8. Những chữ viết tắt trong đề tài
3.5.2. Về năng lực giải quyết vấn đề
- Khi chấp nhận giải quyết một vấn đề, nhà bác học đã xó một trình độ kiến thức, kĩ năng kĩ xảo cần thiết. Tuy nhiên, nhà bác học nhiều khi cũng phải tích lũy thêm kinh nghiệm, sáng tạo thêm phương tiện lí thuyết và vật chất để hoạt động.
- Đối với HS, đây chỉ là bước đầu làm quen với việc giải quyết một vấn đề KH. Vấn đề đặt ra cho HS giải quyết cũng giống như vấn đề của nhà bác học nhưng kiến thức, kinh nghiệm, năng lực của học còn rất hạn chế.
3.5.3 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 bác học đã phải trải qua thời gian dài mới đạt được và mỗi nhà bác học cũng chỉ góp một phần nhỏ vào lâu đài KH đó.
HS thì chỉ được dành một thời gian ngắn, thậm chí chỉ 30 phút đồng hồ đã phải phát hiện ra một định luật VL. Đó là điều quá sức mà ngay cả các bậc thiên tài cũng khó làm được.
3.5.4 Về điều kiện phƣơng tiện làm việc
- Nhà bác học có trong tay hoặc phải tạo ra những phương tiện chuyên dùng đạt độ chính xác cao và những điều kiện thích hợp nhất để GQVĐ.
- HS chỉ có những phương tiện thô sơ của trường PT với độ chính xác thấp, chỉ có điều kiện làm việc tập thể ở lớp hay ở phòng thực hành, có khi không thể lặp đi lặp lại nhiều lần.
DH PH-GQVD là kiểu dạy trong đó dạy cho HS thói quen tìm tòi GQVĐ theo cách của các nhà KH. Trong kiểu DH này, GV vừa tạo ra cho HS nhu cầu hứng thú hoạt động sáng tạo, vừa rèn luyện khả năng sáng tạo. HS không thể hoàn toàn tự lực xây dựng kiến
39
thức KH được mà cần có sự giúp đỡ của GV. Sự giúp đỡ của GV không phải là giảng giải, cung cấp cho HS những kiến thức có sẵn mà là tạo điều kiện để cho họ có thể trải qua các giai đoạn chính của quá trình GQVĐ và tự lực thực hiện một số khâu trong qua trình đó, động viên khuyến khích HS kịp thời.Như vậy, quá trình học tập của HS thực chất là HS hoạt động tự lực trong sự phối hợp với tập thể và sự hướng dẫn, giúp đỡ của GV liên tiếp giải quyết những vấn đề do nhiệm vụ học tập đề ra, kết quả của quá trình giải quyết những vấn đề đó là HS chiếm lĩnh được kiến thức và phát triển được năng lực nhận thức của mình.
3.6. Tổ chức tình huống học tập
3.6.1 Những đặc điểm của tình huống học tập kiểu giải quyết vấn đề.
a) Tình huống học tập: là hoàn cảnh trong đó xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mà HS chấp nhận việc giải quyết mâu thuẫn đó như một nhiệm vụ học tập và sẵn sàng đem sức lực, trí tuệ để giải quyết.
Trong học tập, mâu thuẫn nhận thức được hiểu là mâu thuẫn giữa một bên là nhiệm vụ phải giải quyết một vấn đề với bên kia là vốn kiến thức, kỹ năng, PP đã biết không đủ để GQVĐ hoặc mới nhìn không thấy rõ mối liên quan giữa chúng với vấn đề cần giải quyết.
b) Những tình huống học tập 3.6.2 Các kiểu tình huống học tập
a)Tình huống phát triển, hoàn chỉnh
HS đứng trước một vấn đề chỉ mới được giải quyết 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 vốn kiến thức của mình luôn luôn là niềm khát khao của tuổi trẻ, đồng thời, “đó cũng là con đường phát triển KH” (Feynman). Quá trình phát triển, hoàn thiện kiến thức sẽ đem lại những kết quả mới (kiến thức, kỹ năng, PP mới) nhưng trong quá trình đó, vẫn có thể sử dụng kiến thức, kỹ năng, PP đã biết.
b) Tình huống lựa chọn
HS đứng trước một vấn đề có mang một số dấu hiệu quen thuộc, có liên quan đến một số kiến thức hay một số PP giải quyết đã biết, nhưng chưa chắc chắn là có thể dùng kiến thức nào, PP nào để GQVĐ thì sẽ có hiệu quả. HS cần phải lựa chọn, thậm chí thử làm xem kiến thức nào, PP nào có hiệu quả để GQVĐ được vấn đề đặt ra.
c) Tình huống bế tắc
HS đứng trước một vấn đề mà trước đây chưa gặp một vấn đề tương tự. Vấn đề cần giải quyết không có một dấu hiệu nào liên quan đến một số kiến thức hoặc một PP đã
40
biết. HS bắt buộc phải xây dựng kiến thức mới hay PP mới để GQVĐ. Tình huống này thường gặp khi bắt đầu nghiên cứu một lĩnh vực kiến thức mới.
d) Tình huống “tại sao”?
Trong nhiều trường hợp, HS quan sát thấy một hiện tượng vật lí nào đó xảy ra trái với những suy nghĩ thông thường, trái với những kiến thức mà HS đã biết hoặc chưa bao giờ gặp nên không biết dựa vào đâu mà lí giải. HS cần phải tìm xem nguyên nhân vì đâu lại có sự trái ngược đó, sự lạ lùng đó. Để trả lời câu hỏi này, cần phải xây dựng kiến thức mới.[13,tr 3]
Cách phân loại các tình huống học tập như trên chỉ là tương đối. Tùy theo cách đặt câu hỏi, cách dẫn dắt, cách tổ chức tình huống mà HS sẽ rơi vào tình huống này hay tình huống khác.
Để tăng sự hấp dẫn của bài học và sự mềm dẻo của tư duy HS, GV nên thường xuyên thay đổi kiểu tình huống học tập.
3.7. Các giai đoạn của dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
Làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu: GV giao cho HS một nhiệm vụ. Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, HS khó khăn nảy sinh nhu cầu về một cái còn chưa biết về một cách giải quyết không có sẵn nhưng hy vọng có thể tìm tòi, xây dựng được, nhu cầu đó được diễn đạt bằng một vấn đề- bài toán cần giải quyết.
Giải quyết vấn đề (đề xuất giải pháp và thực hiện giải pháp): HS đề xuất giải pháp lý thuyết hoặc giải pháp và thực hiện giải pháp thực nghiệm để giải quyết vấn đề đặt ra, rồi thực hiện giải pháp đã đề xuất để rút ra kết luận về cái cần tìm.
Kiểm tra, vận dụng kết quả: Xem x t khả năng chập nhận được của kết quả tìm được trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích, tiên đoán các sự kiện và xem x t sự phù hợp giữa LT và TN. Trong quá trình vận dụng, nhiều khi đi tới phạm vi áp dụng của các kiến thức đã thu được và lại làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu tiếp.
3.8. Các kiểu hƣớng dẫn học sinh giải quyết vấn đề
Dựa theo những cách mà các nhà KH thường dùng để giải quyết các vấn đề KH KT, có thể có những kiểu hướng dẫn HS GQVĐ sau: Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức đã biết, PP đã biết; hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần; hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát.
3.8.1 Hƣớng dẫn tìm tòi quy về kiến thức đã biết, PP đã biết
Các định luật VL rất đơn giản, nhưng biểu hiện của chúng trong thực tế lại rất phức tạp. Các định luật VL thường phát biểu lên các mối quan hệ trong điều kiện lí tưởng, hiện tượng chỉ bị chi phối bởi nhiều nguyên nhân tác động đồng thời hoặc chuyển biến nhanh teo nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn có một nguyên nhân nhưng ta chỉ quan sát thấy giai đoạn cuối cùng.
Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, PP đã biết có nghĩa là thoạt mới tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết không thấy ngay mối quan hệ của nó 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 PP phân tích, tổng hợp, so sánh để tìm ra dấu hiệu tương tự với cái đã biết. Kiểu
41
hướng dẫn này thường gặp khi HS vận dụng kiến thức đã biết nhưng chưa có PP,quy trình hữu hiệu. Có ba trường hợp phổ biến sau:
a) Hướng dẫn HS diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngôn ngữ VL: Nhiều khi ngôn ngữ trong đời sống hằng ngày không giống như ngôn ngữ dùng trong các định luật, quy tắc VL. Nếu không chuyển được sang ngôn ngữ VL thì không thể nào áp dụng được các định luật, quy tắc đã biết.
Ví dụ: Giải thích vì sao ngồi trên xe đang chạy hãm phanh đột ngột, người lại ngã về phía trước. Mới nghe thì không thấy có định luật Vl nào nói đến “xe đang chạy”, “ngã”
và “hãm phanh đột ngột”. Nếu phân tích kĩ ý nghĩa của các cụm từ này, HS dễ nhận ra dấu hiệu quen thuộc của quán tính: “Xe đang chạy” có nghĩa là người đang chuyển động cùng xe, “hãm phanh đột ngột” có nghĩa là xe dừng lại đột ngột, “người ngã về trước”
có nghĩa là người tiếp tục chuyển động về trước so với xe. Hiểu theo ngôn ngữ VLnhư thế, HS sẽ giải thích được hiện tượng như sau: Xe có lực hãm làm cho nó giảm vận tốc đột ngột và dừng lại, cồn người đang chuyển động không bị lực nào tác dụng nên tiếp tục chuyển động thẳng đều vì quán tính, bị văng về phía trước xe, do đó người ngã về phía trước.
b)Hướng dẫn HS phân tích một hiện tượng VL phức tạp bị chi phối bởi nhiều nguyên nhân thành những hiện tượng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, một định luật đã biết.
Ví dụ: Một hòn bi được thả không vận tốc đầu trên một máng nghiêng từ một độ cao h. Xuống đến cuối máng nghiêng, bi tiếp tục đi thêm trên một máng hình tròn trong mặt phẳng thẳng đứng 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 một bài tập mới dự đoán một hiện tượng xảy ra trong những điều kiện xác định mà HS chưa gặp bao giờ. Việc hòn bi có thể đi qua vị trí cao nhất của vòng tròn phụ thuộc vào hai yếu tố: có vận tốc v cần thiết ở độ cao 2R và có lực hướng tâm đủ để giữ cho bi ở trên quỹ đạo tròn. Việc hướng dẫn HS là nhằm giúp họ phát hiện ra hai yếu tố đó mà lúc đầu họ không thấy được.
c)Hướng dẫn HS phân chia quá trình diễn biến của đối tượng thành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đó tuân theo một quy luật xác định đã biết.
Ví dụ: Một con cá nhỏ được thả trong một ống thủy tinh dài đựng đầy nước. Dùng đèn cồn đun nóng phần trên gần miệng ống cho đến khi nước ở phần này sôi lên, ta thấy cá vẫn bơi lội ở dưới. Giải thích tại sao?
Lúc đầu, HS rất lạ lùng trước hiện tượng xảy ra vì cá lại sống trong nước sôi. Nhưng x t kĩ sẽ thấy điều đó phù hợp với những quy luật, những tính chất của vật thể mà HS đã biết. GV có thể hướng dẫn HS phân tích diễn biến của hiện tượng này như sau:
42
Cá sống được vì nước ở phần dưới ống chưa nóng lên, trong khi nước ở miệng ống đã bị đun sôi. Vậy nước có tính chất gì mà ở trên mặt nước thì sôi mà ở dưới thì vẫn lạnh?
Nước có thể truyền nhiệt bằng những cách nào? Ở đây, có những hình thức truyền nhiệt nào? (Dẫn nhiệt và đối lưu). Ở đây không có đối lưu vì nước nóng nhẹ ở trên mặt nước không chìm xuống dưới, còn nước ở dưới lạnh, trọng lượng riêng lớn không thể nổi lên được.
Thủy tinh có tính chất gì mà đun nóng ở trên miệng như dưới đáy vẫn lạnh? (Dẫn nhiệt k m). Nếu đun lâu thí cá có sống được không? Vì sao?
Tóm lại, qua những gợi ý trên, HS sẽ hình dung thấy được diễn biến của hiện tượng như sau: đầu tiên đun nóng phần trên của ống thì cả ống và nước ở phần này đều nóng lên. Nhiệt thu được ở đây sẽ truyền xuống dưới, nhưng ống thủy tinh và nước đều dẫn nhiệt k m, truyền nhiệt chậm, cho nên tuy phần trên đã sôi mà phần dưới vẫn còn lạnh. Bởi thế, cá vẫn sống. Nếu đun lâu hoặc dùng ống bằng kim loại dẫn nhiệt tốt thì phần dưới sẽ mau chóng bị nóng lên và cá sẽ chết.Ba kiểu hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, PP đã biết nêu trên có tác dụng rất tốt để chuẩn bị cho HS tìm tòi sáng tạo ra cái mới thông thường người ta sử dụng tất cả những cái đã biết mà không thành công.
3.8.2 Hƣớng 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 quan hệ có tính quy luật mà trước đây HS chưa biết hoặc biết chưa đầy đủ.
Ở đây, không thể hoàn toàn sử dụng những kiến thức đã biết, không có con đường suy luận logic để suy ra từ cái đã biết mà đòi hỏi sự sáng tạo thực sự, một bước nhảy vọt trong nhận thức. Các nhà KH 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 KH dự đoán một câu trả lời, một giải pháp cho vấn đề đặt ra rồi tìm cách kiểm tra tính đúng đắn của dự đoán (giả thuyết) đó bằng TN. Rèn luyện trực giác KH cho HS là điều khó khăn, GV không thểchỉ ra cho HS con đường đi đến trực giác mà tự HS phải thực hiện nhiều lần để có kinh nghiệm, không ai có thể làm thay được. 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 lớn trong KH thành những bước nhỏ nằm trong vùng phát triển gần của HS. Sau khi được rèn luyện nhiều lần, HS sẽ tích lũy được kinh nghiệm, có sự nhạy cảm phát hiện, đề xuất được giải pháp mới để vượt qua khó khăn.
Thông thường, trong khi tìm tòi giải quyết một vấn đề mới, HS không phải là 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, PP cũ thành công, chỉ đến một phần nào đó mới bế tắc, đòi hỏi phải tìm cái mới thực sự.
43
Ví dụ: Khi nghiên cứu định luật bảo toàn cơ năng ở lớp 10, HS đã biết cách tính động năng và thế năng của vật khi chuyển động trong trường trọng lực và biết rằng: Khi vật rơi, thế năng giảm và động năng tăng. Vấn đề mới đặt ra là trong quá trình vật rơi, cả thế năng và động năng đều biến đổi. Vậy có đại lượng nào bảo toàn hay không? Trong những kiến thức mà HS đã biết, chưa có kiến thức nào nói tới điều này. Nhưng vì HS đã biết: trong khi vật rơi thì thế năng giảm và động năng tăng lên, nên có thể dự đoán là:
Tổng động năng và thế năng của vật không đổi.
Làm thế nào để biết dự đoán đó đúng hay không? HS đã biết được quy luật của sự rơi tự do nên cũng biết cách tính vận tốc của vật rơi tự do khi nó ở độ cao h, do đó tính được giá trị của động năng, thế năng của vật ở mỗi vị trí và tổng của chúng. HS thực hiện các ph p biến đổi đã biết và đi đ n kết luận mới: Tổng động năng và thế năng của vật không đổi khi vật chuyển động trong trường trọng lực. Kết luận này được rút ra bằng suy luận lí thuyết, cần phải được kiểm tra bằng TN. Tuy nhiên việc bố trí thí nghiệm kiểm tra rất phức tạp do việc đo vận tốc tức thời của vật ở cuối đường rơi. Bởi thế, GV giới thiệu cho HS thí nghiệm trên máy Attut nhằm kiểm tra kết luận trên. Thí nghiệm này chỉ có thể thực hiện được trong một bài thí nghiệm thực hành.
HS đã biết có hai trường hợp lực thế trong cơ học là trọng lực và lực đàn hồi. Vậy vấn đề mới đặt ra là liệu định luật bảo toàn cơ năng có đúng cho trong trường hợp vật