Quá trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề có thể chia làm ba giai đoạn:
1. Đặt vấn đề xây dựng bài toán nhận thức a) Tóm tắt của giai đoạn này như sau:
- Tạo tình huống có vấn đề;
- Phát hiện và nhận dạng vấn đề nảy sinh; - Phát biểu vấn đề cần giải quyết.
Đây là giai đoạn đặt học sinh vào tình huống có vấn đề, mục đích chính của giai đoạn này là:
+ Làm xuất hiện trước học sinh mâu thuẫn nhận thức, giúp học sinh xác định rõ nhiệm vụ nhận thức và tiếp nhận nó, tức là tạo ra nhu cầu nhận thức ở học sinh.
+ Kích thích ở học sinh hứng thú nhận thức sao cho các em phấn khởi, sẵn sàng
+ Đặt học sinh trước những khó khăn vừa sức, những khó khăn này khiến các em
phải căng óc ra suy nghĩ giải quyết nhưng không được khó quá để làm mất hứng thú của học sinh. Khó khăn có thể giải quyết được sẽ củng cố niềm tin của học sinh.
b) Các biện pháp xây dựng tình huống có vấn đề
Khâu đầu tiên của giai đoạn này là tổ chức điều kiện làm nảy sinh tình huống có vấn đề. Có nhiều cách tổ chức tình huống có vấn đề, các biện pháp xây dựng tình huống có vấn đề có thể như sau:
Kể chuyện mở đầu về ý nghĩa khoa học kĩ thuật và đời sống của hiện tượng sẽ được nghiên cứu.
- Dùng thí nghiệm Vật lí
Ví dụ: Khi dạy bài định luật Bec-nu-li, để đưa học sinh vào tình huống có vấn đề, giáo viên có thể thí nghiệm đơn giản: Đặt hai tờ giấy mỏng song song, gần nhau và đặt câu hỏi: Các tờ giấy sẽ chuyển động thế nào (gần lại nhau hay ra xa nhau?) nếu ta thổi một luồng khơng khí vào khe giữa hai tờ giấy? Quan niệm thông thường của học sinh cho rằng chúng sẽ chuyển động ra xa nhau, nhưng kết quả thí nghiệm ngược lại với quan niệm của học sinh, khi đó xuất hiện tình huống cần nhận thức.
- Sử dụng các bài tốn Vật lí
Đó là các bài toán thường dẫn tới các kết quả có tính chất nghịch lí hoặc khơng phù hợp với thực tế, trên cơ sở đó tạo ra vấn đề cần giải quyết.
- Sử dụng các mẩu chuyện lịch sử hoặc các sự kiện, kết luận của các nhà bác học các tư liệu trong lịch sử khoa học kĩ thuật, xã hội, thậm chí cả văn học Ví dụ: Khi nghiên cứu định luật Niu-tơn thứ nhất, để hình thành định luật qn tính, khi mơ tả chuyển động quán tính trong cuốn "Cơ học" A-ri-xtốt viết "Một vật đang chuyển động sẽ dừng lại nếu lực đặt lên nó ngừng tác dụng". Hỏi: "Kết luận đó của A-ri-xtốt đúng không? "..
c) Một số kiểu tình huống có vấn đề
Tuỳ theo tính chất của mâu thuẫn xuất hiện, người ta phân biệt một số kiểu tình huống có vấn đề địi những cách giải quyết khác nhau về mặt phương pháp dạy học. Sau đây là một số kiểu tình huống có vấn đề có thể vận dụng trong dạy học Vật lí:
- tình huống đột biến được tạo ra bằng cách cung cấp những sự kiện, hiện tượng không thể giải quyết được bằng những kiến thức và kĩ năng sẵn có.
- Tình huống bất ngờ: Xuất hiện khi học sinh gặp những sự kiện, hiện tượng bất thường, không ngờ là có thể xảy ra như thế. Cách giải quyết là làm sáng tỏ nguyên nhân của hiện tượng (ví dụ: các hiện tượng "lạ").
- Tình huống khơng phù hợp là các tình huống trong đó chứa đựng các "nghịch lí", tức là những sự kiện, hiện tượng trái với quan niệm thông thường của học sinh (chẳng
hạn "nghịch lí thuỷ tĩnh học"). Khi giải quyết vấn đề cần phân tích chỗ sai trong cách hiểu thơng thường, từ đó nhận thức được chân lí của khoa học.
Tình huống xung đột: Là tình huống trong đó có sự kiện, quan điểm trái ngược nhau (ví dụ ít bản chất ánh sáng là hạt hay là sóng) - học sinh phải tìm hiểu phân tích hiện tượng, phê phán quan điểm sai để tìm ra chân lí.
- Tình huống bác bỏ: Là tình huống đặt ra cho học sinh phải bác bỏ một kết luận phản khoa học, một luận đề sai lầm. Chẳng hạn theo A-ri-xtốt "vật nặng gấp đơi thì rơi nhanh gấp đơi". Có thể dùng để tạo tình huống bác bỏ.
- Tình huống lựa chọn xuất hiện khi học sinh phải lựa chọn trong những phương án để giải quyết lấy một phương án hợp lí nhất ở những điều kiện cụ thể.
Tuy nhiên cách phân tích như trên chỉ là tương đối, quy ước, vì một tình huống cụ thể có thể bao hàm nhiều tính chất xen kẽ.
Vì một tình huống có thể có nhiều vấn đề này sinh cùng một lúc trong mối liên hệ hữu cơ với nhau, có vấn đề chính, có vấn đề phụ, vì vậy cần lựa chọn vấn đề cơ bản để giải quyết trên cơ sở đó giải quyết các vấn đề khác.
Khi đã đưa học sinh vào tình huống có vấn đề, họ có mong muốn giải quyết 1 vấn đề, họ ở tư thế sẵn sàng suy nghĩ vượt khó khăn để giải quyết vấn đề với niềm ~ tin có thể giải quyết được vấn đề đã đặt ra. Khi đó giai đoạn đề xuất vấn đề kêu thúc và tiếp theo là giai đoạn nghiên cứu giải quyết vấn đề.
2. Giai đoạn giải quyết vấn đề
a) Các công việc của giai đoạn này là:
Đề xuất các giả thuyết;
- Lập kế hoạch giải quyết vấn đề; - Thực hiện kế hoạch giải.
b) Mục đích của giai đoạn này là:
- Đưa học sinh vào con đường tự lực, khai thác tri thức.
- Làm cho học sinh quen dần với phương pháp khoa học trong nghiên cứu giải quyết vấn đề.
- Để đạt mục đích ấy giai đoạn này bao gồm hai yếu tố cơ bản: Xây dựng giả thuyết và kiểm chứng giả thuyết.
Học sinh có thể rèn luyện được năng lực nhận thức một cách tự lực và sáng tạo khi họ biết cách nghiên cứu giải quyết vấn đề, mà việc nghiên cứu giải quyết vấn đề trong khoa học thì nhất thiết diễn ra theo con đường đề xuất và phát triển giả thuyết.
Giả thuyết là một vấn đề giả sử có, đề ra để giải thích một hiện tượng nào đó và địi hỏi phải được xác minh bằng thí nghiệm hoặc bằng những luận chứng khoa học.
Giả thuyết là một hình thức độc đáo của tư duy, nó bao gồm một số khái niệm, phán đốn, suy lí giả định, đồng thời nó chính là q trình đề xuất, chứng minh, phát triển những điều đã giả định. Vì vậy giả thuyết có một vai trị quan trọng trong cơng việc rèn luyện tư duy khoa học.
Có hai con đường đề xuất và chứng minh giả thuyết: Con đường diễn dịch ngoại suy và con đường diễn dịch tương tự.
Việc lôi cuốn học sinh vào con đường xây dựng giả thuyết đòi hỏi phải rèn luyện cho họ có kĩ năng quan sát một cách có mục đích các sự vật và hiện tượng trong khn khổ tình huống có vấn đề, rồi sau đó vận dụng các tri thức đã có để xây dựng giả thuyết dựa trên cơ sở quan sát đó. Ở đây có sự kết hợp nhận thức của cảm tính với nhận thức lí tính.
Trước một tình huống có vấn đề học sinh đề ra được nhiều giả thuyết khác nhau và giáo viên hướng dẫn học sinh tiến hành luận chứng cho giả thuyết, nghĩa là chọn lọc một cách có căn cứ một trong các giả thuyết đã đề ra làm con đường đáng tin nhất để giải quyết vấn đề, cách chọn lọc tốt nhất là suy từ các giả thuyết ra các hệ quả khác nhau rồi kiểm tra các hệ quả đó bằng kinh nghiệm sẵn có hay bằng thí nghiệm, kết quả là sẽ loại trừ được những giả thuyết sai lầm.
Khi đã chọn được một giả thuyết tương đối có triển vọng rồi thì phải kiểm chứng các giả thuyết đó. Đối với Vật lí học việc kiểm chứng các giả thuyết thường được thực hiện nhờ thí nghiệm. Chú ý lựa chọn thí nghiệm kiểm chứng sao cho hiện tượng thí nghiệm được đơn nhất, thiết bị thí nghiệm đơn giản, tiến hành thí nghiệm ngắn gọn hợp lí, kết luận rút ra từ thí nghiệm xuất hiện một cách logic và nằm trong phạm vi kiến thức mà học sinh có thể hiểu được.
3. Kiểm tra, vận dụng kết quả
Các công việc cụ thể của giai đoạn này là a) Thảo luận kết quả và đánh giá;
b) Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã nêu; c) Phát biểu kết luận
d) Đề xuất vấn đề mới
Trong giai đoạn này chú ý cho học sinh vận dụng sáng tạo các tri thức đã thu nhận được, tức là vận dụng để giải quyết những tình huống mới, khai thác với những tình huống mới gặp phải khi thu nhận kiến thức.