1.2.3.1. Tư duy vật lý
19
tượng phức tạp thành những bộ phận thành phần và xác lập ở trong chúng những mối liên hệ và những sự phụ thuộc xác định. Tìm ra những mối liên hệ các mặt định tính và định lượng của các hiện tượng và của các đại lượng vật lí, đoán trước được các hệ quả từ các lý thuyết và áp dụng được kiến thức của mình.
1.2.3.2. Tư duy trong quá trình giải bài tập vật lí. Khái quát hoá và cụ thể hoá quá trình nhận thức
Quá trình hình thành nên các khái niệm, định luật vật lí gắn với quá trình khái quát hoá, nó liên quan đến chuyển tiếp của người học từ chỗ mô tả tính chất của từng sự vật, hiện tượng vật lí riêng lẻ đến chỗ phát hiện và tách nó ra trong một nhóm các sự vật hiện tượng. Khái quát hoá được xem xét trong mối liên hệ chặt chẽ với thao tác trìu tượng hoá, việc tách ra tính chất chung, bản chất nào đó bao hàm việc tách nó ra khỏi các tính chất khác. Điều kiện cần thiết của sự khái quát hoá đúng đắn là phân tích trong các ví dụ, cụ thể các dấu hiệu có thể thay đổi, các dấu hiệu không bản chất đối với khái niệm hoặc một hiện tượng nhất định… Như vậy, điều kiện của sự hình thành khái quát hoá đúng đắn ở học sinh là sự thay đổi ổn định của các dấu hiệu bản chất.
Quá trình dạy học thường theo trình tự: Tri giác- biểu tượng- khái niệm (định luật). Như vậy khái niệm được trìu tượng hoá từ các đặc điểm và dấu hiệu đơn lẻ của các tri giác và biểu tượng và do đó, nó là kết quả của khái quát hoá và biểu tượng về rất nhiều hiện tượng và sự vật cùng loại.
Tuy nhiên, nắm vững khái niệm, định luật không chỉ giới hạn ở chỗ biết các dấu hiệu của sự vật và hiện tượng được bao hàm bởi khái niệm đó, mà còn phải biết sử dụng nó trong thực tế, biết làm việc với nó. Điều đó có nghĩa là việc tiếp thu khái niệm, định luật không chỉ bao gồm con đường từ dưới lên trên, từ các trường hợp đơn lẻ, bộ phận đến khái quát chúng mà còn có con đường ngược lại là từ trên xuống dưới, từ cái chung đến các bộ phận đơn lẻ, khi biết cái chung, cần nhìn thấy nó trong trường hợp cụ thể gặp phải trong thời điểm đã cho. Đó chính là con đường cần thực hiện khi giải BT vật lí.
20
Nắm vững khái niệm, định luật, có nghĩa là nắm vững toàn bộ tập hợp các tri thức về các sự vật mà khái niệm, định luật có liên quan. Càng tiến gần mức độ đó, người học càng nắm vững khái niệm, định luật. Đó là sự phát triển của các khái niệm, định luật, chúng không phải bất biến mà có sự thay đổi về nội dung tuỳ theo việc mở rộng tri thức. Như vậy, việc giải BT vật lí, thực chất là vận dụng kiến thức khái quát đã có vào các tình huống vật lí cụ thể, đó là quá trình đi từ cái chung đến cái riêng.
Phân tích tư duy giải bài tập vật lí
Đối với học sinh ở các lớp khác nhau, việc giải bài tập vật lí thường có khó khăn đặc biệt. Các bài tập vật lí thay đổi theo các đặc điểm bề ngoài của tình huống và đặc điểm riêng của mối liên hệ giữa các đại lượng cho trong bài tập.
Suy cho cùng, mục đích hoạt động của giáo viên là ở chỗ, trong khi dạy giải một cách hệ thống hàng loạt các bài tập thuộc một dạng nào đó nhằm cung cấp cho người học kĩ năng phân tích hiện tượng vật lí căn cứ vào hàng loạt các dấu hiệu để nhận dạng ra bài tập đó với mục đích áp dụng được các khái niệm, định luật để tìm ra lời giải cuối cùng. Ở đây đã diễn ra sự phân loại các kiểu ra điều kiện và các cách giải được áp dụng cho điều kiện đó.
Chính trên cơ sở phân loại này, quá trình tư duy thường diễn ra như sau: Đầu tiên bài tập mới nào đó sẽ được nhận dạng rồi sau đó mới được giải, nếu không diễn ra sự nhận dạng (bài tập không quen thuộc) thì thông thường không có lời giải, hay chính xác hơn là loại bài tập như vậy được giải với sự hướng dẫn của giáo viên sẽ dẫn tới khái niệm về kiểu bài tập mới. Một trong những thói quen của giáo viên thường làm là dạy quá nhiều cách phân loại việc giải bài tập thay vì phải dạy học sinh giải bài tập, do vậy học sinh thường hay nói " chúng em chưa giải loại bài tập này bao giờ". Đối với họ, dường như là cần phải biết cách giải chỉ khi bài tập đã được giải.
Trong quá trình giải bài tập vật lí, giáo viên có thể thấy học sinh rơi vào các trường hợp sau:
21
- Khi giải một số bài tập xác định, có những trường hợp các bài tập được đưa về các dạng bài tập đã biết (tức là nhận thức được là bài tập đã được giải bằng cách xác định) và giải đúng.
- Có trường hợp nhận ra dạng bài tập nhưng không giải được
- Có trường hợp giải được bài tập nhưng không nhận ra dạng của chúng - Những trường hợp còn lại không đưa các bài tập về dạng đã biết và họ không giải được chúng.
Như vậy, dường như ở học sinh có mối liên hệ rõ ràng giữa giải được bài tập và nhận dạng sơ bộ các bài tập và ngược lại. Việc nhận dạng sơ bộ được bài tập thực chất là nhận ra được cơ sở định hướng để giải quyết bài tập đó.
Việc sơ bộ nhận dạng được các bài tập là điều kiện cơ bản để tái hiện cách giải cụ thể đã biết.
Ví dụ: Với bài tập " Tại sao ô tô du lịch có mui bằng vải bạt lại đạt vận tốc nhỏ
hơn so với ô tô cũng như vậy nhưng có mui kín bằng kim loại được làm cho nhẵn"? Người học có thể sơ bộ nhận thấy bài tập đề cập đến kiến thức về lực ma sát. Hay với bài tập " Tụ phẳng không khí, bản tụ hình tròn bán kính R=40cm, cách nhau một đoạn d = 4cm. Đưa vào khoảng giữa hai bản tụ một tấm kim loại hình tròn có cùng bán kính với bản tụ và có độ dày l = 1cm. Tụ điện được nối với nguồn có hiệu điện thế U = 20V. Tính điện dung của tụ điện".
Từ hiện tượng mô tả trong bài người học có thể sơ bộ nhận thấy bài tập đề cập đến hệ hai tụ ghép nối tiếp (do sự nhiễm điện do hưởng ứng các bản của tấm kim loại).
Tuy nhiên, trong toàn bộ tính chất phức tạp của hoạt động này, nó chưa vượt ra khỏi tư duy, phân loại mang tính kinh nghiệm. Sơ bộ nhận dạng được các bài tập là điều kiện cần nhưng chưa đủ, vấn đề mấu chốt không phải chỉ là như vậy mà phải làm sao cho học sinh tự tìm lấy lời giải bài tập mới. Ngay cả đó là những bài chỉ ở dạng đơn giản. Muốn vậy, việc phân tích được hiện tượng vật lí cụ thể trong bài, để xác định chính xác các quy luật chi phối các hiện tượng là chìa khoá dẫn tới thành công trong giải bài tập vật lí.
22
Sự thành công của giải bài tập vật lí cũng phụ thuộc vào việc cụ thể hoá điều kiện bài tập, vào khả năng thể hiện và biểu tượng trực quan các điều kiện có trong bài tập. Kĩ năng thể hiện trực quan nội dung của bài tập đóng vai trò quyết định trong khi xác định các mối tương quan cần thiết. Việc minh họa nội dung bài tập bằng các hình vẽ mô tả các hiện tượng và quá trình vật lí được nói đến trong BT là những gợi ý tốt giúp người học giải thành công BT.
Ví dụ ở bài tập về tụ điện ở trên khi học sinh đã cụ thể hoá được điều kiện cho bài tập bằng các kí hiệu và vẽ được hình sau tức là họ đã nhận thức được hiện tượng vật lí xảy ra trong bài tập.
+ - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + -
Trong nhiều trường hợp thường chỉ cần giáo viên thay một số tình tiết của bài tập, làm cho nó gần gũi hơn với kinh nghiệm của người học và trực quan hoá nó thì kết quả giải bài tập cũng sẽ được bảo đảm.
Như vậy quá trình giải một bài tập vật lí, thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, nếu có thể thì dùng các kí hiệu, mô hình hình vẽ để mô tả hiện tượng, xem xét hiện tượng vật lí được đề cập để nghĩ tới những mối liên hệ có thể giữa cái đã cho và cái phải tìm dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể đã cho, sao cho có thể thấy được cái phải tìm có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho. Sau đó, luận giải để đi từ những mối liên hệ đã xác lập được đến một liên hệ tường minh trực tiếp giữa cái cần tìm và cái đã biết.
Các phương trình, công thức đã xác lập được dựa trên các kiến thức vật lí và điều kiện cụ thể của bài tập là sự biểu diễn những mối liên hệ định lượng giữa các đại lượng vật lí. Đối với các bài tập tính toán định lượng thì đó chính (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
23
là thiết lập các phương trình để đi đến việc giải hệ phương trình để tìm nghiệm của ẩn số.
Người ta có thể biểu diễn mô hình hoá các mối liên hệ của cái đã có ( kí hiệu bằng các chữ a, b, c…) cái phải tìm (kí hiệu bằng chữ x) và cái chưa biết (kí hiệu bằng các số 1,2,3…) như sơ đồ dưới đây:
…. Là những cái đã cho
… là những cái chưa biết
….
Giả sử khi giải một bài tập nào đó, trên cơ sở phân tích điều kiện cụ thể của đầu bài, ta có thể xác lập được các mối quan hệ cơ bản biểu diễn bởi các phương trình , và . Nhờ hệ thống mối liên hệ này ta có thể tìm được đại lượng chưa biết thông qua mối liên hệ với cái đã biết.
Việc luận giải, tính toán có thể mô hình hoá bằng sơ đồ dưới đây
Sơ đồ luận giải đó có thể diễn giải như sau a b 1 2 x a b 1 2 1 2 3 4 x a 1 2 b 1 3 a c 3 a b 2 1 2 3 4 3 3 2 4 1 2 1 x
24 + Từ mối liên hệ (3) rút ra 3
+ Thay 3 vào phương trình (2) rút ra 1
+ Từ mối liên hệ trong phương trình (4) rút ra 2
+ Thay 1 và 2 vào mối liên hệ ở phương trình (1) rút ra ẩn số phải tìm x. Như vậy, xem xét tư duy khi giải bài tập vật lí cho thấy có hai phần việc quan trọng nhất cần thực hiện.
+ Xác lập cho được các mối liên hệ cơ bản dựa trên sự vận dụng trực tiếp các kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập.
+ Luận giải, tính toán để từ các mối liên hệ đã xác lập đi đến kết quả cuối cùng. Sự thực hiện hai phần việc này có thể lần lượt nhưng cũng có thể xen kẽ nhau, trong đó điều quan trọng nhất là xác lập cho được mối liên hệ giữa cái phải tìm với các đã cho.[12. Tr 21-26]