CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN TƯ
2.4. Quy trình phát triển tƣ duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính
2.4.2. Áp dụng quy trình trong các trường hợp cụ thể
Có nhiều cách phân loại kiến thức vật lý phổ thông. Dựa vào nội dung kiến thức, có thể chia kiến thức vật lý phổ thông thành 5 loại: khái niệm, định luật, thuyết, phương pháp nghiên cứu vật lý và các ứng dụng kỹ thuật; [45] còn nếu dựa vào phương thức tư duy để hình thành kiến thức vật lý, có thể phân chia kiến thức vật lý phổ thông thành 2 loại: các khái niệm, đại lượng vật lý (các mối liên hệ giữa các khái niệm của bản thân sự vật, hiện tượng) và các mối quan hệ (nhân quả) mô tả sự biến đổi mang tính quy luật của sự vật hiện tượng (thể hiện trong các quy tắc, định luật, nguyên lí... vật lý) [51].
Để thuận tiện cho việc áp dụng quy trình phát triển TDVL cho học sinh thông qua việc sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MT chúng ta có thể chia kiến thức vật lý phổ thông thành 3 loại: các khái niệm, đại lượng vật lý; các quan hệ nhân quả và các thuyết. Ứng với mỗi loại kiến thức nêu trên ta có cách áp dụng quy trình riêng.
2.4.2.1. Áp dụng quy trình để dạy các khái niệm, đại lƣợng vật lý
Hầu như tất cả các khái niệm vật lý đều là các mô hình, là sản phẩm của tư duy. Do đó PPMH là phương pháp phù hợp với phương thức tư duy để hình thành
loại kiến thức này nhất, đồng thời đây cũng là cơ hội thuận lợi để GV phát triển TDVL cho HS. Sau khi hình thành một khái niệm, đại lượng vật lý bằng con đường tư duy, chúng ta thường không làm các thí nghiệm để xác nhận mô hình. Các khái niệm, đại lượng sẽ được xác nhận khi áp dụng vào các hiện tượng vật lý và khi nghiên cứu các kiến thức vật lý mới. Vì vậy, khi áp dụng quy trình để dạy loại kiến thức này ta phải điều chỉnh cho phù hợp.
Ở khâu lựa chọn kiến thức, PPMH phù hợp để hình thành các khái niệm có cả mặt định tính và mặt định lượng. Bởi vì đối với các khái niệm có cả mặt định tính lẫn định lượng, chúng ta có thể áp dụng nhiều khâu trong quy trình rèn luyện TDVL đã nói ở trên hơn nên sẽ được ưu tiên sử dụng.
Khâu tiếp theo là khâu xác định mức độ sử dụng PPMH. Khi dạy học các khái niệm vật lý ta thường không thể áp dụng đầy đủ các giai đoạn của PPMH nên loại kiến thức này ít phù hợp với mức độ 3 và mức độ 4 của PPMH. Vậy mức độ 1 hoặc mức độ 2 sẽ là sự lựa chọn ưu tiên cho khâu này.
Các giai đoạn có thế mạnh để phát triển TDVL cho HS ở đây là giai đoạn xây dựng mô hình và giai đoạn áp dụng mô hình. Tùy nội dung cụ thể của từng khái niệm và ý đồ sư phạm của GV mà GV có thể xác định các thao tác TDVL cần rèn luyện cho HS.
Khi thiết kế bài dạy học cần chú ý đến đặc điểm của các khái niệm vật lý là chúng ta không làm việc với mô hình để suy ra hệ quả lí thuyết và làm thí nghiệm để xác nhận mô hình. Thay vào đó, chúng ta sẽ suy ra định nghĩa thứ nguyên, đơn vị của đại lượng vật lý được nghiên cứu và nếu đại lượng đang nghiên cứu là một đại lượng thực nghiệm thì GV có thể yêu cầu HS xây dựng phương án thí nghiệm để đo đại lượng đó.
Một lưu ý khá quan trọng khi dạy về khái niệm vật lý là có nhiều khái niệm vật lý không được hình thành một cách đầy đủ trong một tiết học mà được hoàn thiện dần dần qua nhiều bài học. Trong tình huống này, GV nên chỉ ra cho HS thấy mô hình của khái niệm cũ tỏ ra không còn phù hợp trong các tình huống mới để từ đó HS cảm thấy được nhu cầu phải thay thế mô hình cũ bằng một mô hình mới tốt hơn.
2.4.2.2. Áp dụng quy trình để dạy các quan hệ nhân quả
Các quan hệ nhân quả trong kiến thức vật lý bao gồm các phương trình vật lý, các quy tắc vật lý, các định luật vật lý và các nguyên lí vật lý. Đây là các kiến thức hầu hết được xây dựng bằng thực nghiệm do đó phương pháp thực nghiệm tỏ ra phù hợp hơn so với PPMH.
Giáo viên cần phải hết sức cân nhắc khi sử dụng PPMH khi dạy các quan hệ nhân quả và nên so sánh hiệu quả dạy học của PPMH đối với phương pháp thực nghiệm. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, chúng ta vẫn có thể áp dụng PPMH cho một phần hoặc một đoạn của bài học, đặc biệt là khi các quan hệ nhân quả mà chúng ta đi xây dựng có sử dụng các mô hình để hỗ trợ. Trong trường hợp này, cần lưu ý rằng các quan hệ nhân quả thường có thể kiểm chứng trực tiếp bằng thực nghiệm nên các quan hệ nhân quả có thể đóng vai trò là hệ quả lí thuyết thu nhận được khi làm việc trên các mô hình. Còn nếu các quan hệ nhân quả chính là các mô hình được xây dựng thì chúng ta sẽ bỏ qua giai đoạn làm việc trên mô hình, suy ra hệ quả lí thuyết mà đi kiểm chứng trực tiếp mô hình.
2.4.2.3. Áp dụng quy trình để dạy các thuyết vật lý
Phương pháp mô hình thường tỏ ra hiệu quả nhất khi dạy về các thuyết vật lý. Tất cả các thuyết vật lý đều là sản phẩm tư duy của các nhà khoa học trong nỗ lực giải thích các hiện tượng, quy luật, định luật vật lý. Như vậy, về mặt nào đó, các thuyết vật lý có thể coi như là các mô hình biểu tượng có chức năng tiên đoán và giải thích các hiện tượng vật lý. Khi áp dụng quy trình phát triển TDVL cho học sinh thông qua việc sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MT, GV có thể thực hiện tất cả các bước theo trình tự sẵn có. Trong trường hợp này, GV hoàn toàn có thể có đầy đủ tất cả các sự lựa chọn khi áp dụng quy trình và có thể tiến hành tất cả các khâu, các giai đoạn của quy trình. Nghĩa là GV có thể áp dụng quy trình một cách tổng quát nhất và không có bất kì hạn chế nào khi dạy loại kiến thức này. Tuy nhiên, tùy vào ý đồ sư phạm của GV, cơ sở vật chất của nhà trường và trình độ của HS mà GV có thể áp dụng quy trình theo những cách khác nhau.
2.5. Thực trạng về mức độ tƣ duy vật lý của học sinh trung học phổ thông hiện nay và vấn đề sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý
2.5.1. Thực trạng về mức độ tƣ duy vật lý của học sinh trung học phổ thông hiện nay
Để đánh giá thực trạng về mức độ TDVL của HS THPT hiện nay, chúng tôi đã thực hiện một cuộc khảo sát trên đối tượng 654 HS lớp 10 ở các trường THPT thuộc địa bàn tỉnh Quảng Ngãi (trường THPT Trần Kỳ Phong (218 HS), Trường THPT Bình Sơn (176 HS) ) và thành Phổ Huế (trường THPT Hai Bà Trưng (132 HS), Trường THPT Gia Hội (128 HS)).
Nội dung khảo sát được thể hiện trong phiếu đánh giá mức độ TDVL của HS được trình bày trong phụ lục 1 và kết quả khảo sát được tổng hợp trong phụ lục 2.
Kết quả khảo sát cho phép đánh giá thực trạng về mức độ TDVL của HS lớp 10 THPT như sau
0 5 10 15 20 25 30 35 40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
tỷ lệ
Đồ thị 2.1. Đồ thị phân phối điểm đánh giá mức độ TDVL của HS
Đồ thị 2.1. cho thấy nếu tính theo thang điểm 10 thì có hơn 80% số HS được khảo sát có điểm số từ 5 trở xuống. Chỉ có 16.4% số HS được khảo sát có điểm từ 5 đến 7 và không có HS nào đạt được điểm số lớn hơn 7.
Trong số 83.6% HS có điểm từ 0 đến 5 thì số HS đạt từ 4 đến 5 là cao nhất chiếm tỷ lệ 33.9%, tiếp đó là 28.9% HS đạt từ 3 đến 4 điểm và có đến 20.9% HS có điểm số thấp hơn hoặc bằng 3.
Để đánh giá cụ thể các biểu hiện của tư duy vật lý của HS, chúng tôi đã phân tích từng kết quả bài kiểm tra đối với từng câu hỏi, tiêu chí cụ thể. Kết quả phân tích thể hiện ở đồ thị 2.2.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 TC8 TC9 TC10
Đồ thị 2.2. Đồ thị phân phối điểm trung bình cho mỗi tiêu chí đánh giá mức độ TDVL của HS
Điểm tối đa cho mỗi tiêu chí đánh giá mức độ tư duy vật lý cho HS là 3 điểm.
Điểm trung bình cho mỗi tiêu chí trong khảo sát có giá trị từ 0.55 đến 1.59. Các tiêu chí có điểm trung bình thấp hơn 1 điểm là tiêu chí 4 (Suy ra được các hệ quả t các giả thuyết), tiêu chí 8 (Tiên đoán được kết quả của các thí nghiệm dựa trên các thuyết, đ nh luật vật lý đã iết), tiêu chí 9 (Áp dụng được các công thức vật lý trong các tình huống cụ thể) và tiêu chí 10 (Nhận biết những sai lầm trong lập luận khi sử dụng các đ nh luật vật lý không hợp lý (giải thích được các hiện tượng, câu hỏi có vẻ ngh ch lý)). Các tiêu chí có điểm trung bình nằm trong khoảng 1.2 đến 1.4 gồm có tiêu chí 1 (Biết cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm cơ ản dùng trong nghiên cứu vật lý), tiêu chí 2 (Mô hình hóa được sự vật, hiện tượng ưới dạng các mô hình lý thuyết), tiêu chí 3 (Xây dựng được các giả thuyết t các sự vật hiện tượng), và tiêu chí 7 (Phân tích được sự chi phối của các đ nh luật vật lý đến hiện tượng đang quan sát). Tiêu chí 5 (Sử dụng chính xác các khái niệm, thuật ngữ vật lý) và tiêu chí
6 (Diễn đạt thành lời các công thức vật lý và diễn đạt được mối quan hệ nhân quả trong các công thức đó) là hai tiêu chí có điểm trung bình cao nhất (15.9 và 14.5)
Như vậy, TDVL của HS THPT hiện nay còn tương đối thấp, các biểu hiện của TDVL của HS phát triển chưa đồng đều. Đa số các mặt trong TDVL của HS còn phát triển chậm, đặc biệt một số mặt trong TDVL của HS là khá thấp so với các mặt khác. Đây là cơ sở để GV có thể xây dựng kế hoạch để phát triển TDVL cho HS trong dạy học vật lý ở trường phổ thông [87].
2.5.2. Thực trạng về vấn đề sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý
Để đánh giá thực trạng về vấn đề sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MT trong dạy học vật lý ở các trường THPT hiện nay, chúng tôi đã tiến hành khảo sát ý kiến của 112 HS ở trường THPT Trần Kỳ Phong, Huyện Bình Sơn, Tỉnh Quảng Ngãi và 48 GV môn Vật lý ở 4 trường THPT thuộc địa bàn Huyện Bình Sơn, Tỉnh Quảng Ngãi: Trường THPT Bình Sơn (15GV); Trường THPT Trần Kỳ Phong (12GV) Trường THPT Vạn Tường (11GV) và Trường THPT Lê Quý Đôn (10GV).
Nội dung khảo sát được thể hiện trong phiếu điều tra ở phụ lục 3 và kết quả điều tra được tổng hợp trong phụ lục 4. Kết quả điều tra cho phép đánh giá thực trạng của vấn đề trên như phần dưới đây.
Có đến 86,6% và 75,9% số HS được hỏi cho rằng GV thường sử dụng phương pháp đàm thoại và thuyết trình trong khi dạy môn vật lý, 35,7% HS cho rằng GV thường sử dụng phương pháp hoạt động nhóm, 26,8% HS cho rằng GV sử dụng phương pháp nêu vấn đề. Chỉ có 4,46% HS cho rằng GV sử dụng phương pháp thực nghiệm và không có HS nào cho biết GV sử dụng PPMH. Trong khi đó, trong số 48 GV được hỏi, 62,5% GV cho biết mình thường sử dụng phương pháp nêu vấn đề; 58,3% cho biết mình thường sử dụng phương pháp hoạt động nhóm;
41,7% và 37,5% là tỷ lệ GV cho rằng mình sử dụng phương pháp thực nghiệm và đàm thoại trong dạy học. Chỉ có 10,4% GV cho biết mình sử dụng PPMH và 6,25%
cho rằng mình sử dụng phương pháp thuyết trình.
Từ kết quả điều tra GV và HS cho thấy có những câu trả lời không có sự thống nhất giữa GV và HS. Tuy nhiên, đối với việc sử dụng PPMH trong dạy học,
có sự thống nhất cao giữa GV và HS chứng tỏ kết quả này có độ tin cậy cao và cho thấy hầu hết GV không sử dụng PPMH vào dạy học.
Chỉ có 2,68% HS thích PPMH. Điều này cho thấy có thể là GV ít sử dụng PPMH hoặc sử dụng PPMH vào dạy học chưa hiệu quả, chưa tạo được hứng thú học tập cho HS.
Có đến 100% HS thích sử dụng MT hoặc các thiết bị thí nghiệm. Trong khi đó chỉ có 30% HS thích là việc với hình vẽ và tranh ảnh minh họa. Điều này cho thấy MT có vai trò rất quan trọng trong việc tạo hứng thú học tập cho HS.
Cũng theo HS, đa số GV chỉ sử dụng các thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng trong các giờ dạy thao giảng hoặc có dự giờ (76,8%). Hoặc khi cần giúp cho HS hiểu rõ hơn một thí nghiệm hay hiện tượng nào đó (65,2%). Ngoài ra, lựa chọn thầy cô không sử dụng chiếm tỷ lệ khá cao (43,75%). Còn các trường hợp khác thì khá đều nhau: khi nào thích thì sử dụng (11,6%); khi không thể dùng thí nghiệm thật (18,7%). Đặc biệt, không có HS nào cho rằng thầy cô mình sử dụng thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng một cách thường xuyên. Điều này cho thấy, GV đánh giá cao vai trò của phương tiện này trong dạy học nhưng thực sự chưa thường xuyên sử dụng trong tất cả các tiết dạy.
Đa số GV cho rằng PPMH là phương pháp khó sử dụng nhất trong dạy học vật lý (87,5%). Điều này cũng phù hợp với kết quả trả lời câu hỏi về mức độ thường xuyên sử dụng PPMH trong dạy học vật lý, có đến 89.6% GV nói rằng mình chưa bao giờ sử dụng PPMH và 10,6% còn lại thì nói rằng mình rất ít sử dụng phương pháp này.
Khi sử dụng PPMH trong dạy học vật lý, ngoài 89,6% GV không có ý kiến vì chưa bao giờ sử dụng, các GV còn lại cho rằng giai đoạn xây dựng mô hình và giai đoan làm việc với mô hình để suy ra hệ quả lý thuyết là khó tổ chức nhất với tỷ lệ tương ứng là 6,25% và 4,17%.
Khi được hỏi về tầm quan trọng của các thiết bị dạy học, đa số GV cho rằng các thiết bị thí nghiệm của Bộ Giáo dục và Đào tạo và MT kèm theo máy chiếu là quan trọng nhất với tỷ lệ tương ứng là 62,5% và 66,7%. Điều này cho thấy, MT đang đóng vai trò không thể thiếu trong dạy học vật lý hiện nay.
Trả lời cho câu hỏi nên sử dụng MT để làm gì trong dạy học vật lý, đa số GV cho rằng MT nên được dùng để trình chiếu các hình ảnh, đoạn phim chụp hoặc quay lại các hiện tượng, thí nghiệm vật lý (60,4%); hoặc trình chiếu các thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng (41,7%). Không có GV nào cho rằng nên để HS sử dụng MT để thiết kế các báo cáo hoặc tự thiết kế các thí nghiệm. Như vậy, GV đã đánh giá cao vai trò của MT nhưng lại chưa khai thác hết các chức năng mà MT có thể hỗ trợ vào dạy học. Giáo viên vẫn còn sử dụng MT như một công cụ trình chiếu mà thôi.
Những thuận lợi phổ biến đối với GV khi sử dụng thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lý là: Công nghệ thông tin phát triển nên có thể tìm được nhiều thí nghiệm hay (37.5%); cơ sở vật chất của nhà trường đã đáp ứng được nhu cầu sử dụng thí nghiệm ảo để dạy học (58.3%); Có nhiều phần mềm thiết kế thí nghiệm ảo ra đời rất dễ sử dụng cho GV (41,7%). Đồng thời các khó khăn cơ bản được GV chỉ ra là: không tìm được hệ thống thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng vừa ý (54,8%) và không điều chỉnh các thí nghiệm đã có theo ý của mình (37,5%).
Như vậy có thể khẳng định PPMH là một phương pháp dạy học còn khá mới mẻ đối với GV vật lý ở các trường THPT hiện nay. Chỉ có một số ít GV thử sử dụng phương pháp này trong dạy học nhưng cũng không tạo được nhiều thành công. Các giai đoạn được GV cho là khó tổ chức các hoạt động học tập cho HS là giai đoạn xây dựng mô hình và giai đoạn làm việc với mô hình suy ra hệ quả lý thuyết.
Máy tính đã được cả GV và HS đánh giá là phương tiện rất quan trọng trong dạy học vật lý. Song, việc sử dụng MT ở trường THPT hiện nay đang dừng lại ở mức trình chiếu các hình ảnh, đoạn phim, các thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng mà thôi.
2.5.3. Một số nguyên nhân của thực trạng
Về mặt chủ quan, một bộ phận GV ít chịu tìm tòi, áp dụng các phương pháp tiên tiến trong dạy học. Các GV này thường có tư tưởng ngại khó, không sáng tạo.
Do đó, chỉ triển khai bài học theo lối cổ điển và mục tiêu dạy học chỉ dừng lại ở việc hoàn thành việc truyền thụ cho HS kiến thức trọng tâm của bài học. Các GV