Nghiên cứu dạy học một số kiến thức chương '' sóng cơ'' vật lý 12 chương trình nâng cao theo hướng giải quyết vấn đề

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ----***---- DƯƠNG HỮU TÙNG NGHIÊN CỨU DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO THEO ĐỊNH HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC VINH 2011 38 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ----***---- DƯƠNG HỮU TÙNG NGHIÊN CỨU DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO THEO ĐỊNH HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Chuyên ngành: LÝ LUẬN & PPDH VẬT LÝ MÃ SỐ: 60.14.10 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM THỊ PHÚ 39 VINH 2011 NỘI DUNG Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG MÔN VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1. Khái niệm dạy học giải quyết vấn đề 1.1.1. Cơ sở của DHGQVĐ 1.1.1.1. Cơ sở tâm lý học Trong quá trình nhận thức của con người, hoạt động tư duy chỉ thực sự xuất hiện khi có “vấn đề”, tức là gặp phải một trở ngại khoa học. “Vấn đề” này không thể giải quyết bằng vốn tri thức và kỹ năng đã có. Tuy nhiên, có liên quan mật thiết với vốn tri thức cũ, nếu giải quyết được sẽ làm tăng thêm vốn hiểu biết. Vì thế mà HS có nhu cầu giải quyết vấn đề đó. Hơn nữa, do có sự liên quan giữa “vấn đề” với vốn tri thức cũ nên HS hi vọng có cơ sở tháo gỡ những trở ngại đó. Nếu GV gợi ý để HS thấy được với sự cố gắng nhất định, họ sẽ giải quyết được vấn đề và sẽ nâng cao được tầm hiểu hiểu biết. Khi đó, HS ở trạng thái sẳn sàng tham gia một cách tích cực vào việc giải quyết vấn đề [26]. 1.1.1.2. Cơ sở triết học Theo quy luật đấu tranh giữa các mặt đối lập trong triết học duy vật biện chứng “mâu thuẫn là động lực thúc đẩy quá trình phát triển”. Dạy học GQVĐ đã dựa trên quy luật đó, mỗi vấn đề được gợi ra cho HS chính là một mâu thuẫn giữa yêu cầu, nhiệm vụ nhận thức với vốn tri thức và kinh nghiệm sẵn có của học sinh. Nếu giải quyết được mâu thuẫn thì chủ thể có thêm được kiến thức mới. Mâu thuẫn khách quan giữa trình độ tri thức và kĩ năng đã có của HS với trình độ tri thức và kỹ năng mới mà HS cần đạt tới được chứa đựng trong bài toán nhận thức. Điều quan trọng là phải làm sao cho mâu thuẫn tồn tại khách quan kia trở thành mâu thuẫn chủ quan tồn tại trong nhận thức của HS. Để làm được điều này chỉ khi có sự tích cực tham gia giải quyết những mâu thuẫn của HS, đồng thời GV phải gợi mở phương hướng và khả năng giải quyết mâu thuẫn đó. Khi nhận thấy được khả năng đó thì động lực của quá trình nhận thức sẽ xuất hiện và HS sẽ không còn ở vị trí thụ động nữa, mà họ sẽ tự giác và tích cực, họ trở thành chủ thể của hoạt động [26]. 40 1.1.1.3. Cơ sở giáo dục học DHGQVĐ phù hợp với nguyên tắc tự giác và tích cực vì nó khêu gợi được hoạt động học tập và chủ thể được hướng đích, gợi động cơ trong quá trình phát hiện và giải quyết vấn đề. DHGQVĐ biểu hiện thống nhất giữa chức năng giáo dưỡng và giáo dục. Điều này thể hiện ở chỗ trong DHGQVĐ, học sinh được học cách khám phá, có nghĩa là HS được rèn luyện cách phát hiện, tiếp cận giải quyết một vấn để khoa học, đồng thời DHGQVĐ cũng góp phần bồi dưỡng cho HS những đức tính cần thiết của người lao động như: tính chủ động, tự tin, kiên trì…[26]. 1.1.1.4. Cơ sở thực tiễn Dạy học Vật lý ở trường phổ thông ở nước ta từ trước đến nay thường chỉ chú ý đến dạy kiến thức cơ bản của vật lý mà chưa quan tâm đúng mức đến việc bồi dưỡng cho HS phương pháp nhận thức khoa học vật lý. Sản phẩm đào tạo của nhà trường như hiện nay chưa thể đáp ứng được nhu cầu lao động của xã hội. [16] Để để giải quyết mâu thuẫn nêu trên, một trong những biện pháp đó là đổi mới phương pháp dạy học vật lý ở phổ thông. Một trong những hướng đổi mới phương pháp dạy học Vật lí phổ thông hiện nay là “Dạy học giải quyết vấn đề”. Trong dạy học giải quyết vấn đề thông qua quá trình gợi ý, dẫn dắt tổ chức của giáo viên mà học sinh vừa nắm được tri thức mới vừa nắm được phương pháp chiếm lĩnh tri thức mới, phát triển tư duy tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn. 1.1.2. Bản chất của dạy học giải quyết vấn đề Theo V.Ô-Kôn: “Dạy học nêu vấn đề là tập hợp những hành động như tổ chức các tình huống có vấn đề, phát biểu các vấn đề,… giúp đỡ những điều kiện cần thiết để HS giải quyết vấn đề, kiểm tra cách giải quyết đó và cuối cùng là chỉ đạo quá trình hệ thống hoá và củng cố kiến thức thu nhận được [26] Theo I.F.Kharlamop: “Dạy học nêu vấn đề là sự tổ chức quá trình dạy học bao gồm việc tạo ra tình huống có vấn đề (tình huống tìm tòi) trong giờ học, kích thích HS nhu cầu giải quyết những vấn đề nảy sinh, lôi cuốn các em vào hoạt động nhận thức tự 41 lực nhằm nắm vững kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo mới, phát triển tính tích cực của trí tuệ và hình thành cho các em năng lực tự mình thông hiểu và lĩnh hội thông tin khoa học mới”. Theo Lê Phước Lộc: “Phương pháp dạy học nêu vấn đề” thực ra là một kiểu phương pháp chuyên biệt theo một cấu trúc mà trong đó mọi hoạt động của thầy đều hướng vào một mục đích là kích thích và hỗ trợ để HS tìm kiếm lời giải của bài toán. Giữ nhiệm vụ trọng tâm, chủ đạo đó là việc xây dựng bài toán “tìm tòi’ Ơrixtic. Cách xây dựng này đã lôi kéo HS tự giác tham gia vào giải quyết nhiệm vụ học tập của mình. [14] Theo Nguyễn Quang Lạc: Dạy học GQVĐ là một hình thức dạy học trong đó HS được coi như “nhà khoa học trẻ” tự giác và tích cực tổ chức các quá trình “xây dựng tri thức mới cho bản thân”, mặc dù kết quả của nó là tìm thấy lại những điều đã có trong khoa học, song lại là điều mới mẻ đối với học sinh. Người GV phải thực sự quan tâm đến cả nội dung khoa học mà HS đã xây dựng lẫn phương pháp hoạt động của HS để đạt được điều đó. Do vậy, người GV phải là nhà thiết kế, tổ chức và chỉ đạo thi công. Đó là một hoạt động sáng tạo và đòi hỏi tài nghệ sư phạm, lòng kiên trì, sự khoan dung độ lượng. Bởi vì, GV phải chỉ đạo lớp trẻ non nớt không phải tái tạo cái đã quen biết mà là đi xây dựng cái mới cho họ, còn đối với GV thì đó lại là cái đã cũ [12] Như vậy, trong DHGQVĐ giáo viên giữ vai trò là người định hướng, tổ chức quá trình nhận thức, tạo động cơ học tập và nhu cầu tìm hiểu tri thức mới cho học sinh. Học sinh tự lực xây dựng kiến thức mới cho bản thân dưới sự giúp đỡ định hướng của giáo viên. Hoạt động của học sinh diễn ra phỏng theo tiến trình nghiên cứu khoa học của các nhà khoa học. 1.1.3. Vấn đề và tình huống có vấn đề 1.1.3.1. Vấn đề “Vấn đề là bài toán mà cách thức hình thành hay kết quả của nó chưa được học sinh biết trước, nhưng học sinh đã nắm được những kiến thức và kỹ năng xuất phát, để từ đó thực hiện sự tìm tòi kết quả đó hay cách thức hình thành làm bài. Nói cách khác, đó là câu hỏi mà học sinh chưa biết câu trả lời, nhưng có thể bắt tay vào tìm kiếp lời giải đáp” [15] “Vấn đề trong nghiên cứu vật lý là một câu hỏi, một bài toán chưa có lời giải, xuất phát từ thực tiễn khoa học, kỹ thuật, đời sống. Đó là những hiện tượng mới, quá trình mới không thể lý giải được bằng các lý thuyết đã có hoặc một câu hỏi tìm giải pháp cho một mục đích thiết thực nào đó, hoặc lý thuyết chưa trọn vẹn…” [17,14] 42 Trong vấn đề chứa đựng cả yếu tố khách quan và yếu tổ chủ quan: - Yếu tố khách quan: dữ liệu xuất phát cho phép giải quyết vấn đề, tìm ra lời giải. - Yếu tố chủ quan: học sinh phải sẳn sàng tiếp nhận vấn đề để giải quyết. Câu hỏi mà HS biết trước lời giải đáp không phải là vấn đề, cũng không phải là vấn đề cả với những câu hỏi mà HS chưa biết lời giải đáp và câu hỏi đó không có phương tiện để tìm tòi câu trả lời Như vậy, “Vấn đề” bao giờ cũng chứa mâu thuẫn về nhận thức. Lúc đầu mâu thuẫn đó còn mang tính khách quan, sau khi HS tiếp thu mâu thuẫn đó biến thành mâu thuẫn chủ quan và tồn tại trong ý nghĩ của HS dưới dạng bài toán hay vấn đề bài tập. 1.1.3.2. Tình huống có vấn đề 1.1.3.2.1. Khái niệm tình huống có vấn đề Theo M.I.Macmutov: “Tình huống có vấn đề là một trở ngại về trí tuệ của con người, xuất hiện khi anh ta chưa biết cách giải thích hiện tượng, sự kiện, quá trình của thực tế, khi chưa thể đạt đến mục đích bằng cách thức hành động quen thuộc. Trở ngại này kích thích con người tìm tòi cách giải thích hay hành động mới để giải quyết tình huống gặp phải” [14,96] Theo Nguyễn Ngọc Quang: “Tình huống có vấn đề là qui luật của hoạt động nhận thức sáng tạo và sáng tạo có hiệu quả. Nó qui định sự khởi đầu của tư duy. Hành động tư duy tích cực sẽ diễn ra trong quá trình nêu và giải quyết vấn đề tiếp theo” [14,96] Theo Lê Phước Lộc: “Tình huống có vấn đề là trạng thái tâm lý độc đáo của chủ thể, nó xuất hiện khi chủ thể chưa biết cách giải quyết hiện tượng, sự kiện, quá trình trong thực tế, khi chủ thể chưa thể đạt tới mục đích bằng cách thức hành động quen thuộc”. [14,96] 1.1.3.2.2. Các loại tình huống có vấn đề a. Tình huống nghịch lý, trái khoái Qua một câu chuyện, một câu hỏi, một thí nghiệm,… GV đưa ra một vấn đề trái ngược với dự đoán của HS, ngược với quan niệm thông thường trong sinh hoạt và trong cuộc sống của họ. HS sẽ cho là vô lý, là không thể tin được. Và lúc đó, trong HS sẽ xuất hiện trạng thái xung đột tâm lý, gây thắc mắc nhận thức cho HS…[15] Ví dụ: Trong bài “Sóng cơ. Phương trình sóng” vật lý 12 nâng cao khi dạy cho HS về hiện tượng sóng trên mặt nước GV có thể tạo ra tình huống nghịch lý, trái khoái như sau: 43 GV: Dùng thiết bị tạo sóng nước trong hộp kín để tạo sóng trên mặt nước, lúc đó HS quan sát thấy sóng lan truyền trên mặt nước từ nguồn phát sóng lan ra xa dần. GV: Nếu thả lên mặt nước một chiếc phao, thì chiếc phao sẽ dao động như thế nào? HS: Sẽ có nhiều HS dự đoán chiếc phao sẽ vừa nhấp nhô lên xuống và vừa chuyển động ra xa nguồn phát sóng GV: tiến hành thí nghiệm, kết quả thí nghiệm sẽ trái ngược dự đoán của HS, chiếc phao chỉ nhấp nhô lên xuống mà không ra xa nguồn. Chính kết quả thí nghiệm đã làm cho HS xuất hiện sự xung đột về nhận thức trong HS, lúc đó tạo cho HS mong muốn giải thích được hiện tượng trong kết quả thí nghiệm. b. Tình huống bế tắc Học sinh đứng trước một vấn đề mà thoạt nhìn có vẻ như không có cách giải quyết, không lối thoát, nhưng buộc phải vượt qua. Đây là tình huống có tác dụng phát triển trí tuệ cao. [16] Ví dụ: Vào thế kỉ 19, ngành Vật lý đang bị bế tắc (hiện tượng “lệch về đỏ”). Lý thuyết của Reyleigh-Jeans về vật đen tuyệt đối đã chứng minh hoàn hảo song đồ thị biểu diễn bức xạ năng lượng của nó lại thể hiện trái ngược với đồ thị thực nghiệm khi nghiên cứu năng lượng bức xạ của mặt trời. Khi dạy cho HS thuyết lượng tử ánh sáng GV có thể đưa HS vào tình huống bế tắt như sau: GV: Theo thuyết điện từ về ánh sáng, cường độ chùm sáng kích thích càng lớn, thì điện trường biến thiên trong ánh sáng càng mạnh, làm cho electron trong kim loại dao động càng mạnh, tốc độ và động năng của electron càng lớn. Hiện tượng quang điện sẽ xảy ra khi động năng của electron đạt được giá trị đủ lớn để bứt ra khỏi kim loại. Như vậy, theo thuyết điện từ về ánh sáng, muốn cho hiện tượng quang điện xảy ra thì cường độ chùm sáng kích thích phải lớn hơn giá trị nào đó, động năng của electron phải tăng theo cường độ chùm sáng, bước sóng của ánh sáng thì hoàn toàn không có ảnh hưởng gì cả. Cả ba kết luận này đều mâu thuẫn với ba định luật quang điện. Như vậy, để giải thích ba định luật quang điện ta phải dựa trên lý thuyết nào? c. Tình huống lựa chọn 44 HS đứng trước một yêu cầu phải một hoặc một số giải pháp, và chỉ được lựa chọn một hoặc một số cái còn lại. GV có thể xây dựng lên tình huống éo le, giải pháp nào cũng có mặt tốt, mặt xấu nhưng chỉ được chọn một. [16] Ví dụ: Trước khi dạy cho HS về hiện tượng giao thoa hai sóng trên mặt nước, GV có thể tạo ra tình huống có vấn đề theo kiểu lựa chọn như sau: GV: Có hai nguồn cùng phát sóng cùng pha, cùng tần số trên mặt nước. Bằng kinh nghiệm và kiến thức của bản thân, các em hãy đoán xem trong vùng gặp nhau của hai sóng trên mặt nước sẽ có hiện tượng gì? A. Sẽ dao động với những gợn lồi. B. Sẽ dao động với những gợn lõm. C. Sẽ không dao động. D. Sẽ có những chỗ dao động với gợn lồi, những chỗ dao động với gợn lõm và có những chỗ không dao động. d. Tình huống “tại sao” Đây là tình huống đưa học sinh đến trạng thái tâm lý đòi hỏi sự giải thích. Nếu học không giải thích được thì họ sẽ day dứt, bồn chồn, tìm cách lý giải được vấn đề đó. Cần có sự phân tích kỹ lưỡng mới hy vọng tìm được lời giải, đây là sự mở đầu cho một khám phá mới. [14] Ví dụ: Khi tăng dần tăng số lên đến một lúc nào đó thì trên dây xuất hiện những điểm đứng yên xen kẻ với những điểm dao động với biên độ khá lớn. Tại sao có hiện tượng như vậy? Hai tờ giấy giống nhau, cho rơi cùng độ cao như nhau, chúng rơi chao đảo rồi tiếp đất gần như đồng thời. Nếu cũng hai tờ giấy đó, ta vo tròn một tờ lại rồi làm lại thí nghiệm như trên, tờ giấy vo tròn rơi thẳng xuống đất trước! Tại sao vậy? Sự phân chia các tình huống như trên hoàn toàn chỉ có tính chất định hướng nhằm giúp giáo viên nhận biết, phân biệt và thiết kế để đưa đến tình huống có vấn đề trong dạy học. Kiểu dạy học giải quyết vấn đề có thành công hay không phụ thuộc rất nhiều vào việc xây dựng tình huống có vấn đề của của giáo viên. Nếu không thiết kế kỹ càng thì tình huống xuất hiện cũng chỉ là để “vào bài”, “đặt vấn đề”, không đưa HS vào tình huống có 45 vấn đề được, không tạo cho HS “thế năng tâm lý tư duy” nghĩa là sẽ không có phương pháp dạy học giải quyết vấn đề. 1.1.3.2.3. Các đặc trưng của tình huống có vấn đề Tình huống có vấn đề là trạng thái tâm lí độc đáo của con người khi chấp nhận một nhiệm vụ khó khăn cần giải quyết. Trạng thái tâm lí như vậy thể hiện ở 3 đặc điểm sau: - Trạng thái chứa đựng một thế năng tâm lí. Đó là sự dồn nén cảm xúc, sự tích tụ tâm lí, sự bứt rứt, bồn chồn… khi chưa giải quyết được nhiệm vụ. - Trạng thái hưng phấn, chứa đựng một sự tích cực hoạt động, tìm tòi, mà kết quả là: + Đề xuất được giải thuyết + Vạch kế hoạch để kiểm tra giả thuyết + Hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ học tập - Xuất hiện tình cảm khi giải quyết được nhiệm vụ. Đó là sự sảng khoái đặc biệt, hạnh phúc trong tư duy, cao thượng hóa tâm hồn và đặc biệt dễ dàng tiếp nhận nhiệm vụ mới. Ba dấu hiệu của tình huống có vấn đề: - Học sinh gặp khó khăn về nhận thức: kiến thức và kỹ năng đã có (bằng tư duy tái hiện) không thể giải quyết được - Học sinh có nhu cầu hứng thú GQVĐ - Học sinh có niềm tin vượt qua khó khăn và GQVĐ 1.1.3.2.4. Ý nghĩa của tình huống có vấn đề Khi HS nhận thức được vấn đề nghĩa là họ đã xem mâu thuẫn khách quan thành mâu thuẫn nội tại (chủ quan) của bản thân. Có như vậy HS mới nỗ lực quyết tâm giải quyết những mâu thuẫn ấy. Điều này có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong quá trình dạy học. Chúng ta mong muốn cho HS tự giác, tích cực, tự lực và sáng tạo trong khi bản thân của các em, một cách tự nhiên chưa có những ý thức đó. Nếu như trong dạy học, mỗi bài học là một tình huống nhận thức đối với HS, mỗi lần học là một lần HS bị “rơi” vào THCVĐ thì những ý thức trên chắc chắn sẽ được hình thành ở các em. Vấn đề còn lại là sự chỉ đạo của người GV trong quá trình nhận thức ấy. Bản thân sự việc hiện tượng diễn ra trong tự nhiên hay được trình bày trong SGK là những tình huống thật sự, song HS 46 chưa biết và chưa thể tự chúng chấp nhận là nhiệm vụ học tập của mình. Điều đó cần đến sự trợ giúp của người GV. Trong lý luận dạy học, việc làm này của người GV được gọi là “chuyển” và “cấy” hay còn gọi là xây dựng tình huống có vấn đề. Đó là: mâu thuẫn khách quan bên ngoài của bài toán nhận thức được “chuyển” và “cấy” vào trong ý thức của chủ thể để biến thành mâu thuần chủ quan bên trong chủ thể [14] 1.1.4. Cấu trúc (các pha) của dạy học giải quyết vấn đề [14],[17] Nhìn chung, dạy học GQVĐ cũng được chia làm ba giai đoạn như bài nói hay bài viết: mở đầu, giải quyết vấn đề và kết luận vấn đề. Tuy nhiên, nếu nhìn vào các bước thực hiện bên trong các giai đoạn dạy học GQVĐ thì đó là quá trình kích thích để có những ý tưởng sáng tạo của học sinh. Cấu trúc dạy học GQVĐ có thể được hình dung qua sơ đồ sau: [25] Sơ đồ 1: Sơ đồ cấu trúc dạy học giải quyết vấn đề 47 Tình huống có tiềm ẩn vấn đề Phát biểu vấn đề - bài toán Giải quyết vấn đề: suy đoán, thực hiện giải pháp Kiểm tra, xác nhận kết quả: xem xét sự phù hợp của lý thuyết Trình bày, thông báo, thảo luận, bảo vệ kết quả Vận dụng tri thức mới để giải quyết nhiệm vụ đặt ra tiếp theo Giai đoạn 1: Tạo tình huống có vấn đề Giai đoạn 2: Giải quyết vấn đề, hợp thức hoá kiến thức mới Giai đoạn 3: Củng cố và vận dụng tri thức . ĐẠI HỌC VINH ----***---- DƯƠNG HỮU TÙNG NGHIÊN CỨU DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO THEO ĐỊNH HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN. CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO THEO ĐỊNH HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Chuyên ngành: LÝ LUẬN & PPDH VẬT LÝ