HS miền núi khi giảng dạy các khái niệm và định luật Vật lí
2.2.1.1. Sử dụng các biện pháp dạy học nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS khi hình thành các khái niệm Vật lí bằng quan sát và khái quát hoá thực nghiệm.
Trong các khái niệm Vật lí, đặc biệt là các khái niệm Vật lí phổ thông, một số khái niệm Vật lí thƣờng đƣợc hình thành trong quá trình quan sát các hiện tƣợng thực tế và thực nghiệm Vật lí đồng thời sử dụng các phép phân tích và tổng hợp, trừu tƣợng hoá, khái quát hoá và cụ thể hoá, qui nạp và diễn dịch.
Tƣ duy liên hệ với quá trình nhận thức cảm tính. Việc hình thành các biểu tƣợng, thực hiện trên cơ sở tri giác các sự vật hiện tƣợng cụ thể. Dựa trên các biểu tƣợng, trong tƣ duy diễn ra các hoạt động phân tích, tổng hợp, trừu tƣợng hoá, khái quát hoá, cụ thể hoá, suy luận.
Một trong những hình thức quan trọng của tri thức khoa học là các khái niệm mà trong Vật lí học thƣờng đƣợc biểu thị bằng những thuật ngữ và những kí hiệu chuyên biệt. Sự hình thành ở HS các khái niệm và sự thiết lập các mối quan hệ giữa chúng đƣợc thực hiện trong quá trình thao tác trí tuệ (phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tƣợng hoá, khái quát hoá, hệ thống hoá, định nghĩa).
- Thao tác phân tích: phân tích là quá trình con ngƣời dùng trí óc để tách sự vật hiện tƣợng, quá trình thành mặt này mặt kia, thuộc tính này hay thuộc tính kia để nhận thức từng mặt, từng khía cạnh, từng thuộc tính của sự vật và hiện tƣợng. Đây là việc phân tích trong trí óc đối tƣợng nhận thức thành các bộ phận thành phần.
- Thao tác tổng hợp: tổng hợp là quá trình con ngƣời dùng trí óc để hợp nhất các thành phần của sự vật hiện tƣợng qua phân tích thành một chỉnh thể.
80
Phân tích và tổng hợp là hai quá trình ngƣợc nhau nhƣng thống nhất với nhau, đan xen nhau. Sự phân tích đƣợc tiến hành theo hƣớng của tổng hợp. Còn tổng hợp đƣợc thực hiện theo kết quả của phân tích. Phân tích và tổng hợp giúp ta hiểu sự vật, hiện tƣợng đầy đủ và sâu sắc hơn. Thao tác phân tích, tổng hợp là hai thao tác cơ bản của hoạt động trí tuệ và đƣợc chứa đựng trong mọi thao tác trí tuệ khác.
- Thao tác so sánh: so sánh là dùng trí óc đặt các đối tƣợng cần so sánh nhƣ sự vật, hiện tƣợng, quá trình cạnh nhau để xác định cái giống nhau, cái khác nhau, cái tƣơng tự giữa chúng.
Sự so sánh có thể xảy ra ở những mức độ khác nhau: Có thể là so sánh toàn phần (ví dụ: so sánh sự giống và khác nhau giữa động cơ điện và máy phát điện), hoặc so sánh một khía cạnh hay so sánh một giới hạn nào đó (thí dụ: so sánh mắt ngƣời và máy ảnh về phƣơng diện quang học). Vì vậy, khi so sánh ngƣời ta phải xác định tiêu chuẩn để so sánh. Đây là điều GV phải chú ý khi yêu cầu HS so sánh trong giờ học Vật lí. So sánh có thể xảy ra ở mức độ trừu tƣợng khác nhau, chẳng hạn khi so sánh các đồ thị, các khái niệm, các định luật thì mức độ trừu tƣợng cao hơn khi so sánh các hình vẽ, các hiện tƣợng, các đồ vật.
- Thao tác trừu tượng hoá: Trừu tƣợng hoá là quá trình con ngƣời dùng trí óc để gạt bỏ những liên hệ, những yếu tố, những thuộc tính thứ yếu, những thuộc tính không cần thiết và giữ lại những yếu tố cần thiết, căn bản. Trừu tƣợng hoá là sự nhấn mạnh các đặc điểm bản chất theo một quan điểm nhất định.
- Thao tác khái quát hoá: khái quát hoá là sự tổng hợp các đặc điểm chung của một loạt sự vật và hiện tƣợng. Vì các thuộc tính chung có thể là bản chất và cũng có thể là không bản chất. Nhƣng khái quát hoá bao giờ cũng là sự tổng kết các đặc điểm chung bản chất theo một quan điểm nhất định. Vì vậy, giữa trừu tƣợng hoá và khái quát hoá có quan hệ chặt chẽ với nhau. Trừu
81
tƣợng hoá tạo điều kiện cho khái quát hoá, còn trong khái quát hoá các thuộc tính bản chất đƣợc nhấn mạnh thêm. Trừu tƣợng hoá và khái quát hoá giữ vai trò chủ yếu khi hình thành những khái niệm mới. Quá trình trừu tƣợng hoá diễn ra ở HS trên cơ sở phân tích, so sánh và những thao tác tƣ duy khác, khi GV sử dụng rộng rãi những phƣơng tiện trực quan 3 .
Sự phân biệt những tính chất bản chất với những tính chất không bản chất, sự thống nhất những nét bản chất chung của các đối tƣợng và hiện tƣợng thực tế tạo nên quá trình khái quát hoá. Quá trình này đƣợc thực hiện trong sự thống nhất với tổng hợp, trừu tƣợng hoá và các thao tác tƣ duy khác. Do đó việc tách ra những dấu hiệu bản chất của các hiện tƣợng là một giai đoạn cần thiết của sự khái quát hoá.
Trong quá trình hình thành khái niệm, sự cụ thể hoá cũng quan trọng nhƣ sự khái quát hoá. Nhờ sự cụ thể hoá, nội dung của những vấn đề trừu tƣợng đƣợc vạch rõ. Điều này xảy ra theo con đƣờng đƣa chúng vào hệ thống các sự kiện và quan hệ thực tế ở trong ý thức của HS
Ví dụ:
- Khi hình thành khái niệm hiện tƣợng cảm ứng điện từ. Sau khi HS đƣợc quan sát các thí nghiệm và nhận thấy: kim điện kế (đƣợc nối với cuộn dây) bị lệch khi đƣa thanh nam châm lại gần (ra xa) ống dây, hoặc đƣa ống dây lại gần (ra xa) thanh nam châm. GV đặt câu hỏi: “nguyên nhân làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây”, bằng nhận thức cảm tính HS có thể trả lời ngay: “nguyên nhân làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây là do có sự chuyển động tƣơng đối giữa nam châm và cuộn dây”. Nhƣng khi HS đƣợc quan sát thí nghiệm tiếp theo đó là khi dịch chuyển con chạy của biến trở (mắc nối tiếp với nam châm điện) thì thấy rằng kim điện kế vẫn bị lệch. Từ đó các em thấy rằng kết luận rút ra ở trên (về nguyên nhân xuất hiện dòng điện cảm ứng) bằng nhận thức cảm tính là không đúng. Khi đó GV có
82
thể đặt ra câu hỏi: “ Có cái gì là nguyên nhân chung làm xuất hiện dòng điện trong tất cả những thí nghiệm đã tiến hành?”. Bằng cách so sánh các thí nghiệm, phân tích các hiện tƣợng quan sát đƣợc, gạt bỏ những mặt không bản chất của các hiện tƣợng, HS đi tới kết luận rằng: nguyên nhân xuất hiện suất điện động cảm ứng là sự biến đổi của từ thông qua khung dây trong đó suất điện động cảm ứng đƣợc tạo ra, còn sự chuyển động tƣơng đối giữa nam châm và ống dây chỉ là nguyên nhân gián tiếp (làm cho từ thông qua khung dây biến thiên).
- Khi hình thành khái niệm về sự rơi tự do: sau khi đƣợc quan sát về sự rơi của một hòn sỏi và một tờ giấy, của một cành cây khô và một chiếc lá vàng (là những hiện tƣợng rất gần gũi đối với HS miền núi)…, bằng nhận thức cảm tính HS sẽ kết luận ngay là “vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ”. Nhƣng khi quan sát sự rơi của hai tờ giấy kích thƣớc bằng nhau (trong đó một tờ để phẳng còn một tờ đƣợc vo tròn lại), HS sẽ thấy kết luận ở trên là chƣa chính xác. Qua so sánh, phân tích…HS dự đoán: “sức cản của không khí là nguyên nhân làm cho các vật rơi nhanh chậm”. Khi đó, GV có thể yêu cầu HS suy nghĩ tìm giải pháp thí nghiệm kiểm chứng cho dự đoán trên, HS thấy rằng phải tạo ra một môi trƣờng chân không và cho các vật rơi trong đó. Sau khi cho HS thảo luận, GV cho HS quan sát sự rơi của các vật trong ống Niutơn, rút ra nhận xét rằng: “trong chân không, khi không còn sức cản của không khí, các vật rơi nhanh chậm nhƣ nhau”. Từ đó, GV hƣớng dẫn HS thực hiện các quá trình phân tích, tổng hợp, khái quát hoá…để đƣa ra định nghĩa sự rơi tự do và các đặc điểm của nó (tính chất chuyển động, phƣơng, chiều, vận tốc, gia tốc…).
Tính hợp lí của việc sử dụng các phƣơng pháp khác nhau để hình thành các khái niệm cũng nhƣ mức độ tham gia của HS vào quá trình đó phụ thuộc vào lứa tuổi, vào sự chuẩn bị và năng lực cá nhân của HS.
83
Trong bƣớc đầu của việc hình thành các khái niệm Vật lí, HS đi từ những kiến thức cảm tính cụ thể về các sự kiện đến nhận thức các qui luật của tự nhiên, nghĩa là đi từ cụ thể đến trừu tƣợng. Tuy nhiên đó không phải là con đƣờng duy nhất của sự phát triển tƣ duy. Trong quá trình nhận thức các khái niệm trừu tƣợng, HS “ƣớm thử” chúng vào các hiện tƣợng và quá trình mà họ đã biết, cố gắng hiểu chúng.
Trong quá trình hình thành các khái niệm, những suy luận qui nạp và suy diễn có một ý nghĩa quan trọng.
Trong suy luận qui nạp, nhận thức đi từ cái riêng đến cái chung, từ một dấu hiệu nào đó đúng cho một vài đối tƣợng thuộc một lớp, ngƣời ta mở rộng ra cho tất cả những đối tƣợng thuộc lớp đó. Chẳng hạn từ quan sát thấy rằng một số kim loại dẫn điện rút ra kết luận về tính dẫn điện của tất cả các kim loại.
Qui nạp cho ta khả năng thu đƣợc những kiến thức mới dựa trên cơ sở thí nghiệm. Nhƣng cần lƣu ý rằng kết luận có đƣợc bằng qui nạp không nhất thiết là xác thực. Trong quá trình nhận thức, qui nạp có mối quan hệ mật thiết với suy diễn.
Trong suy diễn, nhận thức đi từ nguyên lí chung đến những kết luận riêng tuân theo những qui tắc xác định. Ví dụ: khi nghiên cứu dòng điện một chiều trong việc mắc các dây dẫn song song, từ những hệ thức: I = I1 + I2 ; U1 = U2 = U; R=
I U
, có thể bằng suy diễn thu đƣợc công thức tính điện trở tƣơng đƣơng của đoạn mạch song song: 1 1 1 .
2
1 R
R R
Trong quá trình nhận thức, suy luận qui nạp và suy diễn có mối liên hệ hữu cơ. Bởi vậy, trong dạy học Vật lí, chỉ dạy các em đi từ cái riêng đến cái chung là chƣa đủ mà phải dạy các em thực hiện những suy luận lí thuyết: từ
84
cái chung đến cái riêng. Luận điểm tâm lí học này đã đƣợc phản ánh trong phƣơng pháp hình thành các khái niệm nhƣ: khối lƣợng, năng lƣợng…
Ở trên ta đã nhận xét rằng những phƣơng tiện trực quan giữ một vai trò đặc biệt ở trình độ nhận thức cảm tính. Những phƣơng tiện đó không mất ý nghĩa của chúng ở trình độ lí tính, vì nhận thức lí tính có liên hệ chặt chẽ với nhận thức cảm tính.
Tƣ duy HS có thể phát triển trong trƣờng hợp nếu họ có một số vốn kiến thức nhất định ở trình độ nhận thức cảm tính. Ví dụ: không thể trình bày cho HS những cơ sở của thuyết động học phân tử nếu nhƣ họ chƣa biết những sự kiện, hiện tƣợng làm cơ sở của nó. Vì vậy, cần phải có sự chú ý cần thiết đến tri giác cảm tính của HS bằng cách sử dụng rộng rãi những phƣơng tiện trực quan và những thí nghiệm tự làm của HS.
2.2.1.2. Sử dụng các biện pháp dạy học nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS khi hình thành các định luật Vật lí bằng quan sát và khái quát hoá thực nghiệm.
Cần tạo ra tình huống có vấn đề, ở đây có thể bằng việc phân tích các số liệu, sự kiện thực tế hay thí nghiệm mở đầu, câu hỏi nêu vấn đề…để với vốn hiểu biết đã có của mình, HS không thể trả lời đƣợc những câu hỏi này một cách rõ ràng, chính xác, họ không thể suy ra một câu trả lời dựa trên kiến thức đã có trƣớc. Đây là bƣớc chuẩn bị, tạo tiền đề về tri thức và các yếu tố tâm lí thuận lợi cho việc nghiên cứu định luật mới.
Cần lựa chọn các thí nghiệm thể hiện rõ mối quan hệ chứa đựng trong định luật. Khi tiến hành thí nghiệm, cần nêu rõ mục đích yêu cầu, hƣớng dẫn HS quan sát, ghi chép và xử lí các số liệu thí nghiệm, từ đó phân tích, lập luận khái quát rút ra kết luận. Tất nhiên không nên từ một thí nghiệm mà rút ra định luật, điều rút ra ở thực tế thí nghiệm mới chỉ là kết luận cục bộ. Kết luận
85
ấy phải đƣợc thể hiện ở hàng loạt hiện tƣợng khác mới có thể đến mức tổng quát và trở thành định luật đƣợc.
Ví dụ: Ở lớp 8, HS đã biết một môi trƣờng trong suốt, đồng tính, ánh sáng truyền theo một đƣờng thẳng. Quan sát trong thực tiễn, HS cũng đã biết khi ánh sáng gặp một mặt nƣớc yên lặng hay một gƣơng phẳng, ánh sáng đổi hƣớng. GV đƣa ra khái niệm “tia phản xạ” để biểu thị tia sáng đổi hƣớng sau khi gặp mặt phẳng nhẵn bóng. Vấn đề mới đƣợc đặt ra là tia phản xạ sẽ truyền đi theo hƣớng nào? Mối quan hệ giữa hƣớng của tia tới và hƣớng của tia phản xạ nhƣ thế nào? Với vốn hiểu biết đã có của mình, HS không thể trả lời đƣợc những câu hỏi này một cách rõ ràng, chính xác, các em không thể suy ra một câu trả lời dựa trên kiến thức đã có trƣớc. Chỉ còn một cách là phải quan sát kĩ hiện tƣợng phản xạ nhiều lần để tìm ra mối quan hệ này.
HS phải biết cách xác định hƣớng của tia sáng, giống nhƣ xác định một đƣờng thẳng: xác định góc tạo bởi đƣờng thẳng đó với một đƣờng thẳng đã cho trƣớc. Trong trƣờng hợp tia sáng, có một cách thuận lợi là xác định góc tạo bởi tia sáng với đƣờng thẳng pháp tuyến của mặt phản xạ ở điểm tới. Do đó, để tìm ra qui luật về đƣờng truyền của tia phản xạ, ta tìm mặt phẳng chứa tia phản xạ và quan hệ giữa góc tới i và góc phản xạ r.
Quan sát trực tiếp trên thí nghiệm, ta thu đƣợc những kết quả sau:
- Khi thay đổi hƣớng của tia tới, tia phản xạ cũng thay đổi hƣớng, nhƣng trong những trƣờng hợp làm thí nghiệm đều thấy một kết quả chung, đó là: tia phản xạ luôn luôn nằm trên cùng một mặt phẳng với tia tới (gọi là mặt phẳng tới). Từ đó ta đi tới kết luận chung là tia phản xạ nằm trên mặt phẳng tới.
- Để so sánh góc tới và góc phản xạ, ta đo góc tới và góc phản xạ trong mỗi lần làm thí nghiệm và thu đƣợc kết quả ghi trong bảng sau:
86 Lần đo Góc tới i Góc phản xạ r Lần 1 100 100 Lần 2 200 200 Lần 3 300 300 Lần 4 450 45,50 Lần 5 600 610 Lần 6 800 810
Ta rút ra kết luận chung cho các lần thí nghiệm trên là “góc tới bằng góc phản xạ” với sai số nhỏ không đáng kể. Kết luận này đƣợc mở rộng, khái quát hoá cho mọi góc tới i, kể cả trƣờng hợp không làm thí nghiệm. Kết luận này càng có giá trị phổ biến khi số lần làm thí nghiệm với các gƣơng khác nhau, các góc tới có giá trị khác nhau càng nhiều. Tuy nhiên, trong điều kiện của trƣờng phổ thông cũng nhƣ thời gian của một tiết học, không thể làm đƣợc nhiều, cho nên chỉ cần cho HS quen với cách làm việc, qua đó có cơ sở để tin tƣởng rằng sự khái quát hoá là đúng đắn.