8. Các chữ viết tắt trong luận văn
3.2. Các phƣơng pháp nhận thức khoa học áp dụng trong dạy học Vật lí
3.2.1. Phƣơng pháp thực nghiệm
a/ Vai trò của phƣơng pháp thực nghiệm
Sơ đồ ngắn gọn của quá trình nhận thức nói chung đã đƣợc Lênin nêu lên: “Từ trực quan sinh động đến tƣ duy trừu tƣợng, rồi từ tƣ duy trừu tƣợng đến thực tiễn - đó là con đƣờng biện chứng của nhận thức tâm lí, nhận thức thực tế khách quan”.
Phù hợp với quá trình nhận thức nói chung mà Lênin đã chỉ ra, quá trình sáng tạo của khoa học Vật lí là quá trình đi từ khái quát hóa những sự kiện thực tế xuất phát đến xây dựng mô hình trừu tƣợng của hiện tƣợng (đề xuất giả thuyết), rồi từ mô hình dẫn đến việc rút ra các hệ quả lí thuyết và hệ quả các lí thuyết và từ các hệ quả lí thuyết dẫn đến sự kiểm tra chứng thực bằng thực nghiệm và ứng dụng chúng trong thực tiễn. Trong quá trình sáng tạo khoa học này, nhà nghiên cứu đã sử dụng phƣơng pháp nhận thức khoa học, trong đó đặc biệt là phƣơng pháp thực nghiệm.
b/ Khái niệm phƣơng pháp thực nghiệm
Phƣơng pháp thực nghiệm là một phƣơng pháp nhận thức khoa học đƣợc thực hiện khi nhà nghiên cứu tìm tòi xây dựng phƣơng án và tiến hành thí nghiệm, nhằm dựa trên kết quả của thí nghiệm để xác lập giả thuyết hoặc kiểm tra một giả thuyết nào đó..
Phƣơng pháp thực nghiệm nói ở đây là nói về phƣơng pháp nhận thức trong quá trình sáng tạo khoa học, chứ không phải chỉ đơn thuần cách thức tiến hành một thí nghiệm đã có sẵn. Quá trình nhận thức này đòi hỏi tƣ duy sáng tạo. Khi áp dụng phƣơng pháp thực nghiệm nhà nghiên cứu phải tìm tòi thiết kế phƣơng án thí nghiệm. Trong việc đề xuất phƣơng án thí nghiệm để có thể kiểm tra giả thuyết đã nêu ra hoặc cho phép thu đƣợc những thông tin cần thiết cho việc xác lập giả thuyết, tƣ duy sáng tạo có vai trò quan trọng.
c/ Phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học Vật lí
Phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học Vật lí
Thực chất của phƣơng pháp dạy học này là ở chỗ: Giáo viên tổ chức, chỉ đạo hoạt động học tập của HS theo các bƣớc tƣơng tự nhƣ các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm trong quá trình sáng tạo khoa học để phát huy tính tích cực, tự giác, sáng tạo của HS trong quá trình lĩnh hội kiến thức, làm cho HS lĩnh hội đƣợc kiến thức một cách sâu sắc, vững chắc, đồng thời qua đó góp phần phát huy năng lực nhận thức, sáng tạo của HS.
Tất nhiên khi áp dụng phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học Vật lí, GV phải sử dụng thí nghiệm (dƣới dạng thí nghiệm biểu diễn của GV và thí nghiệm của HS làm). Không sử dụng thí nghiệm thì không thể nói đến phƣơng pháp thực nghiệm. Nhƣng cũng cần lƣu ý rằng, điều này không có nghĩa là hễ cứ có sử dụng thí nghiệm trong dạy học thì đã là áp dụng phƣơng pháp thực nghiệm nhƣ vừa nói ở trên. Bời vì trong dạy học Vật lí, thí nghiệm chỉ đƣợc sử dụng có khi chỉ nhƣ một phƣơng tiện trực quan đơn thuần, chứ không phải là nó đƣợc thiết lập và thực hiện trong tiến trình nghiên cứu theo đòi hỏi của việc xác lập hoặc kiểm tra một giả thuyết nào đó. Việc sử dụng thí nghiệm trong trƣờng hợp nhƣ thế thì không phải theo tinh thần áp dụng phƣơng pháp thực nghiệm của Vật lí học.
Để giúp HS có thể bằng những hoạt động của bản thân mình mà tái tạo, chiếm lĩnh đƣợc các kiến thức Vật lí thì tốt nhất GV phỏng theo phƣơng pháp thực nghiệm của các nhà khoa học mà tổ chức cho HS theo các giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Nhận biết các sự kiện khởi đầu, nêu vấn đề
GV mô tả một hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm và yêu cầu các em dự đoán diễn biến của hiện tƣợng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập một mối quan hệ nào đó, tóm lại là nêu lên một câu hỏi mà HS chƣa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời đƣợc.
Giai đoạn 2: Xây dựng giả thuyết
GV hƣớng dẫn, gợi ý cho HS xây dựng một câu trả lời dự đoán ban đàu, dựa vào quan sát tỉ mỉ, kĩ lƣỡng, vào kinh nghiệm của bản thân, vào những kiến thức đã có…ta gọi là xây dựng giả thuyết. Những dự đoán này có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lí nhƣng chƣa chác chắn.
Giai đoạn 3: Từ giả thuyết dùng suy luận lôgic để suy ra một hệ quả có thể kiểm tra đƣợc.
Từ giả thuyết xây dựng suy luận lôgic hay suy luận toán học suy ra một hệ quả. Dự đoán một hiện tƣợng trong thực tiễn, một mối quan hệ các đại lƣợng trong Vật lí.
Giai đoạn 4: Bố trí thí nghiệm kiểm tra
Xây dựng và thực hiện một phƣơng án thí nghiệm đẻ kiểm tra xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp với kết quả thực nghiệm hay không. Nếu phù hợp thì giả thuyết trên thành chân lí, nếu không phù hợp thì phải xây dựng giả thuyết mới.
Giai đoạn 5: Vận dụng
Ứng dụng kiến thức, HS vận dụng kiến thức để giải thích hay dự đoán một số hiện tƣợng trong thực tiễn để nghiên cứu các thiết bị kĩ thuật. Thông qua đó trong một số trƣờng hợp sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mới cần giải quyết.
Hƣớng dẫn HS hoạt động
Những bài học mà HS có thể tham gia đầy đủ vào cả 5 giai đoạn không nhiều. Đó là nhiều bài học mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự phân tích quá phức tạp và có thể kiểm tra bằng những thí nghiệm đơn giản sử dụng những dụng cụ đo lƣờng mà HS đã quen thuộc.
Trong nhiều trƣờng hợp, HS gặp nhiều khó khăn không thể vƣợt qua đƣợc thì có thể sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm ở các mức độ khác nhau, thể hiện ở các mức độ HS tham gia vào các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm.
- Mức độ 1: HS tự lực phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi. GV giới thiệu hện tƣợng xảy ra đúng nhƣ thƣờng thấy trong tự nhiên để HS tự lực phát hiện những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý cần nghiên cứu.
- Mức độ 2: GV tạo ra một hoàn cảnh đặc biệt trong đó xuất hiện một hiện tƣợng mới lạ, lôi cuốn sự chú ý của HS, gây cho họ sự ngạc nhiên, sự tò mò, từ đó HS nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải quyết.
- Mức độ 3: GV nhắc lại một vấn đề, một hiện tƣợng đã biết và yêu cầu HS phát hiện xem trong vấn đề hay hiện tƣợng đã biết, có chỗ nào chƣa đƣợc hoàn chỉnh, đầy đủ cần nghiên cứu.
Giai đoạn 2: Risa Faayman cho rằng: “các định luật Vật lí có nội dung rất đơn giản, nhƣng biểu hiện của chúng trong thực tế thì rất phức tạp”. Bởi vậy, từ sự phân tích các hiện tƣợng thực tế đến việc dự đoán những mối quan hệ đơn giản nêu trong các định luật là cả một nghệ thuật. Cần phải làm cho HS quen dần.
- Mức độ 1: Dự đoán định tính: Trong những hiện tƣợng thực tế phức tạp, dự đoán về nguyên nhân chính, mối quan hệ chính chi phối hiện tƣợng. Có rất nhiều dự đoán mà ta phải lần lƣợt tìm ra cách bác bỏ.
- Mức độ 2: Dự đoán định lƣợng: Những quan sát đơn giản khó có thể dẫn tới một dự đoán về mối quan hệ hàm số, định lƣợng giữa các đại lƣợng Vật lí biểu diễn các đặc tính của sự vật, các mặt của hiện tƣợng. Nhƣng các nhà Vật lí nhận thấy rằng: Những mối quan hệ định lƣợng đó thƣờng đƣợc biểu diễn bằng một số ít hàm số đơn giản nhƣ: tỉ lệ thuận, tỉ lệ nghịch, hàm số bậc nhất,…Việc dự đoán đinh lƣợng có thể dựa trên một số cặp số liệu đƣợc biểu diễn trên đồ thị, dựa trên dạng đồ thị mà dự đoán mối quan hệ hàm số giữa 2 đại lƣợng.
- Mức độ 3: Những dự đoán đòi hỏi một sự quan sát chính xác, tỉ mỉ, một sự tổng hợp nhiều sự kiện thực nghiệm, không có điều kiện thực hiện ở trên lớp, tóm lại là vƣợt quá khả năng của HS. Ở đây GV dùng phƣơng pháp kể chuyện lịch sử để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà bác học đã đƣa ra.
Giai đoạn 3: Việc suy ra hệ quả đƣợc thực hiện bằng suy luận lôgic hay suy luận toán học. Thông thƣờng ở trƣờng PT các phép suy luận này không quá khó. Vì biểu hiện trong thực tế của các kiến thức Vật lí rất phức tạp, cho nên điều kiện khó khăn là hệ quả suy ra phải đơn giản, có thể quan sát, đo lƣờng trong thực tế.
- Mức độ 1: Hệ quả có thể quan sát, đo lƣờng trực tiếp.
- Mức độ 2: Hệ quả không quan sát đƣợc trực tiếp bằng các dụng cụ đo mà phải tính toán gián tiếp qua việc đo các đại lƣợng khác.
- Mức độ 3: Hệ quả suy ra trong điều kiện lí tƣởng. Có nhiều trƣờng hợp, hiện tƣợng thực tế bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố tác động không thể loại trừ đƣợc, nhƣng ta chỉ xét quan hệ giữa một số rất ít yếu tố. Nhƣ vậy hệ quả suy ra từ giả thuyết chỉ là gần đúng.
Giai đoạn 4: Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra những điều kiện đúng nhƣ những điều kiện đã nêu trong việc suy ra hệ quả.
- Mức độ 1: Thí nghiệm đơn giản, HS đã biết thực hiện các phép đo, sử dụng các dụng cụ đo.
- Mức độ 2: HS đã biết nguyên tắc đo các đại lƣợng nhƣng việc bố trí thí nghiệm cho sát với các điều kiện lí tƣởng có khó khăn. GV phải giúp đỡ bằng cách giới thiệu phƣơng án làm để HS thực hiện.
- Mức độ 3: Có nhiều trƣờng hợp thí nghiệm kiểm tra là những thí nghiệm kinh điển rất tinh tế, không thể thực hiện ở trƣờng PT. Trong trƣờng hợp này, GV mô tả cách bố trí thí nghiệm rồi thông báo kết quả các phép đo để HS gia công các số liệu, rút ra kết luận hoặc GV thông báo cả kết luận.
Giai đoạn 5: Những ứng dụng của các định luật thƣờng có 3 dạng: giải thích hiện tƣợng, dự đoán hiện tƣợng và chế tạo thiết bị đáp ứng một yêu cầu của đời sống, sản xuất.
- Mức độ 1: Ứng dụng trong đó HS chỉ cần vận dụng định luật Vật lí để lám sáng tỏ nguyên nhân của hiện tƣợng hoặc tính toán trong điều kiện lí tƣởng. Vật chỉ bị chi phối bởi vài định luật đang nghiên cứu. Đó có thể là những bài tập do GV nghĩ ra, chứ không co ý nghĩa trong đời sống hay sản xuất hằng ngày.
- Mức độ 2: Xét một ứng dụng kĩ thuật đã đƣợc đơn giản hóa để chỉ có t hể áp dụng một vài định luật Vật lí.
- Mức độ 3: Xét một ứng dụng kĩ thuật trong đó không chỉ áp dụng các định luật Vật lí mà còn phải có những giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tƣợng Vật lí có hiệu quả cao, sao cho thiết bị sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuát. Trong loại ứng dụng này, HS không những phải vận dụng những định luật Vật lí vừa đƣợc thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết, những kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác của Vật lí.
3.2.2. Hƣớng dẫn học sinh giả quyết vấn đề trong dạy học Vật lí
Hoạt động nhận thức của con ngƣời chỉ thực sự bắt đầu khi gặp mâu thuẫn: Một bên là trình độ hiểu biết đang có, bên kia là nhiệm vụ mới phải giải quyết một vấn đề mà những kiến thức, kĩ năng đã có không đủ. Để giải quyết đƣợc nhiệm vụ nhận thức mới, khắc phục đƣợc mâu thuẫn trên thì phải xây dựng kiến thức mới, phƣơng pháp mới, kĩ năng mới. Nhƣ vậy, hoạt động nhận thức của HS trong học tập thực chất là hoạt động giải quyết vấn đề nhận thức.
HS không thể hoàn toàn tự lực xây dựng kiến thức khoa học đƣợc mà cần có sự giúp đỡ của GV (tạo điều kiện để họ có thể trãi qua các giai đoạn chính của quá trình giải quyết vấn đề và tự lực thực hiện một số khâu trong tiến trình đó, động viên khuyến khích HS kịp thời).
Tình huống học tập là hoàn cảnh trong đó xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mà HS chấp nhận giải quyết mâu thuẫn đó nhƣ một nhiệm vụ học tập và sẵn sàng đem sức lực, trí tuệ để giải quyết.
Những đặc điểm tình huống học tập
- Chứa đựng vấn đề (mâu thuẫn nhận thức) mà việc đi tìm lời giải đáp chính là đi tìm kiến thức, kĩ năng, phƣơng pháp mới.
- Gây sự chú ý ban đàu, kích thích hứng thú, khởi động tiến trình nhận thức của HS. HS chấp nhận mâu thuẫn khách quan thành mâu thuẫn chủ quan.
- Vấn đề cần giải quyết đƣợc phát biểu rõ ràng, gồm cả những điều kiện đã cho và mục đích cần đạt đƣợc. HS cảm thấy có khả năng giải quyết đƣợc vấn đề.
a/ Các kiểu tình huống học tập
Tình huống phát triển, hoàn chỉnh
- HS đứng trƣớc một vấn đề chỉ mới giải quyết đƣợc một phần, một bộ phận, trong một phạm vi hẹp, cần phải tiếp tục phát triển, hoàn chỉnh, mở rộng thêm sang những phạm vi mới, lĩnh vực mới.
- Phát triển, hoàn chỉnh những kiến thức của mình luôn là niềm khao khát của tuổi trẻ, đồng thời, “đó cũng là con đƣờng phát triển của khoa học” (Feynman). Quá trình phát triển, hoàn thiện kiến thức sẽ đem lại những kết quả mới (kiến thức mới, kĩ năng mới, phƣơng pháp mới) nhƣng trong quá trình đó, vẫn có thể sử dụng kiến thức, kĩ năng, phƣơng pháp đã biết.
Tình huống lựa chọn
HS đứng trƣớc một vấn đề có mang một số dấu hiệu quen thuộc, có liên quan đến một số kiến thức hay một số phƣơng pháp giải quyết đã biết, nhƣng chƣa chắc chắn là có thể dùng kiến thức nào, phƣơng pháp nào để giải quyết vấn đề thì sẽ có hiệu quả. HS cần phải lựa chọn, thậm chí thử làm xem kiến thức nào, phƣơng pháp nào có hiệu quả giải quyết đƣợc vấn đề đặt ra.
Tình huống bế tắc
HS đứng trƣớc một vấn đề mà trƣớc đây chƣa gặp một vấn đề tƣơng tự. Vấn đề cần giải quyết không có một dấu hiệu nào liên quan đến một kiến thức hoặc một phƣơng pháp đã biết. HS bắt buộc phải xây dựng kến thức mới hay phƣơng pháp mới để giải quyết vấn đề. Tình huống này thƣờng gặp khi bắt đầu nghiên cứu một lĩnh vực kiến thức mới.
Tình huống “Tại sao?”
Trong nhiều trƣờng hợp, HS quan sát thấy một hiện tƣợng Vật lí nào đó xảy ra trái với những suy nghĩ thông thƣờng, “trái” với những kiến thức mà HS đã biết hoặc chƣa bao giờ gặp nên không biết dựa vào đâu mà lí giải. HS cần phải tìm nguyên nhân vì đâu lại có sự trái ngƣợc đó, sự lạ lùng đó. Để trả lời câu hỏi này, cần phải xây dựng kiến thức.
Tổ chức tình huống học tập thực chất là tạo ra hoàn cảnh để HS tự ý thức đƣợc vấn đề cần giải quyết, có nhu cầu, hứng thú giải quyết vấn đề, biết đƣợc mình cần phải làm gì và sơ bộ xác định đƣợc làm nhƣ thế nào.
Cần thiết kế bài học thành một chuỗi tình huống học tập liên tiếp, đƣợc sắp đặt theo một trình tự hợp lí của sự phát triển vấn đề nghiên cứu nhằm đƣa HS tiến dần từ chỗ chƣa biết đến biết, từ biết không đầy đủ đến biết đầy đủ và nâng cao dần năng lực giải quyết vấn đề của HS.
Qui trình tổ chức học tập trong lớp có thể gồm các giai đoạn chính sau: - GV mô tả một hoàn cảnh cụ thể mà HS có thể cảm nhận đƣợc bằng kinh nghiệm thực