương pháp quan trọng hơn phát minh, vì phương pháp tốt có thể tìm ra phát minh mới hay hơn các phát minh đã có” (Lan – đao). Để việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh thu được kết quả tốt thì vai trò của giáo viên là phải nghiên cứu kỹ, soạn thảo, lựa chọn nội dung, phương pháp và các hình thức tổ chức như thế nào phù hợp với đối tượng học sinh , gây hứng thú và kích thích sự suy nghĩ sáng tạo của học sinh. Trong dạy học Vật lý ở THPT, PPTN của Vật lý học đã được giới thiệu tường minh ở phần Động học; Học sinh được làm quen và được chứng kiến việc sử dụng PPTN nghiên cứu chuyển động rơi tự do. PPTN ẩn mình tiềm tàng trong quá trình xây dựng các định luật thực nghiệm Vật lý. Ý thức được ý nghĩa phương pháp luận của PPTN Vật lý trong dạy học Vật lý, chúng ta có thể bồi dưỡng PPTN Vật lý cho học sinh trong các loại bài học Vật lý quen thuộc: bài học xây dựng kiến thức mới (định luật thực nghiệm Vật lý), bài học bài tập Vật lý ( bài tập thí nghiệm), bài học thực hành thí nghiệm Vật lý (các thí nghiệm thực hành nâng cao). Trong phần tiếp theo của luận văn, chúng tôi nghiên cứu dạy học chương “Chất khí” – một chương có các định luật thực nghiệm là điều kiện tốt (về mặt nội dung) thuận lợi cho dạy học hướng tới mục tiêu bồi dưỡng PPTN Vật lý cho học sinh. Chương 2 XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” LỚP 10 CHƯƠNG TRÌNH CHUẨN NHẰM BỒI DƯỠNG PPTN VẬT LÝ CHO HỌC SINH Để thiết kế được các tiến trình dạy học cụ thể hướng tới mục đích bồi dưỡng cho học sinh PPTN Vật lý đảm bảo tính khoa học và khả thi, chúng tôi cần dựa trên những cơ sở sau:  Mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức kỹ năng của chương “Chất khí” trong chương trình Vật lý 10.  Logic phát triển nội dung của chương theo sách giáo khoa hiện hành.  Nội dung học của chương.  Thực trạng dạy học ở địa phương nơi chúng tôi công tác và các trường lân cận.  Chuẩn bị các điều kiện cần thiết cho việc triển khai dạy học theo PPTN Vật lý. Từ đó, căn cứ vào lý luận chung về dạy học bồi dưỡng PPTN đã trình bày ở chương 1, chúng tôi sẽ thiết kế các tiến trình dạy học cụ thể cho từng loại bài học Vật lý trong chương. 2.1. Mục tiêu dạy học của chương theo chuẩn kiến thức, kỹ năng chương trình chuẩn [6, tr. 46] 2.1.1. Mục tiêu kiến thức - Phát biểu được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí: - Nêu được các đặc điểm của khí lí tưởng: - Phát biểu được các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, Sác-lơ. - Nêu được nhiệt độ tuyệt đối là gì. - Nêu được các thông số p, V, T xác định trạng thái của một lượng khí. - Viết được phương trình trạng thái của khí lí tưởng: PV T  hằng số. 2.1.2. Mục tiêu kỹ năng - Vận dụng được phương trình trạng thái của khí lí tưởng.. - Vẽ được các đường đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp trong hệ tọa độ (p, V). Mục tiêu trên là mục tiêu tối thiểu cần phải đạt được cho mọi đối tượng học sinh. Theo định hướng nghiên cứu bồi dưỡng PPTN Vật lý, các tiến trình dạy học được đề xuất còn nhằm tới mục tiêu sau: Học sinh củng cố vận dụng PPTN Vật lý để tham gia vào quá trình xây dựng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ. Trong đó học sinh thực hiện các hành động sau: - Đề xuất vấn đề nghiên cứu từ thí nghiệm cá nhân. - Nêu dự đoán. - Nêu phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán. - Thực hiện thí nghiệm kiểm tra theo nhóm. - Rút ra kết luận. - Giải bài tập thí nghiệm. - Thực hiện thí nghiệm kiểm tra phương trình trạng thái. 2.2. Cấu trúc chương “Chất khí”Vật lý 10 chương trình chuẩn Thể lỏng Quá trình đẳng áp Đường đẳng nhiệt Phương trình trạng thái của khí lí tưởng Mối liện hệ giữa V, T khi P = hằng số Thuyết động học phân tử chất khí Thể rắn Thể khí Quá trình đẳng nhiệt. Quá trình đẳng tích Định luật Bôilơ-Mariốt Đường đẳng tích Định luật Sác-lơ Đường đẳng áp Cấu tạo chất Hình 2.1: Cấu trúc chương “Chất khí”Vật lý 10 chương trình chuẩn Trên cơ sở nội dung cấu tạo chất người ta chia vật chất thành 3 thể: thể rắn, thể khí và thể lỏng. Ở phần này, chúng ta nghiên cứu về thể khí. Cấu trúc và cách hình thành các đơn vị kiến thức của chương chất khí có thể được tóm tắt qua sơ đồ trên. Sau khi tìm hiểu về nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí thì học sinh được tìm hiểu các quá trình biến đổi trạng thái của khí lí tưởng gồm: quá trình đẳng nhiệt và quá trình đẳng tích, từ đó xây dựng định luật Bôilơ – Mariốt, định luật Sác-lơ bằng PPTN. Sau đó vận dụng hai định luật này suy luận logic để thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Cuối cùng, từ phương trình trạng thái của khí lí tưởng suy luận ra mối liên hệ giữa V, T của một lượng khí trong quá trình đẳng áp. 2.3. Thực trạng dạy học chương chất khí 2.3.1. Mục đích điều tra Một trong những căn cứ để soạn thảo tiến trình dạy học nhằm bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh là những khó khăn mà học sinh gặp phải trong quá trình học tập. Vì vậy, chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu thực tế dạy và học của giáo viên và học sinh, sau khi xử lý các phiếu điều tra, chúng tôi đã thu được một số thông tin sau: - Những hiểu biết chung của giáo viên về phương pháp thực nghiệm. - Tình hình dạy học chương chất khí ở các trường phổ thông. - Những kỹ năng và thái độ của học sinh khi học tập vật lý với những phương pháp thông thường. - Nhữ._.t lý và ph Hà Nội. uang, Những phương pháp nhận thức trong bộ môn vật lí ở nhà tr phổ thông, Viện khoa học giáo dục, tư liệu vật lí. 27. Nguyễn Cảnh Toàn, Nguyễn Kỳ, Vũ Văn Tảo, Bùi Tường (1997), Quá trình dạy – tự h tạo và tư duy khoa học, 29. Dươn g dụng trong nghiên cứu khoa học 30. Lê T n thực tiễn), Đại học sư phạm TP. Hồ Chí Minh. HQG, Hà Nội. 28. Phạm Hữu Tòng (2004), Dạy học Vật lí ở trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động học tích cực, tự chủ, sáng Nxb ĐHSP. g Thiệu Tống ( 2001), Thống kê ứn giáo dục, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội. hị Thanh Thảo (2005), Bài giảng một số cơ sở của dạy học Vật lý hiện đại ( từ lý luận đế 31. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (2001), Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh ở trường phổ thông, Nxb Đ 32. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, Nxb ĐHSP, Hà Nội. 33. Lê Minh Triết (1978), Các nhà Vật lý đi tiên phong, Nxb Khoa học và Kỹ Thuật, Hà Nội. 34. V.Langúe (2006), Những bài tập hay về thí nghiệm Vật lý, Nxb Giáo dục. - PL 1 - PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1. Điều tra thực trạng dạy học 1. Phiếu điều tra (dành cho học sinh) PHIẾU TÌM HIỂU THÁI ĐỘ CỦA HỌC SINH KHI HỌC VẬT LÍ. Các em hãy cố gắng hoàn thành các yêu cầu sau vì đây là 1 cơ sở giúp cho giáo viên có được những định hướng giúp cho các em học tập hiệu quả hơn. I. Những thông tin chung về đối tượng được điều tra. 1. Họ và Tên:………………………………………….Nam/Nữ:………… 2. Địa chỉ: Lớp………….Trường…………………………………………………….. 3. Email:…………………………………………………………………………. II. ( Đánh dấu  vào ô bạn chọn ). Câu 1: Bạn có thích học môn Vật lý không?  Rất thích………………………………………………  Xem Vật lý như một môn học bình thường………….  Không thích môn Vật lý……………………………...  Ghét môn Vật lý……………………………………… Câu 2: Theo bạn, lượng kiến thức vật lý trong một tiết học vật lý theo chương trình sách giáo khoa mới như thế nào? Nhiều. Đủ. ít. Câu 3: Phần kiến thức nào trong chương trình Vật lí THPT thường gây khó khăn cho bạn? a. Lý thuyết……………………………………………………… b. Bài tập định lượng……………………………………………. c. Bài tập định tính……………………………………………. d. Tiến hành thí nghiệm………………………………………. e. Xử lí các kết quả thí nghiệm……………………………….............................. f. Ý kiến riêng của bạn: …………………………………………………………. - PL 2 - ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………. Câu 4: Bạn có hài lòng với phương pháp giảng dạy của giáo viên Vật lý hiện nay của bạn không? Có Không Câu 5: Bạn hãy đưa ra một vài nhận xét về phương pháp giảng dạy vật lý trong trường phổ thông hiện nay: ……………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………… Câu 6: Giáo viên vật lý của bạn có thường xuyên sử dụng thí nghiệm trong quá trình giảng dạy không? Thường xuyên. Thỉnh thoảng. Chưa bao giờ. Câu 7: Trong một học kỳ, bạn được học thí nghiệm thực hành bao nhiêu lần? ……lần/ học kỳ Câu 8: Vậy theo ý kiến của bạn, những khó khăn nào bạn thường gặp khi học vật lý? ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….. Câu 9: Những lý do gì khiến bạn thích ( không thích) học môn vật lý? ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… - PL 3 - ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….. Câu 10: Theo bạn, học vật lý như thế nào mới đúng phương pháp?( hay bạn thích được học môn Vật lí ở trường THPT như thế nào?) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………….. Câu 11: Bạn hãy nêu một vài ý chính của nội dung của thuyết động học phân tử chất khí: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …….. Cảm ơn sự hợp tác của các em, hy vọng các bạn sẽ tìm được cách học thích hợp để trở nên yêu thích môn Vật lí! - PL 4 - 2. Phiếu điều tra (dành cho giáo viên) PHIẾU TRAO ĐỔI Ý KIẾN VỚI GIÁO VIÊN (về việc dạy học chương “Chất khí”, chương trình chuẩn) Xin đồng chí vui lòng cho biết một số ý kiến sau đây và đánh dấu x vào ô trống nếu câu trả lời là có hoặc đồng ý. 1. Khi giảng dạy kiến thức trong chương “Chất khí”, các đồng chí gặp những thuận lợi và khó khăn gì? a. Thuận lợi: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………… b. Khó khăn: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… c.Ý kiến khác: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………… 2. Khi dạy học chương “Chất khí” (lớp 10, chương trình chuẩn), đồng chí đã sử dụng thí nghiệm trong bài học nào? a. Quá trình đẳng nhiệt.Định luật Bôilơ – Mariốt…………………………… b. Quá trình đẳng tích. Định luật Saclơ……………………………………… c. Phương trình trạng thái của khí lí tưởng………………………………… - PL 5 - 3. Đồng chí có nhận xét gì về thiết bị thí nghiệm được cung cấp để giảng dạy chương “Chất khí”? a. Thiết bị tốt, gọn nhẹ, có độ chính xác cao, ít hỏng………………………… b. Dễ làm, dễ thành công…………………………………………………… c. Thiết bị có độ chính xác không cao, chỉ làm được vài lần đầu…………… d. Khó làm, xác suất thành công không cao………………………………… e. Ý kiến khác. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………… 5. Khi giảng dạy chương “Chất khí”, đồng ý thường sử dụng phương pháp giảng dạy nào đối với từng bài cụ thể? a. Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí.………………………… ………………………………………………………………………… b. Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôilơ – Mariốt.………………………….. ………………………………………………………………………… c. Quá trình đẳng tích. Định luật Sác – lơ. ………………………………… ……………………………………………………………………… d. Phương trình trang thái của khí lí tưởng. ……………………………… ……………………………………………………………………… 6. Trong tiết bài tập của chương “Chất khí”, đồng chí thường sử dụng loại bài tập nào? a. Bài tập định lượng…………………………………………………… b. Bài tập định tính…………………………………………………….. c. Bài tập thí nghiệm…………………………………………………… d. Ý kiến riêng của đồng chí. - PL 6 - …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………… 7. Đồng chí hiểu như thế nào về bài tập thí nghiệm Vật lí? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………… 8. Đồng chí có nhận xét như thế nào về tác dụng của bài tập thí nghiệm với việc phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh? a. Tạo ra ở học sinh động cơ học tập, hăng say tò mò xây dựng kiến thức mới…………………………………………………………………………. b. Tạo tính tự giác tư duy, độc lập, tích cực sáng tạo ……………………… c. Tạo cho học sinh khả năng tổng hợp kiến thức lý thuyết và thực nghiệm…………………………………………………………………….. d. Rèn luyện các kỹ năng hoạt động trí óc và thực hành……………………… e. Nâng cao vốn hiểu biết về Vật lí, kỹ thuật và thực tế đời sống…………… f. Tạo không khí tranh luận sôi nổi trong lớp học…………………………… g. Ý kiến riêng. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………. Xin chân thành cảm ơn các đồng chí! - PL 7 - PHIẾU TRAO ĐỔI Ý KIẾN VỚI GIÁO VIÊN ( về việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh khi dạy học Vật lí ở THPT). Xin đồng chí vui lòng cho biết một số ý kiến sau đây và đánh dấu x vào ô trống nếu câu trả lời là có hoặc đồng ý. 1. Theo đồng chí, phương pháp thực nghiệm Vật lí là gì? ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………. 2. Trong các yêu tố sau đây, theo các đồng chí yếu tố nào nằm trong nội dung của phương pháp thực nghiệm Vật lí? a. Đặt vấn đề……………………………………………………………… b. Nêu giả thuyết và suy luận ra hệ quả………………………………….. c. Đề xuất phương án thí nghiệm………………………………………… d. Tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu………………………………… e. Xử lí số liệu…………………………………………………………… f. Khái quát, rút ra kết luận……………………………………………… 3. Hịện nay đồng chí đã có những thông tin về phương pháp thực nghiệm Vật lí chưa? Nếu có, những hiểu biết đó đồng chí có được từ đâu? a. Từ trường đại học…………………………………………………….. b. Từ các đợt bồi dưỡng thường xuyên, bồi dưỡng thay sách………….. c. Từ việc tham khảo sách báo, mạng internet………………………… d. Từ việc trao đổi chuyên môn với các đồng nghiệp khác…………… e. Từ nguồn khác…………………………………………………………. 4. Theo các đồng chí, việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh có thể tiến hành trong những tiết học nào? - PL 8 - a. Tiết dạy bài mới……………………………………………………… b. Tiết bài tập…………………………………………………………… c. Tiết thực hành………………………………………………………… d. Tiết ngoại khóa………………………………………………………… e. Tiết tổng kết, ôn tập…………………………………………………… 5. Theo đồng chí, việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh hiện nay sẽ gặp những khó khăn gì? a. Giáo viên chưa nắm rõ nội dung của việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh là làm những gì? Và làm như thế nào?......................... b. Do cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm chưa đầy đủ, chưa chính xác…… c. Do quỹ thời gian không có……………………………………………… d. Vì lý do khác ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ..................................... 6. Theo đồng chí, để giải quyết những khó khăn trên, cần những giải pháp nào? a. Phân bố lại nội dung sách giáo khoa…………………………………… b. Giáo viên phải được bồi dưỡng về phương pháp thực nghiệm Vật lí…… c. Có các bài soạn mẫu về việc bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh để định hướng cho giáo viên về phương pháp dạy học………………… d. Trang bị thêm các thiết bị cần thiết hỗ trợ cho việc tiến hành các thí nghiệm……….................................................................................................. e. Những giải pháp khác: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………… 7. Theo các đồng chí, nếu bồi dưỡng được cho học sinh phương pháp thực nghiệm Vật lí sẽ giúp ích những gì cho học sinh ? - PL 9 - a. Nâng cao tính tích cực, tự lực, sáng tạo trong học tập của học sinh……… b. Gây hứng thú học tập cho học sinh……………………………………….. c. Học sinh được xây dựng một phương pháp đặc thù để có thể giải quyết những vấn đề tương tự không nằm trong nội dung chương trình học, từ đó có khả năng tự chiếm lĩnh kiến thức………………………………………………………….. d. Những lợi ích khác: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………….. Xin chân thành cảm ơn sự hợp tác của đồng chí! - PL 10 - PHỤ LỤC 2. Các giáo án thực nghiệm và phiếu học tập 1. Giáo án bài: “Quá trình đẳng tích. Định luật Sáclơ” I. Ý tưởng sư phạm Định luật Sáclơ cũng là một định luật được xây dựng theo con đường thực nghiệm vì vậy, thông qua bài học này ta hoàn toàn có thể bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiệm vật lý. Do đã được làm quen với cách học này ở phần cơ học và thông qua bài: “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôilơ – Mariốt”, nên trong bài học này giáo viên chỉ đóng vai trò hướng dẫn, định hướng. II. Mục tiêu 1. Kiến thức - Nêu được định nghĩa quá trình đẳng tích. - Phát biểu và nêu được hệ thức về mối quan hệ giữa p và T trong quá trình đẳng tích. - Nhận biết được dạng đường đằng tích trong hệ tọa độ (p, T). - Phát biểu được định luật Saclơ. 2. Kỹ năng - Hoạt động theo nhóm để tiến hành các công việc nhằm xây dựng định luật Sáclơ dựa theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm vật lý ( đề xuất dự đoán, nêu phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán, xử lý số liệu thí nghiệm, rút ra kết luận). - Vẽ được đồ thị biểu diễn quá trình đẳng tích trên hệ trục ( P, T). 3. Thái độ - Hăng hái tham gia phát biểu xây dựng bài học. - Tích cực, tự giác giải quyết các nhiệm vụ giáo viên nêu ra. - Có tinh thần hợp tác trong quá trình hoạt động nhóm. III. Chuẩn bị 1. Giáo viên - Đoạn phim quay họat động của nồi áp suất. - PL 11 - - Sáu bộ dụng cụ thí nghiệm cho các nhóm học sinh, gồm các thiết bị đã nêu ở 4.2 ( hình 2.2 ) - Bài giảng điện tử hỗ trợ. 2. Học sinh - Ôn lại thuyết động học phân tử và định luật Bôilơ – Mariốt. - Kiểm tra lại các dụng cụ thí nghiệm trong bài: “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôilơ – Mariốt”. - Ôn lại nhiệt độ tuyệt đối. Công thức chuyển đổi từ độ Kenvil sang độ Celcius (Vật lý lớp 6). IV. Phương pháp giảng dạy Xây dựng định luật Vật lý theo tiến trình của phương pháp thực nghiệm Vật lý. V. Sơ đồ logic tiến trình phát triển nội dung bài học - Trạng thái của một lượng khí nhất định được xác định bởi các thông số: V, P, T. - Ở nhiệt độ không đổi, áp suất và thể tích của một lượng khí xác định tỉ lệ nghịch với nhau. Quá trình đẳng tích: là quá trình biến đổi trạng thái trong đó thể tích được giữ không đổi. Vấn đề: Khi thể tích của một lượng khí nhất định không đổi thì áp suất và nhiệt độ tuyệt đối có mối liên hệ như thế nào? Giả thuyết: Khi thể tích của một lượng khí nhất định không đổi thì áp suất và nhiệt độ tuyệt đối tỉ lệ thuận với nhau. - PL 12 - Kết luận: Khi m = hằng số, V = hằng số: P T  hằng số. Định luật Sáclơ: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Áp dụng định luật vào thực tiễn. Đường đẳng tích: là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không thay đổi. Thí nghiệm kiểm tra: Giữ V = hằng số. Thay đổi nhiệt độ của một khối lượng khí trong xi lanh, xác định áp suất tương ứng. Hệ quả: Khi P tỉ lệ thuận với T thì P  T = hằng số. Kết quả thí nghiệm: (Bảng 2.2) Lần đo pNhiệt độ (t0C) Nhiệt độ tuyệt đối (K)  ( ) 273T K t  Giá trị đọc ( p ) Áp suất (p =  +760) (mmHg) p T 1 30 303 0 760 2.508 2 44 317 28 788 2.486 3 51 324 38 798 2.463 4 59 332 48 808 2.434 5 64 337 49 809 2.401 +Nhận xét: Với sai số tương đối 1.34%p T       suy ra: 51 2 1 2 5 .... PP P T T T    - PL 13 - VI. Tiến trình dạy học 1. Ôn định lớp. Kiểm tra sĩ số 2. Nội dung bài mới Thời gian Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cần đạt 5 phút  Hoạt động 1. Tìm hiểu quá trình đẳng tích và đặt vấn đề (kết hợp kiểm tra bài cũ) Quá trình đẳng nhiệt là gì? Từ đó rút ra khái niệm về quá trình đẳng tích. Một lượng khí xác định, khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích có mối quan hệ như thế nào? Ta biết một trạng thái khí được xác định bởi 3 thông số: p, V, T.  Bài học hôm nay ta tiếp tục nghiên cứu về mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí khi thể tích không đổi Quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ được giữ không đổi gọi là quá trình đẳng nhiệt. Rút ra khái niệm quá trình đẳng tích. Theo định luật Bôilơ – Mariốt, p và V của một lượng khí tỉ lệ nghịch với nhau khi nhiệt độ không đổi. 1 .p hay pV const V  .Hay: 1 1 2 2p V p V I.Quá trình đẳng tích Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí khi thể tích không đổi. - PL 14 - dựa theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm. Phương pháp thực nghiệm gồm những giai đoạn nào? Yêu cầu học sinh nêu lại vấn đề của bài học? Gồm các giai đoạn: Thực tiễn  Vấn đề  Giả thuyết  Hệ quả logic  Thí nghiệm kiểm tra  Định luật  Thực tiễn.  Vấn đề: Một lượng khí có khối lượng xác định khi thể tích không đổi thì áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối như thế nào? 18 phút  Hoạt động 2. Vận dụng phương pháp thực nghiệm Vật lý giải quyết vấn đề Yêu cầu học sinh đưa ra các dự đoán? Giáo viên có thể gợi ý thêm để cho tất cả các học sinh có thể đưa ra được những dự đoán bằng cách trình chiếu clip hoạt động của nồi áp suất. Yêu cầu học sinh quan sát nêu dự đoán về mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của khối khí? Học sinh có thể suy luận dựa theo thuyết động học phân tử chất khí: khi nhiệt độ tăng thì các phân tử chuyển động nhanh hơn, số phân tử trên một đơn vị diện tích va đập vào thành bình nhanh hơn, nhiều hơn dẫn đến áp suất tăng. Hoặc dựa vào quan sát hoạt động của nồi áp suất: khi nồi sôi tiếp tục đun II. Định luật Sác – lơ 1. Đặt vấn đề. Một lượng khí có khối lượng xác định khi thể tích không đổi thì áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối như thế nào? - PL 15 - Chú ý lại cho học sinh: mỗi độ trong nhiệt giai Kenvin (1K) bằng một độ trong nhiệt giai Celsius (10C). Và yêu cầu học sinh nhắc lại công thức đổi từ nhiệt độ theo nhiệt giai Celsius sang nhiệt độ tuyệt đối Vậy trong PPTN Vật lý để kiểm tra dự đoán trên, ta làm thế nào? Hướng dẫn học sinh suy luận ra hệ quả logic: Tỉ lệ thuận là gì? Trạng thái 1 khí có áp suất p1, nhiệt độ tuyệt nóng thì van của nồi sẽ xì hơi ra ngoài, chứng tỏ rằng khi nhiệt độ tăng thì áp suất hơi sẽ tăng. Tổng kết: học sinh sẽ đưa ra dự đoán: áp suất có thể tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối khi thể tích không đổi. Nhiệt độ tuyệt đối (T) là nhiệt độ theo nhiệt giai Ken – vin, có đơn vị là Ken-vin (K). Công thức đổi từ nhiệt độ theo nhiệt giai Celsius sang nhiệt độ tuyệt đối: T(K) = 273 + t Học sinh trả lời: Ta dùng thí nghiệm để kiểm tra hệ quả của dự đoán trên. Tỉ lệ thuận là khi đại lượng này tăng hoặc giảm bao nhiêu lần thì đại lượng kia cũng tăng hoặc giảm bấy nhiêu lần. 2. Dự đoán. Khi thể tích của một lượng khí không đổi, áp suất có thể tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. 3. Hệ quả logic. Nếu p const T  thì p tỉ lệ thuận với T. - PL 16 - đối T1. Biến đổi đẳng tích sang trạng thái 2 có áp suất p2, nhiệt độ tuyệt đối T2. Giả sử p tỉ lệ thuận với T, ta có biểu thức liên hệ giữa T1, T2, p1, p2 như thế nào? Vậy ta sẽ làm thí nghiệm kiểm tra biểu thức hệ quả (*) .  Hệ quả logic: Nếu p const T  thì p tỉ lệ thuận với T.  Xây dựng phương án thí nghiệm: Vậy để làm thí nghiệm kiểm tra sự phụ thuộc của p vào T ta cần làm như thế nào? Ta có thể dùng bộ thí nghiệm khảo sát định luật Bôilơ – Mariốt để tìm mối quan hệ định lượng giữa P và T không? 1 2 2 1p T p T  hay 1 1 2 2p p T T  (*) Học sinh phân tích, so sánh để trả lời câu hỏi của giáo viên: ta có thể sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát định luật Bôilơ – Mariốt nhưng cần thay đổi và bổ sung thêm các chi tiết: ta sẽ cố định thể tích, thay đổi nhiệt độ. Do đó, phải có thêm dụng cụ đo nhiệt độ là nhiệt kế. 4. Thí nghiệm a. Mục đích thí nghiệm: kiểm tra hệ quả. b. Tiến hành thí nghiệm - Chứa 1 lượng khí trong xi lanh và điều chỉnh pittông để lấy thể tích của khí là 20 cm3. - Dùng ống cao su nối xi lanh với đồng hồ đo áp suất. Nhúng xi lanh vào bình chứa nước. lần lượt thay đổi nhiệt độ nước trong bình để thay đổi nhiệt độ khí trong xi lanh. - Tương ứng với mỗi lần tăng nhiệt độ, ghi nhận các - PL 17 - Vậy làm thế nào để thay đổi nhiệt độ của khối khí? (Chú ý cho học sinh khi dùng nước nóng để thay đổi nhiệt độ khí thì cần chờ khoảng 1- 2 phút để nhiệt độ nước cân bằng với nhiệt độ khí trong xi lanh). Nhấn mạnh lại phương án thí nghiệm.  Tiến hành thí nghiệm: Giáo viên phát dụng cụ thí nghiệm cho các nhóm. Yêu cầu các nhóm tiến hành thí nghiệm đo đạc, thu thập các số liệu như phương án trên để hoàn thành phiếu học tập số 3 (Phụ lục 2). Theo dõi, hướng dẫn, sửa chữa kịp thời các sai sót của học sinh. Yêu cầu 2 nhóm học Học sinh có thể tham khảo thí nghiệm trong SGK để trả lời: để thay đổi nhiệt độ của khối khí trong xi lanh ta có thể dùng nước nóng. Các nhóm tiến hành thí nghiệm theo sự phân công của nhóm trưởng và sự hướng dẫn của giáo viên để hoàn thành phiếu học tập số 3 (Phụ lục 2) 2 nhóm được phân công cử đại diện lên bảng giá trị của áp suất. Hoàn thành bảng 2.2. c. Kết quả thí nghiệm. (Bảng 2.2). d. Xử lý kết quả và kết luận - Giá trị trung bình: 2, 458p T      - Sai số tuyệt đối: 0,033p T      - Sai số tương đối: 1,34%p T       - Nhận xét: Với sai số tương đối trên , ta có thể coi p const T  - PL 18 - sinh cử học sinh đại diện lên báo cáo kết quả thí nghiệm. Yêu cầu các nhóm còn lại nhận xét kết quả. Giáo viên tổng kết: với những sai lệch nhỏ do quá trình thí nghiệm chưa được thực hiện trong điều kiện hoàn toàn lí tưởng thì ta có thể coi thương số p const T  . Qua thí nghiệm trên ta có thể kết luận gì về sự phụ thuộc của p vào T của một lượng khí khi thể tích không đổi? p const T  báo cáo kết quả dựa trên bảng phụ. Các nhóm khác nhận xét kết quả. Các thương số p T xấp xỉ bằng nhau.  Kết luận: Khi thể tích không đổi, thương số giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của một lượng khí là một hằng số ( hay áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối). 7 phút  Hoạt động 3. Hợp thức hóa kiến thức, phát biểu định luật Sác – lơ Các em đã khảo sát mối quan hệ giữa P, T của một lượng khí xác định ở thể tích không Lắng nghe. 5. Nội dung định luật Trong quá trình đẳng tích của một - PL 19 - đổi V = 20 cm3. Nếu còn thời gian ta di chuyển vị trí pittông để có thể tích khí V’ = 30 cm3 và lặp lại thí nghiệm như trên ta cũng có kết luận: p const T  . Sác – lơ, nhà Vật lý người Pháp đã tiến hành thí nghiệm với các chất khí khác nhau và cũng thu được kết quả như trên. Ông khái quát hóa nêu thành định luật - Định luật Sác – lơ. Vậy định luật Sác – lơ phát biểu thế nào? Giáo viên lưu ý cho học sinh: - Khối lượng khí xác định ( bản chất khí và khối lượng khí không thay đổi trong quá trình biến đổi trạng thái). - Nhiệt độ phát biểu Lần lượt hai học sinh phát biểu định luật. Ghi chép. lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Biếu thức: p const T  hay 1 2 1 2 p p T T  6. Bài tập vận dụng  Trạng thái 1 p1 = 5 atm T1 = 273 K  Trạng thái 2 T2 = 540 K p2 = ? Vì thể tích không đổi nên: 1 1 2 2p p T T   1 2 2 1 . 5.540 273 9,89 p Tp T atm    - PL 20 - trong định luật là nhiệt độ tuyệt đối. Yêu cầu học sinh làm bài tập sau: Biết thể tích của một lượng khí không đổi. Chất khí ở 00C có áp suất 5 atm. Tính áp suất của lượng khí ở 2670C. Vận dụng định luật làm bài tập. 5 phút  Hoạt động 4. Biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của lượng khí xác định khi thể tích không thay đổi bằng đồ thị Nhắc lại khái niệm đường đẳng nhiệt? Từ đó, đưa ra khái niệm đường đẳng tích? Nếu chọn hệ trục tọa độ gồm: trục tung biểu diễn áp suất, trục hoành biểu diễn nhiệt độ tuyệt đối (giáo viên biểu diễn lên bảng). Dựa vào mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối là p const T  . hãy nhận xét dạng của đồ thị? Là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi. Là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi. Dựa vào kiến thức toán học và sự hướng dẫn của giáo viên trả lời: đồ thị có III. Đường đẳng tích a. Định nghĩa Đường đẳng tích là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi. - PL 21 - (hướng dẫn rõ hơn cho học sinh: cho hằng số = a, ta có biểu thức .p a p a T T    , biếu thức đó tương đương với biểu thức y = ax trong toán học). Kết luận về đường đẳng tích. dạng là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ. Ghi đặc điểm của đường đẳng tích vào vở. b. Đặc điểm Trong hệ tọa độ (p,T), đường đẳng tích có dạng là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ. 10 phút  Hoạt động 5. Vận dụng – củng cố Tổng kết: Trong phần trên, với phương pháp thực nghiệm ta cũng đã rút ra được một kết luận có nội dung tương tự nội dung định luật Sáclơ. Phát phiếu học tập số 4 (Phụ lục 2) cho các nhóm và yêu cầu các nhóm hoàn thành nhanh. Dùng powerpoint trình chiếu đáp án. Nhận xét giờ học . Yêu cầu học sinh về nhà làm các bài tập còn Làm nhanh bài tập. Ghi chú các nhiệm vụ về nhà. - PL 22 - lại, sử dụng kết quả thí nghiệm thu được vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của P vào T khi thể tích không đổi và chuẩn bị cho tiết bài tập. - PL 23 - 2. Các phiếu học tập Phiếu học tập số 1 Bài: Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôilơ – Mariốt. Nhóm: ……………… Lớp: ……………………….. 1. Kết quả thí nghiệm: TT V(cm3) P(mmHg) PV(cm3.mmHg) 1 2 3 4 5 2. Xử lý kết quả thí nghiệm:       ........................................................... .....................; ................. PV PV PV PV       PV 3.Nhận xét kết quả thí nghiệm: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… 4. Định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ôt: …………………………………………………………………………………… ………………………………………………. Công thức: …………………………………. - PL 24 - Phiếu học tập số 2 Nhóm:…...................................... Lớp:………….. 1. Hãy nêu lần lượt các công việc (hành động)( một cách ngắn gọn) cần phải tiến hành khi xây dựng định luật Bôilơ – Mariốt dựa theo tiến trình của phương pháp thực nghiệm Vật lí. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………2. Hệ thức nào sau đây phù hợp với định luật Bôilơ – Mariốt? a. 1 1 2 2. .p V p V b. 1~p V c. 1~V p d. ~V p 3. Đồ thị nào sau đây không biểu diễn quá trình đẳng nhiệt? a. p V O OT T b. p p O O V T c. d. - PL 25 - Phiếu học tập số 3 Bài: Quá trình đẳng tích. Định luật Sác - lơ. Nhóm: ……………………Lớp: ……………………. 1. Kết quả thí nghiệm. Lần đo Nhiệt độ (t0C) Nhiệt độ tuyệt đối (K)  ( ) 273T K t  Giá trị đọc ( p ) Áp suất (p = p +760) (mmHg) p T 1 2 3 4 2. Xử lý kết quả thí nghiệm: .............................P T      ; ...................................... P T      .................................... P T P T          3. Nhận xét kết quả thí nghiệm: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………. 4. Định luật Sác-lơ. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………. Biểu thức: ………………………………………………………………………………….. - PL 26 - Phiếu học tập số 4 Nhóm: …………………………… Lớp: ………………………… 1. Trong các hệ thức sau, hệ thức nào không phù hợp với định luật Sáclơ? a. b. c. P T P t P const T  d. 1 2 1 2 P P T T  2. Trong hệ tọa độ ( P,T), đường biểu diễn nào say đây là đường đẳng tích? a. Đường hypebol. b. Đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ. c. Đường thẳng không đi qua gốc tọa độ. d. Đường thẳng cắt trục P tại điểm P = P0. 3. Ở nhiệt độ 70C, áp suất của một khối khí bằng 0,897 atm. Khi áp suất của khối khí này tăng đến 1,75 atm, nhiệt độ của khối khí bằng: a. 2730C. b. 273K. c. 2800C. d. Các câu trên đều sai. - PL 27 - Phiếu học tập số 5 Họ và tên:………………………………….Lớp: …………… Ngày:…………… Tên bài thực hành: ………………………………………………………………... 1. Kết quả thí nghiệm. Lần đo V(cm3). t ( 0C) T (K) p p ( mmHg) pV T 1 30 2 28 3 26 4 24 5 22 a. Tính giá trị trung bình của pV T . b. Tìm sai số tuyệt đối của phép đo. c. Tìm sai số tỉ đối của phép đo. d. Nhận xét kết quả thí nghiệm. 2.Câu hỏi. Nêu những nguyên nhân có thể gây ra sai số của phép đo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Đọc các giá trị sai số dụng cụ của từng dụng cụ đo trong thí nghiệm? .…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 3. Các bài giảng điện tử - PL 28 - PHỤ LỤC 3. Minh chứng về thực nghiệm sư phạm 1. Đề kiểm tra Bài 1 ( 3 điểm). Những quá trình nào sau đây là đẳng quá trình? Vì sao? a. Đun nóng khí trong một bình đậy kín. b. Không khí trong quả bóng bay bị phơi nắng, nóng lên, nở ra làm căng bóng. c. Đun nóng khí trong 1 xi lanh, khí nở đẩy pittông chuyển động. Bài 2 (3 điểm). Trong bảng sau là kết quả đo áp suất của một lượng khí xác định khi thay đổi thể tích của khối khí đó. Biết nhiệt độ khối khí không thay đổi trong suốt quá trình đo: V( cm3) 40 45 50 55 60 P ( mmHg) 1048 962 888 824 760 a. Hãy xử lý các số liệu trên và nhận xét vể sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích. b. Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích theo bảng số liệu trên. Nhận xét dạng đồ thị nhận được? Bài 3 (4 điểm). Một xi lanh chứa khí như hình vẽ, ban đầu pittông cách đáy xi lanh một khoảng 15 cm. Giữ cho nhiệt độ của khí trong xi lanh không đổi. Hỏi phải đẩy pittông theo chiều nào? Một đoạn là bao nhiêu để áp suất khí trong xi lanh tăng gấp 3 lần? - PL 29 - 2. Một số kết quả hoạt động trên phiếu học tập và nhiệm vụ học tập ở nhà - PL 30 - - PL 31 - - PL 32 - - PL 33 - 3. Phiếu đánh giá giờ thực nghiệm của tổ chuyên môn - PL 34 - 4. Ảnh chụp, phim quay thực nghiệm sư phạm (kèm dĩa CD) - PL 35 - ._.