8. Cấu trúc của luận văn
1.4. Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trƣờng
trung học phổ thông theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh
TBTN là phƣơng tiện dạy học có vai trò rất quan trọng trong dạy học vật lí. TBTN tạo điều kiện cho việc nghiên cứu có hệ thống, có kế hoạch trực quan các hiện tƣợng và quá trình vật lí, làm tăng sức mạnh của HS trong việc tác động lên đối tƣợng học tập. Nhờ có TBTN mà HS thấy đƣợc các ứng dụng của kiến thức, đặc biệt là thấy đƣợc các ý tƣởng sáng tạo kĩ thuật.
1.4.1. Vai trò của thiết bị thí nghiệm vật lí ở trường trung học phổ thông
Trong dạy học vật lí, TN đóng một vai trò cực kì quan trọng, dƣới quan điểm lí luận dạy học vai trò đó đƣợc thể hiện những mặt sau:
1.4.1.1. Thí nghiệm có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học
TN Vật lí có thể đƣợc sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học nhƣ: đề xuất vấn đề nghiên cứu, GQVĐ (TN hỗ trợ đề giả thuyết, TN kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả suy luận lôgic từ giả thuyết), dùng để minh hoạ, củng cố kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến thức kĩ năng, kĩ xảo của HS.
1.4.1.2. Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện học sinh
Việc sử dụng TN trong dạy học góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện những phẩm chất và năng lực của HS, đƣa đến sự phát triển toàn diện cho ngƣời học. Trƣớc hết, TN là phƣơng tiện nhằm góp phần nâng cao chất lƣợng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vật lí cho HS. Nhờ TN, HS có thể hiểu sâu hơn bản chất vật lí của các hiện tƣợng, định luật, quá trình... đƣợc nghiên cứu và do đó có khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn.
Truyền thụ cho HS những kiến thức phổ thông cơ bản là một trong những nhiệm vụ quan trọng của hoạt động dạy học. Để làm đƣợc điều đó, GV
cần nhận thức rõ việc xây dựng cho HS một tiềm lực, một bản lĩnh, thể hiện trong cách suy nghĩ, thao tác tƣ duy và làm việc để họ tiếp cận với các vấn đề của thực tiễn. Thông qua TN, bản thân HS cần phải tƣ duy cao mới có thể khám phá ra đƣợc những điều cần nghiên cứu. Thực tế cho thấy, trong dạy học vật lí, đối với các bài giảng có sử dụng TN, thì HS lĩnh hội kiến thức rộng hơn và nhanh hơn, HS quan sát và đƣa ra những dự đoán, những ý tƣởng mới, nhờ đó hoạt động nhận thức của HS sẽ đƣợc tích cực và tƣ duy của các em sẽ đƣợc phát triển tốt hơn.
1.4.1.3. Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh
Thông qua việc tiến hành TN, HS có cơ hội trong việc rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành, góp phần thiết thực vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS. TN còn là điều kiện để HS rèn luyện những phẩm chất của ngƣời lao động mới nhƣ: đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực... Xét trên phƣơng diện thao tác kĩ thuật, chúng ta không thể phủ nhận vai trò của TN đối với việc rèn luyện sự khéo léo tay chân của HS.
Hoạt động dạy học không chỉ dừng lại ở chỗ truyền thụ cho HS những kiến thức phổ thông cơ bản đơn thuần mà điều không kém phần quan trọng ở đây là làm thế nào phải tạo điều kiện cho HS tiếp cận với hoạt động thực tiễn bằng những thao tác của chính bản thân họ. Trong dạy học vật lí, đối với những bài giảng có TN thì GV cần phải biết hƣớng HS vào việc cho họ tự tiến hành TN, có nhƣ vậy kiến thức các em thu nhận đƣợc sẽ vững vàng hơn, rèn luyện đƣợc cho các em sự khéo léo chân tay, khả năng quan sát tinh tế, tỉ mỉ hơn và chính xác hơn. Có nhƣ thế, khả năng hoạt động thực tiễn của HS sẽ đƣợc nâng cao.
1.4.1.4. Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập của học sinh
TN là phƣơng tiện gây hứng thú, là yếu tố kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của HS học tập, nhờ đó làm cho các em tích cực và sáng tạo hơn trong quá trình nhận thức.
Chính nhờ TN và thông qua TN mà ở đó HS tự tay tiến hành các TN, các em sẽ thực hiện các thao tác TN một cách thuần thục, khơi dậy ở các em sự say sƣa, tò mò để khám phá ra những điều mới, những điều bí ẩn từ TN và cao hơn là hình thành nên những ý tƣởng cho những TN mới. Đó cũng chính là những tác động cơ bản, giúp cho quá trình hoạt động nhận thức của HS đƣợc tích cực hơn.
Thông qua TN, nhờ vào sự tập trung chú ý, quan sát sự vật, hiện tƣợng có thể tạo cho HS sự ham thích tìm hiểu những đặc tính, quy luật diễn biến của hiện tƣợng đang quan sát. Khi giác quan của HS bị tác động mạnh, HS phải tƣ duy cao độ từ sự quan sát TN, chú ý kĩ TN để có những kết luận, những nhận xét phù hợp.
1.4.1.5. Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của học sinh
TN là phƣơng tiện tổ chức các hình thức làm việc độc lập hoặc tập thể, qua đó góp phần bồi dƣỡng các phẩm chất đạo đức của HS. Qua TN đòi hỏi HS phải làm việc tự lực hoặc phối hợp tập thể, nhờ đó có thể phát huy vai trò cá nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các em.
1.4.1.6. Thí nghiệm vật lý góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng và quá trình vật lý
TN vật lí góp phần đơn giản hoá hiện tƣợng, tạo trực quan sinh động nhằm hỗ trợ cho tƣ duy trừu tƣợng của HS, giúp cho HS tƣ duy trên những đối tƣợng cụ thể, những hiện tƣợng và quá trình đang diễn ra trƣớc mắt họ. Các hiện tƣợng trong tự nhiên xảy ra vô cùng phức tạp, có mối quan hệ chằng chịt lấy nhau, do đó không thể cùng một lúc phân biệt những tính chất đặc trƣng của từng hiện tƣợng riêng lẻ, cũng nhƣ không thể cùng một lúc phân biệt đƣợc ảnh hƣởng của tính chất này lên tính chất khác. Chính nhờ TN vật lí đã góp phần làm đơn giản hoá các hiện tƣợng, làm nổi bật những khía cạnh cần nghiên cứu của từng hiện tƣợng và quá trình vật lí giúp cho HS dễ quan sát, dễ theo dõi và dễ tiếp thu bài.
Từ những vai trò trên mà theo chúng tôi, để thực hiện đổi mới việc dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông, ở góc độ TBTN, cần có những nghiên cứu xây
dựng các TBTN nhằm tạo điều kiện cho GV và HS trực tiếp thực hiện các TN để tìm ra kiến thức thông qua việc giải quyết các vấn đề học tập ngay tại lớp học. Điều này là một yếu tố quan trọng giúp phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS trong quá trình học tập môn vật lí [21], [22].
1.4.2. Xây dựng thiết bị thí nghiệm vật lí theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh
1.4.2.1. Yêu cầu của việc xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí
Dựa vào chủ thể sử dụng, TBTN vật lí trong trƣờng phổ thông đƣợc chia thành hai loại: TBTN biểu diễn (do GV sử dụng để tiến hành TN) và TBTN thực tập (do HS sử dụng, có thể dƣới sự hƣớng dẫn của GV). Các TBTN đƣợc chế tạo sử dụng trong dạy học vật lí phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu về các mặt đồng thời phải có quy trình xây dựng dựa trên yêu cầu sử dụng, đòi hỏi phát huy đƣợc tính tích cực và phát triển NLST của HS.
a. Các yêu cầu chung đối với thiết bị thí nghiệm
- Yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật:
+ Cho phép tiến hành đƣợc TN với hiện tƣợng xảy ra rõ ràng, dễ thực hiện các thao tác TN. Các TN định lƣợng phải cung cấp đƣợc các số liệu có độ chính xác phù hợp với các yêu cầu đối với TN vật lí phổ thông.
+ Hoạt động ổn định, tiêu thụ ít năng lƣợng, các chi tiết đƣợc chế tạo từ các vật liệu có độ bền cao.
+ Có quy trình chế tạo, vận hành, bảo dƣỡng và sửa chữa tiện lợi, cần ứng dụng các thành tựu công nghệ mới trong quy trình chế tạo.
+ Đảm bảo sự an toàn khi sử dụng trong dạy học. - Yêu cầu về mặt sƣ phạm:
+ TBTN phải đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn nhẹ, ít hỏng, thuận tiện trong sử dụng, dễ sửa chữa, bảo quản, vận chuyển;
+ Cần có phạm vi sử dụng rộng, có thể tiến hành nhiều TN theo nhiều phƣơng án với cùng mục đích TN hoặc nhiều TN với cách thức khác nhau trong một chƣơng hay nhiều chƣơng khác nhau của chƣơng trình vật lí phổ thông.
+ Thời gian thực hiện mỗi TN không dài.
+ Có thể sử dụng để tiến hành ở nhiều giai đoạn khác nhau của QTDH. + Tạo điều kiện cho các hoạt động sáng tạo, nhất là thiết kế phƣơng án TN. + Cần có kích thƣớc, trọng lƣợng, hƣớng quan sát... phù hợp với đặc điểm về tầm vóc và tâm sinh lí của HS.
- Yêu cầu về mặt kinh tế: Cần tìm cách chế tạo TBTN với gia thành không cao nhờ sử dụng các vật liệu rẻ, mới với công nghệ chế tạo hợp lí.
- Về mặt thẩm mĩ: Các TBTN phải đƣợc thiết kế đẹp về hình thƣớc, với kích thƣớc, màu sắc hợp lí, đặc biệt là cần làm nổi bật bộ phận cần quan sát.
b. Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm biểu diễn
Ngoài việc đáp ứng các yêu cầu chung đối với TBTN thì các TBTN biểu diễn còn cần đáp ứng thêm một số yêu cầu sau:
- TBTN biểu diễn phải đáp ứng đƣợc tính trực quan: Các dụng cụ phải có kích thƣớc đủ lớn để cả lớp nhìn rõ, có cấu tạo đơn giản, thể hiện rõ nguyên tắc khoa học của hiện tƣợng cần nghiên cứu, có màu sắc thích hợp, hình dáng đẹp đẽ, lôi cuốn sự chú ý của HS, nhất là ở những chi tiết chính. TBTN cho phép bố trí TN sáng sủa, dễ hiểu, có thể nhận thấy rõ kết quả TN, loại bỏ đƣợc các hiện tƣợng không mong muốn.
- TBTN biểu diễn phải đáp ứng đƣợc tính hiệu quả: Các dụng cụ là tối thiểu, hoạt động tốt, có độ chính xác đủ cao, TN đƣợc tiến hành với TBTN có thể đƣợc tiến hành nhanh chóng.
- TBTN biểu diễn phải đáp ứng đƣợc tính an toàn: Dụng cụ, cách bố trí và tiến hành TN đối với TBTN phải đảm bảo an toàn cho ngƣời sử dụng và có thể di chuyển dễ dàng.
c. Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm thực tập
TBTN thực tập phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu chung đối với TBTN. Ngoài ra, TBTN thực tập còn phải đáp ứng thêm một số yêu cầu quan trọng sau:
- TBTN thực tập đƣợc chế tạo sao cho việc bố trí và tiến hành TN với nó không quá khó đối với HS, hiện tƣợng vật lí diễn ra trong các TN dễ quan sát, không quá phức tạp.
- TBTN thực tập cho phép thực hiện các phƣơng án TN với các số đo ở nhiều giá trị khác nhau có độ chính xác phù hợp với TN vật lí của HS.
- TBTN thực tập cần đƣợc chế tạo từ các vật liệu có độ bền cao, có thể sử dụng những dụng cụ, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng ngày, quen thuộc với HS.
- TBTN thực tập cần đáp ứng đƣợc yêu cầu an toàn cho HS khi sử dụng. - TBTN thực tập không đòi hỏi nhiều thời gian trong việc bố trí và tiến hành TN [10],[24].
1.4.2.2. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm vật lí theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh
Để TBTN đáp ứng đƣợc các yêu cầu trên và sử dụng đƣợc trong dạy học vật lí theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS thì quá trình xây dựng cần tuân theo quy trình sau:
- Căn cứ vào nội dụng kiến thức cần xây dựng cho HS để xác định các TN cần tiến hành: TN làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu, TN hình thành kiến thức mới, TN củng cố, TN về nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của thiết bị kĩ thuật...
- Dựa vào thực trạng TBTN hiện có (ở trƣờng phổ thông, trên thị trƣờng) để đƣa ra các quyết định:
+ Nếu chƣa có TBTN thì cần phải chế tạo mới đáp ứng các yêu cầu của TBTN biểu diễn hoặc TBTN thực tập.
+ Nếu đã có TBTN thì xem xét xem các hạn chế còn tồn tại của TBTN có sẵn, từ đó cải tiến TBTN có sẵn đáp ứng các yêu cầu của TBTN biểu diễn hoặc TBTN thực tập.
+ Trong những trƣờng hợp khi đã có TBTN biểu diễn nhƣng cần phải chuyển thành TBTN thực tập để tăng cƣờng hoạt động thực nghiệm của HS trong dạy học thì cần phải nghiên cứu, cải tiến TBTN biểu diễn đó thành TBTN thực tập.
+ Chế tạo mẫu và tiến hành các TBTN theo mẫu để điều chỉnh nhằm đƣa ra mẫu hoàn chỉnh.
+ TNSP để đánh gia tính khả thi của mẫu. + Tiếp tục cải tiến, hoàn thiện TBTN. + Viết hƣớng dẫn sử dụng TBTN [24].
1.4.3. Sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh
Để TBTN thực hiện đƣợc đầy đủ các chức năng, góp phần phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS thì quá trình sử dụng TBTN phải tuân thủ một số yêu cầu chung và yêu cầu riêng về cụ thể, đồng thời phải đƣợc diễn ra theo quy trình nhất định.
1.4.3.1. Các yêu cầu chung đối với việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí
- GV cần thiết lập lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng TN phải là một bộ phận hữu cơ của QTDH, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức của HS: TN đƣợc tiến hành để nảy sinh vấn đề nào? khảo sát cái gì? (kiểm tra giả thuyết nào hoặc hệ quả nào suy ra từ giả thuyết?) kiểm nghiệm, minh hoạ cái gì? xác định đại lƣợng vật lí nào (đo trực tiếp hay đo gián tiếp)?
- Trƣớc mỗi TN, HS cần phải thấy đƣợc sự cần thiết của TN và hiểu đƣợc mục đích của TN.
- GV cần hƣớng dẫn HS tham gia thiết kế phƣơng án TN: để đạt đƣợc mục đích TN, cần xác định đƣợc dụng cụ, cách bố trí, các bƣớc tiến hành, cách quan sát, đo đạc, thu thập dữ liệu và xử lí các kết quả.
- GV cần lôi cuốn mọi HS tham gia tích cực vào tất cả các bƣớc của tiến trình TN bằng cách giao cho HS thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
- GV phải thử nghiệm kĩ lƣỡng mỗi TN trƣớc giờ học, đảm bảo TN phải thành công (hiện tƣợng xảy ra trong TN phải quan sát đƣợc rõ ràng, kết quả đo có độ chính xác chấp nhận đƣợc).
Trên đây là các yêu cầu chung đối với việc sử dụng TBTN, trong phạm vi của đề tài, chúng tôi trình bày những yêu cầu riêng đối với việc sử dụng TBTN trực diện.
1.4.3.2. Các yêu cầu đối với việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trực diện trong dạy học vật lí
a. Các yêu cầu trong việc lựa chọn thí nghiệm trực diện
TN thƣờng đƣợc lựa chọn để thực hiện dƣới dạng TN trực diện trong những trƣờng hợp sau:
- Nội dung nghiên cứu chỉ đòi hỏi những TN với các TBTN có sẵn không quá phức tạp. Việc bố trí và tiến hành với những TBTN này không quá khó, không mất quá nhiều thời gian và an toàn đối với HS. Hiện tƣợng vật lí diễn ra trong các TN dễ quan sát, không quá phức tạp.
- Có thể sử dụng những dụng cụ, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng