1.1.4.1. Giải bài tập vật lí là một quá trình tư duy. a. Khái quát và cụ thể trong tiến trình nhận thức
Quá trình tư duy trong việc xác lập đường lối giải một bài tập vật lí là đặc điểm chung của phương pháp dạy học về bài tập vật lý.
Các khái niệm và định luật vật lí được hình thành với quá trình khái quát hoá,
nó liên quan đến nhận thức của người học từ chỗ mô tả chính chất của từng sự
vật, hiện tượng vật lí riêng lẻ đến chỗ phát hiện quy thành một nhóm các sự vật,
hiện tượng [16].
Khái quát hoá được xem xét trong mối liên hệ chặt chẽ với thao tác trừu tượng hoá. Căn cứ vào một bản chất nào đó, thể tách từ tính chất chung thành tính chất riêng. Điều kiện cần thiết cho sự khái quát hoá đúng đắn là phân tích trong các ví dụ cụ thể các dấu hiệu có thể thay đổi, các dấu hiệu không bản chất đối với một hiện tượng hoặc một khái niệm nhất định.
Trình tự quá trình dạy học thường theo: Tri giác – biểu tượng – khái niệm (định luật). Khái niệm được trừu tượng hoá từ các đặc điểm và dấu hiệu đơn lẻ
của các tri giác và biểu tượng. Do đó, nó là kết quả của khái quát hoá và biểu tượng hoá về nhiều hiện tượng và sự vật cùng loại.
Trong dạy học vật lí, việc cụ thể hoá được thực hiện trong quá trình áp dụng
các khái niệm và định luật để giải các bài tập, đồng thời đưa các sự kiện, hiện tượng vật lí đơn lẻ vào khái niệm. Khái quát ban đầu càng trừu tượng thì sự tiếp
thu nó một cách đầy đủ càng đòi hỏi phải cụ thể hoá nhiều hơn
Như vậy, giải bài tập vật lí thực chất là vận dụng các kiến thức khái quát đã có vào các tình huống cụ thể. Đó cũng là quá trình đi từ cái chung đến cái riêng.
b. Vấn đề tư duy giải bài tập vật lí.
Quá trình tư duy thường diễn ra như sau: cần phải nhận dạng bài tập mới trước
khi giải.
- Những trường hợp các bài tập được đưa về dạng bài tập đã Những HS
thường nhận thức được và giải đúng
- Có trường hợp HS nhận ra dạng bài tập nhưng không giải được
- Có trường hợp HS giải được bài tập nhưng không nhận ra dạng của chúng
- Những trường hợp còn lại thường là không nhận ra được bài tập và không giải được chúng.
Việc nhận dạng sơ bộ các bài tập là điều kiện cơ bản để tái hiện cách giải cụ
thể đã biết.
Tuy nhiên, việc nhận dạng sơ bộ các bài tập là điều kiện cần nhưng chưa đủ. Vấn đề mấu chốt là phải làm sao cho học sinh tự tìm được lời giải bài tập
mới – ngay cả những bài tập chỉ ở dạng đơn giản. Muốn vậy, cần phải phân tích hiện tượng vật lí cụ thể trong bài để xác định các quy luật chi phối hiện tượng là chìa khoá dẫn tới thành công trong giải bài tập vật lí.
Biểu diễn những mối liên hệ định lượng giữa các đại lượng vật lí đó là các
công thức, phương trình đã được xác lập dựa trên các kiến thức vật lí và điều
kiện cụ thể của bài tập. Đối với các bài tập tính toán định lượng thì đó chính là
sự thiết lập các phương trình và giải hệ phương trình để tìm nghiệm số của nó. 1.1.4.2. Phương pháp giải bài tập vật lí
Trong dạy học về bài tập vật lí, tiến trình hướng dẫn học sinh giải một bài tập
Bước 1: Đọc đề bài, tìm hiểu đề bài:
Việc đọc kĩ đề bài giúp HS hiểu rõ vấn đề của bài tập và sơ bộ nhận dạng được
bài tập.Giai đoạn tìm hiểu đề bài bao gồm:
- Xác định ý nghĩa của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số phải tìm, đâu là dữ
kiện đã cho.
- Dùng các kí hiệu vật lí để ghi tóm tắt đề bài - Đổi đơn vị về hệ đơn vị hợp pháp
- Vẽ hình mô tả hiện tượng vật lí trong bài tập.
Bước 2: Phân tích hiện tượng của bài toán để xác lập các mối liên hệ cơ bản. Giai đoạn này bao gồm:
- Đối chiếu các dữ kiện đã cho và cái phải tìm, xét bản chất vật lí của hiện tượng để nhận ra các định luật, công thức lí thuyết có liên quan.
- Xác lập các mối liên hệ cụ thể của cái đã biết và cái phải tìm (mối liên hệ cơ
bản)
Bước 3. Luận giải, tính toán các kết quả bằng số
Trừ các trường hợp đặc biệt, mỗi bài tập phải bắt đầu ở dạng tổng quát (tức là với các kí hiệu chữ), hơn nữa, đại lượng cần tìm phải được biểu thị qua các đại lượng đã cho. Sau khi đã tìm được kết quả cuối cùng bằng chữ, HSphải thay các
đại lượng bằng trị số của chúng để tính ra kết quả bằng số. Trước khi thay số HS
cần nhớ đổi trị số các đại lượng tính trong cùng một hệ đơn vị (thường là hệ đơn
vị SI)
Bước 4: Nhận xét kết quả
Đây là khâu cuối cùng để hoàn thiện việc giải một bài tập, nó giúp người học
có thể phát hiện những sai sót mắc phải khi giải. Sau khi đã tìm được kết quả,
giáo viên cần rèn luyện cho học sinh rút ra một số nhận xét về:
- Giá trị thực tế của kết quả
- Phương pháp giải
- Khả năng mở rộng bài tập
Trên đây là trình tự thông thường của việc giải một bài tập vật lí. Tuy nhiên, có những trường hợp không nhất thiết phải theo đúng trình tự đó. Ví dụ, với
những bài tập đơn giản, hiện tượng đã rõ ràng có thể tính ngay kết quả; với các
bài tập điện vận dụng định luật Kiếc –sốp có thể thay ngay trị số của các đại lượng đã cho vào các phương trình để tìm ra ngay kết quả bằng số. Đối với các
bài tập định tính thì chủ yếu tiến hành theo các bước 1,2 và 4. Dưới đây sẽ đề
cập sâu hơn về phương pháp giải các loại bài tập khác nhau * Phương pháp giải bài tập định tính:
Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải, HS không cần thực hiện các
phép tính phức tạp mà phải sử dụng những phép suy luận lôgic trên cơ sở hiểu
rõ bản chất của các khái niệm, định luật vật lí và nhận biết được những biểu hiện
của chúng trong các trường hợp cụ thể. Mục tiêu cần đạt được khi giải một bài toán VL nói chung là tìm được câu trả lời đúng đắn, giải đáp được vấn đề đặt ra
một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ.
Có thể nói, trong giải các bài tập định tính phương pháp phân tích và phương
pháp tổng hợp gắn chặt với nhau – đó là phương pháp phân tích – tổng hợp.
Đối chiếu với các bước chung khi giải bài tập vật lí, ta có thể vạch ra các
bước giải bài tập định tính theo trình tự sau: Bước 1.Đọc và tìm hiểu đề bài
HS cần phân tích các giả thiết đưa ra trong bài tập, tìm hiểu các thuật ngữ chưa biết, các hiện tượng vật lí có liên quan để tóm tắt đề bài. Nếu cần thiết thì xây dựng sơ đồ hoặc hình vẽ để diễn đạt những điều kiền của đề bài.
Bước 2. Phân tích hiện tượng
Nghiên cứu các dữ kiện ban đầu của bài tập để xác định các giai đoạn diễn
biến của hiện tượng nêu trong đề bài. Hình dung toàn bộ diễn biến của hiện tượng và các định luật, quy tắc chi phối nó.
Bước 3. Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Về cơ bản, ta thường gặp hai dạng bài tập định tính, đó là giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra.
Đối với loại câu hỏi giải thích hiện tượng, ta phải thực hiện được phép suy
luận lôgic, trong đó cơ sở kiến thức phải là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí có tính tổng quát áp dụng vào điều kiện cụ thể của đề bài mà kết
quả cuối cùng chính là hiện tượng đã được nêu ra trong đề bài. HS cần phân tích
hiện tượng phức tạp ra các hiện tượng đơn giản, sao cho mỗi hiện tượng đơn
giản chỉ tuân theo một định luật hay một quy tắc nhất định.
Đối với loại câu hỏi dự đoán hiện tượng, trước hết cần phán đoán chúng có
thể liên quan đến những quy tắc nào, định luật vật lí nào đã biết. Sau đó, HS dựa
vào phân tích về diễn biến của quá trình đển vận dụng các kiến thức VL liên
quan đã tìm được dự đoán hiện tượng một cách chính xác.
Bước 4. Nhận xét kết quả
Sau khi sử dụng chuỗi lập luận logic để tìm được kết quả, HS cần phân tích
kết quả thu được theo quan điểm vật lí để khẳng định sự phù hợp với giả thiết và thực tiễn.
* Phương pháp giải bài tập định lượng:
Phương pháp giải các bài tập định lượng nói chung cần tuân theo đúng bốn bước giải một bài tập vật lí nói trên. Tuy nhiên do: tính chất phức tạp của bài tập, trình độ hiểu biết toán học của học sinh, mục đích của bài tập, … nên việc
xác lập các mối liên hệ cơ bản và quá trình luận giải ở bước 2 và bước 3 có thể
sử dụng các phương thức giải khác nhau như phương pháp đồ thị, phương pháp
hình học,…
Nếu sử dụng phương pháp hình học để giải các bài tập định lượng thì cần dựa
vào mối tương quan hình học mà học sinh đã biết để xác định các đại lượng cần
tìm. Phương pháp hình học được áp dụng rộng rãi trong tĩnh học, quang hình và một số nội dung khác trong chương trình vật lí phổ thông.
* Phương pháp giải bài tập đồ thị:
Các bài tập đồ thị là những bài tập mà trong đó đối tượng nghiên cứu là những đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa những đại lượng vật lí. Trong một số bài đồ
thị đã được cho trong giả thiết của bài tập, còn trong một số bài tập khác cần
phải vẽ đồ thị.
Với loại bài tập đã cho trước đồ thị, HS cần phải tìm hiểu đề bài với giai đoạn
phân tích hiện tượng để xác lập các mốii liên hệ cơ bản. Các hoạt động ở các
giai đoạn này có thể hoà nhập vào nhau chẳng hạn như trong khi phân tích đồ thị
thì cũng đồng thời phát hiện ra được các đại lượng đã cho và đại lượng cần tìm. Với loại bài tập đã cho đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng thì cần
phải phân tích các đặc điểm của sự phụ thuộc trên từng phần. Nếu sử dụng tỉ
xích thì phải làm sao để có thể xác định được đại lượng phải tìm theo đồ thị (các
giá trị trên trục tung, trục hoành, diện tích giới hạn bởi các toạ độ tương ứng,…)
Nếu bài tập yêu cầu vẽ đồ thị thì trên cơ sở tìm được các dữ liệu và mối liên hệ
giữa các dữ liệu (hoặc khai thác dữ liệu từ bảng số liệu đã cho), HS cần chọn hệ
trục toạ độ, chọn các tỉ xích thích hợp và biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng trên đồ thị. Cũng có thể giải bài tập với các bước như khi giải một bài tập định lượng để tìm ra câu trả lời, sau đó vẽ đồ thi để kiểm tra sự đúng đắn của kết
quả tìm được.
* Phương pháp giải bài tập thực nghiệm:
Đặc trưng của loại bài tập này là khi giải phải làm thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc làm thí nghiệm chứng minh. Học sinh tự lực tiến hành các thí nghiệm, thực hiện những quan sát để kiểm tra lời giải lí thuyết hoặc để thu được
những số liệu cần thiết cho việc giải thích hoặc tiên đoán mà bài tập yêu cầu. Đối với loại bài tập này cần xác định phương án thí nghiệm, xác định những
dụng cụ cần sử dụng và cách thức bố trí thí nghiệm, đồng thời phải biết cách tiến
hành thí nghiệm, xử lí kết quả và rút ra kết luận.
Bài tập thực nghiệm thường chia làm hai loại. Loại bài tập trả lời câu hỏi “Vì sao?” và loại bài tập trả lời câu hỏi “Làm thế nào?”
Bài tập “giải thích vì sao xảy ra hiện tượng đó?” trả lời cho câu hỏi “Vì sao? Tại sao?”, là bài tập dựa trên cơ sở quan sát được từ thí nghiệm học sinh tìm quy luật, các nguyên nhân chi phối hiện tượng.
Bài tập “hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào? Sẽ là như thế nào?” là bài tập yêu cầu HS trả lời câu hỏi “Làm như thế nào?”. Đó là loại bài tập dự đoán hiện tượng xảy ra dựa trên các quy luật, định luật vật lí, đồng thời phải tìm cách thiết
kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm để kiển tra dự đoán và rút ra kết luận.
1.1.4.3. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí
a. Cơ sở tâm lí học và lí luận dạy học về việc hình thành năng lực giải bài tập
[12].
Việc hình thành năng lực giải bài tập vật lí cũng được xem là mục đích quan
trọng của hoạt động dạy học vật lí. Năng lực giải bài tập vật lí có thể bao gồm
nhiều kĩ năng trong đó có thể chia thành: kĩ năng định hướng, kĩ năng kế hoạch
hoá hoạt động giải bài tập, kĩ năng thực hiện kế hoạch giải và kĩ năng tự kiểm tra, đánh giá. Xét trên phương diện giải quyết vấn đề thì đó là kĩ năng xác định cho được vấn đề cần giải quyết, kĩ năng đề xuất các giải pháp giải quyết vấn đề,
kĩ năng giải quyết vấn đề theo giải pháp đã vạch ra và kĩ năng tự kiểm tra, đánh
giá.
Trong tâm lí học, hoạt động là khái niệm đặc trưng cho tác động của cá nhân
trong quá trình tác động qua lại của cá nhân với thế giới xung quanh. Hoạt động được kích thích bởi nhu cầu, hướng đến đối tượng để thoả mãn nhu cầu và được
thực hiện bởi một hệ thống các hành động. Hành động được thực hiện thông qua các thao tác, nói cách khác, thao tác là phương thức thực hiện hành động.
Hoạt động giải bài tập vật lí bao gồm nhiều hành động mà phần quan trọng
nhất của cơ chế tâm lí của hành động là cơ sở định hướng hành động khi giải bài tập vật lí.
b. Định hướng hành động giải bài tập vật lí.
Có ba kiểu định hướng vào việc giải quyết nhiệm vụ trong bài tập vật lí. Mỗi
kiểu định hướng có kết quả và quá trình hành động riêng [18]. * Kiểu định hướng thứ nhất.
Giáo viên giới thiệu cho học sinh mẫu hành động và kết quả hành động, còn những chỉ dẫn cần phải thực hiện như thế nào không được nêu ra. Học sinh thực
hiện nhiệm vụ một cách mò mẫm theo cách thử và sai. Kết quả là nhiệm vụ có
thể thực hiện được nhưng hành động mà nhờ đó nhiệm vụ được thực hiện khó
bền vững khi thay đổi điều kiện.
* Kiểu định hướng thứ hai.
Giáo viên giới thiệu cho học sinh biết mẫu của hành động trên một cơ sở định hướng chặt chẽ và những chỉ dẫn, những cách thức để thực hiện hành động. Hành động ở đây đã được chia thành những giai đoạn và đảm bảo cho việc thực
hiện nó một cách đúng đắn. Kiểu định hướng này còn gọi là định hướng angôrit. Ở đây, học sinh nắm vững được kĩ năng thực hiện hành động và có khả năng di
chuyển sang thực hiện nhiệm vụ mới, nhưng sự di chuyển này đòi hỏi phải có
trong thành phần của nhiệm vụ mới những yếu tố tương tự với các yếu tố trong
thành phần của nhiệm vụ đã nắm vững. *Kiểu định hướng thứ ba.
Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí dựa trên cơ sở định hướng khái quát tạo điều kiện hình thành ở người học kĩ năng định hướng, kĩ năng kế hoạch hoá hoạt động giải bài tập, kĩ năng thực hiện kế hoạch giải bài tập. Đó là những kĩ năng