Luận văn Xây dựng tiến trình dạy học các thuyết về ánh sáng (vật lí 12 nâng cao) theo hướng phát triển năng lực tư duy cho học sinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM -------------- @  --------------- DƢƠNG THỊ HOA XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG (VẬT LÍ 12 NÂNG CAO) THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƢ DUY CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN – 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM -------------- @  --------------- DƢƠNG THỊ HOA XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG (VẬT LÍ 12 NÂNG CAO) THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƢ DUY CHO HỌC SINH CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÝ MÃ SỐ : 60.14.10 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TÔ VĂN BÌNH THÁI NGUYÊN – 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thày, cô giáo trong khoa Sau đại học, khoa vật lý trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo những điều kiện tốt nhất giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại khoa. Tôi xin chân thành cảm ơn Thày giáo hướng dẫn PGS.TS Tô Văn Bình - Đại học sư phạm Thái nguyên đã tận tình chỉ dẫn và đóng góp những ý kiến quý báu giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Sở GD&ĐT Thái nguyên và Sở GD&ĐT Yên Bái, Ban giám hiệu, các thày cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp ở các trường dạy thực nghiệm sư phạm đã tạo điều kiện và nhiệt tình đóng góp ý kiến giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm và hoàn thành khoá học. Thái nguyên, tháng 08 năm 2010 Dƣơng Thị Hoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chƣa có ai công bố trong một công trình nào khác. Thái nguyên, tháng 08 năm 2010 Tác giả Dƣơng Thị Hoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN BCH Ban chấp hành CNTT Công nghệ thông tin DH Dạy học ĐC Đối chứng ĐHSP Đại học Sƣ phạm GV Giáo viên HS Học sinh PPDH Phƣơng pháp dạy học SGK Sách giáo khoa THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông. TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sƣ phạm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Đặc điểm chất lƣợng bộ môn của các lớp TN và ĐC trƣớc TNSP ...... 91 Bảng 3.2: Kết quả kiểm tra lần 1 ........................................................................... 95 Bảng 3.3: Xếp loại kiểm tra lần 1 .......................................................................... 95 Bảng 3.4: Phân phối tần suất kiểm tra lần 1 ........................................................... 96 Bảng 3.5: Kết quả kiểm tra lần 2 ........................................................................... 97 Bảng 3.6: Xếp loại kiểm tra lần 2 .......................................................................... 98 Bảng 3.7: Phân phối tần suất kiểm tra lần 2 ........................................................... 99 Bảng 3.8: Tổng hợp các tham số thống kê qua hai bài kiểm tra TNSP ................. 100 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ VÀ BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1: Biểu đồ xếp loại kiểm tra lần 1 .......................................................... 96 Đồ thị 3.1: Đồ thị đƣờng phân phối tần xuất lần 1 .................................................. 97 Biểu đồ 3.2: Biểu đồ xếp loại kiểm tra lần 2 .......................................................... 98 Đồ thị 3.2: Đồ thị đƣờng phân phối tần suất lần 2 .................................................. 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 I. Lí do chọn đề tài................................................................................................... 1 II. Mục đích nghiên cứu........................................................................................... 3 III. Giả thuyết khoa học ........................................................................................... 3 IV. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 3 V. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3 VI. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 3 VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ......................................................... 3 VIII. Cấu trúc của đề tài .......................................................................................... 4 Chƣơng I: Cơ sở lý luận chung. ........................................................................... 5 1.1 Lí luận tổ chức hoạt động dạy học .................................................................... 5 1.1.1 Quá trình nhận thức và sự lĩnh hội kiến thức .................................................. 5 1.1.2 Bản chất của hoạt động học vật lí .................................................................. 6 1.1.3 Bản chất của hoạt động dạy vật lí .................................................................. 8 1.1.4 Chức năng của dạy trong hệ tƣơng tác dạy học ............................................. 9 1.1.5 Nhiệm vụ của dạy học vật lí ở trƣờng trung học phổ thông…... ……………10 1.2 Cơ sở lí luận của việc phát triển tƣ duy học sinh .............................................. 11 1.2.1 Khái niệm tƣ duy .......................................................................................... 13 1.2.2 Những đặc điểm của tƣ duy ......................................................................... 13 1.2.3 Các giai đoạn của một quá trình tƣ duy ...................................................... 15 1.2.4 Các loại tƣ duy.............................................................................................. 17 1.2.5 Các biện pháp phát triển tƣ duy của học sinh ................................................ 23 Kết luận chƣơng I ............................................................................................... 27 Chƣơng II: Xây dựng tiến trình dạy học các thuyết về ánh sáng ( vật lí 12 nâng cao) theo hƣớng phát triển năng lực tƣ duy cho học sinh ........ 28 2.1 Một số vấn đề về thuyết vật lí ......................................................................... 28 2.1.1 Khái niệm thuyết vật lí .................................................................................. 28 2.1.2 Cấu trúc của thuyết vật lí .............................................................................. 28 2.1.3 Vai trò của thuyết vật lí ................................................................................. 31 2.1.4 Đặc điểm của thuyết vật lí............................................................................. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 2.1.5 Chức năng của thuyết vật lí .................................................................................... 32 2.2 Phƣơng pháp dạy học các thuyết vật lí góp phần phát triển tƣ duy cho học sinh ...... 33 2.2.1 Con đƣờng hình thành các thuyết vật lí ............................................................. 33 2.2.2 Phƣơng pháp hình thành các thuyết về ánh sáng trong dạy học ..................... 41 2.3 Phân tích đặc điểm, thực trạng dạy học các thuyết trong chƣơng sóng ánh sáng và lƣợng tử ánh sáng (vật lí 12 nâng cao) ..................................................... 46 2.3.1 Đặc điểm của chƣơng sóng ánh sáng ............................................................ 46 2.3.2 Đặc điểm của chƣơng lƣợng tử ánh sáng ...................................................... 52 2.3.3 Thực trạng dạy học các thuyết trong chƣơng sóng ánh sáng và lƣợng tử ánh sáng (vật lí 12 nâng cao) ....................................................................................... 56 2.4 Thiết kế phƣơng án dạy học một số bài cụ thể ................................................ 59 2.4.1 Phƣơng án dạy học kiến thức bài 41 ............................................................ 60 2.4.2 Phƣơng án dạy học kiến thức bài 44 ............................................................. 75 Kết luận chƣơng II .............................................................................................. 89 Chƣơng III: Thực nghiệm sƣ phạm.................................................................... 90 3.1 Mục đích, nhiệm vụ, đối tƣợng và pp của thực nghiệm sƣ phạm ..................... 90 3.1.1 Mục đích của thực nghiệm sƣ phạm ............................................................. 90 3.1.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm ............................................................ 90 3.1.3 Đối tƣợng và cơ sở TNSP ............................................................................ 90 3.1.4 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm .............................................................. 91 3.1.5 Ƣớc lƣợng các đại lƣợng đặc trƣng cho TNSP ............................................. 91 3.1.6 Cách đánh giá, xếp loại ................................................................................. 92 3.2 Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm ...................................................................... 93 3.3 Kết quả và xử lí kết quả TNSP ......................................................................... 94 3.3.1 Các kết quả về mặt định tính của việc phát triển tƣ duy của HS .................... 94 3.3.2 Kết quả định lƣợng ....................................................................................... 95 3.4 Đánh giá chung về thực nghiệm sƣ phạm....................................................... 101 Kết luận chƣơng III ........................................................................................... 102 Kết luận chung ................................................................................................... 103 Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 105 Phụ lục ............................................................................................................... 107 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 1 MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Chúng ta đang sống ở thế kỉ XXI, thế kỷ của tri thức khoa học và công nghệ cao. Điều đó đòi hỏi nền giáo dục nƣớc ta phải đổi mới mạnh mẽ, sâu sắc và toàn diện. Nghị quyết BCH Trung ƣơng Đảng khoá VIII đã chỉ rõ: “Mục tiêu của giáo dục đào tạo là đào tạo ra những con ngƣời có đủ phẩm chất, năng lực để xây dựng và bảo vệ tổ quốc, làm chủ tri thức khoa học công nghệ hiện đại, có năng lực phát huy giá trị văn hoá dân tộc, tiếp thu tinh hoa của nhân loại, có tƣ duy sáng tạo, kỹ năng thực hành giỏi”. Để thực hiện đƣợc mục tiêu giáo dục nói trên, vấn đề đặt ra đối với các trƣờng học là không ngừng đổi mới về nội dung, PPDH và tăng cƣờng trang thiết bị dạy học. Hội nghị BCHTƢ Đảng khoá XIII lần hai nhấn mạnh: "Đổi mới phƣơng pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tƣ duy sáng tạo của ngƣời học. Từng bƣớc áp dụng phƣơng pháp tiên tiến và phƣơng tiện hiện đại vào quá trình dạy học, bảo đảm điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh...Củng cố và phát triển giáo dục ở các vùng dân tộc thiểu số phấn đấu giảm sự chênh lệch về phát triển giáo dục giữa các vùng lãnh thổ". Trong những năm gần đây, việc đổi mới đồng bộ cả mục đích, nội dung, phƣơng pháp và phƣơng tiện dạy học để nâng cao chất lƣợng giáo dục, đào tạo đang diễn ra sôi động ở nƣớc ta. Việc rèn luyện năng lực tƣ duy cho học sinh có vai trò quan trọng nhất trong sự phát triển toàn diện học sinh. Việc nghiên cứu phƣơng pháp giảng dạy nhằm phát triển tƣ duy cho học sinh là một vấn đề đƣợc nhiều nhà khoa học giáo dục và tâm lý học nghiên cứu. Thực tiễn giảng dạy môn vật lý trong nhà trƣờng phổ thông hiện nay cho thấy: Việc phát triển tƣ duy cho học sinh vẫn chƣa đƣợc quan tâm một cách đúng mức. Một trong những nguyên nhân của tình trạng này là do nội dung sách giáo khoa còn mang nặng tính lý thuyết, phƣơng pháp dạy học của giáo viên còn nặng về truyền thụ kiến thức, chƣa chú ý nhiều đến phƣơng pháp nhận thức của học sinh. Học sinh thƣờng thụ động trƣớc những kiến thức mới, chƣa đƣợc rèn khả năng tự học. Vì vậy bên cạnh các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 2 giải pháp khác, cần phải đổi mới phƣơng pháp dạy học theo hƣớng tăng cƣờng phát triển tƣ duy cho học sinh. Thuyết vật lý là một hệ thống những tƣ tƣởng, quy tắc, quy luật dùng làm cơ sở cho một ngành hoặc nhiều ngành khoa học để giải thích các sự kiện, hiện tƣợng, để hiểu rõ bản chất sâu xa của các sự kiện, hiện tƣợng đó, tạo cho con ngƣời có khả năng tác động mạnh hơn, có hiệu quả hơn vào thực tế khách quan. Do vậy trong quá trình hình thành các thuyết trong trƣờng phổ thông cho học sinh, giáo viên không những giúp cho kiến thức của học sinh thêm phong phú, sâu sắc mà còn là cơ hội để giáo viên trang bị cho học sinh những phƣơng pháp nghiên cứu, phƣơng pháp tƣ duy. Việc áp dụng các phƣơng pháp dạy học nhằm phát triển tƣ duy HS trong dạy học vật lý, đã có một số tác giả thực hiện nhƣ: Phạm Thanh Bình –Phát triển tƣ duy HS bằng việc vận dụng phƣơng pháp tìm tòi từng phần trong giảng dạy một số bài chƣơng “Dao động điện, dòng điện xoay chiều” -Luận văn thạc sĩ ĐHSPHN, Ngô Văn Lý – “Phát triển tƣ duy HS THCS miền núi khi tiến hành thí nghiệm biểu diễn” - Luận văn thạc sĩ ĐHSP Thái Nguyên 1999, Nguyễn Thị Hải Yến – “Phát triển năng lực phát hiện và giải quyết có vấn đề cho HS khi dạy một số kiến thức chƣơng “Mắt và các dụng cụ quang học” Vật lý lớp 12 THPT - Luận văn thạc sĩ ĐHSP Thái Nguyên 2004, Tô Đức Thắng – “Tiến hành thí nghiệm biểu diễn nhằm phát triển tƣ duy HS THPT miền núi khi dạy một số bài chƣơng – Chất khí” - Luận văn thạc sĩ ĐHSP Thái Nguyên 2007, Lê Văn Huế - “Phát triển tƣ duy học sinh trung học phổ thông miền núi khi dạy các khái niệm vật lý của chƣơng – “Từ trƣờng và Cảm ứng điện từ”- Luận văn thạc sĩ ĐHSP Thái Nguyên 2008 …Các công trình này đã có những thành công nhất định trong việc phát triển tƣ duy HS. Song chƣa có công trình nào nghiên cứu để đƣa ra các biện pháp cụ thể nhằm phát triển tƣ duy HS THPT thông qua việc hình thành các thuyết vật lý. Chính vì những lý do trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng tiến trình dạy học các thuyết về ánh sáng (vật lí 12 nâng cao) theo hƣớng phát triển năng lực tƣ duy cho học sinh”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 3 II. Mục đích nghiên cứu Đƣa ra một số biện pháp nhằm phát triển tƣ duy học sinh THPT trong khi dạy học chƣơng: “Sóng ánh sáng” và “Lƣợng tử ánh sáng” vật lí lớp 12 nâng cao. III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh ở trƣờng THPT - Nội dung một số kiến thức thuộc chƣơng – Sóng ánh sáng và Lƣợng tử ánh sáng . IV. Giả thuyết khoa học Nếu giáo viên sử dụng hợp lí các biện pháp dạy học phù hợp với đặc điểm và quá trình tƣ duy trong dạy học các thuyết vật lí cho học sinh thì học sinh có năng lực tƣ duy tốt hơn. V. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận về dạy và học. - Nghiên cứu lí luận về phát triển tƣ duy cho học sinh trong quá trình dạy học. - Nghiên cứu đặc điểm và việc hình thành các thuyết vật lý. - Nghiên cứu các biện pháp phát triển tƣ duy cho học sinh khi dạy các thuyết vật lí. - Nghiên cứu chƣơng: Sóng ánh sáng và Lƣợng tử ánh sáng trong vật lí 12 nâng cao nhằm xác định nội dung của thuyết, ứng dụng của thuyết. Thiết lập sơ đồ logic. - Điều tra thực tế việc dạy và học các thuyết ở một số trƣờng THPT. - Soạn thảo nội dung và thiết kế tiến trình dạy học một số thuyết trong chƣơng: Sóng ánh sáng và Lƣợng tử ánh sáng nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển tƣ duy cho học sinh THPT. - Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm theo hƣớng đề tài đã nêu ra. VI. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận. - Điều tra thực tế và tổng kết kinh nghiệm. - Thực nghiệm sƣ phạm theo hƣớng đề tài đã đề ra. VII. Ý nghĩa khoa học và đóng góp của đề tài. - Góp phần làm rõ cơ sở lí luận về hoạt động dạy học và việc phát triển tƣ duy học sinh. Đề xuất đƣợc các biện pháp hình thành các thuyết vật lý nhằm phát triển tƣ duy học sinh THPT. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 4 - Kết quả đề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho giáo viên dạy môn vật lý ở trƣờng THPT. VIII. Cấu trúc của luận văn. Gồm: phần mở đầu, kết luận và ba chƣơng. Chương 1: Cơ sở lý luận chung. Chương 2: Xây dựng tiến trình dạy học các thuyết về ánh sáng (vật lí 12 nâng cao) theo hƣớng phát triển năng lực tƣ duy cho học sinh. Chương 3: Thực nghiệm sƣ phạm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 5 CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN CHUNG 1.1. Lí luận tổ chức hoạt động dạy học. 1.1.1. Quá trình nhận thức và sự lĩnh hội kiến thức. Khoa học vật lí nghiên cứu thế giới tự nhiên nhằm phát hiện ra những đặc tính và qui luật khách quan của các sự vật hiện tƣợng trong tự nhiên. Vấn đề then chốt đầu tiên phải đặt ra cho ngƣời nghiên cứu là: Làm thế nào để tìm ra chân lí, làm thế nào để biết rằng những điều mà nhà nghiên cứu tìm ra là đúng chân lí khách quan? V.I.Lenin đã khái quát hóa những thành tựu của rất nhiều nhà khoa học trên con đƣờng đi tìm chân lí, nhiều khi phải trải qua những cuộc đấu tranh gian khổ, quyết liệt và đã chỉ ra: "Từ trực quan sinh động đến tƣ duy trừu tƣợng, rồi từ tƣ duy trừu tƣợng trở về thực tiễn, đó là con đƣờng biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức hiện thực khách quan". Hình 1.1 Chu trình sáng tạo khoa học theo Razumôpxki Nếu kết quả thực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì mô hình giả thuyết đƣợc xác nhận là đúng đắn và trở thành chân lí. Nếu kết quả thực nghiệm không phù hợp với dự đoán lí thuyết thì phải xem lại lí thuyết, chỉnh lí lại hoặc thay đổi. Mô hình trừu tƣợng đƣợc xác nhận trở thành nguồn tri thức mới tiếp tục đƣợc dùng Mô hình giả định trừu tƣợng Các hệ quả lôgic Những sự kiện khởi đầu Thí nghệm kiểm tra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 6 để suy ra những hệ quả mới hoặc để giải thích những sự kiện thực nghiệm mới phát hiện. Quá trình nhận thức vật lí chi tiết đƣợc diễn ra qua sơ đồ: Thực tiễn  Vấn đề  Giả thuyết  Hệ quả  Định luật  Lí thuyết  Thực tiễn. Chu trình và sơ đồ trên mô tả toàn bộ quá trình nhận thức vật lí. Nhƣ vậy, con đƣờng đi tìm chân lí xuất phát từ thực tiễn và cuối cùng trở lại thực tiễn, lấy thực tiễn làm chân lí. Những tính chất và qui luật vận động của thế giới vật chất tồn tại khách quan, không phụ thuộc vào ý muốn của con ngƣời. Những kiến thức khoa học mà con ngƣời xây dựng nên để phản ánh, mô tả những tính chất, những qui luật đó của tự nhiên lại là những sáng tạo tự do của con ngƣời. Sự lĩnh hội kiến thức trong quá trình dạy học vật lí có thể xảy ra theo con đƣờng học sinh trực tiếp tiếp xúc với những đối tƣợng thực và theo con đƣờng nhờ sự giúp đỡ của giáo viên. Học sinh thu đƣợc những kiến thức từ nhận thức xã hội. Trong quá trình dạy học giáo viên sử dụng cả hai con đƣờng đó.[27] 1.1.2. Bản chất của hoạt động học vật lí. Hoạt động học là một hoạt động đặc thù của con ngƣời nhằm tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm mà loài ngƣời đã tích lũy đƣợc, đồng thời phát triển những phẩm chất năng lực của ngƣời học. Việc tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm nhằm sử dụng chúng trong hoạt động thực tiễn của mình. Cách tốt nhất để hiểu là làm và để nắm vững đƣợc những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm là ngƣời học tái tạo ra chúng. Nhƣ vậy, ngƣời học không phải là tiếp thu một cách thụ động dƣới dạng đã đúc kết một cách cô đọng, chuyển trực tiếp từ giáo viên, từ sách vở, tài liệu vào óc mà phải thông qua hoạt động tự lực của bản thân mà tái tạo lại chúng. Một bên là động cơ, mục đích, phƣơng tiện, điều kiện. Bên kia là hoạt động, hành động, thao tác. Động cơ học tập kích thích sự tự giác tích cực, thúc đẩy sự hình thành và duy trì phát triển hoạt động học, đƣa kết quả cuối cùng là thỏa mãn đƣợc lòng khao khát mong ƣớc của ngƣời học. Muốn thỏa mãn động cơ ấy phải thực hiện lần lƣợt những hành động để đạt đƣợc những mục đích cụ thể. Cuối cùng, mỗi hành động đƣợc thực hiện bằng nhiều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 7 thao tác sắp xếp theo một trình tự xác định, ứng với mỗi thao tác trong những điều kiện cụ thể là những phƣơng tiện, công cụ thích hợp. [22] Hình 1.2 Cấu trúc tâm lí của hoạt động Nhƣ vậy, quá trình học tập có nhiều tính chất giống nhƣ quá trình nhận thức khoa học và có thể coi là một hình thức đặc biệt của quá trình nhận thức, nó tuân theo các quy luật và cấu trúc của quá trình nhận thức sáng tạo khoa học. Giáo viên phải rèn luyện cho học sinh sử dụng rộng rãi các thao tác tƣ duy gồm cả tƣ duy lôgic và tƣ duy sáng tạo (dựa vào trực giác). Xuất phát từ luận điểm trên đây, chúng ta thấy việc dạy học không phải là việc chuyển đơn giản các kiến thức từ thầy sang trò, mà là sự tổ chức một cách có kế hoạch của thầy cho học sinh xâm nhập (về mặt ý thức) vào bản chất của các sự vật, các hiện tƣợng cần nghiên cứu. Bởi thế, một kiểu dạy học tốt hiện nay phải là một kiểu dạy học đảm bảo cho quá trình học tập của HS diễn ra phù hợp với quá trình nhận thức sáng tạo. [25] Hoạt động nhận thức của con ngƣời chỉ thực sự bắt đầu khi con ngƣời gặp phải mâu thuẫn: Một bên là trình độ hiểu biết đang có, một bên là nhiệm vụ mới phải giải quyết mà những kiến thức kĩ năng đã có không đủ để giải quyết vấn đề. Khi giải quyết đƣợc mâu thuẫn nhận thức thì cũng thu đƣợc kiến thức mới, phƣơng Động cơ Hoạt động Mục đích Hành động Phƣơng tiện, điều kiện Thao tác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 8 pháp mới, kĩ năng mới. Dạy học là hoạt động chuyên biệt trong đó ngƣời giáo viên giữ vai trò hƣớng dẫn tổ chức để học sinh hoạt động chiếm lĩnh những kinh nghiệm, tri thức, kĩ năng mà loài ngƣời đã tích lũy đƣợc. Nhƣ vậy, hoạt động học tập của HS thực chất là hoạt động giải quyết vấn đề nhận thức. Quá trình học tập sẽ là quá trình liên tiếp giải quyết các vấn đề. I. F. Kharlamôp đã trích nêu ý kiến của V. Ôcôn trong cuốn sách của mình : "Vấn đề nhận thức đặc trƣng ở chỗ nó đƣa HS ra ngoài giới hạn của những kiến thức vốn có của các em", và nhƣ V. Ôcôn đã nói, "Nó bao hàm một cái gì chƣa biết đòi hỏi phải có tìm tòi sáng tạo, có hoạt động tƣ duy và nhanh trí đáng kể". [9] 1.1.3. Bản chất của hoạt động dạy vật lí. Mục đích của hoạt động dạy là làm cho học sinh lĩnh hội đƣợc kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm xã hội, đồng thời hình thành sự phát triển phẩm chất và năng lực. Hoạt động dạy của giáo viên là tổ chức, hƣớng dẫn, tạo diều kiện cho học sinh thực hiện thành công các hành động nhận thức vật lí để cho học sinh tái tạo lại kiến thức, kinh nghiệm xã hội, biến chúng thành vốn liếng của mình đồng thời làm biến đổi bản thân học sinh, hình thành và phát triển những phẩm chất năng lực của họ. Để thực hiện tốt mục đích trên thì giáo viên cần phải nghiên cứu hoạt động học, căn cứ vào đặc điểm của hoạt động học của mỗi đối tƣợng cụ thể để định ra những hành động dạy thích hợp, trƣớc hết là những hành động để tạo ra những điều kiện thuận lợi giúp học sinh thực hiện tốt các hành động học tập. Hành động chủ yếu của giáo viên trong dạy học vật lí là: + Xây dựng tình huống có vấn đề: Tạo mâu thuẫn nhận thức, gợi động cơ, hứng thú đi tìm cái mới, kích thích học sinh hăng hái, tự giác hoạt động, tạo ra không khí lớp học thuận lợi ủng hộ những cuộc phát biểu trao đổi ý kiến thảo luận về những kết quả thực hiện hành động học tập của học sinh. + Lựa chọn một logic nội dung bài học thích hợp: Phân chia bài học thành những vấn đề nhỏ, phù hợp với trình độ xuất phát của học học sinh, xác định hệ thống những hành động học tập mà học sinh có thể thực hiện đƣợc với sự cố gắng vừa sức. Mà nội dung kiến thức vật lí ở trƣờng phổ thông không phải nguyên dạng kiến thức vật lí trong khoa học ở dạng đầy đủ nhất, hiện đại nhất mà đã đƣợc biến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 9 đổi đi, trình bày dƣới dạng đơn giản hơn, phù hợp với trình độ học sinh. Do đó, những hành động cần thiết để tái tạo lại những kiến thức đó cũng phải phù hợp với trình độ học sinh. + Rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hiện một số thao tác cơ bản, một số hành động nhận thức phổ biến: Xây dựng tình huống có vấn đề để tạo ra hứng thú ban đầu. + Cho học sinh làm quen với phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình. + Hướng dẫn, tạo điều kiện để học sinh phát biểu, trao đổi, tranh luận về các kết quả hành động của mình, động viên, khuyến khích kịp thời. + Lựa chọn và cung cấp cho học sinh những phương tiện, công cụ cần thiết để thực hiện các hành động.[23] 1.1.4. Chức năng của dạy trong hệ tƣơng tác dạy học. Muốn đạt đƣợc chất lƣợng hiệu quả cao trong sự vận hành của hệ tƣơng tác dạy học gồm ngƣời dạy, ngƣời học và tƣ liệu hoạt động dạy học thì giáo viên cần tổ chức, kiểm tra, định hƣớng hành động của học sinh theo một chiến lƣợc hợp lí sao cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức cho mình và năng lực trí tuệ và nhân cách toàn diện của học sinh từng bƣớc phát triển. Hình 1.3 Hệ tƣơng tác dạy học Giáo viên Học sinh Tƣ liệu Hoạt động dạy học Môi trƣờng Tổ chức Liên hệ ngƣợc Thích ứng Cung cấp tƣ liệu tạo tình huống Liên hệ ngƣợc Định hƣớng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 10 Hành động của giáo viên với tƣ liệu hoạt động dạy học là sự tổ chức tƣ liệu và qua đó cung cấp tƣ liệu và tạo tình huống cho hoạt động học của học sinh. Tác động trực tiếp của giáo viên tới học sinh là sự tự định hƣớng của giáo viên đối với hành động của học sinh với tƣ liệu, là sự định hƣớng của giáo viên với sự tƣơng tác trao đổi giữa học sinh với nhau và qua đó đồng thời định hƣớng cả sự cung cấp những thông tin liên hệ ngƣợc từ phía học sinh cho giáo viên. Đó là những thông tin cần thiết cho sự tổ chức và định hƣớng của giáo viên đối với hành động của học sinh. Hành động của học sinh với tƣ 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 và sự tƣơng tác đó của học sinh với tƣ liệu đem lại cho giáo viên những thông tin liên hệ ngƣợc cần thiết cho sự chỉ đạo của giáo viên với học sinh. Tƣơng tác trực tiếp giữa các học sinh với nhau và giữa học sinh với giáo viên là sự trao đổi, tranh luận giữa các cá nhân với nhau nhờ đó từng cá nhân học sinh tranh thủ sự hỗ trợ xã hội từ phía giáo viên và tập thể học sinh trong quá trình chiếm lĩnh, xây dựng tri thức. [20] 1.1.5. Nhiệm vụ của dạy học vật lí ở trƣờng trung học phổ thông Vật lý học nghiên cứu các hình thức vận động cơ bản nhất của vật chất nên là cơ sở cho tất cả các khoa học tự nhiên, đặc biệt là Hoá và Sinh. Vật lý học cũng là cơ sở lý thuyết của việc chế tạo tất cả các máy và thiết bị dùng trong đời sống và sản xuất. Nó chuẩn bị cho học sinh những kiến thức và kỹ năng cần thiết để sau này học tiếp các ngành khoa học và kỹ thuật của các trƣờng đại học hoặc trung học chuyên nghiệp. Dạy học vật lý có nhiệm vụ góp phần tích cực vào việc thực hiện mục tiêu của trƣờng THPT. Nhiệm vụ cụ thể của dạy học vật lí là: 1. Cung cấp cho học sinh những kiến vật lý phổ thông, cơ bản, hệ thống, hiện đại và có ý nghĩa thực tiễn: 2. Phát triển năng lực tƣ duy của học sinh 3. Góp phần xây dựng cho học sinh thế giới quan duy vật biện chứng, rèn luyện cho họ những phẩm chất cần thiết của ngƣời lao động mới, giáo dục tinh thần yêu nƣớc, tinh thần quốc tế vô sản. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 11 4. Góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp Nhƣ vậy phát triển năng lực tƣ duy của học sinh là một trong các nhiệm vụ của dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông. [22] 1.2. Cơ sở lý luận của việc phát triển tƣ duy học sinh. Tƣ duy có tầm quan trọng đặc biệt. Theo Pascal: "Tƣ duy tạo nên sự cao cả của con ngƣời" hay "Tƣ duy là hạt giống của hành động" (Emerson), "Tƣ duy là một tia sáng giữa đêm tối. Nhƣng chính tia sáng ấy là tất cả" (H.Poincare). "Dạy học không phải rót kiến thức vào một chiếc thùng rỗng mà thắp sáng lên những ngọn lửa" (Ngạn ngữ cổ Hi Lạp)... Lâu nay ngƣời ta quan tâm nhiều đến việc dạy tƣ duy cho học sinh, nhƣng ít lí giải tại sao phải dạy tƣ duy. Dạy ngƣời học tƣ duy là làm cho họ những kĩ năng tƣ duy hiệu quả hơn, có ý thức phê phán, logic, sáng tạo và sâu sắc hơn. Nói cách khác, dạy cho ngƣời học có kiến thức đủ để tƣ duy tốt. Tƣ duy tốt là khi ngƣời ta vận dụng các cứ liệu một cách khéo léo và công tâm. Các ý kiến đƣợc tổ chức nhất quán và logic. Phân biệt rõ ràng giữa những kết luận có giá trị và kết luận vô giá trị. Rút lại kết luận khi chƣa đủ cứ liệu xác đáng. Nắm đƣợc sự khác nhau giữa lý tính và cảm tính. Dự kiến các kết quả có thể và lựa chọn. Nắm đƣợc ý tƣởng mức độ thuyết phục. Coi trọng giá trị thông tin, biết tìm kiếm thông tin. Thấy đƣợc những tƣơng đồng và khả năng tiềm ẩn. Có khả năng tự học, có hứng thú tự học. Chúng ta phải rèn luyện học sinh thành những ngƣời biết tƣ duy tốt vì: - Học sinh phải đƣợc trang bị đủ kiến thức để giành các cơ hội trong học tập, để đƣợc thừa nhận và trọng đãi trong thế giới ngày nay. Nói đúng hơn, là ngƣời học sẽ có điều kiện tốt hơn để thành công. - Tƣ duy tốt sẽ là điều kiện tiên quyết giúp học sinh trở thành những công dân tốt. Khả năng tƣ duy có phê phán của công dân giúp tạo nên những quyết định thông minh đối với những vấn đề xã hội. - Nếu có khả năng tƣ duy tốt, ngƣời ta sẽ luôn điều chỉnh để có trạng thái tâm lí tốt. Trạng thái tâm lí tốt giúp ngƣời ta có thái độ tích cực đối với cuộc sống, sống nhiệt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 12 tình, thiện cảm với ngƣời khác. Khi có những bất đồng, ngƣời biết suy nghĩ sẽ cảm thấy đau khổ hơn, từ đó có tinh thần khắc phục những xung đột bằng mọi giá. - Chúng ta luôn mong muốn học sinh trở thành những ngƣời có đầu óc tƣ duy tốt vì lí do tồn tại. Cuộc sống của chúng ta luôn đối mặt với quá nhiều với những vấn đề phức tạp, thách thức khả năng của chúng ta. Trở ngại chủ yếu làm hạn chế sự tiến bộ lại chính là thái độ phi lý của con ngƣời. Con ngƣời đủ thông minh để tồn tại và cũng đủ thông minh để hủy diệt, vì vậy cần có bộ óc tỉnh táo hơn. Vì những lí do trên, chúng ta cần phải có trách nhiệm dạy các kĩ năng tƣ duy để nâng cao năng lực tƣ duy cho ngƣời học, cho dù năng lực này phục vụ cho cá nhân hay cộng đồng và thế giới rộng lớn hơn. Tƣ duy luôn là trung tâm của đặc tính con ngƣời, không phát triển tiềm năng này có nghĩa là tự tƣớc bỏ tính nhân văn. [4] 1.2.1. Khái niệm tƣ duy. Các nhà tâm lý học Mác - xít, trên cơ sở của chủ nghĩa duy vật biện chúng, đã khẳng định: Tƣ duy là sản phẩm cao cấp của một dạng vật chất hữu cơ có tổ chức cao, đó là bộ não của con ngƣời. Trong quá trình phản ánh hiện thực khách quan bằng những khái niệm, phán đoán... tƣ duy bao giờ cũng có mối liên hệ nhất định với một hình thức hoạt động của vật chất, với sự hoạt động của não ngƣời. Thông qua hoạt động thực tiễn, thế giới tự nhiên tác động vào các giác quan tạo ra cảm giác, tri giác và biểu tƣợng là cơ sở ban đầu của tƣ duy. Tƣ duy khái quát những thu nhận của cảm giác bằng những khái niệm và những phạm trù khoa học, mang lại cho chúng ta những quan điểm rộng hơn, sâu hơn những cảm giác trực tiếp. Nhờ trừu tƣợng hoá mà tƣ duy đã chỉ ra đƣợc những mối liên hệ, quan hệ của rất nhiều sự vật, hiện tƣợng, nêu ra đƣợc những khái niệm, những phạm trù, những quy luật phản ánh các mối liên hệ, quan hệ của rất nhiều sự vật, hiện tƣợng, nêu ra đƣợc những khái niệm, những phạm trù, những quy luật phản ánh các mối liên hệ, quan hệ nội tại của các sự vật, hiện tƣợng đó. Và chỉ có khái quát về lý luận mói cho phép tƣ duy của con ngƣời tìm ra bản chất của các sự vật, hiện tƣợng và các quy luật phát triển của chúng. Theo V.I. Lê nin, tƣ duy là sự phản ánh thế giới tự nhiên sâu sắc hơn, trung thành hơn, đầy đủ hơn, đi sâu một cách vô hạn, tiến gần đến chân lý khách quan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 13 hơn. "Tƣ duy của ngƣời ta - đi sâu một cách vô hạn, từ giả tƣởng tới bản chất, từ bản chất cấp một, nếu có thể nhƣ vậy, đến bản chất cấp hai... đến vô hạn" [15]. Từ đây, chúng ta có thể hiểu tƣ duy đƣợc phân chia thành các khâu, các hoạt động. Mà trong các khâu này, mỗi một hành động tƣ duy sẽ làm biến đổi mối quan hệ của chủ thể với khách thể, kích thích sự diễn biến của tình huống có vấn đề đều kích thích sự chuyển biến tiếp theo của quá trình tƣ duy. Tác giả cho rằng, tƣ duy khác hẳn với tri giác ở chỗ tƣ duy không chỉ thực hiện đƣợc những bƣớc nhƣ đã xảy ra ở tri giác, là tách các phần riêng lẻ của sự vật, mà còn cố gắng hiểu các phần đó có quan hệ với nhau nhƣ thế nào. Tƣ duy phản ánh bản chất của sự vật và đó là hình thức phản ánh hiện thực cao nhất. Với việc xem tƣ duy nhƣ là quá trình phân tích, tổng hợp... Nguyễn Đình Trãi cho rằng: Tƣ duy là quá trình phân tích, tổng hợp, khái quát những tài liệu đã thu đƣợc qua nhận thức cảm tính, nhận thức kinh nghiệm để rút ra cái chung, cái bản chất của sự vật. [21] Với tƣ cách là quá trình nhận thức, tập thể tác giả: Trần Minh Đức, Nguyễn Quang Uẩn, Ngô Công Hoàn, Hoàng Mộc Lan, coi "Tƣ duy là một quá trình nhận thức, phản ánh những thuộc tính của bản chất, những mối liên hệ và quan hệ có tính quy luật của sự vật hiện tƣợng mà trƣớc đó ta chƣa biết” .[7] Phân tích một số quan niệm về tƣ duy nhƣ trên để có thể hiểu sâu thêm định nghĩa của tƣ duy: Tƣ duy là một quá trình nhận thức khái quát và gián tiếp những sự vật hiện tƣợng thực trong những dấu hiệu, những thuộc tính bản chất của chúng, những mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa chúng, đồng thời cũng là sự vận dụng sáng tạo những kết luận khái quát đã thu đƣợc vào những dấu hiệu cụ thể, dự đoán đƣợc những thuộc tính, hiện tƣợng, quan hệ mới. 1.2.2. Những đặc điểm của tƣ duy. - Thứ nhất, tƣ duy là dạng hoạt động tri thức diễn ra trong ý thức con ngƣời, có nguồn gốc thực tiễn. Dạng hoạt động này có cơ cấu gồm các hành động và thao tác của trí óc. Những hành động và thao tác trí óc có nguồn gốc từ những hành động và thao tác thực tiễn trong lao động. Tƣ duy phản ánh hiện thực khách quan vào trong óc. Nhƣ vậy, tƣ duy có những quan hệ mật thiết với nhận thức cảm tính, sử dụng những tài liệu cảm tính, những kinh nghiệm thực tế, những cơ sở trực quan sinh động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 14 - Thứ hai, tƣ duy là một dạng nhận thức nảy sinh khi có những hệ thống tri thức làm tiền đề. Các tri thức tiền đề đều đƣợc đem lại bởi nhận thức, nhƣng để đƣợc đƣa vào quá trình tƣ duy nào đó, chúng phải có nội dung hoạt động và phù hợp với logic hoạt động của lao động. Tƣ duy sản sinh ra tri thức dựa trên hệ tri thức có trƣớc làm tiền đề và do vậy, nó là dạng nhận thức gián tiếp. Không có hệ tri thức làm tiền đề, chỉ có thể có nhận thức mà chƣa có tƣ duy. Đây là mối quan hệ chặt chẽ giữa kiến thức và tƣ duy trong dạy học. Tƣ duy phản ánh các bản chất chung cho nhiều sự vật hiện tƣợng, đồng thời đã trừu xuất khỏi những sự vật, hiện tƣợng đó. Tƣ duy có tính trừu tƣợng và khái quát. Nhờ tính chất trừu tƣợng và khái quát, tu duy có thể cho phép ta đi sâu vào bản chất và mở rộng phạm vi nhận thức ra cả những sự vật hiện tƣợng cụ thể mới mà trƣớc đây ta chƣa biết. - Thứ ba, tƣ duy đòi hỏi các công cụ nhƣ khái niệm, phán đoán, suy lý… và các phƣơng tiện nhất định. Tƣ duy còn đòi hỏi các phƣơng tiện để cố định lại (nói một cách tƣơng đối), khách quan hoá và truyền bá tri thức. Chính các tín hiệu, dấu hiệu và ngôn ngữ là những phƣơng tiện của tƣ duy con ngƣời, trong đó ngôn ngữ là phƣơng tiện phổ biến và hữu hiệu nhất. Ngôn ngữ tham gia vào các quá trình tƣ duy với tƣ cách là cái chứa đựng các nghĩa biểu đạt cho sự vật mà thoạt đầu, có hình thái vật chất bên ngoài với chức năng phát âm thông báo, về sau chức năng này giảm dần và chuyển thành lời nói bên trong, có chức năng chuyên chở các ý nghĩ. Nhƣ vậy tư duy liên hệ chặt chẽ với ngôn ngữ: Ngôn ngữ là phƣơng tiện, là hình thức biểu đạt của tƣ duy. - Thứ tƣ, tƣ duy xuất hiện khi mà trong cuộc sống, con ngƣời vấp phải những vấn đề nào đó. Tƣ duy không diễn ra nếu con ngƣời không vấp phải những vấn đề trong cuộc sống của họ và với tƣ cách là hoạt động tri thức, tƣ duy không thể không có đối tƣợng. Khi có một vấn đề thực tiễn hay nhận thức mà với những tri thức cũ hay cách làm cũ, con ngƣời không giải quyết đƣợc hoặc giải quyết không có hiệu quả thì quá trình tƣ duy diễn ra với tƣ cách là sự huy động khối tri thức mà họ đã lĩnh hội đƣợc để tìm ra các giải pháp mới. Quá trình tƣ duy chỉ diễn ra khi xuất hiện vấn đề, nhƣng đòi hỏi chủ thể phải ý thức rõ ràng đƣợc vấn đề và tiếp nhận nó nhƣ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 15 một mâu thuẫn cần phải hành động để giải quyết. Theo X L. Rubinstêin, tƣ duy thƣờng bắt đầu từ một vấn đề hay một câu hỏi, từ sự ngạc nhiên, sự thắc mắc hay từ một mâu thuẫn nào đó lôi cuốn cá nhân vào hoạt động tƣ duy. Những vấn đề đó đƣợc ông gọi là tình huống có vấn đề. Để một vấn đề trở thành tình huống có vấn đề của tƣ duy, đòi hỏi chủ thể phải có nhu cầu, mong muốn giải quyết vấn đề đó. Mặt khác, chủ thể cũng phải có tri thức cần thiết có liên quan thì việc giải quyết vấn đề mới có thể diễn ra, quá trình tƣ duy mới đƣợc diễn ra. Đây là cơ sở của dạy học nêu vấn đề đang đƣợc áp dụng rộng rãi trong giờ học. - Thứ năm, tƣ duy là một chức năng của não ngƣời và với tƣ cách này, nó là một quá trình tự nhiên, song mặt khác, tƣ duy cũng không tồn tại bên ngoài xã hội, bên ngoài khối kiến thức và các phƣơng thức hoạt động mà loài ngƣời đã sáng tạo ra và tích luỹ đƣợc. Mỗi con ngƣời cụ thể trở thành chủ thể tƣ duy không chỉ vì họ có bộ não, mà quan trọng hơn là vì, trong quan hệ xã hội - giao tiếp, họ nắm đƣợc ngôn ngữ và thông qua ngôn ngữ, họ lĩnh hội đƣợc các tri thức, các công cụ, các thao tác logic do loài ngƣời sáng tạo ra. Và do vậy, tƣ duy là một chức năng của bộ não ngƣời có tính xã hội - lịch sử, là một sản phẩm của lịch sử xã hội. [22] 1.2.3. Các giai đoạn của một quá trình tƣ duy Quá trình tƣ duy đƣợc phân chia thành các giai đoạn cụ thể, các giai đoạn này đƣợc diễn ra một cách hết sức nhanh, thậm chí nhƣ sự tự động hoá. Đặc biệt, trong các giai đoạn này, các thao tác tƣ duy đều đƣợc diễn ra một cách tự động. “Tƣ duy nhƣ một quá trình và tƣ duy nhƣ một hoạt động - đó là hai khía cạnh của cùng một hiện tƣợng. Hoạt động tƣ duy bao giờ cũng đồng thời là quá trình tƣ duy và quá trình tƣ duy về một khía cạnh nào đó chính là bản thân hoạt động ấy hay nhƣ một thành phần của nó”. [19] Với cách tiếp cận này, ta thấy, các quá trình tƣ duy của con ngƣời đƣợc diễn ra ở các giai đoạn: - Xác định đƣợc vấn đề và biểu đạt nó thành nhiệm vụ tƣ duy. - Huy động trí thức, vốn kinh nghiệm liên quan đến vấn đề, làm xuất hiện các mối liên tƣởng, gạt bỏ những cái không cần thiết, hình thành giả thuyết về cách giải quyết vấn đề đó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 16 - Kiểm tra giả thuyết về cách giải quyết vấn đề, nếu giả thuyết đúng thì tiến hành giải quyết vấn đề, nếu giả thuyết sai thì phủ định nó để hình thành giả thuyết mới. Tƣ duy là một chức năng của bộ não ngƣời có tính xã hội - lịch sử, là một sản phẩm của lịch sử xã hội. Tƣ duy là dạng hoạt động tri thức diễn ra trong ý thức con ngƣời,có nguồn gốc thực tiễn. Dạng hoạt động này có cơ cấu gồm các hành động và thao tác của trí óc có nguồn gốc từ những hành động và thao tác thực tiễn trong lao động. Các thao tác trí óc trong quá trình tƣ duy, ta gọi là các thao tác tƣ duy nhƣ phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tƣợng hoá và khái quát hoá... - Thao tác phân tích: Phân tích là quá trình con ngƣời dùng trí óc để tách các sự vật hiện tƣợng, trong quá trình hình thành mặt này hay mặt kia, thuộc tính này hay thuộc tính kia để nhận thức từng mặt hay từng thuộc tính của sự vật và hiện tƣợng. Đây là việc phân tích trong trí óc đối tƣợng nhận thức thành các bộ phận thành phần. - Thao tác tổng hợp: Tổng hợp là quá trình con ngƣời dùng trí óc để hợp nhất các thành phần của sự vật hiện tƣợng qua phân tích thành một chỉnh thể. Phân tích và tổng hợp là hai quá trình ngƣợc nhau nhƣng thống nhất với nhau, đan xen lẫn nhau, sự phân tích đƣợc tiến hành theo hƣớng của tổng hợp. Còn tổng hợp đƣợc thực hiện theo kết quả của phân tích. Phân tích và tổng hợp giúp ta hiểu sự vật và hiện tƣợng đầy đủ và sâu sắc hơn. Thao tác phân tích và tổng hợp là hai thao tác cơ bản của hoạt động trí tuệ và đƣợc chứa đựng trong mọi thao tác trí tuệ khác. - Thao tác so sánh: So sánh là dùng trí óc đặt các đối tƣợng cần so sánh nhƣ sự vật, hiện tƣợng, quá trình cạnh nhau để xác định cái giống nhau, cái khác nhau, cái tƣơng tự giữa chúng. So sánh có vai trò rất quan trọng trong quá trình nhận thức, so sánh là cơ sở của mọi hiểu biết và tƣ duy. Sự so sánh có thể xảy ra ở những mức độ khác nhau: Có thể là so sánh toàn phần hoặc so sánh trong một giới hạn nào đó. Vì vậy, khi so sánh ngƣời ta phải xác định tiêu chuẩn để so sánh. Đây là điều GV phải chú ý khi yêu cầu HS so sánh trong giờ học vật lý. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 17 - Thao tác trừu tƣợng hoá: Thao tác trừu tƣợng hoá là con ngƣời dùng trí óc để gạt bỏ những liên hệ, những yếu tố, những thuộc tính thứ yếu, thuộc tính không cần thiết, căn bản. Trừu tƣợng hoá là sự nhấn mạnh các đặc điểm bản chất theo một quan niệm nhất định. - Thao tác khái quát hoá: Khái quát hoá là sự tổng hợp các đặc điểm chung của một loại sự vật hiện tƣợng. Vì thuộc tính chung có thể là bản chất và cũng có thể là không bản chất. Nhƣng khái quát hoá bao giờ cũng là sự tổng kết các đặc điểm chung bản chất theo một quan điểm nhất định. Vì vậy giữa trừu tƣợng hoá và khái quát hoá có quan hệ chặt chẽ với nhau. Trừu tƣợng hoá tạo điều kiện cho khái quát hoá còn trong khái quát hoá các thuộc tính bản chất đƣợc nhấn mạnh thêm. Trong thực tế nhiều khi khó tách bạch hai thao tác này.[22] 1.2.4. Các loại tƣ duy. Có nhiều cách phân biệt tƣ duy, dựa theo những dấu hiệu khác nhau. Trong dạy học vật lí, ngƣời ta quan tâm đến những loại tƣ duy chủ yếu sau: 1.2.4.1. Tƣ duy kinh nghiệm Tƣ duy kinh nghiệm là một giai đoạn tất yếu của nhận thức lý tính, nó có vai trò quan trọng trong hoạt động nhận thức và thực tiễn của con ngƣời. Tƣ duy kinh nghiệm là một giai đoạn của nhận thức lý tính, mà trong đó ngƣời ta rút ra những tri thức về sự vật, hiện tƣợng khách quan, chủ yếu, thông qua con đƣờng khái quát, quy nạp những tài liệu kinh nghiệm. Tƣ duy kinh nghiệm đƣợc hình thành một cách trực tiếp trong quá trình hoạt động thực tiễn của chủ thể nhằm mục đích cải biến khách thể. Nó thƣờng phản ánh những thuộc tính, tính chất của các đối tƣợng có tác động trực tiếp tới chủ thể. Đối tƣợng phản ánh của nó là những thuộc tính, tính chất của khách thể hiện thực; ngƣợc lại, đối tƣợng của tƣ duy lý luận là những khách thể trừu tƣợng. Sự khác nhau về mặt đối tƣợng đƣợc xem là dấu hiệu căn bản để phân biệt hai giai đoạn kinh nghiệm và lý luận trong nhận thức. Tƣ duy kinh nghiệm hƣớng tới giải quyết những nhiệm vụ trƣớc mắt, cụ thể đang đặt ra; phát hiện và giải quyết vấn đề một cách trực tiếp. Tƣ duy kinh nghiệm còn đóng vai trò kết nối giữa lý luận và thực tiễn, thu hẹp khoảng cách giữa lý luận và thực tiễn. Ngoài chức năng tiếp nhận, cung cấp những dữ liệu của đối tƣợng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 18 nhận thức làm tiền đề cho tƣ duy lý luận khái quát hóa và hệ thống hóa, tƣ duy kinh nghiệm còn tham gia vào quá trình hiện thực hóa các kết quả nhận thức trong hoạt động thực tiễn cải tạo hiện thực của con ngƣời. Do yếu về tính duy lý, tƣ duy kinh nghiệm thƣờng mang tính định tính nhiều hơn định lƣợng, thiếu chính xác hơn tƣ duy lý luận. Đồng thời, do ít có khả năng phân tích, phê phán và tự phê phán, ngƣời tƣ duy kinh nghiệm thƣờng suy nghĩ đơn giản, máy móc, thụ động, ít sáng tạo. Vì vậy ngƣời ta còn coi tƣ duy kinh nghiệm là một tƣ duy dựa trên kinh nghiệm cảm tính và sử dụng phƣơng pháp "thử và sai". Chủ thể phát hiện một nhiệm vụ nào đó, thử mò mẫm thực hiện một số thao tác, hành động nào đó, ngẫu nhiên gặp một trƣờng hợp thành công, sau đó lặp lại đúng nhƣ thế mà không biết nguyên nhân vì sao. Chính vì vậy, trong dạy học giáo viên cần khai thác thác tối đa những kinh nghiệm học sinh thu đƣợc trong đời sống để nhận ra vấn đề cần giải quyết, đƣa ra các giả thuyết khoa học và tìm ra các giải pháp kiểm tra giả thuyết đó. Đồng thời giáo viên cần yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức đế giải thích các hiện tƣợng, giải các bài tập thực tế để gắn kết những lí thuyết trìu tƣợng với với những vấn đề cụ thể của cuộc sống.[22] 1.2.4.2. Tƣ duy lí luận. Tƣ duy lí luận là loại tƣ duy giải quyết nhiệm vụ đƣợc đề ra dựa trên sử dụng những khái niệm trừu tƣợng, những tri thức lí luận. Đặc trƣng của loại tƣ duy này là: - Không dừng lại ở kinh nghiệm rời rạc mà luôn hƣớng tới xây dựng quy tắc, quy luật chung ngày một sâu rộng hơn. - Tự định hƣớng hành động, suy nghĩ về cách thức hành động trƣớc khi hành động. - Luôn sử dụng những tri thức khái quát đã có để lí giải, dự đoán những sự vật hiện tƣợng cụ thể. - Luôn lật đi, lật lại vấn đề để đạt sự nhất quán về mặt lí luận, xác định đƣợc phạm vi ứng dụng của mỗi lí thuyết. Tƣ duy lí luận rất cần thiết cho hoạt động nhận thức và phải rèn luyện lâu dài mới có đƣợc. Nhờ có tƣ duy lí luận, con ngƣời mới có thể đi sâu vào bản chất của Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 19 sự vật hiện tƣợng, phát hiện đƣợc quy luật vận động của chúng và sử dụng những tri thức khái quát đó để cải tạo bản thân và làm biến đổi thế giới tự nhiên, phục vụ lợi ích của mình.[22] 1.2.4.3. Tƣ duy logic. Tƣ duy logic là tƣ duy tuân theo các quy tắc, quy luật của logic học một cách chặt chẽ, chính xác, không phạm phải sai lầm trong các lập luận, biết phát hiện ra các mâu thuẫn, nhờ đó mà nhận thức đƣợc đúng đắn chân lí khách quan. Logic học là một khoa học nghiên cứu những tƣ tƣởng của con ngƣời về mặt hình thức logic của chúng và xây dựng những quy tắc, quy luật mà việc tuân theo chúng là điều kiện cần để đạt tới chân lí trong quá trình suy luận. Con ngƣời bằng kinh nghiệm của mình đã suy nghĩ theo những quy luật nhất định rất lâu trƣớc khi các quy luật này đƣợc khoa học logic khám phá ra. Những quy luật của logic học mà mỗi ngƣời sử dụng trong quá trình hoạt động tƣ duy không phải là con ngƣời tự ý tái tạo ra mà là sự phản ánh những mối liên hệ và quan hệ khách quan của các sự vật hiện tƣợng quanh ta. Bởi thế, dù chƣa biết logic học nhƣng con ngƣời bằng kinh nghiệm sống của mình đã có thể trao đổi tƣ tƣởng với nhau, thông hiểu nhau và thống nhất đƣợc với nhau trong một số lập luận, phán đoán. Tuy nhiên, điều đó chỉ xảy ra trong một số trƣờng hợp đơn giản, còn khi gặp trƣờng hợp phức tạp thì khó có thể thông hiểu lẫn nhau hoặc khó phân biệt đúng hay sai, nếu nhƣ không nắm vững và vận dụng đúng đắn những quy tắc, quy luật logic học. Nhƣng đối với những ngƣời làm việc trong đời sống tri thức thì tƣ duy logic đòi hỏi phải có trình độ cao hơn. Những ngƣời làm khoa học bắt buộc phải có tƣ duy logic ở tầm không mắc lỗi logic và phân tích đƣợc về mặt logic học. Nếu mắc lỗi logic thì không làm đƣợc khoa học. Vấn đề và giả vấn đề mà lẫn lộn thì thật nguy hiểm. Không biết lúc đó ngƣời ta sẽ phán đoán và suy lý ra những gì. Tuy nhiên, đối với học sinh ở trƣờng phổ thông không thể dạy cho họ logic học để sau đó họ mới vận dụng các quy tắc và quy luật logic để suy nghĩ, lập luận. Trái lại, ta có thể thông qua việc giải quyết những nhiệm vụ cụ thể mà tích lũy dần kinh nghiệm và đến một lúc nào đó sẽ tự tổng kết thành những quy tắc đơn giản thƣờng dùng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 20 Tƣ duy logic đƣợc sử dụng trong mọi lĩnh vực hoạt động nhận thức, cho nên phải thƣờng xuyên rèn luyện cho học sinh.[22] 1.2.4.4. Tƣ duy khoa học Tƣ duy khoa học là giai đoạn cao, trình độ cao của quá trình nhận thức, đƣợc thực hiện thông qua một hệ thống các thao tác tƣ duy nhất định của các nhà khoa học (hoặc những ngƣời đang sử dụng các tri thức khoa học và vận dụng đúng đắn những yêu cầu của tƣ duy khoa học) với sự giúp đỡ của một hệ thống “công cụ" tƣ duy khoa học (nhƣ các ngôn ngữ và hình thức của tƣ duy khoa học) nhằm "nhào nặn các tri thức tiền đề, xây dựng thành những tri thức khoa học mới, dƣới dạng những khái niệm, phán đoán, suy luận mới hoặc giả thuyết, lý thuyết, lý luận khoa học mới, phản ánh các khách thể nhận thức một các chính xác hơn, đầy đủ hơn, sáu sắc hơn, chân thực hơn. Quá trình phát triển của tƣ duy khoa học có thể chia thành ba giai đoạn chủ yếu: tƣ duy khoa học thời cổ đại tƣ duy khoa học giai đoạn từ thời Phục Hƣng cho đến hết thế kỷ XIX và tƣ duy khoa học hiện đại từ đầu thế kỷ XX đến nay. Tƣ duy khoa học hiện đại đã ra đời từ cuối thế kỷ XIX, song khoa học hiện đại chỉ thực sự ra đời khi xuất hiện cuộc cách mạng vĩ đại trong khoa học tự nhiên đầu thế kỷ XX, mở đầu là thuyết lƣợng tử của Plank (1900) đến thuyết tƣơng đối của Anhxtanh (1879-1955) và đặc biệt là cơ học lƣợng tử đƣợc xây dựng bởi Bohn, Heisenberg và nhiều ngƣời khác, trong những năm 20. Các lý thuyết khoa học vĩ đại này đã làm thay đồi căn bản lối suy nghĩ về tự nhiên, hình thành nên một phong cách tƣ duy khoa học mới, khác hẳn phong cách tƣ duy khoa học cổ điển. Phong cách này ngày càng đƣợc định hình rõ nét và ảnh hƣởng mạnh mẽ đến tất cả các ngành khoa học. Ngày nay, nó đƣợc gọi là phong cách tƣ duy khoa học hiện đại. Biểu hiện đầu tiên của phong cách tƣ duy khoa học hiện đại là tính chƣa hoàn tất, chƣa đóng kín của các quan niệm khoa học mới. Đó là sự từ bỏ các định đề tuyệt đối, "vĩnh cửu” và "cuối cùng" của tƣ duy khoa học cổ điển thay thế chúng bằng những nguyên lý, lý tƣởng, quan niệm, sơ đồ khoa học mới rộng rãi hơn, tổng quát hơn nhiều, nhƣng không phải là cuối cùng, vĩnh cửu và bất biến. Tính chƣa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 21 đóng kín này đảm bảo cho tri thức khoa học hiện đại và nói chung là toàn bộ tƣ duy khoa học hiện đại luôn luôn đƣợc đổi mới, đƣợc bổ sung, chính xác hóa và đầy đủ thêm mãi. Thứ hai, phong cách tƣ duy xác suất, một phong cách tƣ duy không chỉ thịnh hành trong vật lý học mà còn thịnh hành trong hầu hết các khoa học, từ khoa học tự nhiên đến khoa học xã hội - nhân văn... Bởi vì, khoa học ngày nay đã tiến sâu vào một thế giới mới. Trong thế giới đầy biến động của các biến cố này, chỉ có các quan hệ xác suất của các biến cố là đƣợc xác định (đó là các quy luật thống kê), chứ không phải các biến cố đƣợc xác định. Phong cách tƣ duy xác suất còn thể hiện trong các xu hƣớng phát triển không đơn trị, cũng nhƣ trong tính bất định của hiệu quả các nghiên cứu khoa học, nhất là khoa học cơ bản. Thứ ba, phong cách tƣ duy khoa học hiện đại còn thể hiện trong tính khác thƣờng, tính "nghịch lý" của cách suy nghĩ mới, quan niệm mới. Sự phát triển của khoa học hiện đại liên quan với những điều khác thƣờng. Chính thông qua việc đƣơng đầu và giải quyết các nghịch lý này mà khoa học hiện đại đã có những bƣớc phát triển nhảy vọt, có tính cách mạng, làm cho nó phát triển với tốc độ nhanh chƣa từng có so với trƣớc thế kỷ XX. Thứ tƣ, tƣ duy khoa học giờ đây ngày càng mang tính thực nghiệm. Những sơ đồ thực nghiệm với các gƣơng chiếu, các chùm tia sáng và các cabin thang máy, với sự hỗ trợ của các linh kiện điện tử, các tế bào quang điện, các máy gia tốc hạt, các thiết bị không gian và vũ trụ, đặc biệt là nhờ các máy tính điện tử, thực nghiệm đã biến đổi về chất, về nguyên tắc. Thực nghiệm hiện đại đã đƣợc tự động hoá mạnh mẽ, điều đó dẫn tới chỗ rút ngắn rất nhiều thời gian tiến hành các chu trình đổi và xử lý các kết quả thực nghiệm. Điều đó cũng có nghĩa là ngoài việc cải tạo các hình thức thực nghiệm truyền thống, khoa học hiện đại còn thiết lập đƣợc những hình thức thực nghiệm mới về nguyên tắc nhƣ thí nghiệm tƣởng tƣợng, thực nghiệm mô hình và đặc biệt là các thực nghiệm mô hình trên máy tính điện tử, thực nghiệm toán học. Thứ năm, toán học hoá, tức quá trình xâm nhập của phƣơng pháp nghiên cứu toán học vào các khoa học khác là một nét đặc biệt của phong cách tƣ duy khoa học hiện đại. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 22 Thứ sáu, một khía cạnh khác cũng rất đặc trƣng của tƣ duy khoa học hiện đại là tính dự báo khoa học. Thiếu những dự báo sẽ không thể phán quyết các khuynh hƣớng hiện đại của khoa học. Trong khoa học hiện đại, giả thiết là điều kiện cho sự tiến bộ của những tri thức thiết thực, những giả thiết và dự báo này sẽ nâng cao tiềm lực tri thức của khoa học. Hơn nữa "trƣớc đây ngƣời ta muốn biết tƣơng lai để biết điều gì không tránh khỏi sẽ đến. Hiện nay ngƣời ta muốn biết tƣơng lai để có thề thay đổi tƣơng lai". Cuối cùng, tính chất tồng hợp của phong cách hiện đại trong tƣ duy khoa học là đặc trƣng quan trọng nhất, bao trùm nhất. Từ những nét đặc trƣng nêu trên mà tƣ duy khoa học hiện đại có đƣợc một phong cách mềm dẻo, năng động và linh hoạt, giúp cho nó từ bỏ những gì quen thuộc, cứng nhắc trong các quan điểm , quan niệm, sơ đồ bất biến, "vĩnh cửu” và "cuối cùng" của tƣ duy khoa học cổ điển. Trong điều kiện có đƣợc thông tin nhiều chiều, nhanh chóng và đầy đủ hơn, tính mềm dẻo của tƣ duy khoa học hiện đại càng đƣợc tăng cƣờng, giúp cho nó tiến sâu hơn vào những bản chất sâu xa, phức tạp của hiện thực khách quan, với những kết quả ngày càng bất định, bất ngờ, song lại có một ý nghĩa động lực cao hơn rất nhiều so với tƣ duy khoa học cổ điển. [22] 1.2.4.5. Tƣ duy vật lí. Tƣ duy vật lí là sự quan sát các hiện tƣợng vật lí, phân tích một hiện tƣợng phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa chúng những mối quan hệ và những sự phụ thuộc xác định, tìm ra mối quan hệ giữa mặt định tính và mặt định lƣợng của các hiện tƣợng và các đại lƣợng vật lí, dự đoán các hệ quả mới từ các lí thuyết và áp dụng những kiến thức khái quát thu đƣợc vào thực tiễn. Các hiện tƣợng vật lí trong tự nhiên rất phức tạp, những định luật chi phối chúng lại rất đơn giản vì mỗi hiện tƣợng bị nhiều yếu tố tác động chồng chéo lên nhau hoặc nối tiếp nhau mà ta chỉ quan sát đƣợc kết quả tổng hợp cuối cùng. Bởi vậy, muốn nhận thức đƣợc những đặc tính bản chất và quy luật của tự nhiên thì việc đầu tiên là phải phân tích đƣợc hiện tƣợng phức tạp thành những bộ phận, những giai đoạn bị chi phối bởi một số ít nguyên nhân, bị tác động bởi một số ít yếu tố, tốt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 23 nhất là một nguyên nhân, một yếu tố. Nhƣ thế, ta mới xác lập đƣợc những mối quan hệ bản chất, trực tiếp, những sự phụ thuộc định lƣợng giữa các đại lƣợng vật lí dùng để đo lƣờng những thuộc tính bản chất của sự vật hiện tƣợng. Muốn biết những kết luận khái quát thu đƣợc có thể phản ánh đúng thực tế khách quan không, ta phải kiểm tra lại trong thực tiễn. Để làm việc đó, ta phải xuất phát từ những kết luận khái quát, suy ra những hệ quả, dự doán những hiện tƣợng mới có thể quan sát đƣợc trong thực tiễn. Nếu thí nghiệm xác nhận hiện tƣợng mới đúng nhƣ dự đoán thì kết quả khái quát ban đầu mới đƣợc xác nhận là chân lí. Việc áp dụng những kiến thức vật lí khái quát vào thực tiễn tạo điều kiện cho con ngƣời cải tạo thực tiễn, làm cho các hiện tƣợng vật lí xẩy ra theo hƣớng có lợi cho con ngƣời, thỏa mãn đƣợc nhu cầu ngày càng tăng của con ngƣời. Tƣ duy vật lí luôn gắn chặt với các hiện tƣợng, các định luật vật lí và các phƣơng pháp nghiên cứu vật lí. Tƣ duy vật lí là một bộ phận của tƣ duy khoa học.[22] 1.2.5. Các biện pháp phát triển tƣ duy của học sinh. [22] * Tạo nhu cầu hứng thú, kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của học sinh. Nhƣ trên đã phân tích, tƣ duy là quá trình tâm lí, diễn ra trong óc học sinh. Tƣ duy chỉ thực sự có hiệu quả khi học sinh tự giác mang hết sức mình để thực hiện và bắt đầu khi trong đầu học sinh xuất hiện những câu hỏi mà chƣa có lời giải đáp ngay, khi học sinh gặp phải mâu thuẫn giữa một bên là nhu cầu, nhiệm vụ nhận thức mới phải gải quyết và một bên là trình độ kiến thức hiện có không đủ để giải quyết nhiệm vụ đó, cần phải xây dựng kiến thức mới, tìm giải pháp mới. Lúc đó, học sinh vừa ở trạng thái tâm lí hơi căng thẳng, vừa hƣng phấn khao khát vƣợt qua đƣợc khó khăn, giải quyết đƣợc mâu thuẫn, đạt đƣợc một trình độ cao hơn trên con đƣờng nhận thức. Ta nói học sinh đặt vào "tình huống có vấn đề". Có thể tạo ra nhu cầu, hứng thú bằng cách kích thích bên ngoài nhƣ khen thƣởng, sự ngƣỡng mộ của bạn bè, gia đình, sự hứa hẹn một tƣơng lai tƣơi đẹp, thực tế, xây dựng quê hƣơng đất nƣớc...Nhƣng sự kích thích này không đƣợc thƣờng xuyên, bền vững và phụ thuộc nhiều vào hoàn cảnh của mỗi học sinh. Nhu cầu hứng thú có thể nảy sinh ngay trong quá trình học tập, nghiên cứu một môn học, một bài học khi học sinh đứng trƣớc những tình huống nhận thức. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 24 - Những tình huống điển hình hay gặp trong dạy học vật lí là: + Tình huống phát triển: Học sinh đứng trƣớc một vấn đề chỉ mới đƣợc giải quyết một phần, một bộ phận, một phạm vi hẹp, cần phải đƣợc tiếp tục phát triển, hoàn chỉnh, mở rộng sang những phạm vi mới, lĩnh vực mới. Phát triển hoàn thiện vốn kiến thức của mình luôn là niềm khao khát của tuổi trẻ. Nhƣ Risa Fayman nói, đó cũng là con đƣờng phát triển của khoa học. Quá trình phát triển, hoàn thiện vốn kiến thức sẽ đem lại kết quả mới nhƣng trong quá trình đó, vẫn có thể sử dụng những kiến thức, kĩ năng và phƣơng pháp đã biết cho đến lúc gặp mâu thuẫn không thể giải quyết đƣợc bằng vốn hiểu biết cũ. + Tình huống lựa chọn: Học sinh đứng trƣớc một vấn đề có mang một số dấu hiệu quen thuộc có liên quan đến những kiến thức hoặc nhiều phƣơng pháp giải quyết đã biết, nhƣng chƣa biết chắc chắn có thể dùng kiến thức nào hoặc phƣơng pháp nào sẽ mang lại kết quả chắc chắn. Học sinh cần phải lựa chọn, thậm chí còn phải làm thử mới biết đƣợc cách nào đem lại kết quả nhƣ mong muốn. + Tình huống bế tắc: Học sinh đứng trƣớc một hiện tƣợng vẫn thƣờng thấy nhƣng không hiểu vì sao, vẫn coi nhƣ một điều bí mật của tự nhiên. Bây giờ, học sinh đƣợc giao nhiệm vụ phải tìm hiểu nguyên nhân, lí giải rõ ràng nhƣng chƣa biết dựa vào đâu. + Tình huống ngạc nhiên bất ngờ: Học sinh đứng trƣớc một hiện tƣợng xẩy ra theo một chiều hƣớng trái với suy nghĩ thông thƣờng, do đó kích thích tính tò mò, lôi cuốn sự chú ý của học sinh tìm cách lí giải, phải bổ sung hoàn chỉnh hoặc phải thay đổi quan niệm cũ sai lầm của mình. + Tình huống lạ: Học sinh đứng trƣớc một tình huống lạ có những nét đặc biệt lôi cuốn sự chú ý và học sinh chƣa thấy bao giờ. * Tăng cƣờng sử dụng các phƣơng tiện trực quan trong dạy học. Tƣ duy là dạng hoạt động tri thức diễn ra trong ý thức con ngƣời, có nguồn gốc thực tiễn. Tƣ duy phản ánh hiện thực khách quan vào trong óc. Tƣ duy có những quan hệ mật thiết với nhận thức cảm tính, sử dụng những tài liệu cảm tính, những kinh nghiệm thực tế, những cơ sở trực quan sinh động. Vì vậy trong dạy học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 25 giáo viên phải tăng cƣờng sử dụng đồ dùng dạy học để cung cấp tài liệu cảm tính làm cơ sở cho nhận thức lí tính của học sinh. * Xây dựng một logic nội dung phù hợp với đối tƣợng học sinh. Sau khi chọn một yêu cầu thích hợp với nội dung khoa học, cần phải lựa chọn một con đƣờng hình thành thích hợp. 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 đƣợc với sự hƣớng dẫn cần thiết của giáo viên. Trong chuỗi các vấn đề nhỏ ấy, có những vấn đề học sinh có thể vận dụng kiến thức, phƣơng pháp đã biết để giải quyết và cũng có cả những vấn đề phải đòi hỏi kiến thức mới, phƣơng pháp mới. Trong chƣơng trình và sách giáo khoa hiện nay, đã đƣa ra một logic trình bày kiến thức phù hợp với trình độ chung của đa số học sinh trong cả nƣớc. Tuy nhiên, đối với mỗi đối tƣợng học sinh cụ thể ở từng vùng, từng trƣờng, từng lớp giáo viên vẫn có thể và cần thiết tự hoạch định ra một con đƣờng thích hợp với những nét riêng phù hợp với học sinh của mình để có thể đƣa họ đến một mục tiêu đã quy định trong chƣơng trình chung. Xét về mặt này thì công việc của ngƣời giáo viên luôn luôn đòi hỏi một sự sáng tạo. * Rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hiện các thao tác tƣ duy, những hoạt động nhận thức phổ biến trong học tập vật lí. Trong quá trình nhận thức vật lí, học sinh phải luôn luôn thực hiện các thao tác chân tay, các thao tác tƣ duy và các hoạt động nhận thức. Để cho 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 luôn luôn phải có kế hoạch rèn luyện cho học sinh. Những thao tác tƣ duy lại diễn ra trong đầu học sinh, nên giáo viên không thể quan sát đƣợc mà uốn nắn trực tiếp. Mặt khác, học sinh cũng không thể quan sát đƣợc hành động trí tuệ của giáo viên mà bắt chƣớc. Bởi vậy, giáo viên có thể sử dụng những cơ sở định hƣớng sau để giúp học sinh có thể tự lực thực hiện những thao tác tƣ duy đó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 26 - Giáo viên tổ chức quá trình học tập sao cho ở từng giai đoạn, xuất hiện những tình huống bắt buộc học sinh phải thực hiện các thao tác tƣ duy và hành động nhận thức mới có thể giải quyết đƣợc vấn đề và hoàn thành đƣợc nhiệm vụ học tập. - Giáo viên đƣa ra những câu hỏi để định hƣớng cho học sinh những thao tác tƣ duy hay phƣơng pháp suy luận, hành động trí tuệ thích hợp. - Giáo viên phân tích câu trả lời của học sinh, chỉ ra chỗ sai trong khi thực hiện các thao tác tƣ duy và hƣớng dẫn cách sửa chữa. - Giáo viên giúp học sinh khái quát hóa kinh nghiệm thực hiện các suy luận logic dƣới dạng những quy tắc đơn giản. * Tập dƣợt để học sinh giải quyết vấn đề nhận thức theo phƣơng pháp nhận thức của vật lí. Để rèn luyện tƣ duy vật lí cho học sinh thì tốt nhất là tập dƣợt cho học sinh giải quyết những nhiệm vụ nhận thức bằng chính những phƣơng pháp của các nhà vật lí. Việc hiểu và vận dụng đƣợc một phƣơng pháp khoa học là một điều khó khăn hơn cả việc tiếp thu một định luật vật lí cụ thể. Việc dạy cho học sinh phƣơng pháp nhận thức khoa học tách rời khỏi quá trình nghiên cứu chính môn học đó là rất ít hiệu quả. Trong chƣơng trình hƣớng dẫn học sinh tự lực hoạt động để tái tạo kiến thức vật lí, giáo viên làm cho học sinh hiểu nội dung của các phƣơng pháp vật lí và sử dụng các phƣơng pháp này ở những mức độ thích hợp, tùy theo trình độ của học sinh và điều kiện của nhà trƣờng. Sau một lần áp dụng phƣơng pháp nhận thức cụ thể, giáo viên có thể giúp học sinh khái quát hóa thành một trình tự các giai đoạn của mỗi phƣơng pháp, dùng làm cơ sở định hƣớng tổng quát cho hoạt động nhận thức vật lí của học sinh. Các phƣơng pháp chủ yếu thƣờng đƣợc sử dụng trong nghiên cứu vật lí là phƣơng pháp quy nạp, phƣơng pháp diễn dịch, phƣơng pháp thực nghiệm, phƣơng pháp mô hình hoá, phƣơng pháp tƣơng tự. * Rèn luyện ngôn ngữ vật lí cho học sinh. Ngôn ngữ là hình thức biểu hiện của tƣ duy. Mỗi khái niệm vật lí đƣợc biểu đạt bằng một từ, mỗi định nghĩa, định luật vật lí đƣợc phát biểu bằng một mệnh đề, mối suy luận gồm nhiều phán đoán liên tiếp. Tuy kiến thức vật lí rất đa dạng nhƣng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 27 những cách phát biểu các định nghĩa, quy tắc, định luật vật lí cũng có những hình thức chung nhất định, giáo viên có thể chú ý rèn luyện cho học sinh quen dần. Để mô tả một loạt các hiện tƣợng, cần những thuật ngữ diễn tả những dấu hiệu đặc trƣng của loại hiện tƣợng đó. KẾT LUẬN CHƢƠNG I Từ những phân tích trên, chúng tôi có thể tóm tắt chƣơng I nhƣ sau: Muốn phát triển tƣ duy cho học sinh trong học tập phải chú ý thực hiện các vấn đề : - Giáo viên đặt học sinh vào "tình huống có vấn đề" để lôi cuốn học sinh làm cho học sinh có hứng thú học tập, kích thích tính tò mò, lòng ham hiểu biết của học sinh. - Lựa chọn một con đƣờng thích hợp với nội dung bài dạy, với trình độ của học sinh để học sinh có thể tự lực giải quyết vấn đề. - Giáo viên luôn luôn có kế hoạch rèn luyện cho học sinh để cho học sinh có thể tự lực thực hiện các thao tác tƣ duy nhƣ giáo viên tổ chức quá trình học tập ở từng giai đoạn, đặt ra những câu hỏi định hƣớng cho học sinh rồi giáo viên phân tích câu trả lời của học sinh, chỉ ra chỗ sai và cách sửa chữa. Cuối cùng giúp cho học sinh biết khái quát kinh nghiệm. - Tạo điều kiện cho học sinh thực hiện các thao tác tƣ duy trong quá trình hoạt động nhận thức bằng các phƣơng pháp vật lí. - Rèn luyện ngôn ngữ cho học sinh thông qua các hiện tƣợng vật lí, quá trình vật lí, các khái niệm, định nghĩa, định luật,… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 28 Chương 2 XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG (vật lí 12 nâng cao) THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƢ DUY CHO HỌC SINH 2.1. Một số vấn đề về thuyết vật lí. 2.1.1. Khái niệm thuyết vật lí. Thuyết vật lí là một hệ thống những tƣ tƣởng, định luật, lí thuyết đƣợc diễn đạt bởi các nguyên lí hay phƣơng trình toán học và phản ánh bản chất của một lĩnh vực nhất định của hiện tƣợng vật lí. Các định luật lí thuyết phản ánh sự trừu tƣợng cao, sự lí tƣởng hóa các phƣơng trình và hiện tƣợng vật lí ở mức tổng quát và sâu sắc. [11] 2.1.2. Cấu trúc của thuyết vật lí. * Cơ sở của thuyết vật lí: Sự ra đời của một thuyết vật lí thƣờng đƣợc bắt đầu từ khi xuất hiện những sự kiện mới không giải thích đƣợc bằng hệ thống lí thuyết cũ. Những sự kiện mới đó xuất hiện một cách rời rạc, ít ỏi, đặc biệt là chúng mâu thuẫn với đặc điểm của thuyết cũ đã biết. Mâu thuẫn này đƣợc các nhà bác học phân tích, kiểm tra kĩ lƣỡng và bổ sung những sự kiện mới nữa. Những sự kiện mới này đƣợc sắp xếp tạo thành cơ sở vững chắc cho sự ra đời của một thuyết mới. Đó là cơ sở thực nghiệm của thuyết. Thành phần cơ bản nhất của cơ sở thực nghiệm là những thí nghiệm nền tảng, trong đó bộc lộ rõ sự mâu thuẫn giữa hiện tƣợng mới và lí thuyết cũ. Bên cạnh cơ sở thực nghiệm, còn có cơ sở kinh nghiệm của thuyết. Đó là những kinh nghiệm mà ngƣời nghiên cứu đã tích lũy đƣợc trong khi làm việc, sử dụng những tƣ tƣởng, quan niệm, ý kiến, kĩ thuật có liên quan đến thuyết cũ. Cơ sở thực nghiệm và cơ sở kinh nghiệm đó buộc ta phải từ bỏ hệ thống lí thuyết cũ, đồng thời cũng tạo ra khả năng chín muồi để đƣa ra một thuyết mới thay thế cho thuyết cũ. Những sự kiện thực nghiệm mới phải đƣợc mô tả bằng những khái niệm mới, những định luật thực nghiệm mới, cần phải thực hiện những phép đo các đại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 29 lƣợng vật lí mới. Những phép đo các đại lƣợng mới đó cũng là một phần của cơ sở thuyết vì nó cho phép ta đối chiếu lí thuyết với thực tế. Thông thƣờng, để giải thích những định luật thực nghiệm, ngƣời ta đƣa ra những mô hình lí tƣởng nhƣ mô hình cấu trúc vật chất hay mô hình chức năng. Những mô hình này có những tính chất cơ bản giống vật thật, chúng vận động theo những qui luật của vật thật. Nhờ những mô hình lí tƣởng mà ta có thể dự đoán đƣợc một số tính chất, hiện tƣợng mới. Nhƣ vậy, cơ sở của một thuyết vật lí gồm: Cơ sở thực nghiệm, cơ sở kinh nghiệm, các khái niệm, định luật thực nghiệm, các mô hình lí tƣởng nhƣ mô hình cấu trúc, mô hình chức năng. [16] * Hạt nhân của thuyết vật lí: Hạt nhân của thuyết vật lí là thành phần quan trọng nhất của một thuyết vật lí. Nhờ hạt nhân này, ngƣời ta có thể giải thích đƣợc trọn vẹn những hiện tƣợng mới nằm trong cơ sở của thuyết và còn dự đoán đƣợc, giải thích đƣợc một lớp hiện tƣợng rộng rãi hơn mà ta gọi là những hệ quả của thuyết. Hạt nhân của thuyết gồm: Những tƣ tƣởng cơ bản, những định luật, nguyên lí cơ bản, những phƣơng trình cơ bản, những hằng số cơ bản. Tƣ tƣởng cơ bản của thuyết là những phán đoán chung nhất, tổng quát nhất về bản chất bên trong của các hiện tƣợng. Nó cho phép ta giải thích đƣợc cơ chế của hiện tƣợng, cấu trúc của sự vật. Nó giúp ta xây dựng đƣợc mô hình của sự vật, hiện tƣợng. Tƣ tƣởng cơ bản của thuyết chi phối toàn bộ quá trình xây dựng thuyết. Nó làm cho thuyết mới một màu sắc đặc biệt, khác hẳn các thuyết cũ. Có thể coi tƣ tƣởng cơ bản nhƣ một trụ cột của thuyết. Các định luật cơ bản là những định luật biểu thị mối liên hệ giữa các hiện tƣợng mới chủ yếu nằm trong cơ sở của thuyết. Các định luật này đƣợc diễn tả dƣới dạng các phƣơng trình toán học liên kết các đại lƣợng vật lí mới với nhau. Các phƣơng trình cơ bản của thuyết có thể xem nhƣ những mô hình toán học của thuyết. Trong các phƣơng trình cơ bản của thuyết vật lí, thƣờng chứa những hằng số cơ bản nhƣ vận tốc ánh sáng c, lƣợng tử tác dụng h, điện tích của electron e, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 30 hằng số hấp dẫn G, hằng số Bôndơman k... Việc đƣa ra những hằng số cơ bản này vào một thuyết vật lí là thể hiện cụ thể việc vận dụng tƣ tƣởng cơ bản của nó vào thực tế.[16] * Những hệ quả của thuyết: Những hệ quả của thuyết là tất cả những hiện tƣợng mà thuyết có thể giải thích đƣợc, những định luật mới suy ra từ những định luật cơ bản của thuyết, những giả thuyết khoa học mới xây dựng đƣợc, những hiện tƣợng mới dự đoán đƣợc. Các thuyết vật lí phải có khả năng làm cho nhận thức của ta rộng hơn, sâu hơn, bản chất hơn, bao hàm một lớp hiện tƣợng lớn hơn nhiều so với những cơ sở của thuyết. Từ hạt nhân của thuyết, muốn suy ra đƣợc những hệ quả, ta phải thực hiện các phép suy luận logic và những suy luận toán học. Nhờ những suy luận toán học này mà các thuyết vật lí không những tiên đoán đƣợc mặt định tính mà cả mặt định lƣợng của hiện tƣợng.[16] H2.1. Sơ đồ cấu trúc của một thuyết vật lí HẠT NHÂN + Tƣ tƣởng cơ bản + Định luật cơ bản + Mô hình toán học + Các hằng số cơ bản CƠ SỞ - Các định luật thực nghiệm - Các khái niệm cơ bản - Các đại lƣợng vật lý và các quy tắc đo Vật lý tƣởng hóa-Mô hình cấu trúc - Cơ sở kinh nghiệm - Cơ sở thực nghiệm HỆ QUẢ -Các hiện tƣợng mới - Các định luật mới - Các ngành học mới - Các lý thuyết vật lý mới - Bức tranh vật lý mới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 31 2.1.3. Vai trò của thuyết vật lí. Thuyết vật lí phản ánh sự trừu tƣợng hóa và khái hóa rất cao các quá trình và hiện tƣợng của thế giới tự nhiên. Thuyết vật lí xuất phát từ thực tiễn khoa học, đƣợc hình thành trên cơ sở khái quát hóa rất nhiều các sự kiện thực nghiệm, các khái niệm, các định luật, giả thuyết khoa học, các đối tƣợng vật lí đƣợc lí tƣởng hóa, các mô hình vật chất... Thực chất vừa là nơi xuất phát, vừa là nơi kiểm nghiệm thuyết vật lí. Vậy thuyết vật lí có tác dụng rất lớn trong việc mở rộng phạm vi nhận thức của học sinh, tạo điều kiện giải thích các hiện tƣợng vật lí, kích thích hứng thú học tập và phát triển năng lực trí tuệ. Thuyết vật lí có tính chất chung, phản ánh bản chất, nguyên nhân sâu xa qui định mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tƣợng trong sự vận động, biến đổi của chúng. Thuyết vật lí đã gắn các kiến thức vật lí lại thành một hệ thống chặt chẽ. Trong từng thời kì, các học thuyết vật lí cho phép ta hình dung đƣợc thế giới vật chất một cách tổng quát. Thời các thuyết của Galile, Niuton đã hình thành bức tranh cơ học cổ điển, các thuyết thời Macxoen, nêu ra bức tranh điện động lực và với hệ thống lí thuyết của Anhxtanh- Planxk-Bo đã hình thành bức tranh lƣợng tử và trƣờng về thế giới vật chất. Thuyết vật lí có vai trò đặc biệt quan trọng trong sự phát triển của vật lí học. Nó không chỉ giúp giải thích các hiện tƣợng mà còn cho phép tiên đoán đƣợc nhiều hệ quả, dự đoán đƣợc nhiều hiện tƣợng mới. Thuyết vật lí góp phần làm phong phú vốn tri thức của loài ngƣời và thúc đẩy khoa học ngày càng phát triển.[11] 2.1.4. Đặc điểm của thuyết vật lí.[22] 2.1.4.1. Tính thực tiễn. Các thuyết vật lí dù có tính chất lí thuyết, tính khái quát cao đến đâu chăng nữa, bao giờ cũng đƣợc xây dựng trên một cơ sở thực nghiệm nhất định. Mặt khác, một thuyết vật lí chỉ có giá trị khi từ thuyết đó có thể rút ra đƣợc những hệ quả phù hợp với thực tiễn, đƣợc kiểm tra bằng thí nghiệm . 2.1.4.2. Tính trừu tƣợng. Các thuyết vật lí tuy đƣợc xây dựng trên cơ sở thực nghiệm nhƣng chúng là sự khái quát hóa, sự lí tƣởng hóa các kết quả của những thí nghiệm thực. Chính nhờ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 32 sự lí tƣởng hóa, trừu tƣợng hóa cao độ nhƣ vậy, các thuyết mới đi đƣợc vào bản chất bên trong của sự vật, hiện tƣợng. Cũng chính vì thế mà ta không thể cảm nhận đƣợc các thuyết vật lí trực tiếp bằng các giác quan. 2.1.4.3. Tính hệ thống. Một thuyết vật lí không phải là phán đoán riêng lẻ mà là một hệ thống những quan điểm tƣ tƣởng, những qui tắc định luật quan hệ chặt chẽ với nhau, phát triển ngày một sâu sắc, bao gồm đƣợc nhiều lĩnh vực hiện tƣợng hơn, từ một thuyết hẹp đi đến thuyết rộng hơn và thống nhất nhiều thuyết lại với nhau. 2.1.4.4. Tính khái quát. Một thuyết vật lí bao gồm hệ thống những luận đề đủ để giải thích đƣợc một lớp những hiện tƣợng nhất định. Những luận đề này bổ sung lẫn nhau, không mâu thuẫn với nhau, tạo thành một hệ thống nhất quán phản ánh đúng chu trình nhận thức chân lí khoa học: Đi từ thực tế khách quan đến tƣ duy trừu tƣợng rồi lại từ tƣ duy trừu tƣợng trở về thực tiễn 2.1.5. Chức năng của thuyết vật lí: Mỗi thuyết vật lí có ba chức năng chính: Chức năng giải thích, chức năng tiên đoán, chức năng phƣơng pháp luận. Giải thích một hiện tƣợng bằng một thuyết vật lí là quá trình thiết lập một hệ thống nhận thức khoa học về cơ chế của hiện tƣợng bằng con đƣờng suy diễn logic từ những định luật và nguyên lí cơ bản của thuyết. Giải thích các hiện tƣợng vật lí gồm có giải thích bản chất và giải thích toán học. Sự giải thích bản chất là sự giải thích hiện tƣợng bằng cách nêu lên mối liên hệ bên trong của sự vật. Không nên đồng nhất sự giải thích bản chất với sự giải thích định tính vì có khi trong sự giải thích định tính, ta không đi sâu vào bản chất của hiện tƣợng. Sự giải thích toán học là sự giải thích hiện tƣợng bằng một mô hình toán học. Đó là việc thiết lập những hệ thức toán học, xuất phát từ hạt nhân của thuyết, phù hợp với kết quả đo đạc về hiện tƣợng cần ngiên cứu. Chức năng tiên đoán là một chức năng rất to lớn của các thuyết khoa học. Nhờ thuyết khoa học, ta có thể dự đoán một cách chính xác những hiện tƣợng và Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 33 những định luật của tự nhiên, trƣớc khi phát hiện đƣợc chúng trong thực tế. Sự đúng đắn của những tiên đoán lí thuyết là một bằng chứng xác nhận sự đúng đắn của bản thân thuyết. Những tiên đoán lí thuyết có cơ sở vững chắc hơn những giả thuyết khoa học, vì chúng đƣợc rút ra từ thuyết bằng những suy diễn logic chặt chẽ. Chính vì vậy mà trong lịch sử khoa học đã có rất nhiều tiên đoán lí thuyết chính xác không những về mặt định tính mà cả về mặt định lƣợng. Các thuyết vật lí không những cung cấp cho ta cơ sở để hiểu các hiện tƣợng vật lí mà còn giúp ta tìm đƣợc con đƣờng dẫn đến những nhận thức mới. Vì vậy, các thuyết vật lí có chức năng phƣơng pháp luận to lớn.[16] 2.2. Phƣơng pháp dạy học các thuyết vật lý góp phần phát triển tƣ duy học sinh. 2.2.1. Con đƣờng hình thành các thuyết vật lí. Trong khoa học, sự hình thành một thuyết vật lí là một quá trình lâu dài và phức tạp, bao gồm tất cả các giai đoạn của chu trình nhận thức khoa học. Quá trình này có thể không liên tục về mặt lịch sử vì phải trải qua những cuộc đấu tranh quyết liệt giữa tƣ tƣởng cơ bản mới với tƣ tƣởng cũ. Quá trình này gồm các giai đoạn điển hình: Thực tiễn  Vấn đề  Giả thuyết  Định luật  Thuyết  Hệ quả  Thực tiễn. Trong dạy học, do điều kiện thời gian và sự hạn chế về trình độ tƣ duy của học sinh nên không có khả năng để cho học sinh tự lực thực hiện tất cả các giai đoạn trên khi nghiên cứu một thuyết vật lí. Nhƣng nếu ta chỉ thông báo cho học sinh nội dung "Hạt nhân của thuyết" thì học sinh cũng không thể hiểu đƣợc vai trò, tác dụng của thuyết đó trong khoa học và trong thực tiễn, càng không thể phát triển, nâng cao đƣợc năng lực nhận thức của học sinh. Bởi vậy, cần phải cho học sinh hiểu đƣợc những yếu tố cơ bản trong cả ba thành phần cấu trúc của thuyết.[22] Mặt khác nhƣ đã phân tích ở chƣơng I, để góp phần phát triển năng lực tƣ duy của học sinh trong giờ học, giáo viên phải tạo cho học sinh hứng thú trong học tập, phải vận dụng các hiểu biết vốn có của học sinh để các em nhận ra vấn đề và tích cực tham gia giải quyết vấn đề đã đặt ra. Giáo viên phải tận dụng mọi cơ hội để rèn luyện các thao tác tƣ duy, rèn luyện ngôn ngữ cho học sinh. Giáo viên cần tăng cƣờng sử dụng thiết bi dạy học để tạo ra các cơ sở cho sự nhận thức lí tính của học sinh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 34 2.2.1.1. Tìm hiểu những cơ sở của thuyết Chỉ khi học sinh hiểu đƣợc cơ sở của thuyết thì họ mới hiểu đƣợc thuyết mới phải ra đời để giải quyết vấn đề gì. Tốt nhất là cho học sinh quan sát những thí nghiệm cơ bản và yêu cầu học sinh giải thích hiện tƣợng xảy ra trong thí nghiệm đó bằng những kiến thức đã có. Sự bế tắc trong việc giải thích này đòi hỏi phải xây dựng một thuyết mới. Tuy nhiên, những thí nghiệm cơ bản dùng làm cơ sở cho một thuyết nhiều khi rất khó thực hiện trong nhà trƣờng phổ thông, giáo viên có thể dùng phƣơng pháp kể truyện lịch sử hoặc mô tả tƣơng đối tỉ mỉ thí nghiệm và kết quả thu đƣợc.[22] 2.2.1.2. Xây dựng hạt nhân của thuyết Hạt nhân của mỗi thuyết vật lí nhiều khi rất phong phú và sâu sắc, không thể trong một bài, một chƣơng hoặc một phần của chƣơng trình vật lí mà hiểu đƣợc. Bƣớc đầu, chỉ có thể nêu ra những điều cơ bản, định tính. Về sau, khi có điều kiện sẽ bổ sung, hoàn chỉnh thêm. Việc đƣa ra thuyết mới phải dựa trên sự phân tích những sự kiện thực nghiệm trong phần cơ sở của thuyết. Tuy nhiên, việc đề ra thuyết mới có thể giải thích thành công những sự kiện mới đòi hỏi một sự sáng tạo mới ở trình độ cao. Trong nhiều trƣờng hợp, học sinh không có khả năng thực hiện tự lực, giáo viên có thể trình bày cách suy nghĩ và cách lập luận của mình. Trƣớc hết là tƣ tƣởng mới, quan niệm mới, còn những công thức định lƣợng, những phƣơng trình toán học có thể bổ sung sau này khi có điều kiện. Ta cũng có thể căn cứ vào quan sát cơ sở thực nghiệm để đƣa ra quan niệm. Tóm lại, trong dạy học có nhiều điểm trong hạt nhân của thuyết chƣa thể xây dựng hoàn chỉnh mà chỉ là bƣớc đầu, chủ yếu là định tính. Để học sinh có thể tin đƣợc sự đúng đắn của những hạt nhân của thuyết, giáo viên cần chú ý đến việc vận dụng linh hoạt những hạt nhân đó để suy ra các hệ quả ở giai đoạn sau.[22] 2.2.1.3. Vận dụng hạt nhân của thuyết Vận dụng hạt nhân của thuyết để giải thích những sự kiện thực nghiệm trong cơ sở của thuyết là bƣớc đầu làm cho học sinh tin tƣởng ở sự đúng đắn của thuyết, nhƣng chƣa đầy đủ. Giáo viên cần tận dụng những trƣờng hợp có thể đƣợc để suy ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 35 các hệ quả khác. Do sự hạn chế về trình độ toán học của học sinh nên nhiều khi chỉ có thể suy ra các hệ quả định tính hay bán định lƣợng. Tuy vậy, điều đó cũng rất bổ ích để học sinh hiểu rõ ý nghĩa thực tế của các thuyết trừu tƣợng, đồng thời cũng tạo điều kiện để học sinh phát triển khả năng suy luận diễn dịch.[22] 2.2.1.4. Vận dụng các phƣơng pháp dạy học khi dạy học các thuyết vật lí nhằm phát triển tƣ duy của học sinh Nhƣ chúng tôi đã phân tích ở chƣơng I, muốn phát triển tƣ duy cho học sinh cần: - Tạo nhu cầu hứng thú, kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của học sinh. - Tăng cƣờng sử dụng các phƣơng tiện trực quan trong dạy học. - Xây dựng một logic nội dung phù hợp với đối tƣợng học sinh. - Rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hiện các thao tác tƣ duy, những hoạt động nhận thức phổ biến trong học tập vật lí. - Tập dƣợt để học sinh giải quyết vấn đề nhận thức theo phƣơng pháp nhận thức của vật lí. - Rèn luyện ngôn ngữ vật lí cho học sinh. Đồng thời chúng tôi cũng đã trình bày, việc dạy học một thuyết vật li đƣợc thực hiện theo ba giai đoạn: Tìm hiểu những cơ sở của thuyết, xây dựng hạt nhân của thuyết, vận dụng hạt nhân của thuyết. Việc thực hiện các biện pháp phát triển tƣ duy học sinh nhƣ trên khi dạy các thuyết vật lí đƣợc giáo viên thực hiện thông qua việc tổ chức các hoạt động nhận thức và vận dụng phù hợp các phƣơng pháp dạy học trong giờ học. * Phƣơng pháp vấn đáp, đàm thoại Phƣơng pháp vấn đáp, đàm thoại trong đó giáo viên đặt ra những câu hỏi để học sinh trả lời, hoặc có thể tranh luận với nhau và với cả giáo viên, qua đó học sinh lĩnh hội đƣợc nội dung bài học. Với phƣơng pháp này, nội dung cần truyền thụ đƣợc thể hiện bởi một hệ thống câu trả lời của học sinh, dƣới sự gợi mở bởi các câu hỏi do giáo viên đề xuất. Mục đích phƣơng pháp vấn đáp, đàm thoại là nâng cao chất lƣợng của giờ học bằng cách tăng cƣờng hình thức hỏi đáp, đàm thoại giữa giáo viên và học sinh, rèn luyện cho học sinh bản lĩnh tự tin, khả năng diễn đạt một vấn đề trƣớc tập thể lớp học. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 36 Ƣu điểm: Giáo viên theo sát đƣợc học sinh, biết đƣợc suy nghĩ, hành động của học sinh để kịp thời giúp đỡ. Nhƣợc điểm: Giáo viên chỉ đối thoại với một số ít học sinh đại diện của nhóm, số còn lại chỉ nghe và suy nghĩ ý kiến của bạn để đƣa ra nhận xét. Dàn ý đối thoại của giáo viên chƣa đƣợc học sinh chuẩn bị trƣớc nên dễ dẫn đến lúng túng, dụt dè, thiếu tự tin.[6] * Phần mềm mô phỏng. Không phải quá trình nào xảy ra trong tự nhiên cũng dễ quan sát. Nhƣ chuyển động của ánh sáng ta không thể quan sát bằng mắt thƣờng đƣợc, để xác định các đại lƣợng cần thiết là rất khó khăn trong việc nghiên cứu để tìm ra quy luật của chúng. Một trong các giải pháp có thể hỗ trợ cho việc nghiên cứu các quá trình có hiệu quả hơn là sử dụng máy tính để mô phỏng các quá trình. Ví dụ: Các thí nghiệm về tia X không thể làm thí nghiệm mặc dù thí nghiệm rất cơ bản, do thiết bị thí nghiệm cần sử dụng cồng kềnh, phức tạp, đắt tiền không an toàn. Giáo viên sử dụng thiết bị mô phỏng ống tia catot và sự phát hiện tia X, thiết bị mô phỏng cách tạo tia X và ống culitgio. Mục đích sử dụng phần mềm mô phỏng là giúp cho học sinh thu nhận thế giới tự nhiên vào lớp học, xóa bỏ không gian hạn hẹp trong lớp học và về thời gian của lớp học. Cho phép quan sát với tốc độ mong muốn hoặc có thể dừng các hình ảnh nhờ vậy mà học sinh quan sát đƣợc rõ ràng các hiện tƣợng, các quá trình đƣợc phóng đại một cách tối ƣu, làm cho học sinh có những biểu tƣợng đúng đắn về chúng. Làm tăng tính trực quan và hiệu quả cảm xúc khi tri giác các đối tƣợng và hiện tƣợng vật lí. Trƣớc khi cho học sinh quan sát phần mềm mô phỏng, để định hƣớng sự chú ý của học sinh vào nội dung cơ bản, giáo viên đặt câu hỏi cho học sinh cần phải hoàn thành sau khi xem song. Sau khi xem song, giáo viên cho học sinh thảo luận theo nhóm để đƣa ra câu trả lời, nếu cần thiết giáo viên đƣa ra những gợi ý nhỏ. Hiệu quả sử dụng phần mềm mô phỏng đƣợc đánh giá thông qua câu trả lời của học sinh. Phƣơng pháp dạy học theo hƣớng tích cực hóa trong học tập của học sinh.[17] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 37 * Phƣơng pháp dạy học đặt và giải quyết vấn đề. Có nhiều định nghĩa về dạy học giải quyết vấn đề, nhƣng I.F.Kharlamop đã phát biểu đầy đủ nhất: "Dạy học giải quyết vấn đề là sự tổ chức quá trình dạy học bao gồm việc tạo ra tình huống có vấn đề trong giờ học, kích thích học sinh nhu cầu giải quyết vấn đề nảy sinh, lôi cuốn các em vào hoạt động nhận thức nhằm nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo mới, phát triển tính tích cực trí tuệ và hình thành năng lực tự mình thông hiểu và lĩnh hội thông tin khoa học mới". Qua định nghĩa cho thấy với phƣơng pháp dạy học giải quyết vấn đề, học sinh không chỉ chiếm lĩnh đƣợc tri thức mới mà quan trọng hơn là học sinh còn học đƣợc cách chiếm lĩnh tri thức đó, tức là học đƣợc phƣơng pháp học. Vì vậy, dạy học giải quyết vấn đề rèn luyện cho học sinh năng lực sáng tạo, biết đặt và giải quyết vấn đề, biến quá trình học thụ động thành quá trình học chủ động, tích cực. Dạy học đặt và giải quyết vấn đề đã đƣợc đề cập tới trong vài chục năm gần đây. Mặc dù không phải vấn đề mới song điều cần nhấn mạnh là dạy học đặt và giải quyết vấn đề không chỉ thuộc phạm trù phƣơng pháp dạy học mà còn thông qua đó tập dƣợt cho học sinh phát hiện và giải quyết vấn đề, góp phần tạo nên một mục tiêu giáo dục, bảo đảm cho con ngƣời thích ứng đƣợc với sự phát triển của xã hội hiện đại. Trong giáo dục, cần phải tập dƣợt cho học sinh biết phát hiện vấn đề, tự mình đặt ra để giải quyết một cách hợp lí những vấn đề đặt ra. Kiểu dạy học đặt và giải quyết vấn đề là kiểu dạy học mà giáo viên tạo ra những tình huống có vấn đề, điều khiển học sinh phát hiện vấn đề, hoạt động tự giác và tích cực để giải quyết vấn đề và thông qua đó mà lĩnh hội tri thức, kỹ năng và đạt đƣợc những mục đích học tập khác. Dạy học đặt và giải quyết vấn đề cần chú ý những điểm sau: - Một vấn đề đƣợc biểu thị bởi một hệ thống những vấn đề và câu hỏi thỏa các điều kiện sau: + Học sinh chƣa giải đáp đƣợc câu hỏi hoặc chƣa thực hiện đƣợc hành động. + Học sinh chƣa đƣợc học một khái niệm, định luật, thuyết nào để giải đáp câu hỏi. - Thế nào là tình huống có vấn đề: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 38 + Tồn tại một vấn đề. + Gợi nhu cầu nhận thức: Học sinh phải cảm thấy cần thiết, thấy có nhu cầu, hứng thú và mong muốn giải quyết vấn đề đó. + Gây niềm tin ở khả năng học sinh, làm cho học sinh thấy tuy chƣa có lời giải ngay nhƣng đã có một số kiến thức, kĩ năng liên quan đến vấn đề đặt ra và nếu tich cực suy nghĩ thì có nhiều hy vọng giải quyết đƣợc vấn đề đó. - Cách tạo tình huống có vấn đề: Cấu trúc một bài học hay một phần trong bài học theo dạy học đặt và giải quyết vấn đề thƣờng nhƣ sau: * Đặt vấn đề, xây dựng bài toán nhận thức - Tạo tình huống có vấn đề. - Phát hiện, nhận dạng vấn đề nảy sinh. - Phát triển vấn đề cần giải quyết. * Giải quyết vấn đề đặt ra - Đề xuất cách giải quyết - Lập kế hoạch giải quyết. - Thực hiện kế hoạch giải quyết. * Kết luận - Thảo luận kết quả và đánh giá. - Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết nêu ra. - Phát biểu kết luận. - Đề xuất vấn đề mới. Nhiều nghiên cứu cho thấy trong dạy học đặt và giải quyết vấn đề có thể phân biệt bốn mức trình độ: Mức 1: Giáo viên tạo tình huống có vấn đề, gợi mở và dẫn dắt học sinh phân tích tình huống đó, làm xuất hiện nhu cầu giải quyết tình huống ở học sinh, còn toàn bộ quá trình giải quyết tình huống là do giáo viên thực hiện. Giáo viên rút ra kết luận. Mức 2: Giáo viên tạo tình huống có vấn đề, gợi mở và dẫn dắt học sinh phân tích tình huống đó, làm xuất hiện nhu cầu giải quyết tình huống ở học sinh, đồng thời định hƣớng và tổ chức cho học sinh giải quyết tình huống. Học sinh lập kế Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 39 hoạch giải quyết vấn đề dƣới sự dẫn dắt của giáo viên. Giáo viên và học sinh rút ra kết luận. Mức 3: Giáo viên tạo tình huống có vấn đề còn học sinh đề xuất các giả thuyết và lựa chọn giải pháp. Học sinh thực hiện cách giải quyết vấn đề với sự giúp đỡ của giáo viên khi cần. Giáo viên và học sinh cùng rút ra kết luận. Mức 4: Giáo viên cung cấp thông tin làm nảy sinh tình huống có vấn đề ở học sinh, học sinh phát biểu vấn đề, lập kế hoạch giải quyết, tự nghiên cứu, tìm tòi cách giải quyết vấn đề để chiếm lĩnh kiến thức. Giáo viên và học sinh cùng rút ra kết luận. . Qua thực tiễn dạy học cho thấy, phần lớn giáo viên đã sử dụng dạy học giải quyết vấn đề ở mức 2, trong một số trƣờng hợp đã đạt đƣợc ở mức 3 và mức 4. [6] * Phƣơng pháp thực nghiệm Phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý là một phƣơng pháp nghiên cứu trong dạy học, thực chất là sự tổ chức hoạt động tìm tòi sáng tạo của học sinh theo các bƣớc tƣơng tự nhƣ các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm trong quá trình sáng tạo khoa học. Các bƣớc của phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý nhƣ sau: 1. Làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu: Dựa vào kinh nghiệm trong cuộc sống hàng ngày của học sinh (qua quan sát tự nhiên, qua lao động sản xuất...) hoặc xuất phát từ kiến thức đã học, hoặc dựa vào thí nghiệm mở đầu, giáo viên hƣớng dẫn học sinh nêu lên vấn đề cần nghiên cứu, tạo điều kiện cho học sinh đề ra giả thuyết. 2. Hƣớng dẫn học sinh đề xuất phỏng đoán, đƣa ra giả thuyết, tiến hành đàm thoại để chọn lọc những giả thuyết phù hợp và loại bỏ những giả thuyết không có căn cứ. 3. Rút ra hệ quả từ giả thuyết cần kiểm tra: Từ giả thuyết giáo viên hƣớng dẫn học sinh sử dụng suy luận lôgíc hay suy luận toán học để rút ra một hệ quả, dự đoán hiện tƣợng có thể xẩy ra trong thực tiễn, một mối quan hệ giữa các đại lƣợng vật lý. 4. Giáo viên gợi ý, tạo điều kiện để học sinh tham gia đề xuất phƣơng án thí nghiệm, và kế hoạch thực hiện. Tiến hành thí nghiệm (giáo viên biểu diễn hoặc hƣớng dẫn học sinh tiến hành, hƣớng dẫn học sinh quan sát và ghi nhận kết quả thí nghiệm). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 40 5. Giáo viên hƣớng dẫn học sinh nhận xét, phân tích kết quả thu đƣợc và rút ra kết luận tƣơng ứng với kiến thức cần hình thành. Để thực hiện tốt các bƣớc của phƣơng pháp thực nghiệm khi giảng dạy vật lý cần chú ý những điểm sau: - Vấn đề xuất hiện khi đã có một số hiểu hết về các sự vật hay hiện tƣợng vật lý nhƣng chƣa đầy đủ. Điều đặc trƣng ở đây là nhận ra những lỗ hổng trong kiến thức của học sinh hoặc là mâu thuẫn giữa kiến thức và những thí nghiệm hay phép đo mới, những câu hỏi mà học sinh có thể trả lời một cách lôgic nhờ kiến thức đã có hoặc có thể giải quyết đƣợc nhờ các quy tắc đã biết không phải vấn đề theo nghĩa này. - Cần phân biệt giả thuyết với những phỏng đoán vu vơ, không có căn cứ và phân biệt giả thuyết với một kết luận đƣợc suy ra một cách lôgic từ một điều chân thật đã biết. Kết luận này không phải là giả thuyết và trong trƣờng hợp này cũng không còn vấn đề đòi hỏi phải đƣa ra giả thuyết nữa. Dấu hiệu đặc trƣng của giả thuyết là: Tính xác thực lúc đầu của nó chƣa hoàn toàn sáng tỏ, chỉ là có thể chứ chƣa phải là chắc chắn. Giả thuyết đƣa ra phải có khả năng giải thích, dự đoán hiện tƣợng. Từ điều đƣợc coi là giả thuyết, ngƣời ta có thể giải thích hiện tƣợng đã biết và tiên đoán hiện tƣợng có thể xẩy ra. - Bƣớc đề xuất giả thuyết là một khâu rất quan trọng vì nó đòi hỏi tƣ duy trực giác sáng tạo của học sinh. Vì vậy, giáo viên cần có sự chỉ đạo công phu để hƣớng dẫn sự chú ý của học sinh vào vấn đề, linh hoạt gợi mở cho học sinh. Học sinh có thể hiểu không đúng câu hỏi, do xuất hiện những liên tƣởng mà giáo viên không tính trƣớc đƣợc, do quên hoặc bỏ qua những điều kiện hạn chế, hoặc do những nguyên nhân khác khiến cho học sinh không trả lời đúng ý giáo viên muốn, thậm chí đƣa ra những câu trả lời thiếu chính xác, sai và đôi khi hoàn toàn bất ngờ. Cần phải hƣớng những kiến thức của học sinh vào việc phát hiện những liên hệ bên trong của sự vật, hiện tƣợng. Giáo viên phải chuẩn bị 2 hay nhiều phƣơng án đàm thoại với học sinh tuỳ theo tài liệu và đặc biệt là có sẵn hệ thống câu hỏi gợi mở dẫn dắt học sinh định hƣớng vấn đề, nêu lên hoặc phỏng đoán hoặc giả thuyết một cách sáng tạo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 41 - Trong bƣớc bốn, sau khi đã đề xuất đƣợc phƣơng án thí nghiệm và bắt đầu thí nghiệm, học sinh cần kiểm tra các dụng cụ thí nghiệm để đảm bảo chính xác của các phép đo. Khi học sinh tiến hành thí nghiệm, giáo viên cần uốn nắn cho học sinh các thao tác, kỹ thuật thí nghiệm. - Khi phân tích và sử lý kết quả thí nghiệm, học sinh cần xác định độ tin cậy của kết quả. Có trƣờng hợp kết quả thí nghiệm không phù hợp với điều dự đoán từ giả thuyết thì cần lƣu ý: Hoặc là giả thuyết bị bác bỏ, hoặc kết quả thí nghiệm chỉ ra cho ta thấy phạm vi áp dụng của giả thuyết, hoặc kết quả của nó lại là động lực của những nghiên cứu tiếp theo. Nhƣ vậy phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học có sự tham gia tích cực của học sinh với vai trò nhƣ những "nhà nghiên cứu" khoa học. Học sinh phải đƣợc tham gia một cách chủ động, tích cực dƣới sự hƣớng dẫn của giáo viên. Điều đó hoàn toàn phù hợp với tâm lý của học sinh, muốn đƣợc tự mình "phát minh" những vấn đề mới lạ (tất nhiên chỉ mới lạ với học sinh). Việc thực hiện thí nghiệm theo các bƣớc trên thực chất cũng là việc vận dụng phƣơng pháp dạy học đặt và giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí đồng thời cũng bao hàm các giai đoạn của việc dạy học các thuyết vật lí.[2] 2.2.2. Phƣơng pháp hình thành các thuyết về ánh sáng trong dạy học . 2.2.2.1.Thuyết điện từ ánh sáng của Maxwell [22] * Tìm hiểu cơ sở của thuyết điện từ ánh sáng - Cơ sở tƣ tƣởng: Cơ sở tƣ tƣởng của thuyết điện từ ánh sáng là quan niệm về một mối liên hệ mật thiết giữa các hiện tƣợng điện, từ và quang học. - Vận tốc của sóng điện từ và vận tốc ánh sáng: Dựa trên sự tƣơng tự cơ điện Maxwell đã xây dựng các phƣơng trình của trƣờng điện từ, từ công thức trên ông đã đi đến công thức: c v   trong đó  là hằng số điện môi,  là độ từ thẩm của môi trƣờng, c là hằng số. Năm 1873, Maxwell công bố một công trình lớn: "Luận về điện học và từ học". Trong công trình này, ông trình bày chi tiết thuyết điện từ ánh sáng. Ông khẳng định rằng vận tốc ánh sáng trong một môi trƣờng đƣợc quyết định bởi các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 42 hằng số  và  của môi trƣờng đó. Ông cho rằng hệ thức này có thể kiểm nghiệm đƣợc bằng thực nghiệm và đây chính là một "hòn đá thử vàng" của thuyết điện từ ánh sáng. Đối với một môi trƣờng thì  và  là những hằng số, trong khi đó vận tốc ánh sáng lại phụ thuộc vào bƣớc sóng ánh sáng. Để giải quyết mâu thuẫn này, Maxwell cho rằng  và  thu đƣợc đối với các trƣờng tĩnh. Công thức trên chỉ đƣợc thỏa mãn với những ánh sáng có bƣớc sóng khá lớn. Dự đoán này đƣợc xác nhận là đúng khi ta nghiên cứu các tia hồng ngoại. Maxwell thay các số liệu  ,  và v của parafin vào công thức trên thì đƣợc vánh sáng  vđiện từ . Ông coi đây là một bằng chứng thực nghiệm khác của thuyết điện từ ánh sáng. - Tính chất ngang của sóng ánh sáng và sóng điện từ: - Hiệu ứng Faraday và hiệu ứng Kerr. - Thang sóng điện từ. Việc xây dựng thành công thang sóng điện từ là một cơ sở thực nghiệm rất quan trọng của thuyết điện từ ánh sáng. Tức là, đã chứng minh bằng thực nghiệm có sự biến đổi liên tục về bƣớc sóng của các sóng điện từ, do đó, có sự biến đổi liên tục về tính chất của chúng. * Xây dựng hạt nhân của thuyết điện từ ánh sáng - Tƣ tƣởng cơ bản của thuyết điện từ ánh sáng là quan niệm về sự thống nhất giữa các hiện tƣợng điện từ và hiện tƣợng quang học. Thuyết điện từ ánh sáng là một phần quan trọng của bức tranh điện từ về thế giới. Trong thuyết điện từ ánh sáng ngƣời ta đã giải đáp đƣợc câu hỏi về bản chất của ánh sáng: Ánh sáng là một loại sóng điện từ, nó là một thực thể vật lí. - Những định luật cơ bản và phƣơng trình cơ bản của thuyết điện từ ánh sáng - Mô hình sóng điện từ ánh sáng: Khối lƣợng của trƣờng điện từ liên hệ với năng lƣợng bằng hệ thức Einstein: E = mc2. Sóng ánh sáng có một đặc điểm rất quan trọng: Trong chân không, đối với bất kì hệ quy chiếu quán tính nào, cũng chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động với vận tốc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 43 c = 3.10 8 m/s. Nhƣ vậy, việc phát hiện ra bản chất vật chất của ánh sáng cũng đồng thời là việc phát hiện ra thuyết tƣơng đối. * Vận dụng hạt nhân của thuyết điện từ ánh sáng Thuyết điện từ ánh sáng cho ta thấy cơ chế của sự truyền ánh sáng trong chân không và trong các môi trƣờng. Nó cho phép ta bƣớc đầu đề cập đến cơ chế của sự phát sáng của nguồn sáng. - Lý thuyết tổng quát về nhiễu xạ ánh sáng của Summerfeld Năm 1894, Summerfeld dựa vào thuyết điện từ ánh sáng, đã xây dựng một lí thuyết chặt chẽ về hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng. Ông đã chứng minh đƣợc nguyên lý Huyghens- Fresnel cho những kết quả khá đúng trong trƣờng hợp góc nhiễu xạ không lớn. - Thuyết điện từ ánh sáng với quang học phân tử Dựa vào hệ thức cơ bản n  , ngƣời ta đã tìm đƣợc công thức cơ bản của các hiện tƣợng tán sắc và tán xạ ánh sáng. Trong thuyết electron cổ điển, công thức tán sắc thu đƣợc do nghiên cứu tƣơng tác giữa điện trƣờng trong ánh sáng tới với các quang electron của môi trƣờng. Hiện tƣợng tán sắc thể hiện vĩ mô sự phụ thuộc biên độ dao động cƣỡng bức của quang electron vào tần số ánh sáng kích thích. Trong sự tán sắc ánh sáng, cƣờng độ và sự phân cực của sóng điện từ do các tâm tán xạ của môi trƣờng gây ra. Kết quả đã đƣợc giải thích đầy đủ tính chất phân cực của ánh sáng tán xạ và bƣớc sóng ánh sáng tán xạ và thu đƣợc giản đồ chỉ thị tán xạ phù hợp với thực tế. 2.2.2.2.Thuyết phôtôn ánh sáng * Tìm hiểu cơ sở của thuyết phôtôn ánh sáng: Cơ sở trực tiếp của thuyết phôtôn ánh sáng là các thí nghiệm về hiện tƣợng quang điện. - Hiện tƣợng quang điện Năm 1888, hiện tƣợng quang điện đã đƣợc Stoletov nghiên cứu cẩn thận. Ông đã thiết lập đƣợc nhiều định luật quan trọng của hiện tƣợng này. Ta đặc biệt chú ý đến các định luật sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 44 + Mỗi kim loại có một giới hạn quang điện nhất định. Ánh sáng có bƣớc sóng lớn hơn giới hạn quang điện sẽ không có khả năng gây ra hiện tƣợng quang điện ở kim loại đó. + Hiệu điện thế hãm của hiện tƣợng quang điện chỉ phụ thuộc bƣớc sóng ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại bị chiếu sáng mà không phụ thuộc cƣờng độ ánh sáng kích thích. Hiệu điện thế hãm là một hiệu điện thế đặt ngƣợc làm sao cho hiện tƣợng quang điện vừa đúng bị tắt. Giả sử mỗi electron khi bị bật ra khỏi mặt kim loại có một động năng ban đầu là mv2/2. Muốn cho nó không bay đƣợc từ bản âm đến bản dƣơng, cần phải đặt một hiệu điện thế hãm là Vh sao cho: 2 2 h mv eV   . Hiện tƣợng quang điện xảy ra gần nhƣ tức khắc ngay sau khi cực âm bị chiếu sáng.Vì vậy, hiện tƣợng quang điện đã bắt ta phải tìm một cách giải thích