1.1.7. Bài tập thực tiễn trong dạy học vật lý
1.1.7.1. Khái niệm bài tập thực tiễn trong dạy học vật lý
Bài tập thực tiễn là những bài tập, những câu hỏi có nội dung liên quan đến những vấn đề rất gần gũi với thực tế đời sống, kĩ thuật mà khi trả lời HS không những phải vận dụng linh hoạt các khái niệm, quy tắc, định luật vật lí mà cịn phải vận dụng tốt các hệ quả của chúng.
Đặc điểm của bài tập thực tiễn là nhấn mạnh về mặt bản chất của các hiện tượng vật lí, các ứng dụng kĩ thuật quen thuộc đang tồn tại xung quanh con người.
1.1.7.2. Vai trị, chức năng của bài tập vật lí thực tiễn
Bài tập thực tiễn có thể phân ra 2 loại, đó là bài tập định tính và bài tập định lượng.
Bài tập thực tiễn định tính là bài tập có thể đưa ra dưới dạng giải thích hiện tượng: Cho biết một hiện tượng đã xảy ra, luôn xảy ra và giải thích ngun nhân của nó. Ngun nhân đó chính là những đặc tính của các định luật vật lí. Khi giải các bài tập định tính HS khơng cần thực hiện các phép tính phức tạp mà chỉ cần sử dụng vài phép tính đơn giản cùng với suy luận logic. Để giải bài tập định tính HS buộc phải thực hiện những phép suy luận logic 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.
Bài tập có nội dung thực tế định tính sẽ tạo điều kiện cho HS đào sâu, củng cố kiến thức, là phương tiện kiểm tra kiến thức và kỹ xảo thực hành của HS. Rèn luyện HS hiểu rõ bản chất vật lí của các hiện tượng và những quy luật của chúng, dạy học sinh biết áp dụng những quy luật, kiến thức vào thực tiễn đời sống và lao động, sản xuất.
Dạng bài tập này có tác dụng tăng khả năng hứng thú đối với môn học, tạo điều kiện phát triển óc quan sát, khả năng phân tích, tổng hợp của HS nhờ đưa lý thuyết các định luật, quy tắc vật lí vào đời sống xung quanh, phát triển
khả năng phán đoán, mơ ước, sáng tạo. Phương tiện tốt nhất phát triển tư duy cho HS do phương pháp giải những bài tập này bao gồm những suy luận logic dựa trên kiến thức vật lí học sinh đã học và những kinh nghiệm của học sinh có được trong đời sống hàng ngày.
Ví dụ: Có một cốc sữa nóng, muốn sữa nhanh nguội người ta đưa vào cốc sữa một cái thìa sạch đang có nhiệt độ của mơi trường. Vì sao lại làm như vậy?
Để giải thích việc dùng thìa để khuấy cho tan sữa, đồng thời vận dụng kiến thức về các cách làm biến đổi nội năng và các nguyên lý của Nhiệt động lực học để HS phải vận dụng kinh nghiệm trong cuộc sống: thìa thép có nhiệt dung riêng lớn, khi đưa chiếc thìa vào trong cốc sữa nóng, nó sẽ thu nhiệt lớn và làm cho cốc sữa nóng nguội đi nhanh hơn.
- Bài tập thực tiễn định lượng là những bài tập yêu cầu HS phải thực hiện một loạt các phép tính để tìm quy luật và mối liên quan giữa các đại lượng vật lí. Các bài tập thực tiễn định lượng đề cập đến những số liệu liên quan trực tiếp tới đối tượng có trong đời sống, kĩ thuật.
Bài tập thực tiễn định lượng giúp rèn luyện tính cẩn thận trong tính tốn, phát triển tư duy cho HS về mặt tốn học; giúp HS chú ý phân tích nội dung vật lí, ứng dụng của bài tập tính tốn và hiểu được mối quan hệ giữa các kiến thức đã học với các số liệu trong thực tế…
Trong quá trình dạy học GV có thể sử dụng loại bài tập thực tiễn định lượng tùy vào từng trường hợp, có thể sau khi học xong một định luật, một định lý nào đó thì có thể cho HS áp dụng vào để phân tích và giải thích hoặc có thể sử dụng bài tập này để đặt vấn đề cho HS tìm hiểu kiến thức mới.
Ví dụ: Một thùng gỗ chứa 20 kg nước ở 100 C, phải pha thêm bao nhiêu kilogam nước ở 900 C để được nước sau khi cân bằng nhiệt là 440 C. Coi như thời gian cân bằng nhiệt xảy ra rất nhanh nên việc truyền nhiệt ra thùng gỗ và khơng khí là khơng đáng kể.
Hướng dẫn: Theo nội dung bài tốn đã đưa ra, chỉ có sự trao đổi nhiệt giữa nước 900C và nước 100C, ta có:
- Nhiệt lượng 20 kg nước lạnh cần thu vào để tăng nhiệt độ từ 100C lên 440C là:
QThu= 20c(44-10) = 680c (1)
- Nhiệt lượng m kg nước nóng 900C tỏa ra sao cho sau khi cân bằng nhiệt ta thu được nước có nhiệt độ 440C là:
QTỏa= mc(90-44) = 46mc (2)
Từ (1), (2) và áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có: QThu= QTỏa
46m = 680
=> m ≈ 14,8 kg.
Qua nội dung bài giải trên đây, HS hình dung được cách pha nước để có nhiệt độ phù hợp. Từ đây các em có thể có liên tưởng đến việc tắm nước thuốc tại các khu du lịch nổi tiếng của Việt Nam.
1.1.7.3. Các nguyên tắc chung, quy trình xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thực tiễn trong dạy học Vật lí ở trường phổ thơng tập thực tiễn trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông
Việc xây dựng các bài tập thực tiễn trong dạy học vật lí là hết sức quan trọng, nếu làm tốt khâu này, q trình dạy học có thể đạt hiệu quả cao.
Khi xây dựng các bài tập vật lí nói chung, cần đảm bảo sự phù hợp với nội dung dạy học, với khả năng nhận thức của học sinh và phải phục vụ ý đồ về mặt phương pháp của giáo viên. Kiến thức trong mỗi bài tập phải nằm trong hệ thống kiến thức được quy định trong chương trình, đồng thời vị trí của các bài tập trở thành một bộ phận hữu cơ của hệ thống kiến thức cần truyền thụ trong tiến trình dạy học.
Bài tập thực tiễn cần phải đạt được những yêu cầu chung như đã nếu trên. Tuy nhiên, do có những đặc thù riêng nên việc xây dựng các bài tập thực tiễn cần phải thỏa mãn các nguyên tắc sau:
a) Bài tập thực tiễn phải có tính hệ thống
Các bài tập thực tiễn trong chương trình phải vừa được sắp xếp theo mức độ nhận thức của học sinh, vừa được sắp xếp theo chương, bài. Trong mỗi chương, bài nên có các loại, dạng bài tập (nếu có). Khi biên soạn các bài tập cần phải có những mối liên hệ nhất định với các bài tập khác trong hệ thống.
Trong q trình dạy học thơng qua kiểm tra – đánh giá, nếu thấy học sinh đạt mức này thì phải xây dựng những bài tập có mức phát triển cao hơn.
Hệ thống bài tập thực tiễn phải đa dạng, có bài tập đơn giản, có bài tập nâng cao và bài tập sáng tạo ở nhiêu mức khác nhau. Điều quan trọng là khi xây dựng bài tập thực tiễn nhất định phải gắn liền với những sự kiện, những hiện tượng thường gặp, thường xảy ra trong thực tiễn cuộc sống.
b) Bài tập có nội dung thực tế phải đảm bảo tính logic sư phạm
Các tình huống thực tiễn thường phức tạp hơn những kiến thức vật lí phổ thơng mà HS được học nên khi xây dựng bài tập thực tiễn cho học sinh cần phải có bước xử lí sư phạm để làm đơn giản hóa tình huống thực tiễn. Các yêu cầu giải bài tập thực tiễn cũng phải phù hợp với trình độ, khả năng của học sinh. Tóm lại tất cả các vấn đề thực tiễn khi muốn chuyển thành bài tập có nội dung thực tế phải qua khâu xử lí sư phạm.
c) Nội dung bài tập thực tiễn phải đảm bảo tính chính xác, tính khoa học và tính hiện đại
Trong dạy học vật lí, để có một hệ thống bài tập thực tiễn tốt thì mỗi bài tập phải được biên soạn tốt và thỏa mãn những yêu cầu như: Mỗi bài tập phải có một nhiệm vụ và vị trí nhất định trong bài học; phải chứa đựng những kiến thức cơ bản, đảm bảo tính chính xác, khoa học. Diễn đạt bài tập thực tiễn bằng lời sao cho đạt mục đích tốt nhất. Đó là cách phản ánh tốt nhất các điều kiện và yêu cầu của bài tập.
Nên tránh những bài tập còn đang tranh cãi đúng sai, kết quả chưa rõ ràng. Trong một bài tập thực tiễn, bên cạnh nội dung vật lí cịn có những dữ
liệu thực tiễn. Những dữ liệu đó cần phải chính xác và phù hợp với thực tiễn. Tuy nhiên cần có một số bài tập thực tiễn yêu cầu HS nêu chính kiến của mình về một hiện tượng, một vấn đề nào đó xảy ra trong thực tiễn và gây tranh cãi. Những bài tập có liên quan tới vấn đề đạo đức, giá trị, thái độ của người giải quyết (để lựa chọn phương án giải quyết sao cho thích hợp nhất); lời giải cũng có thể khơng phải duy nhất mà cịn tùy vào bối cảnh, tình huống cụ thể. Khi đưa ra các bài tập này GV phải có sự hiểu biết đúng đắn và sâu rộng trong thực tiễn để có thể làm “trọng tài” cho các em và có kết quả xác đáng cuối cùng.
d) Bài tập có nội dung thực tế phải gắn với nội dung học tập
Người giáo viên cần căn cứ vào mục tiêu cụ thể của bài, chương đang học để xây dựng, lựa chọn bài tập nhằm thực hiện tốt mục tiêu đào tạo. Không phải nội dung nào cũng có thể xây dựng được bài tập thực tiễn.
Trong một chương, bài, phần cụ thể có thể xây dựng nhiều dạng bài tập thực tiễn. Các dạng bài tập này ở nhiều mức độ khác nhau để thực hiện các khâu của quá trình dạy học. Tuy nhiên, cần thiết kế số lượng bài tập vừa đủ thời gian, tránh quá nhiều (gây loãng và q sức) hay q ít (khơng đủ để thực hiện mục tiêu học tập).
e) Bài tập thực tiễn phải gần gũi với kinh nghiệm của học sinh
Bài tập thực tiễn phải chứa đựng những tình huống gần gũi, nên chú ý đến những vấn đề mang tính địa phương nơi người học đang sống, ngay cả khi học sinh đã nhận biết được vấn đề đó và có nhu cầu giải quyết. Bài tập thực tiễn phải gắn với giờ học vật lí, giờ thực hành vật lí của học sinh.
1.1.7.4. Quy trình thiết kế bài tập thực tiễn
- Bước 1: Lựa chọn đơn vị kiến thức, hiện tượng, bối cảnh/tình huống
- Bước 2: Xác định mục tiêu giáo dục của đơn vị kiến thức, xây dựng
mâu thuẫn nhận thức từ bối cảnh/tình huống lựa chọn và xác định các điều kiện (kiến thức, kĩ năng,…) cần thiết để giải quyết mâu thuẫn này.
- Bước 3: Thiết kế bài tập theo mục tiêu
- Bước 4: Xây dựng đáp án, lời giải và kiểm tra thử. - Bước 5: Chỉnh sửa, hồn thiện bài tập.
Ví dụ:
Bước 1: Đơn vị kiến thức: Nội năng và sự biến vận tốc Bước 2: Xác định mục tiêu:
+ Củng cố kiến thức các cách làm thay đổi nội năng. + Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS.
Bước 3: Thiết kế bài tập theo mục tiêu: Khi dùng bơm tay để bơm xe đạp, ta
cảm nhận thấy thân chiếc bơm bị nóng lên. Tại sao?
Bước 4: Đáp án:
Khi thực hiện cơng để nén khí chứa trong bơm, nội năng của khí tăng lên, làm cho thân bơm nóng lên. Khi lốp xe đạp đã gần căng, do áp suất hơi ở trong lốp lớn vì vậy ta phải truyền cho pitton những lực lớn hơn. Khi đó mỗi lần bơm công nén lớn hơn làm cho nội năng của khí tăng nhanh hơn nên thân bơm nóng nhanh hơn.
Bước 5: Hoàn thiện bài tập: Khi dùng bơm tay để bơm xe đạp, ta cảm
nhận thấy thân chiếc bơm bị nóng lên. Tại sao? Tại sao khi bơm hơi vào chiếc lốp xe đã gần căng hơi thì thân bơm lại bị nóng nhiều hơn so với trước đó?
1.1.8. Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề qua hoạt động giải bài tập thực tiễn thực tiễn
Bài tập có nội dung thực tế gắn với bối cảnh/tình huống địi hỏi sự phân tích, tổng hợp, đánh giá và vận dụng kiến thức riêng lẻ vào những bối cảnh tình huống thực xảy ra trong thực tế. Với những bài tập mở tạo cơ hội cho nhiều cách tiếp cận, nhiều phương án giải quyết khác nhau góp phần hình
thành ở HS năng lực giải quyết vấn đề. Với các bài tập này khơng có một đáp án duy nhất, có thể chia thành các mức: mức đầy đủ, chưa đầy đủ và không đạt.
Trong dạy học vật lí, bài tập có nội dung thực tế có thể sử dụng các dạng bài học khác nhau và theo các mục đích khác nhau như hình thành kiến thức mới, ôn tập củng cố hoặc kiểm tra đánh giá.
Chẳng hạn khi dạy bài nghiên cứu tài liệu mới, GV có thể sử dụng bài tập thực tiễn để tạo tình huống có vấn đề, kích thích hoạt động tư duy của HS và tổ chức cho HS thảo luận nhóm để đưa ra các câu trả lời cho các bài tập mở hoặc các cách giải quyết vấn đề thực tiễn khác nhau. Từ đó, yêu cầu HS đánh giá và xác định câu trả lời đầy đủ nhất, cách giải quyết vấn đề tối ưu nhất.
Khi dạy bài luyện tập, GV dùng bài tập thực tiễn để mở rộng, phát triển kiến thức, rèn luyện kĩ năng và năng lực giải quyết vấn đề cho HS. GV có thể tổ chức cho HS tự đề xuất các vấn đề thực tiễn cần được tìm hiểu, giải thích và nêu ra dưới dạng câu đố để HS cùng tìm câu trả lời.
Với các bài tập thực tiễn đòi hỏi sự huy động kiến thức của nhiều chương, nhiều phần môn học hoặc môn học để giải quyết các vấn đề phức hợp thì GV có thể xây dựng thành các dự án học tập để HS thực hiện. Thông qua thực hiện các dự án mang tính tích hợp các nội dung vật lí với các kiến thức của mơn học khác liên quan đến những vấn đề thực tế sẽ giúp HS phát triển được năng lực chung và năng lực chuyên biệt đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề.
Với đặc điểm đa dạng và phong phú của bài tập bài tập thực tiễn, việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS có thể thực hiện bằng việc sử dụng phương pháp, kĩ thuật dạy học tích cực và nhiều hình thức tổ chức dạy học khác nhau trong các bài dạy, kiểm tra đánh giá, hoạt động ngoại khóa,…
1.1.9. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề qua hoạt động giải bài tập thực tiễn tiễn
Dựa trên quá trình giải quyết vấn đề của học sinh qua việc giải bài tập thực tiễn để xây dựng tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS.
Việc đánh giá NL GQVĐ của học sinh qua hoạt động giải bài tập thực tiễn được thực hiện thông qua Rubric sau:
Bảng 1.1. Rubric đánh giá năng lực GQVĐ của HS qua hoạt động giải bài tập thực tiễn. Thành tố năng lực giải quyết vấn đề Mức độ biểu hiện Cấp độ 1 Cấp độ 2 Cấp độ 3 Phân tích và hiểu đúng vấn đề Không nhận dạng được bất kì yếu tố nào liên quan tới vấn đề (không hiểu đề bài yêu cầu, không nhận diện được tình huống)
Chỉ nêu được một số các yếu tố liên quan tới vấn đề nhưng ở mức độ đơn giản (liệt kê được những cái đã biết và những cái cần tìm nhưng chưa nêu được mối quan hệ giữa các đại lượng hoặc nêu chưa đầy đủ các đại lượng).
Nêu được tất cả các yếu tố liên quan vấn đề (nêu được tất cả các đại lượng đã biết, chưa biết và mối liên hệ giữa các đại lượng).
Khơng tìm được bất kì dữ kiện
Tìm được dữ kiện liên quan tới
Tìm được tồn bộ dữ kiện liên quan
nào liên quan tới vấn đề (không trình bày được mối liên hệ giải quyết bài tốn hoặc tình huống yêu cầu. vấn đề nhưng ở mức độ đơn giản nên chưa tìm được hướng giải quyết bài tốn hoặc tình huống.