8. Các chữ viết tắt trong đề tài
3.2. Phƣơng pháp giải quyết vấn đề trong dạy học Vật lý
3.2.1. Định nghĩa phƣơng pháp dạy học giải quyết vấn đề
Theo V. Ơ-kơn, cĩ thể hiểu DH giải quyết vấn đề là tồn bộ các hành động nhƣ tổ chức các tình huống cĩ vấn đề, biểu đạt vấn đề ( tập cho HS quen dần để tự làm lấy cơng việc này) chú ý giúp đỡ những điều cần thiết để HS giải quyết vấn đề, kiểm tra cách giải quyết đĩ và cuối cùng chỉ đạo quá trình hệ thống hĩa và củng cố KT thu nhận đƣợc. DH giải quyết vấn đề cĩ tác dụng phát huy hoạt động nhận thức tự chủ, tích cực của HS giúp cho HS chiếm lĩnh đƣợc các KT khoa học sâu sắc vững chắc, phát triển năng lực sáng tạo của HS trong quá trình học tập.
3.2.2. Các giai đoạn của tiến trình giải quyết vấn đề trong khoa học
Cĩ thể mơ tả khái quát các pha của tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề, xây dựng một kiến thức vật lý mới nào đĩ bằng sơ đồ sau: “đề xuất vấn đề - bài tốn => suy đốn giải pháp và thực hiện giải pháp (khảo sát lý thuyết/ thực nghiệm) =>kiểm tra, vận dụng kết quả”.
Giai đoạn 1: Đề xuất vấn đề - bài tốn
Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái cịn chƣa biết, về một cách giải quyết khơng cĩ sẵn nhƣng hy vọng cĩ thể tìm tịi, xây dựng đƣợc. Diễn đạt nhu cầu đĩ thành một vấn đề - bài tốn.
Giai đoạn: Suy đốn giải pháp, thực hiện giải pháp
- Suy đốn giải pháp: để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đốn điểm xuất phát cho phép đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mơ hình cĩ thể vận hành đƣợc để đi tới cái cần tìm; hoặc phỏng đốn các biến cố thực nghiệm cĩ thể xảy ra mà nhờ đĩ cĩ thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm.
- Thực hiện giải pháp: vận hành mơ hình rút ra kết luận logic về cái cần tìm hoặc thiết kế phƣơng án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lƣợm các dữ liệu cần thiết và xem xét rút ra kết luận về cái cần tìm.
Giai đoạn 3: Kiểm tra vận dụng kết quả
Xem xét khả năng chấp nhận đƣợc của các kết quả tìm đƣợc, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích , tiên đốn các sự kiện và xem xét sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm.
3.2.3. Đặc điểm của quá trình học sinh giải quyết vấn đề trong học tập
Ta cĩ thể phỏng theo tiến trình giải quyết vấn đề khoa học kĩ thuật của các nhà bác học để tổ chức quá trình dạy học ở phổ thơng. Tuy nhiên để cĩ thể thành cơng cần phải chú ý đến những điểm khác nhau giữa nhà bác học và HS trong giải quyết vấn đề, trên cơ sở đĩ đề xuất những biện pháp thích hợp. Những điểm đĩ là:
Về động cơ, hứng thú và nhu cầu:
- Nhà bác học khi GQVĐ là đã tự xác định rõ mục đích, tự nguyện đem hết sức mình giải quyết vấn đề đặt ra.
- Đối với HS: động cơ, hứng thú đang đƣợc hình thành nhƣng ý thức về mục đích trách nhiệm cịn mờ nhạt. Do đĩ, chƣa tập trung chú ý đem hết sức mình để giải quyết vấn đề đặt ra.
Về năng lực GQVĐ:
- Khi chấp nhận giải quyết một vấn đề nhà bác học đã cĩ một trình độ kiến thức nhất định, những kĩ năng cần thiết. Tuy nhiên nhà bác học nhiều khi cũng phải tích lũy thêm kinh nghiệm.
- Đối với HS, đây là bƣớc đầu làm quen với việc giải quyết một vấn đề khoa học. Vấn đề đặt ra cho HS giải quyết cũng giống nhƣ vấn đề của nhà khoa học nhƣng kinh nghiệm, kiến thức, năng lực cịn rất hạn chế.
Về thời gian dành cho việc giải quyết vấn đề:
- Những kiến thức mà HS cần chiếm lĩnh là những kiến thức mà nhiều thế hệ các nhà khoa học đã phải trải qua thời gian dài mới đạt đƣợc và mỗi nhà bác học cũng chỉ gĩp một phần nhỏ trong cơng trình khoa học đĩ.
- HS chỉ dành một thời gian ngắn thậm chí là một tiết học đã phải giải quyết xong vấn đề để phát hiện ra định luật vật lý.
Về điều kiện và phƣơng tiện làm việc:
- Nhà bác học cĩ trong tay hoặc phải tạo ra những phƣơng tiện chuyên dùng đạt độ chính xác cao và những điều kiện thích hợp để giải quyết vấn đề.
- HS chỉ cĩ phƣơng tiện thơ sơ do trƣờng cung cấp với độ chính xác thấp, chỉ cĩ điều kiện làm việc tập thể ở lớp hay phịng thực hành thậm chí khơng đủ thời gian làm lại nhiều lần.
Nhƣ vậy, quá trình học tập của HS thực chất là quá trình HS hoạt động tự lực trong sự phối hợp với tập thể và sự hƣớng dẫn của GV. Kết quả của quá trình GQVĐ là HS chiếm lĩnh đƣợc kiến thức và phát triển đƣợc năng lực của mình.
3.2.4. Các kiểu hƣớng dẫn học sinh giải quyết vấn đề
a. Hƣớng dẫn tìm tịi quy về kiến thức, phƣơng pháp đã biết
Hƣớng dẫn tìm tịi quy về kiến thức, phƣơng pháp đã biết cĩ nghĩa là: thoạt mới tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết ta khơng thấy ngay mối quan hệ của nĩ với những cái đã biết mà cần phải tìm tịi bằng phƣơng pháp phân tích, tổng hợp, so sánh để tìm ra những dấu hiệu tƣơng tự với cái đã biết. Cĩ 3 trƣờng hợp phổ biến sau đây:
Hƣớng dẫn HS diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngơn ngữ vật lý
Hƣớng dẫn HS phân tích một số hiện tƣợng vật lý 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.
Hƣớng dẫn học sinh phân chia quá trình diễn biến của hiện tƣợng thành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đĩ tuân theo một quy luật xác định.
b. Hƣớng dẫn tìm tịi sáng tạo từng phần
Ở đây khơng thể hồn tồn sử dụng những kiến thức đã biết, khơng cĩ con đƣờng suy luận logic để suy ra từ cái đã biết mà địi hỏi sự sáng tạo thực sự, một bƣớc nhảy vọt
trong nhận thức. GV cĩ thể tạo điều kiện thuận lợi cho HS tập dƣợt những bƣớc nhảy đĩ, 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 khĩ khăn.
c. Hƣớng dẫn tìm tịi sáng tạo khái quát
Ở kiểu hƣớng dẫn này, GV chỉ hƣớng dẫn HS xây dựng phƣơng hƣớng chung giải quyết vấn đề, cịn việc vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện nĩ HS phải tự làm. Kiểu hƣớng dẫn này địi hỏi HS phải cĩ vốn kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo vững vàng và một số kinh nghiệm hoạt động sáng tạo.
3.3. Phƣơng pháp mơ hình trong dạy học Vật lý3.3.1. Định nghĩa mơ hình: 3.3.1. Định nghĩa mơ hình:
Khái niệm mơ hình đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngơn ngữ hàng ngày với những ý nghĩa rất khác nhau. Trong các mơn khoa học tự nhiên, HS thƣờng gặp mơ hình tế bào, mơ hình động cơ đốt trong tức là vật cĩ cấu tạo khơng gian giống nhƣ vật cần nghiên cứu. Mơ hình phân tử, mơ hình nguyên tử lại mơ tả những vật thể mà ta chỉ biết đƣợc qua tính chất của chúng.
Trong vật lý học, V.A Stơphơ đã định nghĩa mơ hình nhƣ sau:
“Mơ hình là một hệ thống đƣợc hình dung trong ĩc hay đƣợc thực hiện một cách vật chất, hệ thống đĩ phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tƣợng nghiên cứu hoặc tái tạo nĩ, bởi vậy việc nghiên cứu mơ hình sẽ cho ta những thơng tin mới về đối tƣợng”.
Chức năng của mơ hình
Trong VL học, mơ hình cĩ các chức năng sau: - Mơ tả sự vật, hiện tƣợng.
- Giải thích các tính chất và hiện tƣợng cĩ liên quan đến đối tƣợng. - Tiên đốn các tính chất và hiện tƣợng mới.
Một mơ hình khơng phải chỉ dùng để mơ tả và giải thích các hiện tƣợng VL mà hơn thế nữa, nĩ cịn đƣợc dùng để tiên đốn những hiện tƣợng mới. Khơng cĩ chức năng tiên đốn này, mơ hình mất đi vai trị quan trọng của nĩ trong khoa học.
3.3.2. Các loại mơ hình sử dụng trong dạy học vật lý
Ta cĩ thể phân các mơ hình vật lý thành hai loại:
a. Mơ hình vật chất
Là mơ hình bằng vật thể, trên đĩ phản ánh những đặc trƣng cơ bản về mặt hình học, VL học, động lực học, chức năng học, của đối tƣợng nghiên cứu.
Ví dụ: Mơ hình hệ Mặt Trời, mơ hình máy phát điện,…
Loại mơ hình này chỉ đƣợc sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức.
b. Mơ hình lý tƣởng (lý thuyết)
Là những mơ hình trừu tƣợng trên đĩ về nguyên tắc ngƣời ta chỉ áp dụng những thao tác tƣ duy lý thuyết. Các phần tử của mơ hình và đối tƣợng nghiên cứu thực cĩ thể cĩ bản chất vật lý hồn tồn khác nhau nhƣng hoạt động theo những quy luật giống nhau. Các mơ hình lý thuyết cĩ thể cĩ rất nhiều loại, tùy theo mức độ trừu tƣợng khác nhau:
Mơ hình kí hiệu:là hệ thống những kí hiệu đƣợc dùng để mơ tả, thay thế một sự vật, hiện tƣợng VL, gồm các loại mơ hình sau:
- Mơ hình cơng thức tốn là những mơ hình cĩ bản chất vật lý khác với vật gốc. Ví dụ: Tất cả các đại lƣợng q thỏa mãn pt: qw2q0 đều biến thiên theo một quy luật điều hịa.
- Mơ hình đồ thị: đồ thị cũng là một loại mơ hình nhƣng nhiều khi trong vật lý học ngƣời ta xây dựng đồ thị biển diễn mối liên hệ giữa hai đại lƣợng trƣớc khi xây dựng đƣợc cơng thức.
Ví dụ: Ngƣời ta dựa vào đặc tuyến Vơn-ampe cĩ thể biết đƣợc tranziton hoạt động ở chế độ tuyến tính hay khơng tuyến tính.
- Mơ hình logic - tốn: Mơ hình này dựa trên ngơn ngữ tốn học và đƣợc sử dụng rộng rãi trên các máy tính điện tử. Cĩ thể coi mơ hình dùng trong máy tính điện tử là mơ hình kí hiệu đã đƣợc vật chất hĩa, nghĩa là hệ thống quy luật đã đƣợc mã hĩa theo ngơn ngữ của máy, chƣơng trình này cĩ thể coi nhƣ Angorit của các hành vi của đối tƣợng nghiên cứu.
Mơ hình biểu tƣợng là dạng trừu tƣợng nhất của mơ hình lý tƣởng, khơng tồn tại trong khơng gian, trong thực tế mà chỉ cĩ trong tƣ duy của ta.
Ví dụ: Mơ hình phân tử trong thuyết động học phân tử của chất khí.
Mơ hình biểu tƣợng nhiều khi đƣợc vật chất hĩa dƣới một dạng nào đĩ để hỗ trợ cho quá trình tƣ duy.
Tĩm lại, trong vật lý học những mơ hình biểu tƣợng cĩ tác dụng to lớn đối với quá trình nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng. Mơ hình kí hiệu và mơ hình biểu tƣợng trong sáng tạo KH VL liên quan mật thiết với nhau và cĩ ảnh hƣởng đến sự phát triển của nhau.
3.3.3. Các giai đoạn của phƣơng pháp mơ hình
Trong vật lý học, PPMH nĩi chung gồm bốn 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 cịn gọi là tập hợp các sự kiện ban đầu làm cơ sở để xây dựng mơ hình.
- Giai đoạn 2: Xây dựng mơ hình
Thơng 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 mơ hình sơ bộ chƣa đầy đủ. Trong giai đoạn này, trí tƣởng tƣợng và trực giác đĩng vai trị quan trọng. Nhờ cĩ 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 nĩ bằng mơ hình chỉ mang tính chất và mối quan hệ chính mà ta cần quan tâm.
- Giai đoạn 3: Thao tác trên mơ hình, suy ra hệ quả lý thuyết
Sau khi xây dựng mơ hình, ngƣời ta áp dụng phƣơng pháp lý thuyết hoặc thực nghiệm khác nhau tác động trên mơ hình để thu đƣợc những thơng tin mới. Đối với mơ
hình vật chất thì ta làm thí nghiệm thực cịn đối với mơ hình lý tƣởng thì áp dụng những phép suy luận logic trên các kí hiệu.
- Giai đoạn 4: Thực nghiệm kiểm tra
Bản thân mơ hình là một sản phẩm của nhận thức nên cần phải kiểm tra sự đúng đắn của nĩ bằng cách đối chiếu kết quả thu đƣợc từ mơ hình với kết quả thu đƣợc trực tiếp từ đối tƣợng gốc. Nếu sai lệch phải điều chỉnh ngay, cĩ khi phải bỏ hẳn mơ hình đĩ để thay thế các khác.
3.3.4. Các mức độ sử dụng phƣơng pháp mơ hình trong dạy học vật lý
Mức độ 1: GV trình bày các sự kiện thực tế mà HS khơng thể giải thích đƣợc bằng kiến thức cũ của họ, sau đĩ đƣa ra mơ hình mà các nhà KH đã xây dựng vận dụng mơ hình để giải thích các sự kiện trên. HS cĩ phần thụ động tiếp thu thơng tin về các mơ hình, chỉ cần họ biết phân biệt mơ hình với thực tế và làm quen với cách sử dụng mơ hình để giải thích thực tế.
Ví dụ: Sau khi nêu một số hiện tƣợng nhiễm điện, GV giới thiệu một số điểm sơ bộ về mơ hình cấu tạo nguyên tử và sử dụng mơ hình đĩ để giải thích hiện tƣợng nhiễm điện và dẫn điện.
Mức độ 2: HS sử dụng mơ hình mà GV đã đƣa ra để giải thích một số hiện tƣợng đơn giản tƣơng tự với hiện tƣợng ban đầu đã biết.
Ví dụ: Sau khi đã biết hai loại điện tích dƣơng và âm, sự tƣơng tác giữa chúng, GV cĩ thể hƣớng dẫn HS vận dụng để giải thích vì sao hai lá của điện nghiệm lại xịe ra khi tích điện cho điện nghiệm hoặc hiện tƣợng nhiễm điện bằng hƣởng ứng, bản chất của dịng điện…
Mức độ 3: HS sử dụng mơ hình mà GV đã đƣa ra để dự đốn hiện tƣợng mới.
Ví dụ: Sau khi GV giới thiệu mơ hình véctơ quay để tổng hợp các dao động điều hịa GV hƣớng dẫn HS sử dụng mơ hình này để tìm dao động tổng hợp của các hiệu điện thế xoay chiều trong mạch điện RLC cĩ điện trở, cuộn cảm và tụ điện. Kết quả ta thu đƣợc một dao động điện tổng hợp cũng là một dao động điều hịa mà ta tính đƣợc các đặc trƣng của nĩ dựa trên mơ hình. Cĩ thể kiểm tra kết quả dự đốn này trên dao động điện tử.
Mức độ 4: HS dƣới sự hƣớng dẫn của GV tham gia vào cả 4 giai đoạn của PPMH, do đĩ nắm vững tính năng của mơ hình và sử dụng đƣợc mơ hình để giải quyết nhiệm vụ nhận thức.
Mức độ 5: HS tự lực xây dựng mơ hình để giải quyết nhiệm vụ nhận thức của mình.
3.3.5. Những ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp mơ hình Những ƣu điểm Những ƣu điểm
- PPMH giúp ta hiểu rõ đối tƣợng nghiên cứu. Mơ hình là vật đại diện, trên đĩ ta sẽ tác động những thao tác logic và thực nghiệm. Rất nhiều hiện tƣợng và quá trình đƣợc giải thích rõ ràng thơng qua mơ hình.
- Ngày nay khi KH đi sâu vào thế giới vi mơ khơng trực tiếp quan sát đƣợc thì chức năng giải thích của các mơ hình càng cĩ hiệu lực. Nhiều khi cùng một đối tƣợng phải dùng đến nhiều mơ hình mới giải thích đƣợc.
- Một mơ hình cĩ thể dùng cho nhiều loại hiện tƣợng khác nhau về bản chất. - PPMH trong nhiều trƣờng hợp đã dẫn đến những lý thuyết mới.
- PPMH cĩ thể giúp ta phát hiện ra những sự kiện mới chƣa biết. Đặc biệt, mơ hình tốn học nhiều khi cĩ tác dụng tiên đốn rất lớn.
Những hạn chế
Bên cạnh những tác dụng lớn lao của PPMH, các nhà KH cũng đã nhấn mạnh tính