9. Cấu trúc luận văn
1.2.3. Chuyển hóa phương pháp giải quyết vấn đề trong nghiên cứu khoa học
thành phương pháp giải quyết vấn đề trong tìm kiếm xây dựng kiến thức của HS
[17]; [22]
Để rèn luyện tư duy vật lý cho HS thì tốt nhất là tập dượt cho họ giải quyết các nhiệm vụ nhận thức bằng chính phương pháp của các nhà vật lý. Dựa theo những cách mà các nhà khoa học thường dùng để giải quyết các vấn đề khoa học kỹ thuật, có thể giải quyết vấn đề bằng các phương pháp sau:
1.2.3.1. Phương pháp thực nghiệm trong GQVĐ tìm kiếm, xây dựng kiến thức mới của HS
Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý là tổ chức tiến trình dạy học vật lý phỏng theo các giai đoạn của phương pháp thí nghiệm vật lý. HS đóng vai trò là nhà khoa học tự lực xây dựng kiến thức mới cho chính mình dưới sự hướng dẫn của GV, trong sự hợp tác với các bạn, sự hỗ trợ của sách giáo khoa và các phương tiện học tập khác.
Phương pháp thực nghiệm trong GQVĐ tìm kiếm, xây dựng kiến thức mới của HS có các giai đoạn thể hiện trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Dạy học GQVĐ theo phương pháp thực nghiệm vật lý
Các giai đoạn Mục tiêu Biện pháp
Giai đoạn 1: đặt vấn đề nhận thức
HS xác định được câu hỏi cần phải trả lời trong bài học mới. Phát biểu thành lời.
GV nêu ví dụ, nêu bài tập, làm thí nghiệm, kể chuyện... một cách tự nhiên, hấp dẫn để đưa đến một tình huống có vấn đề, HS không thể GQVĐ bằng tư duy tái hiện.
Giai đoạn 2: xây dựng giải thuyết.
HS nêu ra câu trả lời cho câu hỏi đặt ra mang tính khái quát, giả định, sơ bộ, chưa chắc chắn.
GV hướng dẫn HS suy nghĩ dựa trên các cơ sở: kinh nghiệm sống, suy luận tương tự, suy luận diễn dịch.
Giai đoạn 3: suy ra hệ quả lôgic
HS nêu ra được một hệ quả lôgic có thể kiểm tra bằng thí nghiệm.
Suy luận lôgic và suy luận toán học
Giai đoạn 4: xây dựng và thực hiện thí nghiệm kiểm - Đề xuất phương án thí nghiệm: dụng cụ, bố trí thí nghiệm, cách xử lý số liệu thí GV hướng dẫn HS xây dựng thí nghiệm và tự lực tiến hành thí nghiệm.
tra hệ quả lôgic nghiệm.
- Tiến hành thí nghiệm thực, thu thập kết quả, xử lý kết quả, đối chiếu với hệ quả.
- Rút ra kết luận về sự phù hợp hay không phù hợp của hệ quả với thực nghiệm.
Giai đoạn 5: Hợp thức hóa kiến
thức mới
HS tự lực rút ra kiến thức mới, truyền đạt nội dung kiến thức mới (phát biểu định nghĩa, định luật).
HS phát biểu, GV nhận xét, bổ sung chính xác hóa nội dung kiến thức mới.
Giai đoạn 6: vận dụng kiến thức
mới
HS nắm vững nội dung kiến thức mới ở mức độ vận dụng, phân tích tổng hợp đánh giá.
- Vận dụng tập dượt: áp dụng để giải thích hiện tượng, giải bài tập đơn giản ngay trong bài học kiến thức mới
- Vận dụng nâng cao: tiết học giải bài tập, tiết học về ứng dụng kỹ thuật của định luật mới, xác định giới hạn ứng dụng của kiến thức mới
1.2.3.2. Phương pháp tương tự và phương pháp mô hình trong GQVĐ tìm kiếm, xây dựng kiến thức mới cho HS
a. Phương pháp tương tự
Phương pháp tương tự là phương pháp nhận thức khoa học với việc sử dụng sự tương tự và phép suy luận tương tự nhằm thu nhận tri thức mới.
Trong quá trình HS sử dụng phương pháp tương tự để GQVĐ học tập, HS được rèn luyện một loạt các thao tác tư duy, được phát triển niềm tin vào mối quan hệ có tính chất khái quát, có tính chất quy luật của các sự vật hiện tượng tự nhiên đa dạng và phong phú. Phương pháp tương tự chỉ giúp ta đề ra các giả thuyết khoa học về mặt lôgic, những kết luận rút ra từ phương pháp tương tự cần phải được chứng minh một cách chặt chẽ hơn bằng các phương pháp khác.
Các giai đoạn của phương pháp tương tự để xây dựng giả thuyết khoa học:
+ Tập hợp các dấu hiệu ở đối tượng cần nghiên cứu và dấu hiệu của đối tượng đối chiếu đã có những hiểu biết phong phú về nó.
+ Kiểm tra các dấu hiệu giống nhau đồng thời là dấu hiệu bản chất của các đối tượng này hay không.
+ Truyền các dấu hiệu của đối tượng đã biết cho đối tượng cần nghiên cứu bằng suy luận tương tự.
+ Kiểm tra sự đúng đắn của các kết luận rút ra có tính giả thuyết ở chính đối tượng cần nghiên cứu. Nếu kết luận rút ra không đúng với các đối tượng cần nghiên cứu thì phải trở lại bước đầu.
b. Phương pháp mô hình
Phương pháp mô hình là phương pháp nghiên cứu những đối tượng của nhận thức dựa trên những mô hình của chúng. Đối tượng được mô hình hóa có thể là những sự vật, hiện tượng trong tự nhiên hoặc nhân tạo.
Các giai đoạn của phương pháp mô hình:
+ Giai đoạn 1: Nghiên cứu những tính chất của đối tượng gốc. Đây là giai đoạn tập hợp các sự kiện ban đầu làm cơ sở để xây dựng mô hình.
+ Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình. Từ sự tương tự và suy luận trừu tượng, nhà nghiên cứu hình dung sơ bộ về sự vật, hiện tượng cần nghiên cứu, đi đến mô hình sơ bộ, chưa đầy đủ. Tiếp đó, nhờ trí tưởng tượng và trực giác, nhà nghiên cứu gạt bỏ những tính chất và mối quan hệ thứ yếu của đối tượng nghiên cứu, hay bằng một “vật đại diện” chỉ mang những đặc trưng và những mối quan hệ cơ bản cần quan tâm. Vật đại diện chỉ có trong óc nhà nghiên cứu, nhà nghiên cứu căn cứ vào đó để xây dựng mô hình rồi đem đối chiếu những vật mà họ đã biết.
+ Giai đoạn 3: Thao tác trên mô hình suy ra hệ quả lôgic . Mô hình đóng vai trò là đối tượng nghiên cứu, nhà nghiên cứu áp dụng các phương pháp lý thuyết, phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu. Những phép đo đạc, tính toán, những phép suy luận lôgic trên mô hình giúp nhà nghiên cứu rút ra những kết luận có giá trị.
Giai đoạn 4: Kiểm tra, đối chiếu kết quả với đối tượng gốc, thực tiễn. Những kết luận được rút ra từ mô hình phải đem đối chiếu với đối tượng gốc. Nếu phù hợp thì đó là thông tin mới. Nếu sai lệch, không phù hợp thì phải điều chỉnh mô hình hoặc bỏ hẳn mô hình để xây dựng mô hình mới.
Trong dạy học, tùy thuộc vào trình độ HS, nội dung vấn đề, phương tiện thí nghiệm mà định ra mức độ tham gia của HS một cách hợp lý vào các giai đoạn của phương pháp mô hình.
+ Mức độ 1: GV trình bày sự kiện thực tế mà HS không giải thích được bằng kiến thức cũ của họ, sau đó đưa ra mô hình mà các nhà khoa học đã xây dựng và vận dụng mô hình để giải thích các sự kiện trên. HS tiếp thu các thông tin về mô hình, phân biệt mô hình với thực tế và làm quen với cách sử dụng mô hình để giải thích thực tế.
+ Mức độ 2: HS sử dụng mô hình mà GV đưa ra để giải thích một số hiện tượng đơn giản tương tự với hiện tượng ban đầu đã biết.
+ Mức độ 3: HS sử dụng mô hình mà GV đưa ra để dự đoán hiện tượng mới.
+ Mức độ 4: HS dưới sự hướng dẫn của GV tham gia vào cả 4 giai đoạn của phương pháp mô hình, do đó nắm vững tính năng của mô hình và sử dụng được mô hình để giải quyết nhiệm vụ nhận thức.
+ Mức độ 5: HS tự lực xây dựng mô hình để giải quyết nhiệm vụ nhận thức của mình.
1.2.3.3. Các phương pháp suy luận lý thuyết trong GQVĐ tìm kiếm, xây dựng kiến thức mới cho HS
Trong quá trình nhận thức vật lý, HS cần phải được rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo thực hiện các thao tác chân tay như tác động vào các đối tượng (làm thí nghiệm), bố trí các phép đo, sử dụng các dụng cụ đo, sử dụng các mô hình, hình vẽ, đồ thị, các thao tác tư duy như: so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa, định nghĩa, hệ thống hóa, cụ thể hóa. Đồng thời HS cũng phải biết sử dụng các phương pháp suy luận như quy nạp, diễn dịch, phân tích, tổng hợp.
Một trong những mục tiêu của DHGQVĐ là bồi dưỡng cho HS phương pháp nhận thức khoa học, khả năng tư duy. Vì vậy, GV thực hiện các cách sau:
+ GV lựa chọn con đường hình thành những kiến thức vật lý phù hợp với các quy luật lôgic học và tổ chức quá trình học tập sao cho trong từng giai đoạn xuất hiện tình huống bắt buộc HS phải thực hiện các thao tác tư duy và suy luận lôgic mới có thể giải quyết được vấn đề và hoàn thành nhiệm vụ học tập.
+ GV đưa ra những câu hỏi để định hướng cho HS tiến hành các thao tác tư duy và suy luận lôgic thích hợp trong mỗi tình huống cụ thể.
+ GV phân tích các câu trả lời của HS để chỉ ra những chỗ sai của HS trong khi thực hiện các thao tác tư duy, suy luận lôgic và hướng dẫn cách sửa chữa.
Việc sửa chữa những sai lầm của HS có thể được thực hiện theo ba hướng: - Bổ sung, ôn tập lại các kiến thức cần có đã được học.
- Tổ chức cho HS quan sát lại hiện tượng sau khi đã được định hướng rõ hơn mục đích quan sát và kế hoạch quan sát.
- Yêu cầu HS phát biểu rõ từng giai đoạn của suy luận để phát hiện chỗ đúng, chỗ sai của từng giai đoạn.
1.2.3.4. Các kiểu hướng dẫn học sinh GQVĐ trong dạy học vật lý
Dựa theo những cách mà các nhà khoa học thường dùng để giải quyết các vấn đề khoa học kỹ thuật, có thể hướng dẫn HS GQVĐ bằng các phương pháp sau:
a. Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phương pháp đã biết
Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phương pháp đã biết có ý nghĩa là thoạt mới tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết không thấy ngay mối quan hệ của với những cái đã biết, không thể áp dụng ngay một quy tắc, một định luật hay một cách làm đã biết mà cần phải tìm tòi bằng phương pháp phân tích, tổng hợp, so sánh để đưa ra dấu hiệu tương tự với cái đã biết. Kiểu hướng dẫn này thường gặp khi HS vận dụng kiến thức đã biết nhưng chưa có phương pháp, quy trình hữu hiệu. Có ba trường hợp phổ biến sau:
+ Hướng dẫn HS diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngôn ngữ vật lý
Khi nhiều ngôn ngữ trong đời sống hàng ngày không giống ngôn ngữ vật lý thì không thể nào áp dụng được những quy luật, quy tắc đã biết.
+ Hướng dẫn HS phân tích một hiện tượng vật lý phức tạp chi phối bởi nhiều nguyên nhân thành những hiện tượng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi nhiều một nguyên nhân, một định luật đã biết.
+ Hướng dẫn HS phân chia quá trình diễn biến của hiện tượng thành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đó tuân theo một quy luật xác định đã biết.
Ba kiểu hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phương pháp đã biết nêu trên có tác dụng rất tốt để chuẩn bị cho HS tìm tòi sáng tạo, vì trước khi sáng tạo ra cái mới thông thường người ta phải sử dụng tất cả những cái đã biết mà không thành công.
b. Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần
Kiểu hướng dẫn này thường được sử dụng khi nghiên cứu tài liệu mới, HS được giao nhiệm vụ phát hiện những tính chất mới, những mối liện hệ có tính quy luật mà trước đây HS chưa được biết hoặc biết chưa đầy đủ.
Ở đây không thể hoàn toàn sử dụng những kiến thức đã biết với con đường suy luận lôgic để suy ra kiến thức mà đòi hỏi sự sáng tạo thực sự, một bước nhảy vọt trong nhận thức. Các nhà khoa học cho rằng trong tình huống này, trực giác đóng vai trò quan trọng. Bằng trực giác (dựa trên kinh nghiệm và vốn hiểu biết), nhà khoa học dự đoán một câu trả lời, một giải pháp cho vấn đề đặt ra rồi tìm cách kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết bằng thực nghiệm. GV không thể chỉ cho HS con đường đi đến trực giác mà HS phải tự thực
hiện nhiều lần để có kinh nghiệm. Tuy nhiên, GV có thể tạo điều kiện thuận lợi cho HS tập dượt những bước nhảy đó bằng cách phân chia một bước nhảy vọt lớn hơn trong khoa học thành các bước nhỏ nằm trong vùng phát triển gần của HS.
Thông thường, trong khi tìm tòi giải quyết một vấn đề mới, HS không phải hoàn toàn bế tắc ngay từ đầu hoặc bế tắc trong toàn bộ tiến trình GQVĐ. Trong khi lập luận để GQVĐ có nhiều phần sử dụng kiến thức cũ, phương pháp cũ thành công, chỉ đến một phần nào đó mới bế tắc, đòi hỏi phải tìm cái mới thực sự.
c. Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát
Ở kiểu hướng dẫn này, GV chỉ hướng dẫn HS xây dựng phương hướng chung GQVĐ, còn việc vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện kế hoạch đó do HS tự làm. Kiểu hướng dẫn này, đòi hỏi ở HS không những tự lực cao mà còn phải có vốn kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo vững vàng và một số kinh nghiệm hoạt động sáng tạo.
1.3. Vận dụng DHGQVĐ trong các loại bài học Vật lý
1.3.1. Dạy học giải quyết vấn đề trong bài học xây dựng tri thức mới
Giai đoạn 1: Giai đoạn tạo tình huống có vấn đề chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức, phát biểu vấn đề)
“Vấn đề” trong bài học xây dựng tri thức mới chính là nội dung tri thức mới. Câu hỏi nhận thức phải được đặt ra sao cho câu trả lời là nội dung tri thức mới; vì vậy tình huống có vấn đề phải là tình huống được tổ chức sao cho HS đặt trước một nhiệm vụ nhận thức mà nếu chỉ bằng tri thức và kinh nghiệm sẵn có HS không thể trả lời được.
Có thể sử dụng các loại tình huống có vấn đề mà lý luận dạy học đã nêu ra như: tình huống bất ngờ, tình huống xung đột, tình huống lựa chọn, tình huống bác bỏ, tình huống không phù hợp. Bằng các phương tiện dạy học như bài tập vật lý, thí nghiệm vật lý, chuyện kể vật lý, các thí dụ sinh động hấp dẫn, lý thú về ứng dụng vật lý trong đời sống, kỹ thuật, sản xuất được trình bày một cách tự nhiên để HS dùng vốn tri thức, kỹ năng của mình xem xét giải quyết, và công việc đã làm xuất hiện lỗ hổng mà HS không vượt qua được, lỗ hổng đó chính là nội dung tri thức mới. HS mong muốn GQVĐ bởi câu hỏi nhận thức đặt ra thú vị ở ý nghĩa thiết thực, ở hiện tượng gần gũi quen thuộc tưởng chừng như đã biết rõ mà trước đó không chú ý. HS chấp nhận GQVĐ để tìm câu trả lời mà GV đặt ra. Giai đoạn xây dựng tình huống có vấn đề kết thúc (cũng là kết thúc pha chuyển giao nhiệm vụ nhận thức).
Giai đoạn 2: Giai đoạn nghiên cứu, hướng dẫn GQVĐ (HS hành động độc lập tự chủ, trao đổi tìm tòi GQVĐ).
Giai đoạn GQVĐ bao gồm một chuỗi các tình huống học tập, mỗi tình huống bao gồm các hành động kế tiếp sau: Giả thuyết → hệ quả lôgic →thí nghiệm kiểm tra → kết luận. Tùy thuộc vào tri thức và kinh nghiệm của HS cho phép HS có thể tự lực thực hiện các hành động trên hoặc HS thực hiện các hành động trên dưới sự hướng dẫn của GV. Nội dung của kết luận chính là một nội dung của kiến thức mới mà bài học phải đưa lại cho HS. GV khi thiết kế bài học cần phải sắp đặt cấu tạo lại nội dung bài học cho phù hợp với định hướng DHGQVĐ sao cho mỗi đơn vị kiến thức cơ bản là kết luận của một chu kỳ trên. Kết thúc giai đoạn GQVĐ học sinh tự lực tìm ra tri thức mới có thể trả lời câu hỏi