xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức chương sóng cơ - vật lý 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI CAO TIẾN KHOA XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” - VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

CAO TIẾN KHOA

XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” - VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC

Hà Nội - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

CAO TIẾN KHOA

XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” -VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp Dạy học Bộ môn Vật lí

Mã số: 62 14 01 11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 PGS.TS Phạm Xuân Quế

2 PGS.TS Nguyễn Văn Khải

Hà Nội - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì một công trình khoa học nào khác

Tác giả luận án

Cao Tiến Khoa

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trong Khoa Vật lí Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã dành nhiều thời gian góp ý cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thiện Luận án

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè, những người đã giúp đỡ, động viên tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận án này

Tác giả luận án

Cao Tiến Khoa

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

1 BCHTW Ban chấp hành trung ương

9 PH&GQVĐ Phát hiện và giải quyết vấn đề

10 PTDH Phương tiện dạy học

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa phụ

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt viii

Danh mục các bảng ix

Danh mục các hình vẽ, đồ thị ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1 CÁC NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI 6

1.1.1 Các nghiên cứu về vấn đề phát triển tính tích cực, sáng tạo của HS 6

1.1.2 Các nghiên cứu về thiết bị thí nghiệm vật lí dành cho dạy học sóng cơ 8

1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 10

1.2.1 Các nghiên cứu về vấn đề phát triển tính tích cực và sáng tạo của HS 10

1.2.2 Các nghiên cứu về TBTN vật lí trong dạy học sóng cơ 10

Chương 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 13

2.1 PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, NĂNG LỰC SÁNG TẠO 13

2.1.1 Phát huy tính tích cực của học sinh 13

2.1.1.1 Tính tích cực, tính tích cực nhận thức 13

2.1.1.2 Những biểu hiện của tính tích cực của HS trong học tập 13

2.1.1.3 Những tiêu chí đánh giá tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học 15

2.1.1.4 Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức 16

2.1.2 Phát triển năng lực sáng tạo của HS 16

2.1.2.1 Khái niệm năng lực sáng tạo 16

2.1.2.2 Các biểu hiện của năng lực sáng tạo 19

2.1.2.3 Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo 20

2.1.2.4 Các biện pháp hình thành và phát triển năng lực sáng tạo của HS 21

2.2 TỔ CHỨC DẠY HỌC VẬT LÍ PHỎNG THEO CON ĐƯỜNG NGHIÊN CỨU VẬT LÍ 24

2.2.1 Quá trình nhận thức trong khoa học vật lí và trong dạy học vật lí 24

2.2.2 Tổ chức dạy học vật lí phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí 27

2.2.2.1 Cơ sở tâm lí học của việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí 27

2.2.2.2 Tổ chức dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí 28

2.3 VAI TRÕ CỦA THÍ NGHIỆM TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC VẬT LÍ 35

2.3.1 Vai trò của thí nghiệm trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một

cách khoa học 35

2.3.1.1 Vai trò của thí nghiệm trong các giai đoạn nhận thức vật lí 35

2.3.1.2 Sự cần thiết sử dụng phối hợp các loại phương tiện dạy học trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách khoa học 36

2.3.2 Vai trò của thí nghiệm trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách tích cực sáng tạo 40

2.3.3 Đề xuất hệ thống các biện pháp sử dụng phối hợp thí nghiệm truyền thống và kĩ thuật số trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách tích cực, sáng tạo 42

2.4 THỰC TẾ DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” Ở THPT 47

2.4.1 Mục tiêu cần đạt được trong dạy học các kiến thức của chương “Sóng cơ” 48

2.4.2 Khảo sát thực trạng dạy học chương “Sóng cơ” ở trường THPT 51

2.4.2.1 Mục đích khảo sát 51

2.4.2.2 Nội dung khảo sát 51

2.4.2.3 Phương pháp điều tra khảo sát 51

2.4.2.4 Kết quả điều tra 52

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 56

Chương 3: XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN CÁC THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH 57

3.1 QUY TRÌNH XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 57

3.1.1 Các yêu cầu chung đối với thiết bị thí nghiệm 57

3.1.1.1 Yêu cầu về mặt khoa học và kĩ thuật 57

3.1.1.2 Yêu cầu về mặt sư phạm 57

3.1.1.3 Yêu cầu về kinh tế 58

3.1.1.4 Yêu cầu về thẩm mĩ 58

3.1.1.5 Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm biểu diễn và thực tập 58

3.1.2 Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí 59

3.2 XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRUYỀN THỐNG VÀ KĨ THUẬT SỐ NHẰM HỖ TRỢ DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÍ 12 59

3.2.1 Xây dựng và hoàn thiện thiết bị thí nghiệm giao thoa sóng nước 59

3.2.1.1 Thiết bị thí nghiệm nguồn dao động 61

a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN nguồn dao động 61

b) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN nguồn dao động 62

c) Kết quả thử nghiệm đánh giá 63

d) Đề xuất sử dụng 63

3.2.1.2 Thiết bị thí nghiệm máy phát tần số kép 64

a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN máy phát tần số kép 64

b) Cấu tạo máy phát tần số kép 65

c) Kết quả thử nghiệm và đánh giá 66

d) Đề xuất sử dụng 66

3.2.1.3 Thiết bị thí nghiệm đèn hoạt nghiệm 67

a) Sự cần thiết phải chế tạo đèn hoạt nghiệm 67

b) Cấu tạo của TBTN đèn hoạt nghiệm 70

c) Kết quả thử nghiệm và đánh giá 71

d) Đề xuất sử dụng 71

3.2.1.4 Các thí nghiệm có thể tiến hành với thiết bị thí nghiệm giao thoa sóng nước 72

3.2.2 Chế tạo thiết bị thí nghiệm khảo sát hiệu ứng Đốpple 79

3.2.2.1 Sự cần thiết phải chế tạo thiết bị thí nghiệm khảo sát định lượng hiệu ứng Đốpple 79

3.2.2.2 Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm khảo sát định lượng hiệu ứng Đốpple 80

3.2.2.3 Thiết kế và chế tạo TBTN 80

3.2.2.4 Kết quả thử nghiệm và đánh giá 83

3.2.2.4 Các thí nghiệm có thể tiến hành với thiết bị thí nghiệm khảo sát định lượng hiện tượng Đốpple 84

3.3 THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ SÓNG CƠ TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM TRUYỀN THỐNG VÀ KĨ THUẬT SỐ ĐÃ ĐƯỢC XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN 86

3.3.1 Đặc điểm việc xây dựng kiến thức chương “Sóng cơ” 86

3.3.2 Nội dung 1: Sóng dừng 87

3.3.2.1 Phân tích con đường tổ chức hoạt động nhận thức kiến thức về đặc điểm của hiện tượng sóng dừng 87

3.3.2.2 Sơ đồ lôgíc tiến trình khoa học xây dựng các kiến thức về đặc điểm của hiện tượng sóng dừng 89

3.3.3.3 Tiến trình dạy học khảo sát đặc điểm của hiện tượng sóng dừng 90

3.3.3 Nội dung 2: Giao thoa sóng nước 92

3.3.3.1 Phân tích con đường tổ chức hoạt động nhận thức các kiến thức về hiện tượng giao thoa sóng nước và điều kiện xảy ra hiện tượng giao thoa sóng nước 92

3.3.3.2 Sơ đồ lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Giao thoa sóng cơ” 97

3.3.4 Nội dung 3: Những đặc trưng của âm 102

3.3.4.1 Phân tích con đường tổ chức hoạt động nhận thức kiến thức về Những đặc trưng của âm 102

3.3.4.2 Sơ đồ lôgíc tiến trình khoa học xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm “Những đặc trưng của âm” 104

3.3.4.3 Tiến trình dạy học xây dựng kiến thức “Những đặc trưng của âm” 104

3.3.5 Nội dung 4: Hiệu ứng Đốpple 106

3.3.5.1 Phân tích con đường tổ chức hoạt động nhận thức kiến thức về hiệu ứng Đốpple 106

3.3.5.2 Sơ đồ lôgíc tiến trình khoa học xây dựng kiến thức hiệu ứng Đốpple 108

3.3.5.3 Tiến trình dạy học kiến thức về hiện tượng Đốpple 109

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 111

Chương 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 113

4.1 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 113 4.1.1 Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 113

4.1.2 Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 113

4.1.3 Thời gian, địa điểm và công tác chuẩn bị thực nghiệm sư phạm 114

4.2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 115

4.2.1 Xây dựng các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 115

4.2.2 Đánh giá định tính 117

4.2.2.1 Nội dung 1: Sóng dừng và các đặc trưng 117

4.2.2.2 Nội dung 2: Giao thoa sóng cơ 122

4.2.2.3 Nội dung 3: Sóng âm: Những đặc trưng của âm 127

4.2.2.4 Nội dung 4: Hiệu ứng Đốpple 128

4.2.3 Đánh giá định lượng 130

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 135

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 136

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 PHỤ LỤC P1

Phiếu điều tra P1

Đề kiểm tra thực nghiệm P3 Một số hình ảnh thực nghiệm sư phạm P9

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 4.1 Thông tin về lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 114

Bảng 4.2a Các biểu hiện của HS trong giờ dạy Khảo sát đặc điểm của sóng dừng 120

Bảng 4.2b Các biểu hiện của tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học Khảo sát đặc điểm của sóng dừng 121

Bảng 4.2c Các biểu hiện của tính sáng tạo của HS trong giờ học Khảo sát đặc điểm của sóng dừng 122

Bảng 4.2d Các biểu hiện của HS trong giờ dạy Giao thoa sóng cơ 124

Bảng 4.2đ Các biểu hiện tính tích cực của HS trong giờ học Giao thoa sóng cơ 125

Bảng 4.2e Các biểu hiện tính sáng tạo của HS trong giờ học Giao thoa sóng cơ 126

Bảng 4.2f Các biểu hiện tính tích cực của HS Trong giờ học Sóng âm: Những đặc trưng của âm 127

Bảng 4.2g Các biểu hiện tính tích cực của HS trong giờ học Hiệu ứng Đốpple 129

Bảng 4.3 Bảng ma trận đề kiểm tra phần “Sóng cơ" 131

Bảng 4.4 Thống kê điểm số kiểm tra 131

Bảng 4.4a Tần suất lũy tích hội tụ lùi (theo số lượng) 132

Bảng 4.4b Tần suất lũy tích hội tụ lùi (theo phần trăm) 132

Bảng 4.4c Tổng hợp các thông số thông kê 133

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Trang Hình 2.1 Chu trình sáng tạo khoa học theo V.G Razumôpxki 24

Hình 3.1 Nguồn sóng sử dụng trong TN giao thoa sóng nước 63

Hình 3.2 Sơ đồ khối cấu tạo của máy phát tần số kép 65

Hình 3.3 Hình ảnh máy phát tần số kép đã được ghép nối máy tính 67

Hình 3.4 Bộ TN đèn hoạt nghiệm 70

Hình 3.5 Giao diện modul khảo sát độ lệch pha giữa các dao động 73

Hình 3.6 Mô đun M1 80

Hình 3.7 Bộ TN khảo sát hiện tượng Đốpple 81

Hình 3.8 Chi tiết khối động lực trong Mô đun M1 81

Hình 3.9 Giao diện phần mềm ghép nối và xử lý số liệu thực nghiệm 83

Đồ thị 4.1 Trường THPT Đại Từ năm học 2010 - 2011 133

Đồ thị 4.2 Trường THPT Đại Từ năm học 2011 - 2012 133

Đồ thị 4.3 Trường THPT Gang Thép năm học 2010 – 2011 133

Đồ thị 4.4 Trường THPT Gang Thép năm học 2011 – 2012 133

MỞ ĐẦU

1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Mục đích, nhiệm vụ cơ bản của giáo dục trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta là nhằm đào tạo những con người phát triển toàn diện, năng động và sáng tạo Muốn thực hiện được mục đích, nhiệm vụ cơ bản đó, cần phải giải quyết một cách đồng bộ hàng loạt vấn đề, trong đó phương pháp giáo dục và đào tạo là một vấn đề có vị trí đặc biệt quan trọng Phương pháp giáo dục cần phải hướng vào việc khơi dậy, rèn luyện và phát triển khả năng độc lập, tự lực, sáng tạo của HS, tạo cho HS những khả năng và cơ hội phát triển, đáp ứng được những yêu cầu của một

xã hội mà khoa học kĩ thuật đang phát triển nhanh chóng ở trình độ cao, và đang phải chấp nhận gay gắt về mọi mặt để tồn tại và phát triển trong bối cảnh toàn cầu hóa hiện nay [6] [70]

Điều 27, khoản 1 và 4 Luật Giáo dục (2005) ghi rõ: Mục tiêu của giáo dục phổ thông là giúp HS phát triển toàn diện về đạo đức, trí tuệ, thể chất, thẩm mỹ và các

kỹ năng cơ bản, phát triển năng lực cá nhân, tính năng động và sáng tạo, hình thành nhân cách con người Việt Nam xã hội chủ nghĩa, xây dựng tư cách và trách nhiệm công dân; chuẩn bị cho HS tiếp tục học lên hoặc đi vào cuộc sống lao động, tham gia xây dựng và bảo vệ Tổ quốc

Giáo dục THPT nhằm giúp HS củng cố và phát triển những kết quả của giáo dục THCS, hoàn thiện học vấn phổ thông và có những hiểu biết thông thường về kỹ thuật và hướng nghiệp, có điều kiện phát huy năng lực cá nhân để lựa chọn hướng phát triển, tiếp tục học đại học, cao đẳng, trung cấp, học nghề hoặc đi vào cuộc sống lao động

Điều 28, khoản 2 yêu cầu về nội dung, phương pháp giáo dục phổ thông:

“Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS”

Hội nghị BCHTƯ Đảng lần thứ 8 khóa XI (2013) đã thông qua Nghị quyết về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường, định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế Nghị quyết đã chỉ rõ nhiệm vụ, biện pháp: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích

tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực”[92]

Lí luận dạy học hiện đại chỉ ra rằng: Để đáp ứng được mục tiêu đề ra về phát triển năng lực hoạt động (đặc biệt là năng lực sáng tạo) thông qua dạy học, trong dạy học, HS phải là chủ thể tích cực của quá trình nhận thức, chủ động chiếm lĩnh kiến thức phỏng theo quá trình nhận thức của các nhà nghiên cứu Các nghiên cứu

về lí luận dạy học vật lí ở trường phổ thông cũng chỉ ra nhiều phương pháp dạy học tích cực có vai trò quan trọng trong việc phát huy tính tích cực nhận thức, năng lực sáng tạo của HS, trong số đó dạy học PH&GQVĐ là PPDH có hiệu quả cao trong việc rèn luyện cho HS tư duy gần với quá trình nhận thức của nhà khoa học Mặt khác, thực nghiệm có vai trò hết sức quan trọng trong NCVL cho nên trong DHVL phương pháp thực nghiệm cũng được coi là PPDH cơ bản phát triển tư duy, năng lực sáng tạo của HS Vì vậy, trong dạy học vật lí, Dạy học PH&GQVĐ cần phối hợp chặt chẽ với phương pháp thực nghiệm để đạt được hiệu quả cao trong phát huy tính tích cực, năng lực sáng tạo của HS

Qua tìm hiếu thực tế dạy học môn vật lí ở các trường hiện nay, chúng tôi nhận thấy việc sử dụng các thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về Sóng cơ (Vật lí 12) còn

có nhược điểm như: thiếu các thiết bị thí nghiệm để tiến hành các thí nghiệm định lượng cần thiết; chưa khai thác đúng vai trò của thí nghiệm mô phỏng trong quá trình hình thành một số kiến thức liên quan đến các quá trình vi mô

Các nhược điểm đó dẫn đến những hạn chế trong tổ chức dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, năng lực sáng tạo của HS ví dụ như còn có những áp đặt trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức; có những nội dung kiến thức được hình thành chưa mang tính khoa học cao

Từ các lí do trên, chúng tôi đã chọn vấn đề “Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức chương “Sóng cơ” Vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh” làm đề tài nghiên cứu của luận án

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các TN trong tiến trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí một số kiến thức về Sóng cơ - vật lí 12, theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo và góp phần nâng cao kết quả học tập

của HS

3 KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Khách thể nghiên cứu: QTDH một số kiến thức về Sóng cơ - Vật lí 12

- Đối tượng nghiên cứu: Các TN và việc xây dựng, sử dụng chúng trong quá trình

tổ chức dạy học PH&GQVĐ một số kiến thức về Sóng cơ - vật lí 12 phỏng theo con đường NCVL

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu tổ chức quá trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường nghiên cứu vật

lí đối với một số kiến thức chương “Sóng cơ” - Vật lí 12 và xây dựng, hoàn thiện,

sử dụng các TN đáp ứng yêu cầu của việc tổ chức này thì có thể phát huy tính tích cực, sáng tạo và nâng cao kết quả học tập của HS

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Để đạt được mục đích, đề tài có các nhiệm vụ nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu lý luận về việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của

HS trong dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL và vị trí của TNVL trong tiến trình dạy học PH&GQVĐ

- Nghiên cứu mục tiêu dạy học, nội dung một số kiến thức chương “Sóng cơ” - Vật lí 12 từ đó xác định các TN cần xây dựng và sử dụng trong dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL

- Nghiên cứu thực trạng: Phương pháp dạy học, thực trạng TN và việc sử dụng chúng nhằm xác định các khó khăn mà GV và HS gặp phải trong QTDH PH&GQVĐ

- Xây dựng và hoàn thiện các TN cần được sử dụng trong dạy học một số kiến thức chương “Sóng cơ” đáp ứng yêu cầu việc tổ chức quá trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL

- Soạn thảo các tiến trình dạy học PH&GQVĐ có sử dụng TN đã xây dựng và hoàn thiện, phỏng theo con đường NCVL đối với một số kiến thức về sóng cơ theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo và nâng cao kết quả học tập của HS

- Thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn thảo nói chung và của các TN đã xây dựng nói riêng, từ đó, sửa đổi, bổ sung và hoàn thiện tiến trình dạy học cũng như các TN Kết quả TNSP cũng được dùng làm

cơ sở để bước đầu đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học nói chung và của các TN nói riêng đối với việc phát triển tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS cũng như đánh giá kết quả học tập của HS

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để hoàn thành các nhiệm vụ, đề tài đã sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

* Nghiên cứu các tài liệu đã được công bố ở trong và ngoài nước để làm cơ sở lí luận việc vận dụng phương pháp dạy học PH&GQVĐ, vai trò vị trí của TN trong phương pháp dạy học này

* Nghiên cứu các tài liệu, SGK, sách giáo viên, sách bài tập, các sách tham khảo

về dao động và sóng cơ và về các TN sóng cơ

- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin về QTDH chương

“Sóng cơ” –Vật lí 12 THPT

- Phương pháp lấy ý kiến của các chuyên gia, tham khảo các kinh nghiệm của các

GV dạy giỏi, dạy học lâu năm ở các trường THPT

- Thực nghiệm trong phòng TN, thiết kế chế tạo các TBTN, thử nghiệm các phương án TN trong phòng TN

- Thực nghiệm sư phạm ở trường phổ thông

- Phương pháp thống kê toán học, xử lí đánh giá kết quả điều tra và thực nghiệm

sư phạm

7 KẾT QUẢ VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN

- Làm rõ nội hàm khái niệm “Dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL” Trên cơ sở đó, xây dựng TBTN để đáp ứng được các yêu cầu của dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL

- Chế tạo được 4 TBTN gồm: Máy phát tần số kép, nguồn dao động cơ độc lập; đèn hoạt nghiệm có điều khiển thời gian sáng tắt; Bộ TBTN ghép nối với máy tính, khảo sát hiện tượng Đốpple sóng âm; nhờ đó, đã xây dựng được phương án sử dụng chúng trong dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL đối với một số kiến thức về sóng cơ ở lớp 12 Trong đó, TBTN máy phát tần số kép và nguồn dao động

cơ độc lập, được chế tạo dựa trên phương án hoàn toàn mới

- Triển khai nghiên cứu một số đặc điểm quan trọng của dạy học vật lí phỏng theo con đường NCVL như đã nêu trên thông qua việc đề xuất tiến trình khoa học xây dựng một số kiến thức về Sóng cơ - Vật lí 12 Trong các tiến trình khoa học xây dựng kiến thức trên cần phải sử dụng các TN mới từ 4 TBTN đã chế tạo cũng như

sử dụng các TN mô phỏng Các tiến trình học xây dựng kiến thức và các TBTN mới

đã được TNSP khẳng định tính khả thi và hiệu quả của chúng đối với việc phát triển hoạt động học tích cực và sáng tạo, góp phần nâng cao kết quả học tập của HS

8 CẤU TRÖC LUẬN ÁN

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, Luận án gồm 4 chương Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 3 Xây dựng, hoàn thiện các thí nghiệm và thiết kế tiến trình dạy học một

số kiến thức chương “Sóng cơ” Vật lí 12 nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh

Chương 4 Thực nghiệm sư phạm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Mục tiêu của giáo dục là đào tạo con người Việt Nam phát triển toàn diện, có đạo đức, tri thức, sức khỏe, thẩm mỹ và nghề nghiệp, trung thành với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội; hình thành và bồi dưỡng nhân cách, phẩm chất và năng lực của công dân, đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc (Luật Giáo dục – Sửa đổi năm 2010)

Các nghiên cứu tâm lí học và giáo dục học cho thấy rằng, việc dạy học chỉ đạt hiệu quả, đáp ứng được các mục tiêu của giáo dục đặt ra nếu người học luôn được tạo điều kiện để phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo, từ đó người học chiếm lĩnh được kiến thức, phát triển năng lực giải quyết vấn đề Đây chính là những điều quan trọng mà người học cần được trang bị trong quá trình học

1.1 CÁC NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI

1.1.1 Các nghiên cứu về vấn đề phát triển tính tích cực, sáng tạo của HS

Đã có nhiều công trình nghiên cứu để phát triển tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong QTDH như các nghiên cứu của J.Comenxki (1592 – 1670), J.J Rousseau (1712 – 1778) và đặc biệt trong thế kỉ 20, nghiên cứu bởi J.P Martin với phương pháp giảng dạy "Lernen durch Lehren LDL" (learning by teaching - học tập bằng cách giảng dạy), một phương pháp để HS học tập bằng cách giảng dạy các bạn của mình Ông là học giả đầu tiên nghiên cứu về chủ đề đó Trong 30 năm, ông đã xây dựng một mạng lưới rộng lớn với hàng ngàn GV và thúc đẩy nó đến một quy

mô lớn Tất cả GV ở Đức đang được đào tạo theo phương pháp đó trong quá trình đào tạo sư phạm

Dewey (1859 – 1952) là người đề xướng “phương pháp dạy học lấy HS làm trung tâm” Những nguyên lí giáo dục do J Dewey khởi xướng cho rằng tiến trình giáo dục phải được bắt đầu và xây dựng trên những lợi ích của trẻ em, phải cung cấp cơ hội cho sự tương tác, tư duy và hành động, thầy giáo phải là người hướng dẫn và cộng tác với HS, thay vì là người đốc công…[63]

Về cơ sở tâm lý học của QTDH, cần kể đến các nghiên cứu thực nghiệm của ba tác giả lớn là W.M Wundt (Anh) (xây dựng một khoa tâm lý học mang tính thực

chứng, mang tính giải phóng con người); E.L Thorndike (Mỹ) (với những đóng góp nghiên cứu tâm lí học bằng phương pháp thực nghiệm khách quan, cách nghiên cứu

mà cả việc làm và kết quả đều kiểm soát được một cách khách quan) và đặc biệt là các nghiên cứu của J Piaget

J.Piget đã có các nghiên cứu tâm lí học thay đổi căn bản so với các nghiên cứu trước đó của W.M Wundt và E.L Thorndike, trong đó đối tượng nghiên cứu là các trẻ em phát triển bình thường, với những tìm tòi và suy tư xoay quanh sự phát sinh tri thức ở con người [63] Phương pháp nghiên cứu của J Piaget thừa nhận tính phát triển tự nhiên của trí khôn của con người, từ đó đề xuất việc xây dựng một nền giáo dục thừa nhận cách học theo lối phát triển tự nhiên của trí óc, tri thức A sinh ra tri thức B, tự tay người học tìm ra cái A cái B cho chính mình Tuy nhiên J.Piaget không phát triển theo hướng tự nhiên chủ nghĩa mà nhà sư phạm, do nghiên cứu đầy

đủ tâm lý tạo sinh tri thức của con trẻ, sẽ theo yêu cầu của xã hội thời công nghiệp hoá, để tổ chức ra cả chuỗi việc làm nhằm hướng dẫn HS chủ động đến với kiến thức Có bàn tay nhà sư phạm kiểu mới đó, công việc học – hoặc hệ thống việc làm trong chuỗi hành động phát sinh tri thức – sẽ diễn ra một cách tiết kiệm, chắc chắn Phát triển năng lực sáng tạo của HS trong dạy học đã được nghiên cứu và thực nghiệm bởi các nhà sư phạm trên cơ sở tâm lí học dạy học, theo các cơ chế tâm lí được sắp xếp theo định hướng phát triển từ thuyết phản xạ có điều kiện của Pavlov, thuyết hành vi (Behavorism), với người đặt nền móng xây dựng là Watson (Mỹ), với sự phát triển của E.L Thorndike (1864 – 1949), B.F Skinner (1904 – 1990) và nhiều tác giả khác… Thuyết nhận thức (thuyết tri nhận – Congnitivism) ra đời trong nửa đầu thế kỉ 20 và phát triển mạnh trong nửa sau của thế kỉ 20 với các đại diện lớn của thuyết này là nhà tâm lí học người Áo J Piaget cũng như các nhà tâm lý học

xô viết như L.S Vygotsky, A.N Leontev… Thuyết kiến tạo (Construcktivism theory) - học tập là tự tạo tri thức, được phát triển từ khoảng những năm 60 của thế

kỉ 20 với đại diện tiên phong cũng chính là J Piaget và L.S Vygotsky

Trên cơ sở thành công của tâm lí học, trong giáo dục từ thế kỉ XIX và nhất là từ đầu thế kỉ XX, nhiều phương pháp dạy học mới gắn liền với sự phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của HS được xuất hiện và đưa vào thực tế dạy học ở nhiều nước trên thế giới [16] [29]

Muốn phát huy tính tích cực, năng lực sáng tạo của HS trong dạy học, trong dạy học cần tổ chức cho HS hoạt động nhận thức theo con đường sáng tạo của các nhà khoa học của bộ môn Với môn vật lí, việc áp dụng chu trình sáng tạo trong nghiên cứu vật lí, áp dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học được chú trọng, điển hình là các nghiên cứu của V.G Razumôpxki

V.G Razumôpxki đã trình bày sâu sắc cơ sở lí thuyết và thực nghiệm trong tác phẩm “Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong quá trình dạy học vật lí” xuất bản năm 1975 ở Maxcơva [69] Nội dung chính được ông nghiên cứu là vận dụng tính chu trình của sáng tạo vật lí trong QTDH, là một trong những biện pháp mang lại hiệu quả lớn trong phát triển trí tuệ HS

Các nghiên cứu trên về phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo đều cho thấy quan điểm dạy học kiến tạo mà phương pháp dạy học trong đó là dạy học PH&GQVĐ đóng vai trò quan trọng

1.1.2 Các nghiên cứu về thiết bị thí nghiệm vật lí dành cho dạy học sóng cơ

Sử dụng cách nghiên cứu qua các catalog của các hãng sản xuất TBTN lớn của nước ngoài, chúng tôi thu được kết quả về sự nghiên cứu các TBTN dành cho phần sóng cơ cụ thể như sau:

* Hãng Phywe (Đức) [91] đã nghiên cứu và sản xuất TBTN sử dụng cho dạy học chứng minh các đặc trưng của sóng cơ như phản xạ, nhiễu xạ, giao thoa và hiệu ứng Đốpple trên sản phầm số 11.260-99 với tên gọi “hộp gợn sóng” Bộ TBTN này được sử dụng kết hợp với bộ nguồn dao động tạo sóng (Sản phẩm số 11.260-10)

Bộ TBTN đã thực hiện được các yêu cầu khảo sát các đặc trưng cơ bản của sóng trên mặt nước Trong bộ TBTN này được tích hợp đèn hoạt nghiệm giúp làm chậm quá trình tuần hoàn quan sát được trên mặt nước Tổng cộng số TN thực hiện được của bộ TBTN là 12 TN (4TN sự truyền và phản xạ sóng nước, 3 TN phần giao thoa sóng, 3 TN phần khúc xạ sóng nước, 2 TN phần nhiễu xạ sóng nước)

Tuy nhiên, theo thiết kế của bộ TBTN, chỉ sử dụng cách tạo hai nguồn kết hợp tách ra từ một nguồn Hai TN phần giao thoa sóng nước chỉ khảo sát giao thoa bởi hai sóng ngược chiều nhau (TN mã số P1120701) và TN Nhiễu xạ và giao thoa tại một khe đôi (TN mã số P1121101) Tiến trình TN dựa trên cơ sở tạo ra hiện tượng

giao thoa trên mặt nước, từ đó bộ TBTN cho phép nghiên cứu các đặc điểm định tính mà hiện tượng giao thoa sóng nước mang lại

Hãng Phywe đưa ra thị trường bộ TBTN khảo sát hiệu ứng Đốpple với sản phẩm mã

số P2152415 Bộ TBTN này sử dụng sóng siêu âm cỡ 40kHz để khảo sát sự lệch tần số khi nguồn âm chuyển động so với máy thu Số liệu thu thập qua ghép nối với máy tính bởi card Cobra3 BASIC-UNIT Ưu điểm của bộ TBTN này là xe lăn gắn nguồn âm chỉ cần chuyển động với tốc độ nhỏ cũng ghi nhận được sự thay đổi tần số trên màn hình máy tính ghép nối Nhược điểm của bộ TN này là không cho HS cảm nhận qua việc nghe được âm thay đổi về tần số mà chỉ ghi nhận số liệu đo được hiển thị

Bộ TBTN khảo sát hiệu ứng Đốpple mã số P6012100 sử dụng nguồn âm gắn với

lò xo, cho dao động, thu âm và xử lí bằng phần mềm xử lí âm thanh trên máy tính Với bộ TBTN này, việc khảo sát hiệu ứng Đốpple được xét trong trường hợp nguồn chuyển động có gia tốc đưa lại cho người nghiên cứu kết quả khảo sát gần với thực

tế (Khảo sát sự thay đổi tần số thu được theo thời gian) Tuy nhiên chức năng của TBTN này không phù hợp với tiến trình xây dựng kiến thức ở trường PT hiện nay

* Hãng Pasco (Mỹ) [90] sản xuất các TBTN sử dụng nghiên cứu sóng cơ cũng hoàn toàn tương tự như hãng Phywe, các bộ TBTN tương đương theo các mã sản phẩm hệ thống hộp gợn sóng: WA-9896 và nguồn dao động WA-9897 Các TBTN này hoạt động không dựa trên công nghệ kĩ thuật số, do đó việc điều chỉnh các thông số của từng nguồn sóng một cách độc lập, định lượng không như mong muốn đáp ứng yêu cầu dạy học phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí

Điểm chung nhau của các bộ TBTN sử dụng cho phần sóng cơ do các hãng nước ngoài sản xuất là về nguyên tắc hoạt động, tích hợp nhiều chức năng và có thể thực hiện nhiều TN, chủ yếu là TN nghiên cứu khảo sát, cần thực hiện với thời gian đủ dài trong phòng TN Tuy nhiên, thiết bị thí nghiệm để tiến hành các thí nghiệm định lượng, chính xác cần thiết theo yêu cầu của việc dạy học vật lí như nghiên cứu vật lí còn thiếu Một điểm chung nữa của các bộ TBTN là giá thành khá cao, khó có thể trang bị rộng rãi cho các trường PT ở Việt Nam

1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

1.2.1 Các nghiên cứu về vấn đề phát triển tính tích cực và sáng tạo của HS

Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu của các nhà giáo dục học, lí luận dạy học đề cập tới vấn đề phát triển tính tích cực nhận thức của HS như Hà Thế Ngữ [36] , Đặng Vũ Hoạt [19] , Thái Duy Tuyên [71] …

Trong dạy học bộ môn Vật lí, các nghiên cứu phát triển tính tích cực sáng tạo của

HS được đề cập đầy đủ và cụ thể qua các công trình của các tác giả: Phạm Hữu Tòng, Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế… Các luận án của nghiên cứu sinh và cao học triển khai cụ thể những nội dung kiến thức phổ thông như Đào Công Nghinh (1995), Trần Văn Nguyệt (1997), Đỗ Hương Trà (1997), Phạm Thị Ngọc Thắng (2002), Huỳnh Trọng Dương (2007), Nguyễn Anh Thuấn (2007), Dương Xuân Quý (2011) [33] [34] [67] [59] [60] [49] …

Về cơ bản, lí luận về phát triển tích cực và sáng tạo đã được xây dựng và được vận dụng trong việc tổ chức dạy học tương đối ổn định trong những năm gần đây Trong các công trình nêu trên, công trình của tác giả Nguyễn Anh Thuấn đã nghiên cứu một số TN dạy học phần sóng cơ theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của HS [60] Tác giả đã xây dựng tiến trình dạy học PH&GQVĐ có sử dụng các TN được thực hiện với các bộ TBTN thiết kết phù hợp với yêu cầu đặt ra của tiến trình dạy học, tuy nhiên, một số TN chưa thực hiện được trước yêu cầu thực tế dạy học cần có các TN nâng cao tính định lượng và khả năng đáp ứng yêu cầu phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

1.2.2 Các nghiên cứu về TBTN vật lí trong dạy học sóng cơ

Trong lĩnh vực nghiên cứu về PTDH, đã có nhiều công trình của các tác giả trong nước: Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Đào Công Nghinh, Nguyễn Anh Thuấn, Nguyễn Doãn Quới [56] [46] [33] [60] … Các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Đào Công Nghinh đã chế tạo được thiết bị cần rung điện từ để tiến hành thí nghiệm

về hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước và thí nghiệm về sóng dừng trên dây đàn hồi Các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Ngô Quang Sơn đã chế tạo một số thiết bị thí nghiệm đơn giản: cần rung đơn giản, mô hình sóng ngang Tác giả Nguyễn Anh Thuấn đã đi sâu nghiên cứu quy trình và vận dụng qui trình xây dựng thiết bị thí

nghiệm, xây dựng được 5 thiết bị thí nghiệm (kênh sóng nước, mô hình sóng, thiết

bị thí nghiệm về hiện tượng sóng trên các vật đàn hồi, khay sóng nước, nguồn âm dùng mạch IC) cho phép tiến hành được các thí nghiệm cần thiết trong tiến trình dạy học 4 bài học chương sóng cơ học Tuy nhiên theo yêu cầu dạy học phát triển năng lực khoa học, sáng tạo cho HS thì cần phải tiếp tục nghiên cứu xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các TN thuộc phần Sóng cơ theo tư tưởng dạy học phỏng theo con đường NCVL với tính định lượng, chính xác cao, đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của quá trình dạy học

TBTN được trang bị tại các trường phổ thông hiện nay cũng như tất cả TBTN của các hãng sản xuất thiết bị dạy học lớn trên thế giới như Phywe, Leybold (Đức), Pasco (Mỹ) [90] [91] và các cơ sở sản xuất thiết bị trong nước được thiết

kế đều dựa trên nguyên tắc là cho sẵn hai nguồn sóng được tách ra từ một nguồn (để được hai nguồn cùng pha, cùng tần số) tạo ra hai sóng kết hợp trên mặt nước, sau đó cho HS quan sát trên hình ảnh chiếu qua hoặc phản xạ thu được trên màn Nhược điểm lớn nhất của nguyên tắc này là ngay từ đầu đã đưa ra một cách áp đặt hai nguồn có cùng tần số ( thậm chí còn cùng cả biên độ), do đó vô hình đã áp đặt ngay điều kiện giao thoa sóng là các sóng có cùng tần số (hai sóng kết hợp) Các cải tiến bộ thiết bị này mới chỉ dừng lại ở cách chế tạo nguồn kết hợp (chú trọng

về mặt kĩ thuật) mà không chú ý tới việc cần tránh áp đặt như đã nêu trên, do vậy vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của QTDH phỏng theo con đường NCVL

Khi tiến hành các TN về sóng cơ (sóng nước, sóng trên dây) trên TBTN hiện có cũng có những hạn chế như quá trình dao động diễn ra rất nhanh nên hình ảnh sóng

HS quan sát được chỉ là hình ảnh lưu trên võng mạc mà HS không nhận ra được sự dao động của các phần tử môi trường khi sóng truyền qua Chính do giới hạn của các giác quan của con người nên các kết luận về đặc điểm của các quá trình sóng được rút ra từ con đường suy luận lí thuyết nếu được quan sát nhờ các thiết bị thí nghiệm hiện có sẽ không thấy được hay không chính xác Như vậy, kết quả quan sát trực tiếp nói trên (không có sự hỗ trợ của các TBTN hoặc phương pháp nghiên cứu khoa học phù hợp như phương pháp hoạt nghiệm khảo sát các quá trình tuần hoàn với chu kì rất nhỏ) cũng không thể là căn cứ khẳng định tính chính xác quy luật của

hiện tượng vật lí Điều mâu thuẫn này thường không được giải quyết triệt để, gây khó khăn cho QTDH phỏng theo con đường NCVL

Về những thiết bị thí nghiệm hỗ trợ dạy học kiến thức hiệu ứng Đốpple trong âm học, mới chỉ có các hãng sản xuất thiết bị như Phywe, Pasco [90] chế tạo nhưng giá thành cao, không phù hợp với điều kiện hiện có ở các trường phổ thông Với tiến trình xây dựng kiến thức được thực hiện theo SGK, một vài TN được đề xuất vẫn mang nặng tính hàn lâm, đột nhiên được đưa ra bởi GV mà không dựa trên cách tiếp cận kiến thức từ các hiện tượng xuất phát từ tự nhiên, nói cách khác, vấn đề xuất hiện với HS không phải đến từ những trải nghiệm các quá trình, hiện tượng trong tự nhiên mà do sự sắp đặt, tự tạo ra của con người (GV), mà những sự sắp đặt, tạo ra này chỉ có thể có sau khi đã khám phá ra hiệu ứng Hơn nữa, kết quả TN đề xuất do chưa làm rõ dấu hiệu bản chất nên có thể mang đến sự ngộ nhận sai lầm về hiện tượng Ví dụ như TN quay còi, yêu cầu HS nghe tiếng còi để rút ra có hiệu ứng Đốpple và tìm câu trả lời giải thích hiện tượng

Với quan điểm tổ chức dạy học sao cho HS được học vật lí phỏng theo con đường NCVL trong điều kiện trường phổ thông, do những hạn chế nêu trên của các TBTN truyền thống, chúng tôi đề ra các nhiệm vụ với các nội dung sau:

- Nghiên cứu chế tạo và sử dụng các TN để tổ chức QTDH các kiến thức cơ bản giao thoa sóng, sóng dừng, hiệu ứng Đốpple phỏng theo con đường NCVL, mà một

số yêu cầu cần đáp ứng là:

+ tránh những áp đặt trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức,

+ nội dung kiến thức được hình thành mang tính khoa học cao, với hỗ trợ của các thiết bị thí nghiệm để tiến hành các thí nghiệm định lượng cần thiết

+ khai thác vai trò của thí nghiệm mô phỏng trong quá trình hình thành một số kiến thức liên quan đến các quá trình vi mô

Vận dụng tổ chức dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL trong việc

đề xuất tiến trình khoa học xây dựng kiến thức và thiết kế tiến trình dạy học cụ thể

về sóng cơ cho HS lớp 12 theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS

Cụ thể các nội dung trên sẽ được trình bày ở chương 2

Chương 2

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

2.1 PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, NĂNG LỰC SÁNG TẠO

2.1.1 Phát huy tính tích cực của học sinh

2.1.1.1 Tính tích cực, tính tích cực nhận thức

Theo “từ điển giáo dục học” Bùi Hiển (NXB từ điển bách khoa 2001) tính tích cực là nét tính cách rất quan trọng trong nhân cách thể hiện năng lực làm thay đổi thực tiễn theo nhu cầu, mục đích của mình trong hoạt động sản xuất, học tập, sáng tạo, đấu tranh… Tính tích cực là một phẩm chất của con người trong đời sống xã hội Hình thành và phát triển tính tích cực là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của giáo dục, nhằm đào tạo những con người năng động, thích ứng và góp phần phát triển cộng đồng Tính tích cực là điều kiện, đồng thời là kết quả của sự phát triển nhân cách trong quá trình giáo dục [14]

Tính tích cực cần phải được định hướng đúng đắn và phải được giáo dục ngay từ

bé bằng cách tạo ra những tình huống để trẻ em tự tìm ra cách thỏa mãn đòi hỏi, đôi khi người lớn có thể mách bảo nhưng tránh lối làm thay có thể khiến trẻ ỷ lại, thụ động chờ đợi Để duy trì tính tích cực, cần có sự theo dõi, đánh giá…

Theo GS-TSKH Thái Duy Tuyên [72] , tính tích cực nhận thức là biểu hiện sự nỗ lực của chủ thể khi tương tác với đối tượng trong quá trình học tập, nghiên cứu; thể hiện sự nỗ lực của hoạt động trí tuệ, sự huy động ở mức độ nâng cao các chức năng tâm lí (như hứng thú, chú ý, ý chí ) nhằm đạt được mục đích đặt ra với mức độ nâng cao

Tính tích cực nhận thức là một thuộc tính bản chất của con người trong quá trình tồn tại, tương tác với tự nhiên, xã hội Trong dạy học, việc phát triển tính tích cực của HS là điều kiện quan trọng, quyết định đến chất lượng kiến thức và việc rèn luyện năng lực hoạt động của HS

2.1.1.2 Những biểu hiện của tính tích cực của HS trong học tập

Trong quá trình học tập, tính tích cực của HS được bộc lộ qua rất nhiều biểu hiện khác nhau Dựa trên việc dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL, chúng

tôi hệ thống các biểu hiện đó theo 3 giai đoạn và ở mỗi giai đoạn lại có nhiều dấu hiệu khác nhau [49] [61] Cụ thể là:

- Giai đoạn phát hiện vấn đề nghiên cứu:

Quan tâm đến vấn đề cần giải quyết

Nhận thức được vấn đề trong tình huống đặt ra

Vui vẻ, thoải mái và tự tin nhận nhiệm vụ

Sẵn sàng cho việc thực hiện nhiệm vụ

Tham gia tích cực trong việc phát hiện hiện tượng, quá trình vật lí mới

Xác định vấn đề mới cần nghiên cứu

Phát biểu vấn đề mới cần nghiên cứu

- Giai đoạn thực hiện nhiệm vụ, giải quyết vấn đề:

Háo hức thực hiện nhiệm vụ

Xoay trở, lật đi lật lại vấn đề để tìm giải pháp thực hiện

Thực hiện giải pháp bằng các thao tác tư duy: so sánh, phân tích các dữ kiện, thông số của bài toán

Tham gia đề xuất, lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề

Tham gia xây dựng giả thuyết

Đề xuất phương án TN, lên kế hoạch tiến hành TN

Chủ động thực hiện TN theo các phương án, thu thập và xử lí dữ liệu

Giúp đỡ bạn bè, có thái độ hợp tác cùng thực hiện nhiệm vụ

Nói ra được các ý tưởng cho việc thực hiện nhiệm vụ

Tham gia trao đổi, tranh luận khi giải quyết vấn đề

- Giai đoạn tổng kết, trình bày kết quả, vận dụng kiến thức:

Chủ động trình bày, bảo vệ kết quả nghiên cứu

Tiếp thu ý kiến đóng góp đúng đắn và thay đổi quan điểm sai của bản thân cũng như góp ý kiến cho những sai lầm của bạn bè

Tham gia đề xuất phạm vi áp dụng, liên hệ kiến thức vào thực tiễn

Các biểu hiện của tính tích cực xét trên các khía cạnh đã nêu sẽ được chúng tôi sử dụng để đánh giá hiệu quả của các tiến trình dạy học một số kiến thức chương “sóng cơ” đối với việc phát triển tính tích cực của HS trong học tập

2.1.1.3 Những tiêu chí đánh giá tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học

Ngoài những biểu hiện về tính tích cực đƣợc trình bày ở trên, việc đánh giá tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học trên lớp còn dựa vào các tiêu chí sau:

- Kết quả học tập (Sau một giờ học, một quá trình học)

Điểm số đánh giá kết quả nhận thức

Đánh giá mức độ nắm vững kiến thức kĩ năng theo 4 mức độ:

1 Sự ghi nhớ (nhớ, tái hiện, nhận biết)

2 Hiểu bài (hiểu vấn đề, có thể trình bày lại các luận điểm của bài bằng ngôn ngữ riêng)

3 Có khả năng vận dụng, vận dụng tri thức vào các tình huống quen thuộc và không quen thuộc, giải quyết các vấn đề do thực tế đặt ra

4 Sáng tạo, có cách giải quyết độc đáo, nghĩ ra cách làm mới

- Mức độ hoạt động của HS trong giờ học:

1 Thụ động hoàn toàn (ghi chép, lơ đễnh…)

2 Nhận biết không chủ định (không phân biệt đúng sai, luôn đồng ý với GV)

3 Nhận biết có chủ định, (tiếp thu có chọn lọc, ghi theo ý riêng của mình…)

4 Tích cực tìm tòi suy nghĩ tham gia tiếp nhận vấn đề, giải quyết vấn đề và kết luận vấn đề, vận dụng kiến thức (Lƣợng hóa bằng số % HS phát biểu xây dựng bài)

- Sự tập trung chú ý của HS trong tiến trình bài học:

1 Nói lên ý nghĩa lí thuyết và thực tiễn, tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu

2 Kích thích hứng thú nội dung: Nội dung dạy học phải mới, nhưng không quá

xa lạ với HS mà cái mới phải liên hệ, phát triển cái cũ và có khả năng áp dụng trong tương lai Kiến thức phải có tính thực tiễn, gần gũi với sinh hoạt, suy nghĩ hàng ngày, thỏa mãn nhu cầu nhận thức của HS

3 Phải dùng các phương pháp đa dạng: nêu vấn đề, TN, thực hành, so sánh, tổ chức thảo luận, sêmina và phối hợp chúng với nhau

4 Kiến thức phải được trình bày trong dạng động, phát triển và mâu thuẫn với nhau, tập trung vào những vấn đề then chốt, có lúc diễn ra một cách đột ngột, bất ngờ

5 Sử dụng phối hợp các PTDH, tăng cường sử dụng đa phương tiện

6 Sử dụng các hình thức tổ chức dạy học khác nhau: cá nhân, nhóm, tập thể, tham quan, làm việc trong phòng TN Các hình thức được sử dụng linh hoạt tùy thuộc vào đối tượng HS và nội dung kiến thức nghiên cứu

7 Luyện tập, vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong các tình huống mới Đưa HS tham gia vào quá trình thảo luận đánh giá

Trong các hình thức trên, theo mục tiêu nghiên cứu, chúng tôi tập trung cho các biện pháp thứ 2,3,4,5,6,7

2.1.2 Phát triển năng lực sáng tạo của HS

2.1.2.1 Khái niệm năng lực sáng tạo

Khái niệm năng lực được dùng ở đây là đối tượng của tâm lý, giáo dục học Có nhiều định nghĩa khác nhau về năng lực

Theo Từ điển tâm lý học (Vũ Dũng, 2008) “Năng lực là tập hợp các tính chất hay phẩm chất của tâm lý cá nhân, đóng vai trò là điều kiện bên trong, tạo thuận lợi cho việc thực hiện tốt một dạng hoạt động nhất định” [10]

Theo John Erpenbeck “năng lực được tri thức làm cơ sở, được sử dụng như khả năng, được quy định bởi giá trị, được tăng cường qua kinh nghiệm và được hiện thực hoá qua chủ định” [83]

Weinert (2001) định nghĩa “năng lực là những khả năng và kỹ xảo học được hoặc sẵn có của cá thể nhằm giải quyết các tình huống xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ, xã hội và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề một cách có trách nhiệm và hiệu quả trong những tình huống linh hoạt”

Như vậy năng lực là một thuộc tính tâm lý phức hợp, là điểm hội tụ của nhiều yếu tố như tri thức, kỹ năng, kỹ xảo, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm Khái niệm năng lực gắn liền với khả năng hành động Năng lực hành động

là một loại năng lực, nhưng khi nói phát triển năng lực người ta cũng hiểu đồng thời

là phát triển năng lực hành động

Năng lực là khả năng thực hiện có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong những tình huống khác nhau thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân trên cơ sở hiểu biết, kỹ năng, kỹ xảo và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động [44]

“Sáng tạo là một loại hoạt động mà kết quả của nó là một sản phẩm tinh thần hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị” [14] [44]

Sáng tạo là một tiềm năng vốn có trong mỗi con người, khi gặp dịp thì bộc lộ, cần tạo cho HS có những cơ hội đó; mỗi người có thể luyện tập để phát triển óc sáng tạo trong lĩnh vực hoạt động của mình

Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất và tinh thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới

Trong khoa học kỹ thuật, khi xem xét những phát kiến, phát hiện, sáng chế, phát minh, người ta dựa theo tiêu chuẩn sau đây:

- Được thừa nhận là một phát minh, nếu nó là một sự xác lập những quy luật, những thuộc tính, những hiện tượng chưa biết trước đây, tồn tại một cách khách quan của thế giới vật chất Phát minh là sự tìm ra những thuộc tính, cấu trúc, qui luật của sự vật, hiện tượng, quá trình trong tự nhiên, tồn tại một cách khách quan

mà trước đó chưa ai biết, nhờ đó làm thay đổi cơ bản nhận thức của con người Phát minh không có giá trị thương mại, không có khái niệm cấp bằng phát minh và không được bảo hộ pháp lý

Ví dụ: Archimet phát minh định luật về lực đẩy của nước, Lebedev phát minh tính chất áp suất của ánh sáng…

- Được thừa nhận là phát kiến, nếu nó là một cách giải quyết mới mẻ một nhiệm vụ trong bất kỳ lĩnh vực nào của kinh tế quốc dân, văn hoá, y tế hay quốc phòng mang lại một hiệu quả tích cực [72] Phát hiện là sự tìm ra những sự vật, hiện tượng, quá trình trong tự nhiên, những quy luật xã hội đang tồn tại một cách khách quan Giống như phát minh, phát hiện không có giá trị thương mại, không được bảo hộ pháp lý và cũng không có khái niệm cấp bằng phát minh

Ví dụ: Kock phát hiện vi trùng lao, Marie Curie phát hiện nguyên tố phóng xạ radium, Colomb phát hiện châu Mỹ, Faraday phát hiện ra hiện tượng Cảm ứng điện

từ và sau đó phát minh ra định luật Faraday về cảm ứng điện từ

Sáng chế là sự tìm ra một qui trình, giải pháp kỹ thuật mới mang tính nguyên lý kỹ thuật, tính sáng tạo và áp dụng được hay làm ra thiết bị kĩ thuật mới nào đó Sáng chế có khả năng áp dụng nên có ý nghĩa thương mại, được cấp bằng sáng chế độc quyền (patent), có thể mua bán bằng sáng chế, cấp giấy phép sử dụng (licence) và được bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp

Ví dụ: James Watt sáng chế ra máy hơi nước, Nobel sáng chế ra công thức thuốc

nổ TNT…

Trong dạy học, phát huy sáng tạo của HS là đường lối chung của Đảng ta và là mong muốn của mọi thầy giáo, mọi nhà giáo dục Nhưng dạy sáng tạo là thế nào và quan trọng hơn là làm thế nào để đảm bảo phát huy năng lực sáng tạo của HS khi dạy học?

Sáng tạo là một dạng hoạt động trí tuệ cấp cao mà kết quả là tìm ra cái mới Hoạt động sáng tạo dựa trên hai yếu tố cơ bản là tư duy và tưởng tượng

Tư duy thông thường được hiểu là suy nghĩ là quá trình sắp xếp, nhào nặn những điều đã có ở trong đầu, để tìm ra một cái gì mới mẻ, nhằm trả lời được các vấn đề, các câu hỏi đặt ra

Tưởng tượng là sự hình dung trong đầu những hình ảnh mới chưa từng có trong kinh nghiệm cá nhân, trên cơ sở phát triển những biểu tượng đã có

Cũng như tư duy, tưởng tượng là một dạng hoạt động sáng tạo và về quy trình, nó cũng có các bước cơ bản như: Phân tích – tổng hợp; So sánh; Trừu tượng hoá; Khái quát hoá

Nhưng nó khác với tư duy ở chỗ, nếu tư duy dựa trên khái niệm, thì tưởng tượng lại dựa vào hình ảnh Vì vậy, việc tạo ra, duy trì và tích luỹ những hình ảnh rõ ràng

và diễn cảm là cơ sở rất quan trọng để hình thành năng lực tưởng tượng

Trong nghiên cứu vật lí, chu trình sáng tạo khoa học diễn ra gồm bốn giai đoạn (xem trang 24-25), trong đó khó khăn nhất, đòi hỏi sự sáng tạo cao nhất là giai đoạn

từ những sự kiện thực nghiệm khởi đầu đề xuất mô hình giả thuyết và giai đoạn đưa

ra phương án TN để kiểm tra hệ quả suy ra từ mô hình giả thuyết Trong giai đoạn từ những sự kiện thực nghiệm khởi đầu để xuất mô hình giả thuyết, không có con đường suy luận lôgíc mà phải chủ yếu dựa vào trực giác [53] [57] [55] [54] [42] [65]

Vấn đề bản chất tâm lý học của trực giác là vấn đề về cơ chế giải quyết các nhiệm vụ nhận thức mà không thể thực hiện được bằng con đường suy luận lôgic

Đó là trường hợp mà chủ thể nhận thức không có đủ tri thức cần thiết cho việc biến cải tình huống dần dần để cuối cùng đi đến giải quyết một nhiệm vụ Ở đây, bắt buộc phải đưa ra một phỏng đoán mới, một giải pháp mới chưa hề có, một hoạt động sáng tạo thực sự

Năng lực sáng tạo gắn liền với kỹ năng, kỹ xảo và vốn hiểu biết của chủ thể Trong bất cứ lĩnh vực hoạt động nào, càng thành thạo và có kiến thức sâu rộng thì càng nhạy bén trong dự đoán, đề ra được nhiều dự đoán, nhiều phương án để lựa chọn, càng tạo điều kiện cho trực giác phát triển, bởi vậy, không thể rèn luyện năng lực sáng tạo tách rời, độc lập với học tập kiến thức về một lĩnh vực nào đó [72]

2.1.2.2 Các biểu hiện của năng lực sáng tạo

Để làm cơ sở cho hoạt động sáng tạo, cần có những phẩm chất sau:

Tính ham hiểu biết: Muốn tìm hiểu, nghiên cứu những sự vật hiện tượng nhằm mục đích hiểu đúng bản chất và tường tận mọi việc; phát hiện những điểm thú vị, mới mẻ trong những thứ quen thuộc

Độc lập, tự chủ: Độc lập trong suy nghĩ, sự tự chủ, thoát khỏi tư duy lối mòn, thoát khỏi sự trói buộc, khuôn mẫu, gò bó; thường đưa ra nhiều cách giải quyết cho một vấn đề

Khả năng tưởng tượng: Phẩm chất này đánh giá sức sáng tạo trong mỗi người, bao gồm mức độ phong phú trong đời sống nội tâm, sức tưởng tượng và mức độ tập trung tư tưởng

Tính mục tiêu: Biết tạo môi trường thuận lợi để hình thành và phát triển ý tưởng Nhiệt huyết, kiên trì, dám chấp nhận rủi ro có thể xảy ra để thực hiện ý tưởng của mình

-Theo Lecne, có 6 biểu hiện của năng lực sáng tạo của HS trong học tập, gồm: + Năng lực tự chuyển tải tri thức và kĩ năng từ lĩnh vực quen biết sang tình huống mới, vận dụng kiến thức đã học trong điều kiện, hoàn cảnh mới

+ Năng lực nhận thấy vấn đề mới trong điều kiện quen biết, nhìn thấy chức năng mới của đối tượng quen biết

+ Năng lực nhìn thấy cấu trúc của đối tượng đang nghiên cứu

+ Năng lực biết đề xuất các giải pháp khác nhau khi phải xử lý một tình huống + Năng lực xác nhận bằng lí thuyết và thực hành các giả thuyết hoặc phủ nhận nó + Năng lực biết đề xuất các phương án TN hoặc thiết kế các sơ đồ TN để kiểm tra giả thuyết hay hệ quả suy ra từ giả thuyết, hoặc để đo một đại lượng vật lí nào đó + Năng lực nhìn nhận một vấn đề dưới những góc độ khác nhau, xem xét đối tượng ở những khía cạnh khác nhau, đôi khi mâu thuẫn nhau Năng lực tìm ra các giải pháp lạ

2.1.2.3 Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo

Để đánh giá năng lực sáng tạo của HS, cần chú ý dựa vào các tiêu chí sau:

- biết vận dụng kiến thức đã có nêu được lời giải thích đối với tri thức mới, tình huống mới

- nhìn nhận vấn đề mới trong những điều kiện đã có một cách đúng đắn

- nhìn thấy chức năng mới của đối tượng kiến thức đã học

- nhìn thấy cấu trúc hệ thống của đối tượng nghiên cứu

- thừa nhận các cách giải quyết khác nhau của cùng một vấn đề, các cách giải quyết có thể mâu thuẫn nhau, chỉ ra các khía cạnh khác nhau của cùng một đối tượng được nghiên cứu

- biết phối hợp các phương thức cũ thành phương thức mới

- sáng tạo được một cách giải độc đáo

- biết nêu giả thuyết và điều kiện áp dụng

- biết đề xuất phương án thực nghiệm để kiểm tra hệ quả

- vận dụng được kiến thức vào các tình huống mới

2.1.2.4 Các biện pháp hình thành và phát triển năng lực sáng tạo của HS

- Tạo ra sự hứng thú trong học tập cho HS

- Cung cấp cho HS kiến thức cơ bản vững chắc làm cơ sở cho quá trình sáng tạo

- Rèn luyện cho HS khả năng tư duy độc lập, khả năng tự phát hiện và nêu lên các vấn đề cần giải quyết

Vậy lộ trình của một hành động nhận thức sáng tạo theo phương pháp dạy học tích cực là thế nào? Lộ trình đó phải được cụ thể hoá từng bước trên đối tượng của hoạt động nhận thức (tức tài liệu học tập) thì người dạy mới có thể thực hiện được

1 Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới Kiến thức vật lí trong trường phổ thông là những kiến thức đã được loài người khẳng định; tuy vậy, chúng luôn luôn là mới mẻ đối với học sinh Việc nghiên cứu kiến thức mới sẽ thường xuyên tạo ra những tình huống đòi hỏi học sinh phải đưa ra những ý kiến mới, giải pháp mới đối với chính bản thân họ Tổ chức quá trình nhận thức vật lí theo chu trình sáng tạo sẽ giúp cho học sinh trên con đường hoạt động sáng tạo dễ nhận biết được: chỗ nào có thể suy nghĩ dựa trên những hiểu biết đã có, chỗ nào phải đưa ra kiến thức mới, giải pháp mới Việc tập trung sức lực vào chỗ mới đó sẽ giúp cho hoạt động sáng tạo có hiệu quả, rèn luyện cho tư duy trực giác nhạy bén, phong phú Trong nhiều trường hợp, giáo viên có thể giới thiệu cho học sinh kinh nghiệm sáng tạo của các nhà bác học

Theo quan điểm hoạt động, giáo trình vật lí được xây dựng đi từ dễ đến khó, phù hợp với trình độ học sinh, tận dụng được những kinh nghiệm sống hàng ngày của

họ, tạo điều kiện cho họ có cơ hội đề xuất ra được những ý kiến mới mẻ có ý nghĩa,

làm cho họ cảm nhận được hoạt động sáng tạo là hoạt động thường xuyên có thể thực hiện được với sự cố gắng nhất định Sự tự tin trong hoạt động sáng tạo là một yếu tố tâm lí rất quan trọng làm cho chủ thể nhận thức thoát khỏi những sự ràng buộc, hạn chế của những hiểu biết cũ hay bởi ý kiến của người khác, nhất là của những nhà bác học Như vậy, kiểu dạy học thông báo- minh họa về nguyên tắc không thể rèn luyện cho học sinh năng lực sáng tạo

2 Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết

Như đã biết, dự đoán có vai trò rất quan trọng trên con đường sáng tạo khoa học

Dự đoán dựa chủ yếu vào trực giác, kết hợp với kinh nghiệm phong phú và kiến thức sâu sắc về mỗi lĩnh vực Các nhà khoa học nói rằng: việc xây dựng giả thuyết dựa trên sự khái quát hoá những sự kiện thực nghiệm, những kinh nghiệm cảm tính Tuy nhiên, sự khái quát hoá đó không phải là một phép qui nạp đơn giản, hình thức

mà chứa đựng một yếu tố mới, không có sẵn trong các sự kiện dùng làm cơ sở Dự đoán khoa học không phải là tuỳ tiện mà luôn luôn phải có một cơ sở nào đó, tuy chưa thật là chắc chắn Có thể có các cách dự đoán sau đây trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức vật lí của học sinh:

a) Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có

b) Dựa trên sự tương tự

c) Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có quan hệ nhân quả

d) Dựa trên nhận xét thấy: hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng

e) Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình

g) Dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang một lĩnh vực khác

h) Dự đoán về mối quan hệ định lượng

3 Luyện tập đề xuất phương án kiểm tra dự đoán

Trong nghiên cứu vật lí, một dự đoán, một giả thuyết thường là một sự khái quát các sự kiện thực nghiệm nên nó có tính chất trừu tượng, tính chất chung, không thể kiểm tra trực tiếp được Muốn kiểm tra xem dự đoán, giả thuyết có phù hợp với

thực tế không, ta phải xem điều dự đoán đó biểu hiện trong thực tế như thế nào, có những dấu hiệu nào có thể quan sát được Điều đó có nghĩa là: từ một dự đoán, giả thuyết, ta phải suy ra được một hệ quả có thể quan sát được trong thực tế, sau đó tiến hành thí nghiệm để xem hệ quả rút ra bằng suy luận đó có phù hợp với kết qủa thí nghiệm không

Hệ quả suy ra được phải khác với những sự kiện ban đầu dùng làm cơ sở cho dự đoán thì mới có ý nghĩa Số hệ quả phù hợp với thực tế càng nhiều thì dự đoán càng trở thành chắc chắn, sát với chân lí hơn

Quá trình rút ra hệ quả thường áp dụng suy luận lôgic hay suy luận toán học Sự suy luận này phải đảm bảo là đúng qui tắc, qui luật, không phạm sai lầm Những qui tắc, qui luật đó đều đã biết; cho nên, về nguyên tắc, sự suy luận đó không đòi hỏi một sự sáng tạo thực sự, có thể kiểm soát được Vấn đề đòi hỏi sự sáng tạo ở đây là

đề xuất được phương án kiểm tra hệ quả đã rút ra được Nhiều khi để có thể suy ra được một hệ quả có thể kiểm tra được trong thực tiễn, ta phải thực hiện một chuỗi nhiều phép suy luận liên tiếp

4 Giải các bài tập sáng tạo

Ở trên, ta đã xem xét việc rèn luyện năng lực sáng tạo cho học sinh trong quá trình xây dựng kiến thức mới Ngoài ra, trong dạy học vật lí, người ta còn xây dựng những loại bài tập riêng vì mục đích này và được gọi là bài tập sáng tạo Trong loại bài tập sáng tạo này, ngoài việc phải vận dụng một số kiến thức đã học, học sinh bắt buộc phải có những ý kiến độc lập mới mẻ, không thể suy ra một cách lôgic từ những kiến thức đã học

Khi khảo sát chu trình sáng tạo khoa học, ta đã biết: hai giai đoạn khó khăn hơn

cả đòi hỏi sự sáng tạo là giai đoạn từ sự kiện cảm tính tới việc xây dựng mô hình giả thuyết trừu tượng và giai đoạn chuyển từ một tiên đề lí thuyết, những qui luật nhất định của hiện tượng sang việc kiểm tra bằng thực nghiệm Giai đoạn thứ nhất đòi hỏi sự giải thích hiện tượng, trả lời câu hỏi: tại sao? Còn giai đoạn thứ hai lại đòi hỏi thực hiện một hiện tượng thực, đáp ứng với những yêu cầu đã cho, nghĩa là trả lời câu hỏi: làm thế nào? Tương ứng với hai trường hợp trên là hai bài tập sáng tạo: bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế chế tạo [56]

Từ những vấn đề lý luận trên, chúng ta có thể xây dựng lộ trình tổng quát của phương pháp dạy học tích cực là: “Làm cho người học tiếp cận tài liệu học tập ở trạng thái vận động theo hệ thống và phê phán” [79]

2.2 TỔ CHỨC DẠY HỌC VẬT LÍ PHỎNG THEO CON ĐƯỜNG NGHIÊN CỨU VẬT LÍ

2.2.1 Quá trình nhận thức trong khoa học vật lí và trong dạy học vật lí

Các nghiên cứu về lí luận DHVL [53][55][64][68][71] đã chỉ ra rằng: Để thực hiện tốt nhiệm vụ DHVL ở trường PT, trong đó có nhiệm vụ phát triển năng lực sáng tạo cho HS, thì phải thực hiện đúng con đường nhận thức vật lí và tổ chức hoạt động của HS để chiếm lĩnh kiến thức vật lí,… Chu trình sáng tạo khoa học mà V.G Razumôpxki đã đề xuất và vận dụng vào dạy học vật lí để phát triển năng lực sáng tạo của HS đã được thừa nhận rộng rãi hiện nay, là thể hiện sự liên hệ chặt chẽ giữa con đường nhận thức khoa học và phương pháp DHVL

Chu trình sáng tạo

khoa học gồm bốn giai

đoạn chính: Từ sự khái

quát hóa những sự

kiện khởi đầu đi đến

xây dựng mô hình trừu

tượng của hiện tượng

(đề xuất giả thuyết); từ

mô hình suy ra các hệ quả lôgic; từ các hệ quả đi đến thiết kế và tiến hành kiểm tra bằng thực nghiệm các hệ quả; nếu các sự kiện thực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì giả thuyết trở thành chân lí khoa học, một định luật, một thuyết vật lí và kết thúc một chu trình Những hệ quả như thế ngày một nhiều, mở rộng phạm vi ứng dụng của các thuyết và định luật vật lí Cho đến khi xuất hiện những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với các hệ quả rút ra từ lí thuyết thì điều đó dẫn tới phải xem lại lí thuyết cũ, cần phải chỉnh lí lại hoặc phải thay đổi mô hình giả thuyết, và như thế lại bắt đầu một chu trình mới, xây dựng những mô hình giả thuyết mới,

Hình 2.1 Chu trình sáng tạo khoa học theo V.G Razumôpxki

Các sự kiện xuất phát

Mô hình giả thuyết trừu tượng

Các hệ quả suy ra

từ mô hình

Kiểm tra bằng thực nghiệm

thiết kế những thiết bị mới để kiểm tra và nhờ vậy mà kiến thức của nhân loại ngày một phong phú thêm

Từ nhiều nghiên cứu của các tác giả [49] [56] [60] … Chúng tôi đồng ý và bổ sung cho luận điểm: Để đảm bảo tiến trình dạy học vật lí phù hợp với quá trình nhận thức trong khoa học vật lí thì người GV cần quan tâm tổ chức các hoạt động sau:

- Xác định Lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức theo quy luật nhận thức trong nghiên cứu vật lí trong đó đặc biệt tránh những thông báo áp đặt…

- Xác định Phương pháp nghiên cứu: phương pháp lí thuyết và phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô phỏng nhờ máy vi tính v v

- Xác định Phương tiện nghiên cứu: hệ thống thiết bị nghiên cứu càng đầy đủ, mang tính chính xác, khoa học cao, hệ thống các tư liệu tham khảo càng hiện đại và phù hợp trình độ HS, điều kiện trường phổ thông càng tốt

- Xác định Hình thức tổ chức nghiên cứu: cá nhân, hợp tác nhóm (thảo luận, tự đánh giá, đánh giá v v )

Chúng ta cần phải xem xét kĩ sự khác biệt giữa quá trình hoạt động của HS trong học tập và quá trình sáng tạo của các nhà khoa học Sự khác biệt này bao gồm những vấn đề sau đây có liên quan đến đặc điểm của HS và những điều kiện làm việc của họ

Về nội dung kiến thức: nhà khoa học phải tìm ra cái mới, giải pháp mới mà trước

đó loài người chưa hề biết đến, còn HS thì tìm lại cho bản thân kiến thức đã biết của nhân loại Trong học tập, HS tự "khám phá lại” các kiến thức để vận dụng trong hoạt động thực tiễn sau này

Về thời gian: nhà khoa học có thời gian dài để khám phá một kiến thức, còn HS thì chỉ có thời gian rất ngắn trên lớp

Về phương tiện: nhà khoa học có các TBTN, máy móc hiện đại, còn HS, trong điều kiện của trường phổ thông chỉ có những thiết bị đơn giản hơn

Chính vì sự khác biệt rất lớn đó nên trong dạy học, GV phải từng bước tập dượt cho HS vượt qua những khó khăn trong hoạt động giải quyết vấn đề Muốn vậy, người GV cần phải vận dụng được lí thuyết về "vùng phát triển gần" của L.S

Vygosky, tạo ra những điều kiện thuận lợi để HS tình nguyện tham gia vào hoạt động nhận thức và thực hiện thành công nhiệm vụ được giao

Về mặt tâm lí, cần phải tạo được mâu thuẫn nhận thức, gợi động cơ, hứng thú tìm cái mới bằng cách đưa HS vào các tình huống có vấn đề, đồng thời tạo ra một môi trường sư phạm thuận lợi để họ tin tưởng vào khả năng của mình trong việc giải quyết nhiệm vụ được giao và tình nguyện tham gia vào hoạt động nhận thức

Về nội dung và biện pháp hỗ trợ hoạt động nhận thức, GV cần phải tạo mọi điều kiện để HS có thể giải quyết thành công những nhiệm vụ được giao Điều này là hết sức quan trọng bởi vì sự thành công của họ trong việc giải quyết vấn đề học tập có tác dụng rất lớn cho họ tự tin, hứng thú mạnh dạn suy nghĩ để giải quyết các vấn đề tiếp theo Muốn vậy, trước hết GV cần phải lựa chọn một lôgic bài học mang tính khoa học, thích hợp, phân chia bài học thành những nhiệm vụ nhận thức cụ thể phù hợp với năng lực của HS sao cho họ có thể tự lực giải quyết được với cố gắng vừa phải Bên cạnh đó, GV cần phải từng bước rèn luyện cho HS thực hiện một số kĩ năng cơ bản bao gồm các thao tác chân tay và các thao tác tư duy, giúp cho HS có khả năng quan sát, sử dụng các phương tiện học tập Cuối cùng là GV phải cho HS làm quen với các phương pháp nhận thức vật lí phổ biến như phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự, phương pháp mô hình…[60]

Trong luận án này, chúng tôi quan tâm đến phương pháp thực nghiệm trong DHVL Các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng đã chỉ ra rằng: “ Để giúp HS có thể bằng hoạt động của bản thân mình mà tái tạo, chiếm lĩnh được các kiến thức vật lí thì tốt nhất là GV phỏng theo phương pháp thực nghiệm của các nhà khoa học mà tổ chức cho HS hoạt động (theo 5 giai đoạn của phương pháp thực nghiệm)” [[55] tr 111, 53] Để phỏng theo “phương pháp thực nghiệm” của các nhà khoa học, bên cạnh việc thực hiện “mô phỏng” nội dung của phương pháp thực nghiệm trong khoa học thì chất lượng của các dữ liệu thực nghiệm thu được cũng cần phải đảm bảo độ chính xác và khoa học Để có được các dữ liệu thực nghiệm chính xác thì trong phương pháp thực nghiệm, chất lượng và độ chính xác của các TBTN đóng vai trò rất quan trọng Khảo sát thực tế dạy học vật lí ở trường PT cho thấy, đại bộ phận các TBTN mới chỉ đảm bảo các quan sát định tính, một số thiết bị cho phép khảo sát hiện tượng vật lí về mặt định lượng, song độ chính xác chưa cao

Điều đó hạn chế vai trò của phương pháp thực nghiệm theo hướng mô phỏng phương pháp thực nghiệm của các nhà khoa học

Cùng với việc phát triển của công nghệ, nhiều sản phẩm khoa học công nghệ trước kia chưa có hoặc giá thành cao, không thể vận dụng đại trà trong DHVL ở trường PT, thì ngày nay đã phổ biến rộng rãi, giá thành phù hợp, tạo cơ hội nâng cao chất lượng và độ chính xác, định lượng của các TNVL ở trường PT Thực tế đó giúp chúng tôi thực hiện ý tưởng “phỏng theo phương pháp thực nghiệm của nhà khoa học” theo hướng nâng cao độ chính xác, mặt định lượng của các thí nghiệm chương Sóng cơ (Vật lí 12)

Trong quá trình hình thành một số kiến thức về Sóng cơ theo con đường suy luận

lí thuyết sau đó sử dụng thí nghiệm để kiểm chứng các kết luận suy ra được từ con đường suy luận lí thuyết này thì việc trực quan hóa các kết quả suy luận lí thuyết nhờ TN mô phỏng là rất quan trọng Chúng tôi trình bày các đề xuất cụ thể trong mục 2.2.2

2.2.2 Tổ chức dạy học vật lí phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí

2.2.2.1 Cơ sở tâm lí học của việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí

2.2.2.1.1 Lí thuyết phát triển nhận thức của J Piaget

J Piaget đã xây dựng lí thuyết về sự hình thành trí tuệ Lí thuyết này coi trí tuệ là hình thức duy nhất của sự phối hợp các hành động bên trong của chủ thể được gọi là các thao tác trí tuệ, là sản phẩm của sự tương tác qua lại của chủ thể và môi trường Trong dạy học, J Piaget nhấn mạnh HS giữ vai trò rất tích cực trong việc thích nghi với môi trường

J Piaget thừa nhận rằng có một sự tương tác giữa trẻ em và môi trường, đây là một tiêu điểm cho lí thuyết của ông Ông tin rằng một đứa trẻ có thể tự tìm hiểu khi liên tục tương tác với môi trường của nó và tự học hỏi thông qua các sai lầm mà trẻ gặp phải Ông định nghĩa trẻ em là "nhà khoa học duy nhất", ông đã không xác định bất kỳ sự cần thiết của GV hoặc người lớn trong phát triển nhận thức của trẻ Trẻ

em có tất cả các cơ chế nhận thức để tự tìm hiểu và sự tương tác với môi trường của trẻ cho phép nó làm như vậy [97]

Lí thuyết của J Piaget đã có một tác động rất lớn về phương pháp dạy học trên toàn thế giới, và là một trong các lí thuyết phát triển nhận thức quan trọng nhất trong giáo dục cho đến nay

2.2.2.1.2 Lí thuyết phát triển nhận thức của L S Vygotsky

Các luận điểm cơ bản: L.S.Vygotsky đưa ra lí thuyết về “vùng phát triển gần” (zone of proximal development - ZPD) “ Chỗ tốt nhất cho sự phát triển nhận thức là vùng phát triển gần Vùng đó là khoảng cách giữa trình độ phát triển hiện tại được xác định bằng trình độ độc lập giải quyết vấn đề và trình độ gần nhất mà HS có thể đạt được với sự giúp đỡ của người lớn hay bạn hữu khi giải quyết vấn đề” [98]

Có hai mức độ đạt được các vùng phát triển gần:

Mức độ 1 – “hiện tại mức độ phát triển” Điều này mô tả những gì trẻ có thể làm

mà không có bất kỳ sự giúp đỡ từ những người khác

Mức độ 2 - "tiềm năng mức độ phát triển” Điều này có nghĩa là những gì đứa trẻ có khả năng hoặc có thể có khả năng phát triển với sự giúp đỡ từ người khác hoặc GV Khoảng cách giữa mức độ 1 và 2 (phát triển hiện tại và tiềm năng) theo L.S Vygotsky mô tả là khu vực phát triển gần Ông tin rằng thông qua sự giúp đỡ từ người khác, có kiến thức hơn, trẻ có khả năng đạt được kiến thức đã được tổ chức của họ Tuy nhiên, kiến thức phải phù hợp với trình độ hiểu biết của trẻ Trong vùng phát triển gần, trẻ không thể tự mình hoàn thành các nhiệm vụ, nhưng có thể hoàn thành các nhiệm vụ này dưới sự hướng dẫn của GV, nhờ vậy đứa trẻ có thể tiếp tục học tập kiến thức phức tạp hơn ở cấp độ cao hơn

L.S.Vygotsky cung cấp một lí thuyết có ảnh hưởng rất lớn, trong đó cung cấp một bối cảnh xã hội có ý nghĩa trong sự phát triển của học tập Sự nhấn mạnh của kiến thức văn hóa là một cái gì đó vô hình trong lí thuyết của Piaget

2.2.2.2 Tổ chức dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí

Căn cứ vào hai lí thuyết tâm lý học bổ sung hỗ trợ lẫn nhau của J Piaget và L.S.Vygotsky, việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách khoa học cần phải tổ chức theo kiểu dạy học PH&GQVĐ với các chú ý quan trọng như sau:

1) Tổ chức tình huống học tập trong đó làm xuất hiện mâu thuẫn về mặt nhận thức (sự mất cân bằng giữa những kiến thức, quan niệm, phương pháp - hoặc hệ

thống những kiến thức, quan niệm, phương pháp cũ của HS về thế giới tự nhiên với những đối tượng đang nghiên cứu (tính chất, mối quan hệ giữa hiện tượng, quá trình vật lí … có thể quan sát được hay suy luận ra được)

Để tư duy phát triển thì trong hoạt động tư duy của HS không chỉ đơn thuần xảy

ra quá trình đồng hoá các kiến thức, phương pháp mới (ở cùng bậc cụ thể, chi tiết),

mà hết sức quan trọng là phải xảy ra quá trình tự thích nghi, trong đó có sự tự bổ sung, biến đổi quan điểm, cấu trúc hệ thống kiến thức, phương pháp nhận thức

2) Điều khiển, dẫn dắt HS tự lực giải quyết mâu thuẫn nhận thức một cách sáng tạo

Theo L.S Vygotsky, để cho sự phát triển nhận thức ở HS là tốt nhất, người GV phải xác định được vùng phát triển gần ở mỗi nhóm, mỗi đối tượng HS Áp dụng lí thuyết của L.S Vygosky, có thể hướng dẫn HS giải quyết vấn đề theo kiểu định hướng khái quát chương trình hóa [64]

Trong dạy học PH&GQVĐ, việc phát hiện vấn đề là rất quan trọng được thực hiện tốt nhất là bởi HS Từ các thông tin ban đầu qua quan sát (trực tiếp hoặc được tái tạo bởi TN) tiếp nhận thông tin dạng hình ảnh, âm thanh, xúc giác, khứu giác… thông qua các ví dụ trong thực tiễn, gần gũi, HS cần tự nhận thấy mâu thuẫn giữa thực tế và vốn hiểu biết đã có, từ đó có sự say mê, hứng thú, tích cực tìm cách giải quyết mâu thuẫn nhằm tìm câu trả lời, lời giải thích cho hiện tượng Rõ ràng, với cách tiếp cận vấn đề theo yêu cầu của việc học như nghiên cứu vật lí, HS luôn cần được tiếp cận thông tin với lượng lớn, phản ánh nhiều khía cạnh khác nhau của cùng một hiện tượng, từ đó định hướng tìm tòi dưới sự dẫn dắt, hỗ trợ của GV một cách khéo léo Vấn đề hay cách đề xuất vấn đề mà HS cảm nhận có được là do GV mang lại rõ ràng có thể giúp HS đạt được trạng thái tâm lí hứng thú, tích cực tốt nhất cần có trong quá trình học tập

3) Dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL

PH&GQVĐ xuất phát từ các giai đoạn NC của các nhà khoa học Vật lí, nên bản chất là sự phỏng theo

PH&GQVĐ hiện nay có những cách hiểu chưa thể hiện sự phỏng theo nên chúng tôi nhấn mạnh ý đúng là sự phỏng theo NCVL Sử dụng ví dụ cho chương Sóng cơ: Khi NC một hiện tượng vật lí, cần đặt ra một câu hỏi cần giải quyết Trong

DH lại đặt vấn đề NC luôn tính huống đặc biệt cùng pha, cùng tần số, nhờ LT rút

ra điều kiện và đặc điểm của giao thoa, các điều kiện này được kiểm nghiệm nhờ thí nghiệm thực

Theo chúng tôi, logic trên chưa thể hiện rõ sự phỏng theo ở chỗ: Đặt vấn đề nghiên cứu cho trường hợp đơn giản nhất là khiên cưỡng, chưa đầy đủ đúng nghĩa của sự phỏng theo NCVL Chúng tôi nhấn mạnh sự phỏng theo, GV tiến hành TN mở đầu

hỗ trợ HS đề xuất giải thuyết HS sẽ quan sát sự tổng hợp của 2 sóng nước và thấy rằng có trường hợp hình ảnh sóng ổn định khi thay đổi tần số của 1 nguồn sóng tới một giá trị xác đinh Từ đó mới đặt vấn đề nghiên cứu điều kiện để xảy ra trường hợp đặc biệt của sóng trên mặt nước

Căn cứ vào các phân tích trên về dạy học PH&GQVĐ, tư tưởng dạy học vật lí phỏng theo con đường NCVL đảm bảo được hai yêu cầu sau:

- Phù hợp với chu trình nhận thức khoa học vật lí, con đường xây dựng kiến thức đáp ứng tính khoa học

- Sử dụng phương pháp thực nghiệm với các TBTN đủ độ chính xác đảm bảo được ở mức độ:

+ Quan sát rõ ràng về mặt định tính, quan sát rõ biểu hiện các thuộc tính, tính chất của hiện tượng và các mối quan hệ giữa chúng

+ Nâng cao tính định lượng, có đủ dữ liệu để khai thác và khái quát thành quy luật, đủ tính thuyết phục

+ Sử dụng TBTN đáp ứng linh hoạt được các tình huống mà HS có thể đề xuất cần tiến hành TN trong quá trình dạy học, hoặc là cơ sở khảo sát gần với thực tế nhất nhằm đưa ra các sự kiện thực nghiệm đúng đắn trong quá trình nghiên cứu hiện tượng vật lí

+ Trực quan hóa các mô hình vật lí toán mô tả các quá trình vi mô nhờ TN mô phỏng qua đó chỉ ra những hệ quả suy luận lí thuyết cần (có thể) kiểm chứng bằng thực nghiệm Chú trọng vai trò trực quan hóa của TN mô phỏng trong điều kiện cụ thể đã được lựa chọn, giúp HS có các đề xuất kiểm nghiệm băng thực nghiệm trong các giai đoạn tiếp theo của quá trình NCVL

Với quan điểm dạy học phỏng theo con đường NCVL như trên, bằng cách hình thành kiến thức theo lôgíc khoa học trong đó, để tránh các thông báo, sắp xếp mang