Bộ giáo dục và đào tạo

Trờng đại học s phạm Hà Nội 2


Nguyễn đình thắng

Vận dụng phơng pháp mô hình trong
Dạy học chơng chất khí vật lí lớp 10
Trung học phổ thông

Chuyờn ngnh: Lý lun v phng phỏp dy hc Vt lý
Mó s: 60.14.10 Luận Văn thạc sĩ giáo dục học
Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Trọng Rỹ



Xuân Hòa, ngày 26 tháng 11 năm 2011
Tác giả Nguyễn Đình Thắng

4
Mục lục

Mở đầu 7

1. Lý do chọn đề tài 7

2. Mục đích nghiên cứu 8

3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu 8

4. Giả thuyết khoa học 8

5. Nhiệm vụ nghiên cứu 8
6. Phơng pháp nghiên cứu3
7. Kết quả nghiên cứu 9



1.4.2. Tổ chức dạy học theo phơng pháp mô hình 32

1.4.3. Các mức độ sử dụng phơng pháp mô hình trong dạy học vật lí 33
1.4.4. Cấu trúc tài liệu giáo khoa theo phơng pháp mô hình 36

1.4.5. Thực trạng sử dụng phơng pháp mô hình trong dạy học vật lý 38

Kết luận chơng 1 40

Chơng 2: Tổ chức dạy học chơng chất khí vật
lý lớp 10 Trung học phổ thông theo phơng pháp
mô hình 41

2.1. Vị trí, mục tiêu của chơng Chất khí 41

2.2. Nội dung, cấu trúc của chơng Chất khí 42

2.2.1. Nội dung, cấu trúc theo sách giáo khoa vật lý lớp 10 hiện hành 42

2.2.2. Nội dung - cấu trúc của chơng theo quan điểm mô hình 44

2.3. Các loại mô hình sử dụng trong dạy học của chơng Chất khí 45

2.3.1. Mô hình vật chất 45

2.3.2. Mô hình biểu tợng 46

2.3.3. Mô hình ký hiệu 46



Kết luận chơng 3 84

kết luận 85

tài liệu tham khảo 94
phụ lục
7
Mở đầu

1. Lý do chọn đề tài
Đổi mới phơng pháp dạy học là vấn đề cấp thiết trong các nhà trờng
hiện nay. Việc áp dụng các phơng pháp dạy học hiện đại dựa trên quan điểm
phát huy tối đa tính tích cực, chủ động, sáng tạo của ngời học, đề cao vai trò
tự học dới sự hớng dẫn của thầy đang đợc phổ biến rộng rãi.
Báo cáo chính trị tại đại hội XI của Đảng đã đặt ra nhiệm vụ: Đổi mới
chơng trình, nội dung, phơng pháp dạy và học, phơng pháp thi, kiểm tra
theo hớng hiện đại; nâng cao chất lợng giáo dục toàn diện, đặc biệt coi
trọng giáo dục lý tởng, giáo duc truyền thống lịch sử cách mạng, đạo đức, lối
sống, năng lực sáng tạo, kỹ năng thực hành, tác phong công nghiệp, ý thức
trách nhiệm xã hội[20].
Tuy nhiên thực trạng dạy học ở trờng phổ thông hiện nay vẫn cha đáp
ứng đợc yêu cầu mà Đảng, Nhà nớc đặt ra. Phần đa giáo viên vẫn còn sức ỳ
lớn trong việc đổi mới phơng pháp dạy học nên việc dạy học ở trờng phổ
thông chủ yếu vẫn là lối truyền thụ một chiều mang tính thông báo và nhồi
nhét. Hậu quả là sự quá tải trong học tập của học sinh, làm thui chột t duy
sáng tạo của các em dẫn tới chất lợng đào tạo không nh mong muốn . Do đó

3.1. Đối tợng nghiên cứu: Quá trình dạy học vật lí ở trờng THPT.
3.2. Phạm vi nghiên cứu: Đề tài đợc thực hiện tại các trờng THPT Bất Bạt,
THPT Ba Vì, thuộc huyện Ba Vì TP Hà Nội.
4. Giả thuyết khoa học
Khi dạy học chơng Chất khí lớp 10 THPT, nếu vận dụng PPMH ở
các mức độ khác nhau để thiết kế phơng án dạy học cho một số đơn vị kiến
thức cụ thể thì kết quả học sinh không những nắm vững sâu sắc kiến thức mà
còn phát triển t duy sáng tạo cho học sinh.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
5.1. Nghiên cứu tài liệu, sách, báo liên quan đến vấn đề nghiên cứu
nhằm xác định cơ sở lí luận cho việc thiết kế quy trình dạy học trên cơ
9
sở vận dụng PPMH.
5.2. Nghiên cứu chơng trình và sách giáo khoa vật lí phần nhiệt học.
5.3. Tìm hiểu thực trạng nhận thức về PPMH và sử dụng PPMH trong dạy
học vật lí ở trờng phổ thông.
5.4. Thiết kế các phơng án dạy học chơng Chất khí trên cơ sở vận dụng
PPMH.
5.5. Thực nghiệm s phạm các phơng án đã xây dựng.
6. Phơng pháp nghiên cứu
6.1. Nghiên cứu lý luận: Vận dụng phơng pháp này để khái quát hóa hệ
thống các vấn đề lý luận trong các tài liệu, sách, báo liên quan đến đề tài
nghiên cứu nhằm xác định cơ sở lý luận cho đề tài.
6.2. Nhóm phơng pháp thực tiễn:
6.2.1. Điều tra giáo dục: Phỏng vấn trực tiếp, gián tiếp qua bộ phiếu hỏi các
giáo viên, cán bộ quản lí giáo dục và học sinh về việc sử dụng mô hình và
PPMH trong dạy học vật lí.


11
Chơng 1
Cơ sở lý luận của việc vận dụng
PPMH trong dạy học vật lí

1.1. Tổng quan nghiên cứu vấn đề
Phơng pháp dạy học vật lí là một nghành của khoa học giáo dục,
nghiên cứu quá trình dạy học môn vật lí. Việc xác định những đặc điểm, bản
chất, quy luật vận động của quá trình đó sẽ giúp ngời giáo viên vật lí có thể
điều khiển đợc diễn biến của nó nhằm đạt đợc mục tiêu của việc dạy học
môn vật lí.
Trong quá trình dạy học, có hai loại nhân vật hoạt động đồng thời: giáo
viên dạy, học sinh học. Giữa hai loại nhân vật này có nhiều mối quan hệ nh
quan hệ giữa giáo viên với cá nhân học sinh, quan hệ giữa giáo viên với tập
thể học sinh trong lớp, quan hệ giữa học sinh với nhau. Hoat đông của hai loại
nhân vật này đều nhằm chung một mục đích cuối cùng là làm cho mỗi cá
nhân học sinh lĩnh hội đợc nội dung môn học bao gồm cả kiến thức, kĩ năng,

Tuy nhiên, để sử dụng đợc thành thạo một phơng pháp nhận thức
khoa học là một việc khó, đòi hỏi trình độ t duy phát triển và kinh nghiệm
phong phú. Không thể qua một vài bài dạy về phơng pháp nhận thức mà có
thể hiểu đợc, sử dụng đợc. Phơng pháp là sự vận động của nội dung. Giáo
viên cần phảI thông qua việc hớng đãn học sinh nghiên cứu một nội dung cụ
thể mà khái quát hóa lên thành phơng pháp nhận thức, sau đó lại tiếp tục vận
dụng phơng pháp này cho nghiên cứu các nội dung khác.
Trong dạy học vật lí ở trờng phổ thông ngoài những phơng pháp
chung thì còn có hai phơng pháp đặc thù là phơng pháp thực nghiệm và
phơng pháp mô hình. Phơng pháp thực nghiệm đợc dùng phổ biến nhất, nó
xuyên suốt quá trình dạy học vật lí ở trờng phổ thông. Một số công trình
nghiên cứu có quan tâm đến PPMH nh: Sử dụng phơng pháp nhận thức
(phơng pháp mô hình) trong dạy học vật lí nhằm phát triển t duy học sinh
của tác giả Trịnh Thị Hải Yến. Quan điểm mô hình hoá về vấn đề nhận thức
13
khoa học của tác giả Phạm Hữu Tòng đã đề cập tới mô hình, phơng pháp mô
hình trong dạy học vật lí. Thực tế thì phơng pháp mô hình ít xuất hiện tờng
minh trong các giờ học vật lí ở trờng phổ thông.
Vì vậy chúng tôi chọn đề tài Vận đụng phơng pháp mô hình trong
dạy học chơng chất khí vật lí lớp 10 THPT với mục đích bồi dơng
phơng pháp nhận thức khoa học cho học sinh, giúp họ nắm vững, sâu sắc
kiến thức và phát triển t duy sáng tạo của họ.
1.2. Mô hình
1.2.1. Khái niệm về mô hình
Khái niệm mô hình đợc sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thông dụng
hàng ngày với những ý nghĩa rất khác nhau. Trong các môn khoa học tự nhiên
học sinh thờng gặp mô hình tế bào, mô hình động cơ không đồng bộ ba pha,

trúc bị che khuất, hoặc là sự tơng tự chức năng, hiệu quả.
1.2.2. Các chức năng của mô hình
Nh chúng ta đã thấy, vai trò của một mô hình vật lý nhằm đảm bảo
cho sự thấu hiểu khoa học một đối tợng vật lý nào đó. Nh vậy, trong vật lý
học mô hình có ba chức năng chính sau đây:
a) Mô tả sự vật, hiện tợng.
b) Giải thích các sự kiện và hiện tợng có liên quan tới đối tợng.
c) Tiên đoán các sự kiện và hiện tợng mới.
Một mô hình không phải chỉ dùng để mô tả và giải thích các hiện tợng
vật lý mà hơn thế nữa, nó còn đợc dùng để tiên đoán những hiện tợng mới.
Không có chức năng tiên đoán này, mô hình mất đi vai trò quan trọng của nó
trong khoa học.
Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng mô hình đờng cảm ứng từ trong dạy
học về từ trờng và hiện tợng cảm ứng điện từ (lớp 11). Mô hình đờng cảm
ứng từ không những biểu diễn đợc hớng mà còn cả độ lớn của lực từ ở mỗi
điểm xung quanh nam châm. Sử dụng mô hình đờng cảm ứng từ giúp ta phát
hiện ra định luật cảm ứng điện từ: dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một
khung dây dẫn kín khi từ thông qua tiết diện của khung dây biến thiên. Bằng
15
mô hình đờng cảm ứng từ ta còn có thể phát hiện ra một điều quan trọng là:
không gian xung quanh dòng điện cũng tồn tại từ trờng.
1.2.3. Tính chất của mô hình
Với t cách là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối
tợng nghiên cứu, một mô hình có những tính chất cơ bản sau đây:
a) Tính tơng tự với vật gốc:
Một hệ thống chỉ có thể đợc coi là mô hình của vật gốc khi có thể
chuyển đợc những kết quả nghiên cứu trên mô hình sang vật gốc. Nghĩa là

mối liên hệ giữa các hệ thống khác nhau ở các phần khác nhau của vật lý cũng
nh những dấu hiệu giống nhau và khác nhau của chúng.
b) Tính đơn giản:
Nh ta đã biết, thực tế khách quan vô cùng đa dạng và phong phú. Mỗi
mô hình chỉ phản ánh đợc một mặt nào đó của thực tế. Nhiều khi một hệ
thống thực thể khách quan phải dùng đến nhiều mô hình để phản ánh. Trong
khi xây dựng mô hình ta phải thực hiện các thao tác trừu tợng hóa, khái quát
hóa những thao tác ấy bao giờ cũng dẫn đến một sự đơn giản hóa vì rằng ta đã
tớc bỏ những chi tiết thứ yếu, chỉ còn lại những thuộc tính và những mối liên
hệ bản chất. Nh vậy tính đơn giản của mô hình là một tất yếu khách quan.
Mặt khác cũng nhờ tính đơn giản này của mô hình mà nhà nghiên cứu
có thể nắm chắc những vấn đề cơ bản nhất của thực tế khách quan, khái quát
hóa chúng mà rút ra những quy luật. Nếu không dùng những mô hình đơn
giản để nghiên cứu mà nghiên cứu ngay những hiện tợng thực tế phức tạp thì
nhiều trờng hợp quy luật bị lu mờ và nhà nghiên cứu có thể bị nhầm lẫn.
c) Tính trực quan:
Trớc hết tính trực quan của mô hình thể hiện ở chỗ dễ dàng nhận biết
bằng các giác quan. Ta có thể cảm giác, tri giác trực tiếp trên mô hình, nhng
nhiều khi không làm đợc việc đó trên các hiện tợng thực tế.
Tính trực quan cũng thể hiện ở chỗ ta đã vật chất hóa những tính chất,
những quan hệ không thể trực tiếp tri giác đợc. Thí dụ lực hút, lực đẩy giữa
các phân tử đợc biểu diễn trên mô hình bằng cách gạch nối đậm hay mảnh,
17
hoặc quy luật chuyển động đợc biểu diễn bằng đồ thị vận tốc.
Khái niệm trực quan còn đợc mở rộng trong trờng hợp mô hình không
trực tiếp diễn tả hiện tợng thực tế mà so sánh với một hiện tợng thực tế khác
mà ta có thể tri giác bằng giác quan đợc. Ví dụ nh dùng mô hình sóng nớc để

Mô hình xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn. Nhng khi ta mô
hình hóa một vật, một mối quan hệ nào đó ta đã thực hiện một sự trừu tợng
hóa, khái quát hóa, phản ánh các thuộc tính của vật thể, hiện tợng khách
quan ở mức độ hoàn thiện cao, loại bỏ tất cả những ảnh hởng nhiễu trong
nhận thức. Nh vậy mô hình nào cũng có tính chất lý tởng ít hay nhiều. Nói
cách khác không có mô hình nào giống hệt thực tiễn bởi nếu mô hình hoàn
toàn giống thực tế khách quan thì nó không còn tính cách là vật đại diện, thay
thế nữa. Một mô hình vật lý chỉ phản ánh đến một mức độ nhất định một vài
mặt của một tình huống vật lý.
Tính chất lý tởng của mô hình ngày càng cao thì mô hình càng khái
quát và giúp ta nhận thức đợc những nét chung nhất của hiện tợng và bao
trùm đợc một số càng lớn hiện tợng. Nhng càng khái quát, càng có tính lý
tởng cao thì khi sử dụng mô hình để nghiên cứu thực tế càng gặp nhiều khó
khăn vì ta phải bổ sung vào cấu trúc chung của mô hình rất nhiều yếu tố cụ
thể phù hợp với các tính chất đối tợng nghiên cứu.
1.2.4. Các loại mô hình sử dụng trong vật lý học
Ta có thể phân các mô hình vật lý ra làm hai loại [18, 130], [15, 27].
A) Mô hình vật chất:
Là mô hình trên đó phản ánh đặc trng cơ bản về mặt hình học, vật lý,
động lực học, chức năng học của đối tợng nghiên cứu.
Thí dụ: Mô hình máy phát điện, mô hình động cơ điện, mô hình động
cơ đốt trong Loại mô hình này chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình
nhận thức khi cần hình thành những biểu tợng hoặc thu thập kiến thức có
tính chất kinh nghiệm. Những kiến thức thu đợc trên mô hình là những tính
chất bên ngoài của hiên tợng, của đối tợng thực.
B) Mô hình lý tởng ( hay mô hình lý thuyết)
Là những mô hình trừu tợng, trên đó về nguyên tắc ngời ta chỉ áp

quá trình xã hội [4].
a
2
) Mô hình đồ thị: Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến mô hình đồ thị, là
một loại mô hình rất thông dụng trong nghiên cứu vật lý, đặc biệt là trong
nghiên cứu thực nghiệm, nhng cha đợc hiểu và sử dụng đúng mức.
Vai trò của đồ thị thể hiện rất rõ: Đồ thị biểu diễn một mối quan hệ giữa
20
hai hoặc ba đại lợng vật lý mô tả hiện tợng tự nhiên.
Nếu chỉ dừng lại ở việc giải thích hiện tợng theo quan điểm vĩ mô
(theo hiện tơng luận) thì trong nhiều trờng hợp, có thể dựa vào đồ thị để giải
thích sự diễn biến của hiện tợng. Chẳng hạn, ngời ta thờng dựa vào đặc
tuyến vôn- ampe của tranzito để chọn điểm làm việc của nó. Ngợc lại với
một điểm làm việc nhất định, thì dựa vào đặc tuyến vôn- ampe ta có thể biết
trazito hoạt động ở chế độ tuyến tính hay không tuyến tính.
Mỗi đồ thị không những chỉ phản ánh đơn thuần mối liên hệ hàm số
giữa hai đại lợng vật lý, mà nó mang nhiều thông tin quý báu ngoài mối liên
hệ đó. đó chính là chức năng tiên đoán của đồ thị. Đồ thị của đờng đẳng tích
và đờng đẳng áp đã cho ta tiên đoán sự tồn tại của độ không tuyệt đối.
Nếu một đồ thị có một cực đại (hay một cực tiểu) thì nó sẽ cho ta thấy
có hai yếu tố trái ngợc nhau chi phối hiện tợng mà ta xét. Đó chẳng hạn là
trờng hợp đồ thị thực nghiệm của sự phụ thuộc năng suất phát xạ đơn sắc của
vật đen tuyệt đối và bớc sóng.
Nh vậy, đồ thị vật lý hoàn toàn có đủ t cách là một mô hình lý thuyết
của hiện tợng vật lý.
Để cho đồ thị có ý nghĩa nh một mô hình độc lập chứ không phải chỉ
là một dạng để biểu diễn một công thức toán học, cần nói rõ cách xây dựng và

trình nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng. Mô hình ký hiệu và mô
hình biểu tợng trong sáng tạo khoa học vật lý liên quan mật thiết với nhau và
có ảnh hởng đến sự phát triển của nhau.
Tóm lại, chúng ta có thể xây dựng sơ đồ các loại mô hình nh ở hình
1.1 sau đây:

MÔ hình
MH lý thuyết
MH vật chất
MH ký hiệu

MH biểu tợng

MH đồ thị MH lôgic toán MH toán học
Hình 1.1: Các loại MH sử dụng trong vật lý học

MH chức năng
MH cấu trúc

a
1
, a
2
, a
3
a
n
giống nh đối tợng A ta có thể suy ra rằng B cũng có tính chất
a
n+1
nh đối tợng A nếu nh giữa a
1
, a
2
, a
3
a
n+1
có một quy luật lôgic gắn bó.
Rõ ràng sự suy luận tơng tự trên chỉ có tính chất là một giả thuyết, là
nguồn gốc trí thức mới. Những giả thuyết đó chỉ trở thành nhận thức khoa học
khi chúng đợc kiểm tra và xác nhận bằng thực nghiệm.
Sở dĩ sự suy luận bằng phép tơng tự đạt đợc những kết quả đáng tin
cậy trở thành một phơng pháp có hiệu lực trong khoa học vì theo Kedrốp: Sự
tơng tự có nguyên nhân sâu xa là sự thống nhất bản chất bên trong của những
hiện tợng khác nhau, sự thống nhất có tính tổng quát của các định luật chung
chi phối những định luật riêng.
Trớc hết chúng tơng tự với nhau vì chúng tuân theo những mối quan
hệ nhân quả. Dựa trên sự tơng tự giữa các hệ quả mà ngời ta có thể đa ra

dựa vào đó nhà nghiên cứu xây dựng những mô hình thật (nếu nhà nghiên cứu
24
dùng phơng pháp mô hình vật chất). Trong trờng hợp mô hình lý tởng thì
ngời ta đem đối chiếu trong óc mô hình với những vật, những hiện tợng mà
ngời ta đã quen biết, chẳng hạn nh trong thuyết động học chất khí, ngời ta
đã trừu xuất những chi tiết về cấu trúc của những phân tử của chất khí, chỉ còn
giữ lại những đặc điểm về mặt động học của các phân tử và thay thế những
phân tử khí bằng những hạt. Những hạt này giống với những quả cầu va chạm
tuyệt đối đàn hồi mà ta đã biết rõ những quy luật chi phối chúng.
c) Thao tác trên mô hình suy ra hệ quả lý thuyết:
Sau khi xây dựng mô hình, ngời ta áp dụng những phơng pháp lý
thuyết hoặc thực nghiệm khác nhau từ t duy trên mô hình và thu đợc kết
quả, những thông tin mới. Đối với các mô hình vật chất thì ngời ta làm thí
nghiệm thực trên mô hình . Còn đối với mô hình lý tởng thì thao tác trên mô
hình trong óc, tức là áp dụng những phép tính hay những phép phân tích suy
luận lôgic dựa trên các mệnh đề của mô hình nh các tiên đề. Ngời ta coi
công việc này nh làm một thí nghiệm đặc biệt gọi là thí nghiệm tởng tợng.
Thí nghiệm tởng tợng tuy không có thật nhng có thể thực hiện đợc và có
vai trò rất lớn trong khoa học. Theo Heisenberg: những thí nghiệm đó đợc
sáng tạo để giải thích những vấn đề đặc biệt quan trọng, bất kể là thực tế ta có
thể thực hiện đợc thí nghiệm đó hay không. Dĩ nhiên, điều quan trọng là thí
nghiệm đó có thể thực hiện về nguyên tắc, mặc dù kỹ thuật thực hiện của nó
có thể rất phức tạp.
Trong phơng pháp mô hình lý tởng ngời ta đã biết trớc hành vi của
mô hình trong những điều kiện xác định. Điều ngời ta muốn biết thêm là hệ
quả của những hành vi đó nh thế nào.
Thí nghiệm tởng tợng thực chất là một thao tác lôgic chứ không phải