1.2. Cơ sở lý luận về hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập Vật lí
1.2.7. Phƣơng pháp giải bài tập Vật lí
Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải và chữa bài tập gặp khơng ít khó khăn vì học sinh thƣờng khơng có kiến thức lý thuyết chắc chắn và kĩ năng vận dụng kiến thức Vật lí cịn hạn chế. Vì vậy, các em giải một cách mị mẫm, khơng có định hƣớng rõ ràng, áp dụng cơng thức máy móc và nhiều khi không giải đƣợc. Có nhiều nguyên nhân:
- Học sinh chƣa có phƣơng pháp khoa học để giải bài tập Vật lí.
- Chƣa xác định đƣợc mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phân tích các hiện tƣợng Vật lí để đi đến bản chất Vật lí.
Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết. Nó khơng những giúp học sinh có kiến thức lý thuyết chắc chắn mà còn rèn luyện kĩ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch.
Q trình giải một bài tập Vật lí thực chất là q trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tƣợng Vật lí, xác lập đƣợc những mối liên hệ cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức Vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho. Từ đó tính tốn những mối liên hệ đã xác lập đƣợc để dẫn đến lời giải và kết luận chính xác.
Bài tập Vật lí rất đa dạng, cho nên phƣơng pháp giải cũng rất phong phú. Vì vậy khơng thể chỉ ra đƣợc một phƣơng pháp nào cụ thể mà có thể áp dụng để giải đƣợc
tất cả bài tập. Song trong thực tế ngƣời ta cũng thừa nhận một quan điểm chung về quá trình giải một bài tập Vật lí. Theo quan điểm đó, ngƣời thầy giáo khơng chỉ đơn giản trình bày cách giải cho học sinh mà phải thực hiện nhiệm vụ giáo dục, giáo dƣỡng học sinh trong quá trình giải bài tập, cần phải dạy học sinh tự lực giải đƣợc bài tập Vật lí. Vì vậy sau mỗi chƣơng, mỗi phần của chƣơng trình Vật lí, giáo viên trình bày cách giải mẫu mỗi loại bài, hình thành cho học sinh thói quen phân tích đúng bài tốn, ghi chép và tính tốn một cách hợp lí, rèn luyện tƣ duy logic.
Mặc dù các bài tập Vật lý khác nhau về loại và mục đích sử dụng trong dạy học, song trong thực tế ngƣời ta cũng thừa nhận một quan điểm chung về một quá trình giải một bài tập Vật lý. Theo quan điểm đó, ngƣời thầy khơng chỉ đơn giản trình bày cho học sinh cách giải mà phải thực hiện nhiệm vụ giáo dục, giáo dƣỡng học sinh trong quá trình giải bài tập, cần dạy học sinh tự lực giải bài tập Vật lý. Phƣơng pháp giải bài tập Vật lí nhìn chung thƣờng trải qua 4 bƣớc:
“* Bước 1: Tìm hiểu đề bài: Trong giai đoạn này cần đảm bảo đƣợc những yêu cầu sau:
+ Đọc đúng đề bài
+ Mơ tả hiện tƣợng Vật lí nêu trong đề bài (có thể vẽ hình)
+ Xác định xem trong lớp hiện tƣợng Vật lí đã cho có những đại lƣợng Vật lí nào đã cho, đại lƣợng nào cần tìm.
* Bước 2: Phân tích hiện tượng
Trƣớc hết là nhận biết những dữ kiện cho trong đề bài có liên quan đến những khái niệm nào, hiện tƣợng nào, quy tắc nào, định luật nào trong vật lí. Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tƣợng nêu trong đề bài, mỗi giai đoạn bị chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào? Cần phải hình dung tồn bộ diễn biến của hiện tƣợng và các định luật chi phối nó trƣớc khi xây dựng bài giải cụ thể. Có nhƣ vậy mới hiểu rõ bản chất của hiện tƣợng, tránh đƣợc sự mị mẫm, máy móc áp dụng cơng thức.
* Bước 3: Xây dựng lập luận
Xây dựng lập luận ta xét kĩ với 2 loại bài tập: Bài tập định tính và bài tập định lƣợng - Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính: Có hai loại bài tập định tính là: Giải thích hiện tƣợng và dự đốn hiện tƣợng.
+ Giải thích hiện tƣợng thực chất là cho biết một hiện tƣợng và lí giải xem vì sao
quan hệ giữa hiện tƣợng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hay với một số định luật Vật lí. Thực hiện phép suy luận logic luận ba đoạn trong đó tiền đề thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật Vật lí tổng quát, tiền đề thứ hai là những điều kiện cụ thể, kết luận về hiện tƣợng đƣợc nêu ra.
+ Dự đoán hiện tƣợng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đề bài, xác định những định luật chi phối hiện tƣợng và dự đốn đƣợc hiện tƣợng gì xảy ra và xảy ra thế nào. Ta thực hiện suy luận lôgic,thiết lập luận ba đoạn, trong đó ta mới biết tiền đề thứ hai (phán đốn khẳng định riêng), cần phải tìm tiền đề thứ nhất (phán đốn khẳng định chung) và kết luận (phán đoán khẳng định riêng). Trong trƣờng hợp hiện tƣợng xảy ra phức tạp, ta phải xây dựng một chuỗi luận ba đoạn liên tiếp ứng với các giai đoạn diễn biến của hiện tƣợng.
- Xây dựng lập luận trong giải bài tập định lƣợng: Tuỳ theo phƣơng pháp toán học đƣợc vận dụng, bài tập đƣợc quy về các bài tập số học, đại số và hình học.
+ Phương pháp số học: Phƣơng pháp giải chủ yếu là phƣơng pháp số học, tác động lên các con số hoặc các biểu diễn chữ, khơng cần thành lập phƣơng trình để tìm ra ẩn số.
+ Phương pháp đại số: Dựa trên các cơng thức Vật lí, lập các phƣơng trình từ đó giải chúng để tìm ra ẩn số.
+ Phương pháp hình học: Khi giải dựa vào hình dạng của đối lƣợng, các dữ liệu
cho theo hình vẽ để vận dụng quy tắc hình học hoặc lƣợng giác.
Trong các phƣơng pháp trên, phƣơng pháp đại số là phƣơng pháp phổ biến nhất, quan trọng hơn cả, vì vậy cần thƣờng xuyên quan tâm rèn luyện cho học sinh.
Khi giải các bài tập tính tốn ngƣời ta cịn sử dụng thủ pháp logic khác nhau, cũng có thể coi là phƣơng pháp giải: đó là phƣơng pháp phân tích, phƣơng pháp tổng hợp.
+ Phương pháp phân tích:
Tìm một định luật, một qui tắc diễn đạt bằng một cơng thức có chứa đại lƣợng cần tìm và một vài đại lƣợng khác chƣa biết. Tiếp tục tìm những định luật, cơng thức khác cho biết mối quan hệ giữa đại lƣợng chƣa biết này với các đại lƣợng đã biết trong đề bài. Cuối cùng tìm đƣợc một cơng thức chỉ chứa đại lƣợng cần tìm với đại lƣợng đã biết.
SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Định luật 1(Cơng thức 1) x= f(y,z) Định luật 2(Cơng thức 2) y= f(a,p) Định luật 3(Công thức 3) p= f(b) Định luật 4(Công thức 4) Z = f(c) Kết quả X= f(a, b, c) + Phương pháp tổng hợp
Từ những đại lƣợng đã cho ở đề bài. Dựa vào các định luật, qui tắc vật lí, tìm những cơng thức có chứa đại lƣợng đã cho với các đại lƣợng trung gian mà ta dự kiến có liên quan đến đại lƣợng cần tìm. Suy luận tốn học, đƣa đến cơng thức chỉ chứa đại lƣợng phải tìm với các đại lƣợng đã cho
SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP
Định luật 1(Công thức 1) p=f(b) Định luật 2(Công thức 2) Y = f(a,p) Định luật 3(Công thức 3) Z = f(c) Định luật 4(Công thức 4) X=f(y,z)= f(a,b,c)
Hai phƣơng pháp trên đều có giá trị nhƣ nhau, chúng bổ sung cho nhau. Phƣơng pháp phân tích nếu tìm đƣợc cơng thức đúng thì nhanh chóng hƣớng tới kết quả bài tốn. Tuy nhiên, học sinh không tập trung chú ý nhiều vào các giai đoạn trung gian, điều đó nói chung là khơng có lợi, đặc biệt đối với học sinh yếu, họ sẽ nắm bản chất Vật lí kém sâu sắc hơn. Phƣơng pháp tổng hợp cho phép đi sâu vào các giai đoạn trung gian, học sinh chú ý hơn tới bản chất Vật lí và mối liên hệ giữa các đại lƣợng và hiện tƣợng. Phƣơng pháp tổng hợp giống nhƣ phƣơng pháp "thử" và “sai” nên gần với tƣ
duy trực quan, cụ thể của học sinh. Trong khi phƣơng pháp phân tích địi hỏi cao hơn về mức độ tƣ duy logic và chuẩn bị Tốn học. Vì vậy căn cứ vào đối tƣợng học sinh, mục đích dạy học, giáo viên nên sử dụng hợp lí các phƣơng pháp này. Trong những bài tập tính tốn tổng hợp, hiện tƣợng xảy ra do nhiều nguyên nhân, trải qua nhiều giai đoạn, khi xây dựng lập luận có thể phối hợp hai phƣơng pháp.
Từ các mối liên hệ cơ bản đã xác lập, tiếp tục luận giải, tính tốn rút ra kết quả * Bước 4: Biện luận
Để có thể xác nhận kết quả vừa tìm đƣợc cần kiểm tra lại việc giải theo một hoặc một số cách sau:
- Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi chƣa, đã xét hết các trƣờng hợp chƣa. - Kiểm tra tính tốn có đúng khơng?
- Kiểm tra thứ ngun của các đại lƣợng có phù hợp khơng? - Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế có phù hợp khơng?
- Giải bài tập theo cách khác xem có cho cùng kết quả khơng?
- Kiểm tra nghiệm của bài toán bằng thứ nguyên và bằng các trƣờng hợp đặc biệt.
- Sau khi giải hồn thành xong bài tốn có thể thay đổi giữ kiện và phát triển nên thành một bài toán mới và tự giải.
Hoạt động giải bài tập trong thực tế có khi khơng thấy tách bạch rõ giai đoạn thứ hai và giai đoạn thứ 3. Có thể, sau khi xác lập đƣợc một mối liên hệ Vật lí cụ thể nào đó ngƣời ta thực hiện ngay sự luận giải với mối liên hệ đó (biến đổi phƣơng trình đó) rồi tiếp sau đó mới lại xác lập một mối liên hệ Vật lí khác. Có nghĩa là, các bƣớc có mối liên hệ xen kẽ trong quá trình giải bài tập, vận dụng kiến thức Vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập để xác lập một mối liên hệ cụ thể, và việc luận giải tiếp theo với mối liên hệ đã xác lập đƣợc này. Vì vậy, khi khái qt hóa phƣơng trình giải một bài tập Vật lí ta vẫn có thể chỉ ra đƣợc đâu là những phƣơng trình cơ bản cụ thể cần xác lập để sự luận giải từ các phƣơng trình đó cho phép rút ra kết quả cần tìm.
Tóm lại: Phƣơng pháp giải bài tập Vật lí đƣợc biểu diễn tổng thể qua sơ đồ sau đây:
Hình 1.2: Sơ đồ phương pháp giải bài tập Vật lí
Khi đã hình thành phƣơng pháp giải bài tập Vật lí, thì việc hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập Vật lí là bƣớc tiếp theo. [12, tr 347-363]