Vật lí (VL) là một bộ môn khoa học thực nghiệm, vì vậy việc sử dụng thí nghiệm (TN) trong dạy học VL ở trường phổ thông không chỉ là công việc bắt buộc, mà nó còn là một trong những biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng dạy học, góp phần tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh (HS). Một trong những tác dụng của TN VL là tạo ra sự trực quan sinh động trước mắt HS và cũng chính vì thế mà sự cần thiết của TN trong dạy học VL còn được quy định bởi tính chất của quá trình nhận thức của HS dưới sự hướng dẫn của GV. Thông qua TN VL, có thể tạo ra những tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan, với sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.

TN VL hiểu theo nghĩa rộng còn là một trong những phương pháp dạy học VL ở trường phổ thông. Đó là cách thức hoạt động của thầy và trò, giúp cho trò tự chiếm lĩnh kiến thức kĩ năng, kĩ xảo, đặc biệt là kĩ năng, kĩ xảo thực hành. Thêm vào đó, TN còn có tác dụng giúp cho việc dạy học VL tránh được tính chất giáo điều hình thức đang phổ biến trong dạy học hiện nay. Ngoài ra, TN VL còn góp phần giúp cho HS củng cố niềm tin khoa học nhằm hình thành thế giới quan duy vật biện chứng cho HS.

Cùng với TN VL, việc sử dụng các phương tiện dạy học, nhất là các phương tiện dạy học hiện đại trong dạy học là hết sức cần thiết, đó cũng chính là điều kiện cần thiết nhằm đạt được mục đích dạy học. 

Sử dụng một cách hợp lí các phương tiện dạy học nói chung là việc làm không thể thiếu được trong mục tiêu nâng cao hiệu quả dạy học. Đó chính là một trong những cách thức để cung cấp kiến thức cho HS một cách chắc chắn và chính xác, làm cho nguồn thông tin họ thu nhận được trở nên đáng tin cậy hơn, cụ thể hơn, từ đó HS tăng thêm khả năng tiếp thu về những thuộc tính bản chất của các sự vật, hiện tượng và các quá trình phức tạp mà bình thường họ khó nắm vững được. Đó cũng chính là cách để rút ngắn thời gian lĩnh hội kiến thức của HS, dễ dàng gây được cảm hứng và sự chú ý của HS, giải phóng GV khỏi một khối lượng lớn các công việc chân tay. Bằng việc sử dụng phương tiện dạy học, GV có thể kiểm tra một cách khách quan hơn khả năng tiếp thu kiến thức cũng như sự hình thành kĩ năng, kĩ xảo của HS.

Có thể nói rằng, trong dạy học cũng như trong nghiên cứu khoa học, TN VL và các phương tiện dạy học hiện đại có một vai trò hết sức quan trọng và có tác dụng rất lớn. Tuy vậy, trong các trường phổ thông hiện nay, TN VL vẫn chưa có một vị trí xứng đáng, các thiết bị dạy học hiện đại được sử dụng chưa nhiều và có phần kém hiệu quả. Nguyên nhân một phần là do sự thiếu thốn về cơ sở vật chất và thiết bị TN ở các trường phổ thông. Mặt khác, do TN chưa được đưa vào trong kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của HS, điều đó đã ảnh hưởng đến thái độ của cả người dạy và người học đối với việc sử dụng TN trong dạy và học VL. Bởi như chúng ta biết thi cử có tác dụng điều chỉnh việc dạy và học: thi thế nào thì dạy và học thế đó. Một phần khác không kém phần quan trọng chính là ở đội ngũ giáo viên (GV), chúng ta chưa mạnh dạn tìm tòi, nghiên cứu sử dụng, để các TN VL, các phương tiện dạy học hiện đại thực sự mang lại hiệu quả. Ngoài ra, cũng cần phải thừa nhận rằng, khả năng sử dụng các thiết bị dạy học hiện đại cũng như thao tác TN của một bộ phận GV hiện nay nói chung còn hạn chế. 

Nội dung của chuyên đề này đề cập đến việc sử dụng TN và các phương tiện dạy học trong dạy học vật lí, đồng thời đề xuất việc kết hợp sử dụng TN và các phương tiện hiện đại nhằm nâng cao chất lượng dạy và học vật lí ở trường phổ thông.

1.1. Chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí

1.1.1. Chức năng của thí nghiệm theo quan điểm lí luận nhận thức

TN là một phương tiện quan trọng của hoạt động nhận thức của con người, thông qua TN con người đã thu nhận được những tri thức khoa học cần thiết nhằm nâng cao năng lực của bản thân để có thể tác động và cải tạo thực tiễn. Trong dạy học, TN là phương tiện của hoạt động nhận thức của HS, nó giúp người học trong việc tìm kiếm và thu nhận kiến thức khoa học cần thiết.

Vai trò của TN trong mỗi giai đoạn của quá trình nhận thức phụ thuộc vào vốn hiểu biết của con người về đối tượng cần nghiên cứu. Trong dạy học VL, TN được sử dụng như một công cụ phân tích hiện thực khách quan, từ đó HS thu nhận tri thức về đối tượng, nếu ban đầu HS chưa biết hoặc biết một ít về đối tượng cần nghiên cứu, thì TN được sử dụng để thu nhận những kiến thức đầu tiên về nó, thông qua TN, HS có thể trả lời được các câu hỏi về hiện tượng xảy ra của đối tượng … Chẳng hạn, khi nghiên cứu hiện tượng khúc xạ ánh sáng, thông qua TN, HS không những quan sát được hiện tượng khúc xạ ánh sáng (sự gãy khúc của tia sáng tại mặt phân cách giữa hai môi trường) mà còn thu thập được các số liệu về góc tới và góc khúc xạ tương ứng, tạo cơ sở để rút ra được nội dung định luật khúc xạ ánh sáng.

Trong cuộc sống thực tế, các sự vật hiện tượng xung quanh chúng ta vô cùng phức tạp, đa dạng và đan xen vào nhau. Ta không thể nghiên cứu riêng lẻ một hiện tượng mà không có sự ảnh hưởng của các hiện tượng khác tác động lên chúng, nghĩa là không thể tách riêng từng hiện tượng để quan sát, nghiên cứu. Trong tự nhiên cũng thế, các hiện tượng xảy ra chằng chịt và đan xen lẫn nhau, để nghiên cứu các hiện tượng, sự vật riêng biệt, ta chỉ có thể sử dụng TN để nghiên cứu riêng cho trường hợp cụ thể đó, và chỉ có thông qua TN thì sự vật, hiện tượng cần nghiên cứu mới được phơi bày rõ ràng bản chất của nó, và đó cũng là điều mà chúng ta cần quan tâm.

Thực tế, trong dạy học nói chung và dạy học VL nói riêng, đối với những bài học có liên quan đến những hiện tượng, nếu GV giảng dạy theo lối thông báo TN thì HS sẽ thụ động tiếp nhận kiến thức, nhưng nếu dùng TN thì thông qua TN, HS không những tiếp thu kiến thức một cách một cách tự lực, mà qua đó làm cho HS tích cực, sáng tạo hơn trong hoạt động nhận thức, từ đó họ hăng hái tham gia vào công cuộc khám phá kiến thức mới thông qua TN.

Có thể nói rằng, TN là nguồn cung cấp thông tin chính xác về các sự vật, hiện tượng và chỉ có TN thì kiến thức mà HS thu nhận mới đạt chất lượng, hiệu quả và chính việc sử dụng TN trong dạy học VL mới đem lại cho HS sự tự tin vào kiến thức được lĩnh hội.

Trong khoa học, phương pháp thực nghiệm được coi là “hòn đá thử vàng” của mọi tri thức chân chính. Bởi vậy, có thể nói TN có chức năng trong việc kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu nhận.

Trong dạy học VL, TN là một trong những phương tiện tốt để kiểm tra kiến thức VL đã được khái quát hoá từ lí thuyết. Thực tế cho thấy, từ sự khái quát hoá lí thuyết rồi đưa ra TN để kiểm tra lí thuyết không những làm cho hoạt động nhận thức của HS tích cực hơn mà còn tạo được niềm tin về sự đúng đắn của kiến thức mà HS đã lĩnh hội. Thông thường, suy nghĩ của HS luôn có sự khái quát lí thuyết, tuy nhiên, đó chỉ là sự khái quát hoá, sự tư duy theo lí thuyết suông, mà cần phải được GV kiểm tra bằng TN. Ngoài ra, những kết luận từ sự tư duy trừu tượng của HS cũng cần phải được kiểm tra tính đúng đắn thông qua TN. Trong trường hợp này, rõ ràng TN đã góp phần tích cực vào hoạt động nhận thức của HS, kiểm chứng sự đúng đắn trong suy luận và những kiến thức mà HS thu nhận được.

Trong quá trình vận dụng kiến thức vào thực tiễn, vào việc thiết kế và chế tạo các thiết bị kĩ thuật, người ta gặp phải những khó khăn nhất định do tính khái quát và trừu tượng của các tri thức cần vận dụng, cũng như bởi tính phức tạp của các thiết bị kĩ thuật cần chế tạo. Trong trường hợp đó TN được sử dụng với tư cách là phương tiện thử nghiệm cho việc vận dụng tri thức vào thực tiễn.

Chẳng hạn: việc vận dụng kiến thức về lực nâng trong chế tạo máy bay, để có được phương án tối ưu trong việc thiết kế kiểu dáng cánh máy bay người ta đã làm TN với với các mô hình máy bay thu nhỏ. Sau đó dựa vào phương pháp tương tự và lí thuyết đồng dạng để chuyển kết quả thu được qua việc nghiên cứu trên mô hình vào các đối tượng thực tế cần chế tạo.

Trong dạy học VL, TN không những có vai trò rất lớn trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, thể hiện ở khía cạnh cung cấp kiến thức, rèn luyện thao tác chân tay, tác động đến giác quan của HS ..., mà TN còn có một vai trò rất lớn khác trong việc giúp HS củng cố và vận dụng kiến thức một cách vững chắc.

Các kiến thức VL được giảng dạy trên lớp cần phải được khắc sâu trong tiềm thức của HS, theo đó, HS phải thường xuyên củng cố và vận dụng kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, vấn đề này sẽ được thực hiện tốt nếu chúng ta biết vận dụng TN để giải quyết, TN VL giúp cho HS có điều kiện vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, từ đó xoá bỏ dần lối học vẹt, lí thuyết suông đã tồn tại nhiều năm trước đây.

TN luôn đóng một vai trò rất quan trọng trong các phương pháp nhận thức khoa học, chẳng hạn:

– Đối với phương pháp thực nghiệm, TN luôn có mặt ở nhiều khâu khác nhau: làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu, kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết, …

– Trong phương pháp mô hình, TN giúp ta thu thập các thông tin về đối tượng gốc làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình.

Ngoài ra, đối với mô hình vật chất điều bắt buộc là người ta phải tiến hành các TN thực sự với nó. Cuối cùng, nhờ những kết quả của các TN được tiến hành trên vật gốc tạo cơ sở để đối chiếu với kết quả thu được từ mô hình, qua đó để có thể kiểm tra tính đúng đắn của mô hình được xây dựng và chỉ ra giới hạn áp dụng của nó