Việc dạy học các ứng dụng kỹ thuật theo con đờng thứ nhất thực chất là giải toán "hộp trắng": biết đầu vào, biết đầu ra và cấu tạo bên trong của hộp, hãy giải thích tại sao đầu vào thế này, nhờ thiết bị (ứng dụng kỹ thuật) lại cho đầu ra nh vậy? Để đa ra lời giải thích đúng, điều quan trọng trớc tiên là
HS phải xác định đợc " điều cần phải giải thích".
Ví dụ: Khi nghiên cứu máy biến thế, một trong các điều cần giải thích là: Tại sao khi nối hai đầu dây cuộn sơ cấp với một hiệu điện thế xoay chiều thì ta thu đợc ở hai đầu dây cuộn thứ cấp một hiệu điện thế xoay chiều khi mạch hở hoặc dòng điện xoay chiều nếu mạch kín.
Hay khi nghiên cứu Kính lúp ( chơng trình Vật lý 11- Nâng cao) một trong những điều cần giải thích là : Tại sao khi nhìn dòng chữ trên trang sách qua kính lúp thì thấy ảnh của các chữ trên trang sách dới góc trông lớn hơn.
Đợc định hớng từ điều cần giải thích này, HS tìm con đờng giải thích theo phơng pháp t duy diễn dịch trên cơ sở đối chiếu các định luật, nguyên lý vật lý đã biết trong điều kiện cụ thể đợc quy định bởi cấu tạo của thiết bị kỹ thuật.
Khó khăn nhất đối với HS ở đây là: từ cấu tạo, thực chất rất phức tạp của ứng dụng kỹ thuật và từ nghiên cứu vận hành của nó, HS phải phát hiện ra đợc các mối quan hệ có bản chất vật lý, những mối quan hệ có tính quy luật đã biết, tồn tại trong đối tợng cụ thể đang nghiên cứu. Quá trình này đòi hỏi HS phải tiến hành các thao tác t duy phân tích, tổng hợp và đặc biệt là t duy diễn dịch. Để tạo điều kiện cho HS thực hiện quá trình này thành công thì việc đa ra mô hình vật chất chức năng thay thế cho đối tợng nghiên cứu có ý nghĩa hết sức quan trọng. Trong dạy học các ứng dụng kỹ thuật, ngời ta thờng sử dụng mô hình hình vẽ hay mô hình vật chất- chức năng hoặc sử dụng cả hai loại mô hình. Việc sử dụng mô hình vật chất- chức năng mang tính trực quan hơn. Việc cho mô hình vận hành không những tạo điều kiện cho HS dễ dàng phát hiện ra quy luật vật lý tiềm ẩn trong nó mà còn minh họa đợc cho quá trình hoạt động thực của thiết bị.
Con đờng giải thích nguyên tắc hoạt động của ứng dụng kỹ thuật thờng bao gồm chuỗi các quan hệ vật lý theo logic nhân quả cũng nh chuỗi các quan hệ vật lý theo tính quy luật (đợc phát biểu dới dạng các định luật, nguyên lý...)
Ví dụ:
-Khi nghiên cứu cấu tạo của máy biến thế, ta thấy: máy biến thế thật rất phức tạp, nhìn bề ngoài không thể thấy rõ đâu là bộ phận chủ yếu.
Phân tích tính năng, tác dụng của máy biến thế, ta thấy: đầu vào là hiệu điện thế xoay chiều, đầu ra cũng là hiệu điện thế xoay chiều, vậy phải chú ý đến sự có mặt của các cuộn dây, lõi sắt.
Khi giải thích nguyên tắc hoạt động của máy biến thế thì quan hệ có tính nhân quả là: Dòng điện trong cuộn sơ cấp làm cho lõi sắt bị nhiễm từ; vì dòng điện từ hóa lõi sắt là dòng điện xoay chiều nên từ trờng trong lõi sắt là từ trờng biến đổi. Còn quan hệ có tính quy luật là: Từ trờng biến đổi xuyên qua cuộn thứ
cấp sẽ tạo ra trong cuộn này một dòng điện cảm ứng xoay chiều (nếu mạch kín) hoặc một hiệu điện thế xoay chiều (nếu mạch hở).
- Khi nghiên cứu cấu tạo của kính thiên văn, ta thấy kính thiên văn thật rất phức tạp.
Phân tích tác dụng của kính thiên văn, ta thấy: Khi quan sát các thiên thể ở xa Trái Đất, qua kính sẽ tăng góc trông đến rất nhiều lần, vậy phải nghĩ đến các linh kiện quang học đã học.
Những phân tích nêu trên cho thấy việc dạy học các ứng dụng kỹ thuật theo con đờng thứ nhất có thể tiến hành theo các bớc cơ bản sau [33]:
* Bớc 1: Cho HS quan sát thiết bị gốc. Trình bày mục đích sử dụng của nó.
* Bớc 2: Nghiên cứu cấu tạo của thiết bị gốc để đa ra mô hình của nó (mô hình vật chất- chức năng, mô hình hình vẽ hoặc cả hai mô hình).
* Bớc 3: Sử dụng mô hình để giải thích nguyên tắc hoạt động của thiết bị trên cơ sở vận dụng các mối quan hệ có tính nhân quả hay có tính quy luật vật lý đã biết. Nếu ở bớc 2 đã đa ra mô hình vật chất- chức năng thì ở bớc 3 này cần vận dụng mô hình để minh họa nguyên lý hoạt động của ứng dụng kỹ thuật.
1.4.4.2.Dạy học các ứng dụng kỹ thuật theo con đờng thứ hai
Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật theo con đờng thứ hai thực chất là làm nhiệm vụ thiết kế một thiết bị kỹ thuật có chức năng nào đó dựa trên các mối quan hệ có tính quy luật về vật lý đã biết (khái niệm, định luật, nguyên lý... vật lý) cần phải đợc ôn tập kỹ lỡng. Đó là cơ sở để đề xuất phơng án thiết kế máy móc, thiết bị kỹ thuật. Sau đó GV cần đặt ra nhiệm vụ nhận thức cho HS : thiết kế chế tạo một thiết bị kỹ thuật có một chức năng nào đó, đa thiết bị kỹ thuật vào sử dụng trong đời sống và sản xuất đợc, phải bổ sung thêm những chi tiết kỹ thuật mới khi cần thiết.
Việc đề xuất phơng án thiết kế một thiết bị kỹ thuật xuất phát từ những định luật, nguyên lý vật lý khái quát đòi hỏi ở HS có trình độ t duy diễn dịch, t duy vật lý kỹ thuật. ở đây, GV cần chú ý rằng: những trờng hợp riêng của quy luật, nguyên lý vật lý đã biết có ý nghĩa định hớng tốt nhất đối với HS trong việc đề ra các phơng án thiết kế các thiết bị kỹ thuật.
Ví dụ:
- Khi dây dẫn (hoặc khung dây dẫn) chuyển động cắt các đờng cảm ứng từ (trờng hợp riêng của định luật cảm ứng điện từ) sẽ tạo nên trong dây dẫn( hoặc khung dây dẫn) một suất điện động cảm ứng. Trờng hợp riêng này là cơ sở định hớng tốt nhất khi HS thiết kế máy phát điện. Còn việc đa dòng điện cảm ứng ra ngoài để sử dụng thì phải sáng tạo ra các bộ phận mới, gọi là các chi tiết kỹ thuật.
- Khi dạy về kính thiên văn, từ nguyên tắc cấu tạo: " Muốn tăng góc trông thì trớc hết, phải tạo đợc một ảnh thật của vật ở vị trí gần nhờ dụng cụ quang thứ nhất. Sau đó, nhìn ảnh này qua dụng cụ quang thứ hai để thấy ảnh cuối cùng dới một góc trông lớn hơn". Từ nguyên tắc cấu tạo trên, HS có thể xác định đợc dụng cụ quang nào đóng vai trò dụng cụ quang thứ nhất, dụng cụ quang nào đóng vai trò quang thứ hai.
Trong quá trình HS đề xuất các phơng án thiết kế ứng dụng kỹ thuật, sự thảo luận giữa các HS với nhau, dới sự giúp đỡ, hớng dẫn của GV sẽ dẫn tới chọn đợc các ý tởng cơ bản để chế tạo thiết bị mong muốn.
Để kiểm tra tính đúng đắn của các ý tởng đó thì việc đa ra mô hình vật chất- chức năng tơng ứng và cho nó vận hành (xem nó có đạt đợc đúng chức năng nh dự kiến không) là giai đoạn hết sức quan trọng trong quá trình nhận thức.
Để HS có đợc sự hiểu biết đầy đủ về thiết bị ứng dụng kỹ thuật, việc làm tiếp theo của GV là trình bày bổ sung vào mô hình các chi tiết về mặt kỹ thuật của thiết bị đợc sử dụng trong thực tiễn và cho HS quan sát vật thật với tất cả các chi tiết phức tạp của nó hoặc quan sát mô hình có thêm chi tiết kỹ thuật.
Các phân tích ở trên cho thấy: dạy học các ứng dụng kỹ thuật theo con đ- ờng thứ hai có thể tiến hành theo các bớc cơ bản sau [33]:
* Bớc 1: Ôn tập các khái niệm, định luật… vật lý (trong trờng hợp cần thiết thì ôn tập cả các trờng hợp riêng của chúng) có liên quan đến nguyên tắc hoạt động của thiết bị ứng dụng kỹ thuật dựa trên khái niệm, định luật vật lý đó.
* Bớc 2: Đa ra nhiệm vụ thiết kế một thiết bị ứng dụng kỹ thuật có chức năng nào đó.
* Bớc 3: Hớng dẫn HS vận dụng các mối quan hệ có tính quy luật, có tính nhân quả về vật lý đã biết để đề xuất những dự án thiết kế thiết bị đó. Tổ chức cho HS thảo luận các dự án thiết kế thiết bị đã đề xuất để chọn phơng án khả dĩ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Bớc 4: Đa ra mô hình vật chất- chức năng tơng ứng với dự án thiết kế đã lựa chọn và cho mô hình vận hành để kiểm tra tính đúng đắn của thiết kế này.
* Bớc 5: Bổ sung, hoàn thiện mô hình về phơng diện kỹ thuật, phù hợp trong thực tiễn và đa ra vật thật hoặc mô hình có thêm các chi tiết kỹ thuật để HS có hiểu biết đầy đủ về ứng dụng kỹ thuật. Cuối cùng là tóm tắt lại chức năng, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của ứng dụng kỹ thuật vừa nghiên cứu.
Xét theo quan điểm lí luận dạy học hiện đại trình bày ở trên, việc dạy học theo con đờng thứ hai có tác dụng tốt hơn đối với việc phát huy năng lực sáng tạo của HS. Việc dạy học các ứng dụng kỹ thuật mà nhiệm vụ thiết kế chúng không quá phức tạp, phù hợp với trình độ HS thì có thể theo con đờng này. Tất nhiên, trong quá trình giải quyết nhiệm vụ nhận thức, HS có thể gặp khó khăn, khi đó GV sẽ hớng dẫn, giúp đỡ. Việc dạy học tho con đờng này còn tùy thuộc vào nội dung kiến thức về ứng dụng kỹ thuật ở các bậc học, tình hình trang thiết bị ở trờng phổ thông và trình độ của HS.
Trong nhiều trờng hợp, nhiệm vụ thiết kế quá phức tạp, vợt quá trình độ của HS hoặc vợt quá yêu cầu nội dung của kiến thức ở bậc học thì nên theo con đờng thứ nhất. Nhng khi dạy học các ứng dụng kỹ thuật theo con đờng này, GV cũng cần tránh sự thông báo, áp đặt mà cần hớng dẫn HS tự lực thực hiện các công việc mà HS có thể làm đợc.