Khai niem Vli

khái niệm vật lý và sự hỡnh thành
khái niệm vật lý
Mở đầu
Khái niệm vật lý là một bộ phận quan trọng trong toàn bộ kiến thức cơ bản của môn vật lý. Hỡnh thành khái niệm là một trong nh?ng vấn đề trọng tâm của dạy học bộ môn.
Khái niệm vật lý và sự hỡnh thành chúng là nh?ng vấn đề rất lớn và rất khó d?i v?i d?y h?c. Muốn gi?i quy?t t?t vấn đề này ngoài kiến thức vật lý, GV còn phải có kiến thức nhất định về tâm lý học, logic, triết học duy vật biện chứng và khoa học luận của vật lí.
1. Khái niệm
1.1. Khái niệm là gỡ?
Khái niệm là sự hiểu biết về nh?ng dấu hiệu, nh?ng thuộc tính bản chất và chung của các sự vật hiện tượng về nh?ng mối liên hệ, quan hệ có tính qui luật gi?a chúng.
Theo tâm lí học, khái niệm là một nang lực thực tiễn được kết tinh lại và "gửi" vào đối tượng. Do dú, bất cứ một ai muốn có một khái niệm nào thỡ phải thâm nhập vào đối tượng để làm bộc lộ lôgic tồn tại của nó và chuyển sự cư ngụ của khái niệm từ đối tượng sang chủ thể nhận thức.
1.2. Khái niệm và từ
Mỗi khái niệm được biểu thị dưới hỡnh thức ngôn ng? bằng một từ hay một cụm từ (tên gọi). Kí hiệu, tên gọi là cái chủ quan, mà người ta qui ước với nhau, còn ý nghĩa, nội dung của từ (khái niệm) là cái khách quan. Thí dụ, mặt phẳng nghiêng, dó là một khái niệm, đó cũng là từ, là tên gọi của khái niệm ấy.
Do sự phong phú của ngôn ng? nên một khái niệm có thể có nhiều tên, vớ d?: diện tử hay êlectrôn; có thể cùng một từ nhưng diễn đạt các khái niệm khác nhau. Ví dụ, từ "sức".
2. Khái niệm vật lý
2.1. Khái niệm vật lý
Khái niệm vật lý là sự hiểu biết (phản ánh) về nh?ng dấu hiệu, nh?ng thuộc tính vật lý chủ yếu và chung của một nhóm các sự vật hay hiện tượng vật lý và mối quan hệ "cùng dấu hiệu thuộc tính chung đó" gi?a các sự vật hay hiện tượng trong nhóm vào đầu óc con người.
2.2. Dặc điểm của khái niệm vật lý
Khái niệm vật lý là hỡnh thức cơ bản của nhận thức lý tính, được hỡnh thành do kết quả của hoạt động tư duy, đặc biệt là quá trỡnh khái quát hóa và trừu tượng hóa.
Khái niệm vật lý có tính bản chất (tính trừu tượng, tính chủ yếu) và chung.
c) Khái niệm vật lý có tính biến đổi, tính phát triển.
Khái niệm vật lý ở thời kỡ nào phản ánh trỡnh độ nhận thức nhất định của con người ở thời kỡ đó.
Có nh?ng khái niệm biến đổi theo hướng tổng quát hơn. Ví dụ, trong cơ học cổ điển, khối lượng
Có nh?ng khái niệm bị loại bỏ hẳn trong quá trỡnh phát triển của khoa học, như chất nhiệt, chất điện, êtê vật lý...
Có nh?ng khái niệm biến đổi theo hướng phân hoá: khái niệm mới được hỡnh thành do kết quả của sự phân tách một khái niệm cũ. VD: Nguyờn t? -> nt? v� pt?...
2.3. Dại lượng vật lý và khái niệm về đại lượng vật lý
Dại lượng là tính chất có thể thay đổi một cách định lượng (tang lên hay giảm đi), có thể đo được.
Nh?ng thuộc tính vật lý nào có thể thay đổi một cách định lượng, thỡ được gọi là đại lượng vật lý.
Ta có thể định nghĩa đại lượng vật lý như sau: "Dại lượng vật lý là nh?ng đại lượng đặc trưng cho thuộc tính vật lý về mặt định lượng cũng như mặt định tính``.
3. Phân loại khái niệm vật lý. Các cách định nghĩa khái niệm vật lý
3.1. Phân loại khái niệm
3.1.1. Khái niệm định tính
Dó là nh?ng khái niệm miêu tả hành vi của tự nhiên, nhưng không "phục tùng" một quá trỡnh đo nào và về nguyên tắc cũng không gần gũi với các quá trỡnh đo. Dú l� nh?ng khái niệm v?: hiện tượng, sự vật cụ thể, hạt vi mô, các trường vật lý và các thuộc tính vật lý (Chỉ có mặt định tính hay chỉ quan tâm đến mặt định tính).
2. Khái niệm định lượng
Nh?ng khái niệm vật lý thuộc loại định lượng (bao gồm cả mặt định tính và cả mặt định lượng) gồm có: Nh?ng khái niệm về các đại lượng vật lý (vận tốc, gia tốc, lực, khối lượng, cường độ dòng điện...), nh?ng khái niệm về đơn vị (niutơn, culông, ampe...)
có thể được mô tả bởi sơ đồ sau:
3.2. Cách định nghĩa khái niệm
1. Các cách định nghĩa khái niệm
a) Dịnh nghĩa thông qua giống và khác biệt về loài
Theo lôgic học, định nghĩa một khái niệm là vạch ra nội hàm và ngoại diên của khái niệm ấy, theo công thức:



Ví dụ: Trọng lực là lực hút của trái đất lên vật.
Khái niệm muốn định nghĩa
= Khái niệm giống +
Thuộc tính bản chất của loài
b) Dịnh nghĩa bằng cách nêu toàn bộ nội hàm của khái niệm (d?i v?i nh?ng khái niệm không cùng một giống với bất cứ một khái niệm nào khác)
Da số hiện tượng vật lý nên dùng hỡnh thức định nghĩa này. Ví dụ: Vận tốc là đại lượng.
c) Dịnh nghĩa qua "thương" và "tích"
Dối với các đại lượng vật lý, đặc điểm định lượng phản ánh đặc điểm định tính, thống nhất với đặc điểm định tính người ta thường định nghĩa qua "thương" hay "tích".
Ngoài ra, còn một số cách định nghĩa khác như: Dịnh nghĩa duy danh, ví dụ: E = mc2. Dịnh nghĩa xây dựng, ví dụ: con lắc lò xo là con lắc gồm...
Dối với một số khái niệm khó, có tính trừu tượng và khái quát cao mà học sinh không thể một lúc lĩnh hội ngay được nội dung của chúng (nhiệt độ, nhiệt lượng, công, nang lượng, lực...) thỡ đi đôi với việc hỡnh thành khái niệm từng bước, phải dùng nhiều hỡnh thức định nghĩa khác nhau, từ định tính đến định lượng, từ đơn giản đến phức tạp, từ hỡnh thức miêu tả hay giới thiệu qua một số ví dụ điển hỡnh, đến hỡnh thức cô đọng, ngắn gọn mà nội dung sâu sắc.
2. Các quy tắc định nghĩa
Theo lôgic học, việc định nghĩa khái niệm phải đảm bảo một số quy tắc sau:
Dịnh nghĩa phải tương xứng, nghĩa là ngoại diên của khái niệm muốn định nghĩa và ngoại diện của khái niệm dùng để định nghĩa phải bằng nhau. Ví dụ, ta nói: trọng lực là lực hút của trái đất lên vật mà không nói: trọng lực là lực hấp dẫn.
Dịnh nghĩa không được vòng quanh, luẩn quẩn. Không được dùng khái niệm A để định nghĩa khái niệm B, rồi lại dùng khái niệm B để định nghĩa khái niệm A.
Dịnh nghĩa phải không được phủ định. Ví dụ: Chất rắn là chất không lỏng.
Dịnh nghĩa phải ngắn gọn, không chứa đựng nh?ng thuộc tính có thể suy ra từ các thuộc tính khác đã được nêu trong định nghĩa.
4. Hỡnh thành các khái niệm vật lý
Vi?c hỡnh thành tốt các khái niệm vật lý s? giỳp HS hiểu đúng, hi?u sâu sắc các khái niệm v� phát triển nang lực tư duy của họ, giúp họ vận dụng tốt các kiến thức đã học vào thực tiễn và xa hơn n?a, rèn luyện cho họ nang lực sáng tạo.
Việc hỡnh thành khái niệm phải d?m b?o:
Tính chính xác.
- Tính rõ ràng.
- Tính hiệu quả đối với việc hỡnh hành kiến thức, kỹ nang.
4.1. Các thao tác tư duy cần dùng trong khi hình thành khái niệm
1.So sánh: so sánh là một thao tác tư duy mà con người dùng đề xác định sự giống và khác nhau của các sự vật và hiện tượng.
Một quá trỡnh so sánh bao gồm: hiểu cơ sở hay tiêu chuẩn để so sánh, chú ý đến cả hai đối tượng cần so sánh, nêu lên cái giống nhau và cái khác nhau trong các đối tượng đó. Việc so sánh là để chuẩn bị cho sự tổng hợp và khái quát hoá.
Trong dạy học, so sánh luôn luôn phục vụ cho mục đích nhận thức nào đó. Bởi vỡ các sự vật và hiện tượng có thể giống nhau về phương diện này và khác nhau về phương diện khác.
2. Phân tích và tổng hợp:
Phân tích là một thao tác tư duy mà con người dùng để phân chia các bộ phận hợp thành của một vật thể hoặc một hiện tượng và phân biệt thuộc tính của từng bộ phận ấy.
Tổng hợp là một thao tác tư duy mà con người dùng để đem nh?ng bộ phận của vật thể hoặc của hiện tượng đã được phân chia ra, đã được phân tích, hợp thành một chính thể.
Tổng hợp là một hoạt động tư duy xác định nhằm đem lại một kết quả mới về chất, cung cấp một sự hiểu biết mới nào đó về hiện thực. Quá trỡnh tổng hợp trong hoạt động tư duy giúp cho học sinh nắm v?ng khoa học.
Phân tích và tổng hợp là hai thao tác tư duy gắn bó mật thiết với nhau. Phân tích để có hiểu biết về từng bộ phận, tổng hợp để có hiểu biết chung. Phân tích và tổng hợp thường đi kèm với so sánh. Sau khi phân tích một sự vật hay hiện tượng nào đó ra thành các bộ phận nhờ so sánh ta thấy được cái khác nhau cũng như cái giống nhau gi?a các bộ phận đó. Sau đó tổng hợp để liên kết tất cả nh?ng cái phong phú của các bộ phận riêng biệt thành một thể thống nhất nào đấy.
3. Trừu tượng hoá và khái quát hoá:
Trừu tượng hoá là thao tác tư duy mà con người dùng để vạch ra nh?ng dấu hiệu thuộc tính, nh?ng quan hệ bản chất và tước bỏ đi nh?ng dấu hiệu thuộc tính, nh?ng quan hệ không bản chất của sự vật, hiện tượng.
Trong việc hỡnh thành khái niệm, trừu tượng hoá luôn luôn gắn liền với khái quát hoá và được coi là một thành phần của tư duy khái quát hóa. Vỡ: Mọi vật thể đều có nh?ng dấu hiệu và thuộc tính bản chất và không bản chất. Các dấu hiệu và các thuộc tính bản chất, các mối liên hệ và quan hệ bản chất bao giờ cũng là nh?ng dấu hiệu chung (ngược lại thỡ nh?ng dấu hiệu chung có khi không phải là ban chất).
Khái quát hoá là một thao tác tư duy con người dùng để kết hợp các thuộc tính, các mối liên hệ bản chất của các sự vật, hiện tượng cùng loại.
Các khái niệm, nguyên tắc, định luật, các thuyết vật lý... l� các tri thức có tính chất trừu tượng và khái quát. Vỡ thế, trong d?y h?c giáo viên cần phải làm cho học sinh hiểu rằng các thí dụ nêu ra, các thí nghiệm chứng minh ... chỉ nhằm giới thiệu cho các em nh?ng sự vật và hiện tượng riêng lẻ với tư cách là nh?ng vật đại biểu cho nhóm các sự vật hay hiện tượng cùng loại. Các thí dụ, thí nghiệm này đều chứa đựng nh?ng dấu hiệu bản chất và không bản chất.
Do đó, để lĩnh hội các tri thức đó cần dùng các thao tác tư duy:
- Ph©n tÝch ®Ó thấy được những dÊu hiÖu cã thÓ cã cña c¸c vËt ®¹i diÖn.
- So s¸nh ®Ó thÊy chóng cã mét sè dÊu hiÖu gièng nhau, vµ kh¸c nhau.
- Trõu t­îng ho¸ ®Ó giữ l¹i những dÊu hiÖu b¶n chÊt, g¹t bá c¸c dÊu hiÖu kh«ng b¶n chÊt, những dÊu hiÖu nµy cã thÓ kh¸c nhau ®èi víi c¸c vËt ®¹i diÖn kh¸c nhau.
- Tổng hợp để kết hợp các thuộc tính bản chất (mà ta quan tâm) lại thành một chỉnh thể.
- Khái quát hoá để thấy cái đã tổng hợp lại là chung cho các sự vật cùng loại và do đó nó là nội dung của một khái niệm vật lý mới.
Mặt khác, trong việc hỡnh thành các khái niệm, các định luật vật lý, ngoài việc vận dụng các thao tác tư duy, con người còn phải vận dụng các kiểu suy luận trong đó phải kể đến suy luận qui nạp và suy luận diễn dịch.
4.2. Các phương pháp cơ bản về hỡnh thành khái niệm vật lý
4.2.1. Thông qua quan sát
Nhận thức nói chung, lịch sử phát triển của vật lý nói riêng, là một quá trỡnh bắt đầu bằng việc quan sát các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên và trong đời sống.
Quan sát có chủ định là một phương pháp tốt để thu thập các d? liệu về các sự vật hiện tượng. Tài liệu quan sát du?c nói chung là chỗ dựa của nhận thức lý tính, là điểm xuất phát của tư duy khoa học. Vớ d?:.khỏi ni?m cd co h?c
4.2.2. Thông qua thực nghiệm
Thực nghiệm là phương pháp quan sát (có khi kết hợp với đo) các hiện tượng hay sự vật dưới dạng thuần khiết và thường do ta chủ động tạo ra nhằm một mục đích xác định. Do đó nó loại trừ được nhiều yếu tố ngẫu nhiên làm che lấp mặt bản chất của hiện tượng.
Trong phạm vi kiến thức phổ thông phương pháp thực nghiệm là một trong nh?ng phương pháp cơ bản nhất để hỡnh thành khái niệm và định luật vật lý. Vớ d?:.hỡnh th�nh kn "s? roi."
4.2.3. Thông qua suy luận lý thuyết
Cú th? nói, lịch sử phát triển của vật lý là lịch sử phát triển của các thuyết vật lý. Cùng với nú l� việc trỡnh bày lại kiến thức vật lý theo cách suy diễn: từ một số các sự kiện thực nghiệm xây dựng mô hỡnh về các hệ vật lý, nghiên cứu trên mô hỡnh và rút ra cỏc hệ quả có thể kiểm nghiệm lại bằng thực nghiệm.
Nh?ng khái niệm vật lý tồn tại và phát triển trong các thuyết và gắn với việc xây dựng mô hỡnh về thế giới khách quan. Ví dụ: khái niệm áp suất, được trỡnh bày dưới ánh sáng của thuyết động học phân tử. Khỏi ni?m di?n tr? du?c trỡnh b?y l?i theo thuy?t e.
4.2.4. Thông qua suy luận toán học, lôgic hỡnh thức
Bên cạnh các phương pháp rất cơ bản trên ta còn gặp một số khái niệm được hỡnh thành bằng phương pháp suy luận toán học. Dó là nh?ng khái niệm có bản chất toán học, không đụng chạm trực tiếp đến nh?ng tính chất vật lý cụ thể nào của đối tượng khách quan. Nh?ng khái niệm thuộc loại này là vận tốc trung bỡnh của chuyển động biến đổi, điện trở tương đương, cường độ dòng điện và hiệu điện thế hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.v.v...
4.2.5. Thông qua phương pháp tương tự
Trong tự nhiên có một số hiện tượng khác nhau về phương diện vật lý nhưng lại có một số mặt giống nhau, từ đó nảy sinh ra việc dùng phương pháp tương tự để hỡnh thành một khái niệm. Ví dụ: Các hiện tượng dao động cơ, điện có bản chất vật lý khác nhau nhưng lại có cơ chế chung, tuân theo nh?ng định luật định lượng giống nhau. Do đó, ta có thể dùng phương pháp quan sát thực nghiệm để nghiên cứu dao động cơ và sóng cơ, hỡnh thành nh?ng khái niệm liên quan đến chúng. Sau đó xem dao động cơ và sóng cơ như là mô hỡnh trực quan của dao động điện và sóng điện từ. Các công thức định lượng của dao động cơ đều có thể áp dụng cho các dao động và sóng khác với nh?ng lời giải thích cần thiết...
4.3 Các bước chính hỡnh thành khái niệm vật lý
1. Dể hỡnh thành khái niệm vật lý ta thực hiện các bước chính sau:
- Tổ chức tỡnh huống làm xuất hiện vấn đề.
- Tách ra các dấu hiệu hay thuộc tính chung và bản chất của sự vật hay hiện tượng đang nghiên cứu. Từ đó phát hiện ra đặc điểm định tính và định lượng của khái niệm mới.
- Dịnh nghĩa khái niệm
- Vận dụng khái niệm vào thực tiễn.
2. Hỡnh thành khái niệm về đại lượng vật lý.
Giai đoạn 1: Phát hiện đặc điểm định tính của khái niệm.
Trong giai đoạn này, giáo viên tạo ra một tỡnh huống, trong đó xuất hiện tính chất mới của sự vật, hiện tượng. Trả lời được câu hỏi đưa ra khái niệm mới để làm gỡ? để đặc trưng cho tính chất mới nào của sự vật, hiện tượng là học sinh đã phát hiện được đặc điểm định tính của khái niệm.
Giai đoạn 2: Chỉ ra đặc điểm định lượng của khái niệm.
Là chỉ ra mối quan hệ định lượng gi?a khái niệm mới và khái niệm cũ. Dặc điểm định lượng phải thống nhất với đặc điểm đ?nh tính và phản ánh được đặc điểm định tính.
Dặc điểm định lượng của đại lượng vật lý mới thường được biểu diễn bằng một công thức toán học liên hệ gi?a đại lượng mới và đại lượng cũ đã biết.
Giai đoạn 3: Dịnh nghĩa đại lượng vật lý.
Dịnh nghĩa đại lượng vật lý phải tuân theo một trong nh?ng cách định nghĩa và các quy tắc định nghĩa.
Giai đoạn 4: Xác định đơn vị đo
Trong vật lý học, có hai loại đơn vị: đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất (dơn vị cơ bản thỡ có thể tùy ý chọn, không phụ thuộc vào đơn vị đo các đại lượng khác).
Giai đoạn 5: Vận dụng khái niệm vào thực tiễn.
Sau khi định nghĩa khái niệm, ta đã thu được một sản phẩm trừu tượng và khái quát hóa, tách rời khỏi nh?ng sự vật, hiện tượng cụ thể. Nhưng muốn sử dụng được khái niệm đó, ta cần biết nh?ng biểu hiện của nó trong thực tiễn, trên nh?ng sự vật, hiện tượng cụ thể, phải vận dụng khái niệm mới để giải thích nh?ng sự vật, hiện tượng cụ thể, dự đoán nh?ng dấu hiệu, nh?ng hiện tượng có thể cảm nhận được trong thực tiễn bằng giác quan, có thể đo lường cụ thể. Nhờ thế mà hiểu sâu sắc hơn ý nghĩa vật lý của khái niệm mới.
Kết luận
Khái niệm vật lý, khái niệm về đại lượng vật lý nói chung là nh?ng khái niệm khó, trừu tượng.
Muốn hỡnh thành tốt khái niệm vật lý cho HS GV cần nắm chắc các cách định nghĩa khái niệm, hiểu rõ các phương pháp tư duy trong quá trỡnh hỡnh thành khái niệm và tuân thủ các giai đoạn cơ bản của việc hỡnh thành khái niệm.
Trong việc định nghĩa khái niệm phải chỉ rõ mặt địng tính, định lượng (n?u l� đại lượng vật lý) của khái niệm; chỉ rõ đơn vị đo, cách đo của đại lượng đó.
Sau khi HS được biết một khái niệm vật lý phải cho HS vận dụng khái niệm đó vào thực tiễn để củng cố khái niệm mà họ đã xây dựng được.