9. Cấu trúc Luận văn
1.6. Sử dụng Công nghệ thông tin trong giảng dạy vật lý
1.6.1. Phương pháp mô hình trong giảng dạy vật lý
Trong tổ chức hoạt động dạy học nói chung và dạy học vật lý nói riêng thì việc sử dụng mô hình là hoàn toàn cần thiết, vì trong quá trình dạy học đôi khi người GV gặp phải những trường hợp mà không thể có điều kiện cho HS quan sát những sự vật, hiện tượng xảy ra trên thực tế, khi đó việc sử dụng mô hình là hoàn toàn phù hợp.
Mô hình trong vật lý học đã được sử dụng rất rộng và mang lại nhiều hiệu quả trong quá trình tiếp cận tri thức khoa học và khái niệm mô hình đã được
V.A Stôphơ định nghĩa: “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 nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối tượng” [3,Tr.100]. Trong vật lý mô hình có các chức năng:
- Mô tả sự vật, hiện tượng
- Giải thích các tính chất và hiện tượng liên quan tới đối tượng.
- Tiên đoán các tính chất và hiện tượng mới.
Nếu không có chức năng tiên đoán thì mô hình mất đi vai trò quan trọng
của nó trong khoa học nói chung và nhất là trong nền khoa học tự nhiên nói riêng.
1.6.2. Một số loại mô hình trong vật lý
- Mô hình vật chất: Là các mô hình bằng vật chất, trong đó phản ánh những đặc tính cơ bản về mặt hình khối, vật lý học, động lực học và chức năng của đối tượng cần phải nghiên cứu. Ví dụ mô hình trái đất, mô hình máy phát điện,…[3, Tr.216].
Loại mô hình này thường được sử dụng trong giai đoạn đầu của quá trình nhận thức, giai đoạn đầu của quá trình cần thiết để hình thành biểu tượng, thu thập kiến thức,…tuy nhiên những kiến thức chúng ta thu thập được trên loại mô hình này mang tính chất bên ngoài của sự vật hiện tượng, của đối tượng thực.
- Mô hình lý tưởng (mô hình lý thuyết): là mô hình trừu tượng, trong đó chỉ áp dụng các thao tác tư duy lý thuyết, các phần tử của mô hình và đối tượng nghiên cứu có thể có bản chất vật lý hoàn toàn khác nhau nhưng chúng hoạt động theo quy luật giống nhau. Có thể chia mô hình lý thuyết ra thành:
* Mô hình ký hiệu: bao gồm hệ thống những ký hiệu được dùng để mô tả, thay thế cho các sự vật hiện tượng trong vật lý. Trong các loại mô hình thì loại mô hình toán học hay được sử dụng.
* Mô hình công thức toán học là những mô hình có bản chất vật lý khác với vật gốc, dùng để diễn tả các tính chất đặc trưng của vật gốc bằng các hệ thức toám học. Ví dụ: phương trình toán học biểu diễn dao động điều hòa của vật đều
có dạng tổng quát: x” + 2
x = 0.
Mục đích của việc dùng mô hình hóa là nhằm thay thế đối tượng nghiên cứu bằng phương trình, sao cho có thể thu thập được thông tin cần thiết một cách dễ dàng nhất. Trong giai đoạn đầu của quá trình nhận thức, từ việc nghiên cứu những yếu tố quan sát được (dao động của con lắc đơn, con lắc lò xo) để từ đó xây dựng lên mô hình toán học về dao động điều hòa và dùng nó làm cơ sở để nghiên cứu về dao động điện mà ta không trực tiếp quan sát được.
- Mô hình đồ thị là sự biểu diễn mối hệ giữa hai đại lượng trước khi xây dựng được công thức biểu diễn mối liên hệ giữa chúng. Ví dụ: từ số liệu thực nghiệm ta vẽ được đồ thì biểu diễn giữa U và I, từ đó ta đưa ra được biểu thức của định luật Ôm.
Mỗi đồ thị ngoài việc phản ánh đơn thuần mối liên hệ giữa hai đại lượng vật lý ra nó còn chứa đựng nhiều thông tin giúp chúng ta tiên đoán, ví dụ: từ đồ thị đường đẳng tích và đẳng áp ta có thể tiên đoán được sự tồn tại của độ không tuyệt đối.
- Mô hình logic – Toán, mô hình dựa trên logic toán học và được sử dụng rộng rãi trên các máy tính. Mô hình logic bao gồm:
Mô hình biểu tượng, là loại mô hình trừu tượng nhất của mô hình lý tưởng, chúng không tồn tại trong không gian thực, mà chỉ tồn tại trong tư duy của con người. Ví dụ mô hình phân tử trong thuyết động học phân tử chất khí, là mô hình không thể mô tả bằng vật dụng cụ thể ( qủa cầu đàn hồi, có lực hút, đẩy, chuyển động hỗn loạn,…) [3, Tr.101-103].
Những mô hình biểu tượng, mô hình ký hiệu, chúng luôn có tác dụng to lớn, chúng giữ một vai trò quan trọng trong quá trình nhận thức của chùng ta, chúng tương hỗ cho nhau.
1.6.3. Phương pháp mô hình trong vật lý
Trong vật lý việc xây dựng mô hình là vô cùng cần thiết, mô hình thể hiện những tính chất cơ bản của vật thể, thể hiện những đặc tính, những hiện tượng, những quá trình và mối liên hệ giữa chúng. Việc nghiên cứu trên mô hình thay thế cho việc nghiên cứu trên thực thể, kết quả nghiên cứu trên mô hình sẽ được chuyển sang cho đối tượng gốc, có thể từ mô hình dự đoán được những tính chất, hiện tượng có thể có của vật gốc.
Cơ sở lý thuyết của xây dựng mô hình là lý thuyết tương tự, dựa vào sự giống nhau về các tính chất hay mối quan hệ mà ta có thể chuyển thông tin từ đối tượng này sang đối tượng khác. Trong lịch sử khoa học thì phương pháp tương tự đã dẫn tới nhiều phát minh vĩ đại và đã được khoa học chứng minh.
Trong vật lý học thì phương pháp xây dựng mô hình được chia ra làm bốn giai đoạn:
Giai đoạn 1: Thu thập thông tin về đối tượng gốc (bằng thực nghiệm, kinh nghiệm, kiến thức đã biết,…), từ đó ta đưa ra được tập hợp các đặc tính của đối tượng cần nghiên cứu.
Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình sơ khai sau khi đã thu thập đầy đủ các thông tin cần thiết. Trong giai đoạn này trí tưởng tượng và trực giác giữa vai trò quan trọng, nhờ trí tưởng tượng mà ta mới trừu xuất được những tính chất và các mối quan hệ của vật gốc. Ban đầu mô hình mới xuất hiện trong óc ngưới nghiên cứu, từ đó chúng ta xây dựng các mô hình thật (nếu dùng phương pháp mô hình vật chất). Ví dụ mô hình các phân tử khí được thay thế bằng các quả cầu đàn hồi mà ta đã biết rõ các quy luật của chúng.
Giai đoạn 3: Các thao tác trên mô hình và suy ra hệ quả từ lý thuyết. Mô hình sau khi được xây dựng xong, chúng ta có thể tác dụng lên nó bằng con
đường lý thuyết hay thực nghiệm, hay đồng thời cả hai phương pháp đó nhằm thu được kết quả cũng như các thông tin mới. Đối với các mô hình lý tưởng thì chúng ta tiến hành các phép tính hay suy luận logic trên các phương trình, ký hiệu toán học. Đây chính là phương pháp nghiên cứu khoa học khách quan và kết quả thu được ta chuyển về đối tượng gốc và so sánh với các đặc tính của đối tượng gốc.
Giai đoạn 4: Thực nghiệm kiểm chứng, là giai đoạn hết sức quan trọng, là bước kiểm tra, đối chiếu kết quả thu được từ việc nghiên cứu, đối chiếu mô hình với vật gốc. Nếu chưa chính xác, chưa hợp lý, phải điều chỉnh lại mô hình, đôi khi chúng ta phải xây dựng mô hình khác phù hợp hơn [3, Tr. 105-107].
Mỗi mô hình chỉ phản ánh được một mặt nhất định nào đó của lớp đối tượng, vì vậy để nhận định đầy đủ các mặt của đối tượng, đôi khi chúng ta phải xây dựng hơn một mô hình nhằm hoàn chỉnh, đầy đủ khi nghiên cứu về đối tượng gốc.
1.6.4. Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học
Chúng ta đã và đang sống trong thời kỳ bùng nổ về CNTT, CNTT được ứng dụng và phát huy những ưu điểm mạnh mẽ và hiệu quả trên nhiều lĩnh vực trong đó có giáo dục. Trong giáo dục, CNTT đã góp phần đa dạng hóa, hiện đại hóa công cụ, phương tiện cũng như tài liệu giảng dạy.
1.6.4.1. Sử dụng máy tính trong dạy học vật lý
Trước kia người dạy chỉ sử dụng công cụ thô sơ (bảng, phấn, các hình vẽ trên giấy, các thí nghiệm,… đơn giản) truyền đạt kiến thức cho học sinh, nên nội dung bài học được truyền đạt mang tính đơn điệu. Hình thức dưới dạng văn bản, do đó làm cho người học nhanh cảm thấy nhàm chán, kém hứng thú. Bên cạnh đó, người học không có thời gian dành cho việc: đặt câu hỏi, trả lời cho GV, cũng như thảo luận, trao đổi với các HS khác. Nếu có thì những thông tin ấy cũng chỉ mang tính hình thức, không phát huy hết khả năng của người học.
Dưới quan điểm CNTT, đổi mới phương pháp dạy cũng như phương pháp học, chính là cách chúng ta đưa ra “ phương pháp làm tăng giá trị lượng thông tin, tốc độ trao đổi thông tin nhanh hơn, nhiều hơn và hiệu quả hơn”.
Để thực hiện được điều này thì máy vi tính là một công cụ hữu ích trong việc: đưa ra các phương pháp học phong phú, xử lý thông tin, kiểm tra đánh giá,… một cách dễ dàng, khách quan.
Bên cạnh ưu điểm đó, máy tính còn giúp người dạy:
- Mô phỏng các đối tượng vật lý cần nghiên cứu trên máy tính một cách
chính xác.
- Hỗ trợ cho người dạy trong việc xây dựng, mô phỏng mô hình và kết
quả được hiển thị trên màn hình hoặc qua máy Projector…
- Máy tính giúp người dạy hay các nhà khao học tiến hành các thí
nghiệm vật lý một cách dễ dàng, chình xác và mất ít thì gian làm thí nghiệm. Nhất là các thí nghiệm khó thực hiện trên các thiết bị thực, cụ thể: có thể làm cho vật chuyển động nhanh, chậm, dừng lại đúng vị trí cần thiết và kết quả thu được hiển thị đồng thời trên màn hình…
- Máy tính giúp chúng ta phân tích băng ghi hình các thí nghiệm thực.
Bên cạnh khả năng mô phỏng dễ dàng các hiện tượng, quá trình vật lý, thiết kế mô hình vật lý nhờ kết hợp các phần mềm như: Crocodile, Matlab, Mathematica,…cùng với tính năng ưu việt đó máy tính còn giúp chúng ta tiên đoán được các tính chất cũng như các hiện tượng vật lý mới.
Ngoài ra, chúng ta còn biết, máy tính là thiết bị có khả năng kết nối với các thiết bị hiện đại khác trong quá trình tiến hành thí nghiệm vật lý (kết nốivới Dao động ký, đồng hồ đo, máy SCR khảo sát hồng ngoại,…).
1.6.4.2. Vai trò của công nghệ thông tin (CNTT) trong dạy học
CNTT có vai trò luôn đóng vai trò quan trọng trong quá trình giảng dạy: - CNTT với vai trò là phương tiện dạy học.
Chúng ta sử dụng CNTT như một công cụ trong dạy học, nhằm phát huy tính tích cực trong dạy học. Mỗi phương pháp, cách thức dạy học dù tốt đến đâu nó cũng có lúc bộc lộ những nhược điểm của nó, do đó chúng ta cần phát huy các ưu điểm của từng phương pháp và tìm cách, hạn chế, khắc phục các nhược điểm của chúng. Khi chúng ta sử CNTT trong dạy học sẽ có cơ hội khai thác được nhiều ưu điểm của nó:
- Những bài giảng của GV khi chuẩn bị một lần, công phu sẽ được sử dụng nhiều lần, những lần khác nếu có chỉnh sửa thì thời gian cũng được rút ngắn.
- GV có thể sử dụng các phần mềm hữu ích đối với từng môn, từng chương trình dạy, phù hợp với từng loại đối tượng. Nhất là trong dạy học vật lý, thì việc hỗ trợ của CNTT càng rõ hơn. GV sử dụng phần mềm để thiết kế, tiến hành, trình diễn các thí nghiệm ảo, qua đó GV phát huy được tính tích cực, chủ động của HS, giúp cho HS học tập theo khả năng của mình.
- PTDH hiện đại còn giúp GV tiến hành bài giảng của mình một cách linh hoạt, sinh động, phong phú hơn, mang tính thời sự hơn.
- Với sự hỗ trợ của các PTDH hiện đại, các bài giảng khó đối với GV sẽ dễ dàng hơn, đặc biệt là với các bài giảng có các thí nghiệm trên thực tế khó thực hiện và thời gian thực hiện lâu.
- Với các PTDH hiện đại hỗ trợ trong quá trình dạy học thì khắc phục được tính thụ động vốn đã ăn sâu vào tâm trí của HS. Giúp HS có nhiều thời gian nghe giảng, nhiều thời gian tự thực hành, trao đổi…
- Cùng với sự hỗ trợ của các PTDH như: phần mềm dạy học, các PTDH hiện đại một cách hợp lý sẽ mang lại hiệu quả cao, vì khi sử dụng các phương tiện đó sẽ làm cho bài giảng trở nên sinh động hơn, HS được giảm bớt phần lớn thời gian ghi chép,… mà thay vào đó là là HS có điều kiện tìm hiểu, nghiên cứu sâu hơn, nhiều thời gian dành cho việc trao đổi giữa GV với HS, giữa HS với
HS. Giúp HS rèn luyện khả năng làm việc theo nhóm, khả năng phân tích và giải quyết vấn đề.
- Ứng dụng CNTT vào dạy học thì PPDH cũng thay đổi sao cho phù hợp. Khi đó, GV là người hướng dẫn HS trong quá trình học, GV không đơn thuần là người truyền thụ thông tin một chiều, theo cách thụ động như trước đây. Để quá trình ứng dụng CNTT vào DH một cách có hiệu quả thì người GV phải luôn luôn bồi dưỡng nâng cao trình độ chuyên môn cũng như trình độ về CNTT.
- Dạy học có ứng dụng CNTT thì người GV không chỉ biết về CNTT mà còn phải là người hướng dẫn cho HS cách ứng dụng CNTT để tự khai thác, tìm kiếm thông tin, lọc lựa thông tin nhằm hỗ trợ cho quá trình học tập.
- Ứng dụng CNTT vào DH không những không làm giảm vai trò của GV mà trái lại vai trò của người GV được phát huy một cách tích cực, hiệu quả: người GV phải luôn luôn bồi dưỡng kiến thức, cập nhật thông tin thì mới có khả năng hướng dẫn cho HS tiến hành quá trình học một cách hiệu quả.
Bên cạnh những mặt ưu điểm nổi trội của việc ứng dụng CNTT vào DH thì cũng có những nhược điểm cần khắc phục:
* Trong quá trình dạy học trên máy tính chúng ta nếu không cẩn thận sẽ chỉ dạy cho HS cách bấm chuột vì HS chỉ cần chọn câu trả lời đúng, sai có sẵn và điền vào ô trống mà GV không biết HS có hiểu bài không, không biết nguyên nhân sai ở đâu để khắc phục, chỉnh sửa, bởi có nhiều HS chọn câu trả lời theo cảm tính. Để khắc phục tình trạng này GV yêu cầu HS trình bày lời giải của mình một cách logic.
* Khi HS tự tìm kiếm kiến thức phục vụ cho bài học sẽ mất nhiều thời gian, do đó GV cần chuẩn bị thật kỹ các phương án có thể xảy ra và tài liệu cần thiết phục vụ cho bài học và hướng dẫn HS tìm lọc tài liệu ở các nguồn khác nhau (khai thác từ sách tham khảo, từ mạng internet, từ bạn bè,…).
Ứng dụng CNTT trong DH không chỉ giúp người GV có khả năng đưa ra nhiều phương pháp dạy học, nhiều phương án giải quyết phù hợp với các đối
tượng HS ở thành thị cũng như nông thôn, phù hợp với điều kiện dạy và học của đại đa số các trường học trên địa bàn cả nước.