- 41 Rèn luyện tính bền bỉ, kiên nhẫn.
b. Thách thức đặt ra của dạy học dự án
1.4.2. Bản chất việc nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật của vật lý trong dạy học.
Ứng dụng kĩ thuật của vật lý là biểu hiện thực tế của các kiến thức vật lý. Một thiết bị máy móc khi hoạt động thƣờng dựa vào rất nhiều hiện tƣợng, nguyên
- 43 -
tắc vật lý. Tuy nhiên khi nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật của vật lý đòi hỏi phải làm sáng tỏ các nguyên tắc vật lý cơ bản nhất trong hoạt động của thiết bị nghiên cứu mang tính điển hình, trên cơ sở đó ngƣời học có thể tìm thấy ứng dụng của chúng trong các thiết bị máy móc cùng loại, phân tích đƣợc ƣu, nhƣợc điểm của các thiết bị đó. Kết quả của quá trình ngƣời học nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lý phải là sự lĩnh hội vững chắc các kiến thức khái quát hóa kĩ thuật.
Việc nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lý trong dạy học thực chất là việc “sắp xếp” các kiến thức vật lý trong các mối quan hệ khác nhau. Thông qua việc nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của các thiết bị, ngƣời học xác định đƣợc những mối quan hệ mang tính quy luật tồn tại trong hoạt động của các thiết bị, giải thích đƣợc hoạt động của nó trên cơ sở các định luật, nguyên lí đã biết.
1.4.3. Dạy học các ứng dụng kĩ thuật của vật lý.
Việc dạy học các ứng dụng kĩ thuật của vật lý thông thƣờng có thể tiến hành theo hai cách.
Cách thứ nhất: Quan sát cấu tạo của đối tƣợng kĩ thuật đã có sẵn, nhiệm vụ của ngƣời học là giải thích nguyên tắc hoạt động của nó. Nghĩa là trả lời câu hỏi “Tại sao?”
Cách thứ hai: Dựa trên những định luật vật lý, những đặc tính vật lý của hiện tƣợng đã biết, nhiệm vụ của ngƣời học là đƣa ra phƣơng án thiết kế một thiết bị nhằm giải quyết một yêu cầu kĩ thuật nào đó. Nghĩa là trả lời câu hỏi “Làm thế nào?”
1.4.3.1. Dạy học các ứng dụng kĩ thuật theo cách thứ nhất.
Việc dạy học các ứng dụng kĩ thuật theo cách thứ nhất thực chất là giải bài toán “hộp trắng”, biết đầu vào, đầu ra và cấu tạo bên trong của hộp, hãy giải thích tại sao đầu vào thế này, nhờ thiết bị lại cho đầu ra nhƣ vậy? Để đƣa ra câu trả lời đúng, điều quan trọng trƣớc tiên là ngƣời học phải xác định đƣợc “điều cần phải giải thích”.
Ví dụ: Khi nghiên cứu về máy biến thế HS cần phải giải thích đƣợc tại sao điện áp vào và điện áp ra lại tỉ lệ với số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.
- 44 -
Đƣợc định hƣớng từ điều cần giải thích này, ngƣời học tìm con đƣờng giải thích, suy luận diễn dịch trên cơ sở đối chiếu các định luật, quy tắc vật lý đã biết trong điều kiện cụ thể đƣợc quy định bởi cấu tạo của thiết bị kĩ thuật để đi đến kết luận là hiện tƣợng thu đƣợc ở đầu ra.
Tiến trình nghiên cứu có thể bao gồm các giai đoạn cơ bản sau:
Giai đoạn 1: Quan sát thiết bị gốc, cho vận hành để xác định đƣợc chính xác tác động ở đầu vào và kết quả thu đƣợc ở đầu ra.
Kết quả thu đƣợc ở đầu ra chính là mục đích sử dụng của thiết bị. Đôi khi sự quan sát này gặp khó khăn vì hiện tƣợng tinh tế, khó quan sát đƣợc bằng các giác quan của ngƣời học. Kết thúc giai đoạn này, ngƣời học phải đƣa ra đƣợc điều cần phải giải thích, diễn tả bằng câu hỏi “Tại sao?”.
Giai đoạn 2: Nghiên cứu cấu tạo của thiết bị gốc để đƣa ra mô hình của nó Thông thƣờng, việc làm này là khó khăn vì thiết bị máy móc gốc có vỏ bọc ngoài che kín các bộ phận bên trong và có rất nhiều chi tiết bên ngoài mà thoạt nhìn không thấy chúng có liên quan gì đến quá trình vận hành của thiết bị. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc hoạt động của ngƣời học trong giai đoạn này, cần đƣa một số thiết bị gốc đã đƣợc bổ dọc hay ngang để có thể quan sát đƣợc cấu tạo bên trong, từ đó xây dựng một mô hình thay thế cho đối tƣợng gốc. Mô hình này chỉ bao gồm những bộ phận chính của thiết bị gốc mà ta cho rằng có liên qua đến diễn biến của quá trình xảy ra trong thiết bị. Thông thƣờng hay sử dụng mô hình hình vẽ hay mô hình vật chất - chức năng hoặc kết hợp cả hai. Việc chọn những bộ phận, chi tiết nào của thiết bị để đƣa vào mô hình nhiều khi gặp khó khăn. Giáo viên có thể giúp ngƣời học bằng cách định hƣớng cho họ chú ý đến những bộ phận, chi tiết của thiết bị máy móc có biến đổi, có tƣơng tác với nhau hoặc có những dấu hiệu, những đặc tính có liên quan đến hiện tƣợng đầu vào và đầu ra. Việc mô hình vận hành sẽ tạo điều kiện cho ngƣời học phát hiện ra những mối quan hệ giữa sự vận hành của các bộ phận trong thiết bị với các định luật vật lý chi phối chúng. Việc xây dựng mô hình đó không phải luôn luôn thành công mà phải chỉnh lí, bổ sung nhiều lần.
- 45 -
Dựa trên mô hình vật chất - chức năng đã xây dựng, lựa chọn một định luật, quy tắc vật lý đã biết làm cơ sở xuất phát, sau đó dựa vào những điều kiện cụ thể của thiết bị, thực hiện phép suy luận diễn dịch, suy ra một kết luận. Nếu kết luận phù hợp với hiện tƣợng quan sát đƣợc ở thiết bị máy móc thì việc giải thích hoàn thành. Khi quá trình vận hành của thiết bị có nghiều giai đoạn nối tiếp nhau, ta phải thực hiện nhiều phép suy luận nối tiếp tới khi ra kết quả cuối cùng.
Nếu kết quả thu đƣợc từ suy luận không phù hợp với kết quả thu đƣợc từ quan sát thì phải lựa chọn lại định luật xuất phát hoặc kiểm tra lại quá trình suy luận có tuân thủ chặt chẽ các quy tắc của suy luận diễn dịch không, hay có thể bỏ qua một giai đoạn nào đó của quá trình vận hành một thiết bị không.
Nhƣ vậy, việc lựa chọn định luật vật lý làm cơ sở xuất phát có một vai trò quyết định. Ngƣời học cần biết dựa vào những dấu hiệu quan sát đƣợc ở đầu vào và đầu ra để liên tƣởng đến những định luật, quy tắc vật lý có liên quan đến hiện tƣợng đó.
1.4.3.2. Dạy các ứng dụng kĩ thuật theo cách thứ hai.
Nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật theo cách thứ hai thực chất là tìm tòi, phát minh lại một thiết bị máy móc dùng trong kĩ thuật, đó là một bài tập sáng tạo. ở đây hiện tƣợng vật lý và định luật vật lý chi phối nó đã biết nhƣng thể hiện dƣới dạng tổng quát. Yêu cầu của việc tìm tòi là đƣa ra một thiết bị có cấu tạo thích hợp để tạo ra một hiện tƣợng vật lý đáp ứng một số yêu cầu cụ thể của thực tiễn.
Việc nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lý theo cách thứ hai này có thể tiến hành theo những giai đoạn cụ thể sau:
Giai đoạn 1: Xác định rõ những định luật, quy tắc vật lý sẽ phải sử dụng để chế tạo thiết bị kĩ thuật mới.
Trong giai đoạn này, những định luật, quy tắc vật lý phải đƣợc ôn tập, củng cố kĩ lƣỡng để làm cơ sở để ngƣời học có thể đề xuất phƣơng án thiết kế thiết bị, đặc biệt việc nhìn lại con đƣờng đã dẫn đến nhận thức đƣợc định luật, quy tắc (từ thực tiễn đến kiến thức khái quát) sẽ là một gợi ý rất bổ ích để có thể tìm ngƣợc lại con đƣờng đi từ những định luật trừu tƣợng, khái quát đến hiện tƣợng cụ thể cần tạo ra trong thiết bị kĩ thuật..[12]
- 46 -
Ví dụ: Khi xây dựng định luật cảm ứng điện từ, ta đã làm nhiều thí nghiệm kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết cho rằng “Sự biến thiên của từ thông qua tiết diện của khung dây dẫn kín là nguyên nhân sinh ra dòng điện cảm ứng trong khung dây”. Một trong các thí nghiệm đó là thay đổi góc giữa véc tơ cảm ứng từ và pháp tuyến của mặt phẳng giới hạn bởi khung dây, nghĩa là cho khung dây quay trong từ trƣờng. Điều này định hƣớng cho ngƣời học đƣa ra phƣơng án chế tạo một máy phát điện bằng cách cho một cuộn dây quay quanh một từ trƣờng.
Giai đoạn 2: Đƣa ra nhiệm vụ thiết kế một thiết bị kĩ thuật có chức năng xác định.
Ví dụ: Hãy thiết kế một thiết bị mà có thể biến cơ năng (sức nƣớc, sức gió…) thành điện năng (máy phát điện).
Giai đoạn 3: Đƣa ra một phƣơng án thiết kế thiết bị
Hƣớng dẫn ngƣời học vận dụng các mối quan hệ có tính quy luật, có tính nhân quả về vật lý đã biết để đề xuất các phƣơng án thiết kế thiết bị đó. Tổ chức để ngƣời học thảo luận về các phƣơng án thiết kế nhằm chọn phƣơng án thiết kế hữu hiệu nhất. Những vấn đề thƣờng gặp trong thiết kế, chế tạo thiết bị kĩ thuật là:
- Tăng cƣờng độ của một đại lƣợng nào đó đến mức độ đủ lớn để có thể sử dụng đƣợc trong sản xuất (ví dụ tăng cƣờng độ của dòng điện cảm ứng trong khung dây).
- Đảm bảo sự xuất hiện liên tục của một hiện tƣợng (Ví dụ: duy trì một từ truờng quay trong động cơ không đồng bộ).
- Điều khiển để hiện tƣợng xảy ra theo một hƣớng, ở một thời điểm có lợi cho công việc mà ta mong muốn (Ví dụ: Làm thế nào để tăng điện áp truớc khi tải điện đi xa).
- Chuyển đƣợc hiệu quả của hiện tƣợng xảy ra trong thiết bị ra ngoài để sử dụng (Ví dụ: máy phát điện).
- Phối hợp hiện tƣợng xảy ra trong thiết bị với một hiện tƣợng khác ở bên ngoài.
- Đo lƣờng chính xác một đại lƣợng (Ví dụ: đo cƣờng độ dòng điện, hiệu điện thế, áp suất chất khí…).
- 47 -
Để đƣa ra đƣợc phƣơng án giải quyết những vấn đề đó, đòi hỏi phải vận dụng nhiều kiến thức vật lý và các kiến thức trong lĩnh vực khác. Khi nhiệm vụ giải quyết khá phức tạp thì giáo viên nên tìm cách chia thành những nhiệm vụ thành phần đơn giản hơn sao cho phù hợp với trình độ ngƣời học.
Giai đoạn 4: Đƣa ra mô hình vật chất - chức năng tƣơng ứng với phƣơng án thiết kế đã chọn và cho mô hình vận hành để sơ bộ kiểm tra tính hợp lí của phƣơng án thiết kế.
Đây là giai đoạn rất quan trọng trong quá trình dạy học các ứng dụng kĩ thuật của vật lý theo con đƣờng thứ hai này vì sự vận hành của mô hình quyết định tới việc chấp nhận hay không chấp nhận phƣơng án thiết kế đã chọn. Nếu gây ra một tác động ở đầu vào thì đầu ra phải thu đƣợc hiện tƣợng mong muốn.
Giai đoạn 5: Dựa trên mẫu thiết kế, lắp ráp một thiết bị thật (vật thật). Cho thiết bị vận hành và quan sát hiệu quả thu đƣợc, kiểm tra tính đúng đắn, khả thi của thiết kế.
Giai đoạn 6: Bổ sung hoàn thiện mô hình về phƣơng diện kĩ thuật
Khi dạy học, giáo viên nên đƣa ra một số thiết bị cùng loại đang đƣợc sử dụng trong kĩ thuật để học sinh hiểu sâu sắc hơn về ứng dụng kĩ thuật.
Cuối cùng là tóm tắt lại chức năng, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của ứng dụng kĩ thuật vừa nghiên cứu.
Xét theo quan điểm lí luận dạy học hiện đại trên thì việc dạy học theo cách này có tác dụng tốt trong việc phát huy năng lực sáng tạo của ngƣời học. Khi dạy học các ứng dụng kĩ thuật mà nhiệm vụ thiết kế các thiết bị không quá phức tạp, phù hợp với trình độ ngƣời học thì nên tiến hành theo cách này. Tuy nhiên, trong quá trình giải quyết nhiệm vụ nhận thức, ngƣời học có thể gặp khó khăn đòi hỏi phải có sự hƣớng dẫn và giúp đỡ của giáo viên. Việc tiến hành dạy học theo cách này còn phụ thuộc vào nội dung kiến thức về ứng dụng kĩ thuật ở các bậc học, phụ thuộc vào trang thiết bị, điều kiện vật chất ở trƣờng đại học và trình độ nhận thức của ngƣời học.
Khi nhiệm vụ thiết kế quá phức tạp, vƣợt quá trình độ ngƣời học hoặc vƣợt quá yêu cầu nội dung kiến thức của bậc học thì nên tiến hành theo cách thứ nhất.
- 48 -
Tuy nhiên, khi dạy học các ứng dụng kĩ thuật theo cách này cũng cần tránh sự thông báo mang tính áp đặt mà nên hƣớng dẫn ngƣời học tự lực tìm tòi để thực hiện các nhiệm vụ nhận thức mang tính vừa sức.
Khi dạy học phần máy điện thông qua hình thức tổ chức “Dạy học dự án” thì thực chất chúng ta vận dụng cách thứ hai của việc dạy các ứng dụng kĩ thuật trong vật lí.
Kết luận chƣơng 1
Trong chƣơng này chúng tôi trình bày cơ sở lý luận hiện đại về dạy hoc. Tiếp đó, trình bày cơ sở của dạy học theo hƣớng phát huy tính tích cực của ngƣời học và dạy học giải quyết vấn đề với trọng tâm là dạy học theo dự án.
Với phƣơng pháp dạy học giải quyết vấn đề, chúng tôi tập trung trình bày về khái niệm dạy học giải quyết vấn đề, vấn đề và tình huống vấn đề, điều kiện cần để tạo tình huống vấn đề, sự định hƣớng của giáo viên trong hoạt động tìm tòi, sáng tạo giải quyết vấn đề của ngƣời học, các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề.
Với dạy học dự án, chúng tôi đề cập đến khái niệm, đặc điểm, ý nghĩa của dạy học dự án, phân tích để chỉ rõ sự khác biệt về vai trò của giáo viên và ngƣời học trong dạy học dự án so với phƣơng pháp dạy học truyền thống. Chúng tôi trình bày rõ về các pha trong dạy học dự án, tập trung phân tích về các bƣớc cần chuẩn bị của giáo viên khi tiến hành tổ chức dạy học theo dự án..
Trong chƣơng này chúng tôi cũng trình bày về các ứng dụng vật lý trong kỹ thuật và các cách dạy học các ứng dụng của vật lý trong quá trình dạy học vật lý và nhấn mạnh việc dạy học các ứng dụng kĩ thuật của vật lý là cơ hội tốt để có thể tổ chức dạy học theo dự án.
Tất cả những lý luận trên sẽ đƣợc chúng tôi vận dụng để Tổ chức “Dạy học
dự án” nội dung kiến thức phần máy điện chƣơng “dòng điện xoay chiều” của SGK vật lí chƣơng trình lớp 12 nâng cao THPT nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ của học sinh.
- 49 -
CHƢƠNG 2