CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ CÂU HỎI ĐỊNH HƯỚNG TƯ DUY TRONG
1.2. Câu h ỏi định hướng tư duy trong giải bài tập vật lí
1.2.3. Tư duy trong dạy học vật lí
Tư duy vật lí là sự quan sát các hiện tượng vật lí, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những bộ phận đơn giản, xác lập giữa chúng những mối quan hệ và những sự phụ thuộc nhất định, tìm ra mối liên hệ giữa mặt định tính và mặt định lượng của các hiện tượng, các đại lượng vật lí, dự đoán các hệ quả mới từ các lí thuyết và áp dụng những kiến thức khái quát vào thu được vào thực tiễn.
Các hiện tượng vật lí trong tự nhiên rất phức tạp nhưng những định luật chi phối chúng thường lại rất đơn giản, vì mỗi hiện tượng bị nhiều yếu tố tác động chồng chéo lên nhau hoặc nối tiếp nhau mà ta chỉ quan sát được kết quả tổng hợp cuối cùng. Bởi vậy, muốn nhận thức được những đặc tính bản chất và quy luật của tự nhiên thì việc đầu tiên là phải phân tích được hiện tượng phức tạp thành những bộ phận, những giai đoạn bị chi phối bởi một số nguyên nhân, bị tác động bởi một số yếu tố, tốt nhất là một nguyên nhân, một yếu tố. Có như thế, chúng ta mới xác lập được những mối quan hệ bản chất trực tiếp, những sự phụ thuộc định lượng giữa các đại lượng vật lí dùng để đo lường những thuộc tính bản chất của sự vật hiện tượng. Muốn biết những kết luận khái quát thu được có phản ánh đúng thực tế khách quan không phải kiểm tra lại trong thực tiễn. Để làm việc đó phải xuất phát từ những kết luận khái quát, suy ra những hệ quả,
dự đoán những hiện tượng mới có thể quan sát được trong thực tiễn. Nếu thí nghiệm xác nhận hiện tượng mới đúng như dự đoán thì kết luận khái quát ban đầu mới được xác nhận là chân lí. Mặt khác, việc vận dụng những kiến thức vật lí khái quát vào thực tiễn tạo điều kiện cho con người cải tạo thực tiễn, làm cho các hiện tượng vật lí xảy ra theo hướng có lợi cho con người, thỏa mãn được nhu cầu ngày càng tăng của con người.
Trong quá trình nhận thức vật lí như trên, con người sử dụng tổng hợp, xen kẽ nhiều hình thức tư duy, trong đó có hình thức chung như tư duy lí luận, tư duy lôgic và những hình thức đặc thù của vật lí học như thực nghiệm, mô hình hóa… [13], [15].
1.2.3.2. Tư duy trong quá trình giải bài tập vật lí
Quá trình giải một bài toán vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài toán, xem xét hiện tượng vật lí được đề cập và dựa trên kiến thức vật lí toán để nghĩ tới những mối liên hệ có thể có của các cái đã cho và các cái phải tìm, sao cho có thể thấy được cái phải tìm có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho. Từ đó đi tới chỉ rõ được mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm chỉ với những cái đã biết, tức là tìm được lời giải đáp.
Các công thức, phương trình mà ta xác lập được dựa theo các kiến thức vật lí và điều kiện cụ thể của bài toán là sự biểu diễn những mối liên hệ định lượng giữa các đại lượng vật lí. Trong các phương trình đó, tùy theo điều kiện của bài toán cụ thể mà có thể đại lượng này là đại lượng đã cho, đại lượng kia là đại lượng phải tìm và có thể có đại lượng khác nữa chưa biết. Nó không phải là cái mà đề bài hỏi, nhưng cũng không phải là đại lượng đã cho.
Hoạt động giải bài toán vật lí cho thấy hai phần việc cơ bản quan trọng:
Việc xác lập được những mối liên hệ cơ bản cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài toán đã cho.
Sự tiếp tục luận giải, tính toán đi từ những mối liên hệ đã xác lập được đến kết luận cuối cùng của việc giải đáp vấn đề được đặt ra trong bài toán.
Sự thực hiện hai phần việc này có thể theo trình tự nhưng cũng có thể xen kẽ, hòa lẫn vào nhau. Dù trong trường hợp nào thì về mặt vật lí, điều mấu chốt quan trọng của việc giải bài toán vẫn là phải xác lập được những mối liên hệ cụ thể cần thiết của cái
phải tìm và cái đã cho dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài toán.
Sự nắm vững lời giải một bài toán vật lí phải hiện ở khả năng trả lời được câu hỏi: Việc giải bài toán này cần xác lập được những mối liên hệ cơ bản nào? Sự xác lập các mối liên hệ cơ bản cụ thể này dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí gì, vào điều kiện cụ thể gì của bài toán? Sự nắm vững như vậy của người giáo viên vật lí sẽ giúp cho sự định hướng phương pháp dạy giải bài toán một cách đúng đắn và có hiệu quả.
Đối với những bài toán đơn giản thì khi vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài toán ta có thể thấy ngay được mối liên hệ trực tiếp của cái phải tìm với cái đã cho. Chẳng hạn có thể dẫn ra ngay một công thức vật lí mà trong đó có chứa đại lượng phải tìm cùng với các đại lượng khác đề là các đại lượng đã cho hoặc đã biết.
Nhưng đối với các bài toán phức tạp hơn thì thường không thể dẫn ra ngay được mối liên hệ trực tiếp của cái phải tìm với cái đã cho mà phải dựa trên một số các mối liên hệ cơ bản trong đó có chứa yếu tố phải tìm hoặc yếu tố đã cho cùng với các yếu tố khác chưa cho biết, rồi tiếp tục luận giải để đi tới xác lập được mối liên hệ trực tiếp của cái phải tìm chỉ với cái đã cho. Trong sự vận hành các mối liên hệ cơ bản để đi đến xác định được cái phải tìm ta thấy có vai trò quan trọng của các kiến thức, kĩ năng toán học cùng với những kiến thức vật lí. Sự nắm vững lời giải một bài toán vật lí phải thể hiện ở khả năng trả lời được câu hỏi. Sơ đồ tiến trình luận giải để từ những mối liên hệ cơ bản đã xác lập được đi đến kết quả cuối cùng của việc giải bài toán là như thế nào?
Trong nhiều bài toán vật lí, khó khăn chủ yếu đối với học sinh có thể là ở khâu vận dụng kiến thức toán. Giáo viên vật lí cần thấy rõ điều đó để có thể hướng dẫn giúp đỡ học sinh đúng chỗ cần thiết nhất.
Đối với các bài tập định tính, không cần thiết phải tính toán phức tạp, nhưng vẫn cần có sự suy luận lôgic từng bước để đi đến kết luận cuối cùng. Trong trường hợp này ta cũng có thể mô hình hóa tiến trình luận giải bằng một sơ đồ khái quát:
(1) a (2) b (3) c
Hình trên là một ví dụ diễn tả tiến trình giải như sau: Nhờ mối liên hệ (1) rút ra kết luận a. Dựa trên kết luận a cùng với mối liên hệ (2) rút ra kết luận b. Dựa trên kết luận b cùng với mối liên hệ (3) rút ra kết luận cuối cùng c.
Đối với các “bài toán thí nghiệm” là quá trình làm rõ những điều kiện mà trong đó mối liên hệ phụ thuộc cần nghiên cứu có thể xảy ra; xác định phương án thí nghiệm cho phép những thông tin cần thiết cho sự khảo sát về sự liên hệ phụ thuộc đó; nắm vững những dụng cụ đo lường cần sử dụng; lắp ráp các dụng cụ; tiến hành thí nghiệm và ghi lại các kết quả quan sát, đo cần thiết; xử lí kết quả; kết luận về sự liên hệ phụ thuộc nghiên cứu [23].