Đề tài Nghiên cứu việc thiết kế tiến trình hoạt động dạy học một số kiến thức thuộc chương “Điện tích - Điện trường” - sách giáo khoa vật lý lớp 11 nâng cao nhằm khắc phục một số quan niệm sai lầm của học sinh

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Chúng ta đang sống trong những năm của thế kỉ 21, thế kỉ mà tri thức và kĩ năng của con người là những yếu tố cơ bản quyết định sự phát triển của xã hội. Trong xã hội tri thức, nền giáo dục không chỉ trang bị cho học sinh những kiến thức mà nhân loại đã tích luỹ trong lịch sử mà còn phải bồi dưỡng cho họ tính năng động, óc tư duy sáng tạo và năng lực thực hành giỏi. Trước tình hình đó nhiệm vụ quan trọng đặt ra cho nhà trường phổ thông là ngoài việc trang bị cho học sinh những kiến thức và kĩ năng tối thiểu, cần thiết, các môn học cần phải tạo ra cho học sinh một tiềm lực nhất định để khi tham gia vào lao động sản xuất hoặc nghiên cứu khoa học họ có thể mau chóng thích ứng với những yêu cầu của xã hội, đó chính là khả năng giải quyết những vấn đề mà thực tiễn đặt ra, khả năng tự tìm ra những giải pháp mới. Khả năng đó nằm trong phương pháp tư duy và hành động một cách khoa học. Điều đó đòi hỏi ngành giáo dục phải có một chiến lược đổi mới đồng bộ từ hệ thống quan điểm chung, hệ thống giáo dục...đến những vấn đề cụ thể như mục tiêu, nội dung, phương pháp, phương tiện dạy học cùng các điều kiện khác. Trong giai đoạn đầu của việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tích cực hóa hoạt động của học sinh là tạo điều kiện cho học sinh suy nghĩ nhiều hơn, làm nhiều hơn và thảo luận nhiều hơn. Nghị quyết TW 2, khoá VIII của Đảng Cộng Sản Việt Nam đã ghi rõ: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều và rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học...”[55] Văn kiện Đại hội IX của Đảng Cộng sản Việt Nam lại tiếp tục chỉ rõ phương hướng phát triển giáo dục và đào tạo trong những năm tới: “Tiếp tục nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, đổi mới nội dung, phương pháp dạy và học, hệ thống trường lớp và hệ thống quản lí giáo dục”.[56] Cùng xu thế đổi mới chung của ngành giáo dục, việc dạy học vật lí có nhiều thay đổi quan trọng và ngày càng có những thành tựu mới. Tuy nhiên sự đổi mới này vẫn còn chậm chạp, chưa theo kịp sự đổi mới của hệ thống giáo dục và sụ tiến bộ của khoa học, đặc biệt những thành tựu hiện đại của khoa học thế giới trong những thập kỉ gần đây. Trong hệ thống kiến thức vật lí ở trường phổ thông, kiến thức phần “Điện tích - Điện trường” giữ một vai trò quan trọng. Đây là phần kiến thức tương đối khó. Nội dung kiến thức này được xây dựng theo mức độ từ khảo sát định tính các hiện tượng gần gũi với kinh nghiệm và hiểu biết của học sinh ở cấp cơ sở đến việc không chỉ mở rộng, đi sâu vào bản chất vật lí, cơ chế của các hiện tượng điện mà còn nâng cao ở mức định lượng và quan tâm đến các ứng dụng kĩ thuật... Tuy nhiên, trong thực tế dạy học ở trường phổ thông hiện nay việc dạy học các kiến thức này chưa đạt được như mong muốn, còn tồn tại chủ yếu tình trạng dạy học mang tính chất độc thoại, giảng giải, thông báo, áp đặt, tái hiện...mang tính một chiều của giáo viên, nên học sinh gặp rất nhiều khó khăn khi học phần này. Qua những nghiên cứu cho thấy, sau một thời gian dài học tập, những kiến thức học sinh tiếp thu về phần “Điện tích - Điện trường” là khá ít. Học sinh có xu hướng giải quyết các tình huống bằng sự vận hành các quan niệm thông thường có trong đời sống hàng ngày chứ không phải là những kiến thức đã được giảng dạy. Những khó khăn gặp phải khi học sinh giải quyết các bài toán về điện là rất lớn, nhất là phần tĩnh điện. Sai về phương pháp, về chiến lược... Học sinh giải bài một cách tuỳ tiện, họ chỉ tìm cách áp dụng ngay các công thức, phát hiện ra những thủ thuật đem lại các giải pháp cho một bài toán cụ thể nào đó..Ngay cả những khái niệm cơ bản: điện dung, điện thế, hiệu điện thế, tụ điện, điện truờng .. nhiều học sinh còn rất mơ hồ, chưa hiểu đúng về bản chất vật lý, dẫn đến học sinh có những quan niệm rất khác với những quan niệm khoa học của các nội dung kiến thức này. Do đặc thù của chương học bao gồm nhiều kiến thức thông báo: từ những định luật, thuyết cho đến những khái niệm căn bản. Vì thế, số nghiên cứu về dạy học các nội dung kiến thức thuộc phần “Điện tích - Điện trường” là không nhiều. Đã có một số luận văn nghiên cứu về việc dạy học các kiến thức phần Tĩnh điện, cụ thể: - “Một số suy nghĩ về việc hình thành cho học sinh phương pháp giải bài tập Tĩnh điện”, Đỗ Thị Kim Chung, 1988. - “Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về tụ điện ở chương “Cơ sở của Tĩnh điện học”- SGK vật lý lớp 11 thí điểm, Ban Khoa học tự nhiên (Bộ 1) nhằm nâng cao chất lượng kiến thức và phát huy tính tích cực của học sinh trong học tập” của tác giả Trần Hùng Dũng, ĐHSP Hà Nội, 2005. - “Lựa chọn hệ thống bài tập và phương pháp giải phần tĩnh điện học nhằm ôn tập hệ thống hoá kiến thức phần tĩnh điện học cho học sinh lớp 11 phổ thông trung học hiện hành”, Lê Thị Hằng, Khoá luận tốt nghiệp, 1995. - “Lựa chọn một số bài tập, xây dựng phương pháp giải và hướng dẫn giải bài tập hạt điện tích chuyển động trong địên trường nhằm ôn tập, củng cố một số kiến thức trong chương tĩnh điện ở lớp 11 - Phổ thông trung học”, Phạm Thị Định, Khoá luận tốt nghiệp, 1999. - “Thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản từ vỏ lon và chai nhựa để sử dụng trong dạy học phần tĩnh điện học ở trường phổ thông”, Trần Ngọc Chất, Khoá luận tốt nghiệp, 2004. Gần đây, một số tác giả như Mai Văn Trinh [48], Nguyễn Thị Nhị [32] có đề cập đến việc thiết kế Website nhằm hỗ trợ việc dạy học chương tĩnh điện trong một số bài báo, tuy nhiên những nghiên cứu này chưa được áp dụng rộng rãi trong thực tế. Và cũng có một số luận văn đã đề cập đến việc nghiên cứu các quan niệm sai lầm của học sinh như: - “Điều tra những sai lầm phổ biến của học sinh PTTH về các khái niệm lực, gia tốc, khối lượng”, Phùng Như Hoa, Khoá luận tốt nghiệp, ĐHSP Hà Nội, 1993. - “ Nghiên cứu những quan niệm, những sai lầm của học sinh trong một phần thuộc khái niệm lực, vận tốc và khối lượng trong chương trình vật lý 10 phổ thông trung học”, Dương Đức Thắng, 1993. - “Tìm hiểu các biện pháp khắc phục khó khăn trong việc giảng dạy và học tập một số bài của chương trình vật lý lớp 10 phổ thông trung học”, Trần Văn Huynh, 1995. - Trong các bài báo “Thực nghiệm xây dựng tình huống vấn đề nhằm khắc phục những quan niệm sai lầm của học sinh về khái niệm lực”, Nghiên cứu giáo dục, số 8 – 1993, số 11 – 1994 và trong luận án PTS “Nghiên cứu tổ chức tình huống, định hướng hành động xây dựng kiến thức của học sinh trong việc dạy khái niệm lực thuộc chương “Lực - Khối lượng” ở lớp 7 phổ thông”, 1996 của tác giả Đỗ Hương Trà, dựa trên sự hiểu biết về những quan niệm của người học, tác giả đã phân tích sâu và vận dụng sáng tạo kiểu định hướng khái quát chương trình hoá theo tiến trình hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề đối với tình huống học tập trong việc xây dựng từng kiến thức cụ thể. Tuy nhiên, theo chúng tôi được biết, cho đến nay chưa có luận văn nào nghiên cứu về việc tổ chức dạy học các kiến thức thuộc chương “Điện tích - Điện trường”, cũng như nghiên cứu những quan niệm của học sinh về các kiến thức thuộc chương này. Những nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc phân loại các bài tập, thiết kế chế tạo các thí nghiệm, cải tiến và sử dụng một số thí nghiệm trong dạy học một vài kiến thức đơn lẻ, chưa có cái nhìn tổng thể về chương học. Chúng tôi nhận thấy, chương học này bao gồm những kiến thức rất căn bản của vật lý, nó có ý nghĩa quan trọng đối với việc tiếp thu các kiến thức ở những chương học sau về phần điện và từ. Do đó, việc làm phát hiện, làm bộc lộ, thay đổi những quan niệm sai, củng cố những quan niệm khoa học về những kiến thức thuộc phần điện tích, điện trường có vai trò quan trọng trong quá trình dạy học Vật lý. Đối với giáo viên đây cũng là một chương khó tổ chức dạy học theo phương pháp mới. Đối với học sinh, đây là một chương học tương đối nặng vì những kiến thức khó hiểu, mang tích trừu tượng cao, khó ghi nhớ, dễ nhầm lẫn, dễ hiểu sai lệch. Vì thế, cần có những nghiên cứu về tổ chức hoạt động dạy học hiệu quả cho chương học, hơn nữa có thể khắc phục, giảm bớt cho học sinh những khó khăn, sai lầm hay mắc phải sẽ củng cố cho người học sự ham học và niềm yêu thích bộ môn Vật lý. Việc nghiên cứu tổ chức dạy học dựa trên cơ sở hiểu biết về những khó khăn, những quan niệm của học sinh trong học tập có ý nghĩa thiết thực trong dạy học, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của việc dạy và học bộ môn Vật lý. Chính vì những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu việc thiết kế tiến trình hoạt động dạy học một số kiến thức thuộc chương “Điện tích - Điện trường” - SGK vật lý lớp 11 nâng cao nhằm khắc phục một số quan niệm sai lầm của học sinh” 2. Mục đích nghiên cứu Trên cơ sở hiểu biết những quan niệm của học sinh về một số kiến thức phần tĩnh điện, thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức thuộc chương “Điện tích - Điện trường” – SGK vật lí lớp 11 nâng cao nhằm khắc phục một số quan niệm sai lầm của học sinh khi học phần kiến thức này. 3. Đối tượng nghiên cứu - Các quan niệm của học sinh về một số kiến thức thuộc chương “Điện tích - Điện trường” - Các nội dung kiến thức thuộc chương “Điện tích - Điện trường” – SGK vật lý lớp 11 nâng cao - Hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh khi tiến hành dạy học chương “Điện tích - Điện trường” – SGK vật lý lớp 11 nâng cao. 4. Giả thuyết khoa học Vận dụng các quan điểm dạy học hiện đại vào việc tổ chức dạy học các kiến thức vật lý cụ thể và trên cơ sở hiểu biết những quan niệm của người học có thể thiết kế được tiến trình hoạt động dạy học nhằm khắc phục một số quan niệm sai lầm của học sinh về một số kiến thức thuộc chương “Điện tích - Điện trường”- SGK vật lý 11 nâng cao. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích nghiên cứu, đề tài có những nhiệm vụ chủ yếu sau: - Nghiên cứu các quan điểm dạy học hiện đại, các cơ sở tâm lý học, giáo dục học về tổ chức hoạt động dạy học, vai trò của việc hiểu biết những quan niệm của học sinh, cơ sở khoa học luận của việc tổ chức tiến trình hoạt động dạy học vật lý. - Nghiên cứu lịch sử hình thành và phát triển của kiến thức phần “ Tĩnh điện”. Nghiên cứu nội dung kiến thức phần: “Điện tích – Điện trường” trong sách giáo khoa Vật lý 11 nâng cao và các tài liệu liên quan nhằm xác định mức độ nội dung các kiến thức và các kỹ năng học sinh cần nắm vững. - Phân tích cấu trúc lôgic của nội dung kiến thức và nghiên cứu soạn thảo hệ thống tình huống học tập nhằm tìm ra những quan niệm của học sinh về phần “Điện tích – Điện trường”. - Thực nghiệm bằng hệ thống câu hỏi đã soạn thảo nhằm thu thập và phân tích những khó khăn và những quan niệm của học sinh về các kiến thức thuộc chương “Điện tích – Điện trường”. - Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học giúp học sinh khắc phục một số quan niệm sai lầm. - Thực nghiệm tiến trình dạy học đã soạn thảo, phân tích tính khả thi của tiến trình đối với việc khắc phục một số quan niệm sai lầm của học sinh. 6. Phạm vi nghiên cứu - Một số kiến thức thuộc chương: “Điện tích – Điện trường ” - Chỉ tiến hành điều tra, nghiên cứu và thực nghiệm sư phạm trên đối tượng học sinh ở một số trường THPT trong thị xã Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh. 7. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện được các nhiệm vụ trên, chúng tôi sẽ sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau: - Nghiên cứu lí luận: nghiên cứu các tài liệu về tâm lý học, lôgic học, lý luận dạy học Vật lý, các văn kiện của Đảng về đổi mới giáo dục và các tài liệu liên quan đến đề tài để làm cơ sở định hướng cho quá trình nghiên cứu. Nghiên cứu các giáo trình Vật lý đại cương, sách giáo khoa phổ thông phần “Điện tích – Điện trường ” và các tài liêu khoa học liên quan phục vụ cho mục đích nghiên cứu. - Dùng phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: bằng việc sử dụng những kết quả cuả những nhà nghiên cứu, tìm hiểu lịch sử về sự hình thành và phát triển nội dung kiến thức, tìm hiểu những kinh nghiệm giảng dạy của các chuyên gia, của các đồng nghiệp… - Khảo sát thực tế: Dự giờ, quan sát, trao đổi với các giáo viên về thực trạng dạy học phần “Điện tích – Điện trường ” về cách tổ chức hoạt động dạy học của giáo viên, mức độ nhận thức, hứng thú của học sinh và kết quả học tập thu được của học sinh tại một số trường THPT trên địa bàn thị xã Cẩm Phả, tỉnh Quàng Ninh. - Thực nghiệm sư phạm: Bằng các tình huống học tập, thực nghiệm, điều tra nhằm phát hiện những quan niệm của học sinh khi học chương “Điện tích – Điện trường ”. Dạy học thực nghiệm với các tiến trình dạy học đã soạn thảo nhằm đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đối với việc khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh. - Dùng thống kê toán học để xử lý kết quả thu được từ thực nghiệm. 8. Đóng góp của đề tài - Phát hiện được một số quan niệm sai lầm của học sinh khi học một số kiến thức chương “Điện tích – Điện trường ” làm cơ sở giúp giáo viên tổ chức hữu hiệu tiến trình dạy học nội dung kiến thức chương này. - Phân tích được nội dung khoa học và lịch sử hình thành một số kiến thức thuộc chương “Điện tích - Điện trường”. - Soạn thảo được một số tiến trình hoạt động dạy học nhằm khắc phục một số kiến thức thuộc chương “Điện tích – Điện trường ” SGK Vật lý 11 nâng cao. - Kết quả của đề tài có thể làm cơ sở cho việc tiếp tục nghiên cứu tìm ra các biện pháp khắc phục những quan niệm khó khăn của học sinh khi học chương này. 9. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 03 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận Chương 2: Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học một số kiến thức thuộc chương “Điện tích – Điện trường” SGK Vật lý 11 nâng cao nhằm khắc phục một số quan niệm sai lầm của học sinh. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1. Bản chất của hoạt động dạy học 1.1.1. Quan niệm về hoạt động Theo A.N.Leontiev thì hoạt động được hiểu là một tổ hợp các quá trình con người tác động vào đối tượng nhằm đạt mục đích thỏa mãn một nhu cầu nhất định và chính kết quả hoạt động là sự cụ thể hóa nhu cầu của chủ thể. [1] A.N.Leontiev còn đưa ra cấu trúc vĩ mô của hoạt động như sau: Chủ thể Hoạt động cụ thể Thao tác Hành động Khách thể Động cơ Phương tiện Mục đích Sơ đồ 1: Cấu trúc tâm lý của hoạt động. [1] Về mặt chủ thể diễn ra ba thành tố có quan hệ với nhau, chi phối lẫn nhau: Hoạt động – hành động – thao tác. Về phía khách thể gồm ba thành tố: Động cơ - mục đích – phương tiện. Hoạt động của chủ thể tồn tại tương ứng với động cơ thúc đẩy hoạt động đó. Hoạt động có đối tượng cấu thành từ các hành động. Hành động gồm các thao tác: Hành động có mục đích, điều kiện, phương tiện cụ thể. Mỗi hành động diễn ra theo các pha: Định hướng, chấp hành và kiểm tra. Cơ sở định hướng của hành động có tầm quan trọng đặc biệt đối với chất lượng, hiệu quả của hành động. 1.1.2. Quan niệm về dạy học Dạy học là một hoạt động toàn diện có mục đích của giáo viên và học sinh trong sự thống nhất và tác động qua lại giữa giáo viên, học sinh và các tư liệu hoạt động dạy học. Có thể mô tả sự tương tác nói trên trong dạy học bằng sơ đồ sau: Giáo viên Học sinh Tư liệu hoạt động dạy học (1) (2) (3) (6) (4) (5) Chú thích: (1) Định hướng (4) Liên hệ ngược (2) Liên hệ ngược (5) Thích ứng (3) Tổ chức (6) Cung cấp Sơ đồ 2: Hệ tương tác dạy học [44] Theo sơ đồ này hành động của giáo viên với tư liệu hoạt động dạy học là khâu tổ chức, cung cấp tư liệu và tạo tình huống cho hoạt động của học sinh. Tác động trực tiếp của giáo viên tới học sinh là sự định hướng của giáo viên với học sinh là sự định hướng của giáo viên với hành động của học sinh với sự tương tác trao đổi giữa học sinh với nhau. Qua đó còn định hướng cả sự cung cấp những thông tin liên hệ ngược từ phía học sinh cho giáo viên. Đó là những thông tin cần thiết cho sự tổ chức và định hướng của giáo viên đối với hành động học của học sinh. Hành động của học sinh đối với tư liệu hoạt động dạy học là sự thích ứng của học sinh với tình huống học tập, đồng thời là hành động chiếm lĩnh xây dựng tri thức cho bản thân mình. Sự tương tác đó của học sinh đối với tư liệu hoạt động dạy học đem lại cho giáo viên những thông tin liên hệ ngược cần thiết cho sự chỉ đạo của giáo viên với học sinh. Tương tác trực tiếp giữa học sinh với nhau và giữa học sinh với giáo viên là sự trao đổi tranh luận giữa các cá nhân và nhờ đó từng cá nhân học sinh tranh thủ sự hỗ trợ xuất hiện từ phía giáo viên và tập thể học sinh trong quá trình chiếm lĩnh xây dựng trí thức. Như vậy hoạt động dạy học gồm hoạt động dạy và hoạt động học liên hệ mật thiết biện chứng với nhau, như bà A.Mentrinscaia viết: “Hai hoạt động của thầy và trò là hai mặt của một hoạt động”. [2] 1.1.3. Bản chất hoạt động dạy Hoạt động dạy (trong nhà trường) là một hoạt động của người lớn tổ chức và điều khiển hoạt động của trẻ nhằm giúp chúng lĩnh hội nền văn hóa xã hội, tạo ra sự phát triển tâm lý và hình thành nhân cách.[20] Bản chất của hoạt động dạy được thể hiện qua mục đích của hoạt động dạy và cách thức để đạt mục đích đó. Mục đích của hoạt động dạy là giúp trẻ lĩnh hội nền văn hóa xã hội, phát triển tâm lý, hình thành nhân cách. Để đạt được mục đích trên phải thông qua hoạt động dạy của thầy giáo (ở đây thầy giáo là chủ thể của hoạt động dạy). Chức năng của thầy không phải là tạo ra tri thức mới, cũng không phải tái tạo tri thức cũ cho bản thân mình mà nhiệm vụ chu yếu, đặc trưng là tổ chức quá trình tái tạo ở trẻ. Người thầy phải sử dụng tri thức đó như là phương tiện, vật liệu để tổ chức và điều khiển người học sản xuất những tri thức ấy lần thứ hai cho bản thân mình, đồng thời tạo ra sự phát triển tâm lý ở học sinh. Vì vậy, sự dạy chỉ đạt hiệu quả khi tạo ra được tính tích cực trong hoạt động của học sinh làm cho học sinh phải ý thức được đối tượng cần lĩnh hội, biết cách chiếm lĩnh được đối tượng đó. Đồng thời người thầy cũng phải có những phẩm chất và năng lực cần thiết. 1.1.4. Bản chất hoạt động học Hoạt động học đặc thù của con người được điều khiển bởi mục đích tự giác là lĩnh hội những tri thức, kĩ năng, kĩ xảo mới, những hình thức hành vi và những dạng hoạt động nhất định.[20] Hoạt động học chỉ có thể thực hiện ở trình độ khi mà con người có được khả năng điều chỉnh được những hoạt động của mình bởi mục đích đã được ý thức. Bản chất của hoạt động học được thể hiện qua những nội dung sau đây: + Hoạt động học là hoạt động hướng vào làm thay đổi chính mình: Trong khi các hoạt động khác hướng vào nhằm thay đổi đối tượng thì hoạt động học tập lại làm cho chính chủ thể của hoạt động (trò) thay đổi và phát triển trong quá trình thực hiện hoạt động. Học trong hoạt động, học bằng hoạt động. Học là hoạt động để chiếm lĩnh tri thức của loài người. Nội dung của các tri thức này không bị thay đổi sau khi chủ thể chiếm lĩnh, chính nhờ có sự chiếm lĩnh này mà tâm lý của chủ thể thay đổi và phát triển. + Đối tượng của hoạt động học là những tri thức kĩ năng kĩ xảo tương ứng với nó. Muốn học có kết quả người học phải tích cực tiến hành các hoạt động học tập bằng chính ý thức tự giác và năng lực trí tuệ của bản thân. Tuy nhiên hoạt động học cũng có thể làm thay đổi khách thể (đối tượng) nhưng việc làm thay đổi khách thể không phải là mục đích tự thân của hoạt động mà chính là phương tiện không thể thiếu của hoạt động này nhằm đạt được mục đích làm thay đổi chính chủ thể hoạt động. Thông qua đó người học ngày càng hoàn thiện chính mình. + Hoạt động học là hoạt động được điều khiển một cách có ý thức không những nhằm tiếp thu tri thức, kỹ năng, kỹ xảo mới mà còn tiếp thu tri thức của bản thân hoạt động (Phương pháp giành tri thức đó- cách học). Với sự phân tích trên đây, ta thấy mối quan hệ giữa dạy và học. Hoạt động dạy diễn ra để tổ chức, điều khiển hoạt động học. Hoạt động học chỉ có đầy đủ ý nghĩa khi nó được diễn ra dưới sự tổ chức và điều khiển của hoạt động dạy. Muốn hoạt động dạy học cho chất lượng hiệu quả cao thì người giáo viên cần tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động của học sinh theo một chiến lược hợp lý, sao cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức cho mình. Qua đó, năng lực trí tuệ và nhân cách của họ từng bước phát triển. 1.2. Các luận điểm phương pháp luận chỉ đạo đổi mới phương pháp dạy học Theo GS Phạm Hữu Tòng, d¹y häc c¸c m«n khoa häc ë nhµ tr­êng kh«ng chØ ®¬n thuÇn nh»m mét môc tiªu duy nhÊt lµ gióp cho häc sinh cã ®­îc mét sè kiÕn thøc cô thÓ nµo ®ã. §iÒu quan träng h¬n lµ trong qu¸ tr×nh d¹y häc c¸c tri thøc cô thÓ ®ã, rÌn luyÖn cho häc sinh tiÒm lùc ®Ó khi ra tr­êng hä cã thÓ tiÕp tôc tù häc tËp, cã kh¶ n¨ng nghiªn cøu t×m tßi gi¶i quyÕt vÊn ®Ò, ®¸p øng ®­îc nh÷ng ®ßi hái ®a d¹ng cña ho¹t ®éng thùc tiÔn kh«ng ngõng ph¸t triÓn. ViÖc qu¸n triÖt quan ®iÓm c¬ b¶n trªn ®©y vÒ môc tiªu d¹y häc c¸c m«n khoa häc, cïng víi viÖc qu¸n triÖt quan ®iÓm ho¹t ®éng vÒ b¶n chÊt cña häc vµ cña d¹y vµ quan ®iÓm hiÖn ®¹i cña ph­¬ng ph¸p luËn khoa häc, dÉn tíi viÖc x¸c lËp mét hÖ thèng c¸c luËn ®iÓm quan träng lµm nÒn t¶ng cho viÖc nghiªn cøu thùc nghiÖm d¹y häc. §ã lµ s¸u luËn ®iÓm c¬ b¶n d­íi ®©y, ®­îc coi nh­ s¸u nguyªn t¾c chØ ®¹o ho¹t ®éng d¹y. [44] * Vai trß quan träng cña sù d¹y lµ thùc hiÖn ®­îc viÖc tæ chøc, kiÓm tra, ®Þnh h­íng h÷u hiÖu ho¹t ®éng häc. Sù häc nãi chung, lµ sù thÝch øng cña ng­êi häc víi nh÷ng t×nh huèng thÝch ®¸ng, lµm n¶y sinh vµ ph¸t triÓn ë ng­êi häc nh÷ng d¹ng ho¹t ®éng x¸c ®Þnh, ph¸t triÓn ë ng­êi häc nh÷ng n¨ng lùc thÓ chÊt, tinh thÇn vµ nh©n c¸ch c¸ nh©n. Nãi riªng, sù häc cã chÊt l­îng mét trÝ thøc khoa häc míi nµo ®ã ph¶i lµ sù thÝch øng cña ng­êi häc víi nh÷ng t×nh huèng häc tËp thÝch ®¸ng. ChÝnh qu¸ tr×nh thÝch øng nµy lµ ho¹t ®éng cña ng­êi häc x©y dùng nªn tri thøc míi víi tÝnh c¸ch lµ ph­¬ng tiÖn tèi ­u gi¶i quyÕt t×nh huèng míi. §ång thêi ®ã lµ qu¸ tr×nh gãp phÇn lµm ph¸ttriÓn c¸c n¨ng lùc nhËn thøc, thùc tiÔn vµ nh©n c¸ch cña ng­êi häc. Bëi vËy, mét vai trß quan träng cña gi¸o viªn trong d¹y häc m«n khoa häc lµ tæ chøc ®­îc nh÷ng t×nh huèng häc tËp vµ thùc hiÖn ®­îc sù kiÓm tra, ®Þnh h­íng, ho¹t ®éng h÷u hiÖu, cho phÐp gîi ra ë häc sinh ho¹t ®éng häc tËp tù chñ, tÝch cùc, dÉn tíi sù chiÕm lÜnh ®­îc tri thøc khoa häc, theo c¸ch tiÕp cËn hiÖn thùc t­¬ng tù nh­ c¸c nhµ khoa häc. * Sù cÇn thiÕt tæ chøc t×nh huèng vÊn ®Ò trong d¹y häc. Tri thøc khoa häc ®­îc x©y dùng khi nhµ khoa häc cã ®éng c¬ gi¶i quyÕt mét vÊn ®Ò, t×m lêi gi¶i ®¸p cho mét c©u hái ®Æt ra mµ viÖc t×m tßi lêi gi¶i ®¸p cho c©u hái ®ã chÝnh lµ ph¶i t×m tßi mét c¸i míi, chø kh«ng chØ ®¬n thuÇn lµ viÖc t¸i hiÖn, lÆp l¹i c¸c kiÕn thøc vµ c¸ch thøc ho¹t ®éng quen thuéc cã s½n. Bëi vËy trong viÖc d¹y häc m«n khoa häc, gi¸o viªn cÇn tæ chøc ®­îc nh÷ng t×nh huèng vÊn ®Ò. §ã chÝnh lµ viÖc tæ chøc nh÷ng t×nh huèng trong ®ã cã xuÊt hiÖn vÊn ®Ò cÇn gi¶i quyÕt mµ häc sinh tù thÊy m×nh cã kh¶ n¨ng tham gia gi¶i quyÕt vµ do ®ã sÏ suy nghÜ vµ ®­a ra gi¶i ph¸p riªng cña m×nh, tù t×m tßi c¸ch gi¶i quyÕt thÝch hîp. ChÝnh trong ®iÒu kiÖn ®ã, víi sù gióp ®ì ®Þnh h­íng cña gi¸o viªn, häc sinh sÏ x©y dùng ®­îc cho m×nh nh÷ng tri thøc khoa häc s©u s¾c, v÷ng ch¾c vµ vËn dông ®­îc, ®ång thêi qua qu¸ tr×nh ®ã n¨ng lùc trÝ tuÖ cña häc sinh sÏ ®­îc ph¸t triÓn. * Sù cÇn thiÕt lËp ®­îc s¬ ®å biÓu ®¹t l«gÝc cña tiÕn tr×nh nhËn thøc khoa häc ®èi víi tri thøc cÇn d¹y. NhËn thøc thùc tÕ kh¸ch quan (nhËn thøc mét t×nh huèng vËt lý) lµ biÓu ®¹t nã b»ng mét m« h×nh hîp thøc (mét m« h×nh cã hiÖu lùc). Qu¸ tr×nh nhËn thøc khoa häc trong thùc tÕ kh¸ch quan, xÐt cho cïng lµ mét qu¸ tr×nh vËn ®éng v« tËn cña viÖc x©y dùng m« h×nh, hîp thøc ho¸ m« h×nh vµ hoµn thiÖn m« h×nh. TiÕn tr×nh gi¶i quyÕt vÊn ®Ò, x©y dùng tri thøc vËt lý lµ tiÕn tr×nh “tõ ®Ò xuÊt vÊn ®Ò nghiªn cøu suy ®o¸n gi¶i ph¸p, kh¶o s¸t lý thuyÕt / thùc nghiÖm, råi xem xÐt ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng chÊp nhËn ®­îc cña c¸c kÕt qu¶ t×m ®­îc, trªn c¬ së vËn dông chóng ®Ó gi¶i thÝch / tiªn ®o¸n c¸c sù kiÖn vµ xem xÐt sù phï hîp gi÷a lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm” (chø kh«ng ph¶i chØ theo con ®­êng kinh nghiÖm c¶m tÝnh, trùc quan ghi nhËn quy n¹p chñ nghÜa). ViÖc vËn dông tri thøc míi vµo thùc tiÔn ®ång thêi còng lµ viÖc tiÕp tôc kiÓm tra ®Ó bæ sung ph¸t triÓn tri thøc khoa häc. Bëi vËy, trong d¹y häc, ho¹t ®éng nhËn thøc khoa häc cña häc sinh cÇn ®­îc ®Þnh h­íng phï hîp víi tiÕn tr×nh x©y dùng tri thøc nh­ thÕ. ViÖc nµy ®ßi hái sù ph©n tÝch s©u s¾c cÊu tróc néi dung tri thøc cÇn d¹y vµ x¸c lËp ®­îc s¬ ®å “tõ t×nh huèng xuÊt ph¸t thÕ nµo, n¶y sinh vÊn ®Ò g×; t×m tßi gi¶i quyÕt vÊn ®Ò vµ ®i tíi kÕt qu¶ nh­ thÕ nµo” mét c¸ch phï hîp víi tr×nh ®é häc sinh vµ xÐt trong qu¸ tr×nh x©y dùng, kiÓm tra, vËn dông tri thøc míi trong ®ã x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt vµ nh÷ng c©u hái ®Þnh h­íng h÷u hiÖu cho hµnh ®éng t×m tßi gi¶i quyÕt vÊn ®Ò, mét c¸ch phï hîp víi ph­¬ng ph¸p nhËn thøc khoa häc. * Sù cÇn thiÕt sö dông nh÷ng quan niÖm vèn cã cña häc sinh trong viÖc tæ chøc t×nh huèng vµ ®Þnh h­íng hµnh ®éng gi¶i quyÕt vÊn ®Ò cña häc sinh trong qu¸ tr×nh x©y dùng kiÕn thøc míi. Tri thøc míi ®­îc x©y dùng dùa trªn c¸c tri thøc ®· cã vµ ®ång thêi cßn ph¶i ®èi chäi l¹i víi c¸c quan ®iÓm ®· cã nh­ng l¹i lµ trë lùc ®èi víi sù h×nh thµnh tri thøc míi. Tri thøc míi, víi ý nghÜa ®óng ®¾n cña nã, chØ cã thÓ thùc sù ®­îc x¸c lËp, hoµ nhËp vµo vèn hiÓu biÕt riªng cña häc sinh, khi mµ nã ®­îc x©y dùng trªn c¬ së tri thøc ®· cã cña häc sinh, ®ång thêi lµm biÕn ®æi vµ kh¾c phôc ®­îc c¸c quan ®iÓm cò, c¸ch hiÓu cò sai l¹c, tr¸i ng­îc víi nã. Bëi vËy, trong d¹y häc cÇn nghiªn cøu c¸c quan niÖm hoÆc c¸ch hiÓu sai lÇm vèn cã cña häc sinh cã liªn quan tíi tri thøc cÇn x©y dùng. Chóng lµ chç dùa, ®ång thêi lµ trë lùc tÊt yÕu cÇn kh¾c phôc ®èi víi qu¸ tr×nh x©y dùng tri thøc míi cho häc sinh. CÇn sö dông c¸c quan niÖm vèn cã ®ã cña häc sinh vµo viÖc x©y dùng t×nh huèng vÊn ®Ò vµ ®Þnh h­íng gi¶i quyÕt vÊn ®Ò mét c¸ch h÷u hiÖu sao cho t¹o ®­îc ®iÒu kiÖn cho nh÷ng quan niÖm ®ã ®­îc häc sinh vËn dông, ®­îc thö th¸ch trong qu¸ tr×nh kiÓm tra hîp thøc ho¸, khiÕn cho ng­êi häc tù nhËn thÊy chç sai lÇm (kh«ng hîp thøc), thÊy cÇn thay ®æi quan niÖm, kh¾c phôc sai lÇm ®Ó x©y dùng tri thøc míi phï hîp. * Sù cÇn thiÕt ph¸t huy t¸c dông cña sù trao ®æi vµ tranh luËn cña häc sinh trong qu¸ tr×nh chiÕm lÜnh tri thøc. Sù x©y dùng tri thøc khoa häc lµ qu¸ tr×nh mang tÝnh x· héi. NhËn thøc cña mçi c¸ nh©n, thµnh viªn x· héi, tiÕn triÓn trong sù t­¬ng t¸c x· héi vµ xung ®ét x· héi – nhËn thøc. Trong nghiªn cøu khoa häc, kÕt qu¶ nghiªn cøu cña c¸c nhµ khoa häc cã sù ®ãng gãp cña céng ®ång c¸c nhµ khoa häc. KÕt qu¶ nghiªn cøu cña mçi c¸ nh©n nhµ khoa häc cã sù hç trî cña ng­êi kh¸c. KÕt qu¶ ®ã ®­îc tr×nh bµy, ®­îc th«ng b¸o vµ tr¶i qua tranh luËn ph¶n b¸c, b¶o vÖ trong céng ®ång khoa häc. Khi ®ã míi cã nh÷ng tri thøc khoa häc cã ®Çy ®ñ gi¸ trÞ. Sù häc tËp, x©y dùng tri thøc cña häc sinh sÏ ®­îc t¹o thuËn lîi vµ cã hiÖu qu¶ h¬n nhê trao ®æi vµ sù tranh luËn víi nh÷ng ng­êi ngang hµng. Trong ®iÒu kiÖn ®ã sÏ ph¸t huy ®­îc ¶nh h­ëng cña sù m«i giíi, hç trî cña nh÷ng ng­êi trong céng ®ång ®èi mçi c¸ nh©n qua vïng ph¸t triÓn gÇn nhÊt cña c¸ nh©n. * Sù cÇn thiÕt tæ chøc tiÕn tr×nh d¹y häc pháng theo tiÕn tr×nh nghiªn cøu x©y dùng, b¶o vÖ tri thøc khoa häc. §Ó ph¸t huy tæng hîp c¸c nh©n tè t¸c ®éng: vai trß cña häc sinh trong sù tù chñ hµnh ®éng x©y dùng kiÕn thøc, vai trß cña gi¸o viªn trong viÖc tæ chøc t×nh huèng häc tËp vµ ®Þnh h­íng hµnh ®éng t×m tßi x©y dùng tri thøc cña häc sinh, vai trß t­¬ng t¸c cña x· héi (cña tËp thÓ häc sinh) ®èi víi qu¸ tr×nh nhËn thøc cña mçi c¸ nh©n häc sinh vµ ®ång thêi cho häc sinh tËp quen víi qu¸ tr×nh x©y dùng vµ b¶o vÖ c¸i míi trong nghiªn cøu khoa häc th× cÇn tæ chøc tiÕn tr×nh d¹y häc pháng theo tiÕn tr×nh x©y dùng, b¶o vÖ tri thøc míi trong nghiªn cøu khoa häc. 1.3. Sự cần thiết của việc nghiên cứu những quan niệm của học sinh Thế nào là quan niệm - Theo từ điển học sinh (1973), quan niệm là các nhìn nhận, cách hiểu biểt của mình đối với một sự vật, một vấn đề. - Theo từ điển Tiếng Việt (1992) của Viện Khoa học Việt Nam, quan niệm là sự nhận thức như thế nào đó về một vấn đề, một sự kiện. - Theo từ điển Petit Robert của Paul Robert (1977), quan niệm chính là sự hình thành một khái niệm, một ý nghĩa thật khái quát trong đầu óc con người. Quan niệm là một kết quả của một hoạt động trí tuệ. - Theo Jean Pierre Astolfi, ông cho rằng quan niệm trước hết là phong cách nhận thức mà người học vận dụng để nắm bắt và giải mã thế giới xung quanh, đặc biệt là những tình huống trên lớp đặt ra cho họ. Như vậy, có rất nhiều những ý kiến khác nhau về quan niệm, trong khuôn khổ dạy học, chúng tôi nhận thấy ý nghĩa hơn cả là chỉ quan tâm đến quan niệm của người học. Nghĩa là quan tâm đến cách nhìn nhận, cách hiểu một vấn đề nào đó của người học thông qua sự vận hành có tính chất chiến lược những quan niệm đó của người học trước những tình huống học tập cụ thể. Ví dụ: HS dựa vào kinh nghiệm của bản thân là vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ, kinh nghiệm đó trở thành quan niệm của họ về sự rơi của các vật, do đó họ dùng quan niệm này để giải thích vì sao viên đá rơi nhanh hơn chiếc lá. 1.3.2. Nguồn gốc hình thành quan niệm của học sinh Một quan niệm không phải là sản phẩm mà trước hết là quá trình của một hoạt động xây dựng về mặt tinh thần của hiện thực. Sự xây dựng này chắc chắn được thực hiện xuất phát từ những thông tin mà người học nhận được thông qua các giác quan, cũng như qua những mối liên hệ mà người học thực hiện với những người khác, theo cá nhân hoặc theo nhóm trong cuộc đời họ và những thông tin này đã in vào trong trí nhớ của họ. Những thông tin này được mã hoá, được sắp xếp theo phạm trù trong một hệ thống tổng thể. Có thể thấy rằng, quan niệm của người học được hình thành trong quá trình người học lĩnh hội tri thức. Các nghiên cứu đã chỉ ra những nguồn gốc chủ yếu dẫn đến sự hình thành quan niệm của người học như sau: a. Hình thành qua kinh nghiệm sống hàng ngày Các quan niệm là những lý thuyết sơ đẳng, hợp thức bởi cuộc sống hàng ngày. Các quan niệm thường xuất hiện có liên quan đến một hay nhiều ý niệm, do vậy quan niệm niệm gắn với tri thức sử dụng. Quan niệm bao gồm những kiến thức sơ đẳng ( đối với Vật lý ) nhưng nó lại đứng vững trong cuộc sống hàng ngày và do vậy nó được hợp thức hoá. - Khi bắt gặp các sự vật , hiện tượng trong cuộc sống hàng ngày, HS tìm cách giải thích chúng. Việc giải thích của các em thường bằng cách kết nối các sự kiện quan sát được – trong đó có nhiều sự kiện ngẫu nhiên, bề ngoài không phải là bản chất, nên có thể dẫn đến những quan niệm sai. Khi cách giải thích sai lại được các em vận dụng “thành công” với nhiều sự vật hiện tượng thì chúng lại càng được củng cố. Ví dụ: một vật chỉ chuyển động khi có lực tác dụng và nếu tác dụng một lực lớn vào vật thì vật sẽ có vận tốc lớn. - Việc vận dụng ngôn ngữ trong giao tiếp cũng có thể dẫn đến những sai lầm khi lĩnh hội các khái niệm khoa học. Ví dụ, dùng khái niệm điện thế thay cho hiệu điện thế khi nói “điện cao thế”, điện thế 220V.. - Từ đồng âm khác nghĩa cũng có thể gây cho HS sự nhầm lẫn. Ví dụ: từ “công” trong đời sống hàng ngày để chỉ công sinh học như: công ơn, công lao, công sức, mất công… Nhưng trong vật lý, từ “công ” dùng để chỉ công mà lực thực hiện làm di chuyển một vật một độ dời và được đo bằng A = . - Việc tiếp nhận các thông tin từ truyện cổ tích, sách báo, phim ảnh khoa học viễn tưởng cũng góp phần hình thành những quan niệm của HS. Ví dụ: hình ảnh siêu nhân phóng ra tia sáng từ mắt có thể củng cố quan niệm về “tia nhìn”. Hình ảnh bánh trưng, bánh dày trong truyền thuyết khiến cho nhiều HS, ngay cả người lớn hiểu rằng chúng ta đang sống ở bên trong Trái đất chứ không phải sống ở trên bề mặt của Trái đất. b. Hình thành trong quá trình dạy học - HS khi vận dụng một cách áp đặt việc giải thích các hiện tượng tương tự trong khi học cũng có thể dẫn đến quan niệm sai lệch với kiến thức Vật lý. Ví dụ: Khi học về sự tương tác giữa hai nam châm, các em biết được hai cực cùng tên của nam châm thì đẩy nhau, hai cực khác tên thì hút nhau. Khi học về sự tương tác giữa hai dây dẫn mang dòng điện, các em vẫn nghĩ là hai dòng điện cùng chiều thì đẩy nhau, ngược chiều thì hút nhau tương tự như tương tác giữa hai nam châm. Nhưng thực tế thì hai dây dẫn mang dòng điện cùng chiều thì hút nhau, còn hai dây dẫn mang dòng điện ngược chiều thì đẩy nhau. - Việc dùng các thuật ngữ không thống nhất trong chương trình Vật lý cũng là nguyên nhân gây ra nhiều quan niệm sai lầm và gây khó khăn trong việc tiếp thu kiến thức, nhất là đối với học sinh. Ví dụ: Hiệu điện thế - độ sụt thế - điện áp; Electron - điện tử; điện tích - điện lượng; hưởng ứng tĩnh điện - cảm ứng tĩnh điện… - Sự diễn tả không đầy đủ, rõ ràng từ phía GV cũng có thể gây những nhầm lẫn ở HS. Ví dụ: Khi diễn tả ngày và đêm, GV sử dụng đèn chiếu quanh quả Địa cầu, nếu không có sự lưu ý đầy đủ, thì có thể dẫn đến HS hiểu sai rằng Mặt trời quay xung quanh Trái đất. GV thường lấy ví dụ hai quả cầu mang điện tiếp xúc nhau, kết quả hai quả cầu nhiễm điện cùng dấu và cùng độ lớn mà không lưu ý cho HS kết quả đó chỉ đúng trong trường hợp hai vật mang điện giống hệt nhau, điều này dẫn đến HS có quan niệm sai về nguyên nhân của sự di chuyển điện tích giữa hai vật là sự chênh lệch về điện tích giữa hai vật ấy. Như vậy, những quan niệm sai lầm được hình thành trong quá trình dạy học là những quan niệm có thể khắc phục được với sự trình bày thống nhất của SGK, đặc biệt là sự ý thức được của người giáo viên về sự cần thiết phải tính đến những quan niệm đó. Những quan niệm hình thành trong cuộc sống là những quan niệm có tính ổn định và tương đối bền vững, nên không thể phá vỡ và thay thế một cách nhanh chóng, mà theo một quá trình nhất định, đòi hỏi người GV phải đặt ra những huống mà ở đó người học nhận ra quan niệm của mình chưa đầy đủ hoặc chưa đúng, cần thay đổi quan niệm để vượt qua. 1.3.3. Đặc điểm về quan niệm của học sinh - Đa số quan niệm của HS đều sai lệch hoặc chưa hoàn chỉnh, chưa chính xác so với kiến thức khoa học. - Trong nhiều trường hợp, quan niệm của HS về cùng một vấn đề là không nhất quán mà phụ thuộc vào bối cảnh, tình huống. Ví dụ: Lúc thì HS cho rằng khi chiếu ánh sáng đỏ qua kính màu xanh sẽ thu được ánh sáng màu đỏ, lúc thì cho rằng sẽ thu được ánh sáng màu xanh. - Nhiều quan niệm bám sâu và vẫn tiếp tục duy trì ngay cả khi học sinh đã được học những khái niệm khoa học, việc khắc phục quan niệm là hết sức khó khăn. Ví dụ: Ngay cả sinh viên Vật lý cũng quan niệm lực là nguyên nhân gây ra chuyển động - những quan niệm có bản chất khoa học luận, mà ngay cả những nhà khoa học trong quá trình phát triển của lịch sử vật lý cũng có những quan niệm này. - Quan niệm có tính phổ biến. Ví dụ như: HS ở Việt Nam cũng như HS ở nước ngoài đều cho rằng lực là nguyên nhân gây ra chuyển động. - Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy một số quan niệm sai biểu hiện ở HS cũng tương tự như quan niệm sai đã gặp trong lịch sử khoa học. Ví dụ: Trong lịch sử vật lý đã có quan niệm rằng mắt phóng ra một tia nhìn, khi đụng đến vật sẽ phản hồi lại cho mắt biết (Ơclit); đã có những thời kì trong khoa học quan niệm “vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ”, các hành tinh chuyển động quanh Trái đất (hệ địa tâm)… - Các quan niệm sai lầm có thể thay đổi nhờ sự phát triển của khoa học và nhờ quá trình dạy học. Điều này có quan hệ mật thiết với sự lưu tâm thoả đáng của GV đối với các quan niệm của người học. Ví dụ: hầu hết HS không còn quan niệm khăn len mang lại nhiệt khi học các kiến thức về sự truyền nhiệt, không còn nghĩ rằng Mặt trời quay quanh Trái đất khi học các định luật Kepler … 1.3.4. Thái độ đối với quan niệm Trong quá trình dạy học, không phải tất cả người lớn đều có những nhìn nhận và quan tâm giống nhau về các quan niệm của học sinh. Có nhiều tác giả nghiên cứu và chỉ ra có ba loại thái độ đối với quan niệm như sau: a. Thái độ phủ nhận hoặc bỏ qua các quan niệm. - Thái độ này biểu lộ sự cam chịu và phương pháp thường dùng của thầy là phương pháp thuyết trình, truyền thụ một chiều, nếu HS chưa hiểu thì nhắc lại bài học một cách áp đặt, buộc HS thuộc vẹt. b. Thái độ không phủ nhận quan niệm, song cho rằng quan niệm có thể được phá huỷ một cách dễ dàng. Rất nhiều GV xem quan niệm như là những trở lực cho công việc dạy học, biết được những quan niệm của học trò là có thể phá huỷ dễ dàng và hiệu quả, cuối cùng thay thế chúng bằng những kiến thức khoa học. Chẳng hạn như: thay quan niệm của HS cho rằng vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ bằng cách khẳng định lại các vật rơi nhanh như nhau trong chân không. Thái độ này biểu hiện quan điểm “Đơn giản hoá quá đáng” các hoạt động trí tuệ, nghĩ rằng có thể thay thế một đơn vị kiến thức này bằng một đơn vị kiến thức khác mà không thấy khó khăn, chỉ cần đặt HS trước sự hiển nhiên. Ngược lại, tri thức mà HS đang sử dụng thực ra là một toàn lâu đài tri thức trong mỗi con người, được cấu trúc phức tạp và có tính ổn định hơn nhiều. [19] Đã có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tính cực kỳ bền vững của những quan niệm, dai dẳng đến cả bậc đại học, gây nhiều trở lực cho việc dạy học. Điều đó đã làm cho nhiều người từ bỏ ý nghĩ cho rằng có thể xoá bỏ được quan niệm của HS một cách dễ dàng. c. Thái độ quan tâm đúng mức đến quan niệm của học sinh Thái độ này cho rằng, cần cho quan niệm một chỗ đứng trong quá trình dạy học, GV tìm cách tạo tình huống học tập sao cho quan niệm của HS được cọ xát, được vận hành để bộc lộ quan niệm, để thay đổi nó để rồi vượt qua nó. Nhiều nhà sư phạm trên thế giới ủng hộ thái độ này, theo họ phải dám trực diện với quan niệm của HS, không coi những nhầm lẫn của học trò như những sự cố cần tránh và mang ý nghĩa rất tiêu cực như trước. Vì không thể tránh được những nhầm lẫn của HS, cần làm cho chúng bộc lộ ra thì có lợi hơn. Chúng tôi ủng hộ thái độ này bởi vì đã có nhiều nhà lý luận dạy học như: H.Helm, J.D.Novak, J.Piaget, R.Duit… khi nghiên cứu quan niệm của HS và những ảnh hưởng của nó đối với quá trình dạy học, họ đều lên tiếng cảnh báo rằng đã đến lúc chúng ta không được phép xem HS là những “tờ giấy trắng” mà thầy giáo là người đầu tiên ghi lên đó những tri thức khoa học, trái lại khi đến trường HS đã mang theo mình “một tài sản riêng”, đó là những quan niệm của HS đã có trước giờ học về những hiện tượng, khái niệm Vật lý mà các em sẽ nghiên cứu trong giờ học. 1.3.5. Đề xuất giải pháp khắc phục những quan niệm sai lầm của học sinh Người ta nhận thấy, có những trường hợp hiểu biết ban đầu của HS phù hợp với khái niệm khoa học nên đóng vai trò tích cực trong việc xây dựng các khái niệm mới. (Ví dụ: Những hiểu biết vốn có của HS về chuyển động của các vật khi học khái niệm chuyển động cơ học hay tương tác giữa các nam châm…). Khi đó GV cần tạo điều kiện cho HS sử dụng vốn hiểu biết để xây dựng kiến thức mới. Nhưng cũng có những trường hợp những hiểu biết của HS mâu thuẫn với kiến thức khoa học, gây cản trở cho sự lĩnh hội kiến thức mới. Ví dụ: Quan niệm cho rằng Trái Đất tác dụng lực lên các vật ở gần nó một lực lớn hơn lực mà các vật đó tác dụng trở lại Trái Đất. Trong tương tác trực tiếp giữa hai vật, vật có có khối lượng nhỏ có vận tốc lớn hơn là do chịu lực tác dụng lớn hơn. Khi đó cần giúp HS thay đổi quan niệm. Posner (1982) cho rằng việc thay đổi quan niệm xảy ra khi người học tự giác không thoả mãn với những hiểu biết hiện tại và sẵn sàng đạt tới ý tưởng mới tốt hơn. Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất giải pháp khắc phục những quan niệm sai lầm của học sinh như sau: - Muốn khắc phục được các quan niệm sai lầm, trước tiên phải làm bộc lộ các quan niệm ấy. Quan niệm của người học nảy sinh và phát triển trong chính đầu óc họ, quá trình này không dễ dàng nhận thấy, mà ta chỉ có thể gặp những biểu hiện của quan niệm khi người học vận hành nó vào những hoàn cảnh cụ thể. Do đó, trước những biểu hiện của HS, người thầy giáo phải tiến hành một sự suy luận dựa trên sự vận hành tinh thần của chủ thể, nghĩa là người thầy giáo phải đưa ra những giả thuyết của mình về ý nghĩ của học sinh, nhằm lý giải nguyên nhân mà HS có những quan niệm đó. + Thử nghiệm thực hành: dùng hệ thống câu hỏi cho HS trả lời từ đó lựa chọn và đưa ra giả thuyết về quan niệm của HS. Có thể thực hiện điều này bằng việc điều tra. Có thể làm bộc lộ các quan niệm, sai lầm của học sinh bằng hai cách: + Thử nghiệm xã hội: thảo luận giữa những người ngang trình độ, thử nghiệm này nhằm hai nhiệm vụ: vận hành những quan niệm của HS và kiểm tra kết quả của hoạt động, nghĩa là người học bộc lộ sự đầy đủ hay thiếu hụt của mình thông qua sản phẩm của hoạt động. Có thể thực hiện điều này bằng cách cho học sinh hoạt động nhóm, thảo luận toàn lớp. - Khi dạy học kiến thức mới, GV cần dành một khoảng thời gian cho việc phân tích lý thuyết khoa học của tri thức cần dạy học, mặt khác phải tính đến lịch sử và sự phát triển của những ý niệm khoa học, cũng như những sai lầm của HS, đặc biệt là các sai lầm lặp lại nhiều lần và những sai lầm phổ biến ở HS, nhằm đưa ra những chướng ngại chủ yếu mà việc người học phải vượt qua dưới sự định hướng của GV, đây cũng là phần quyết định hiệu quả của sự học tập. - Tấn công vào các quan niệm, tốt hơn hết là phải tạo ra “tình huống vấn đề”, nó cho phép người học bộc lộ và vận hành quan niệm. Như thế, quan niệm sẽ được sử dụng trong tình huống để giải quyết và thiết lập các giả thuyết khoa học. Các tình huống đó phải làm sao cho người học tích cực tham gia để giải quyết vấn đề, qua đó thấy được sự không đầy đủ trong vốn hiểu biết của họ mà cần phải tìm hiểu xây dựng kiến thức mới. Khắc phục các quan niệm sai lầm của học sinh, cách tốt nhất là là cho họ tham gia vào nhiệm vụ giải quyết vấn đề, xây dựng kiến thức khoa học đúng đắn. Do đó việc thiết kế tiến trình dạy học và tổ chức dạy học trên cơ sở những hiểu biết về những quan niệm của người học có thể giúp người học khắc phục được quan niệm sai lầm. 1.4. Mối quan hệ giữa các biện pháp phát triển tư duy và việc làm thay đổi quan niệm sai lầm của người học trong dạy học vật lý a. Tạo nhu cầu hứng thú, kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của học sinh - Học sinh chỉ tự giác, tích cực học tập, thực hiện nhiệm vụ khi trong đầu họ xuất hiện một câu hỏi mà chưa có lời giải đáp, gặp phải mâu thuẫn giữa một bên là nhu cầu nhiệm vụ nhận thức mới phải giải quyết và một bên trình độ kiến thức hiện có không đủ để giải quyết nhiệm vụ đó. Ta nói học sinh được đặt vào “tình huống có vấn đề”. Trước các tình huống đó, HS được vận hành tối đa vốn kinh nghiệm và sự hiểu biết đã có, đây là một khâu quan trọng để học sinh vận hành và bộc lộ những quan niệm của mình. Tâm lý sẵn sàng tham gia vào hoạt động giải quyết vấn đề được khởi tạo. - Có thể tạo ra nhu cầu hứng thú bằng cách kích thích bên ngoài như: khen thưởng, sự ngưỡng mộ của bạn bè, gia đình, sự hứa hẹn một tương lai tốt đẹp, … - Nhu cầu hứng thú có thể nảy sinh ngay trong quá trình học tập, nghiên cứu một môn học, một bài học, tự mâu thuẫn nội tại của quá trình nhận thức. Thí dụ: Trước khi học quang học nhiều học sinh vẫn thường quan sát thấy một chiếc que thẳng nhúng vào nước thì thấy như nó bị gãy khi nhìn từ trên xuống hoặc khi lội qua suối thì thầy hình như suối nông hơn, cho nên nhầm tưởng là nông nhưng thực ra lại sâu. Những điều đó các em thường thấy hàng ngày nhưng không hiểu tại sao. Khi dạy học giáo viên nêu ra những kinh nghiệm trên và yêu cầu học sinh giải thích. Như vậy, ta đã đưa các em vào “tình huống bế tắc ”. Qua đó kích thích được tính tò mò, tự giác, tích cực thực hiện nhiệm vụ của HS. b. Xây dựng một lôgíc nội dung phù hợp với đối tượng học sinh Việc xây dựng chương trình SGK trước hết phải thoả mãn điều kiện không gây nên sự hiểu sai lệch của HS về nội kiến thức, tính đầy đủ cần thiết của nội dung cũng giúp cho HS có cái nhìn toàn diện hơn, giúp cho HS có những quan niệm khoa học đúng đắn. Ví dụ, tính chất thế của điện trường là hệ quả lôgíc của việc xác định đặc tính về công của lực điện trường được bổ sung trong SGK mới, quan niệm tương tác gần gắn với khái niệm trường cũng được SGK đưa vào phần đọc thêm, giúp HS có thể tự nghiên cứu và thu nhận thêm kiến thức. Trong chương trình SGK cũ cách viết công của lực điện trường A = qEd, nếu GV không lưu ý đầy đủ, có thể gây cho học sinh hiểu rằng: công dương hay âm phụ thuộc vào dấu của điện tích, vì d thường được hiểu là một đại lượng số học; trong SGK mới, công này được viết dưới dạng: A= qE với là độ dài đại số, biểu thức này cho thấy: công dương hay âm không những phụ thuộc vào dấu của điện tích mà còn phụ thuộc vào hình chiếu của điểm đầu và điểm cuối của đường đi (độ dài đại số), dạng của biểu thức này ít gây cho HS hiểu sai hơn. Vật lí học đưa vào dạy ở trường PT không phải là vật lí học được trình bày dưới dạng hiện đại nhất của khoa học, bởi vì nhiều khi học sinh chưa đủ trình độ để hiểu. Hơn nữa, ta lại yêu cầu học sinh phải tự lực hoạt động để xây dựng, chiếm lĩnh kiến thức. Bởi vậy giáo viên phải tìm một con đường thích hợp với trình độ học sinh để họ có thể làm được việc ấy. Giáo viên cần phải tìm một con đường hình thành kiến thức phù hợp với từng đối tượng học sinh. Theo quan điểm hoạt động, dạy học là liên tiếp tổ chức cho học sinh tự lực hoạt động để giải quyết vấn đề, qua đó mà chiếm lĩnh kiến thức. Bởi vậy, giáo viên cần phải phân chia một vấn đề lớn thành một chuỗi những vấn đề nhỏ hơn mà học sinh có thể tự lực giải quyết được với sự hướng dẫn cần thiết. c. Rèn luyện cho học sinh kỹ năng thực hiện các thao tác tư duy, những hành động nhận thức phổ biến trong học tập vật lí. Trong quá trình nhận thức vật lí, học sinh phải thực hiện các thao tác chân tay (như bố trí dụng cụ, sử dụng các dụng cụ đo, thực hiện các phép đo), các thao tác tư duy (phân tích, so sánh, khái quát hoá, trừu tượng hoá, cụ thể hoá ), các hành động nhận thức (xác định đặc tính bản chất của sự vật hiện tượng, tìm nguyên nhân, xác định mối quan hệ), thông qua các hành động này mà HS nhận thức được cần phải thay đổi quan niệm sai, thiếu cơ sở để có được những quan niệm khoa học. Để học sinh có thể tự lực hoạt động nhận thức có kết quả và hoạt động với tốc độ ngày càng nhanh thì giáo viên phải luôn có kế hoạch rèn luyện cho học sinh thông qua quá trình tái tạo các khái niệm, phát hiện các định luật vất lí, làm thí nghiệm… Thí dụ: Ở lớp 10 khi dạy về định luật Bôi lơ – Mariôt, giáo viên tổ chức cho các nhóm học sinh tự tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu và xử lý để rút ra kết luận chính là nội dung của định luật. Thông qua đó giáo viên tạo điều kiện để học sinh rèn luyện các hành động nhận thức vật lí như: Bố trí thí nghiệm, đo đại lượng vật lí (thể tích và áp suất)…Việc xử lý số liệu giúp học sinh rèn luyện các thao tác tư duy như: so sánh, tổng hợp, trừu tượng hoá, khái quát hoá. d. Tập dượt để học sinh giải quyết vấn đề nhận thức theo phương pháp nhận thức vật lí. Những phương pháp nhận thức chủ yếu hay dùng trong hoạt động nhận thức vật lí ở trường PT là: phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình, phương pháp tương tự. Việc tập dược để học sinh giải quyết vấn đề nhận thức theo phương pháp nhận thức vật lí là cần thiết để rèn luyện tư duy vật lí cho học sinh và giúp họ có thể tự lực hoạt động để chiếm lĩnh tri thức. Được tham gia xây dựng kiến thức bằng chính phương pháp nhận thức Vật lý, HS có thêm niềm tin vào tính chân thực của tri thức, khả năng nắm vững tri thức và tính bền vững của tri thức cũng cao hơn, trong chính quá trình ấy, quan niệm sai của HS cũng có cơ sở để thay đổi và khắc phục. Thí dụ: Ở lớp 10 bài “Sự rơi tự do ” được dạy theo phương pháp thực nghiệm, bài học này có vai trò quan trọng trong việc thay đổi quan niệm sai về sự rơi của các vật. Giáo viên tổ chức cho học sinh tham gia vào các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm để xây dựng kiến thức. Bài học “Đinh luật III Niu tơn” cũng có thể tổ chức dạy học theo phương pháp này, đây cũng là bài học rất quan trọng cho việc khắc phục quan niệm sai lầm phổ biến của học sinh về tương quan độ lớn của lực tương tác giữa hai vật. Sau khi học một số bài học, HS có thể nhận biết được các giai đoạn của phương pháp nhận thức nào đó. Do vậy, trong những bài học tiếp theo học sinh có thể chủ động và sẵn sàng tham gia vào từng giai đoạn của phương pháp nhận thức. Như vậy, một mặt các em có thể nắm vững nội dung của phương pháp nhận thức để có thể sử dụng trong quá trình học tập và nghiên cứu sau này, một mặt củng cố thêm quan niệm khoa học mà các em vừa thu nhận được. e. Rèn luyện ngôn ngữ vật lí cho học sinh. Ngôn ngữ là biểu hiện của tư duy và là phương tiện để học sinh tự lực hoạt động chiếm lĩnh tri thức. Tuy các kiến thức vật lí rất đa dạng nhưng những cách phát biểu định nghĩa, quy tắc, định luật vật lí cũng có những hình thức chung nhất định. Để mô tả hiện tượng cần những thuật ngữ diễn tả dấu hiệu đặc trưng của hiện tượng đó. Định nghĩa một đại lượng vật lí thường gồm đặc điểm định tính và đặc điểm định lượng; một định luật vật lí thường nêu lên quan hệ hàm số giữa hai đại lượng hoặc nêu lên những điều kiện để cho một hiện tượng có thể xảy ra. Ngôn ngữ vật lý là một trong những phương tiện rất quan trọng để GV có thể phát hiện được những quan niệm sai lầm của HS. Thực tế cho thấy các em thường sử dụng những ngôn ngữ trong đời sống hàng ngày thay vì những thuật ngữ vật lý. Ví dụ: sức - lực; đà – quán tính, thế - hiệu điệu thế… Rèn luyện ngôn ngữ vật lý trước hết đòi hỏi sự diễn đạt chính xác và thống nhất ở các tài liệu học tập, trong cách trình bày của GV đối với các thuật ngữ vật lý đồng thời làm rõ nội hàm của những thuật ngữ mà HS còn gặp những sai lầm, uốn nắn và điều chỉnh cho HS bằng cách tạo điều kiện cho HS tham gia hoạt động nhóm, trao đổi tranh luận và được trình bày phát biểu ý kiến…ở đó HS có nhiều cơ hội trao đổi và điều chỉnh quan niệm riêng của mình. 1.5. Thiết kế tiến trình dạy học Vật lí Để n©ng cao chÊt l­îng, hiÖu qu¶ d¹y häc: ®¶m b¶o cho häc sinh chiÕm lÜnh ®­îc kiÕn thøc, kÜ n¨ng; ®ång thêi båi d­ìng ®­îc t­ duy khoa häc, t­ duy s¸ng t¹o, ph¸t triÓn ë häc sinh hµnh ®éng tù chñ t×m tßi gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trong qu¸ tr×nh chiÕm lÜnh tri thøc khoa häc, theo lý luận dạy học hiện đại cần phải xây dựng tiến trình dạy học các kiến thức cụ thể theo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, đó là sự phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ kiến thức mới trong nghiên cứu khoa học.[44] 1.5.1. Thiết lập sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học đối với kiến thức cần dạy Từ sự hiểu biết sâu sắc của kiến thức cần dạy và chú ý đến quan niệm của người học, giáo viên thiết lập sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học, đáp ứng được đòi hỏi phương pháp luận của tiến trình nhận thức khoa học, đồng thời phải phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh. Đó là cơ sở quan trọng, là tiền đề cần thiết để có thể tổ chức và định hướng khái quát hành động tự chủ tìm tòi giải quyết vấn đề của học sinh trong quá trình dạy học. Để thiết lập được sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học đối với một tri thức cụ thể cần dạy thì giáo viên phải dựa vào cơ sở lý luận của các vấn đề sau: a. Tiến trình nhận thức khoa học xây dựng một kiến thức vật lí cụ thể Tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề khi xây dựng, vận dụng một tri thức Vật Lý cụ thể theo sơ đồ sau: “ Đề xuất vấn đề - Suy đoán giải pháp và thực hiện giải pháp (khảo sát lý thuyết hoặc thực nghiệm) - Kiểm tra vận dụng kết quả ”. - Đề xuất vấn đề: Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về cái còn chưa biết, về một cách giải quyết chưa có sẵn, nhưng hy vọng có thể tìm tòi, xây dựng được. Diễn đạt vấn đề đó thành câu hỏi. - Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát cho phép đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được để đi tới cái cần tìm, hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm. - Thực hiện giải pháp (khảo sát lý thuyết và thực nghiệm). Vận hành mô hình rút ra kết luận logic về cái cần tìm và/ hoặc thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lượn các dữ liệu cần thiết và xem xét rút ra kết luận về cái cần tìm. - Kiểm tra, vận dụng kết quả: Xem xét khả năng chấp nhận được của kết quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích, tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm. Xem xét sự cách biệt giữa kết luận có được nhờ suy luận lý thuyết (mô hình hệ quả logic) với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm (mô hình xác nhận) để qui nạp chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm hoặc để xét lại, bổ sung, sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khi chưa có sự phù hợp giữa lý thuyết với thực nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi xây dựng cái cần tìm. b. Sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học xây dựng một kiến thức vật lí cụ thể Việc phân tích tiến trình khoa học xây dựng một kiến thức và thể hiện bằng sơ đồ phải giải đáp được câu hỏi: Kiến thức cần xây dựng được là điều gì? Được diễn đạt như thế nào? Nó là câu trả lời được rút ra từ bài toán cụ thể nào? Xuất phát từ câu hỏi cụ thể nào? Chứng tỏ tính hợp thức khoa học của câu trả lời đó như thế nào? Điều kiện (tình huống) xuất phát Vấn đề - bài toán Giải pháp Kết luận Giải pháp kiểm tra - ứng dụng Sự kiện được giải thích (tiên đoán) Sự kiện thu được từ thí nghiệm, quan sát Kết luận Sơ đồ 3: Sơ đồ mô phỏng tiến trình nhận thức khoa học, xây dựng một kiến thức mới [44] Với tiến trình dạy học giải quyết vấn đề theo sơ đồ như trên thì tình huống vấn đề đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong mỗi tiết học, trong cả quá trình học. Nó là hoàn cảnh mà các quan niệm của HS được bộc lộ và vận hành, thông qua đó học sinh thấy rõ sự thiếu sót của kiến thức và kinh nghiệm sống của mình, cũng chính ở đây, mâu thuẫn nhận thức xuất hiện mà học sinh chấp nhận việc giải quyết mâu thuẫn đó như là một nhiệm vụ học tập và với tâm thế sẵn sàng mang sức lực và trí tuệ ra để giải quyết. Do đó, tổ chức được các tình huống vấn đề là việc làm rất cần thiết trong dạy học. 1.5.2. Tổ chức tình huống vấn đề a. Khái niệm “vấn đề” Khái niệm vấn đề dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà người học không thể giải quyết được chỉ bằng kiến thức sẵn có, theo khuôn mẫu có sẵn, nghĩa là dùng tư duy tài liệu đơn thuần để giải quyết mà không phải tìm tòi sáng tạo để giải quyết và khi giải quyết được người học thu nhận được kiến thức mới, kỹ năng mới. Vấn đề chứa đựng câu hỏi, nhưng đó là câu hỏi về một cái chưa biết, câu hỏi mà câu trả lời là một cái mới phải tìm tòi sang tạo mới xây dựng được, chứ không phải là câu hỏi chỉ đơn thuần yêu cầu nhớ lại những kiến thức đã có. b. Tình huống vấn đề Tình huống vấn đề là tình huống mà khi học sinh tham gia vào việc giải quyết thì gặp khó khăn, học sinh ý thức được vấn đề, mong muốn giải quyết vấn đề đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hy vọng có thể giải quyết được, do đó bắt tay vào việc giải quyết vấn đề đó. Nghĩa là tình huống này kích thích hoạt động nhận thức tích cực của học sinh: đề xuất vấn đề và giải quyết vấn đề đã đề xuất. Tình huống vấn đề cơ bản: là tình huống ở đó xuất hiện câu hỏi có tác dụng định hướng tư duy tìm tòi của chủ thể học sinh, nhằm đúng mục tiêu nội dung của kiến thức cần tìm kiếm. Việc xây dựng một kiến thức mới thực chất là triển khải giải quyết tình huống cơ bản đó, có thể là một quá trình chuyển tiếp từ tình huống này sang tình huống khác, trong đó có “Tình huống vấn đề cơ bản”. Việc giải quyết các tình huống đó cuối cùng đạt được câu trả lời cho câu hỏi đặt ra ở tình huống cơ bản. d. Các kiểu tình huống vấn đề Khi học sinh được lôi cuốn vào hoạt động tích cực thực hiện nhiệm vụ (có tiềm ẩn vấn đề) mà học sinh đã đảm nhận, học sinh nhanh chóng nhận thấy sự bất ổn của tri thức đã có của mình, vấn đề xuất hiện, học sinh ở tình huống (tình thế) có thể thuộc một trong số các kiểu tình huống (tình thế) như sau: - Tình thế lựa chọn: chủ thể ở trạng thái suy tính cân nhắc, khi cần lựa chọn một phương án thích hợp nhất trong những điều kiện nhất định để giải quyết vấn đề (tức là cần lựa chọn mô hình vận hành được) - Tình thế bất ngờ: chủ thể ở trạng thái ngạc nhiên, khi gặp cái mới lạ, chưa hiểu vì sao, cần biết căn cứ lý lẽ (tức là cần có mô hình mới) - Tình thế bế tắc: chủ thể ở trạng thái túng bí, khi chưa biết làm thế nào để giải quyết khó khăn gặp phải, cần có cách giải quyết (tức là cần mô hình mới) - Tình thế không phù hợp: chủ thể ở trạng thái băn khoăn, nghi hoặc khi gặp sự kiện mới, trái ngược với lẽ thường, với kết quả có thể rút ra được từ căn cứ lý lẽ đã có, do đó cần xét lại để có căn cứ lý lẽ thích hợp hơn (tức là cần có mô hình thích hợp hơn) - Tình thế phán xét: chủ thể ở trạng thái nghi vấn khi gặp các cách giải thích với các căn cứ lý lẽ khác nhau, cần xem xét, kiểm tra các căn cứ lý lẽ đó (tức là cần kiểm tra, hợp thức hóa mô hình đã được đề cập) - Tình thế đối lập: chủ thể ở trạng thái bất đồng quan điểm, khi gặp một cách giải thích có vẻ logic, nhưng lại xuất phát từ một căn cứ lý lẽ sai trái với căn cứ lý lẽ đã được chấp nhận, cần bác bỏ căn cứ lý lẽ sai lầm đó để bảo vệ căn cứ lý lẽ đã được chấp nhận (tức là phê phán bác bỏ mô hình không hợp thức, bảo vệ mô hình hợp thức đã có). e. Điều kiện cần của việc tạo tình huống vấn đề Việc tạo các tình huống vấn đề và định hướng hành động học giải quyết vấn đề hoạch định rằng: - Giáo viên có dụng ý tìm cách cho học sinh tự giải quyết một vấn đề, tương ứng với việc xây dựng một tri thức khoa học cần dạy. Do đó, giáo viên cần nhận định về câu hỏi đặt ra, các khó khăn trở lực học sinh phải vượt qua khi giải đáp câu hỏi đó. - Giáo viên phải xác định rõ kết quả giải quyết mong muốn đối với vấn đề được đặt ra là học sinh chiếm lĩnh được tri thức cụ thể gì (diễn đạt cụ thể một cách cô đúc, chính xác nội dung đó). - Giáo viên soạn thảo được một nhiệm vụ (có tiềm ẩn vấn đề) để giao cho học sinh, những điều kiện cần thiết khiến cho học sinh tự cảm thấy mình có khả năng tham gia giải quyết nhiệm vụ đặt ra và được lôi cuốn vào hoạt động tích cực giải quyết nhiệm vụ đó. Để soạn thảo được một nhiệm vụ như vậy cần 2 yếu tố cơ bản: - Tiền đề hay tư liệu (thiết bị, sự kiện, thông tin) cần cung cấp cho học sinh hoặc gợi ra cho học sinh. - Lệnh hoặc câu hỏi đặt ra cho học sinh. Trên cơ sở vấn đề cần giải quyết, kết quả mong đợi, những quan niệm, khó khăn trở lực của học sinh trong điều kiện cụ thể, giáo viên đoán trước những đáp ứng có thể có của học sinh và dự định tiến trình định hướng, giúp đỡ học sinh (khi cần) một cách hợp lý, phù hợp với tiến trình khoa học giải quyết vấn đề. 1.5.3. Các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề Để phát huy tổng hợp các nhân tố tác động: vai trò của học sinh trong sự tự chủ hành động xây dựng kiến thức; vai trò của giáo viên trong tổ chức tình huống học tập và định hướng hành động tìm tòi xây dựng tri thức của học sinh; vai trò tương tác của xã hội (của tập thể học sinh) đối với quá trình nhận thức của mỗi cá nhân học sinh,…đồng thời cho học sinh tập quen với quá trình xây dựng và bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học thì phải tổ chức tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây dựng và bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học. Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề trải qua các pha được diễn tả bằng sơ đồ của tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học. - Pha thứ nhất: chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hòa tri thức, phát biểu vấn đề (tương ứng với (1) và (2) trong sơ đồ). Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ tiềm ẩn vấn đề. Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh quan tâm đến nhiệm vụ đặt ra, sẵn sàng nhận và tự nguyện thực hiện nhiệm vụ. - Pha thứ hai: học sinh hành động độc lập, tự chủ, trao đổi, tìm tòi giải quyết vấn đề (tương ứng với (3) và (4) trong sơ đồ). Học sinh độc lập xoay sở vượt qua khó khăn, trong đó có sự định hướng của giáo viên khi cần. - Pha thứ ba: Tranh luận thể chế hóa, vận dụng tri thức mới (tương ứng với (5) và (6) trong sơ đồ). Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh tranh luận, bảo vệ cái xây dựng được, giáo viên chính xác hóa, bổ sung, thể chế hóa tri thức mới. Học sinh chính thức ghi nhận tri thức mới và vận dụng. Pha thứ nhất: Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hòa tri thức, phát triển vấn đề. Pha thứ hai: Học sinh hành động độc lập, tự chủ, trao đổi tìm tòi giải quyết vấn đề (1) Tình huống có tiềm ẩn vấn đề (2) Phát biểu vấn đề - bài toán (3) Giải quyết vấn đề: Suy đoán thực hiện giải pháp (4) Kiểm tra, xác nhận kết quả: Xem xét sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm Pha thứ ba: Tranh luận, thể chế hóa, vận dụng tri thức mới. (5) Trình bày thông báo, thảo luận bảo vệ kết quả (6) Vận dụng tri thức mới để giải quyết nhiệm vụ đặt ra tiếp theo Sơ đồ các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề. Sơ đồ tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học. Sơ đồ 4: Sơ đồ các pha của tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học [44] 1.5.4. Hệ thống các câu hỏi đề xuất vấn đề, định hướng tư duy trong các tình huống vấn đề theo tiến trình khoa học xây dựng một kiến thức mới Hệ thống câu hỏi đề xuất vấn đề, định hướng tư duy có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc tổ chức điều khiển hoạt động học, giúp học sinh từ chỗ bộc lộ được quan niệm, vận hành quan niệm để thấy sự không phù hợp của quan niệm sai, đến việc rút ra kết luận từ đó học sinh ghi nhận và thay đổi quan niệm, kể cả đưa người học vận hành quan niệm mới để củng cố vững chắc thêm quan niệm khoa học đúng đắn. a. Câu hỏi kích thích học sinh có nhu cầu xây dựng kiến thức để giải quyết vấn đề Phương hướng cơ bản của việc tổ chức tình huống vấn đề ở pha khởi đầu là giáo viên mô tả một tình huống, hay đặt ra một nhiệm vụ dẫn học sinh tới chỗ phải trả lời câu hỏi loại: “Sẽ như thế nào, nếu…?”, “Phải làm thế nào, để…?”, “Vì sao như thế? ”. Tình huống này đòi hỏi học sinh phải nhận ra và vận hành một mô hình xác định nào đó. Sự bất ổn hóa tri thức diễn ra do học sinh chưa có đủ kiến thức và kỹ năng phù hợp. Do đó, học sinh có nhu cầu xác lập một mô hình hoặc sửa đổi một mô hình đã có (nhưng chưa phù hợp) sẽ là động lực của tiến trình xây dựng, vận dụng tri thức mới. b. Câu hỏi định hướng nội dung cần xác lập Việc tìm cách trả lời câu hỏi trên gắn liền với việc đặt ra câu hỏi “Có mối liên hệ nào (có cái gì) chi phối mà từ đó sẽ suy ra được câu trả lời cho câu hỏi đặt ra?”. Câu hỏi này đòi hỏi học sinh phải vận hành một mô hình nào đó. Vì vậy, điều quan trọng trước hết sẽ là phải xác định và thảo luận về mô hình đó. c. Câu hỏi yêu cầu xác định giải pháp tìm tòi, xác lập kiến thức cần xây dựng, vận dụng Để xác lập một mô hình mới thì câu hỏi tiếp theo là: “Một cách lý thuyết có thể xác lập tính chất, mối liên hệ đó (mô hình giả thuyết) như thế nào?” hoặc “Làm thế nào thì có thể sẽ thấy được cái gì cần thiết cho việc xác lập mô hình?”. d. Câu hỏi yêu cầu diễn đạt chính xác, cô đọng kiến thức xác lập được Yêu cầu diễn đạt chính xác, cô đọng kiến thức xác lập được nghĩa là cần trả lời được câu hỏi: “ Nội dung của kiến thức đã được xác lập diễn đạt một cách chính xác, cô đọng như thế nào ? ”. e. Câu hỏi yêu cầu vận dụng, kiểm tra kiến thức đã xác lập Khi đã xác lập được kiến thức, việc sử dụng mô hình đã lựa chọn cho phép rút ra câu trả lời cho các câu hỏi: “ Vì sao như thế ?”, “Sẽ như thế nào nếu...?”, “Phải thế nào để...?”. Đó là loại câu hỏi vận dụng kiến thức đã xác lập. Việc xem xét sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm trong việc trả lời các câu hỏi là sự kiểm tra hợp thức hóa tri thức mới. Các câu hỏi trên phải đảm bảo các tiêu chuẩn sau đây: Câu hỏi phải được diễn đạt chính xác vê ngữ pháp và về nội dung khoa học Câu hỏi phải diễn đạt chính xác điều định hỏi Nội dung của câu hỏi phải đáp ứng đúng đòi hỏi của sự định hướng hành động của học sinh trong tình huống đang xét cả về phương diện kiểu định hướng hành động học tập dự định cũng như về phương diện sát hợp với việc thực hiện nhiệm vụ nhận thức đang đặt ra. Câu hỏi phải vừa sức học sinh. 1.5.5. Hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề Dựa theo những cách mà nhà bác học thường dùng để giải quyết vấn đề khoa học kỹ thuật, có thể có những kiểu hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề như sau: a. Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức đã biết, phương pháp đã biết Kiểu hướng dẫn này có nghĩa là: vấn đề cần phải giải quyết khi mới tiếp xúc không thấy ngay mối quan hệ của nó với những cái đã biết, không thể áp dụng ngay một quy tắc , một định luật hay một cách làm đã biết mà phải tìm tòi bằng phương pháp phân tích, tổng hợp, so sánh để tìm ra dấu hiệu tương tự với cái đã biết. kiểu hướng dần này thường gặp khi học sinh vận dụng kiến thức đã biết nhưng chưa có phương pháp, quy trình hữu hiệu. Có 3 trường hợp phổ biến như sau: - Hướng dẫn học sinh diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngôn ngữ vật lí. Bởi vì ngôn ngữ dùng trong đời sống hàng ngàykhông giống ngôn ngữ dùng trong các quy tắc, các định luật vật lí. - Hướng dẫn học sinh phân tích một hiện tượng vật lí phức tạp chi phối bởi nhiều nguyên nhân thành những hiện tượng đơn giản bị chi phối bởi một nguyên nhân, một định luật đã biết. - Hướng dẫn học sinh phân chia quá trình diễn biến của hiện tượng thành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn tuân theo một quy luật xác định đã biết. b. Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần Kiểu hướng dẫn này thường được sử dụng khi nghiên cứu tài liệu mới, học sinh được giao nhiệm vụ phát hiện những tính chất mới, những mối liên hệ có tính quy luật mà trước đây học sinh chưa biết đầy đủ. Ở đây không có con đường suy luận lôgíc để suy ra từ cái đã biết mà đòi hỏi sự sáng tạo thật sự, một bước nhảy vọt trong nhận thức. Trong tình huống này trực giác đóng vai trò rất quan trọng. Bằng trực giác (dựa trên kinh nghiệm và vốn hiểu biết có sẵn) đưa ra dự đoán rồi tìm cách kiểm tra bằng thực nghiệm. Giáo viên có thể tạo điêu kiện cho học sinh tập dược những bước nhảy vọt đó bằng cách phân chia những bước nhảy vọt lớn thành những bước nhảy vọt nhỏ nằm trong vùng phát triển gần của học sinh. Sau khi đươc rèn luyện nhiều lần học sinh sẽ tích luỹ được kinh nghiệm, có sự nhạy cảm phát hiện, đề xuất được giải pháp mới để vượt qua khó khăn. c. Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát Ở kiểu hướng dẫn này, giáo viên chỉ hướng dẫn học sinh xây dựng phương hướng chung giải quyết vấn đề còn việc vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện kế hoạch đó học sinh tự làm. Bởi vậy ở đây đòi hỏi học sinh không những tính tự lực cao mà còn phải có vốn kiến thức và kỹ năng, kỹ xảo vững vàng và có một số kinh nghiệm hoạt động sáng tạo. Nên trong điều kiện có cả học sinh khá và học sinh trung bình thì giáo viên cần phối hợp với kiểu hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần để toàn bộ học sinh có thể tham gia vào quá trình giải quyết vấn đề. 1. 6. Sử dụng thí nghiệm trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề Vật lí học ở trường PT chủ yếu là vật lí thực nghiệm, trong đó có sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa quan sát, thực nghiệm và suy luận lí thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lí luận và thực tiễn. Bởi vậy trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề các thí nghiệm vật lí có vai trò rất quan trọng: thí nghiệm có thể tạo tình huống vấn đề, giúp học sinh tìm tòi giải quyết vấn đề, xây dựng tri thức mới, củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu được và kiểm tra đánh giá kiến thức kỹ năng của học sinh. Thí nghiệm kết hợp với phân tích lí thuyết làm cho học sinh hiểu sâu sắc mối quan hệ giữa các khái niệm, định luật; làm kiến thức của học sinh thu được vững chắc hơn, đồng thời cũng phát triển tư duy vật lí ở học sinh. Các loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học vật lí: a. Thí nghiệm biểu diễn Là thí nghiệm được giáo viên tiến hành trên lớp, bao gồm các loại sau: - Thí nghiệm mở đầu: nhằm tạo tình huống có vấn đề. - Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: Nhằm cung cấp các dữ liệu thực nghiệm để từ đó khái quát hoá kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc nhằm kiểm chứng lại kiến thức đã được xây dựng bằn con đường lí thuyết. - Thí nghiệm củng cố: Nêu nên những biểu hiện của kiến thức đã học trong thí nghiệm, đòi hỏi học sinh vận dụng kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải thích hiện tượng. b. Thí nghiệm thực tập Là thí nghiệm do học sinh trực tiếp tiến hành, đây là thí nghiệm có tác dụng trên nhiều mặt, bởi vậy việc tăng cường thí nghiệm thực tập là một phần quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học. Thí nghiệm thực tập gồm ba loại: Thí nghiệm trực diện: có thể tiến hành dưới hình thức thí nghiệm đồng loạt (HS chia thành từng nhóm cùng làm thí nghiệm như nhau), hoặc dưới hình thức thí nghiệm cá thể (các nhóm học sinh cùng làm các thí ngiệm khác nhau, mỗi nhóm một thí nghiệm). Loại thí nghiệm này có thể sử dụng làm thí nghiệm mở đầu, khảo sát hoặc minh hoạ. Thí nghiệm thực hành: thường có nội dung chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, các quy tắc đã học. Thí nghiệm này đòi hỏi sự tự lực của học sinh cao hơn và có thể tổ chức dưới hai hình thức là thí nghiệm động loạt và thí nghiệm cá thể. Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà: là một loại bài làm mà giáo viên giao cho từng học sinh hoặc nhóm học sinh thực hiện ở nhà. Thí nghiệm này đòi hỏi cao độ tính tự giác, sự kết hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, giữa hoạt động trí óc và hoạt động chân tay của học sinh. Tổ chức các thí nghiệm vật lí trong quá trình dạy học không chỉ đơn thuần là rèn luyện cho học sinh năng lực thao tác thí nghiệm mà phải bồi dưỡng cho họ năng lực thực nghiệm bao gồm cả hai mặt: hoạt động tư duy và hoạt động thể chất. Để đạt được mục đích đó, việc tổ chức các thí nghiệm trong dạy học phải trải qua các bước sau: Bước 1: Đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán hoặc giả thuyết Bước 2: Thiết kế thí nghiệm cụ thể Bước 3: Lắp ráp và tiến hành thí nghiệm Bước 4: Xử lí kết quả và rút ra nhận xét Với từng thí nghiệm, ở những bài học cụ thể, tuỳ thuộc vào điều kiện cơ sở vật chất, trình độ học sinh, thời gian tiết học mà giáo viên có thể tổ chức, hướng dẫn học sinh tiến hành một số bước hoặc toàn bộ các bước hoặc tự lực hoàn toàn để phát huy tính tích cực tự chủ sáng tạo của học sinh. KẾT LUẬN CHƯƠNG I Trong chương này chúng tôi đã trình bày cơ sở lí luận của dạy học hiện đại, các luận điểm phương pháp luận chỉ đạo việc đổi mới phương pháp dạy học như: về sự cần thiết của việc nghiên cứu các quan niệm của học sinh, về việc tổ chức hoạt động dạy học bằng phương pháp nêu và giải quyết vấn đề và về vai trò quan trọng của thí nghiệm trong dạy học vật lí. Theo chúng tôi, cách tốt nhất để thay đổi quan niệm của người học là đưa người học vào hoạt động. Cách tốt nhất để đưa người học vào hoạt động là tổ chức các tình huống dạy học. Do đó cần thiết phải thiết kế được các tiến trình dạy học nhằm khắc phục được các quan niệm sai lầm đó. Muốn vậy, cần phải lưu ý: - Cơ sở thiết kế tiến trình dạy học một tri thức cụ thể là việc thiết lập sơ đồ biểu đạt lôgíc của tiến trình nhận thức khoa học đối với tri thức cần dạy phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh. - Để học sinh tích cực tham gia vào việc xây dựng tri thức mới cần tổ chức được những tình huống tương ứng với kiến thức cụ thể. Tình huống đạt nhất phải là tình huống vấn đề trong đó học sinh bộc lộ những thiếu sót của họ và sẵn sàng tham gia và tích cực giải quyết vấn đề. - Để việc định hướng hành động học của học sinh một cách có hiệu quả, đảm bảo cho học sinh không những đi đến kiến thức mà thông qua đó tri thức của họ được rèn luyện, tư duy khoa học cũng được phát triển thì cần tổ chức, định hướng hành động học của học sinh đáp ứng đòi hỏi của nhận thức khoa học. - Thí nghiệm không chỉ là một phương tiện trực quan, là công cụ hữu hiệu để kích thích và duy trì hứng thú học tập cho học sinh, mà còn giúp học sinh làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học, rèn luyện được kĩ năng thực nghiệm của học sinh, củng cố niềm tin vào những kết luận khoa học, tăng thêm tính ổn định và bền vững của kiến thức. Do đó trong việc tổ chức tình huống và định hướng hoạt động giải quyết vấn đề cần chú ý sử dụng thí nghiệm một cách khoa học. Chúng tôi vận dụng tất cả những quan điểm trên để xây dựng tiến trình dạy học một số bài học thuộc chương “ Điện tích - Điện trường” trong chương trình Vật lý 11 nâng cao ở chương 2 của luận văn này. Để đạt được mục đích nghiên cứu, chúng tôi có những định hướng như sau: - Quan tâm đến những suy nghĩ, quan niệm, những khó khăn sai lầm của HS về kiến thức cần dạy: tìm hiểu lịch sử phát triển kiến thức, điều tra, vấn đáp, cho HS hoạt động cá nhân, nhóm và nghe HS báo cáo kết quả.. - Thiết kế tiến trình dạy học theo phương pháp dạy học hiện đại: dạy học nêu và giải quyết vấn đề. Lưu ý đến việc phát huy tối đa kiến thức đã có của HS về trường hấp dẫn hay từ trường.. để xây dựng các kiến thức mới tự nhiên đồng thời nắm vững được bản chất của kiến thức. - Trong mỗi bài học, phát tối đa tác dụng của thí nghiệm có thể có, sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại nhằm hỗ trợ cho việc dạy học đạt kết quả. CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC THUỘC CHƯƠNG “ ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG ” SGK VẬT LÝ 11 NÂNG CAO NHẰM KHẮC PHỤC MỐT SỐ QUAN NIỆM SAI LẦM CỦA HỌC SINH 2.1 Sự hình thành và phát triển một số kiến thức về “Điện tích – điện trường” trong lịch sử Vật lý Loài người biết đến những hiện tượng điện từ thế kỉ VII trước công nguyên, biết đến những nam châm vĩnh cửu từ thế kỉ VIII. Nhưng mãi tới thế kỉ XVII người ra mới thực sự bắt đầu nghiên cứu các hiện tượng điện và từ, và đến thế kỉ XVIII tĩnh điện học mới thực sự hình thành, đến cuối thế kỉ XIX, đầu thế kỉ XX mới hoàn thiện. Sự hiểu biết về những định luật về các hiện tượng điện và từ được thể hiện qua tác phẩm “Bàn về nam châm” của một thầy thuốc người Anh là Wiliam Ginbe (1540-1603). Nếu trước Ginbe người ta chỉ biết hổ phách có tính chất hút điện, thì Ginbe đã chứng minh rằng hàng loạt vật thể có tính chất hút điện như hổ phách. Các vật thể đó Ginbe gọi là “có điện”, và ông đã đưa thuật ngữ điện vào trong khoa học. Những vật thể mà ông không làm cho chúng ở trạng thái điện được thì ông gọi là không có điện. Năm 1716 Niutơn đã quan sát thấy sự phóng của một tia lửa điện nhỏ ở giữa một mũi nhọn và một vật đã nhiễm điện. Cũng trong thế kỷ XVIII, Franklin, Lômônôxốp, Ricman,… đã khám phá ra bản chất điện của sét. Nhiều nhà khoa học khác cũng tìm ra nhiều tài liệu thực nghiệm về điện. Các nhà khoa học cũng đồng thời cố gắng đưa ra những giả thuyết để giải thích các hiện tượng điện. Một trong những cố gắng đầu tiên là giả thuyết của Đufây(1698- 1739) là người trong nhưng năm ba mươi đã khám phá ra định luật về hai loại tương tác điện. Đufây giả thiết rằng, trong giới tự nhiên có hai loại tác nhân điện: tác nhân điện nhựa và tác nhân điện thuỷ tinh. Năm 1947, Bengiamen Franklin (1706-1790), đề xướng lí thuyết một chất lỏng điện: “là một chất lỏng không trọng lượng, một loại chất tinh tế, nó là cơ sở và nguyên nhân của mọi hiện tượng điện. Các hạt của chất điện đẩy nhau, nhưng lại bị các hạt vật chất thông thường hút rất mạnh. Nếu một vật thể vật chất chứa trong thể tích của nó một lượng chất điện vừa đứng bằng lượng mà nó có thể chứa được, thì vật đó trung hoà về điện. Nếu nó chứa một lượng chất điện lớn hơn, chất điện sẽ tràn ra mặt ngoài vật và vật được tích điện dương. Nếu nó chứa một lượng chất điện nhỏ hơn, vật sẽ thiếu chất điện, tức là tích điện âm”. Franklin cho rằng chất lỏng đó dễ thâm nhập qua các kim loại và không thâm nhập vào chất cách điện. Như vậy ông đã có quan niệm về sự dịch chuyển của điện tích dẫn đến sự mang điện của các vật đồng thời có quan niệm về tính liên tục của điện tích. Ông cho rằng, người ta không thể tạo ra được cũng như không thể huỷ diệt được chất lỏng điện, như vậy tư tưởng về bảo toàn điện tích đã được Franklin đề cập đến. Năm 1759, Frandơ Unric Têôđo Êpinuxơ (1724-1802) đã xuất bản tác phẩm “Thí nghiệm về lý thuyết điện và từ” Tác phẩm này là một mốc quan trọng trong lịch sử điện học. Êpinuxơ đã phát triển thuyết chất lỏng điện của Franklin và mở rộng sang cả hiện tượng từ. Ông nhận thấy một sự giống nhau sâu sắc giữa hai loại hiện tượng đó và nghĩ đến mối liên hệ giữa chúng: các hạt của chất lỏng điện cũng như các hạt của chất lỏng từ tương tác với nhau ngay cả ở một khoảng cách khá lớn. Ngoài ra ông còn nghiên cứu và thực nghiệm vấn đề bức tranh các đường sức ở gần các nam châm, nhưng ông coi đó là hình mẫu của các lực tác dụng xa. Nhưng Ơle lại coi những đường sức đó là bức tranh của một vận động thực tế của các dòng từ, vượt trước những quan điểm sau này của Farađây. Cũng trong năm 1759, thuyết hai chất lỏng điện (chất điện âm và chất điện dương) của Xaimen được công bố. Nếu chất điện âm thấm vào một vật thì vật đó mang điện âm và ngược lại, nếu chất điện dương thấm vào vật thì vật đó mang điện dương, quan niệm này cho thấy rõ điện tích dương cũng có thể dịch chuyển từ vật này sang vật khác. Thuyết này cuối cùng đã thắng thuyết một chất lỏng điện của Franklin – Êpinuxơ và đã được biến đổi đi mà tồn tại đến ngày nay. Tư tưởng bảo toàn cũng được giữ nguyên trong lý thuyết hai chất lỏng điện: nếu ở một nơi nào đó lúc đầu không có điện, khi ta thấy có điện tích được sinh ra ở nơi đó thì có nghĩa là ở một nơi khác đã có sự mất đi một lượng điện như thế. Như vậy, không có sự sinh ra hay huỷ diệt chất điện mà là có sự phân bố lại các chất điện. Cho tới cuối thế kỷ thứ XVIII, việc nghiên cứu điện và từ được tiến hành độc lập với nhau, bản thân điện và từ được coi là những hiện tượng tách rời, không liên quan gì tới nhau. Năm 1785, lần đầu tiên giới khoa học được biết định luật biểu diễn mối quan hệ định lượng của các khối điện cũng như các khối từ qua những luận văn của kỹ sư bác học người Pháp Ôguyxtanh Culông (1736 - 1806). Ông đã thiết lập được định luật tương tác giữa các điện tích (định luật Culông ngày nay) và định luật cho các từ cực. Việc phát hiện ra những định luật này đã tạo cơ sở cho những lý thuyết toán học về các hiện tượng tĩnh điện và tĩnh từ. Năm 1786, Galvani tình cờ phát minh ra dòng điện, một thứ điện sinh vật; Vônta phát minh ra pin vônta - nguồn phát dòng điện đầu tiên của nhân loại, điện ganvanic – đã đánh dấu một bước ngoặt căn bản của sự phát triển điện học. Vônta cũng là người đầu tiên có khái niệm về hiệu điện thế mà đơn vị của nó được ông gọi là daniel, sau này đơn vị đó được gọi là Vôn để tưởng nhớ đến ông. Và đễn mãi sau này, năm 1920, các thuật ngữ: dòng điện, điện áp, cường độ dòng điện… mới được Ampe và các nhà vật lý Pháp đặt ra cho khoa học Vật lý. Sau này Farađây tìm ra cách “biến từ thành điện”, người ta lại đặt thêm một loại điện khác từ điện. Trong phần thứ ba của bộ “Những công trình nghiên cứu thực nghiệm về điện” bắt đầu ngày 10 tháng giêng năm 1833 Farađây giành cho việc chứng minh sự đồng nhất của các loại điện khác nhau: điện nhựa, điện thuỷ tinh, điện ganvanic, điện sinh vật, từ điện. Kết luận này dã giáng một đòn cuối cùng vào cái quan điểm về các “chất lỏng điện”. Khoa học hiện đại chứng tỏ rằng trong tự nhiên không có chất lỏng điện. Thay vì quan niệm chất lỏng điện người ta quan niệm rằng điện tích là một trong số các thuộc tính của các hạt vật chất. Nói điện tích là một thuộc tính của vật chất giống như khối lượng là một thuộc tính của vật chất. Có thể coi Franklin là một trong số những người đầu tiên đưa ra những ý tưởng về định luật bảo toàn điện tích. Tuy nhiên, thực chất định luật đó mới chỉ dừng lại ở mặt định tính. Những thí nghiệm của Culông về lực tương tác giữa các điện tích đồng thời cũng mang ý nghĩa là những thí nghiệm xác định độ lớn của điện tích. Và chỉ sau khi có những thí nghiệm mang tính định lượng đó định luật bảo toàn mới thực sự là một định luật theo đúng ý nghĩa của nó. Tuy nhiên, cũng phải đợi đến Farđây thì định luật bảo toàn điện tích mới có cơ sở vững chắc. Bởi vì, trước Farađây các dụng cụ đo điện tích rất thô sơ chưa đủ độ tin cậy cho trong thí nghiệm. Còn Farađây đã chế tạo ra những dụng cụ đo điện tích rất nhạy, có thể phát hiện những thay đổi điện lượng hết sức nhỏ. Nhờ những dụng cụ tinh xảo đó, việc chứng minh bằng thực nghiệm điện tích được bảo toàn mới có cơ sở để tin cậy. Từ định luật Culông và một số kết quả nghiên cứu về tương tác giữa hai dòng điện đã củng cố thêm tư tưởng của nguyên lý tác dụng xa: các lực điện và lực từ, giống như lực hấp dẫn, là những lực tác dụng tức thời từ xa. Theo Ampe, điện tích là có thật, điện trường là một khái niệm hỗ trợ, thứ yếu, để giúp cho việc nghiên cứu tương tác giữa các điện tích. Bắt đầu từ “Những thí nghiệm đề cập tới tác dụng của sự xung đột điện lên kim nam châm” Ơxtet đã gọi những tác dụng xảy ra trong dây dẫn và không gian bao quanh nó là sự xung đột điện. Như vậy, Ơxtet đã nhìn thấy quá trình ở cả không gian xung quanh, tức là ông đã nắm được hình ảnh về trường. Farađây cũng là người đầu tiên đưa ra một quan điểm rõ ràng về trường. Sau khi phát minh ra định luật cảm ứng điện từ, ông bắt đầu khảo sát các đường sức từ. Ông cho rằng khái niệm đường sức từ chỉ mang tính chất hình thức, nó chỉ rõ trạng thái của lực(độ lớn và phương của lực) tại những điểm mà ta xét. Khái niệm đó không chứa đựng một nội dung nào về mặt bản chất và nguyên nhân tạo ra các lực đó. Giá trị của nó là cho phép ta khảo sát sự truyền lực diễn ra trong không gian trống rỗng. Faraday đã bàn đến tính chất vật lý của các đường sức từ, nghĩa là đã đề cập đến khả năng tồn tại về mặt vật lý của điện từ trường. Ông cũng nêu lên khả năng lấy khái niệm đường sức thay cho khái niệm các lực tác dụng xa. Quan niệm của Farađây đã được Maxwell phát triển và xây dựng điện động lực học một cách hoàn chỉnh. Một hệ điện động lực học bao gồm điện từ trường, các điện tích và các dòng điện do các điện tích chuyển động tạo thành. Điện từ trường biến thiên lan truyền với vận tốc hữu hạn, trong chân không nó lan truyền với vận tốc ánh sáng. Điện trường tĩnh và từ trường tĩnh là hai trường hợp riêng đặc biệt của điện từ trường. Quan điểm tương tác gần đã thay thế quan điểm tương tác xa. Việc giải thích các hiện tượng điện ban đầu bằng việc đưa ra các “chất lỏng điện ” dường như có vẻ đã thoả mãn. Nhưng sau khi thuyết “chất lỏng điện” bị sụp đổ thì sự điều chỉnh bổ sung là cần thiết. Con đường đó ngày càng sáng tỏ khi khoa học ngày càng đi sâu vào việc tìm ra cấu trúc của nguyên tử. Ban đầu, Vêbe cho rằng mỗi nguyên tử có trọng lượng đều gắn liền với một nguyên tử điện (electron). Ông giả định rằng nguyên tử điện dương có thể tồn tại ở trạng thái tự do, còn nguyên tử điện âm gắn liền với các nguyên tử có trọng lượng, thành thử các điện tích dương tự do quay xung quanh các nguyên tử tích địên âm, và tạo thành các dòng điện phân tử. Đó là mẫu đầu tiên của nguyên tử Bo, nhưng với hạt nhân mang điện âm và electron mang điện dương. Năm 1878, Lorenxơ đã kết hợp lý thuyết về trường với quan niệm về các hạt tích điện tạo thành vật chất, thuyết electron xuất hiện. Thuyết này ra đời trước khi khám phá ra electron. Quan niệm về sự cấu tạo nguyên tử tính của điện (electron) đã được Farađây, Vêbe, Maxwell phát biểu lên nhưng Maxwell coi quan niệm đó chỉ là nhất thời, sau này nó sẽ phải được thay thế. Hemhônxơ cho rằng điện dương cũng như điện âm phải được phân thành những lượng xác định giữ vai trò của các nguyên tử điện. Năm 1898, Tômxơn đã phát minh ra electron, hạt “siêu nguyên tử”. Electron là thành phần cấu tạo nên nguyên tử. Tômxơn cũng đề nghị mẫu đầu tiên của nguyên tử bức xạ: nguyên tử là một quả cầu tích điện dương trong đó các electron đang bơi. Năm 1909, nhà vật lý học người Mỹ Miliken (1868- 1953), đã làm thí nghiệm và chứng minh được rằng độ lớn của các điện tích có thể biến thiên theo những bội số nguyên lần của điện tích electron. Sau này, điện tích của một vật được xác định theo số nguyên lần điện tích nguyên tố. Năm 1906, Rơdơfo phát minh ra sự tán xạ của các hạt α khi chúng đi qua vật chất. Năm 1911,để giải thích hiện tượng tán xạ trên, ông nêu giả thuyết rằng nguyên tử có một hạt nhân tích điện dương có điện trường rất mạnh. Sự phóng xạ chứng tỏ kiến trúc cực kì phức tạp của hạt nhân. Cuối cùng, Rơdơfo công nhận mẫu hành tinh nguyên tử của Ninxơ Bo và đã xây dựng lý thuyết hành tinh của nguyên tử. Mẫu Bo đã mang lại những thắng lợi cho thuyết lượng tử và vật lý hiện đại. Năm 1932, I-va-nen-cô đã đưa ra giả thuyết về cấu tạo hạt nhân nguyên tử: hạt nhân nguyên tử gồm có prôtôn và nơtrôn, trong đó prôtôn mang điện tích nguyên tố dương, nơtrôn không mang điện, có khối lượng xấp xỉ bằng khối lượng của prôtôn, số prôtôn trong hạt nhân bằng số thứ tự nguyên tố trong bảng tuần hoàn Menđêlêép, còn số nơtrôn bằng hiệu của số khối và số thứ tự của nguyên tố. Vật lý học hiện đại đã tìm được cấu trúc cơ bản của nguyên tử và ngày càng đi sâu hơn vào thế giới nguyên tử và thế giới các hạt cơ bản: electron, prôtôn, nơtrôn… 2.2. Phân tích một số nội dung kiến thức khoa học và kiến thức cần dạy thuộc phần “Điện tích – Điện trường ” 2.2.1. Phân tích nội dung kiến thức khoa học Các kiến thức phần “Điện tích – Điện trường” thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm những nội dung cơ bản về: - Điện tích. Sự tương tác giữa các điện tích. Định luật Culông. Thuyết electron, định luật bảo toàn điện tích. - Điện trường: cường độ điện trường, điện thế, hiệu điện thế. Sự tương tác giữa các điện tích 1. Hai loại điện tích - Có hai loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm. Các điện tích cùng dấu đẩy nhau, các điện tích trái dấu hút nhau. Đơn vị của điện tích là Culông (C) 2. Định luật Cu-lông a. Điện tích điểm: Là những vật mang điện tích có kích thước rât nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. b. Định luật Culông: Lực tương tác giữa hai điện điện tích điểm, đứng yên tương đối với nhau, tỉ lệ nghịch với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Lực tương tác có phương nằm trên đường thẳng vạch qua hai điện tích, là lực đẩy nếu hai điện tích cùng loại, là lực hút nếu hai điện tích khác loại: trong đó k là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào hệ đơn vị, trong hệ SI, k = 9.109Nm2/C2, , εo được gọi là hằng số điện, εo= 8.86.10-12C2/(N.m2), thừa số 1/4πεo biểu thị tính đối xứng cầu của tương tác Culông. Trong môi trường điện môi: , với >1, gọi là hằng số điện môi, đặc trưng cho tính chất điện của môi trường. Đối với chân không hay không khí ε = 1. 3. Định luật bảo toàn điện tích “Đối với một hệ cô lập, tổng đại số điện tích của hệ giữ luôn luôn không thay đổi: const” 4. Thuyết electron a. Điện tích nguyên tố - Điện tích được cấu tạo gián đoạn, được tạo nên từ các hạt điện tích bé nhất, gọi là điện tích nguyên tố, kí hiệu là e, có độ lớn e = 1,6.10-19C. - Electron là hạt sơ cấp mang điện tích nguyên tố âm, có khối lượng là: me= 9,1.10-31kg và điện tích là: qe = -e = - 1,6.10-19C b. Thuyết electron Mỗi nguyên tử của mọi nguyên tố đều được cấu nên từ một hạt nhân mang điện dương và những electron chuyển động xung quanh hạt nhân. Bình thường nguyên tử trung hoà về điện và lúc đó điện tích dương của hạt nhân có độ lớn bằng giá trị tuyệt đối của tổng các điện tích âm của các electron trong nguyên tử. Nguyên tử mất bớt electron, nó sẽ mang điện dương và trở thành ion dương. Nguyên tử nhận thêm electron, nó tích điện âm và trở thành ion âm. Quá trình nhiễm điện của các vật thể chính là quá trình các vật thể ấy nhận thêm hay mất đi một số electron hay ion. c. Điện tích bị lượng tử hóa Điện tích q của một hạt mang điện bất kì bao giờ cũng là một số nguyên lần điện tích nguyên tố e : q = ne, n Є Z. Điện trường 1. Khái niệm điện trường Điện trường là một dạng vật chất tồn tại xung quanh điện tích. Thuộc tính cơ bản của điện trường là tác dụng một lực điện lên bất kì hạt tích điện nào đặt trong điện trường. 2. Véctơ cường độ điện trường a. Định nghĩa: Véctơ cường độ điện trường tại một điểm là một đại lượng véctơ có trị số bằng lực tác dụng của điện trường lên một đơn vị điện tích dương đặt tại điểm đó: = Đơn vị cường độ điện trường (V/m): Vôn trên mét là cường độ điện trường mà hiệu điện thế dọc theo mỗi mét đường sức là 1 Vôn. b. Lực tác dụng lên điện tích điểm đặt trong điện trường c. Véctơ cường độ điện trường của một điện tích điểm hướng ra xa q nếu q >0, hướng vào q nếu q < 0 d. Véc tơ cường độ điện trường do một hệ điện tích điểm gây ra Nguyên lý chồng chất điện trường: “Véctơ cường độ điện trường tạo ra bởi một hệ điện tích điểm bằng tổng các véctơ cường độ điện trường tạo ra bởi từng điện tích điểm của hệ.” với là véctơ cường độ điện trường do điện tích điểm qi của hệ tạo ra tại điểm xét. 3. Đường sức - Định nghĩa: Đường sức điện trường là những đường vẽ trong điện trường, mà tiếp tuyến với nó ở mỗi điểm trùng với phương của véctơ cường độ điện trường tại điểm đó. Trên đường sức có ghi chiều dương trùng với chiều của véctơ cường độ điện trường tại mỗi điểm. - Tính chất: + Tại mỗi điểm trong điện trường có thể vẽ được một đường sức đi qua. + Các đường sức không bao giờ cắt nhau + Các đường sức là những đường cong không kín. Các đường sức xuất phát ở các điện tích dương và tận cùng ở các điện tích âm. + Quy ước: Nơi nào cường độ điện trường lớn thì đường sức mau; nơi nào cường độ điện trường nhỏ thì đường sức thưa; cường độ điện trường không đổi cả về hướng và độ lớn với điện trường đều, các đường sức song song cách đều nhau. 4. Điện thế. Hiệu điện thế a. Công của lực điện trường. Thế năng của điện tích - Công của lực điện trường Công của lực điện trường tĩnh làm di chuyển q theo đường cong L từ điểm A đến điểm B: trong đó, dl là nguyên tố độ dài trên đường đi L; tích phân lấy theo đường đi từ điểm A đến điểm B. * Trường hợp điện trường do một điện tích đứng yên tại điểm O tạo ra: (rA = OA; rB= OB) * Trường hợp điện trường được tạo ra bởi hệ gồm nhiều điện tích điểm Q1, Q2,…,Qn, công của lực điện trường khi dịch chuyển điện tích q dọc theo L từ A đến B là: trong đó, Ai là công của lực điện trường tạo bởi điện tích Qi: Như vậy : công của lực điện trường tĩnh khi dịch chuyển điện tích q theo một đường cong bất kì không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu, điểm cuối của đường đi. Tính chất thế của trường tĩnh điện Tích phân được gọi là lưu số của véctơ dọc theo đường cong L từ điểm A đến điểm B. Nếu đường dịch chuyển L của điện tích q là đường khép kín (riA= riB) hay Vậy trường tĩnh điện là một trường thế - Thế năng của điện tích trong điện trường Trường tĩnh điện là một trường thế nên công mà lực điện trường thực hiện khi một điện tích q dịch chuyển từ điểm A đến điểm B trong điện trường: AAB= WA- WB trong đó WA, WB là thế năng của điện tích q tại vị trí A và B. * Thế năng của một điện tích điểm q đặt trong điện trường của điện tích điểm Q cách Q một khoảng r: W còn được gọi là thế năng tương tác của hệ điện tích q và Q. * Thế năng của điện tích điểm q trong điện trường của hệ điện tích điểm Q1,Q2,..,Qn Thế năng của điện tích điểm q trong điện trường được xác định sai khác một hằng số cộng. Quy ước đặt thế năng của điện tích điểm q khi nó cách xa Q (hay Qi) vô cùng, bằng không; khi đó C = 0. Vậy: hoặc * Thế năng của điện tích điểm q bất kì tại điểm A trong điện trường: Như vậy, thế năng của điện tích q tại một điểm trong điện trường có độ lớn bằng công của lực tĩnh điện trong sự dịch chuyển điện tích đó từ điểm xét ra xa vô cùng. b. Điện thế. Hiệu điện thế - Điện thế: Thương số không phụ thuộc vào độ lớn của q mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của q trong điện trường, đặc trưng về khả năng dự trữ năng lượng cho điện trường tại điểm đang xét, và ta gọi thương số V = là điện thế của điện trường tại điểm đang xét đó. * Điện thế của điện trường gây bởi một điện tích Q tại một điểm cách Q một khoảng r: * Điện thế của điện trương gây ra bởi một hệ điện tích Q1, Q2,…, Qi,….,Qn tại một điểm nào đó trong điện trường: * Điện thế tại một điểm A trong điện trường bất kì: Điện thế tại một điểm trong điện trường là một đại lượngcó trị số bằng công của lực tĩnh điện trong sự dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đó ra xa vô cùng. - Hiệu điện thế Thương số không phụ thuộc vào độ lớn của điện tích q mà chỉ phụ thuộc vào hệ điện tích gây ra điện trường, được gọi là hiệu điện thế giữa hai điểm A và B trong điện trường, kí hiệu UAB: UAB= VA- VB = * Ý nghĩa: AAB= q(VA- VB) = qUAB Nếu lấy q = +1 đơn vị điện tích, thì UAB= VA- VB= AAB Vậy: “Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B trong điện trường là một đại lượng có trị số bằng công của lực tĩnh điện trong sự dịch chuyển của một đơn vị điện tích dương từ điểm A tới điểm B.” UAB = VA- VB = * Quy ước, chọn V∞= 0. Trong thực tế, người ta thường quy ước chọn điện thế của mặt đất bằng không. Định nghĩa Vôn: Hiệu điện thế giữa hai điểm bằng 1V khi công dịch chuyển một điện tích 1C giữa hai điểm đó bằng 1J. c. Mặt đẳng thế - Định nghĩa: Mặt đẳng thế là quỹ tĩnh của những điểm có cùng điện thế. V(x,y,z) = C - Tính chất: + Công của lực điện trường khi dịch chuyển một điện tích trên một mặt đẳng thế bằng không + Tại mỗi điểm, véctơ cường độ điện trường vuông góc với mặt đẳng thế đi qua điện tích đó. qo α N V2 V1 1 2 M Es s 5. Hệ thức giữa cường độ điện trường và điện thế Điện tích dương qo chuyển động dọc theo trục s bất kì một khoảng từ mặt đẳng thế 1 sang mặt đẳng thế 2. Es = Ta thấy, nếu dV 0, nghĩa là: véctơ hướng về phía điện thế giảm. Nếu chọn hướng s trùng với hướng của véctơ của mặt đẳng thế ta có: E = Nếu biểu diễn s trong không gian theo các trục toạ độ x,y,z thì ta có: 2.2.2. Phân tích một số nội dung kiến thức cần dạy phần “Điện tích – Điện trường” ở phổ thông a. Bậc THCS Những nội dung kiến thức phần này học sinh đã được tiếp cận sơ bộ ở lớp 7 THCS, tuy ở trình độ đơn giản nhưng các nội dung này cũng được đề cập được những vấn đề căn bản như: - Hai loại điện tích và tương tác giữa chúng. - Sự nhiễm điện của các vật do cọ xát - Sơ bộ đề cập định luật bảo toàn điện tích: xét hai vật bất kì nhiễm điện do cọ xát thì vật này cho bao nhiêu electron thì vật kia nhận bấy nhiêu electron. - Thuyết electron: học sinh được chuẩn bị những kiến thức sơ lược nhưng khá căn bản về cấu tạo nguyên tử: Mọi vật đều được cấu tạo từ các nguyên tử. Mỗi nguyên tử là một hạt rất nhỏ, nhưng hạt đó lại gồm những hạt nhỏ hơn. Ở tâm mỗi nguyên tử có một hạt nhân mang điện tích dương. Ở xung quanh hạt nhân có các electron mang điện tích âm chuyển động tạo thành lớp vỏ của nguyên tử. Tổng điện tích âm của các electron có trị số tuyệt đối bằng điện tích dương của hạt nhân. Do đó bình thường nguyên tử trung hoà về điện. Electron có thể dịch chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác, từ vật này sang vật khác. Từ những kiến thức cơ sở trên học sinh có thể vận dụng giải thích được nguyên nhân mà vật nhiễm điện âm, dương và trường hợp vật bị nhiễm điện do cọ xát: vật nhiễm điện âm nếu nhận thêm electron, vật nhiễm điện dương nếu mất bớt electron; khi cọ xát thuỷ tinh vào miếng lụa thì một số electron từ thuỷ tinh chuyển sang lụa, kết quả là thanh thuỷ tinh nhiễm điện dương còn miếng lụa tích điện âm, khi cọ xát thanh nhựa vào len dạ thì một số electron từ len dạ đã chuyển sang thanh nhựa, kết quả là thanh nhựa tích điện âm còn len dạ tích điện dương. - Ở THCS, SGK cũng lần đầu tiên nhắc đến khái niệm hiện điện thế, vật dẫn điện, vật cách điện. Nhưng do trình độ nhận thức của các em, những khái niệm này không được giải thích hoặc giải thích chưa đầy đủ. b. Bậc THPT Trong SGK Vật Lý 11 nâng cao, những nội dung kiến thức về “Điện tích – Điện trường” là chương học đầu tiên của chương trình. Chương này gồm 9 bài học, tổng thời gian theo phân phối chương trình là 12 tiết học (8 tiết lý thuyết, 4 tiết bài tập, 0 tiết thực hành). Các bài cụ thể như sau: Bài 1: Điện tích. Định luật Culông. Bài 2: Thuyết electron. Định luật bảo toàn điện tích. Bài 3: Điện trường. Bài 4: Công của lực điện. Hiệu điện thế. (2 tiết) Bài 5: Bài tập về lực Culông và điện trường. Bài 6: Vật dẫn và điện môi trong điện trường. Bài 7: Tụ điện Bài 8: Năng lượng điện trường. Bài 9: Bài tập về tụ điện Các kiến thức về “tĩnh điện học” được trình bày kế thừa, bổ sung và đi sâu vào bản chất hơn so với những kiến thức học sinh đã học ở THCS. Sau đây là những phân tích của chúng tôi về sự phát triển của kiến thức và các mức độ yêu cầu của kiến thức mà HS cần lĩnh hội trong phạm vi nghiên cứu của đề tài. Sự tương tác giữa các điện tích Phần kiến thức này được đề cập đến trong SGK Vật lí 11 THPT nói chung và SGK Vật lí 11 Nâng cao nói riêng đã được phát triển hoàn thiện về bản chất. Ngoài việc ôn lại một số khái niệm đã học ở lớp dưới, SGK còn bổ sung thêm một số khái niệm mới: hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc, hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng, điện tích điểm, lực tương tác giữa hai điện tích điểm cùng dấu, lực tương tác giữa hai điện tich điểm trái dấu…Tương tác giữa các điện tích được cụ thể hoá về mặt định lượng bằng định luật Culông. Định luật bảo toàn điện tích cũng được trình bày rõ nét. Thuyết electron được thể hiện đầy đủ hơn, bổ sung chi tiết sự hình thành các iôn dương và âm (sự iôn hoá nguyên tử), nói rõ được tính chất lượng tử hoá điện tích của vật mang điện. Kiến thức cần dạy và kiến thức khoa học có sự thống nhất. Điện trường Đây là khái niệm mới mẻ và trừu tượng đối với học sinh. Trường là một thuộc tính của vật chất, có ý nghĩa quan trọng trong vật lí và thực tiễn. Sự phát triển và hoàn thiện kiến thức khoa học về điện trường trải qua một thời gian khá dài trong lịch sử vật lý, kiến thức khoa học ngày càng ở trình độ cao hơn và với kiến thức toán học phức tạp hơn. Cũng chính vì thế mà ở bậc học THPT, có những phần kiến thức trong dạy học Vật lí chỉ được đề cập đến ở một mức độ nhất định, phù hợp với trình độ nhận thức và kiến thức toán học của học sinh. Những phần kiến thức trong SGK được trình bày đầy đủ, trọn vẹn nội dung khoa học bao gồm: khái niệm điện trường, véctơ cường độ điện trường, nguyên lý chồng chất điện trường, đường sức điện trường. Những phần kiến thức không được trình bày hoặc đề cập rất đơn giản là: điện thông, véctơ cảm ứng điện, thông lượng cảm ứng điện, định lý Gauss, thế năng của điện tích, thế năng của hệ điện tích, lưỡng cực điện, mặt đẳng thế, vật dẫn cô lập… do những kiến thức này tương đối khó và đòi hỏi trình độ toán học cao. Song, SGK cũng lựa chọn những trường hợp đơn giản nhất sao cho người học cũng nhận rõ được một số hiện tượng và phù hợp với khả năng tiếp thu của học sinh: công của lực điện, thế năng của điện tích, điện thế, hiệu điện thế, liên hệ giữa điện thế (hiệu điện thế) và cường độ điện trường, điện môi trong điện trường, năng lượng điện trường. Cụ thể: - Công của lực điện: SGK trình bày phần kiến thức này cho điện trường đều, sau đó khái quát trường hợp điện trường không đều cũng cho kết quả tương tự. Công của lực điện được viết rõ ràng theo độ dài đại số: A= qE.. Khái niệm độ dài đại số cho biết công của lực điện có thể âm hoặc dương phụ thuộc vào dấu của điện tích và hình chiếu của vị trí đầu, vị trí cuối của đường đi lên trục toạ độ (độ dài đại số). - Thế năng của điện tích trong điện trường Thế năng là năng lượng của vật (hệ vật) có được do tương tác. Lực tương tác chính là lực điện trường. Điện tích đặt tại một điểm trong điện trường cũng có một thế năng tương ứng xác định. Khái niệm thế năng cũng phản ánh một thuộc tính quan trọng của vật chất, đó là trường. Để có thể hiểu đầy đủ về khái niệm thế năng, cần có những kiến thức toán học rất phức tạp mà trong phạm vi của chương trình phổ thông không thể đưa vào một cách toàn diện. Thay vì việc đưa vào một lượng kiến thức tương đối khó và phức tạp, SGK 11 Nâng cao tiếp cận khái niệm thế năng theo một cách mới: Tương tự trường hấp dẫn, điện trường tĩnh là một trường thế nên công mà lực điện trường thực hiện khi một điện tích q dịch chuyển từ điểm A đến điểm B chính bằng hiệu các thế năng của các điện tích tại vị trí A và B. AAB= WA- WB Trong đó WA, WB là thế năng điện của điện tích q tại vị trí A và B. Khái niệm thế năng được đưa vào một cách tự nhiên mà không cần phải đi sâu vào các phép tính toán phức tạp. Cách tiếp cận này này rất thuận lợi cho việc hình thành những khái niệm tiếp theo, đó là điện thế, hiện điện thế. Hiệu điện thế. Điện thế Xét theo lịch sử phát triển của tĩnh điện học, khái niệm hiệu điện thế được hình thành trước. Trên cơ sở có đầy đủ khái niệm về điện trường với các công cụ toán học, khái niệm điện thế mới được xây dựng. Điện thế, hiệu điện thế là hai khái niệm quan trọng, có ý nghĩa trong thực tiễn. Việc hiểu đúng ý nghĩa của chúng và vận dụng đúng trong cuộc sống hàng ngày là rất quan trọng. Điện thế đặc trưng cho điện trường về khả năng dự trữ năng lượng tại mỗi điểm, hiệu điện thế đặc trưng cho điện trường về khả năng thực