Ứng dụng phương pháp mô hình trong dạy học chương dòng điện trong các môi trường vật lý lớp 11 trung học phổ thông

Trong chương trình Vật lí THPT, các kiến thức vật lí chương “Dòng điệntrong các môi trường” rất trừu tượng, khó hiểu đối với học sinh và có nhiềuứng dụng thực tế nhưng thiết bị thí nghiệ

sự giúp đỡ tận tình của các tổ chức, các thầy giáo, cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè và người thân

Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Nhà giáo - Tiến sĩ Trịnh Đức Đạt, người đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tác giả gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong tổ PPGD Vật lí trường Đại học Vinh, các thầy cô giáo trong khoa Sau Đại học trường Đại học Vinh, các thầy cô giáo giảng dạy khoa Vật lí trường Đại học Vinh.

Xin cảm ơn tới Ban Giám hiệu, tổ Vật lí, các đồng nghiệp trường THPT Thái Lão Nghệ An cùng các thầy cô giáo bộ môn Vật lí của các trường THPT

đã hợp tác, tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình tìm hiểu, khảo sát và triển khai đề tài.

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với gia đình, người thân và bạn bè

đã luôn động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Tác giả

PHAN ĐĂNG SƠN

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các bảng và đồ thị

Danh mục các hình vẽ

Mở đầu

1

2

3

4

5

6

7

8

Lí do chọn đề tài……… ………

Mục đích nghiên cứu……… ……… ………

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……… ………

Giả thuyết khoa học……… ……… ……… …

Nhiệm vụ nghiên cứu……… ………

Phương pháp nghiên cứu……… … …… ……… ……

Kết quả đóng góp của đề tài……….… ………….…

Cấu trúc luận văn……… ……… ……… ….…… …

1 2 2 2 2 3 3 4 Chương 1 Cơ sở lí luận của việc vận dụng PPMH trong dạy học Vật lí ở trường THPT 5 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 Phát triển hoạt động nhận thức tích cực, chủ động của học sinh trong dạy học ……….……… ….

Tính tích cực, chủ động trong hoạt động nhận thức của học sinh

Phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh trong dạy học………

Tiến trình dạy học Vật lí phát triển hoạt động nhận thức tích cực, chủ động của học sinh……… ………

Vấn đề thiết lập sơ đồ nhận thức khoa học đối với kiến thức cần dạy……… ………

Định hướng khái quát chương trình hóa hành động nhận thức tích cực, chủ động của học sinh……….

Mô hình……… ……… …….……

5 5 10 14 14 16 19

Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô hình… ……… …….

Cấu trúc của phương pháp mô hình trong vật lí học………

Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí……… …… ….

Vai trò của phương pháp mô hình trong dạy học vật lí………….…

Tổ chức dạy học theo phương pháp mô hình……… …

Các mức độ sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

Kết luận chương 1……… ……….…

24252929313236

Chương 2 Tổ chức dạy học chương “Dòng điện trong các môi

trường”-Vật lí lớp 11 THPT chương trình nâng cao theo PPMH 372.1

Nhận thức của giáo viên về mô hình và phương pháp mô hình.……

Thực tế sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lí…… …

Nguyên nhân của thực trạng……….……… ………….…

Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức cơ bản chương

“Dòng điện trong các môi trường” chương trình nâng cao bằng

3740

4046

5050515152

525254

Kết luận chương 2……….…………

63 73 Chương 3 Thực nghiệm sư phạm 75 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.5.1 3.5.2 Mục đích……….………… ……… …

Phương pháp thực nghiệm……… ……… …

Đối tượng thực nghiệm……… ………

Tiến trình thực nghiệm sư phạm……… ……… …

Kết quả thực nghiệm………

Lựa chọn tiêu chí đánh giá……….……… …

Đánh giá kết quả……… ……… …

Kết luận chương 3……….………

75 75 75 76 76 76 77 82

Kết quả bài kiểm tra trước khi thực nghiệm ……

Bảng kết quả bài kiểm tra (cuối đợt thực nghiệm)

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang1

Chu trình sáng tạo khoa học theo G.Razumovxki…

Các loại mô hình sử dụng trong vật lí………… ….

Sơ đồ cấu trúc của PPMH……….

Cấu trúc lôgic chương "Dòng điện trong các môi trường" SGK Vật lí 11chương trình nâng cao……

Cấu trúc lôgic chương "Dòng điện trong các môi trường" SGK Vật lí 11 chương trình chuẩn……….….

Sơ đồ các giai đoạn xây dựng kiến thức bằng

122428484955

`MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước là mục tiêu hàng đầu trong đườnglối xây dựng phát triển của nước ta, "Đến năm 2020 đất nước ta về cơ bảnphải trở thành nước công nghiệp"[7] Muốn thực hiện thành công sự nghiệpnày, chúng ta phải thấy rõ nhân tố quyết định thắng lợi chính là nguồn nhânlực con người Việt Nam Nền giáo dục nước ta không chỉ có nhiệm vụ đào tạocho đủ về số lượng mà cần quan tâm đặc biệt đến chất lượng đào tạo nguồnnhân lực

Để đạt được mục đích đó, chúng ta cần phải nghiên cứu, áp dụng và liêntục cải tiến các phương pháp giảng dạy Ngành giáo dục của nước ta hiện nay

đã sử dụng một số phương pháp dạy học mang lại những hiệu quả nhất địnhnhư phương pháp thực nghiệm, phương pháp đàm thoại nêu vấn đề, phươngpháp diễn giảng

PPMH là một trong những phương pháp nhận thức khoa học và đã đượcvận dụng vào trong dạy học PPMH ngày càng trở nên quan trọng khôngnhững trong Vật lí mà cả trong những ngành khoa học tự nhiên và xã hộikhác Khi nghiên cứu những hiện tượng Vật lí xảy ra trong thế giới vi mô,nhất là trong dạy học vật lí, chúng tôi đặc biệt quan tâm tới PPMH

Trong chương trình Vật lí THPT, các kiến thức vật lí chương “Dòng điệntrong các môi trường” rất trừu tượng, khó hiểu đối với học sinh và có nhiềuứng dụng thực tế nhưng thiết bị thí nghiệm dạy học còn thiếu và chất lượngkém nên trong quá trình dạy học giáo viên thường khó khăn trong việc đưa raphương pháp dạy học hợp lí để phát huy tính tích cực, chủ động trong hoạtđộng nhận thức của học sinh Nhưng bên cạnh đó mạch kiến thức của chươnglại có tính logic khá cao về trình tự xây dựng kiến thức dòng điện trong cácmôi trường nên sẽ lợi thế cho việc sử dụng PPMH khi dạy học các kiến thức

của chương Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề tài: Vận dụng phương pháp

mô hình trong dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” - Vật lí lớp 11 trung học phổ thông.

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng PPMH trong dạy học một số kiến thức cơ bản chương “Dòngđiện trong các môi trường” nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lí

trong trường THPT

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- PPMH: Trong nghiên cứu vật lí và trong dạy học vật lí

- Hoạt động dạy và học những kiến thức cơ bản thuộc chương “Dòng điệntrong các môi trường” trong Vật lí 11 THPT chương trình nâng cao của giáoviên và học sinh ở trường THPT

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Chương trình Vật lí THPT

- Quá trình dạy học vật lí chương “Dòng điện trong các môi trường” lớp 11thuộc các trường trên địa bàn huyện Hưng Nguyên - tỉnh Nghệ An và vùngphụ cận

4 Giả thuyết khoa học

Vận dụng PPMH trong dạy học một cách hợp lý sẽ phát huy được tínhtích cực, chủ động trong hoạt động nhận thức của học sinh, từ đó góp phầnnâng cao chất lượng dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” - Vật

lí lớp 11 THPT chương trình nâng cao

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu cơ sở của việc phát triển hoạt động nhận thức tích cực, chủ độngcủa HS trong dạy học

- Tìm hiểu lý thuyết về mô hình và PPMH trong nghiên cứu vật lí và trongdạy học vật lí.

- Nghiên cứu chương trình và sách giáo khoa vật lí phần điện học

- Tìm hiểu thực trạng nhận thức về PPMH và sử dụng PPMH trong dạy họcvật lí ở trường phổ thông

- Thiết kế các phương án dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường”theo PPMH

- Thực nghiệm sư phạm đánh giá các phương án đã xây dựng

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý luận:

+ Các văn kiện của Đảng và Nhà nước, của Bộ giáo dục và đào tạo cóliên quan đến vấn đề nghiên cứu

+ Các tài liệu, công trình liên quan đến hướng nghiên cứu

- Nghiên cứu tình hình thực trạng trên đối tượng cụ thể: Dự giờ, quan sát việcdạy của giáo viên và việc học của học sinh trong quá trình thực nghiệm sưphạm

- Thực nghiêm sư phạm: Thực hiện các bài dạy đã thiết kế, so sánh với lớpđối chứng để rút ra những cần thiết, chỉnh lý thiết kế đề xuất hướng áp dụngvào thực tiễn, mở rộng kết quả nghiên cứu

- Thống kê toán học: xử lý thông tin thu được trong thực nghiệm; đánh giáhiệu quả của phương án thực nghiệm đã đưa ra

7 Kết quả đóng góp của đề tài

- Góp phần làm rõ cơ sở lí luận của việc sử dụng PPMH trong dạy học vật lý

- Góp phần đưa ra hướng tiếp cận kiến thức chương “Dòng điện trong các môitrường” bằng PPMH cho học sinh thông qua đó bồi dưỡng con đường nhậnthức, nghiên cứu kiến thức vật lý theo con đường nhận thức khoa học

- Thiết kế được một số nội dung dạy học chương “Dòng điện trong các môitrường” - Vật lý lớp 11 THPT chương trình nâng cao bằng việc vận dụngPPMH.

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài lời cám ơn, mục lục (3 trang), phần mở đầu (4 trang), phần kết luận (1 trang), phần phụ lục (16 trang) và tài liệu tham khảo (2 trang), luận

văn gồm có 78 trang với 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận của việc vận dụng PPMH trong dạy học Vật lí.Chương 2: Tổ chức dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường”

- Vật lí 11 THPT theo PPMH

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1 – CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC VẬN DỤNG PPMH

TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG THPT 1.1 Phát triển hoạt động nhận thức tích cực, chủ động của học sinh trong dạy học

1.1.1 Tính tích cực, chủ động trong hoạt động nhận thức của học sinh

1.1.1.1 Tính tích cực, chủ động trong hoạt động nhận thức của học sinh

Tính tích cực, theo M.I.Lixina, A.N.Lêônchiep…chỉ tính chủ động haytính tự chủ, hành động một cách có ý thức theo chủ ý của chủ thể

Tính chủ định của ý thức, tính chủ động của chủ thể được xem xét dướigóc độ chức năng, vai trò của chủ thể đối với thế giới bên ngoài chính làthước đo tính chủ động của chủ thể với giới hạn của thước đo: phía trên làtính tích cực tuyệt đối; phía dưới là tính bị động hoàn toàn

Thông số đo sự biến đổi hoạt động tâm lí của chủ thể, thể hiện chứcnăng chỉ báo hoạt động của con người chính là tính tích cực, tự chủ Đókhông chỉ là sự thích nghi với thế giới bên ngoài mà cao hơn, là sự thích ứng,

sự cải tạo và sáng tạo của chủ thể

Con người chỉ sẵn sàng hoạt động khi họ có nhu cầu Nhu cầu hoạtđộng chính là nguồn gốc, động lực của tính tích cực.Với hoạt động học, đóchính là nhu cầu nhận thức, nhu cầu học tập và là khát vọng lớn nhất của conngười Nhờ đó, con người mới có khả năng khám phá được những qui luật tựnhiên và hành động phù hợp với thực tế

Hành động của con người dựa trên cơ sở con người nhận thức được ýnghĩa, hoàn cảnh, phương tiện xã hội của hành động và theo P.Ia Ganpirin,A.Liublinxcaia, các mức độ tiến hoá của hành động (bắt chước, làm theo mẫumột cách có ý thức và độc lập sáng tạo) thể hiện mức độ phát triển tính tíchcực, tự chủ

Tính tích cực, tự chủ được lượng giá theo các chỉ số về tính giá trị củahoạt động và tính tự nguyện; tính hiệu quả của hoạt động, thể hiện ở năng suấtlao động, trình độ nhận thức và tính sáng tạo, phát triển.

Đối với HS, hoạt động học vốn là hoạt động chủ đạo ở lứa tuổi đi học và

là một hoạt động bắt buộc, “có trách nhiệm”, đòi hỏi ở HS lao động “có tổchức”, được điều chỉnh và qui định một cách có hệ thống bởi những yêu cầubên ngoài, được tổ chức bởi GV Vì vậy, tính tích cực, tự chủ của HS đượcbiểu hiện ở tính tích cực tự lực nhận thức, đặc trưng ở khát vọng hiểu biết, cốgắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình chiếm lĩnh tri thức [13], [14]…

HS ý thức được nhu cầu, mục đích học của mình, biết suy nghĩ và xác địnhnhững cách hợp lí hơn cả để giải quyết nhiệm vụ và yêu cầu học tập; biếtđánh giá đúng mối tương quan giữa khả năng, nguyện vọng và sự cần thiếtphải đạt được kết quả học tập nhất định; biết động viên mọi sức lực phù hợpvới điều kiện và nhiệm vụ đòi hỏi Mức độ tích cực, tự chủ xây dựng kiếnthức của HS phụ thuộc vào vốn kiến thức đã có của HS, cách tổ chức hoạtđộng nhận thức của GV và thái độ tự giác của HS khi tham gia vào hoạt độngnhận thức

1.1.1.2 Tính sáng tạo trong hoạt động nhận thức của học sinh

Sáng tạo là một dạng trí thông minh có thể được rèn luyện và phát triểntrong lao động và trong quá trình nhận thức, là hoạt động tạo ra những cáimới chưa từng có trong tự nhiên hay trong xã hội và những cái mới này cầnmang lại lợi ích và hiệu quả cho con người

Cái mới và tính ích lợi, hiệu quả là hai mặt liên quan mật thiết của hoạtđộng sáng tạo- sáng tạo cái mới đối với bản thân và sáng tạo cái mới đối vớinhân loại Trong quá trình học tập của HS, hoạt động sáng tạo được thể hiệndưới nhiều hình thức như: lĩnh hội kiến thức (các khái niệm, định luật…); vận

dụng các kiến thức, giải bài tập, lập các mô hình, các thiết bị ứng dụng cácnguyên lí…; sáng tạo để cải tiến những cái cũ…

Người có năng lực sáng tạo (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 côngnhững hiểu biết đó vào hoàn cảnh mới) thường thể hiện ở suy nghĩ độc lập,luôn đi vào các vấn đề cơ bản nhất để tìm ra qui luật; có khả năng dự báo,phát hiện được vấn đề mới; đưa ra được ý kiến riêng, những giải pháp riêng

có căn cứ, độc đáo để ứng xử, để giải quyết tối ưu một vấn đề thực tế vàkhông phụ thuộc vào ý kiến của người khác, đồng thời bảo vệ ý kiến đó thôngqua việc nhận xét, tranh luận cho “ra nhẽ” hay đưa ra những thắc mắc, lật lạivấn đề; hoặc đề xuất được cách làm mới (có thể thiếu thực tế, chưa rõ tínhkhả thi hay không ) nhưng có ý tưởng hợp lí, không máy móc rập khuôn theocái cũ; biết vận dụng được kiến thức vào thực tế, trong những tình huống mớitheo kiểu riêng và muốn tự mình làm để kiểm tra kết quả chứ không muốntrông cậy vào kết quả của người khác

Hoạt động của HS là một quá trình hoạt động trí tuệ, xác lập những mốiliên hệ giữa các kiến thức về thực tại và xây dựng những kiến thức mới Hoạtđộng học sáng tạo của HS có tính chất cơ động, linh hoạt, không theo mộtkhuôn mẫu cứng nhắc nào và có liên quan đến khả năng trực giác, khả năngsáng tạo của HS Hoạt động học sáng tạo giúp HS chiếm lĩnh kiến thức mới,sáng tạo ra những phương thức hành động mới trong hoạt động thực tế, đápứng đòi hỏi đa dạng của thực tiễn không ngừng biến đổi và phát triển Khảnăng sáng tạo trong hoạt động học của HS thường được biểu hiện ở:

a) Khả năng lĩnh hội, vận dụng tri thức một cách sáng tạo, sâu sắc

Chúng ta biết rằng, học là hành động của chủ thể thích ứng với nhữngtình huống, qua đó chủ thể chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội- lịch sử biến thànhnăng lực thể chất và năng lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển

nhân cách cá nhân Xét theo mức độ từ thấp đến cao của tư duy thì sự sángtạo trong hoạt động học thể hiện ở chỗ HS phải tự mình nắm vững kiến thức,thực sự lĩnh hội chúng, bằng trí tuệ của bản thân Điều đó đòi hỏi người HSphải tích cực tiến hành các hoạt động học tập bằng chính ý thức tự giác vànăng lực trí tuệ của mình HS có thể phát hiện những vấn đề để tìm ra cáchtiếp cận mới trong những điều kiện quen biết.

Cách tiếp cận mới ở đây có thể là một câu hỏi về bản chất, có khi ngượclại với cách hiểu thông thường; hoặc là sử dụng những đối tượng, vật dụngvào những chức năng, công cụ mới Kiến thức HS lĩnh hội được khi đó thực

sự sâu sắc, vững chắc và vận dụng được chúng vào những tình huống cụ thể

Vì vậy, người GV trong khi dạy học phải luôn chú ý đến những phát hiện mớicủa HS để khích lệ, tạo điều kiện cho họ phát triển những ý tưởng độc đáo

b) Sự vận dụng có hiệu quả các kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo của cá nhân sau khi có tình huống mới

Mỗi tri thức mới học được, cùng với những kĩ năng, kĩ xảo đã có tronghoạt động thực tiễn có thể áp dụng có hiệu quả vào những tình huống quenthuộc Tuy nhiên khi vận dụng linh hoạt, không máy móc các tri thức, kĩnăng, kĩ xảo đó trong tình huống mới có kết quả hay không hoàn toàn phụthuộc vào chất lượng của HS

Kiến thức là sản phẩm của hành động Mỗi kiến thức mới học được, cóchất lượng thực sự thích ứng của người học với những tình huống mới xácđịnh Chính quá trình thích ứng này của người học là hoạt động tìm tòi kiếnthức mới, là sự sáng tạo của hoạt động học như vậy, trong quá trình dạy họcnhững kiến thức cụ thể, cần bồi dưỡng cho HS năng lực vận dụng những kiếnthức vào trong những tình huống biến đổi Muốn vậy, GV phải đưa ra nhữngbài tập mang tính nghiên cứu Những bài tập như thế có thể yêu cầu đi đến trả

lời cho những câu hỏi “tại sao?” và “làm như thế nào?”, có thể mang tính chấtngụy biện và nghịch lí, có thể thiếu hoặc thừa dữ kiện Những bài tập này đòihỏi người học phải suy nghĩ sâu sắc, cẩn thận và đặc biệt cần tính sáng tạochứ không thể áp dụng một cách máy móc các công thức.

c) Sự nhận biết cấu trúc lôgic của nghiên cứu bắt đầu từ giả thiết, kết thúc bằng kết luận

Đặc điểm này của hoạ động học có vai trò hết sức quan trọng trongmọi hoạt động, đặc biệt trong hoạt động giải bài toán vật lí sáng tạo- bài toán

mà các điều kiện trong bài không mang tính chất nhắc bảo cho angôrit giảichúng như trong bài toán luyện tập Việc giải những bài toán trên như thế nào

là hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng tìm hiểu đề bài, xác lập các mối liên hệ

cơ bản của các dữ kiện xuất phát và của cái cần tìm; trên cơ sở đó, tiếp tụcluận giải, tính toán, rút ra kết quả cần tìm và kiểm tra xác nhận kết quả Tuynhiên, việc xác lập các mối liên hệ trong bài toán sáng tạo không hề đơn giản,

nó hoàn toàn phụ thuộc vào sự vận dụng linh hoạt các kiến thức đã có ở HScũng như khả năng sáng tạo ở họ Khả năng này của tư duy là cơ sở cho việcđánh giá, phân loại HS một cách nhanh chóng và chính xác

d) Khả năng tạo ra phương thức hành động mới trên cơ sở nhận ra được

cái bản chất và cái chung trong các hiện tượng khác nhau, khám phá sự khácnhau giữa các hiện tượng tương tự, được thể hiện trước hết ở tính hệ thốngcủa các kiến thức mà HS đã lĩnh hội được ở nhiều phần khác nhau, kết hợpvới khả năng thực hiện những thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, trừutượng hóa, so sánh, phân loại… từ đó, đề xuất những khái niệm mới, những

mô hình mới và dự đoán những qui luật mới của hiện tượng mà chủ thểnghiên cứu Kết quả, HS giải quyết các vấn đề học tập ứng với sự chuyển từnhững sự kiện cơ bản sang xây dựng mô hình trừu tượng, dẫn đến hệ quả lí

thuyết đến sự kiểm tra chúng bằng thực nghiệm… phỏng theo cách các nhàkhoa học đã sử dụng.

Để có thể rèn luyện cho HS những hoạt động học sáng tạo, giải quyếtvấn đề thì trong quá trình dạy học, GV phải biết khuyến khích, tạo điều kiệncho HS suy luận, chuyển những thông tin về những tính chất, hoặc những mốiquan hệ thuộc về một đối tượng này sang một đối tượng khác

1.1.2 Phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh trong dạy học

1.1.2.1 Cơ sở để phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh

a) Cơ sở tâm lí và giáo dục học

a1) Lí thuyết vùng phát triển gần của L.X.Vưgôtxki được đặc trưng bởi sựkhác biệt giữa khả năng trẻ có thể tự giải quyết và cái nó sẽ làm được nhờ sựhợp tác, giúp đỡ của người lớn, của GV Ông cho rằng, trong suốt quá trìnhphát triển của trẻ, thường xuyên diễn ra sự xen kẽ giữa trình độ hiện tại vàvùng phát triển gần Về phương diện thực tiễn, trình độ phát triển gần thể hiệntrong tình huống trẻ hoàn thành nhiệm vụ khi có sự hợp tác, giúp đỡ củangười khác, chứa định tính có chủ định, có ý thức, có ý nghĩa trực tiếp đối với

sự vận động của sự phát triển trí tuệ và nhất là với trình độ hiện thời của sựphát triển Vì vậy vùng phát triển gần là chỗ tốt nhất cho sự phát triển nhậnthức

Vai trò của dạy học phát triển là nhằm thúc đẩy tối đa sự phát triển đó

Từ cái ta dạy, chúng tạo ra sự phát triển Dạy học và phát triển phải thườngxuyên có quan hệ hữu cơ, cận kề nhau; quá trình phát triển phải đi liền sauquá trình dạy học, tạo ra vùng phát triển gần Chỉ có cách dạy học đi trước vàkhông quá xa sự phát triển mới thực sự kéo theo sự phát triển, định hướng vàthúc đẩy nó “Vấn đề trung tâm của tâm lí học giảng dạy chính là làm sao cho

trẻ tự nâng cao khả năng hợp tác với người lớn lên trình độ cao hơn của cáckhả năng trí tuệ”, tức là toàn bộ ý nghĩa của việc dạy học là làm cho trẻ pháttriển; định hướng và quyết định toàn bộ sự phát triển trí tuệ của chúng Việcgiảng dạy sẽ đạt hiệu quả tối ưu đối với sự phát triển của trẻ khi nó được tiếnhành trong sự hợp tác với GV và trong giảng dạy, được xác lập bởi vùng pháttriển gần: “Với sự giúp đỡ của người lớn, cần tổ chức cho trẻ hoạt động phùhợp để trẻ có thể thể hiện năng lực cao hơn điểm phát triển dừng trước đó”.Điều đó đòi hỏi GV phải tạo ra các tác động tích cực tới nhận thức của HS.

a2) Lí thuyết thích nghi của Jean Piaget khẳng định quá trình phát triểncủa HS là quá trình thích nghi với môi trường, thiết lập lại trạng thái cân bằnggiữa chủ thể với môi trường và ông cho rằng, khi trẻ em có khả năng kết hợpcác mệnh đề giả thiết với diễn dịch và kiểm tra chúng bằng thực nghiệm thì

“lí đương nhiên nhà trường có trách nhiệm phát triển và định hướng nhữngnăng lực như vậy để từ đấy rút ra một sự giáo dục và một sự giảng dạy cáckhoa học vật lí nhấn mạnh vào việc tìm tòi khám phá hơn là sự nhắc lại” [29]

a3) Nhà giáo dục học L.Ia.Lecne viết: “Bất cứ lúc nào và bất cứ ở đâu,năng lực sáng tạo đều nảy sinh và phát triển trong quá trình giải quyết vấn đề”[29]

Như vậy, việc phát triển tính tích cực, tự chủ và khả năng sáng tạo cho

HS trong dạy học nói chung, dạy học vật lí nói riêng là phải tổ chức và tạođiều kiện cho HS tự lực giải quyết các vấn đề của thực tiễn, của vật lí học Vận dụng lí thuyết tâm lí học trên, có thể rút ra một số điều cần thựchiện để hình thành và phát triển hành động nhận thức tích cực, tự chủ, sángtạo của HS là:

- Tạo ra tình huống vấn đề (làm mất cân bằng tâm lí HS) để kích thíchtính tích cực, tự lực của HS

- Trao nhiệm vụ vừa sức (nằm trong vùng phát triển gần của HS).

- Tạo điều kiện cho HS tích cực, tự lực vận động để vượt qua khó khăn,giải quyết vấn đề xây dựng kiến thức mới, tìm ra giải pháp mới (lập lại cânbằng ở trình độ cao hơn)

- Có sự tương tác với thầy và bạn để trợ giúp

b) Chu trình sáng tạo khoa học

V.G.Razumovxki đã khái quát

hóa và trình bày quá trình sáng

tạo khoa học dưới dạng chu

trình (xem hình 1.1) [26], bao

gồm các giai đoạn:

- Từ sự khái quát hóa những

sự kiện, đi đến xây dựng mô

hình trừu tượng của hiện tượng

(đề xuất giả thiết);

- Từ mô hình dẫn đến việc rút

ra các hệ quả lí thuyết;

- Từ việc rút ra các hệ quả đến sự kiểm tra chúng bằng thực nghiệm

Những sự kiện thực nghiệm mới nếu không phù hợp với lí thuyết, sẽ dẫnđến việc phải xem lại lí thuyết, chỉnh lí lại hoặc thay đổi Mô hình trừu tượngmới dùng làm nguồn tri thức mới Sự kiểm tra bằng thực nghiệm những kếtluận lí thuyết vừa mới thu được đòi hỏi phải thiết kế những máy móc mớitương ứng để kiểm tra và bằng cách đó, làm cho những kiến thức khoa họcngày một phong phú

Hình 1.1 Chu trình sáng tạo khoa học

theo G.Razumovxki

Mô hình giả thuyết trừu tượng

Các hệ quả lôgíc

Những

sự kiện khởi đầu

Thực nghiệm

Có thể nói, một quá trình sáng tạo tương tự như một quá trình giải quyếtvấn đề và để giải quyết vấn đề, cần phải hoạt động tích cực, tự chủ và sángtạo

1.1.2.2 Phát triển tính tích cực, tự chủ, sáng tạo trong hoạt động nhận thức của học sinh

Theo quan niệm: “Phát triển là làm cho biến đổi từ thấp đến cao, từ đơn

giản đến phức tạp” và cùng với việc phân tích tính tích cực, tự chủ, sáng tạotrong hoạt động học của HS trong quá trình dạy học được hiểu:

a) HS được đặt trong tình huống vấn đề bằng cách tạo cho HS có động

cơ, xúc cảm mạnh mẽ để có nhu cầu hứng thú học [28], [29], [31]

Sự hứng thú bắt nguồn ngay từ trong lôgíc nội dung của môn học và diễn

ra hàng ngày Đó là những hứng thú bền vững, không phụ thuộc vào điều kiệnbên ngoài và là yếu tố rất cần thiết để HS tự động viên mình trong hoạt động

tự lực nhận thức mà GV hoàn toàn có thể có điều kiện để tạo ra trong bài học

Đó cũng là một trong những đặc điểm tâm lí của tuổi trẻ khao khát một chântrời mới và luôn muốn thử sức mình để tiến xa hơn Mặt khác, nhu cầu hứngthú nhận thức có thể tạo ra bằng những kích thích bên ngoài như sự khen ngợicủa GV, sự thán phục của bạn bè; là những ước mơ về một tương lai tốtđẹp… [33] hay xuất phát từ nhu cầu hoạt động trí óc, muốn vươn tới cái hoànthiện, sáng tạo, mới mẻ trong hiểu biết của bản thân

b) Làm nảy sinh và phát triển ở HS những phẩm chất tâm lí mới, những năng lực mới thông qua việc HS tự khám phá, chiếm lĩnh kiến thức theo tiến

không có giới hạn Từ sự sáng tạo nhỏ trong giải quyết các vấn đề học tập sẽlàm cho HS tiến dần đến sáng tạo lớn thực sự có ý nghĩa đối với xã hội và đốivới nhân loại Vì vậy, cần xây dựng các bài toán nhận thức nằm trong vùngphát triển gần của HS hay những tình huống học tập hữu hiệu lôi cuốn HStham gia giải quyết vấn đề một cách chủ động, sáng tạo.

c) Tổ chức được sự làm việc hợp tác, trao đổi ý kiến; khêu gợi được sự tranh luận, phản bác, bảo vệ ý kiến trong tập thể người học để HS khẳng định

mình

Sự phát triển nhận thức có nguồn gốc xã hội Tư duy con người chỉ pháttriển trong sự phụ thuộc vào ngôn ngữ Tư duy gặp ngôn ngữ là điểm có ýnghĩa quyết định đối với hành vi có ý thức, hành vi trí tuệ trong phát triển cáthể của con người [12] “Con đường đi qua người khác là con đường trungtâm của sự phát triển trí tuệ” [23] Trong dạy học, sự học tập, xây dựng trithức sẽ được tạo thuận lợi và có hiệu quả hơn nhờ sự trao đổi và tranh luậnvới bạn học Vì vậy, GV cần tạo một môi trường học tập phát huy vai tròtương tác giữa GV với HS và giữa các HS với nhau [9], [13], [20], [16]

d) Kết hợp sự đánh giá của thầy và sự tự đánh giá của HS.

GV không còn độc quyền đánh giá HS mà cần phải tạo điều kiện thuậnlợi để HS được tham gia đánh giá lẫn nhau Tự đánh giá đúng và điều chỉnhnăng lực học chính là một trong những yếu tố tạo nên sự thành công trongcuộc sống

Quá trình dạy học thay đổi cách thức học làm cho người học hiểu đúng,hiểu sâu và hiểu rộng… hiểu được bản chất sự vật, có thể nói lại cho ngườikhác theo cách nói của mình và tự đánh giá được mức độ hiểu của mình bằngviệc tự hỏi, tự trả lời chính là quá trình để HS phát triển tư duy, nâng cao nănglực tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn đề

1.2 Tiến trình dạy học Vật lí phát triển hoạt động nhận thức tích cực , chủ động của học sinh

1.2.1 Vấn đề thiết lập sơ đồ nhận thức khoa học đối với kiến thức cần dạy

Nhận thức thực tế khách quan (nhận thức một tình huống vật lí) là biểuđạt nó bằng một mô hình hợp thức (một mô hình có hiệu lực) Quá trình nhậnthức khoa học thực tế khách quan, xét cho cùng là một quá trình vận động vôtận của việc xây dựng mô hình, hợp thức hoá mô hình và hoàn thiện mô hình.Tiến trình giải quyết vấn đề, xây dựng tri thức vật lí đó là tiến trình “từ đềxuất vấn đề nghiên cứu đến suy đoán giải pháp, khảo sát lý thuyết, thựcnghiệm rồi xem xét đánh giá khả năng chấp nhận được của các kết quả tìmđược, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích, tiên đoán các sự kiện và xem

xét sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm” (chứ không phải chỉ là theo

con đường kinh nghiệm cảm tính, trực quan ghi nhận, quy nạp chữ nghĩa).[30] Việc vận dụng tri thức mới vào thực tiễn đồng thời cũng là việc tiếp tụckiểm tra để bổ sung phát triển tri thức khoa học

1- Đề xuất vấn đề: từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết, nảy sinh nhu

cầu về cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng hy vọng

có thể tìm tòi xây dựng được Diễn đạt nhu cầu đó thành câu hỏi

2- Suy đoán giải pháp: để giải quyết vấn đề đặt ra, cần suy đoán điểm

xuất phát cho phép đi tìm lời giải hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được

để đi tới cái cần tìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xẩy ra,nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm

3- Khảo sát lý thuyết hoặc thực nghiệm: vận hành mô hình (giải bài toán)

rút ra kết luận lôgíc về cái cần tìm hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiếnhành thực nghiệm, thu lượm các dữ kiện cần thiết và xem xét, rút ra kết luận

về cái cần tìm

4- Kiểm tra vận dụng kết quả: xem xét tính có thể chấp nhận được của các

kết quả tìm được trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích , tiên đoán các sựkiện và xem xét sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm Xem xét sự cáchbiệt giữa kết luận có được nhờ suy luận lý thuyết với kết luận có được từ các

dữ liệu thực nghiệm để qui nạp, chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phùhơp giữa lý thuyết và thực nghiệm hoặc xem xét, bổ sung, sửa đổi đối vớithực nghiệm, hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khichưa có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm nhằm tiếp tục tìm tòi xâydựng cái cần tìm

Bởi vậy trong dạy học, hoạt động nhận thức khoa học của học sinh cầnđược định hướng phù hợp với tiến trình xây dựng tri thức như thế Việc nàyđòi hỏi sự phân tích sâu sắc cấu trúc nội dung tri thức cần dạy và xác lập được

sơ đồ: “từ tình huống xuất phát thế nào, nẩy sinh vấn đề gì; tìm tòi giải quyếtvấn đề và đi tới kết quả nào”, một cách phù hợp với trình độ học sinh và xéttrong suốt quá trình xây dựng, kiểm tra, vận dụng tri thức mới Theo đó xácđịnh điều kiện cần thiết và những câu hỏi định hướng hữu hiệu cho hành độngtìm tòi giải quyết vấn đề, một cách phù hợp với phương pháp nhận thức khoahọc [30]

1.2.2 Định hướng khái quát chương trình hóa hành động nhận thức tích cực, chủ động của học sinh

Học là hành động của chủ thể học sinh thích ứng với tình huống, thìdạy học phải là dạy hành động: hành động chiếm lĩnh tri thức và vận dụng trithức Mỗi hành động diễn ra thao các pha: định hướng, chấp hành và kiểm tra

Sự phát triển, hoàn thiện hành động được xem xét theo các thông số:cấp độ hình thức, mức khái quát, thu gọn và tự động hoá Bởi vậy, trong dạyhọc, hoạt động của giáo viên phải có tác dụng chỉ đạo hoạt động của học sinh

sao cho phù hợp với con đường biện chứng của sự hình thành, phát triển vàhoàn thiện của hành động và để thực hiện được điều đó, giáo viên phải có vaitrò tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động học của học sinh theo một chiếnlược hợp lí sao cho họ tích cực, tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức chomình, đồng thời qua đó, năng lực trí tuệ và nhân cách toàn diện của họ từngbước phát triển.

1.2.2.1 Các kiểu định hướng hành động học

Trong dạy học, ứng với các mục tiêu rèn luyện khác nhau, đòi hỏi ởhọc sinh những trình độ khác nhau đối với hành động nhận thức Có thể phânbiệt các kiểu định hướng hành động học được áp dụng trong quá trình dạy họclà:

a) Định hướng tái tạo: kiểu định hướng trong đó GV hướng HS vào việc

huy động, áp dụng những kiến thức, cách thức hoạt động HS đã nắm đượchoặc đã được GV chỉ ra một cách tường minh, để HS có thể thực hiện đượcnhiệm vụ mà họ đảm nhận, có nghĩa là HS chỉ cần tái tạo những hành động đãđược GV chỉ rõ hoặc những hành động trong các tình huống đã quen thuộcđối với họ Có thể phân biệt hai trình độ khác nhau đối với hành động đòi hỏi

ở HS sự định hướng tái tạo:

- Định hướng tái tạo từng thao tác cụ thể riêng rẽ: HS theo dõi, thực hiện,bắt chước, lặp lại theo thao tác mẫu cụ thể do GV chỉ ra

- Định hướng tái tạo Angôrit: GV chỉ ra một cách khái quát tổng thểtrình tự hành động để HS tự chủ giải quyết được nhiệm vụ

b) Định hướng tìm tòi: kiểu định hướng trong đó GV không chỉ ra cho HS

một cách tường minh các kiến thức và cách thức hoạt động HS cần áp dụng,

mà GV chỉ đưa ra cho HS những gợi ý sao cho HS có thể tìm tòi, huy độnghoặc xây dựng những kiến thức hoặc cách thức hoạt động thích hợp để giải

quyết nhiệm vụ mà HS đảm nhận, có nghĩa là đòi hỏi HS tự xác định hànhđộng thích hợp trong tình huống không phải đã là quen thuộc đối với họ.

c) Định hướng khái quát chương trình hoá: kiểu định hướng phối hợp các

đặc điểm của định hướng tái tạo và tìm tòi, trong đó GV cũng gợi ý cho HS tựtìm tòi tương tự như ở định hướng tìm tòi, nhưng chú ý giúp cho HS ý thứcđược đường lối khái quát của việc tìm tòi giải quyết vấn đề và sự định hướngđược chương trình hoá theo các yêu cầu từ cao đến thấp: từ tổng quát, tổngthể, toàn bộ đến cái riêng biệt, chi tiết, bộ phận; từ tìm tòi đến tái tạo, sao chothực hiện được một cách có hiệu quả các yêu cầu cao nhất, vừa sức HS

Ưu điểm của kiểu định hướng khái quát chương trình hoá: Kiểu địnhhướng khái quát chương trình hoá không những vẫn đảm bảo cho HS đạt tớiđược tri thức cần dạy mà còn tạo được cho HS cơ hội phát huy các hành độngtìm tòi sáng tạo của bản thân Về phương diện thực tiễn, thực chất của kiểuđịnh hướng khái quát chương trình hoá đưa dần HS vào trình độ phát triểngần, được thể hiện trong tình huống HS hoàn thành nhiệm vụ khi có sự hợptác, giúp đỡ của GV; còn nếu tự mình, thì HS không thực hiện được

1.2.2.2 Chương trình hoá sự định hướng học sinh đối với hành động tìm tòi, lựa chọn, kiểm tra, vận dụng mô hình cho phép giải quyết vấn đề

Tiến trình hoạt động tìm tòi giải quyết vấn đề của HS, dưới sự hướng dẫncủa GV và được chương trình hoá theo các bước tuỳ trình độ HS, có thể diễn

ra theo trình tự:

a) Tình huống mà GV tạo ra khiến HS phải đặt câu hỏi: “có mối quan hệ nào chi phối?”; “từ đó suy ra được điều gì?” đưa HS đến tình thế lựa chọn,

thúc đẩy HS lựa chọn, hợp thức hoá một mô hình có thể vận hành được

b) Nếu lời giải suy ra từ mô hình của HS không phù hợp với thực tế hoặc kết quả quan sát, thí nghiệm, hoặc nếu HS chưa có lời giải đáp vì chưa xác định được mô hình cần thiết khi đó, HS ở vào tình thế không phù hợp hoặc

tình thế bế tắc hoặc tình thế bất ngờ, đòi hỏi họ sửa đổi mô hình hoặc tìm mô

hình mới

c) Nếu HS vẫn không vượt qua được khó khăn, không đưa ra được mô hình thích hợp để vận hành thì GV có thể giúp đỡ họ bằng cách dẫn họ tới tình thế phán xét, buộc HS phải xem xét, thử hợp thức hoá các mô hình GV

gợi ý để có thể bác bỏ mô hình không hợp thức và lựa chọn, chấp nhận môhình thích hợp

d) Nếu cuối cùng, HS vẫn không có khả năng xác định được mô hình thích hợp thì GV sẽ giúp đỡ HS bằng cách giới thiệu cho HS mô hình thích hợp và sự hợp thức hoá mô hình đó.

e) Có thể tiếp tục tạo tình huống thứ cấp để HS ở vào tình thế đối lập (bất

đồng quan điểm) đòi hỏi HS bác bỏ mô hình sai lầm để củng cố mô hình hợpthức mới xây dựng

Tiến trình định hướng hành động của HS trong các tình huống học tập nhưtrên thể hiện tính chất chương trình hoá của sự định hướng hành động nghiêncứu tìm tòi sáng tạo của HS

1.3 Mô hình

1.3.1 Khái niệm mô hình

Khái niệm mô hình được sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thông dụnghàng ngày với những ý nghĩa rất khác nhau Trong các môn khoa học tự nhiênhọc sinh thường gặp mô hình tế bào, mô hình lò cao, mô hình động cơ đốttrong, tức là vật chất có cấu tạo không gian giống như vật mà ta cần nghiêncứu Mô hình phân tử, mô hình nguyên tử lại mô tả những vật thể mà ta chỉbiết được những tính chất của chúng chứ không quan sát trực tiếp được Môhình quá trình dạy học, mô hình bài học lại không phản ánh một vật thể nào

cả mà phản ánh một sự kiện trừu tượng Mô hình con người mới, mô hình nhà

trường phổ thông được hiểu là mẫu mực mà ta phải vươn tới chứ không phải

là phỏng theo một thực thể đang tồn tại

Trong vật lí học, V.A Stôphơ đã định nghĩa mô hình như sau: “Mô hình làmột hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất,

hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứuhoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta nhữngthông tin mới về đối tượng” [10]

Theo định nghĩa này, cần đặc biệt chú ý đến sự khác biệt giữa mô hình vớiđối tượng vật chất Một mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượngvật chất Cùng một đối tượng vật chất nhưng có thể có nhiều mô hình khácnhau Như vậy mô hình không đồng nhất với đối tượng mà nó phản ánh Còn theo Halbwachs thì định nghĩa “Những dấu hiệu bao gồm trong cáchình vẽ, các giản đồ, các ký hiệu toán học hay đơn giản hơn, những mệnh đềđược thành lập bởi các từ, những hệ thống sẽ được dùng để biểu diễn cảnhhuống Với một hệ thống các dấu hiệu như thế, chúng ta gọi là một môhình”[11]

Khái niệm “mô hình”, theo định nghĩa chung nhất của nó thì là một cái gì

đó (một vật thể, một sự biểu đạt hình tượng, một phương trình ) thay thế chocái nguyên gốc, nó cho phép thay thế cái nguyên gốc này bởi sự trung giangiúp cho dễ hiểu hơn, dễ đạt tới hơn đối với nhận thức Quan hệ giữa mô hìnhvới thực tế có thể hoặc là sự tương tự về hình thức bề ngoài hoặc là sự tương

tự của cái cấu trúc bị che khuất, hoặc là sự tương tự chức năng, hiệu quả

1.3.2 Các loại mô hình sử dụng trong vật lí học

Ta có thể phân các mô hình vật lí ra làm hai loại [29], [27]

1.3.2.1 Mô hình vật chất là mô hình trên đó phản ánh đặc trưng cơ bản về

mặt hình học, vật lí, động lực học, chức năng học của đối tượng nghiên cứu

Ví dụ: Mô hình máy bay, mô hình lò cao, mô hình động cơ đốt trong Loại

mô hình này chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức khi cầnhình thành những biểu tượng hoặc thu thập kiến thức có tính chất kinhnghiệm Những kiến thức thu được trên mô hình là những tính chất bên ngoàicủa hiên tượng, của đối tượng thực

1.3.2.2 Mô hình lý tưởng ( hay mô hình lý thuyết) là những mô hình trừu

tượng, trên đó về nguyên tắc người ta chỉ áp dụng những thao tác tư duy lýthuyết Các phần tử của mô hình và đối tượng nghiên cứu thực tế có thể cóbản chất vật lí hoàn toàn khác nhau nhưng hoạt động theo những quy luậtgiống nhau Các mô hình lý thuyết có thể có rất nhiều loại tùy theo mức độtrừu tượng khác nhau

a) Mô hình ký hiệu:

Là dạng cụ thể nhất của mô hình lý tưởng Đó là hệ thống những ký hiệudùng với tư cách là mô hình: hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các công thức,phương trình toán học

a1) Mô hình toán học: Là những mô hình có bản chất khác với vật gốc, chúng

diễn tả những đặc tính của vật gốc bằng một hệ thức toán học Chẳng hạn nhưtất cả những đại lượng q biến thiên thỏa mãn phương trình: q”+ 2q = 0 đềubiến thiên theo một quy luật dao động điều hòa Bởi vậy có thể dùng côngthức đó là mô hình của mọi dao động điều hòa không phụ thuộc vào bản chấtcủa dao động Mục đích của mô hình hóa là thay thế đối tượng nghiên cứubằng phương trình sao cho có thể thu được những thông tin cần thiết một cách

dễ dàng nhất Bởi vậy có thể ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức xuấtphát từ những yếu tố quan sát được (lực đàn hồi) để xây dựng mô hình daođộng cơ học, sau đó dùng mô hình để nghiên cứu dao động điện không quansát trực tiếp được

Tuy mô hình toán có ưu điểm về sự chặt chẽ của toán học, có thể xét tớinhững yếu tố ảnh hưởng nhỏ nhất tham dự vào quá trình thực nghiệm, song

sự chặt chẽ này đồng thời lại là nhược điểm của mô hình toán, vì nó cókhoảng cách khá xa với tính linh hoạt của các quá trình thực, nhất là các quátrình xã hội [6]

a2) Mô hình đồ thị: là một loại mô hình rất thông dụng trong nghiên cứu vật

lí, đặc biệt là trong nghiên cứu thực nghiệm

Vai trò của đồ thị thể hiện rất rõ: Đồ thị biểu diễn một mối quan hệ giữa haihoặc ba đại lượng vật lí mô tả hiện tượng tự nhiên

Nếu chỉ dừng lại ở việc giải thích hiện tượng theo quan điểm vĩ mô (theohiện tương luận) thì trong nhiều trường hợp, có thể dựa vào đồ thị để giảithích sự diễn biến của hiện tượng Chẳng hạn, người ta thường dựa vào đặctuyến vôn- ampe của tranzito để chọn điểm làm việc của nó Ngược lại vớimột điểm làm việc nhất định, thì dựa vào đặc tuyến vôn- ampe ta có thể biếttrazito hoạt động ở chế độ tuyến tính hay không tuyến tính

Mỗi đồ thị không những chỉ phản ánh đơn thuần mối liên hệ hàm số giữahai đại lượng vật lí, mà nó mang nhiều thông tin quý báu ngoài mối liên hệ

đó, đó chính là chức năng tiên đoán của đồ thị Đồ thị của đường đẳng tích vàđường đẳng áp đã cho ta tiên đoán sự tồn tại của độ không tuyệt đối

Nếu một đồ thị có một cực đại (hay một cực tiểu) thì nó sẽ cho ta thấy cóhai yếu tố trái ngược nhau chi phối hiện tượng mà ta xét Đó chẳng hạn làtrường hợp đồ thị thực nghiệm của sự phụ thuộc năng suất phát xạ đơn sắccủa vật đen tuyệt đối và bước sóng

Như vậy, đồ thị vật lí hoàn toàn có đủ tư cách là một mô hình lý thuyết củahiện tượng vật lí

Để cho đồ thị có ý nghĩa như một mô hình độc lập chứ không phải chỉ làmột dạng để biểu diễn một công thức toán học, cần nói rõ cách xây dựng và

sử dụng riêng của đồ thị

a3) Mô hình lôgic- toán: Mô hình này dựa trên ngôn ngữ toán học Mô hình

này được sử dụng rộng rãi trên các máy tính điện tử Có thể coi mô hìnhdùng trong máy tính điện tử là mô hình ký hiệu đã được vật chất hóa Nhữnghiện tượng hoặc quá trình cần nghiên cứu được mô hình hóa dưới dạngchương trình của maý tính, nghĩa là hệ thống quy luật đã được mã hóa theongôn ngữ của máy, chương trình này có thể coi như algorit của các hành vicủa đối tượng nghiên cứu

b) Mô hình biểu tượng:

Mô hình biểu tượng là dạng trừu tượng nhất của mô hình lý tưởng Những

mô hình biểu tượng không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà chỉ cótrong tư duy của ta Ta chỉ nêu algôrit đã tạo ra mô hình rồi hình dung nótrong óc chứ không cần làm ra mô hình cụ thể Với sự hình dung đó người ta

có thể hiểu được hành vi của mô hình (và do đó của đối tượng cần nghiêncứu) bằng cách suy luận lôgic Ví dụ mô hình phân tử trong thuyết động họcphân tử của chất khí Mô hình này mang nhiều đặc tính không thể diễn tảbằng một vật cụ thể hay một ký hiệu (quả cầu đàn hồi, có lực hút, lực đẩy,chuyển động hỗn loạn v.v )

Mô hình lý thuyết nhiều khi được vật chất hóa dưới một dạng nào đó để hỗtrợ cho quá trình tư duy Ví dụ mô hình cấu tạo chất: vật chất được cấu tạo từnhững hạt nhỏ bé, riêng biệt, giữa các hạt có khoảng cách Hiện tượng quansát được trên mô hình “ngô-vừng” khi chúng được trộn lẫn vào nhau có thểchuyển sang vật gốc “rượu-nước”

Trong vật lí học những mô hình lý thuyết có tác dụng to lớn đối với quátrình nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng Mô hình ký hiệu và môhình biểu tượng trong sáng tạo khoa học vật lí liên quan mật thiết với nhau và

có ảnh hưởng đến sự phát triển của nhau

Tóm lại, chúng ta có thể xây dựng sơ đồ các loại mô hình như hình 1.2

1.4 Phương pháp mô hình trong vật lí học

PPMH là phương pháp nghiên cứu những đối tượng của nhận thức dựatrên những mô hình của chúng [5] Trong PPMH, người ta dựng lại nhữngtính chất cơ bản của vật thể, hiện tượng, quá trình và mối quan hệ giữa chúngdưới dạng mô hình Việc nghiên cứu trên mô hình sẽ thay thế cho việcnghiên cứu trên chính đối tượng thực tiễn, những kết quả nghiên cứu trên môhình sẽ chuyển sang cho những đối tượng gốc cho phép ta thu được nhữngthông tin mới về đối tượng gốc

1.4.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô hình

Cơ sở lý thuyết của PPMH là lý thuyết tương tự Theo phương pháp này

ta dựa vào sự giống nhau một phần về các tính chất hay về các mối quan hệ

mà chuyển những thông tin thu thập được từ một đối tượng này sang một đối

tượng khác Thuật ngữ “đối tượng” ở đây dùng theo nghĩa rộng chỉ một vậtthể (hoặc hệ vật thể) hoặc một hình ảnh (hoặc một hệ hình ảnh) trừu tượnghay một sơ đồ lôgic.

Giả sử có một đối tương A mà ta biết có những tính chất a1, a2, a3 an+1 cònkhi nghiên cứu một đối tượng B ta chỉ mới thấy B có những tính chất a1, a2,

a3 an giống như đối tượng A ta có thể suy ra rằng B cũng có tính chất an+1 nhưđối tượng A nếu như giữa a1, a2, a3 an+1 có một quy luật lôgic gắn bó

Rõ ràng sự suy luận tương tự trên chỉ có tính chất là một giả thuyết, lànguồn gốc trí thức mới Những giả thuyết đó chỉ trở thành nhận thức khoa họckhi chúng được kiểm tra và xác nhận bằng thực nghiệm

Sở dĩ sự suy luận bằng phép tương tự đạt được những kết quả đáng tin cậytrở thành một phương pháp có hiệu lực trong khoa học vì theo Kedrốp: Sựtương tự có nguyên nhân sâu xa là sự thống nhất bản chất bên trong củanhững hiện tượng khác nhau, sự thống nhất có tính tổng quát của các định luậtchung chi phối những định luật riêng

Trước hết chúng tương tự với nhau vì chúng tuân theo những mối quan hệnhân quả Dựa trên sự tương tự giữa các hệ quả mà người ta có thể đưa ra sựtương tự giữa các nguyên nhân và ngược lại D.Didorot đã viết “Trong vật líhọc, tất cả những hiểu biết của chúng ta đều dựa vào sự tương tự nếu sự giốngnhau về hệ quả mà không cho phép ta kết luận về sự giống nhau về nguyênnhân thì khoa học vật lí sẽ ra sao? Có cần phải đi tìm nguyên nhân của tất cảcác hiện tượng tương tự không loại trừ gì hết? Liệu điều đó có thực hiện đượckhông? Y học và những lĩnh vực thực nghiệm của vật lí sẽ như thế nào nếukhông có nguyên lý tương tự đó Có thể rút ra được kết luận gì từ rất nhiều sựkiện, thực nghiệm và quan sát?” [29]

Trong lịch sử khoa học, phương pháp tương tự đã dẫn đến nhiều phát minh

vĩ đại Đa số những giả thuyết khoa học ngày nay đều được đề xuất dựa trên

sự tương tự với những nguyên lý, những tiên đề hoặc những kết quả đã có từtrước trong khoa học và đã được thực nghiệm xác nhận là đúng đắn.

1.4.2 Cấu trúc của phương pháp mô hình trong vật lí học

Trong vật lí, phương pháp mô hình có cấu trúc gồm 4 giai đoạn sau đây:

a) Giai đoạn 1 - Nghiên cứu tính chất của đối tượng gốc:

Bằng quan sát thực nghiệm, người ta xác định được một tập hợp những tính

chất của đối tượng nghiên cứu Giai đoạn này còn gọi là tập hợp các sự kiện ban đầu làm cơ sở để xây dựng mô hình.

b) Giai đoạn 2 - Xây dựng mô hình:

Thông thường do kết quả của sự tương tự người ta đi đến hình dung sơ bộ

về sự vật, hiện tượng cần nghiên cứu, tức là đi đến một mô hình sơ bộ, chưađầy đủ Trong giai đoạn này trí tưởng tượng và trực giác giữ vai trò quantrọng Nhờ có trí tưởng tượng và trực giác mà người ta mới trừu xuất đượcnhững tính chất và những mối quan hệ thứ yếu của đối tượng nghiên cứu,thay nó bằng mô hình chỉ mang tính chất và những mối quan hệ chính mà taquan tâm Mô hình lúc đầu mới có ở trong óc nhà nghiên cứu Nó trở thànhmẫu dựa vào đó nhà nghiên cứu xây dựng những mô hình thật (nếu nhànghiên cứu dùng phương pháp mô hình vật chất) Trong trường hợp mô hình

lý tưởng thì người ta đem đối chiếu trong óc mô hình với những vật, nhữnghiện tượng mà người ta đã quen biết, chẳng hạn như trong thuyết động họcchất khí, người ta đã trừu xuất những chi tiết về cấu trúc của những phân tửcủa chất khí, chỉ còn giữ lại những đặc điểm về mặt động học của các phân tử

và thay thế những phân tử khí bằng những hạt Những hạt này giống vớinhững quả cầu va chạm tuyệt đối đàn hồi mà ta đã biết rõ những quy luật chiphối chúng

c) Giai đoạn 3 - Thao tác trên mô hình suy ra hệ quả lý thuyết:

Sau khi xây dựng mô hình, người ta áp dụng những phương pháp lý thuyếthoặc thực nghiệm khác nhau từ tư duy trên mô hình và thu được kết quả,những thông tin mới Đối với các mô hình vật chất thì người ta làm thínghiệm thực trên mô hình Còn đối với mô hình lý tưởng thì thao tác trên môhình trong óc, tức là áp dụng những phép tính hay những phép phân tích suyluận lôgic dựa trên các mệnh đề của mô hình như các tiên đề Người ta coicông việc này như làm một thí nghiệm đặc biệt gọi là thí nghiệm tưởng tượng.Thí nghiệm tưởng tượng tuy không có thật nhưng có thể thực hiện được và cóvai trò rất lớn trong khoa học Theo Heisenberg: những thí nghiệm đó đượcsáng tạo để giải thích những vấn đề đặc biệt quan trọng, bất kể là thực tế ta cóthể thực hiện được thí nghiệm đó hay không Dĩ nhiên, điều quan trọng là thínghiệm đó có thể thực hiện về nguyên tắc, mặc dù kỹ thuật thực hiện của nó

có thể rất phức tạp

Trong PPMH lý tưởng người ta đã biết trước hành vi của mô hình trongnhững điều kiện xác định Điều người ta muốn biết thêm là hệ quả của nhữnghành vi đó như thế nào

Thí nghiệm tưởng tượng thực chất là một thao tác lôgic chứ không phải làmột phương pháp nghiên cứu khách quan, những kết quả trên mô hình phảiđược chuyển đổi về đối tượng nghiên cứu (đối tượng gốc) xem có phù hợp

d) Giai đoạn 4 - Thực nghiệm kiểm tra:

- Nếu bản thân mô hình là một phần tử cấu tạo của nhận thức thì cần phảikiểm tra sự đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu được từ mô hìnhvới những kết quả thu được trực tiếp từ đối tượng gốc Nếu sai lệch thì phảiđiều chỉnh ngay chính mô hình, có trường hợp phải bỏ hẳn mô hình đó vàthay bằng một mô hình khác Ví dụ mô hình cấu tạo phân tử khí lý tưởng vừa

là đối tượng của nhận thức vừa là phương tiện nghiên cứu Kết quả nghiên

cứu trên mô hình đó đem áp dụng vào khí thực có sai lệch với thực tế Bởivậy phải chỉnh lý mô hình khí lý tưởng và phải xây dựng mô hình khí thực.

- Nếu bản thân mô hình không phải là đối tượng của nhận thức mà chỉ làphương tiện để nghiên cứu thì việc xử lý kết quả, hợp thức mô hình là phảiphân tích những kết quả thu được trên mô hình thành những thông tin về đốitượng nghiên cứu (ví dụ như mô hình kỹ thuật, mô hình toán học ) nếunhững thông tin ấy không phù hợp cũng phải chỉnh lý lại mô hình

Trong nhiều trường hợp mô hình chỉ phản ánh được một hay một sốmặt của đối tượng nghiên cứu, còn nhiều mặt khác thì không phản ánh được,thậm chí phản ánh sai lệch

Những mô hình đã được kiểm nghiệm trong thực tế là những mô hìnhhợp thức và dùng để phản ánh một số mặt của thực tế khách quan Nó có thểthay đổi, hoàn chỉnh thêm hoặc bị bác bỏ khi người ta có thêm thông tin chínhxác hơn về đối tượng gốc

Tóm lại, ta có thể xây dựng sơ đồ cấu trúc của PPMH như hình vẽ 1.3[24]

Thuyết(mô hình hoàn chỉnh)

PP thực nghiệm quan sát

so sánh

1.5 Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

1.5.1 Vai trò của phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

ở nhà trường phổ thông, chúng ta có thể sử dụng PPMH như mộtphương pháp độc lập trong dạy học một số kiến thức vật lí Việc giảng dạyvật lí không chỉ giới hạn trong việc truyền thụ cho học sinh những tri thức của

bộ môn này, mà điều quan trọng hơn là qua đó hình thành ở họ năng lực nhậnthức sáng tạo đối với thế giới tự nhiên, năng lực phản ánh thế giới hiện thực[21] Theo Jacques Desautels: “Người thầy dạy khoa học không chỉ truyềncho học sinh một số vốn liếng lý thuyết mà còn hợp thức hoá và giá trị hoángay chính hoạt động khoa học”[11] Do đó cần phải tạo điều kiện để chohoạt động học tập càng giống càng tốt đối với tiến trình xây dựng tri thức củacác nhà khoa học vật lí Làm được như vậy, học sinh sẽ vừa tiếp nhận được trithức, vừa tiếp nhận con đường và nhập cuộc vào con đường xây dựng tri thứcvật lí Họ sẽ không mơ hồ trong việc phải vượt qua những trở lực khoa học đểhiểu đúng đắn bản chất và vai trò của các lý thuyết khoa học và biết kiến tạo

lý thuyết đó, nhằm hiểu được thế giới xung quanh Xuất phát từ những quanniệm trên đây, các nhà khoa học cho rằng cần vận dụng PPMH đã và đangđược dùng trong các lý thuyết bộ môn vật lí vào việc giảng dạy bộ môn nàytrong nhà trường[21]

Trong nghiên cứu khoa học vật lí, mô hình và PPMH có chức năng nhậnthức, nó giúp ta phát hiện ra những đặc tính mới, hiện tượng mới, quy luật

mới Nếu xem xét quá trình học tập của học sinh là một quá trình hoạt độngnhận thức thì mô hình cũng có chức năng như trong nghiên cứu khoa học vật

lí Ngoài ra trong dạy học, nhiều khi học sinh không đủ khả năng xây dựng

mô hình để thay thế vật gốc trong nghiên cứu nhưng giáo viên có thể sử dụng

mô hình với mục đích sư phạm như một phương tiện trực quan nhằm làm chohọc sinh hiểu rõ một vấn đề nào đó

Ví dụ như trong nghiên cứu khoa học, những mô hình vật chất có vai tròrất hạn chế vì nó ít mang lại những thông tin mới khi thao tác trên mô hình.Nhưng trong dạy học, nhiều mô hình lại có tác dụng quan trọng làm cho họcsinh hiểu được những cái không quan sát trực tiếp được, ví dụ như mô hìnhcấu tạo bên trong của động cơ nổ, mô hình chuyển động Braonơ Dù ta có chohọc sinh trực tiếp quan sát một động cơ nổ còn nguyên vẹn thì họ cũng khôngthể thấy được cấu tạo bên trong của nó và hoạt động của các van và bugitrong khi động cơ vận hành Bởi thế trong dạy học, ta dùng mô hình động cơđốt trong bổ dọc Còn với chuyển động Braonơ, vừa không quan sát được cácphân tử nước chuyển động va chạm vào các hạt phấn hoa, vừa khó hình dungtại sao hạt phấn hoa lại chuyển động hỗn loạn Mô hình chuyển động Braonơdùng các viên bi sắt nhỏ được một cơ chế làm cho bắn lung tung hỗn loạntrong một hộp thuỷ tinh, còn hạt phấn hoa là một vật tròn lớn Quan sát vậttròn bị các viên bi nhỏ đập vào hỗn loạn theo mọi phía, học sinh dễ dàng hiểu

cơ chế chuyển động Braonơ, do đó hình dung được cấu tạo phân tử của nước.Như vậy mô hình vật chất cũng có vai trò quan trọng trong dạy học, đặc biệt

là các mô hình vật thể động, mô hình vẽ nhiều giai đoạn liên tiếp hay môhình trên phim ảnh (được sử dụng ngày càng rộng rãi)

Còn đối với các mô hình lý tưởng, tuy rất có tác dụng trong hoạt độngnhận thức nhưng nhiều khi đòi hỏi ở học sinh một trình độ tư duy trừu tượngcao, một cơ sở thực nghiệm phong phú và kinh nghiệm bản thân dồi dào mới

có thể xây dựng được mô hình V.G.Razumovxki khi bàn về phương pháp môhình trong dạy học cũng nhận định rằng: “ở giai đoạn xây dựng mô hình, vìviệc tìm ra những đối tượng trừu tượng thích hợp có thể thay thế cho sự vật,quá trình, hiện tượng nghiên cứu là rất khó, nên thông thường thì học sinhkhông thể tự làm được việc đó, tính tự lực của họ trong giai đoạn này bị hạnchế” [29].

Bởi vậy, trong dạy học ở trường phổ thông, trong khuôn khổ bài họckhông cho phép chúng ta tổ chức quá trình học tập sao cho học sinh hoàntoàn tự lực “khám phá lại” các định luật vật lí, xây dựng các mô hình, nhưngcũng hoàn toàn đủ để cho họ được “trải qua” những giai đoạn của sự phátminh khoa học, hiểu được ý nghĩa của các sự kiện xuất phát, vai trò của môhình, tầm quan trọng của sự kiểm tra bằng thực nghiệm những hệ quả lýthuyết Nói cách khác, trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, ta ít có điềukiện áp dụng đầy đủ các giai đoạn của PPMH để giải quyết một vấn đề nhậnthức Tuỳ theo hoàn cảnh cụ thể về trình độ học sinh, nội dung vấn đề,phương tiện thí nghiệm mà định ra mức độ tham gia của học sinh một cáchhợp lý vào các giai đoạn của PPMH

1.5.2 Tổ chức dạy học theo phương pháp mô hình

Nghiên cứu đặc điểm của hoạt động sáng tạo, chúng tôi thấy cần phải

chuẩn bị cho học sinh những điều kiện sau đây khi dạy học theo PPMH:

- Về mặt tâm lý: gây hứng thú, nhu cầu nhận thức, sẵn sàng đem hết sứcmình vào giải quyết nhiệm vụ nhận thức Trong lý luận dạy học ta nói là đưahọc sinh vào tình huống có vấn đề Vấn đề này được đề cập đến nhiều trongnhững công trình về dạy học nêu vấn đề

- Về mặt vốn hiểu biết: xây dựng mô hình thực tế là dùng một hệ thống đãbiết để mô tả những đặc tính của đối tượng gốc Như vậy muốn xây dựngđược mô hình học sinh không thể không có một vốn hiểu biết cần thiết về

những vấn đề có liên quan Chính giáo viên là người đã biết trước muốn xâydựng mô hình cần phải có những “vật liệu” nào, do đó có thể có biện pháphợp lý để chuẩn bị trước cho học sinh đến mức cần thiết nhưng tuyệt đốikhông phải là chuẩn bị một mô hình đã có sẵn hoàn chỉnh.

Tập dượt cho học sinh vượt qua những khó khăn trong khi áp dụng PPMH

là một điều cần đặc biệt quan tâm Ở đây, chúng ta có thể vận dụng lý thuyết

về “vùng phát triển gần” của Lép Vưgôtxki (1896-1934) Ông cho rằng, chỗtốt nhất của sự phát triển của trẻ em là vùng phát triển gần Vùng đó làkhoảng cách giữa trình độ hiện tại của học sinh và trình độ phát triển cao hơncần vươn tới Nói một cách hình ảnh là chỗ trống giữa nơi mà con người cầngiải quyết vấn đề đang đứng và nơi mà họ phải đạt đến và có thể thực hiệnđược với sự cố gắng nỗ lực của bản thân dưới sự giúp đỡ của người lớn haycủa những người ngang hàng nhưng có khả năng hơn một chút Không có conđường lôgic để vượt qua chỗ trống đó, nhưng hoàn toàn có khả năng thu hẹpchỗ trống đó đến mức thích hợp để mỗi người có thể thực hiện một bước nhảyvượt qua được Tuy nhiên cũng phải dũng cảm tự lực thực hiện một số lần (cóthể thất bại), sau đó mới có kinh nghiệm thực hiện được mau lẹ, vững chắchơn, thực hiện những bước nhảy xa hơn

1.5.3 Các mức độ sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

Như đã phân tích ở trên, PPMH được sử dụng rộng rãi trong nghiêncứu vật lí, nhưng đồng thời cũng còn rất nhiều khó khăn đòi hỏi ở học sinhmột trình độ tư duy phát triển, một vốn hiểu biết rộng rãi V.G.Razumovxkinhận xét rằng “Trong khuôn khổ bài học, không cho phép tổ chức quá trìnhhọc tập sao cho học sinh hoàn toàn tự lực “khám phá lại” các định luật vật lí,xây dựng các mô hình, nhưng cũng hoàn toàn đủ để cho họ được “trải qua”những giai đoạn của những phát hiện khoa học, hiểu được ý nghĩa của những

sự kiên xuất phát, vai trò của các mô hình, tầm quan trọng của việc kiểm tra