2.1. Khái niệm về mô hình
Khái niệm mô hình đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ đời thƣờng và trong kỹ thuật với những ý nghĩa khác nhau. Trong vật lý học, V.A. Stôphơ định nghĩa: „Mô hình là một hệ thống đƣợc hình dung trong óc hay đƣợc biểu hiện bằng vật thể, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tƣợng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối tƣợng‟. [9]
Theo đó, mô hình không đồng nhất với đối tƣợng mà nó phản ảnh. Một mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tƣợng vật chất. Cùng một đối tƣợng có thể có nhiều mô hình khác nhau.
2.2.Phân loại mô hình trong vật lý học
Có thể phân các mô hình trong nghiên cứu vật lý học thành các loại theo sơ đồ dƣới đây:
Sơ đồ 1. Phân loại mô hình trong dạy học Vật lý
2.3.Chức năng của mô hình trong vật lý học
Trong vật lý học, mô hình có một số chức năng đáng chú ý sau: - Mô tả sự vật, hiện tƣợng.
- Giải thích các tính chất và hiện tƣợng có liên quan đến đối tƣợng. - Tiên đoán các tính chất, hiện tƣợng mới.
Mô hình vật chất
Là mô hình bằng vật thể phản ánh những đặc trƣng cơ bản về mặt hình học, vật lý học, động lực học,
chức năng học của đối tựng nghiên cứu. Thƣờng xuất hiện ở giai đoạn đầu của quá trình nhận
thức khoa học.
Mô hình biểu tượng (mô hình hình ảnh)
Là mô hình chỉ có trong tƣ duy. Nhiều khi mô hình biểu tƣợng đƣợc vật chất hóa đến một mức độ nào đó để hỗ trợ cho quá
trình tƣ duy.
Mô hình ký hiệu (mô hình dấu hiệu)
Là hệ thống những ký hiệu dùng để mô tả hay thay thế một sự vật, hiện
tƣợng vật lý.
Mô hình lý thuyết
Là những mô hình trừu tƣợng, về nguyên tắc ngƣời ta chỉ áp dụng các thao tác tƣ duy lý thuyết. Mô hình và đối tƣợng gốc có bản chất vật lý hoàn toàn khác nhau nhƣng
hoạt động theo quy luật giống nhau.
Ví dụ: mô hình tên lửa, mô hình máy phát điện xoay chiều …
Ví dụ: 𝐹ℎ𝑝 = −𝑘𝑥 𝑥 = 𝐴 cos(𝜔𝑡 + 𝜑)
3. Điều tra thực tiễn của việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh ở THPT
3.1.Mục đích điều tra
- Tìm hiểu quan điểm của giáo viên và học sinh về NLTN.
- Tìm hiểu đƣợc thực trạng phát triển của các thành tố trong cấu trúc NLTN, thuận lợi và khó khăn khi phát triển NLTN cho học sinh THPT của GV.
- Tìm hiểu những vƣớng mắc của học sinh đối với các nhiệm vụ học tập trong bài 31: Mắt.
- Tìm hiểu những khó khăn của học sinh khi học tập phần kiến thức liên quan đến Mắt và các tật của mắt. Và những quan điểm của giáo viên về khả năng tiếp thu kiến thức nội dung này.
3.2.Phương pháp điều tra
Để đạt đƣợc mục đích điều tra trên, chúng tôi đã tiến hành thu thập thông tin qua việc quan sát, phát phiếu đánh giá (phụ lục 1), thống kê kết quả theo phiếu đã phát.
3.3.Kết quả điều tra
Chúng tôi đã phát phiếu điều tra, tìm hiểu quan niệm của giáo viên về việc sử dụng mô hình nói riêng hay các nhiệm vụ thực nghiệm nói chung để phát triển NLTN cho HS trong dạy học vật lý. Đồng thời, tìm hiểu phong cách học tập của học sinh trong quá trình học bài „Mắt và các tật của mắt‟ – SGK Vật lý 11 cơ bản ở trƣờng Trung học phổ thông Đông Anh (Hà Nội), gồm có:
- Số trƣờng điều tra: 1
- Số phiếu điều tra giáo viên: 7 - Sô giáo viên cho biết ý kiến: 7 - Số phiếu điều tra học sinh: 120 - Số học sinh cho biết ý kiến: 120 - Kết quả điều tra: Phụ lục 2 - Đối với giáo viên:
+ Đa số GV đƣợc hỏi ý kiến đều đồng tình với quan niệm về năng lực và năng lực thực nghiệm mà chúng tôi đƣa ra (100%), vì thế quan niệm về năng lực hay năng lực thực nghiệm đã đƣợc đƣa ra và sử dụng trong nghiên cứu này là phù
hợp. Bên cạnh đó, 100% GV đều cho rằng việc phát triển NLTN đối với HS bậc phổ thông là cần thiết/ rất cần thiết.
+ Với cấu trúc NLTN chúng ta nêu ra cũng đã nhận đƣợc sự nhất trí cao của các GV đƣợc hỏi ý kiến, chỉ có số ít GV chƣa thực sự đồng ý về một vài thành tố nhỏ. Chính vì thế, chúng tôi quyết định sử dụng cấu trúc này làm căn cứ cơ bản nhất để thiết kế các nhiệm vụ giúp phát triển NLTN cho học sinh.
+ Theo ý kiến cá nhân của GV, 100% thầy cô đều cho rằng các hoạt động: sử dụng mô hình, thí nghiệm trong quá trình giảng dạy; cho học sinh thực hành trong các tiết thực hành; kiểm tra, đánh giá học sinh bằng các nhiệm vụ nhỏ yêu cầu về tính sáng tạo, vận dụng linh hoạt kiến thức lý thuyết; Hay tổ chức hƣớng dẫn học sinh tiến hành nhiệm vụ thực nghiệm; Hoặc cho học sinh tham gia các hoạt động trải nghiếm sáng tạo … đều giúp học sinh có cơ hội hình thành và phát triển NLTN trong quá trình học tập bộ môn. Tuy nhiên đối với việc áp dụng các hoạt động này vào thực tế giảng dạy thì chƣa đƣợc thƣờng xuyên và hiệu quả. Các thầy cô đa phần chỉ dừng lại ở việc tổ chức cho học sinh quan sát mô hình hay dụng cụ thí nghiệm, thí nghiệm minh họa mẫu, video thí nghiệm hoặc cho học sinh làm thí nghiệm trong các giờ học có khả năng; hầu nhƣ chƣa từng tổ chức cho học sinh chủ động thực hiện nhiệm vụ thực nghiệm, hay chƣa cho học sinh tham gia các hoạt động trải nghiệm sáng tạo …
+ Đối với việc sử dụng mô hình, GV đều đƣa mô hình vật chất vào giảng dạy bộ môn. Tuy nhiên, phần lớn các thầy cô sử dụng nhƣng tần suất rất ít (57.14%) và chủ yếu đƣa ra mô hình cho HS quan sát, nhận xét. Không có GV nào đƣa ra nhiệm vụ thực nghiệm liên quan đến mô hình và sử dụng mô hình đó vào giảng dạy. Mô hình đƣợc sử dụng rất hạn chế. Trong quá trình đƣa mô hình vào các hoạt động dạy và học, thầy cô chủ yếu gặp 2 khó khăn lớn nhất: một là, học sinh chƣa làm quen và chƣa có kỹ năng khai thác thông tin từ mô hình dẫn đến hiệu quả học tập còn chƣa cao (100%); hai là, việc thiết kế mô hình mất nhiều thời gian và công sức (100%).
+ Xét riêng về tiết dạy bài „Mắt và các tật của mắt‟, các thầy cô đối với lớp thƣờng chủ yếu đặt vấn đề, sử dụng video/ hình ảnh để rút ra kiến thức; trong khi đó, học sinh cơ bản chỉ thụ động tiếp nhận kiến thức mà giáo viên đƣa ra hoặc gợi
ý, định hƣớng cho học sinh hƣớng đến. Học sinh tích cực hơn vào hoạt động tìm hiểu kiến thức mới ở các lớp khá giỏi nhƣng ở những đối tƣợng học sinh này, giáo viên lại thƣờng đặt nặng vấn đề giải bài tập phục vụ thi định kỳ và thi đại học. Và trong quá trình dạy các đơn vị kiến thức thuộc bài học, thầy cô giáo đã đƣa ra một số khó khăn bản thân gặp phải. Phần lớn ý kiến các thầy cô đƣa ra đều là đa phần học sinh lớp thƣờng khó hình dung ra cấu tạo/ tác dụng từng bộ phận của mắt, từ đó khó tiếp thu đƣợc các đơn vị kiến thức tiếp theo và khó áp dụng vào để giải bài tập khó về mắt. Hệ quả của hiệu suất tiết học chƣa đƣợc quá tốt dẫn đến việc học sinh chủ yếu chỉ trình bày đƣợc kiến thức đã học của bài, muốn vận dụng vào làm bài tập hoặc giải quyết các vấn đề khác thƣờng đều phải giáo viên nhắc lại hoặc đƣa ra định hƣớng cụ thể.
+ Khi đƣợc hỏi về nếu có thế đƣa nhiệm vụ xây dựng một mô hình vật chất chức năng của mắt vào giảng dạy bài „Mắt và các tật của mắt‟ thì sẽ có ƣu điểm gì, các thầy cô đều cho rằng có nhiều ƣu điểm: Có thể giúp học sinh hình dung chính xác và rõ ràng về cấu tọa của mắt, bên cạnh đó, bƣớc đầu giúp học sinh xây dựng, phát triển các kỹ năng thuộc NLTN (cả 4 năng lực thành phần của NLTN); Hay còn giúp học sinh cải thiện đƣợc một số năng lực khác (năng lực hợp tác nhóm, năng lực giải quyết vấn đề …). Thế nhƣng, khi đánh giá sự cần thiết việc đƣa nhiệm vụ này vào tổ chức hoạt động trên lớp, giáo viên lại đƣa ra ý kiến không cũng đƣợc, có thì tốt (71.43%) vì cách thức còn tùy thuộc vào đối tƣợng học sinh và điều kiện khách quan khác.
Tóm lại, qua kết quả điều tra và phân tích, mặc dù số lƣợng khảo sát giáo viên có hạn nhƣng chúng tôi nhận thấy đƣợc các thầy cô đều rất quan tâm đến vấn đề dạy học theo định hƣớng phát triển năng lực cho học sinh, đặc biệt là NLTN trong bộ môn Vật lý là cần thiết và phù hợp. Bên cạnh đó, các thầy cô giáo còn gặp phải một số khó khăn trong giảng dạy cũng nhƣ vấn đề về mức độ tiếp thu của học sinh và một số vấn đề khách quan khác khi dạy học theo định hƣớng này. Ƣu điểm lớn nhất ở đây là các thầy cô giáo nhiệt tình trong công tác giảng dạy và học sinh rất hợp tác, hứng thú đối với các hoạt động học đƣợc đƣa ra.
+ Học sinh đã và đang đƣợc tạo điều kiện để tiếp cận với các phƣơng tiện học tập rất phong phú (sgk, tranh ảnh, phần mềm mô phỏng, video …)
+ Học sinh thƣờng xuyên đƣợc giải các bài tập cơ bản (100%) và các thầy cô giáo cũng thƣờng đƣa ra các bài tập giải thích hiện tƣợng cho các em, nhƣ vậy việc giúp cho HS nắm vững kiến tức và vận dụng kiến thức cơ bản rất đƣợc chú trọng. HS cũng thƣờng đƣợc giải các bài tập nâng cao để phục vụ việc thi định kỳ và thi đại học.
+ Bên cạnh đó, học sinh cũng đã đƣợc tiếp cận và ứng dụng kiến thức vào các nhiệm vụ hợp tập ở mức độ cao hơn, nhƣ là: đƣợc thiết kế phƣơng án thí nghiệm (47.5%), thực hiện tiến hành thí nghiệm (83.34%), đo đạc các thông số ngoài thực tế (30.83%) …
+ Ngoài nhiệm vụ giải bài tập nhằm mục đích thi định kỳ và thi đại học, học sinh phần lớn muốn nhận đƣợc các nhiệm vụ về thiết kế phƣơng án thí nghiệm (50%), tiến hành thí nghiệm (67.5%), chế tạo thiết bị, dụng cụ/ xây dựng mô hình (56.67%) … Và đa số các em đều muốn tự tìm hiểu trƣớc, sau đó trao đổi nhóm với nhau để giải quyết vấn đề học tập. Dựa trên những mong muốn về nhiệm vụ học tập này của học sinh, chúng tôi sẽ thiết kế và chuyển giao cho nhóm học sinh những nhiệm vụ vận hành mô hình, chế tạo và cải tạo mô hình để HS có cơ hội đƣợc thực hành thiết kế chế tạo.
+ Khi đƣợc giao cho các nhiệm vụ liên quan đến thực tế, các em gặp khó khăn trong việc vận dụng linh hoạt, tổng hợp các kiến thức, kỹ năng để giải quyết vấn đề (73.34%) và các em cũng chƣa có các kỹ năng để thực hành giải quyết vấn đề đó (75%). Chính vì vậy, những nhiệm vụ của chúng tôi thiết kế trong tiến trình dạy học ở chƣơng tiếp theo sẽ đi từ những nhiệm vụ đơn giản đến phức tạp, từ việc tiếp cận làm quen với mô hình đến việc thành thạo trong vận hành mô hình.
+ Phần lớn số học sinh đƣợc khảo sát, các em (80%) đều đã đƣợc tiếp xúc với mô hình vật chất trong học tập bộ môn Vật lý để quan sát và nhận xét là chủ yếu. Tuy nhiên, các em lại gặp phải những khó khăn nhất định về việc tìm hiểu, xử lý thông tin mà mô hình cung cấp (các em chƣa có kỹ năng „đọc‟ mô hình).
+ Rất ít các em học sinh không gặp khó khăn khi học bài „Mắt và các tật của mắt‟, các em gặp khó khăn lớn về việc hình dung, tƣởng tƣợng hình ảnh cấu tạo của mắt để hiểu rõ về các đơn vị kiến thức trong bài học, và từ đó cũng gặp khó khăn khi vận dụng kiến thức để làm những bài tập về mắt hoặc liên quan đến các tật của mắt.
Tóm lại, kết quả điều tra cho thấy rằng, việc tìm hiểu, thực hiện các hoạt động học tập của HS diễn ra tƣơng đối tích cực và tự giác. Các yêu cầu, nhiệm vụ, bài tập mà GV đƣa ra cho HS cũng khá phù hợp với từng đối tƣợng HS THPT. Việc học tập của HS cũng trở nên hứng thú hơn khi GV đƣa các phƣơng tiện học tập khác nhau vào các hoạt động giải dạy; tần suất học tập của HS cũng không chi dừng lại ở việc giải quyết các bài toán cơ bản hay chỉ phục vụ nhiệm vụ thi đại học mà HS còn đƣợc thiết kế thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, đo đạc số liệu thực tế hay thiết kế dụng cụ/ xây dựng mô hình … Bên cạnh đó, HS gặp nhiều khó khăn trong việc giải quyết các nhiệm vụ thực tế đƣợc đƣa ra chủ yếu vì thiếu kỹ năng và chƣa đƣợc thƣờng xuyên tiếp xúc với các nhiệm vụ này. Các em HS đƣợc tiếp xúc với mô hình vật chất nhƣng còn gặp nhiều khó khăn. Riêng đối với bài „Mắt và các tật của mắt‟, HS về việc khó hình dung, tƣởng tƣợng ra cấu tạo của mắt dẫn đến việc hiểu sâu và rõ ràng kiến thức đồng thời vận dụng để giải bài tập là chƣa thực sự tốt. Các kết quả điều tra cụ thể chúng tôi đƣa ra ở phần phụ lục.
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
Trong chƣơng này, chúng tôi đã trình bày những cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh:
- Làm rõ đƣợc các khái niệm (năng lực, năng lực thực nghiệm), cấu trúc NLTN và các biện pháp phát triển NLTN cho học sinh trong dạy học vật lý.
- Trình bày các vấn đề chính về phƣơng pháp mô hình trong giảng dạy vật lý.
- Khảo sát đƣợc thực trạng việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy và học vật lý ở trƣờng THPT.
Những nghiên cứu về cơ sở lí luận và thực tiễn trong chƣơng 1 là cơ sở để chúng tôi thiết kế mô hình nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học bài 31: Mắt – SGK Vật lý 11 THPT.
Chƣơng 2
TỔ CHỨC DẠY HỌC BÀI ‘MẮT’ THÔNG QUA MÔ HÌNH MẮT
1. Vị trí, tầm quan trọng của bài ‘Mắt’ trong chƣơng trình Vật lý THPT
Bài 31: „Mắt‟ nằm trong chƣơng VII – „Mắt. Các dụng cụ quang‟ là một phần kiến thức quan trọng trong phần quang hình học của chƣơng trình vật lý phổ thông. Các nội dung kiến thức trong bài không quá mới với HS, các em đã đƣợc làm quen ở phần quang hình khi học bậc trung học cơ sở. Trong phần quang học ở chƣơng trình Vật lý lớp 9 học sinh đã đƣợc tiếp cận với mắt: cấu tạo khái quát nhất của mắt, một số đặc điểm đặc trƣng nhất của mắt nhƣ điểm cực cận, cực viễn hay sự điều tiết của mắt và các em cũng đã đƣợc tìm hiểu những điểm cần lƣu ý nhất đối với 2 tật của mắt (mắt cận, mắt lão). Tuy nhiên, sự nghiên cứu này ở bậc THCS dừng lại ở việc làm quen, ghi nhớ những điểm chính nhất của nội dung học tập, chƣa thực sự sâu và rõ ràng về mắt hay các tật của mắt và kiến thức chƣa đƣợc hệ thống hóa.
Về vị trí, bài „Mắt‟ đƣợc bố trí sau khi học sinh đã đƣợc nghiên cứu về sự khúc xạ của ánh sáng và sau khi tìm hiểu thấu kính mỏng, làm các bài tập về hệ thấu kính. Mắt, ngoài là một bộ phận cơ thể quan trọng của con ngƣời còn là một đối tƣợng nghiên cứu của quang hình học. Các hiện tƣợng thực tế về mắt, các tật của mắt, những khó khăn liên quan đến mắt mà hiện giờ rất nhiều học sinh đã và đang gặp phải đều ảnh hƣởng và có tầm quan trọng không chỉ trong nghiên cứu vật