2.2.2.1.1. Lí thuyết phát triển nhận thức của J. Piaget
J. Piaget đã xây dựng lí thuyết về sự hình thành trí tuệ. Lí thuyết này coi trí tuệ là hình thức duy nhất của sự phối hợp các hành động bên trong của chủ thể đƣợc gọi là các thao tác trí tuệ, là sản phẩm của sự tƣơng tác qua lại của chủ thể và môi trƣờng.
Trong dạy học, J. Piaget nhấn mạnh HS giữ vai trò rất tích cực trong việc thích nghi với môi trƣờng.
J. Piaget thừa nhận rằng có một sự tƣơng tác giữa trẻ em và môi trƣờng, đây là một tiêu điểm cho lí thuyết của ông. Ông tin rằng một đứa trẻ có thể tự tìm hiểu khi liên tục tƣơng tác với môi trƣờng của nó và tự học hỏi thông qua các sai lầm mà trẻ gặp phải. Ông định nghĩa trẻ em là "nhà khoa học duy nhất", ông đã không xác định bất kỳ sự cần thiết của GV hoặc ngƣời lớn trong phát triển nhận thức của trẻ. Trẻ em có tất cả các cơ chế nhận thức để tự tìm hiểu và sự tƣơng tác với môi trƣờng của trẻ cho phép nó làm nhƣ vậy [97]
Lí thuyết của J. Piaget đã có một tác động rất lớn về phƣơng pháp dạy học trên toàn thế giới, và là một trong các lí thuyết phát triển nhận thức quan trọng nhất trong giáo dục cho đến nay.
2.2.2.1.2. Lí thuyết phát triển nhận thức của L. S. Vygotsky
Các luận điểm cơ bản: L.S.Vygotsky đƣa ra lí thuyết về “vùng phát triển gần” (zone of proximal development - ZPD) “ Chỗ tốt nhất cho sự phát triển nhận thức là vùng phát triển gần. Vùng đó là khoảng cách giữa trình độ phát triển hiện tại đƣợc xác định bằng trình độ độc lập giải quyết vấn đề và trình độ gần nhất mà HS có thể đạt đƣợc với sự giúp đỡ của ngƣời lớn hay bạn hữu khi giải quyết vấn đề” [98] .
Có hai mức độ đạt đƣợc các vùng phát triển gần:
Mức độ 1 – “hiện tại mức độ phát triển”. Điều này mô tả những gì trẻ có thể làm mà không có bất kỳ sự giúp đỡ từ những ngƣời khác.
Mức độ 2 - "tiềm năng mức độ phát triển”. Điều này có nghĩa là những gì đứa trẻ có khả năng hoặc có thể có khả năng phát triển với sự giúp đỡ từ ngƣời khác hoặc GV.
Khoảng cách giữa mức độ 1 và 2 (phát triển hiện tại và tiềm năng) theo L.S. Vygotsky mô tả là khu vực phát triển gần. Ông tin rằng thông qua sự giúp đỡ từ ngƣời khác, có kiến thức hơn, trẻ có khả năng đạt đƣợc kiến thức đã đƣợc tổ chức của họ. Tuy nhiên, kiến thức phải phù hợp với trình độ hiểu biết của trẻ. Trong vùng phát triển gần, trẻ không thể tự mình hoàn thành các nhiệm vụ, nhƣng có thể hoàn thành các nhiệm vụ này dƣới sự hƣớng dẫn của GV, nhờ vậy đứa trẻ có thể tiếp tục học tập kiến thức phức tạp hơn ở cấp độ cao hơn.
L.S.Vygotsky cung cấp một lí thuyết có ảnh hƣởng rất lớn, trong đó cung cấp một bối cảnh xã hội có ý nghĩa trong sự phát triển của học tập. Sự nhấn mạnh của kiến thức văn hóa là một cái gì đó vô hình trong lí thuyết của Piaget.
2.2.2.2. Tổ chức dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí
Căn cứ vào hai lí thuyết tâm lý học bổ sung hỗ trợ lẫn nhau của J. Piaget và L.S.Vygotsky, việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách khoa học cần phải tổ chức theo kiểu dạy học PH&GQVĐ với các chú ý quan trọng nhƣ sau:
1) Tổ chức tình huống học tập trong đó làm xuất hiện mâu thuẫn về mặt nhận thức (sự mất cân bằng giữa những kiến thức, quan niệm, phương pháp - hoặc hệ
thống những kiến thức, quan niệm, phương pháp cũ của HS về thế giới tự nhiên với những đối tượng đang nghiên cứu (tính chất, mối quan hệ giữa hiện tượng, quá trình vật lí … có thể quan sát được hay suy luận ra được)
Để tƣ duy phát triển thì trong hoạt động tƣ duy của HS không chỉ đơn thuần xảy ra quá trình đồng hoá các kiến thức, phƣơng pháp mới (ở cùng bậc cụ thể, chi tiết), mà hết sức quan trọng là phải xảy ra quá trình tự thích nghi, trong đó có sự tự bổ sung, biến đổi quan điểm, cấu trúc hệ thống kiến thức, phƣơng pháp nhận thức.
2) Điều khiển, dẫn dắt HS tự lực giải quyết mâu thuẫn nhận thức một cách sáng tạo
Theo L.S. Vygotsky, để cho sự phát triển nhận thức ở HS là tốt nhất, ngƣời GV phải xác định đƣợc vùng phát triển gần ở mỗi nhóm, mỗi đối tƣợng HS. Áp dụng lí thuyết của L.S. Vygosky, có thể hƣớng dẫn HS giải quyết vấn đề theo kiểu định hƣớng khái quát chƣơng trình hóa [64].
Trong dạy học PH&GQVĐ, việc phát hiện vấn đề là rất quan trọng đƣợc thực hiện tốt nhất là bởi HS. Từ các thông tin ban đầu qua quan sát (trực tiếp hoặc đƣợc tái tạo bởi TN) tiếp nhận thông tin dạng hình ảnh, âm thanh, xúc giác, khứu giác… thông qua các ví dụ trong thực tiễn, gần gũi, HS cần tự nhận thấy mâu thuẫn giữa thực tế và vốn hiểu biết đã có, từ đó có sự say mê, hứng thú, tích cực tìm cách giải quyết mâu thuẫn nhằm tìm câu trả lời, lời giải thích cho hiện tƣợng. Rõ ràng, với cách tiếp cận vấn đề theo yêu cầu của việc học nhƣ nghiên cứu vật lí, HS luôn cần đƣợc tiếp cận thông tin với lƣợng lớn, phản ánh nhiều khía cạnh khác nhau của cùng một hiện tƣợng, từ đó định hƣớng tìm tòi dƣới sự dẫn dắt, hỗ trợ của GV một cách khéo léo. Vấn đề hay cách đề xuất vấn đề mà HS cảm nhận có đƣợc là do GV mang lại rõ ràng có thể giúp HS đạt đƣợc trạng thái tâm lí hứng thú, tích cực tốt nhất cần có trong quá trình học tập.
3) Dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL
PH&GQVĐ xuất phát từ các giai đoạn NC của các nhà khoa học Vật lí, nên bản chất là sự phỏng theo.
PH&GQVĐ hiện nay có những cách hiểu chƣa thể hiện sự phỏng theo nên chúng tôi nhấn mạnh ý đúng là sự phỏng theo NCVL. Sử dụng ví dụ cho chƣơng Sóng cơ: Khi NC một hiện tƣợng vật lí, cần đặt ra một câu hỏi cần giải quyết. Trong
DH lại đặt vấn đề NC luôn tính huống đặc biệt cùng pha, cùng tần số, nhờ LT rút ra điều kiện và đặc điểm của giao thoa, các điều kiện này đƣợc kiểm nghiệm nhờ thí nghiệm thực.
Theo chúng tôi, logic trên chƣa thể hiện rõ sự phỏng theo ở chỗ: Đặt vấn đề nghiên cứu cho trƣờng hợp đơn giản nhất là khiên cƣỡng, chƣa đầy đủ đúng nghĩa của sự phỏng theo NCVL. Chúng tôi nhấn mạnh sự phỏng theo, GV tiến hành TN mở đầu hỗ trợ HS đề xuất giải thuyết. HS sẽ quan sát sự tổng hợp của 2 sóng nƣớc và thấy rằng có trƣờng hợp hình ảnh sóng ổn định khi thay đổi tần số của 1 nguồn sóng tới một giá trị xác đinh. Từ đó mới đặt vấn đề nghiên cứu điều kiện để xảy ra trƣờng hợp đặc biệt của sóng trên mặt nƣớc.
Căn cứ vào các phân tích trên về dạy học PH&GQVĐ, tƣ tƣởng dạy học vật lí phỏng theo con đƣờng NCVL đảm bảo đƣợc hai yêu cầu sau:
- Phù hợp với chu trình nhận thức khoa học vật lí, con đƣờng xây dựng kiến thức đáp ứng tính khoa học.
- Sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm với các TBTN đủ độ chính xác đảm bảo đƣợc ở mức độ:
+ Quan sát rõ ràng về mặt định tính, quan sát rõ biểu hiện các thuộc tính, tính chất của hiện tƣợng và các mối quan hệ giữa chúng.
+ Nâng cao tính định lƣợng, có đủ dữ liệu để khai thác và khái quát thành quy luật, đủ tính thuyết phục.
+ Sử dụng TBTN đáp ứng linh hoạt đƣợc các tình huống mà HS có thể đề xuất cần tiến hành TN trong quá trình dạy học, hoặc là cơ sở khảo sát gần với thực tế nhất nhằm đƣa ra các sự kiện thực nghiệm đúng đắn trong quá trình nghiên cứu hiện tƣợng vật lí.
+ Trực quan hóa các mô hình vật lí toán mô tả các quá trình vi mô nhờ TN mô phỏng qua đó chỉ ra những hệ quả suy luận lí thuyết cần (có thể) kiểm chứng bằng thực nghiệm. Chú trọng vai trò trực quan hóa của TN mô phỏng trong điều kiện cụ thể đã đƣợc lựa chọn, giúp HS có các đề xuất kiểm nghiệm băng thực nghiệm trong các giai đoạn tiếp theo của quá trình NCVL.
Với quan điểm dạy học phỏng theo con đƣờng NCVL nhƣ trên, bằng cách hình thành kiến thức theo lôgíc khoa học trong đó, để tránh các thông báo, sắp xếp mang
tính áp đặt, các TBTN phải hỗ trợ đƣợc cho việc ngƣời học trải nghiệm các hiện tƣợng, quá trình nhƣ trong tự nhiên tồn tại, nhƣ trƣớc khi kiến thức đƣợc tìm ra, để việc nghiên cứu các tình huống dẫn đến phát hiện và phát biểu vấn đề nghiên cứu là hoàn toàn tự nhiên. Với quan điểm dạy học phỏng theo con đƣờng NCVL ở mức độ hiện đại cần có các thí nghiệm đƣợc hỗ trợ bởi công nghệ kĩ thuật số mang tính định lƣợng và chính xác cao, các giả thuyết, các hệ quả suy ra từ giả thuyết mang tính khái quát hay cụ thể nhất cũng đƣợc kiểm chứng bằng thực nghiệm.Từ quá trình khảo sát đó, ngƣời học có thể tự tìm ra các dấu hiệu bản chất của hiện tƣợng vật lí.
Tiến trình dạy học sẽ có hiệu quả cao nhất khi dựa trên mô hình dạy học PH&GQVĐ.
Thiết kế và thực hiện tiến trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đƣờng NCVL:
1) Tổ chức hoạt động học tập của HS theo con đƣờng, phƣơng pháp nhận thức vật lí, PH&GQVĐ (phát huy tính hứng thú, tự lực và sáng tạo của HS)
- hứng thú: gắn chặt nội dung học tập ở các pha với thực tiễn (nêu vấn đề, vận dụng kiến thức): lựa chọn những hiện tƣợng trong thực tiễn…; giải quyết những vấn đề trong thực tiễn, vận dụng trong thực tiễn
- tự lực: tránh đƣa ra thông tin áp đặt, những hiện tƣợng đƣợc sắp đặt không tự nhiên, những quá trình, hiện tƣợng chỉ suy ra khi đã biết trƣớc kiến thức sẽ, đang tìm kiếm;
- sáng tạo: tự do trong suy nghĩ khi giải quyết mọi vấn đề, đặt ra cách, phƣơng án giải quyết mang tính khái quát, khoa học cao (vận dụng khi đề ra các phƣơng án TN khoa học, khái quát, không bị hạn chế bởi phƣơng tiện TN..v..v nhƣng đồng thời có khả năng điều chỉnh phƣơng án phù hợp với điều kiện trƣờng phổ thông), đƣa ra những ý tƣởng vận dụng kiến thức đã học trong thực tiễn;
- Tăng cƣờng tổ chức trao đổi, tranh luận tất cả các ý kiến khác nhau (nếu các ý kiến có cơ sở..)
2) Logic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức mang tính khoa học -Tránh áp đặt, công nhận
- Sau khi xây dựng đƣợc các phƣơng trình vật lí toán mô tả quá trình, hiện tƣợng vật lí một cách tổng quát thì sử dụng mô phỏng để trực quan hóa quá trình hiện tƣợng vật lí trong những điều kiện cụ thể để chỉ rõ dấu hiệu bản chất của hiện tƣợng (có thể bị giới hạn của việc quan sát thực tế) và làm cơ sở cho việc kiểm chứng tính đúng đắn của qui luật đƣợc mô tả bởi phƣơng trình này bằng thực nghiệm
3) Sử dụng phối hợp các TN trong các pha của quá trình nhận thức
- Phối hợp trong quá trình xây dựng/ hình thành một đơn vị kiến thức (trong các giai đoạn/ pha dạy học khác nhau) phối hợp để khai thác và sử dụng các ƣu điểm của từng loại TN
- Sử dụng TN truyền thống ở các pha nêu vấn đề (tạo tình huống có vấn đề) và vận dụng kiến thức trong thực tiễn
- Sử dụng thích hợp các loại TN trong pha giải quyết vấn đề
(trong giải pháp suy luận lí thuyết có thể sử dụng 2 phƣơng pháp: phƣơng pháp giải tích và phƣơng pháp mô phỏng/TN mô phỏng; sử dụng TN ghép nối với máy vi tính khi TN truyền thống không đáp ứng)
- Sử dụng các TN kĩ thuật số trong việc trình bày kiến thức mang tính khái quát và khoa học cao hơn ở giai đoạn vận dụng
Lôgíc tiến trình khoa học xây dựng kiến thức phỏng theo con đƣờng NCVL áp dụng phƣơng pháp PH&GQVĐ có sử dụng TN truyền thống và kĩ thuật số trong việc phát huy tính tích cực, và phát triển năng lực sáng tạo của HS đƣợc trình bày trong sơ đồ tiếp theo.
Sơ đồ lôgíc tiến trình khoa học xây dựng kiến thức, trong đó kết luận khoa học cần kiểm chứng được rút ra bằng con đường suy luận lí thuyết (SLLT)
3. Giải quyết vấn đề (GQVĐ) 3.1. GQVĐ nhờ suy luận lí thuyết (SLLT)
- Suy đoán giải pháp
- Xác định các kiến thức đã biết cần sử dụng
- Xác định cách vận dụng các kiến thức để đi đến câu trả lời - Thực hiện giải pháp suy ra kết quả, trực quan hóa kết quả
Làm thế nào để kiểm tra được nhờ TN kết quả đã tìm được nhờ SLLT?
3.2. Kiểm tra kết quả đã tìm đƣợc từ SLLT nhờ TN - Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN
+ Phân tích xem có thể kiểm tra trực tiếp nhờ TN kết quả thu đƣợc từ SLLT không?
+ Nếu không đƣợc, suy luận logic từ kết quả này ra hệ quả kiểm tra đƣợc nhờ TN.
- Thiết kế phƣơng án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu đƣợc từ SLLT hoặc hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành TN nhƣ thế nào, thu thập những dữ liệu định tính và định lƣợng nào, xử lí các dữ liệu TN này nhƣ thế nào?
- Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập và xử lí các dữ liệu TN để đi tới kết quả.
TN (TN truyền thống và TN kĩ thuật số) HS: Tích cực, tự lực, sáng tạo GV: Tổ chức, hƣớng dẫn, kết luận Mục tiêu: HS đƣợc rèn luyện kĩ năng quan sát, phát hiện và phát biểu VĐ
1. Làm nảy sinh và phát biểu vấn đề cần nghiên cứu
(Dựa vào kinh nghiệm, TN, kiến thức cũ, bài tập… ) đặt HS vào tình huống học tập, HS ý thức đƣợc vấn đề học tập đòi hỏi xây dựng một kiến thức mới.
TN (TN truyền thống và TN kĩ thuật số) HS: Tích cực, tự lực, sáng tạo GV: Tổ chức, hƣớng dẫn, kết luận Mục tiêu: HS đƣợc rèn luyện + xây dựng giả thuyết, phỏng đoán, dự đoán + đề xuất phƣơng án TN kiểm tra dự đoán + tiến hành TN..v..v.. - Nếu kết quả TN phù hợp với kết quả tìm đƣợc từ SLLT thì kết quả này trở thành kiến thức mới. Vận dụng (củng cố, vận dụng tri thức) HS: rèn luyện năng lực khái quát rút ra kết luận
TN nâng cao giúp HS tự nghiên cứu, mở rộng khả năng sáng tạo.
Mục tiêu: Giải bài tập (định tính, định lƣợng, TN) sáng tạo
Khảo sát các quá trình trừu tƣợng
2. Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời): Vận dụng các kiến thức nào đã biết và vận dụng các kiến thức đó nhƣ
thế nào để trả lời câu hỏi
Nếu kết quả TN không phù hợp với kết quả đã tìm đƣợc từ SLLT thì cần kiểm tra lại quá trình TN và quá trình suy luậntừ các kiến thức đã biết.
4. Rút ra kết luận
TN kĩ thuật số - Mô phỏng
Sơ đồ lôgíc tiến trình khoa học xây dựng kiến thức, trong đó giả thuyết khoa học cần kiểm chứng được rút ra bằng con đường thực nghiệm (từ quá trình, hiện tượng trong tự nhiên hay trong phòng thí nghiệm)
3. Giải quyết vấn đề (GQVĐ) 3.1. Đề xuất giả thuyết
Làm thế nào để kiểm tra được nhờ TN tính đúng đắn của giả thuyết đã đề xuất?
3.2. Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nhờ TN - Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN
+ Phân tích xem có thể kiểm tra trực tiếp nhờ TN tính đúng đắn của giả thuyết đã đề xuất không?
+ Nếu không đƣợc, suy luận logic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra đƣợc trực tiếp nhờ TN.
- Thiết kế phƣơng án TN để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả