Tổ chức hoạt động dạy học một số kiến thức phần Điện Từ học - Vật lí 11 Nâng cao theo chu trình nhận thức khoa học vật lí cho học sinh Trung học phổ thông

Nó cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về hiện tượng vật lí, các khái niệm, định luật, các thuyết… Trong thực tế, việc rèn luyện phương pháp nhận thức khoa học bộ môn Vật lí đã

Từ đó mục đích giáo dục ở nước ta đã có xu hướng không chỉ dừng lại

ở việc truyền thụ kiến thức, kỹ năng loài người đã tích lũy được mà còn quan tâm đến việc thắp sáng ở học sinh niềm tin, năng lực sáng tạo, phương pháp

tiếp cận các kiến thức, cách giải quyết vấn đề … Theo W B Yeats: “ Giáo dục không nhằm mục tiêu nhồi nhét kiến thức mà là thắp sáng niềm tin” [3]

Để thực hiện được điều này, chiến lược phát phát triển giáo dục 2001 -

2010, mục 5.2 ghi rõ: “Đổi mới và hiện đại hóa phương pháp giáp dục Chuyển từ việc truyền thụ tri thức thụ động, thầy giảng, trò ghi sang hướng dẫn người học chủ động tư duy sáng tạo trong quá trình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phương pháp tự học, tự thu nhận thông tin một cách có hệ thống và có tư duy phân tích, tổng hợp, phát triển năng lực cho mỗi cá nhân; tăng cường tính chủ động, tính tự chủ của học sinh, sinh viên trong quá trình học tập …’’ [1]

Cũng như vậy, luật giáo dục 2005, Điều 5 mục 2 quy định: “Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học; bồi dưỡng cho người học năng lực tự học, khả năng thực hành, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên” [19]

Chính vì vậy, việc rèn luyện phương pháp nhận thức khoa học bộ môn cho học sinh trong quá trình học tập là một trong hướng đi cần thực hiện Vật lí là một bộ môn khoa học trong hệ thống các môn học ở nhà trường phổ thông Nó cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về hiện tượng vật lí, các khái niệm, định luật, các thuyết… Trong thực tế, việc rèn luyện phương pháp nhận thức khoa học bộ môn Vật lí đã được Bộ giáo dục - đào tạo chỉ đạo, quan tâm và đã đưa vào việc viết SGK từ Vật lí 6, Vật lí 7 Tuy nhiên ở các trường phổ thông hiện nay việc áp dụng phương pháp nhận thức khoa học Vật lí trong dạy học còn chưa nhiều, chưa triệt để Vì vậy đại

đa số học sinh chỉ nắm được kiến thức khoa học nhưng chưa biết phương pháp để đi đến kiến thức ấy nên khi được tiếp cận các em còn tỏ ra lúng túng,

bỡ ngỡ Đồng thời, nhiều học sinh còn bộc lộ những yếu kém về chất lượng kiến thức, chưa biết vận dụng kiến thức Vật lí vào thực tiễn, quen với kiểu suy nghĩ rập khuôn, máy móc nên không linh hoạt trong việc điều chỉnh hướng suy nghĩ khi bắt gặp những trở ngại trong cuộc sống

Kiến thức phần “Điên từ học” có những khái niệm, hiện tượng vật lí, các ứng dụng khá quen thuộc và gần gũi với các em học sinh trong cuộc sống Trong phần này có một số kiến thức có thể tổ chức hoạt động dạy học phỏng theo chu trình nhận thức khoa học Vật lí

Với những lý do như trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Tổ chức hoạt động dạy học phần “Điện từ học” - Vật lí 11 nâng cao theo chu trình nhận thức khoa học Vật lí cho học sinh trung học phổ thông”

Theo các nhà tâm lý học sư phạm, giáo dục học và lý luận học trên thế giới, để làm cho nền giáo dục toàn dân phù hợp với những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật, việc đổi mới cách thức hoạt động dạy học các

bộ môn là một trong những vấn đề trọng tâm cần được nghiên cứu Nhà tâm

lý học Mỹ J.Bruner cho rằng: “Hoạt động trí óc của HS và của các nhà bác học có cùng một bản chất (chỉ khác nhau về mức độ chứ không khác nhau về loại), vì vậy hợp lý hơn cả là xây dựng các môn khoa học phù hợp với cấu trúc nhận thức chính cái tri thức khoa học ấy Học sinh khi nghiên cứu vật lí -

họ là một nhà vật lí, và để HS đó dễ dàng nghiên cứu vật lí hơn thì họ phải hành động giống như nhà bác học vật lí” [4]

Nguyễn Ngọc Quang đã nêu lên tư tưởng chuyển hóa phương pháp

khoa học thành phương pháp dạy học Theo ông: “phương pháp khoa học bộ môn đã dần dần chuyển hóa thành phương pháp dạy học bộ môn đó; trong sự chuyển hóa này, phương pháp khoa học đã bị biến đổi đi cho phù hợp với những đặc điểm của chủ thể HS và những điều kiện của quá trình dạy học”[12]

Vật lí là một trong những khoa học bộ môn, phương pháp khoa học Vật

lí có thể chuyển hóa thành phương pháp dạy học vật lí theo quy luật chung của nó

Trong những năm trước đây, trên thế giới đã xuất hiện một loạt hướng

đi mới về mặt phương pháp dạy học như: dạy học nêu vấn đề, dạy học theo

dự án, dạy học kiến tạo, dạy học theo trạm, dạy học chương trình hóa và algôrit hóa… Mỗi phương pháp dạy học mới đều có những mặt tích cực và đã góp phần không nhỏ vào việc nâng cao chất lượng dạy học theo hướng rèn luyện phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh

Tuy nhiên, chúng tôi nhận thấy những phương pháp trên chưa đề cập đến cấu trúc của quá trình nhận thức khoa học Vật lí Từ đó nảy ra trong chúng tôi ý định nghiên cứu đề tài theo hướng có thể khắc phục được tình trạng này

Kiến thức phần “Điện từ học” cũng đã có các công trình nghiên cứu nhằm phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh Nhưng chưa có ai nghiên cứu dạy nó theo chu trình nhận thức khoa học Vật lí Với những lý do như

trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Tổ chức hoạt động dạy học phần

“Điện từ học” - Vật lí 11 nâng cao theo chu trình nhận thức khoa học Vật lí cho học sinh trung học phổ thông”

Tuy nhiên, dạy học theo nguyên tắc chu trình của Razumovski thường

áp dụng có hiệu quả khi giảng dạy các thuyết Vật lí như thuyết điện tử, thuyết động học phân tử…

Ở nước ta, Nguyễn Ngọc Quang đã phát hiện và nêu quy luật về sự chuyển hoá phương pháp khoa học thành phương pháp dạy học Ông đã vận dụng lý luận này cho môn Hoá học [17] và Thông tin [9]

Phạm Hữu Tòng đã nêu một quan điểm thuộc cơ sở lý luận của hướng nghiên cứu trên trong đề tài: “ Định hướng hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học Vật lý” [16]

Đề tài: “Dạy học một số kiến thức Vật lí lớp 10 TPTH theo chu trình nhận thức khoa học Vật lí” của Nguyễn Thị Hồng Việt đã nghiên cứu thành công việc tổ chức dạy học cho một số kiến thức Vật lí lớp 10 THPT (cũ) [14] Như vậy, ở Việt Nam cũng đã có một số công trình nghiên cứu việc dạy học kiến thức vật lý cụ thể theo chu trình nhận thức khoa học Vật lí Tuy nhiên, chưa có công trình nào nghiên cứu phần “Cảm ứng điện từ”

Dạy học theo chu trình nhận thức sáng tạo khoa học Vật lí là đề tài khá rộng, chúng tôi chỉ đi sâu nghiên cứu ở diện hẹp: Tổ chức hoạt động dạy học một số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” - Vật lí 11 nâng cao theo chu trình nhận thức khoa học Vật lí cho học sinh trung học phổ thông

III Mục đích của đề tài

Đề xuất tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ”

- Vật lí 11 nâng cao theo chu trình nhận thức khoa học Vật lí, nhằm góp phần rèn luyện phương pháp nhận thức khoa học Vật lí và nâng cao kết quả học tập cho học sinh

IV Nhiệm vụ của đề tài

Để đạt được mục đích nghiên cứu, đề tài có những nhiệm vụ cụ thể sau:

1 Nghiên cứu cơ sở lý luận về:

1.1 Chu trình nhận thức khoa học Vật lí

1.2 Chu trình nhận thức khoa học Vật lí trong dạy học

2 Phương pháp nhận thức khoa học Vật lí

3 Đề xuất tiến trình dạy học theo CTNTKHVL

4 Nghiên cứu cơ sở thực tiễn việc tổ chức HĐDH theo CTNTKHVL

5 Nghiên cứu nội dung chương trình và xây dựng sơ đồ cấu trúc logic nội dung phần “Cảm ứng điện từ” – Vật lí 11 nâng cao

6 Đề xuất tiến trình dạy học theo CTNTKHVL cho một số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” - Vật lí 11 nâng cao

7 Thực nghiệm sư phạm

8 Kết luận

V Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1 Đối tượng nghiên cứu:

Hoạt động dạy học theo chu trình nhận thức khoa học Vật lí

VI Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Phương pháp thống kê toán học

VII Giả thuyết khoa học

Nếu tổ chức hoạt động dạy học vật lí theo CTNTKHVL đáp ứng yêu cầu của mục tiêu dạy học thì có thể góp phần rèn luyện phương pháp nhận thức khoa học Vật lí và nâng cao kết quả học tập cho học sinh

VIII Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, luận văn gồm ba chương:

Chương I: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc tổ chức hoạt động dạy học theo CTNTKHVL

Chương II Đề xuất tiến trình dạy học theo CTNTKHVL cho một số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” - Vật lí 11 nâng cao

Chương III Thực nghiệm sư phạm

I.1 Chu trình nhận thức khoa học Vật lí

Để làm sáng tỏ vấn đề này, chúng tôi xin điểm lại quá trình NTKHVL

từ những tư tưởng và phương pháp sơ khai của Vật lí học cho đến sự ra đời của lý thuyết lượng tử và thuyết tương đối

Các nhà triết học cổ Hy Lạp đi tìm chân lý bằng sự suy lý trừu tượng tách rời thực tiễn - là phương pháp không thể dẫn đến thành công Vì vậy, mặc dù tư tưởng triết học cổ đại rất tinh tế và sâu sắc, nó vẫn không đi tới được chân lý, không đưa đến được sự ra đời của Vật lí học A Einstein - nhà vật lí nổi tiếng đã nói: “Tư duy logic thuần túy tự nó không thể cho ta tri thức nào về thế giới các sự kiện Tất cả sự nhận thức về thế giới thực tại xuất phát

từ thực nghiệm và hoàn thành bằng thực nghiệm” [5]

Ngược lại, thời trung thế kỷ, các nhà giả kim thuật đã làm rất nhiều thí nghiệm, nhưng những thí nghiệm của họ không có lý thuyết đúng đắn dẫn đường, đồng thời chúng cũng không phải là xuất phát điểm để xây dựng lý thuyết Vì vậy, họ cũng không đi đến được chân lý

Tới thế kỉ XV - XVI những bước tiến mới của sản xuất và kỹ thuật đã

đề ra những yêu cầu mới đối với khoa học Nó đòi hỏi phải xây dựng lý thuyết khoa học để giải thích các thành tựu đã đạt được và trên cơ sở đó chỉ ra

con đường chắc chắn đi đến những thành tựu mới trong tương lai Kinh thánh

và phương pháp giáo điều không có khả năng đáp ứng yêu cầu đó

Sự ra đời của phương pháp thực nghiệm mà Galilê là người đầu tiên xây dựng đã đưa vật lí học ra khỏi trạng thái trì trệ, tạo cho nó một bước tiến liên tục từ thế kỷ XVI -XVII đến nay Từ đó, PPNTKHVL ngày càng được bổ sung và hoàn thiện bởi nhiều thế hệ các nhà bác học như: R.Descartes; I.Newton; M.FaraĐây; J.C.Maxwell …

Ngày nay, lịch sử Vật lí đã chứng tỏ rằng, lý thuyết và thực nghiệm, quy nạp và diễn dịch đều có vai trò quan trọng, chúng không thể tách rời nhau

mà liên hệ chặt chẽ với nhau, hỗ trợ cho nhau tạo thành thể thống nhất và được sử dụng rộng rãi trong quá trình nhận thức khoa học Vật lí Điều này được thể hiện qua nhiều quá trình sáng tạo khác nhau của nhiều nhà bác học nổi tiếng Ví dụ, quá trình phát minh ba định luật Newton trong cơ học, quá trình xây dựng lý thuyết trường điện tử của Maxwell, quá trình ra đời của thuyết tương đối hẹp Einstein, …

Thực tế, lịch sử phát triển của tư tưởng vật lí, các phương pháp vật lí và con đường nhận thức dẫn đến các phát minh khoa học đã gợi cho các nhà bác học kết luận về tính chu trình sáng tạo trong khoa học Vật lí

Từ thời Galilê, người ta đã phân biệt bốn giai đoạn của quá trình nhận thức khoa học Vật lí

* Tri giác các hiện tượng tự nhiên bằng giác quan

* Chuyển sang xây dựng mô hình - giả thuyết nhờ trực giác

* Phân tích và suy luận đưa ra hệ quả toán học của giả thuyết

* Xác minh mô hình - giả thuyết bằng thực nghiệm

A.Einstein cũng mô tả chu trình nhận thức khoa học như sau: [20]

Hệ tiên đề

S1 S2 S3

(Hình I.1: Sơ đồ CTSTKH theo mô tả của A.Einstein)

* Chúng ta có E - những dữ liệu trực tiếp của kinh nghiệm cảm tính

* A là hệ tiên đề được xây dựng (nhờ trực giác) dựa trên các dữ liệu trực tiếp của kinh nghiệm cảm tính và từ đó chúng ta có thể rút ra các hệ quả logic

* Bằng logic suy ra từ các tiên đề A một vài hệ quả S

* Những hệ quả S được so sánh với E (xác minh bằng thực nghiệm) Chúng ta nhận thấy cả Galilê, Einstein và nhiều nhà bác học nổi tiếng như M.Planck, N.Bohr đều quan niệm về tính chu trình sáng tạo có những nét tương tự như nhau: “Từ sự khái quát hóa các sự kiện, đi đến xây dựng mô hình trừu tượng của hiện tượng (đề xuất giả thuyết), từ mô hình dẫn đến việc rút ra các hệ quả, đến sự kiểm tra chúng bằng thực nghiệm” [19]

Nhận thức của con người là quá trình tiếp cận đến chân lý nên chu trình

là không khép kín Quá trình sáng tạo có thể không kết thúc ở một chu trình

mà sẽ tiếp tục, khi ấy các sự kiện càng rộng ra và mô hình ngày càng khái quát cao hơn

V.G.Razumovski trên cơ sở nghiên cứu CTNTKHVL đã đề nghị biểu diễn nó một cách ngắn gọn theo sơ đồ (hình I.2) [20]

A

Các hệ quả lôgic

E

Hình I.2: Sơ đồ mối quan hệ của các thành phần trong quá trình sáng tạo khoa học tự nhiên

Từ sơ đồ (hình I.2) chúng ta nhận thấy, CTNTKHVL gồm bốn gia đoạn, tuy nhiên không phải nhà khoa học nào cũng thực hiện đầy đủ bốn giai đoạn trong sáng tạo khoa học của mình Ví dụ, Michelson đã thực hiện những thí nghiệm khởi đầu về đo vận tốc ánh sáng, để sau đó Einstein đưa ra các tiên

đề của thuyết tương đối hẹp và từ các tiên đề suy ra các hệ quả logic, còn thực nghiệm kiểm tra thì dành cho các nhà khoa học khác về sau

Theo đánh giá của các nhà khoa học, đặc trưng hoạt động tư duy của từng giai đoạn là không giống nhau Cả Galileé và Einstein đều cho rằng giai đoạn từ sự kiện khởi đầu (SKKĐ) đi đến xây dựng mô hình (MH) và giai đoạn từ hệ quả logic (HQLG) đi đến kiểm tra bằng thực nghiệm (TN) tư duy trực giác giữ vai trò quyết định Còn giai đoạn từ MH suy ra các HQLG, tư duy logic giữ vai trò chủ yếu Trong đó, giai đoạn chuyển sang xây dựng mô

mô hình được xem là cốt lõi của các quá trình nhận thức khoa học Vật lí Các nhà khoa học cũng cho rằng, các giai đoạn khác nhau của CTNTKHVL không giống nhau về mức độ khó khăn và tầm quan trọng Theo

1

4

Mô hình giả định trừu tượng

Hệ quả

Thực nghiệm

Sự kiện khởi đầu

Einstein, Bohr, Planck … giai đoạn khó khăn nhưng quan trọng nhất của quá trình sáng tạo là từ tổng các sự kiện khởi đầu đi đến mô hình giả định trừu tượng

Chúng ta hãy nghiên cứu cụ thể các giai đoạn của CTNTKHVL

Giai đoạn 1: Sự kiện khởi đầu

Theo Razumovski, xuất phát điểm của nhận thức khoa học là các SKKĐ

Thật vậy, lịch sử Vật lí đã chứng tỏ rằng, nhận thức khoa học chỉ bắt đầu khi có câu hỏi, mà câu hỏi chỉ xuất hiện khi có sự kiện trái với những lí thuyết cũ, đòi hỏi phải bổ sung hay thay đổi Như vậy, SKKĐ là xuất phát điểm của quá trình nhận thức khoa học chỉ với ý nghĩa gợi ra hoặc làm xuất hiện câu hỏi hay vấn đề nghiên cứu Chẳng thế trong muôn vàn sự kiện diễn

ra hàng ngày, nhà khoa học chỉ quan tâm nghiên cứu một số sự kiện chứ không phải toàn bộ Nghĩa là SKKĐ và vấn đề có mối quan hệ khăng khít, chính SKKĐ là nguồn gốc làm nảy sinh vấn đề trong quá trình nhận thức khoa học

Với ý nghĩa trên, SKKĐ có thể là một trong những loại sau:

- Những hiện tượng diễn ra trong thực tế mà nhà khoa học quan sát được Ví dụ, tình cờ Bercoren rút ngăn kéo và thấy hiện tượng lạ: Giấy ảnh để trong ngăn kéo từ lâu đã bị đen Hoặc hiện tượng hổ phách hay êbônit bị cọ sát thì hút mẩu giấy nhỏ …

- Có thể là những sự kiện thực nghiệm làm nảy sinh vấn đề Ví dụ, thí nghiệm Michelson nhằm phát hiện ra chuyển động trong không gian tuyệt đối, nhưng thí nghiệm càng chính xác bao nhiêu thì lại càng khẳng định một

kết luận ngược lại: không phát hiện được gió ête Lý thuyết cổ điển chịu bó tay Đây là điểm xuất phát cho việc xây dựng thuyết tương đối của Einstein

- Hoặc sự kiện cũng có thể là sự phân tích những cơ sở lí thuyết đã có sẵn làm nảy sinh câu hỏi Ví dụ, trên cơ sở phân tích lí thuyết trường hấp dẫn

lí thuyết trường điện từ… Các nhà vật lí đi đến nghiên cứu lí thuyết trường thống nhất

Vấn đề ở đây là, phải lựa chọn các SKKĐ nào để đem đến sự hiểu biết về bản chất của các hiện tượng cần nghiên cứu Điều này còn dựa vào khả năng dự đoán thiên tài của từng nhà bác học

Như vậy, để đạt được mục đích nhận thức các sự vật, hiện tượng cần nghiên cứu, điểm mấu chốt là các nhà bác học đã phán đoán, lựa chọn các SKKĐ sao cho có sự liên hệ bản chất giữa các sự kiện đó với mô hình cần xây dựng Rõ ràng, phán đoán về sự thống nhất các sự kiện và hiện tượng xảy ra đồng thời với việc đưa ra các mô hình

Giai đoạn 2: Giai đoạn từ SKKĐ đi đến xây dựng mô hình giả định trừu tượng

Theo V.A.Stopho: “Ta hiểu mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc, hoặc được thực hiện một cách vật chất hệ thống đó hoặc phản ánh, hoặc tái tạo đối tượng nghiên cứu nên có khả năng thay thế đối tượng nghiên cứu khiến cho việc nghiên cứu nó cung cấp cho ta thông tin mới về đối tượng đó”.[4]

Để nghiên cứu hiện tượng thực tế, nhà bác học xây dựng mô hình của hiện tượng này và nghiên cứu mô hình ấy, qua đó tìm thấy những tính chất và quy luật của hiện tượng thực Nếu kết quả được thực nghiệm khẳng định, chứng tỏ mô hình được xây dựng là hợp lý, có thể sử dụng nó để nghiên cứu tiếp các hiện tượng thực tế Nếu thực nghiệm không xác nhận, nghĩa là mô

hình chưa phù hợp hoặc chưa đầy đủ, cần xây dựng lại hoặc điều chỉnh mô hình

Vậy trong quá trình nhận thức khoa học, mô hình luôn luôn mang tính chất một giả thuyết, vì vậy nó cần được xác minh bằng thực nghiệm

Quan niệm như vậy về mô hình trong giai đoạn này, CTNTKHVL theo Razumovski, thường diễn ra trong quá trình các nhà khoa học nghiên cứu các thuyết vật lí lớn như: thuyết điện tử, thuyết động học phân tử…

Từ SKKĐ đi đến xây dựng MHGĐTT tư duy trực giác giữ vai trò quyết định Đây là giai đoạn quan trọng của quá trình sáng tạo

Giai đoạn ba: Từ MHGĐTT suy ra HQLG

Để chứng minh tính đúng đắn của mô hình việc rút ra từ đó những hệ quả lôgic có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm có ý nghĩa rất quan trọng

Ở giai đoạn này cần phải bằng tư duy logic hoặc các phép biến đổi toán học để suy ra từ MHGĐTT những hệ quả có thể kiểm tra bằng thực nghiệm

Giai đoạn bốn: Từ HQLG đi đến kiểm tra bằng thực nghiệm

Đây là giai đoạn có tính chất quyết định của quá trình sáng tạo Giai đoạn này người ta có thể dùng thực nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của mô hình, đồng thời xét vận dụng của chúng trong thực tiễn Giai đoạn này liên quan đến việc trình bày các kết luận rút ra từ mô hình và việc tìm kiếm các phương tiện kĩ thuật để thực hiện nó Nhiều trường hợp, giai đoạn cuối cùng này lại là khởi điểm của một chu trình mới

Tóm lại, CTNTKHVL không phải được rút ra từ con đường nhận thức của một vài phát minh riêng lẻ, cũng không phải được nêu lên bởi ý kiến của một vài cá nhân nào, mà nó là kết quả đúc rút của cả quá trình hoạt động sáng tạo của các nhà bác học vật lí từ trước đến nay Vì vậy, nó có cơ sở thực tiễn

vững chắc và đủ sức thuyết phục để chúng ta tin tưởng vào sự đúng đắn rằng, quá trình sáng tạo khoa học Vật lí mang bản chất chu trình, nó có tính chất phổ biến với hầu hết các quá trình sáng tạo khoa học Vật lí Nó tuân theo quy luật nhận thức nói chung đã được V.Lênin nêu lên trong công thức nổi tiếng:

“Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn - đó là con đường biện chứng của nhận thức chân lý, nhận thức thực

tế khách quan”, đồng thời nó mang đặc trưng riêng của bộ môn Vật lí

Quá trình nhận thức đó không phải là một quá trình khép kín mà là một quá trình luôn mở rộng và phát triển: từ một lí thuyết đã được xây dựng người

ta phải trở về phạm vi những hiện tượng thực tiễn rộng hơn, qua đó lại bổ sung, chỉnh lí và mở rộng lí thuyết… Quá trình đó cứ tiếp diễn liên tục, từ đó con người ngày càng hiểu biết thực tế sâu sắc hơn, đa dạng hơn

I.2 CTNTKHVL trong dạy học Vật lí

Trên cơ sở nghiên cứu CTNTKHVL, Razumovski đã nêu lên nguyên tắc chu trình trong dạy học

Khi phân tích nội dung các lý thuyết vật lí (định luật, thuyết, định lí…) Razumovski nhận thấy trong kết cấu của chúng đều có chung các thành phần như đã biểu diễn ở sơ đồ (hình I.2) Ông đã lấy nòng cốt cấu trúc này làm cơ

sở để hình thành con đường nhận thức các lý thuyết vật lí cho học sinh Ông gọi “ Nguyên tắc về phương pháp giảng dạy lấy logic nhận thức khoa học làm

cơ sở xây dựng tư liệu học tập trong giờ học là nguyên tắc chu trình” [20] Ông đã cùng tập thể các nhà sư phạm Liên Xô (cũ) tiến hành thực nghiệm và rút ra kết luận: “phù hợp với CTNTKHVL có thể xây dựng quá trình dạy học bao gồm tất cả những thành phần cần thiết của quá trình sáng tạo: Sự chuyển một cách trực giác từ tổng số những sự kiện xuất phát đến mô hình trừu tượng, việc rút ra từ chính những hệ quả logic, kiểm tra bằng thực nghiệm

những hệ quả đó” [6] Ông đã dẫn ra nhiều ví dụ để minh họa cho tư tưởng của mình: Ví dụ, khảo sát việc trình bày tài liệu giáo khoa về đề tài “dòng điện trong kim loại” theo sơ đồ: Sự kiện thực nghiệm xuất phát  Mô hình

 Hệ quả  Kiểm tra hệ quả bằng thực nghiệm [21] Ở ví dụ này, kiến thức chủ yếu được trình bày là thuyết điện tử về tính dẫn điện của kim loại: Đầu tiên làm các thí nghiệm chứng tỏ điện trở của những vật liệu có cấu trúc tinh thể khác nhau thì khác nhau Chúng chia thành chất dẫn điện, chất bán dẫn và chất cách điện Từ đó xây dựng giả thuyết: Các tính chất điện của vật liệu có liên quan đến loại hình cấu trúc tinh thể của nó Các thí nghiệm đã chứng tỏ rằng: Những tinh thể ion không có tính dẫn điện, những tinh thể liên kết cộng hóa trị là chất bán dẫn, còn những tinh thể liên kết kim loại là chất dẫn điện Trường hợp thứ nhất trong vật liệu không có điện tử tự do, trường hợp thư hai có ít, trường hợp thứ ba có nhiều

Thí nghiệm lịch sử của Mandelstana- Palekxi và Tolman- Stewart cho thấy có thể quan sát được dòng điện quán tính Như vậy hệ quả rút ra được từ thuyết điện tử về tính dẫn điện của kim loại đã được thực nghiệm xác nhận (chu trình được khép kín) Sau đó, có thể hình dung dòng điện trong kim loại như dòng trôi dạt của những điện tử tự do trong mạng tinh thể dưới tác dụng của điện trường Từ giả thuyết đó có thể dẫn đến hệ quả là kết luận lý thuyết

về định luật Ôm cho đoạn mạch Một trong những hệ quả của định luật đó là: đường đặc trưng Vôn-Ampe của dây dẫn kim loại là đường thẳng Thí nghiệm thực tập của học sinh nhằm nghiên cứu đường đặc trưng Vôn- Ampe của dây dẫn kim loại xác nhận kết luận đó (chu trình lại khép kín)

Sự phân tích công thức về định luật Ôm dẫn đến một hệ quả quan trọng: khi nung nóng kim loại thì thời gian chuyển động tự do của điện tử giảm, có nghĩa là với một cường độ điện trường đã cho, vận tốc trôi dạt của điện tử giảm đi nghĩa là cường độ dòng điện giảm Nói cách khác, khi tăng

nhiệt độ thì điện trở suất của kim loại phải tăng lên Thí nghiệm thực tập của học sinh nhằm nghiên cứu sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ xác nhận (một cách định tính) kết luận đó (chu trình tiếp theo được khép kín)

Như vậy, tư tưởng cơ bản của nguyên tắc chu trình trong dạy học chính

là việc xây dựng cấu trúc nội dung tài liệu học tập theo CTNTKHVL Nguyên tắc này thường dễ thực hiện và đạt hiệu quả cao khi giảng dạy các thuyết vật

lí hoặc một phần kiến thức

II Phương pháp nhận thức khoa học Vật lí

Có nhiều phương pháp dạy học khác nhau: Phương pháp thí nghiệm lí tưởng; phương pháp tương tự; phương pháp mô hình; phương pháp thực nghiệm… Tuy nhiên, trong phạm vi đề tài chúng tôi xin trình bày phương pháp thực nghiệm trong day học vât lí

II.1 Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

Để giúp học sinh có thể bằng hoạt động của bản thân mình mà tái tạo, chiếm lĩnh được các kiến thức vật lí thì tốt nhất là giáo viên phỏng theo phương pháp thực nghiệm của các nhà khoa học mà tổ chức cho học sinh hoạt động theo các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Giáo viên mô tả một hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn

một vài thí nghiệm và yêu cầu các em dự đoán diễn biến của hiện tượng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập một mối quan hệ nào đó (lên nêu một câu hỏi mà học sinh chưa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả lời được)

Giai đoạn 2: Giáo viên hướng dẫn, gợi ý cho học sinh xây dựng một

câu trả lời dự đoán ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mỉ kỹ lưỡng, vào kinh nghiệm bản thân, vào những kiến thức đã có … (ta gọi là xây dựng giả

thuyết) Những dự đoán này có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lí nhưng chưa chắc chắn

Giai đoạn 3: Từ giả thuyết dùng suy luận loogic hay suy luận toán học

suy ra một hệ quả: Dự đoán một hiện tượng trong thực tiễn, một mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí

Giai đoạn 4: Xây dựng và thực hiện một phương án thí nghiệm để kiểm

tra xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp với kết quả thực nghiệm không Nếu phù hợp thì giả thuyết trên trở thành chân lí, nếu không phù hợp thì phairxaay dựng giả thuyết mới

Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức Học sinh vận dụng kiến thức để giải

thích hay dự đoán một số hiện tượng trong thực tiễn, để nghiên cứu các thiết

bị kĩ thuật Thông qua đó, trong một số trường hợp, sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mới cần giải quyết

II.2 Các mức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí

Những bài học mà học sinh có thể tham gia đầy đủ vào cả 5 giai đoạn trên không nhiều Đó là những bài mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự phân tích quá phức tạp và có thể kiểm tra giả thuyết bằng những thí nghiệm đơn giản sử dụng những dụng cụ đo lường mà học sinh đã quen thuộc Ví dụ các bài: Định luật về sự rơi tự do, định luật III Niutơn , quy tắc mômen về cân bằng cảu vật quay quanh một trục, định luật Bôilơ – Mariôt… Trong nhiều trường hợp, học sinh gặp khó khăn không thể vượt qua được thì có thể sử dụng phương pháp thực nghiệm ở các mức độ khác nhau, thể hiện ở mức độ học sinh tham gia vào các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

Giai đoạn 1:

Mức độ 1: Học sinh tự lực phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi Giáo viên giới thiệu hiện tượng xảy ra đúng như thường thấy trong tự nhiên để học sinh tự lực phát hiện những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý cần nghiên cứu Ví dụ như cho học sinh quan sát sự rơi của nhiều vậ khác nhau: Hòn gạch, tờ gấy, cái lá, miếng bấc, hòn bi, cái long chim Sự rơi xảy ra rất khác nhau Những câu hỏi mà học sinh đã quen nêu ra là: Nguyên nhân nào khiến cho các vật rơi khác nhau? Sự rơi của các vật có gì giống nhau không?

Mức độ 2: Giáo viên tạo ra một hoàn cảnh đặc biệt trong đó xuất hiện một hiện tượng mới lạ, lôi cuốn sự chú ý của học sinh, gây cho họ sự ngạc nhiên, sự tò mò; từ đó, học sinh nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải đáp

Ví dụ: Dao chem Gỗ thì gỗ đứt, cũng dao đó chém vào đó thì dao mẻ, vậy giữa lực của dao tác dụng vào gỗ (hay đá) và lực của gỗ (hay đá) tác dụng vào dao lực nào lớn hơn?

Mức độ 3: Giáo viên nhắc lại một vấn đề, một hiện tượng đã biết và yêu cầu học sinh phát hiện xem trong vấn đề hay hiện tượng đã biết, có chỗ nào chưa được hoàn chỉnh, đầy đủ cần tiếp tục nghiên cứu Ví dụ: Sauk hi đã học định luật cảm ứng điện từ, đã biết điều kiện phát sinh ra dòng điện cảm ứng, giáo viên yêu cầu học sinh xem muốn biết đầy đủ hơn về dòng điện cảm ứng còn phải xét vấn đề gì nữa? Học sinh dựa vào hiểu biết đã có về dòng điện, sẽ có thể đề xuất hai câu hỏi mới: Độ lớn của dòng điện cảm ứng phụ thuộc những yếu tố nào?c chiều của dòng điện cảm ứng được xác định thế nào?

Giai đoạn 2: Risa Fâyman cho rằng “Các định luật vật lí có nội dung

rất đơn giản, nhưng biểu hiện của chúng trong thực tế lại rất phức tạp” Bởi vậy, từ sự phân tích các hiện tượng thực tế đến việc dự đoán các mối quan hệ

đơn giản nêu trong các định luật là cả một nghệ thuật Cần phải làm cho học sinh quen dần

Mức độ 1: Dự đoán định tính: Trong những hiện tượng thực tế phức tạp, dự đoán về nguyên nhân chính, mối quan hệ chính chi phối hiện tượng

Có thể có rất nhiều dự đoán mà ta sẽ phải lần lượt tìm ra cách bác bỏ Ví dụ như trường hợp định luật cảm ứng điện từ, có thể bắt đầu từ dự đoán dựa trên

sự quan sát đơn giản: Chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây, sau

đó xây dựng dự đoán đòi hỏi sự phân tích tỉ mỉ hơn: Sự biến thiên từ thông qua ống dây

Mức độ 2: Dự đoán định lượng: Những quan sát đơn giản khó có thể dẫn tới một dự đoán về mối quan hệ hàm số, định lượng giữa các đại lượng vật lí biểu diễn các đặc tính của sự vật, các mặt của hiện tượng Nhưng các nhà vật lí nhận thấy rằng: những mối quan hệ định lượng đó thường được biểu diễn bằng một số ít hàm số đơn giản Việc dự đoán định lượng có thể dựa trên một số cặp số liệu được biểu diễn trên đồ thị, dựa trên dạng của đồ thị mà dự đoán mối quan hệ hàm số giưa hai đại lượng Ví dụ: Dự đoán P tỉ lệ nghịch với V đối với một lượng khí xác định, ở nhiệt độ không đổi Trường hợp định luật nêu lên mối quan hệ giữa ba đại lượng thì thông thường giữ một đại lượng không đổi, xét mối liên hệ giữa hai đại lượng kia rồi tổng hợp kết quatrong một công thức Ví dụ như: Trường hợp định luật II Niutơn F = m.a, định luật Ôm cho đoạn mạch I = U : R

Mức độ 3: Những dự đoán đòi hỏi một sự quan sát chính xác, tỉ mỉ, một

sự tổng hợp nhiều sự kiện, không có điều kiện thực hiệm ở trên lớp, tóm lại là vượt quá khả năng của học sinh Ở đây Giáo viên dùng phương pháp kể chuyện lịch sử để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà bác học đã đưa ra Ví

dụ như: Trường hợp định luật vạn vật hấp dẫn, định luật bảo toàn năng lượng

Giai đoạn 3: Việc suy ra hệ quả được thực hiện bằng suy luận loogic

hay suy luận toán học Thông thường, ở trường phổ thông các phép suy luận này không quá khó Vì biểu hiện trong thực tế của các kiến thức vật lí rất phức tạp, cho nên điều khó khăn là hệ quả suy ra phải đơn giản, có thể quan sát, đo lường được trong thực tế

Mức độ 1: Hệ quả có thể quan sát, đo lường trực tiếp Ví dụ như hệ quả sinh ra từ giả thuyết về mối quan hệ giữa thể tích, áp suất và nhiệt độ của một lượng khí có thể đo trực tiếp bằng các dụng cụ: Bình chia độ, áp kế, nhiệt kế Mức độ 2: Hệ quả không quan sát được trực tiếp bằng các dụng cụ đo

mà phải tính toán gián tiếp qua việc đo các đại lượng khác Ví dụ như giả thuyết về sự bảo toàn mv trong tương tác giữa hai vật không trực tiếp bằng một dụng cụ đo động lượng mà phải tính toán gián tiếp qua việc đo m và đo v Mức độ 3: Hệ quả suy ra trong điều kiện lí tưởng Có nhiều trường hợp, hiện tượng thực tế bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố tác động không thể loại trừ được, nhưng ta chỉ xét mối quan hệ giữa một số rất ít yếu tố (2 đến 3 yếu tố); như vậy, hệ quả suy ra từ giả thuyết chỉ là gần đúng Ví dụ như trường hợp định luật bảo toàn năng lượng, ta không thể thực hiện được hệ cô lập như nêu trong giả thuyết

Giai đoạn 4: Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra những

điều kiện đúng như những điều kiện đã nêu trong việc suy ra hệ quả

Mức độ 1: Thí nghiệm đơn giản, học sinh đã biết cách thực hiện các phép đo, sử dụng các dụng cụ đo Ví dụ như thí nghiêm đo nhiệt lượng do dòng điện tỏa ra Q RI2t

Mức độ 2: Học sinh đã biết nguyên tắc đo các đại lượng nhưng việc bố trí thí nghiệm cho sát với các điều kiện lí tưởng có khó khăn Giáo viên phải

giúp đỡ bằng cách giới thiệu phương án làm để học sinh thực hiện Ví dụ cách tạo ra hai vật tương tác cô lập khi xây dựng định luật bảo toàn động lượng: Phải cho hệ hai vật chuyển động trong không khí, trên đệm không khí hoặc trên bánh xe có ma sát lăn rất nhỏ Tùy theo điều kiện trang bị mà tổ chức cho học sinh làm hoặc giáo viên biểu diễn để học sinh quan sát

Mức độ 3: Có nhiều trường hợp thí nghiệm kiểm tra là những thí nghiệm kinh điển rất phức tạp và tinh tế, không thể thực hiện ở trường phổ thông Trong trường hợp này, giáo viên mô tả cách bố trí thí nghiệm rồi thông báo kết quả các phép đo đê học sinh gia công các số liệu, rút ra kết luận hoặc giáo viên thông báo cả kết luận Ví dụ như: Thí nghiệm kiểm tra định luật vạn vật hấp dẫn trên cân xoắn, thí nghiệm kiểm tra công thức của lực tương tác giữa hai điện tích điểm

Giai đoạn 5: Những ứng dụng của các định luật thường có ba dạng:

Giải thích hiện tượng, dự đoán hiện tượng và chế tạo thiết bị đáp ứng một yêu cầu của đời sống, sản xuất

Mức độ 1: Ứng dụng trong đó học sinh chỉ cần vận dụng định luật vật lí

để làm sáng tỏ nguyên nhân của hiện tượng hoặc tính toán trong điều kiện lí tưởng: Vật chỉ bị chi phối bởi vài định luật đang nghiên cứu Đó có thể là những bài tập do giáo viên nghĩ ra, chứ không có ý nghĩa trong đời sống hay sản xuất hàng ngày

Mức độ 2: Xét một ứng dụng kĩ thuật đã được đơn giản hóa để có thể chỉ cần áp dụng một vài định luật vật lí Ví dụ: Tính lực phát động của đầu máy ô tô để xe có khối lượng m có thể chuyển động nhanh dần đều với gia tốc

a trên đường nằm ngang có hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường là k Mức độ 3: Xét một ứng dụng kỹ thuật trong đó không chỉ áp dụng các định luật vật lí mà còn cần phải có những giải pháp đặc biệt để làm cho các

hiện tượng vật lí có hiệu qủa cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuất Trong loại ứng dụng này, học sinh không những phải vận dụng những định luật vật lí vừa được thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết, những kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác của vật

lí Ví dụ: Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để có thể chế tạo ra được một máy phát điện sản xuất ra dòng điện có cường độ đủ mạnh dùng trong đời sống và sản xuất Ngoài các kiến thức về nguyên nhân của dòng điện cảm ứng, còn cần biết cách bố trí sao cho khung dây quay quanh từ trường, dùng các cổ góp để lấy dòng điện ra ngoài ma không làm cho dây bị xoắn, đứt, dùng lõi sắt để tăng thêm độ từ thẩm, dùng các lá sắt ghép cách điện làm lõi

để tránh dòng Fucô… Trong các bài học vật lí, không nên đi sâu vào các chi tiết kĩ thuật mà chỉ yêu cầu học sinh suy nghĩ về những vấn đề có tính chất nguyên tắc, còn giáo viên thông báo cho học sinh một số chi tiết kĩ thuật để

họ có thể nhận dạng được những thiết bị kĩ thuật trong đời sống thực

III Đề xuất tiến trình dạy học theo CTNTKHVL

Theo sơ đồ cấu trúc CTNTKHVL của Razumovski chỉ áp dụng cho các thuyết lớn (đinh luật, thuyết, định lí) Tuy nhiên việc áp dụng vào dạy học trung học phổ thông thì rất ít, khả năng rèn luyện cho học sinh là rất ít Vậy để

có thể tiến hành dạy học theo CTNTKHVL cho từng kiến thức cụ thể, đề tài

đã lấy cấu trúc của CTNTKHVL của Razumovski làm tư tưởng chỉ đạo cho việc xây dựng sơ đồ dạy học

Muốn thực hiện được mục đích này, chúng tôi đã thực hiện trên tinh thần sau:

1 Sơ đồ lấy các giai đoạn của CTNTKHVL của Razumovski làm cốt lõi, đó là các giai đoạn:

Sự kiện khởi đầu Mô hình Hệ quả lôgic Thực nghiệm

2 Để quá trình dạy học được tiến hành một cách dễ dàng, thuận tiện và phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh, chúng tôi đã cụ thể hóa sự chuyển tiếp các giai đoạn cơ bản theo Razumovski bằng các giai đoạn trung gian Trên tinh thần đó, chúng tôi đề nghị xây dựng tiến trình dạy học từng kiến thức Vật lí THPT theo CTNTKHVL với sơ đồ sau:

Tiến hành thí nghiệm kiểm

mở rộng

Không phù hợp Phù hợp

Hình I.3: Sơ đồ dạy học

từng kiến thức Vật lí

THPT theo CTNTKHVL

Sau đây chúng tôi xin phân tích kỹ từng giai đoạn trong sơ đồ nêu trên

1 Nêu các sự kiện khởi đầu

Ở Các nhà khoa học, từ các sự kiện khởi đầu nảy sinh câu hỏi yêu cầu

họ giải quyết vấn đề, thì trong dạy học quá trình cũng xảy ra tương tự, tuy nhiên, tri thức mà học sinh cần tìm đã có sẵn trong chương trình và sách giáo khoa, tri thức này học sinh chưa biết hoặc biết chưa đầy đủ, nhưng thầy giáo hoàn toàn đã nắm vững Yêu cầu nêu sự kiện khởi đầu nào cho phù hợp để làm nảy sinh vấn đề trước học sinh? Đây là việc làm hoàn toàn khó khăn đối với học sinh ngay trên lớp học, vì vậy công việc này thường dành cho thầy giáo Thầy giáo phải tự lựa chọn sự kiện khởi đầu từ trước và chủ động nêu trước học sinh trong quá trình giảng dạy

Như ở trên đã trình bày, trong khoa học, các sự kiện khởi đầu có thể là các hiện tượng xảy ra trong thực tế, có thể là các sự kiện thực nghiệm, cũng

có thể là sự phân tích những cơ sở lí thuyết đã có sẵn làm nảy sinh vấn đề Trong dạy học, các sự kiện khởi đầu cũng tương tự như vậy, tùy theo từng kiến thức cụ thể mà giáo viên lựa chọn một trong ba loại đó Tuy nhiên, để phù hợp với trình độ nhận thức và tính trực quan ở độ tuổi THPT, chúng tôi nhận thấy nên lựa chọn các sự kiện khởi đầu hoặc là các hiện tượng xảy ra trong thực tế thật gần gũi với đời sống học sinh, các hiện tượng này có thể được thầy giáo diễn đạt bằng các câu chuyện kể, tranh ảnh, hình vẽ, hoặc có thể lựa chọn những thí nghiệm mang tính chất định tính, những thí nghiệm này được thực hiện đơn giản, nhanh gọn trên lớp Cả hai loại này đều phải đảm bảo tiêu chuẩn: Từ chúng làm xuất hiện vấn đề (hay câu hỏi) trước học sinh, kích thích sự mong muốn tìm tòi nghiên cứu tiếp theo của học sinh Việc lựa chọn sự kiện khởi đầu trong dạy học nên được thực hiện bởi chính thầy giáo, vì vậy cần lựa chọn sao cho học sinh dễ dàng và nhanh chóng

nhận ra sự mâu thẫn giữa sự kiện với những hiểu biết có sẵn, mà những hiểu biết ấy chưa đủ để giải thích hiện tượng, từ đó nảy sinh vấn đề cần giải quyết Theo chúng tôi, có hai cách lựa chọn:

- Thứ nhất: Chọn các sự kiện kinh điển - là những sự kiện chính các nhà khoa học đã sử dụng khi nghiên cứu Ví dụ, thí nghiệm hiện tượng khuếch tán của chất lỏng và chất khí… hoặc có thể là những thí nghiệm kinh điển nhưng đã được cải biên cho phù hợp với điều kiện vật chất và trình độ năng lực tư duy của học sinh

- Thứ hai: Chọn các thí nghiệm đã có sẵn trong phòng thí nghiệm hoặc những thí nghiệm do chính giáo viên đề xuất xây dựng

Nêu sự kiện khởi đầu nào là tùy thuộc ở từng giáo viên nhưng dù là loại nào thì cũng đòi hỏi hiện tượng phải gần gũi với đời sống học sinh để các em

có khả năng hình dung được trong quá trình học tập

Sau khi đưa ra các sự kiện khởi đầu, thầy giáo cần tìm hiểu quan niệm sẵn có của học sinh về nội dung tri thức cần nghiên cứu mà câu hỏi của giáo viên đã gợi ý

2 Làm bộc lộ quan niệm sẵn có của học sinh

Mục đích của việc làm bộc lộ quan niệm sẵn có của học sinh để giáo viên biết mức độ hiểu biết của học sinh (đúng - sai; sâu - nông; chính xác - chưa chính xác; …) về hiện tượng định nghiên cứu

Thực chất, quan niệm sẵn có của học sinh không phải được xuất hiện chỉ khi có sự kiện khởi đầu, mà nó được tồn tại trong học sinh từ sự quan sát nhiều hiện tượng hàng ngày xảy ra trong thực tế Những quan niệm này chỉ là kết quả của những nhận thức ban đầu được hình thành bởi kinh nghiệm sống,

vì vậy nó có thể có những mức độ khác nhau, đồng thời những quan niệm đó

đã được ăn sâu vào trí não

Trong dạy học, giáo viên không nên có ý nghĩ phá hủy những quan niệm chưa hợp lí của học sinh chỉ bằng vào lời giải thích thông thường hoặc kinh nghiệm của mình Ở đây đòi hỏi phải có quá trình nhận thức công phu với đầy đủ các căn cứ chính xác mới có khả năng thay đổi hoặc điều chỉnh các quan niệm đó

Vậy, có những cách nào để có thể tìm hiểu quan niệm sẵn có của học sinh?

Theo chúng tôi có những cách sau đây:

- Cách 1: Đặt ra các câu hỏi thuộc loại: Vì sao?, thế nào? Những câu hỏi này đòi hỏi sẽ được trả lời bằng những quan niệm về tri thức mà học sinh cần nghiên cứu

Ví dụ: Ở bài “Sự rơi của các vật”, sau khi đưa ra sự kiện khởi đầu, chúng tôi đặt câu hỏi: Các vật sẽ rơi thế nào? Vì sao?

Khi đó, học sinh có thể đưa ra nhiều quan niệm:

- Các vật rơi về phía trái đất, vì quả đất hút

- Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ, do tác dụng của trọng lực

- Hòn bi rơi nhanh hơn, vì phụ thuộc vào hình dáng vật

Học sinh trả lời theo nhiều cách, nhưng các cách ấy tựu trung lại đều làm xuất hiện quan niệm về nội dung cần nghiên cứu

- Cách 2: Giáo viên đưa ra hệ thống các quan niệm cả sai và đúng để học sinh lựa chọn quan niệm mà các em cho là đúng

Ví dụ: Muốn tìm hiểu quan niệm của học sinh về kết quả tương tác giữa các vật, giáo viên có thể đưa ra một số quan niệm sẵn có: Kết quả làm cho vật chuyển động, duy trì chuyển động, thay đổi chuyển động… để học sinh lựa chọn

Nhìn chung, việc tìm hiểu quan niệm của học sinh là quan trọng, nó giúp người giáo viên nắm được trình độ hiểu biết về kiến thức cần xây dựng của đối tượng học sinh trong quá trình dạy học

Sau khi nêu các sự kiện khởi đầu và làm bộc lộ quan niệm của học sinh,

có thể có hai khả năng xảy ra:

- Quan niệm của học sinh phù hợp với nội mô hình hoặc giả thuyết cần xây dựng Trường hợp này, từ quan niệm đúng của học sinh, giáo viên có thể hướng dẫn học sinh xây dựng ngay mô hình hoặc giả thuyết

Ví dụ: Sau khi giáo viên mô tả hiện tượng rơi của các vật khác nhau, học sinh đưa ra quan niệm: Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ Giáo viên có thể gợi ý tiếp cho học sinh: Có nghĩa là yếu tố nào đã ảnh hưởng đến sự rơi của vật? Học sinh có thể trả lời: Trọng lực

Vậy mô hình về sự rơi của vật được xây dựng với nội dung:

Yếu tố trọng lực làm ảnh hưởng đến sự rơi

- Quan niệm của học sinh trái ngược với mô hình hoặc giả thuyết cần xây dựng Trường hợp này sẽ xuất hiện vấn đề (câu hỏi ) cần nghiên cứu Như vậy, khi quan niệm của học sinh không phù hợp sẽ xuất hiện mâu thuẫn giữa cái mới lạ (hiện tượng thực tế xảy ra) với cái đã có (quan niệm của học sinh), từ đó vấn đề được xuất hiện

Sau khi vấn đề được đặt ra, giáo viên tiếp tục hướng dẫn để học sinh xây dựng mô hình hoặc giả thuyết

3 Xây dựng mô hình hoặc giả thuyết

Trong CTNTKHVL của Razumovski việc xây dựng các mô hình chủ yếu phù hợp và có hiệu quả đối với các thuyết Vật lí hoặc một phần Vật lí Đối với đề tài luận văn thì mục đích là tổ chức hoạt động dạy học cho từng kiến thức cụ thể Ở chương trình Vật lí THPT thì ít gặp xây dựng mô hình

mà thường xây dựng giả thuyết Vì vậy chúng tôi đã đề xuất giai đoạn này là xây dựng mô hình hoặc giả thuyết

Giai đoạn xây dựng mô hình hoặc giả thuyết là giai đoạn quan trọng, vì

ở giai đoạn này tri thức về hiện tượng cần nghiên cứu được xây dựng, nhưng

là giai đoạn khó khăn vì ở đây, tư duy trực giác của học sinh được đòi hỏi giữ vai trò chủ yếu

Tư duy trực giác yêu cầu huy động cả tư duy logic, sự khái quát hóa các các tri thức đã có lẫn khả năng quan sát tinh tế sự vật, hiện tượng Vì vậy, trong hoạt động dạy học, yêu cầu trực giác đối với học sinh là tương đối khó, cần phải rèn luyện dần dần, thường xuyên và liên tục

Có thể rèn luyện tư duy trực giác cho học sinh bằng nhiều cách

Ở thời gian đầu, khi học sinh chưa quen với tư duy trực giác, giáo viên

có thể chủ động đưa ra nhiều dự đoán khoa học khác nhau để học sinh tập lựa chọn nhanh những dự đoán mà các em cho là hợp lí

Ví dụ: Ở bài “Sự rơi của các vật”, sau khi đưa ra sự kiện khởi đầu: Hai

tờ giấy giống nhau - một tờ vo viên, cho cùng rơi ở cùng một độ cao Chúng tôi đã dự đoán khả năng nếu học sinh không nêu được dự đoán nguyên nhân nào ảnh hưởng đến chuyển động rơi của vật, thì giáo viên sẽ đưa ra một số dự đoán để học sinh tự lựa chọn:

- Phải chăng do sức cản không khí?

- Phải chăng do hình dạng của vật?

- Phải chăng do lực đẩy Archimede?

- Phải chăng do cả trọng lượng và sức cản?

Nhưng sau khi học sinh đã quen với kiểu tư duy ấy, nên để học sinh tự lực nêu ra các giải thuyết bằng chính trực giác của mình, có thể những giả thuyết đó còn viển vông, thiếu căn cứ hoặc không phù hợp với mô hình cần xây dựng, nhưng với sự định hướng và điều khiển cuả giáo viên, học sinh sẽ được điều chỉnh dần để mô hình được hợp thức

Ví dụ: Ở bài “Tương tác cơ học giữa các vật”, học sinh có thể nêu một

số giả thuyết sau khi đã nghe giáo viên mô tả sự kiện khởi đầu:

- Phải chăng tác dụng của vật này vào vật khác làm cho vật chuyển động?

- Phải chăng tác dụng của vật này vào vật khác làm cho vật duy trì chuyển động?

- Phải chăng tác dụng của vật này vào vật khác làm cho vật biến đổi chuyển động?

Ở đây giáo viên có thể tiến hành thí nghiệm kiểm tra để học sinh thấy rằng, sau khi tương tác, do ma sát vật không chuyển động mãi mà sẽ dừng lại sau thời gian nào đó Như vậy, mặc dù có tương tác nhưng vật vẫn dừng lại, nghĩa là hai giả thuyết trên chưa hợp lí

Để giúp học sinh trong quá trình trực giác, giáo viên có thể tạo ra sự định hướng cần thiết bằng hệ thống các câu hỏi về nội dung tri thức cần xây dựng

Ví dụ: - Nguyên nhân nào làm cho tờ giấy không vo viên rơi chậm hơn

tờ giấy vo viên?

- Khi viên bi A chuyển động đến va chạm vào viên bi B đứng yên, trạng thái viên bi B thay đổi như thế nào?

Trong trường hợp nội dung tri thức là mối quan hệ phức tạp giữa các đại lượng mà học sinh khó nhận thấy, giáo viên có thể gợi ý học sinh định hướng đến mối quan hệ giữa các đại lượng này và đại lượng kia, còn mối quan hệ đó tuân theo quy luật nào thì để học sinh tự đưa ra dự đoán

Ví dụ: Sau khi học sinh đã nêu giả thuyết: Phải chăng không chỉ vận tốc mà cả khối lượng cũng có vai trò trong việc truyền chuyển động, điều này đưa đến cần xét mối quan hệ giữa m và v Mối quan hệ đó là mv, m2v, hay

có bảo toàn không? Điều này học sinh phải tự tìm tòi

Trong quá trình dạy học, còn có thể rèn luyện trực giác cho học sinh bằng cách giáo viên nêu ra nhiều phương án khác nhau của một sự kiện khởi đầu để học sinh tập nhận biết, phán đoán nhanh và đi đến giả thuyết mà mình cho là hợp lí nhất

Ví dụ: Trong bài: “Cân bằng của một vật có trục quay cố định Quy tắc

mô men lực” Giáo viên tiến hành thí nghiệm: Treo hai vật nặng có trọng lượng bằng nhau vào hai đầu mút một chiếc thước có chia độ Giữa thước có trục quay cố định Thước đứng cân bằng trên trục quay khi nào?

Có học sinh nêu giả thuyết: Phải chăng P1= P2

Giáo viên thay đổi điều kiện thí nghiệm: Giữ nguyên P1= P2 cho các khoảng cách d1 khác d2 , thước không con đứng cân bằng Đến đây, học sinh

tự bác bỏ giả thuyết trên và đưa ra giả thuyết mới

Phải chăng do d1=d2

Giáo viên thay đổi điều kiện: Giữ nguyên d1= d2, thay P1 khác P2, thước không còn đứng cân bằng Đến đây, học sinh lại tự bác bỏ giả thuyết ấy

và đi đến giả thuyết mới

Phải chăng đại lượng làm cho thước đứng cân bằng liên quan đến cả P

và d?

Giả thuyết này xem ra hợp lí hơn cả

Mô hình hoặc giả thuyết luôn chỉ là một dự đoán,vì vậy sự hợp thức của nó phải được kiểm tra bằng thực nghiệm Việc kiểm tra trực tiếp mô hình hoặc giả thuyết thường gặp nhiều khó khăn, vì vậy từ mô hình hoặc giả thuyết người ta cần suy ra các hệ quả logic, rồi dùng thực nghiệm kiểm tra các hệ quả logic này

4 Hướng dẫn học sinh suy ra các hệ quả logic

Giai đoạn này tư duy logic theo kiểu lập luận, suy diễn và biến đổi toán học dựa vào những tri thức đã biết hoàn toàn chiếm ưu thế Vì vậy, giáo viên chỉ cần định hướng, hướng dẫn để học sinh tự rút ra các hệ quả logic Có thể rèn luyện tư duy logic cho học sinh theo hai cách:

Cách 1: Tập cho học sinh lập luận, suy diễn từ những dự đoán đã nêu

Ví dụ: Sau khi học sinh nêu dự đoán: Sức cản không khí là nguyên nhân làm cho vật rơi nhanh hay chậm, giáo viên cho học sinh suy luận theo hướng: càng giảm sức cản không khí vật rơi nhanh - chậm hơn nhau ít hơn; trong chân không các vật rơi nhanh như nhau

Cách 2: Tập cho học sinh vừa suy luận, vừa dùng phép biến đổi toán học

Ví dụ: Sau khi học sinh nêu dự đoán: Tích mv được bảo toàn trong hệ kín, giáo viên gợi ý để học sinh suy diễn cho trường hợp riêng: Trước tương

tác hai vật đứng yên: 1 1 2 2  0





v m v

m thì sau tương tác để tổng đó được bảo

2 2 ,

1v m v

m , từ đây ta có thể rút ra:

Ở đây, cần huấn luyện để học sinh không lập luận sai vì như vậy sẽ dẫn đến kết quả kiểm tra sai

5 Cho học sinh xây dựng các phương án thí nghiệm kiểm tra hệ quả logic

Đây là giai đoạn đòi hỏi tư duy trực giác giữ vai trò quan trọng, nó đòi hỏi sự nhanh trí và khả năng tổng hợp tri thức đã biết, kỹ năng và kỹ xảo thực hành Đây là việc làm khó đối với học sinh, đòi hỏi phải có sự rèn luyện thường xuyên và liên tục

Để có thể rèn luyện cho học sinh, giáo viên có thể cho học sinh tự lực nêu các phương án về nguyên tắc học sinh đã biết, sau đó có thể phân tích để học sinh tự loại bỏ những phương án chưa hợp lí, giữ lại phương án tối ưu

Ví dụ: Sau khi đưa ra hệ quả:

Nếu giảm sức cản không khí, các vật rơi nhanh - chậm hơn nhau ít hơn

Trong chân không, các vật rơi như nhau

Học sinh có thể nêu một vài phương án thí nghiệm kiểm tra:

Phương án 1: Quan sát sự rơi của viên bi và tờ giấy khi:

Cho viên bi - tờ giấy rơi

Cho viên bi - tờ giấy gấp bốn rơi

Cho viên bi - tờ giấy vo viên rơi

Phương án 2: Cho hai mẩu giấy như nhau, một tờ vo viên rơi trong ống thủy tinh khi còn không khí và khi đã hút hết không khí

Ở đây, giáo viên có thể phân tích để học sinh thấy phương án hai là tối

6 Tiến hành thí nghiệm kiểm tra

Đây là giai đoạn xác nhận sự đúng đắn hay không của hệ quả logic (cũng chính là của mô hình hoặc giả thuyết) mà học sinh đã xây dựng Ở đây, đòi hỏi học sinh phải có kỹ năng, kỹ xảo thực hành thí nghiệm Để tiến hành giảng dạy không gặp những trục trặc, thường giáo viên phải lựa chọn và chuẩn bị các thí nghiệm kiểm tra (phù hợp với các phương án đã nêu ở trên) trước giờ học

Với chức năng là các thí nghiệm kiểm tra, hơn nữa để gây lòng tin khoa học cho học sinh, giáo viên cần lựa chọn các thí nghiệm đảm bảo độ chính

xác cao và thu được kết quả nhanh chóng Tùy thuộc vào mức độ khó - dễ của thí nghiệm và khả năng thực hành của từng đối tượng học sinh mà giáo viên yêu cầu học sinh tiến hành dưới sự hướng dẫn của giáo viên, hoặc cả giáo viên và học sinh cùng nhau tiến hành trên lớp Sau khi tiến hành thí nghiệm kiểm tra sẽ xuất hiện hai khả năng:

Khả năng thứ nhất: Kết quả thí nghiệm không phù hợp với hệ quả logic, khi đó cần có ba cách giải quyết: Xem lại phương án thí nghiệm được xây dựng đã hợp lí với mô hình đề ra chưa?, hoặc việc tiến hành thí nghiệm kiểm tra đã chính xác theo phương án đề ra chưa?, hoặc xem lại mô hình hoặc giả thuyết được xây dựng đã hợp lí chưa? Nếu một trong ba nội dung ấy chưa hợp lí, cần điều chỉnh, bổ sung hoặc có thể phải thay đổi hoàn toàn Khả năng thứ hai: Kết quả của thí nghiệm phù hợp với hệ quả logic Trường hợp này, cho học sinh nêu một cách chính xác, đầy đủ mô hình hoặc giả thuyết chấp nhận được

7 Hướng dẫn học sinh khẳng định mô hình hoặc giả thuyết chấp nhận được

Có thể dùng từ khẳng định, vì mô hình hoặc giả thuyết này đã được thực nghiệm kiểm tra Tuy nhiên, ở đây cần nhấn mạnh để học sinh hiểu rằng

mô hình hoặc giả thuyết này chỉ chấp nhận được trong điều kiện giới hạn nghiên cứu của kiến thức cụ thể ta đang xét chứ không phải bất kỳ điều kiện nào

Ví dụ: Sau khi tiến hành thực nghiệm kiểm tra: Trên xe A có gắn một

lò xo để tạo ra lực tác dụng Cho xe A tác dụng với xe B bằng cách buộc dây

để nén lò xo, rồi đốt dây cho lò xo bật ra, thấy hai xe chuyển động ngược chiều nhau Học sinh có thể nhận thấy rằng kết quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả logic: Trước tương tác hai vật đứng yên thì sau tương tác chúng sẽ

chuyển động ngược chiều nhau Có nghĩa rằng mô hình hoặc giả thuyết học sinh xây dựng ở trên là chấp nhận được Giáo viên yêu cầu học sinh nêu chính xác mô hình chấp nhận được: Các vật tương tác trong hệ kín thì tích mv được bảo toàn Cần nhấn mạnh với học sinh rằng, mô hình này chỉ đúng trong điều kiện hệ là kín

Từ mô hình chấp nhận được, giáo viên có thể hướng dẫn học sinh khái quát hóa nêu thành khái niệm, thuyết, định luật

8 Phát biểu thành thuyết, định luật

Yêu cầu học sinh phát biểu nội dung các thuyết, định luật một cách chính xác như một hình thức khái quát của mô hình hoặc giả thuyết đã được hợp thức hóa

9 Dùng mô hình hoặc giả thuyết để giải thích, ứng dụng thực tế và luyện tập

Sau khi mô hình được hợp thức hóa, cần hướng dẫn để học sinh dùng

nó giải thích hiện tượng thực tế

Ví dụ: Sau khi xây dựng giả thuyết: Các vật tương tác trong hệ kín thì tích mvđược bảo toàn, giáo viên yêu cầu học sinh vận dụng để giải thích hiện tượng: Vì sao một quả bóng đập vuông góc vào một bức tường với vận tốc V rồi nẩy lại với vận tốc như cũ?

Ngoài ra, cần cho học sinh nhận thấy các ứng dụng của mô hình hoặc giả thuyết trong kỹ thuật và sản xuất, đây cũng chính là sự kiểm tra có giá trị thực tiễn rất lớn

Ví dụ: Xét ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng trong kĩ thuật quân sự: Hiện tượng súng giật khi bắn, đạn nổ, tên lửa, …

Trong quá trình dùng mô hình hoặc giả thuyết để giải thích, ứng dụng hoặc luyện tập, nhiều trường hợp sẽ nảy sinh sự mở rộng giới hạn của mô hình hoặc giả thuyết Khi đó sự kiện mới xuất hiện và hoạt động day học lại quay về giai đoạn đầu tiên của sơ đồ cấu trúc

IV Cơ sở thực tiễn việc của tổ chức HĐDH theo CTNTKHVL tại trường THPT Nguyễn Viết Xuân và trường THPT Nguyễn Thị Giang- huyện Vĩnh Tường- tỉnh Vĩnh Phúc

IV.1 Thực trạng của việc tổ chức HĐDH theo CTNTKHVL trên địa bàn nghiên cứu

Tháng 3 năm 2011 chúng tôi tiến hành điều tra ở hai trường THPT Nguyễn Thị Giang và trường THPT Nguyễn Viết Xuân - Huyện Vĩnh Tường

- Phỏng vấn 6 giáo viên Vật lí và 15 học sinh

- Tham khảo kế hoạch giảng dạy Vật lí chương “Cảm ứng điện từ” của

IV.2 Những thành công bước đầu

Toàn bộ giáo viên được hỏi đều cho biết đã được bồi dưỡng về phương pháp nhận thức khoa học trong quá trình học tập, tự nghiên cứu hoặc trong các chu kì bồi dưỡng thường xuyên

Một số giáo viên đã sử dụng phương pháp thực nghiệm trong bài giảng của mình và bước đầu thu được những kết quả nhất định về kinh nghiệm cũng như gây được hứng thú cho học sinh trong học tập

Nhiều giáo viên thể hiện là người thường xuyên tổ chức, điều khiển hoạt động nhận thức của học sinh theo các phương pháp dạy học mới Việc làm này bước đầu đã khắc phục được lối truyền thụ một chiều, giáo viên đã cố gắng tự bồi dưỡng về năng lực chuyên môn cũng như phương pháp giảng dạy

để đáp ứng mục tiêu dạy học mới

Các bộ thí nghiệm gắn liền với nội dung sách giáo khoa Phần lớn các thí nghiệm có thể do học sinh trực tiếp làm, cả trong khâu xây dựng kiến thức mới cũng như vận dụng kiến thức đã học Thiết bị đơn giản, dễ sử dụng, có hiệu quả rõ rệt, gây hứng thú cho học sinh, kích thích được tính tò mò ham hiểu biết của học sinh

Học sinh đã mạnh dạn tự chủ hơn trong quá trình nhận thức Thông qua các hoạt động, học sinh đã phát huy được tính sáng tạo của bản thân, đã có thái độ tích cực, tự lực trong học tập và làm việc hào hứng, nghiêm túc hơn trước

IV.3 Những hạn chế

Tuy rằng tất cả giáo viên đều đã được tập huấn tinh thần chỉ đạo của việc đổi mới phương pháp nhận thức khoa học trong dạy học, tuy nhiên nhiều giáo viên chưa hiểu rõ nên còn lung túng khi áp dụng các hình thức tổ chức

hoạt động học tập của học sinh và họ cũng chưa có khả năng tổ chức hoạt động đo theo đúng tinh thần Nhiều giáo viên còn thay các hoạt động học tập của học sinh như đề xuất dự đoán, đề xuất phương án, làm thí nghiệm kiểm tra và thông báo kiến thức cho học sinh, thậm chí còn có giáo viên đặt câu hỏi nêu vấn đề sau đó tự trả lời …Cũng có nhiều giáo viên thường xuyên thường xuyên tổ chức cho học sinh thực hiện một số hoạt động học tập nhưng đó là những hoạt động quen thuộc như nêu câu hỏi cho học sinh trả lời, quan sát các hiện tượng quen thuộc trong tự nhiên, thí nghiệm và áp dụng kiến thức Đặc biệt hầu hết giáo viên thường cho học sinh nghiên cứu sách giáo khoa, tự làm thí nghiệm và tự trả lời câu hỏi trong sách giáo khoa chứ không tạo điều kiện cho học sinh hoạt động thảo luận để đề xuất dự đoán, lập phương án làm thí nghiệm kiểm tra và thảo luận kết quả thí nghiệm Giáo viên cũng ít cố gắng tạo điều kiện thuận lợi cho học sinh độc lập suy nghĩ, chủ động thực hiện các hoạt động học tập Giáo viên chưa chú ý đến việc hướng dẫn học sinh thu thập và xử lí thông tin, chưa chú ý đến việc rèn luyện khả năng dự đoán, đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra, chưa chú ý đến việc hướng dẫn học sinh xử lí thông tin và từ đó học sinh có thể tự rút ra các kết luận cần thiết cho vấn đề cần nghiên cứu

Nhìn chung học sinh chưa có phương pháp học khoa học Cách học của học sinh là học thụ động, học vẹt, học gạo từng chữ, từng câu, từng phần Đặc biệt kĩ năng thực hành thí nghiệm kém, khả năng xử lí kết quả thí nghiệm một cách định lượng còn yếu, dù chỉ yêu cầu ở mức độ đơn giản Đối với học sinh THPT tuy rằng đang bước đầu làm quen dần với cách học mới nhưng học sinh vẫn luôn chờ đợi sự gợi ý giảng giải của giáo viên, học sinh sẽ ngừng hoạt động nếu giáo viên ngừng hướng dẫn một số học sinh có chú ý quan sát, theo dõi các hiện tượng, suy nghĩ trả lời các câu hỏi và hăng hái phát biểu kiến thức, vận dụng kiến thức nhưng ngược lại việc thực hiện các hoạt động

để chiếm lĩnh kiến thức thì chưa quen nên hầu như không thực hiện được Chẳng hạn, các hoạt động như thảo luận để đề xuất dự đoán, lập phương án và tiến hành thí nghiệm, thảo luận về các kết quả thí nghiệm thì đa phần học sinh chưa quen hoặc biết mà không nói …

Trên cơ sở những thành công bước đầu và những hạn chế đã nêu trên đòi hỏi tất cả các cấp , các ngành, đặc biệt là những người làm công tác giáo dục phải suy nghĩ cùng nhau bàn bạc và đưa ra những biện pháp hữu hiệu, tạo điều kiện tốt nhất để giáo viên có thể từng bước thực hiện đổi mới phương pháp dạy học theo yêu cầu của chương trình mới, tạo một bước đột phá trong dạy học là tăng cường tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh với nhiều biện pháp linh hoạt, thích hợp trong từng điều kiện cụ thể để từng bước nâng cao chất lượng dạy học đáp ứng với mục tiêu mới và thực tiễn giáo dục đề ra

Và cùng với mục tiêu đã nêu trên chúng tôi đề xuất tiến trình dạy học một số kiến thức phần “Cảm ứng điện từ” - Vật lí 11 nâng cao theo CTNTKHVL