8. Cấu trúc của luận án
1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
Trong thời gian qua, nhiều nước trên thế giới đã quan tâm đến việc khai thác, tự tạo TN để sử dụng vào trong DH. Một trong những tổ chức nghiên cứu lớn nhất đó
- 14 -
là “Les petits des brouillards” [109], lúc đầu hình thành ở Canada, sau đó phát triển
đến 15 nước khác nhau, trong đó có các nước giáo dục phát triển như Mỹ, Pháp, Trung Quốc… Tổ chức này đã đưa ra chủ trương tạo điều kiện tốt nhất cho HS làm TN bằng các vật liệu đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm. Những người đi đầu trong lĩnh vực này ở Ai cập là giáo sư Kamel Was Sef; ở Pháp là giáo sư Albert Jacquard; ở Italia là giáo sư Marid Depar…[18]; [107]. Ngoài ra, các tác giả H. J. Wilke, D. K. Nachtigall, J.Diekköfer, G. Peter ở Đức đã có nhiều công trình về vấn đề này và các kết quả nghiên cứu đã được tập hợp trong cuốn sách về các TN định tính chế tạo từ các vật dụng đơn giản thuộc các nội dung Cơ, Nhiệt, Điện, Quang ”Qualitative Experiment emit einfachen Mitteln” [42]; [105]; [110].
Trong tài liệu Spaβ mit Physik dưới tiêu đề “Kreative Experimente für Schüler,
und Freizeit” của Eduardo de Campos Valadares (Đức) đã hướng dẫn HS cách làm các
TNVL đơn giản về Cơ, Nhiệt, Điện và Quang học [106]. Tài liệu đã trình bày chi tiết cách gia công dụng cụ để lắp ráp, chế tạo TN phục vụ cho việc dạy và học VL. Mục đích của tài liệu nhằm hướng dẫn HS ở các trường phổ thông tự học, tự khám phá với việc tự tạo các TN để kiểm chứng các hiện tượng và quá trình liên quan đến kiến thức được học. Các TN đó được HS tiến hành ở nhà hoặc ở các phòng thực hành TN bộ môn. Hầu hết các TN đều đơn giản, dễ làm từ các vật liệu tự kiếm, rẻ tiền. Tuy nhiên, để thực hiện được các TN này, đòi hỏi HS phải có những KN cơ bản về thao tác gia công, lắp ráp và tiến hành TN đồng thời cần phải nắm vững các kiến thức VL liên quan. Bởi vì tài liệu chưa giải thích và nêu đầy đủ các hiện tượng VL liên quan đến TN. Như vậy, để thực hiện tốt các hoạt động học tập theo hướng dẫn của tài liệu này thì cần có sự hỗ trợ của GV về việc gia công các chi tiết của dụng cụ TN cũng như bổ sung kiến thức cho HS. Trong khi đó nhiều TN được tác giả Michael Lichtfeldt và các cọng sự (Đức) trình bày trong các cuốn “Impulse Physik: low-cost-experimente für den Physickumterrricht der Sekundarstufe 1, 2” lại không đề cập đến vấn đề gia công, tự tạo TN mà chỉ nêu TN nhằm giải quyết các bài tập tình huống liên quan đến các quá trình, hiện tượng VL trong thực tiễn cuộc sống [104]. Ví dụ các hiện tượng về điện học như sự nhiễm điện do cọ sát; về điện từ như hiện tượng cảm ứng điện từ… Vì vậy, khi HS tiến hành những TN này thì GV cần có sự hướng dẫn về cách chọn lựa và gia công dụng cụ hoặc phát huy khả năng sáng tạo của HS trong tìm kiếm và gia công vật liệu. Có thể nói ở Đức người ta rất quan tâm đến xu hướng khai thác, tự tạo và sử dụng TN trong DHVL ở trường phổ thông. Ngoài những công trình đã kể đến ở trên còn rất nhiều tác giả nghiên cứu vấn đề này và công bố kết quả qua nhiều sách và tạp chí, website…, chẳng hạn như: Experimentien mit
- 15 -
einfachen Mitteln trong tạp chí Physik im Unterricht của H. J. Wilke; các TN đơn giản, tự làm Experimente zum Selber-mache trong tài liệu Trickiste 1 & 2; hay Physikalische Freihand-expermente trong Der fliegende Zirkus der Physik của Jearl Walker...[98]; [103]; [104]; [107]. Các tài liệu này tập trung trình bày về cách xây dựng, chế tạo TN được làm bằng tay với các vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền trong các nội dung DHVL phần Cơ học, Nhiệt học, Điện học và Quang học ở trường phổ thông. Các TN được trình bày thường đơn giản, dễ làm kết hợp các bài tập TN nhằm giúp HS có thể tự học ở nhà hoặc trong các giờ thực hành trên lớp với các bạn trong những nhóm học tập từ 4 đến 6 HS.
Không chỉ ở Đức mà nhiều nước khác trên thế giới như Mỹ, Pháp, Ý, Thái Lan,… nhiều tác giả đã nghiên cứu khai thác, tự tạo và sử dụng TN vào DH ở trường phổ thông. Tại Hội nghị quốc tế về khai thác, sử dụng TNTT rẻ tiền trong DHVL, tổ chức tại Cairo (Ai Cập) năm 1987, nhiều tác giả như: Kamel Was Sef, Marid Depar và H. J. Wilke đã trình bày nhiều báo cáo liên quan đến việc tự tạo TN đơn giản để sử dụng vào DHVL, các báo cáo này đã được tập hợp trong cuốn“Low cost experiments
and demonstrations in physics education” [18]; [101]; [107]. Cũng trong hướng nghiên
cứu này, tác giả V. Langue đã xuất bản cuốn sách “Những bài tập hay về thí nghiệm vật lý” được dịch giả Phạm Gia Thiều dịch và giới thiệu làm tài liệu bổ ích cho GV và HS khi dạy và học VL. Trong đó, đã giới thiệu về các bài tập TN để HS có thể tự làm ở nhà, trong lúc dạo chơi, làm trong lúc đi du lịch hoặc làm trong phòng học bộ môn… [42]. Tại khu vực châu Á và Châu Đại Dương, vấn đề tự làm đồ dùng DH đang được đầu tư và có sự tài trợ của tổ chức UNESCO trong chương trình canh tân giáo dục để phát triển dưới tiêu đề “Phát triển các thiết bị dạy học r tiền”, các nước trong khu vực đã triển khai nghiên cứu và tổ chức nhiều hội nghị, hội thảo quốc tế theo chủ đề này [89]. Với tầm ảnh hưởng đó, từ năm 1997 đến 2001, ở một số tỉnh khó khăn của Việt Nam cũng thụ hưởng một dự án quốc tế về hỗ trợ giáo dục của Vương Quốc Bỉ nhằm phát triển thiết bị DH ở trường phổ thông. Trong đó chủ yếu tập trung tự tạo và sử dụng loại TNTT đơn giản, rẻ tiền, loại TN mà theo các nhà nghiên cứu giáo dục ở Đức thường nêu với thuật ngữ “hands-on; low-cost” - có nghĩa là các TN làm bằng tay, giá thành rẻ nhưng lại có hiệu quả sử dụng cao trong DH [65]; [98]; [107]; [104].
Nhìn chung, trong các tài liệu trên, ngoài việc trình bày khá rõ khái niệm về loại TNTT đơn giản, rẻ tiền trong DH thì nó còn là một tài liệu hướng dẫn tự học bổ ích bằng cách tự tạo các TN nhằm củng cố kiến thức và tăng cường hứng thú học tập, tự khám phá khoa học cho HS. Với các tài liệu này, theo cá nhân hoặc nhóm HS có thể tự học, tự nghiên cứu về các chủ đề được đề cập trong các tài liệu đó nhằm r n
- 16 -
luyện năng lực hoạt động thực tiễn cuộc sống trong DH bộ môn VL. Tuy nhiên, để làm được các TNTT đó, HS cần được bồi dưỡng các KN thực hành ngay từ các lớp dưới như: cách gia công, lắp ráp và bố trí TN; tiến hành TN nắm được các kiến thức cơ bản để giải thích đúng hiện tượng xảy ra… Nhìn chung, các tài liệu trên chưa trình bày chuyên sâu theo từng cấp học, bậc học cụ thể của chương trình VL phổ thông mà chỉ mang tính đại chúng hỗ trợ cho HS trong việc tìm tòi sáng tạo theo mục tiêu “em
yêu khoa học”[95]; [106]; [104].
TNTT ngoài những đặc điểm chung là có tính khoa học, tính sư phạm, tính kinh tế,… nó còn mang nặng tính địa phương rất rõ rệt. Đặc tính đó thường thể hiện ở các vật liệu, thiết bị được sử dụng để làm TN, thể hiện ở chỗ các TN bám sát nội dung chương trình của mỗi quốc gia. Điều đó đã làm cho TNTT đảm bảo tính khả thi và thực tiễn khi sử dụng chúng vào DHVL ở trường phổ thông. Do đó, trong nghiên cứu sử dụng TNTT vào DH thì ngoài những đặc điểm chung, cần lưu ý những đặc điểm riêng của mỗi nước, mỗi địa phương để đảm bảo việc sử dụng chúng mang lại hiệu quả tích cực, đảm bảo tính khả thi, nhất là các TNTT do HS tự tạo từ những vật liệu mà các em tự tìm kiếm trong cuộc sống hàng ngày.
1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nước
TNVL được trang bị cho các trường phổ thông là những TN nằm trong danh mục thiết bị TN tối thiểu và hầu hết là những TN định lượng. Trong khi đó, nhiều vấn đề được trình bày trong SGK lại liên quan đến những hiện tượng, quá trình VL định tính. Những hiện tượng và quá trình VL này lại thường khá trừu tượng đối với HS. Vì vậy trong DHVL cần phải tăng cường tính trực quan qua TN và các phương tiện DH. Những TNVL mang tính định tính sử dụng vào DH ở THCS thường là các TN đơn giản, dễ chế tạo và dễ tiến hành. Do đó ngay cả những nước phát triển như Đức, Pháp, Mỹ… người ta đã rất quan tâm đến việc sử dụng TN tự làm trong DHVL. Trong DHVL, GV có thể sử dụng phối hợp các TNVL với các phương tiện nghe nhìn nhằm tăng tính trực quan cho HS. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu liên quan đến các xu hướng trên ở cả trong và ngoài nước đều đưa ra nhận định là: Sự thành công của việc khai thác, sử dụng các phương tiện DH lại phụ thuộc nhiều vào điều kiện cơ sở vật chất, thiết bị của nhà trường và vào tâm huyết cũng như năng lực của GV [12]; [43]; [65]; [73]; Việc sử dụng các phương tiện DH nào hiệu quả nhất còn phù thuộc vào mục tiêu DH cụ thể [13]; [15]; [33]; Việc nghiên cứu sử dụng TN và các phương tiện trực quan theo hướng hiện đại, cũng như TNTT đơn giản, rẻ tiền đều phải được tiến hành song song, vì chúng cùng bổ sung cho nhau mà không thay thế hoàn toàn trong quá tình DH
- 17 -
[19]. Nghĩa là, dù có đầy đủ các TN định lượng chính xác, có phương tiện DH hiện đại thì vẫn rất cần các TNTT định tính, đơn giản và ngược lại. Qua thực tiễn DH hiện nay cho thấy vấn đề khai thác, sử dụng TNTT là xu hướng có nhiều ưu thế đang được các nước trên thế giới và Việt Nam cần đầu tư nghiên cứu hơn nữa để nâng cao chất lượng và hiệu quả DHVL ở trường phổ thông.
Trong những năm gần đây, nhiều tác giả trong nước đã nghiên cứu xây dựng và sử dụng TNTT trong DHVL ở trường phổ thông. Có thể phân các kết quả đó thành 2 nhóm nghiên cứu chính sau: những nghiên cứu về TNTT phức tạp, định lượng (thường gắn với chương trình VL trung học phổ thông) và TNTT đơn giản, rẻ tiền (thường gắn với chương trình VL THCS).
♦ Những nghiên cứu về TNTT phức tạp, định lượng:
Theo trình bày của tác giả Nguyễn Anh Thuấn trong luận án tiến sĩ: “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương “sóng cơ học” vật lý 12 trung học phổ
thông theo hướng phát triển tích cực hoạt động nhận thức, sáng tạo của học sinh”, đã
đề xuất được quy trình xây dựng và chế tạo được 5 TN trong chương sóng cơ lớp 12 [73]. Theo tác giả, việc chế tạo được các TN có tính khả thi cùng với quy trình xây dựng TN trên có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển tính tích cực hoạt động NT của HS, qua đó nâng cao chất lượng DH ở trường Trung học phổ thông. Bên cạnh việc đầu tư nghiên cứu xây dựng TN, về mặt lý luận, tác giả còn đề xuất 4 giai đoạn sử dụng TN nhằm nâng cao hiệu quả DHVL. Đó là: làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu; hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của HS; kiểm tra giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết; và vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Tuy nhiên, hầu hết các TN này là TN biểu diễn của GV và TN thực hành tại lớp. Do đó vấn đề khai thác, tự tạo và sử dụng TN làm TN thực hành thực tập hoặc TN thực tập quan sát, luyện tập ở nhà của HS vẫn chưa được nhiều tác giả quan tâm, phát triển.
Cùng hướng nghiên cứu này, tác giả Dương Xuân Quý đã nghiên cứu xây dựng các thiết bị TN kỹ thuật để kiểm nghiệm dạng sin của đồ thị li độ dao động theo thời gian của các loại con lắc, TN kiểm nghiệm công thức chu kì dao động của các loại con lắc và cách sử dụng các thiết bị TN này dùng trong DHVL lớp 12 Trung học phổ thông [58]. Tác giả Nguyễn Hoàng Anh với đề tài luận án tiến sĩ: “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lý 12 nâng cao phần Cơ học” cũng có những đóng góp tương tự trong vấn đề này.
Tác giả Đặng Minh Chưởng với đề tài: “Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập trong dạy học chương Cảm ứng điện từ ở lớp 11 trung học phổ thông nâng cao
- 18 -
tác giả đã tập trung nghiên cứu chế tạo các thiết bị TN thực tập về hiện tượng cảm ứng điện từ, sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong khung dây của chương Cảm ứng điện từ thuộc chương trình VL lớp 11 trung học phổ thông [11]. Các TN này đã thể hiện rõ hiện tượng, nhất là các đại lượng được khảo sát cho kết quả được xác định tương đối chính xác, đặc biệt các TN rất dễ sử dụng trong DH. Qua nghiên cứu, tác giả đưa ra kết luận là việc xây dựng và sử dụng TN đã tích cực hóa NT của HS và góp phần nâng cao chất lượng DH ở trường Trung học phổ thông. Những TN được tác giả nghiên cứu là TN thực tập, định lượng có độ phức tạp nhất định, nên các TN này được chính tác giả thiết kế và tự tạo, HS chỉ sử dụng để thực hành mà không tham gia vào quá trình lắp ráp, tự tạo TN. Do đó, xét về mặt phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS thì TN đó vẫn còn những hạn chế nhất định.
Nhìn chung, các nghiên cứu này đều góp phần làm phong phú thêm các TN định lượng trong DHVL ở trường phổ thông. Các TN dạng này đều có độ phức tạp nhất định khi gia công và tự tạo TN, do đó hầu hết TN đều do GV tự tạo để sử dụng. Chính vì vậy vẫn còn những hạn chế về tính tích cực trong hoạt động NT của HS vì vẫn chưa phát huy hết ưu điểm nổi trội của TNTT trong DH. Do đó, bên cạnh TNTT định lượng phức tạp, cần quan tâm đến các TNTT đơn giản, dễ làm mà chính HS có thể tự tạo.
♦ Những nghiên cứu tự tạo dụng cụ TN định tính đơn giản, r tiền.
Trong nghiên cứu tự tạo TN vào DHVL, bên cạnh những TN định lượng phức tạp, người ta rất quan tâm đến những TN đơn giản, rẻ tiền bởi những ưu điểm nổi trội của nó. Theo hướng nghiên cứu đó, tác giả Ngô Quang Sơn đã tập trung nghiên cứu khai thác, chế tạo và sử dụng TN đơn giản nhằm phát huy tính tích cực của người học trong DHVL ở trường phổ thông. Trong luận án tiến sĩ (2002) với đề tài “Một số biện pháp nâng cao chất lượng DH phần dao động và sóng lớp 12 cho học viên lớn tuổi tại
các trung tâm giáo dục thường xuyên” [63], tác giả đã đề ra 3 biện pháp nâng cao chất
lượng DHVL phổ thông trong việc sử dụng TNTT, đó là: biên soạn tài liệu tự học có hướng dẫn và tài liệu tra cứu; tăng cường sử dụng TN đơn giản do học viên tự làm; r n luyện KN tự học cho học viên lớn tuổi ở trên lớp và ở nhà. Nghiên cứu này chứng tỏ: vấn đề hướng dẫn các học viên lớn tuổi tự làm TN đơn giản là hoàn toàn khả thi và có tác dụng tốt trong DHVL. Tác giả chia vấn đề hướng dẫn làm TNTT thành ba mức độ thực hiện: hướng dẫn học viên sưu tầm các thiết bị có sẵn trong cuộc sống hàng ngày, có thể dùng trong học tập VL; hướng dẫn học viên lắp ráp dụng cụ TN bằng những thiết bị sẵn có; hướng dẫn học viên tự tạo thiết bị TN bằng những vật liệu dễ tìm, dễ gia