- Phân tích kết quả thực nghiệm sau khi xử lý
1.2.4.2. Phân loại bài tập thực nghiệm
Có nhiều cách tiếp cận khác nhau để phân loại bài tập thực nghiệm, trong nghiên cứu này, chúng tôi phân loại bài tập thực nghiệm theo 3 căn cứ chủ yếu sau:
+) Căn cứ vào các năng lực thành phần của năng lực thực nghiệm, bài tập thực nghiệm được chia thành:
- Bài tập hình thành giả thuyết thực nghiệm. - Bài tập về phương án thực nghiệm.
- Bài tập về kĩ năng thao tác tiến hành thực nghiệm và thu thập kết quả thực nghiệm.
- Bài tập phân tích kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận.
+) Căn cứ vào mức độ nhận thức (độ khó),bài tập thực nghiệm được chia thành:
- Bài tập cơ bản. - Bài tập nâng cao.
+) Căn cứ vào hình thức thực hiện,bài tập thực nghiệm được chia thành:
- Bài tập thực nghiệm trên đối tượng thật. - Bài tập thực nghiệm giả định.
Đối với mỗi loại bài tập thực nghiệm, chúng tôi xây dựng ở 2 mức độ (mức độ cơ bản và mức độ nâng cao) tương ứng với các mức độ khác nhau của năng lực:
Bài tập ở mức độ cơ bản: nhằm phù hợp với năng lực thực tại (năng lực đầu vào) của người học và việc thực hiện tốt các bài tập ở mức độ cơ bản là cơ sở để người học thực hiện các bài tập ở mức độ nâng cao.
Bài tập ở mức độ nâng cao: nhằm hướng tới mục tiêu về năng lực mong muốn người học đạt được (năng lực đầu ra của người học).
Việc phân loại bài tập thực nghiệm theo các cách khác nhau như trên nhằm thuận lợi trong việc xây dựng và sử dụng đa dạng các bài tập thực nghiệm theo tiếp cận phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. Trong luận án này, các bài tập phân loại theo nhóm các năng lực thành phần của năng lực thực nghiệm được sử dụng làm cốt lõi vì các bài tập cơ bản; bài tập nâng cao; bài tập thực nghiệm trên đối tượng thật; bài tập thực nghiệm giả định đều hướng tới hình thành và phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. Theo đó, mỗi năng lực thành phần của năng lực thực nghiệm sẽ được rèn luyện cho học sinh bằng các bài tập thực nghiệm tương ứng thông qua 2 mức độ (đó là cơ bản và nâng cao).
• Căn cứ vào các năng lực thành phần của năng lực thực nghiệm, bài tập thực nghiệm được chia thành:
+ Bài tập hình thành giả thuyết thực nghiệm: Là những bài tập đòi hỏi
người học tiếp cận được vấn đề thực nghiệm, đề xuất, sàng lọc, phân tích các câu hỏi nghiên cứu để dẫn đến hình thành được giả thuyết thực nghiệm có giá trị hoặc đòi hỏi người học phải phân tích các thông tin cho trước của bài tập để xác định được giả thuyết thực nghiệm.
- Bài tập cơ bản: Dạng bài tập hình thành giả thuyết thực nghiệm từ phương án thực nghiệm cho trước.
Thông tin cho trước của bài tập ở mức độ này thường là mô tả (bằng kênh hình hoặc kênh chữ) quá trình tiến hành thực nghiệm, hoặc một công đoạn của quá trình thực nghiệm. Sau đó, yêu cầu học sinh xác định giả thuyết của thực nghiệm đó.
Dạng bài tập này giúp học sinh tiếp cận cụ thể nội dung thực nghiệm và quá trình thực nghiệm, tạo điều kiện để học sinh có nhiều thông tin cho trước, thuận lợi cho việc hình thành giả thuyết thực nghiệm. Ở mức độ này, logic các câu hỏi có thể được đặt ra để dẫn dắt học sinh hình thành giả thuyết thực nghiệm là:
(1) Mục đích của thực nghiệm nói trên là gì? (Mục đích thực nghiệm gắn liền với giả thuyết của thực nghiệm, bởi xác định được mục đích thực nghiệm học sinh mới có cơ sở để hình thành giả thuyết cho thực nghiệm đó. Đối với mức độ câu hỏi này, người học thường chỉ đưa ra 1 phương án trả lời duy nhất).
(2) Những câu hỏi nghiên cứu nào có thể được đặt ra để tiến hành thực nghiệm nói trên? (Đối với mức độ câu hỏi này đòi hỏi người học thường phải tư duy nhiều hơn 1 phương án trả lời).
(3) Giả thuyết của thực nghiệm nói trên là gì? (Đối với mức độ câu hỏi này đòi hỏi người học phải có sự vận dụng tương đối tốt về logic quá trình hình thành giả thuyết thực nghiệm).
Ví dụ 1: Cho một thực nghiệm được mô tả như hình dưới đây
Hãy cho biết:
a. Thực nghiệm trên nhằm mục đích gì?
b. Những câu hỏi nghiên cứu nào có thể được đưa ra để tiến hành thực nghiệm trên?
c. Giả thuyết của thực nghiệm nói trên?
Ví dụ 2: Van Helmont đã tiến hành một thực nghiệm như sau: Ông cho 90kg đất sấy khô vào trong 1 cái chậu rộng và trồng vào đó 1 cây liễu có khối lượng 2,2kg và ông cố gắng không cho bụi bẩn xâm nhập vào chiếc chậu bằng cách ông phủ lên nó 1 chiếc đĩa kim loại có đục lỗ. Chậu cây này được ông tưới bằng nước mưa hoặc nước cất trong suốt 5 năm. Sau thời gian 5 năm, ông cân cây liễu và thấy nó đạt 76kg, sau đó ông lấy số đất đem sấy khô và cân lại thì thấy khối lượng đất thay đổi không đáng kể, nó chỉ giảm đi khoảng 50g.
Những câu hỏi nghiên cứu nào có thể được đặt ra để Van Helmont tiến hành thực nghiệm nêu trên?
- Bài tập nâng cao: Dạng bài tập hình thành giả thuyết thực nghiệm từ vấn đề khoa học cho trước.
Thông tin cho trước của bài tập ở mức độ này là chỉ nêu vấn đề khoa học để học sinh tiếp cận, sau đó yêu cầu học sinh phân tích, huy động các kiến thức có liên quan để xuất hiện các ý tưởng thực nghiệm, đặt các câu hỏi nghiên cứu, từ đó sàng lọc để hình thành giả thuyết thực nghiệm.
Ví dụ: Phần lớn lượng nước do rễ cây hút vào sẽ đi đâu?
+ Bài tập về phương án thực nghiệm
Bài tập về phương án thực nghiệm nhằm rèn luyện cho học sinh những kĩ năng tư duy thực nghiệm, qua đó giúp học sinh xác định được trong tư duy một quy trình tiến hành thực nghiệm, là cơ sở để chỉ đạo quy trình tiến hành các thao tác vật chất (thao tác chân tay) trong thực nghiệm.
Trên cơ sở mức năng lực thiết kế phương án thực nghiệm, chúng tôi xây dựng các bài tập về phương án thực nghiệm ở 2 mức độ, đó là:
- Bài tập cơ bản: Phân tích phương án thực nghiệm cho trước
Thông tin cho trước của bài tập ở mức độ này thường là mô tả (chủ yếu là bằng kênh hình) một phương án thực nghiệm “chuẩn” (phương án đã được các nhà khoa học tiến hành thực nghiệm), sau đó yêu cầu học sinh phân tích phương án thực nghiệm đó. Các nội dung yêu cầu học sinh phân tích phương án thực nghiệm bao gồm: đối tượng tiến hành thực nghiệm? biến độc lập, biến phụ thuộc trong thực nghiệm? các nguyên vật liệu, thiết bị, cụng cụ cần thiết cho tiến hành thực nghiệm? vai trò của từng nguyên vật liệu, thiết bị, dụng cụ? hoặc yêu cầu học sinh giải thích một số bước/một số kĩ thuật nào đó trong tiến hành thực nghiệm? hoặc yêu cầu học sinh thay thế một số nguyên vật liệu trong thực nghiệm bằng các nguyên vật liệu khác? Dự đoán kết quả thực nghiệm?… Cuối cùng, yêu cầu học sinh nêu các bước tiến hành của phương án thực nghiệm đã được minh họa.
Bài tập phân tích phương án thực nghiệm giúp học sinh hiểu được rằng để có một phương án thực nghiệm tốt cần có những yêu cầu về đối tượng thực nghiệm, nguyên vật liệu, cách bố trí thực nghiệm, các bước tiến hành thực nghiệm, các thao tác kĩ thuật, dự đoán kết quả thực nghiệm…. Thực hiện tốt các bài tập ở mức độ này sẽ là cơ sở để học sinh thực hiện bài tập ở mức độ nâng cao.
Ví dụ: Người ta đã tiến hành một thực nghiệm như sau: Cho các hạt đậu tương đang trong giai đoạn nảy mầm vào trong bình thủy tinh a và cho các hạt đậu tương đã chết (đã luộc chín hoặc đã rang chín) vào trong bình thủy tinh b. Đậy kín nắp 2 bình thủy tinh trong khoảng 4 – 5 giờ đồng hồ. Các bước tiếp theo và kết quả của quá trình thực nghiệm được mô tả ở hình dưới đây.
a. Theo em thực nghiệm được mô tả ở trên nhằm trả lời cho câu hỏi nghiên cứu nào?
b. Em hãy chỉ ra biến độc lập và biến phụ thuộc trong thực nghiệm nêu trên? c. Theo em nguyên nhân nào dẫn đến sự khác nhau về kết quả của thực nghiệm ở 2 bình a và b nêu trên?
d. Em hãy đề xuất quy trình các bước để tiến hành thực nghiệm nêu trên? e. Có một số bạn nói rằng: Các bạn ấy đã tiến hành thực hiện theo đúng quy trình các bước của thực nghiệm nêu trên nhưng không đạt được kết quả như hình mô tả.
+ Dựa vào hình, em hãy phân tích để cho biết thao tác kĩ thuật nào là nguyên nhân chủ yếu nhất dẫn đến việc các bạn thực hiện thực nghiệm không đạt được kết quả như hình mô tả? Từ đó, hãy chỉ ra kĩ thuật thực hiện thao tác đó trong tiến hành thực nghiệm nhằm đạt được kết quả?
- Bài tập nâng cao: Thiết kế phương án thực nghiệm từ một số điều kiện cho trước.
Bài tập cho biết giả thuyết thực nghiệm và một số nguyên vật liệu cần thiết (hoặc bài tập chỉ cho biết giả thuyết thực nghiệm), từ đó yêu cầu người học thiết kế phương án thực nghiệm để kiểm chứng giả thuyết thực nghiệm.
Ví dụ 1: Cho các nguyên vật liệu sau đây
- Mẫu vật: Hạt (lúa, ngô hay các loại đậu) mới nảy mầm.
- Dụng cụ: Bình thủy tinh có dung tích 1 lít; ống nghiệm; ống thủy tinh hình chữ U; phễu thủy tinh; cốc có mỏ; nút cao su có 2 lỗ khoan (1 lỗ vừa khít với ống thủy tinh hình chữ U, 1 lỗ vừa khít với phễu thủy tinh).
- Hóa chất: Dung dịch nước vôi trong Ca(OH)2
Dựa vào các nguyên vật liệu cho ở trên, hãy thiết kế phương án thực nghiệm để chứng minh quá trình hô hấp của hạt nảy mầm thải ra khí CO2?
Ví dụ 2: Hãy thiết kế phương án thực nghiệm để chứng minh quá trình hạt nảy mầm lấy khí O2 và nhả khí CO2?
Đối với các bài tập ở mức độ tự thiết kế phương án thực nghiệm, giáo viên nên hướng dẫn học sinh tự phân tích, đánh giá các đề xuất về đối tượng thực nghiệm, các nguyên vật liệu và các bước tiến hành thực nghiệm theo bảng 1.2 dưới đây, trên cơ sở đó học sinh sẽ tự điều chỉnh các đề xuất ban đầu để đưa ra được phương án thực nghiệm khả thi.