Hoạt động nhận thức của con ngƣời chỉ thật sự bắt đầu khi con ngƣời gặp phải 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, PP 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.
Để cho việc sử dụng một số PPNT Vâ ̣t lí trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức của HS đạt hiệu quả cao, ta cần nghiên cứu một số nét chung của quá trình tổ chức, hƣớng dẫn HS giải quyết vấn đề. Trên cơ sở đó, có thể định hƣớng cho việc lựa chọn PPNT thích hợp để giải quyết vấn đề. Quá trình học tập sẽ là quá trình liên tiếp giải quyết các vấn đề học tập.
Tổ chức tình huống có vấn đề thực chất là tạo ra hoàn cảnh để HS tự ý thức đƣợc vấn đề cần giải quyết, có nhu cầu và giải quyết vấn đề, biết đƣợc mình cần phải làm gì và sơ bộ xác định đƣợc làm nhƣ thế nào.
Cần thiết kế mỗi bài học thành một chuỗi tình huống có vấn đề liên tiếp, đƣợc sắp đặt theo một trình tự hợp lí của sự phát triển vấn đề cần nghiên cứu, nhằm đƣa HS từ chỗ chƣa biết đến chỗ biết, từ biết không đầy đủ đến biết đầy đủ và nâng cao dần năng lực giải quyết vấn đề của HS.
Quá trình tổ chức tình huống có vấn đề trong lớp có thể gồm các giai đoạn sau: - GV mô tả một hoàn cảnh cụ thể mà HS có thể cảm nhận đƣợc bằng thực nghiệm thực tế, biểu biễn một TN hoặc yêu cầu HS làm một TN đơn giản để làm xuất hiện hiện tƣợng cần nghiên cứu.
- GV yêu cầu HS mô tả lại hoàn cảnh hoặc hiện tƣợng bằng chính lời lẽ của mình theo ngôn ngữ Vâ ̣t lí.
- GV yêu cầu HS dự đoán sơ bộ hiện tƣợng xảy ra trong hoàn cảnh đã mô tả hoặc giải thích hiện tƣợng quan sát đƣợc dựa trên những kiến thức và phƣơng pháp đã có từ trƣớc.
- GV giúp HS phát hiện những chỗ không đầy đủ của họ trong kiến thức, trong cách giải quyết vấn đề và đề xuất nhiệm vụ mới cần giải quyết (dƣới dạng câu hỏi, nêu rõ những điều kiện đã cho và yêu cầu cần đạt đƣợc).
Nhƣ vậy, tình huống có vấn đề xuất hiện khi HS ý thức đƣợc rõ ràng nội dung, yêu cầu của vấn đề cần giải quyết và sơ bộ nhìn thấy mình có khả năng giải quyết vấn đề, nếu cố gắng suy nghĩ và tích cực hoạt động.
3.2.6. Các kiểu hướng dẫn HS giải quyết vấn đề
Dƣ̣a theo nhƣ̃ng cách mà các nhà khoa ho ̣c thƣờng dùng để giải quyết các vấn đè khoa ho ̣c kĩ thuâ ̣t, có thể có những kiểu hƣớng dẫn HS giải quyết vấn đề sau : Hƣớng dẫn tìm tòi quy về kiến thƣ́c đã biết , PP đã biết; hƣớng dẫn tìm tòi sáng ta ̣o tƣ̀ng phần; hƣớng dẫn tìm tòi sáng ta ̣o khái quát .
a. Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, PP đã biết
Các đi ̣nh luâ ̣t Vâ ̣t lí rất đơn giản, nhƣng biểu hiê ̣n của chúng trong thƣ̣c tế la ̣i rất phƣ́c ta ̣p. Các định luật Vâ ̣t lí thƣờng phát biểu lên các mối quan hê ̣ trong điều kiê ̣n lí tƣởng, hiê ̣n tƣợng chỉ bi ̣ chi phối bởi nhiều nguyên nhân tác đô ̣ng đồng thời hoă ̣c chuyển biến nhanh theo nhiều giai đoa ̣n, mỗi giai đoa ̣n có mô ̣t nguyên nhân nhƣng ta chỉ quan sát thấy giai đoa ̣n cuối cùng .
Hƣớng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, PP đã biết có nghĩa là: thoạt mới tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết ta không thấy ngay mối quan hệ của nó với những cái đã biết mà cần phải tìm tòi bằng PP phân tích, tổng hợp, so sánh để tìm ra những dấu hiệu tƣơng tự với cái đã biết. Có 3 trƣờng hợp phổ biến sau đây:
- Hƣớng dẫn HS diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngôn ngữ Vật lí. Nhiều khi ngôn ngƣ̃ trong đời sống hằng ngày không giống nhƣ ngôn ngƣ̃ dùng trong các đi ̣nh luâ ̣t , quy tắc Vâ ̣t lí. Nếu không chuyển , đƣợc sang ngôn ngƣ̃ Vâ ̣t lí thì không thể nào áp du ̣ng đƣợc các đi ̣nh luâ ̣t , quy tắc đã biết.
Ví dụ: Giải thích vì sao ngồi trên xe đang cha ̣y hãm phanh đô ̣t ngô ̣t ngƣời la ̣i ngã về phía trƣớc . Mới nghe thì không thấy có đi ̣ng luâ ̣t nào đến “xe đang cha ̣y” , “ngã” và “hãm phanh đô ̣t ngô ̣t” . Nếu phân tích kỹ ý nghĩa của các cụm tƣ̀ này , HS dễ n hâ ̣n ra dấu hiê ̣u quen thuô ̣c của quán tính : “Xe đang cha ̣y” có nghĩa là ngƣời đang chuyển đô ̣ng cùng xe , “hãm phanh đô ̣t ngô ̣t” có nghĩa là xe dƣ̀ng la ̣i đô ̣t ngô ̣t , “ngƣời ngã về trƣớc” có nghĩa là ngƣời chuyển đô ̣ng so với xe . Hiểu theo ngôn ngƣ̃ Vâ ̣t lí nhƣ thế, HS sẽ giải thích đƣợc hiê ̣n tƣợng nhƣ sau : Xe có lƣ̣c hãm làm cho nó giảm vận tốc đột ngột và dừng lại , còn ngƣời đang chuyển động không bi ̣ lƣ̣c nào tác dụng nên tiếp tục chuyển động thẳn g đều vì quán tính , bị văng về phía trƣớc xe , do đó ngƣời ngã về phía trƣớc .
- Hƣớng dẫn HS phân tích một số hiện tƣợng Vật lí phức tạp bị chi phối bởi nhiều nguyên nhân thành những hiện tƣợng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, một định luật đã biết
Ví dụ: Mô ̣t hòn bi đƣợc thả không vâ ̣n tốc đầu trên mô ̣t máng nghiêng tƣ̀ đô ̣ cao h. Xuống đến cuối máng nghiêng , bi tiếp tu ̣c đi thêm mô ̣t máng hình tròn trong mă ̣t phẳng thẳng đƣ́ng có bán kính R . Tìm độ cao h tối thiểu cần phải thả bi để nó có thể đi qua vị trí cao nhất của vòng tròn mà không chạm vào vòng . Coi ma sát không đáng kể.
Đây là mô ̣t bài tâ ̣p mới dƣ̣ đoán mô ̣t hiê ̣n tƣợng xảy ra trong nhƣ̃ng điều kiê ̣n xác đi ̣nh mà HS chƣa gă ̣p bao giờ. Viê ̣c hòn bi có thể đi qua vi ̣ trí cao nhất của vòng tròn phụ thuộc vào hai yếu tố : có vận tốc v cần thiết ở độ cao 2R và có lƣ̣c hƣớng tâm đủ để giƣ̃ cho bi ở trên quỹ đa ̣o tròn . Viê ̣c hƣớng dẫn HS là nhằ m giúp ho ̣ phát hiê ̣n ra hai yếu tố đó mà lúc đầu ho ̣ không thấy đƣợc .
- Hƣớng dẫn HS phân chia quá trình diễn biến của hiện tƣợng thành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đó tuân theo một quy luật xác định.
b. Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần
Ở đây không thể hoàn toàn sử dụng những kiến thức đã biết, không có con đƣờng suy luận logic để suy ra từ cái đã biết mà đòi hỏi sự sáng tạo thực sự, một bƣớc nhảy vọt trong nhận thức. GV có thể tạo điều kiện thuận lợi cho HS tập dƣợt những bƣớc nhảy đó, bằng cách phân chia một bƣớc nhảy vọt lớn thành những bƣớc nhỏ nằm trong vùng phát triển gần của HS. Nhƣ vậy, HS sẽ dễ tiếp nhận vấn đề, đề xuất giải pháp vƣợt qua khó khăn.
Thông thƣờng , trong khi tìm tòi giải quyết mô ̣t vấn đề mới , HS khong phải l à hoàn toàn bế tắc ngay từ đầu hoặc bế tắc trong toàn bộ tiến trình giải quyết vấn đề . Trong lâ ̣p luâ ̣n để giải quyết vấn đề , có nhiều phần sử dụng kiến thức cũ , phƣơng pháp cũ thành công , chỉ đến một phần nào đó mớ i bế tắc , đòi hỏi phải tìm các mới thƣ̣c sƣ̣.
c. Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát
Ở kiểu hƣớng dẫn này, GV chỉ hƣớng dẫn HS xây dựng phƣơng hƣớng chung giải quyết vấn đề, còn việc vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện nó HS phải tự làm. Kiểu hƣớng dẫn này đòi hỏi HS phải có vốn kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo vững vàng và một số kinh nghiệm hoạt động sáng tạo.
Nói cách khác , kiểu hƣớ ng dẫn này , áp dụng cho HS khá và giỏi . Trong điều kiê ̣n không tách HS khá ra thành mô ̣t lớp riêng , GV cũng có thể áp dụng kiểu hƣớng dẫn này kết hợp với kiểu tìm tòi sáng ta ̣o tƣ̀ng phần . HS khá thì có thể tích cƣ̣c tham gia thảo luâ ̣n ngay tƣ̀ khi xác đi ̣nh phƣơng hƣớng và kế hoa ̣ch tổng thể , còn HS yếu hơn thì tham gia vào giải quyết tƣ̀ng phần cụ thể kế hoa ̣ch đó .
3.3. Phƣơng pháp mô hình trong dạy học Vật lí
3.3.1. Các mô hình trong DH Vật lí
a. Khái niệm mô hình
Khái niệm mô hình đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ hàng ngày với những ý nghĩa rất khác nhau. Trong các môn khoa học tự nhiên, HS thƣờng gặp mô hình tế bào, mô hình động cơ đốt trong tức là vật có cấu tạo không gian giống nhƣ vật cần nghiên cứu. Mô hình phân tử, mô hình nguyên tử lại mô tả những vật thể mà ta chỉ biết đƣợc qua tính chất của chúng.
Trong Vật lí học, V.A Stôphơ đã định nghĩa mô hình nhƣ sau:“Mô hình là một 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 cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cho ta những thông tin mới về đối tượng”.
b. Chức năng của mô hình
Trong Vật lí học, mô hình có các chức năng sau: - Mô tả sự vật, hiện tƣợng.
- Giải thích các tính chất và hiện tƣợng có liên quan đến đối tƣợng. - Tiên đoán các tính chất và hiện tƣợng mới.
Một mô hình không phải chỉ dùng để mô tả và giải thích các hiện tƣợng Vâ ̣t lí mà hơn thế nữa, nó còn đƣợc dùng để tiên đoán những hiện tƣợng mới. Không có chức năng tiên đoán này, mô hình mất đi vai trò quan trọng của nó trong khoa học.
c. Tính chất của mô hình.
Với tƣ cách là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tƣợng nghiên cứu, một mô hình có những tính chất cơ bản sau đây:
- Tính tƣơng tự với vật gốc. - Tính đơn giản.
- Tính trực quan. - Tính quy luật riêng. - Tính lí tƣởng.
3.3.2. PP mô hình trong Vật lí học
Ta có thể phân các mô hình Vật lí thành hai loại:
Mô hình vật chất:
- Là mô hình bằng vật thể, trên đó phản ánh những đặc trƣng cơ bản về mặt hình học, Vâ ̣t lí học, động lực học, chức năng học, của đối tƣợng nghiên cứu.
Ví dụ: Mô hình hệ Mặt Trời, mô hình máy phát điện,…
- Loại mô hình này chỉ đƣợc sử dụng ở GĐ thấp của quá trình nhận thức.
Mô hình lí tưởng (lí thuyết):
Là những mô hình trừu tƣợng trên đó về nguyên tắc ngƣời ta chỉ áp dụng những thao tác tƣ duy lí thuyết. Các phần tử của mô hình và đối tƣợng nghiên cứu thực có thể có bản chất Vâ ̣t lí hoàn toàn khác nhau nhƣng hoạt động theo những quy luật giống nhau. Các mô hình lí thuyết có thể có rất nhiều loại, tùy theo mức độ trừu tƣợng khác nhau:
- Mô hình kí hiệu: là hệ thống những kí hiệu đƣợc dùng để mô tả, thay thế một sự vật, hiện tƣợng Vâ ̣t lí, gồm các loại mô hình sau:
+ Mô hình công thức toán là những mô hình có bản chất Vật lí không giống với vật gốc.
Ví dụ: Tất cả các đại lƣợng q thỏa mãn pt: qw2q0 đều biến thiên theo một quy luật điều hòa.
+ Mô hình đồ thị: đồ thị cũng là một loại mô hình nhƣng nhiều khi trong Vâ ̣t lí học ngƣời ta xây dựng đồ thị biển diễn mối liên hệ giữa hai đại lƣợng trƣớc khi xây dựng đƣợc công thức.
Ví dụ: Đồ thị đƣờng đẳng tích và đẳng áp cho ta tiên đoán sự tồn tại của độ không tuyê ̣t đối.
+ Mô hình logic - toán: Mô hình này dựa trên ngôn ngữ toán học và đƣợc sử dụng rộng rãi trên các máy tính điện tử. Có thể coi mô hình dùng trong máy tính điện tử là mô hình kí hiệu đã đƣợc vật chất hóa, nghĩa là hệ thống quy luật đã đƣợc mã hóa theo ngôn ngữ của máy, chƣơng trình này có thể coi nhƣ Angorit của các hành vi của đối tƣợng nghiên cứu.
- Mô hình biểu tƣợng là dạng trừu tƣợng nhất của mô hình lí tƣởng, không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà chỉ có trong tƣ duy của ta.
Ví dụ: Mô hình phân tử trong thuyết động học phân tử của chất khí.
Mô hình biểu tƣợng nhiều khi đƣợc vật chất hóa dƣới một dạng nào đó để hỗ trợ cho quá trình tƣ duy.
Tóm lại, trong Vâ ̣t lí học những mô hình biểu tƣợng có tác dụng to lớn đối với quá trình nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng. Mô hình kí hiệu và mô hình biểu tƣợng trong sáng tạo khoa học Vật lí liên quan mật thiết với nhau và có ảnh hƣởng đến sự phát triển của nhau.
3.3.3. Các giai đoạn của PP mô hình
Trong Vật lí học, PP mô hình nói chung gồm 4 giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Nghiên cứu các tính chất của đối tƣợng gốc
Bằng quan sát thực nghiệm, ngƣời ta xây dựng đƣợc một tập hợp những tính chất của đối tƣợng nghiên cứu. Giai đoạn này còn gọi là tập hợp các sự kiện ban đầu làm cơ sở để xây dựng mô hình.
- Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình
Thông thƣờng, do kết quả của sự tƣơng tự, ngƣời ta đi đến hình dung sơ bộ về sự vật, hiện tƣợng cần nghiên cứu tức là đi đến một mô hình sơ bộ chƣa đầy đủ. Trong giai đoạn này, trí tƣởng tƣợng và trực giác đóng vai trò quan trọng. Nhờ có trí tƣởng tƣợng và trực giác, ngƣời ta mới trừu xuất đƣợc những tính chất và mối quan hệ thứ yếu của đối tƣợng nghiên cứu, thay nó bằng mô hình chỉ mang tính chất và mối quan hệ chính mà ta cần quan tâm.
- Giai đoạn 3: Thao tác trên mô hình, suy ra hệ quả lí thuyết
Sau khi xây dựng mô hình, ngƣời ta áp dụng PP lí thuyết hoặc thực nghiệm khác nhau tác động trên mô hình để thu đƣợc những thông tin mới. Đối với mô hình vật chất thì ta làm TN thực còn đối với mô hình lí tƣởng thì áp dụng những phép suy luận logic trên các kí hiệu.
- Giai đoạn 4: Thực nghiệm kiểm tra
Bản thân mô hình là một sản phẩm của nhận thức nên cần phải kiểm tra sự đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu đƣợc từ mô hình với kết quả thu đƣợc trực tiếp từ đối tƣợng gốc. Nếu sai lệch phải điều chỉnh ngay, có khi phải bỏ hẳn mô hình đó để thay thế các khác.
3.3.4. PP mô hình trong DH Vật lí
a. Vai trò của mô hình trong DH Vật lí
Trong nghiên cứu khoa học Vâ ̣t lí, mô hình và PP mô hình có chức năng nhận thức, nó giúp ta phát hiện ra những đặc tính mới, hiện tƣợng mới, quy luật mới. Nếu xem xét quá trình học tập của HS là một quá trình hoạt động nhận thức thì mô hình cũng có chức năng nhƣ trong nghiên cứu khoa học Vâ ̣t lí. Ngoài ra, trong DH, nhiều khi HS không có đủ khả năng xây dựng mô hình thay thế vật gốc trong nghiên cứu nhƣng HS có thể sử dụng mô hình với mục đích sƣ phạm nhƣ một phƣơng tiện trực quan nhằm làm cho HS hiểu rõ một vấn đề nào đó.
Chẳng hạn nhƣ trong nghiên cứu khoa học, những mô hình vật chất có vai trò