SƠ ĐỒ 3: Phương thức hoạt động nhận thức học tập giải quyết vấn đề theo quan điểm của vật lý hiện đại Kiến thức, kinh nghiệm, kó năng đã có TÌNH HUỐNG HỌC TẬP VẬT LÝ CÓ VẤN ĐỀ VẤN ĐỀ NHẬN THỨC Phân tích, so sánh trừu tượng hóa GIẢ THUYẾT (Phạm vi áp dụng) PP mô hình PP tương tự Mô hình giả thuyết Suy luận + logic toán, PP thí nghiệm tưởng tượng Nghiên cứu mô hình (vận hành MH), xây dựng các đại lượng VLLT đặc trưng cho MH. Xác đònh quan hệ giữa chúng . Tiên đoán Hệ quả (xảy ra trên đối tượng) Thí nghiệm tưởng tượng Đối chiếu THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG HỆ QUẢ Tổng hợp KẾT LUẬN Cụ thể hoá Giải thích VẬN DỤNG Khái quát hóa Giải thích, tiên đoán KIẾN THỨC LÝ THUYẾT : - Mô hình được xác nhận, - Các đại lượng, phương trình lý thuyết, . - Các tiên đề, - Các đònh luật, quy tắc . thực nghiệm Tham gia vào nghiên cứu các lý thuyết vật lý học sinh được làm quen và sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu lý thuyết mà ngày nay đã trở thành phổ biến như phương pháp tương tự, phương pháp mô hình, đặc biệt là học sinh được rèn luyện trong một kiểu tư duy mới: tư duy suy luận (suy diễn). Phương thức hoạt động nhận thức này có thể vận dụng vào học tập nhiều bài học mà khi tham gia vào hoạt động học tập học sinh không những chiếm lónh kiến thức mới mà còn được tập suy luận trên một mô hình, được phát huy trí tưởng tượng, óc sáng tạo khi nghiên cứu mô hình, đề xuất các phương án kiểm chứng hệ quả, được học sử dụng các phương pháp nhận thức của vật lý hiện đại khi học các kiến thức cổ điển. (Ví dụ trên là hoạt động học tập một bài học cụ thể được tổ chức phỏng theo họat động nhận thức này). Phương thức HĐNT học tập này có thể tiến hành theo các bước cơ bản sau: 1- Kích thích HĐNT bằng tình huống có vấn đề HĐNT khoa học trong lónh vực lý thuyết ít khi bắt đầu bằng một tình huống thực tế mà thường bắt đầu bằng việc giải quyết một vấn đề nào đó về mặt lý thuyết (thường là một hay một vài sự kiện thực nghiệm mâu thuẫn với lý thuyết đã có). Tuy nhiên trong dạy học vật lý có thể tổ chức HĐNT lý thuyết cho học sinh bắt đầu từ một tình huống có vấn đề mà không ảnh hưởng đến tính khoa học của HĐNT. Tình huống có vấn đề có mục đích thu hút sự chú ý của học sinh vào bài học. Học sinh tiến hành phân tích tình huống bằng các kiến thức, kinh nghiệm đã có (như ví dụ vừa trình bày). 2- Hình thành vấn đề nhận thức Khác với phương thức HĐNT trong vật lý cổ điển, ở phương thức HĐNT này vấn đề nhận thức thường là những câu hỏi về nguyên nhân, bản chất, cơ chế nội tại của hiện tượng nghiên cứu mà học sinh chưa thể trả lời nó bằng các kiến thức kinh nghiệm đã có (thường dưới dạng câu hỏi: Tại sao?). Đặc biệt không thể trả lời nó bằng cách quan sát, phân tích trực tiếp hiện tượng. Đây là sự khác biệt cơ bản giữa hai phương thức HĐNT trong vật lý cổ điển và vật lý hiện đại. 3- Hình thành giả thuyết Để tìm câu trả lời sơ bộ cho vấn đề đặt ra học sinh cũng giống như nhàvật lý lý thuyết, phải hình dung trong óc về cái gì hiện hữu, cái gì xảy ra ở bên trong, đằng sau hiện tượng quan sát được, nghóa là phải đi xây dựng (hay sử dụng) một mô hình giả thuyết về đối tượng, hiện tượng nghiên cứu. Mô hình này cho phép sơ bộ giải thích hiện tượng cần nghiên cứu (thường là mô hình biểu tượng). Mô hình được xây dựng bằng phương pháp mô hình mà cơ sở của nó là phương pháp tương tự (sẽ giới thiệu ở mục sau). Hình dung sự vận hành của mô hình, tưởng tượng các hành vi của mô hình khi các điều kiện tác động lên nó thay đổi (thí nghiệm tưởng tượng thuần tuý), cụ thể hoá suy luận bằng ngôn ngữ toán học: tìm các đại lượng vật lý lý thuyết đặc trưng cho mô hình, xây dựng mối quan hệ giữa các đại lượng mới và các đại lượng đã biết nhằm mô tả các hành vi của mô hình. Tất cả các công việc này đều được tiến hành nhờ các thao tác tư duy lý thuyết. Từ đó tiên đoán các hệ quả sẽ xảy ra trên đối tượng thực mà mô hình đại diện. Hệ quả này mới cho phép kiểm chứng trực tiếp bằng thí nghiệm. 4- Xây dựng phương án thí nghiệm kiểm chứng hệ quả 5- Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng: đo đạc, xử lý số liệu 6- Rút ra kết luận Nếu kết luận được rút ra phù hợp với hệ quả (kết luận về hệ quả thường đưa đến đònh luật, quy tắc, . thực nghiệm) thì có thể kết luận thêm rằng mô hình giả thuyết là có thể đại diện cho đối tượng nghiên cứu (mô hình được xác nhận hay mô hình được hợp thức hóa), các kết quả nghiên cứu mô hình là sự biểu diễn các dấu hiệu bản chất, các quy luật biến đổi nội tại của đối tượng, hiện tượng cần nghiên cứu, đó cũng là nội dung của các thuyết vật lý. Nếu kết luận có được từ thí nghiệm không phù hợp với hệ quả thì khi đó cần phải tiến hành xây dựng mô hình giả thuyết mới và làm lại các khâu sau đó. 7- Vận dụng kết luận giải thích các hiện tượng khác để xác đònh phạm vi hữu hiệu của kết luận 8- Khái quát hóa, phát biểu kiến thức ở mức độ lý thuyết Ví dụ: Kiến thức có được khi nghiên cứu chương “Hiện tượng cảm ứng điện từ”: - Mô hình được xác nhận (mô hình đường cảm ứng từ) - Các khái niệm, đại lượng lý thuyết đặc trưng cho mô hình (cảm ứng từ, từ thông .) - Các phương trình lý thuyết (biểu thức về quan hệ giữa sức điện động cảm ứng và độ biến thiên từ thông .) - Các đònh luật, quy tắc . thực nghiệm (có được do kiểm chứng hệ quả: Đònh luật Lenz về chiều dòng cảm ứng .) . trừu tượng hóa GIẢ THUYẾT (Phạm vi áp dụng) PP mô hình PP tương tự Mô hình giả thuyết Suy luận + logic toán, PP thí nghiệm tưởng tượng Nghiên cứu mô hình. nghiệm kiểm chứng hệ quả 5- Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng: đo đạc, xử lý số li u 6- Rút ra kết luận Nếu kết luận được rút ra phù hợp với hệ quả (kết luận