Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học chương động lực học chất điểm vật lí 10 THPT

trò quan trọng, được sử dụng trong nhiều giai đoạn của quá trình dạy học, giải BTVL sẽ rèn luyện cho HS khả năng vận dụng kiến thức, các kĩ năng cơ bản giúp cho HS hiểu sâu hơn những qui

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thế Khôi

HÀ NỘI, 2016

chủ nhiệm cùng các thầy cô khoa Vật lý, phòng Đào tạo Sau đại học, trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lọi cho tác giả trong quá trình học tập, thực hiện và hoàn thành luận văn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong chuyên ngành

Lý luận và Phương pháp giảng dạy bộ môn Vật lý, trường Đại học sư phạm

Hà Nội 2, đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự hướng dẫn tận tình chu đáo của TS Nguyễn Thế Khôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, quý Thầy, Cô giáo tổ Vật lí, trường THPT Lý Nhân Tông, Thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh đã nhiệt tình giúp đỡ, trao đổi và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và thực nghiệm đề tài

Cuối cùng, tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tác giả trong quá tành học tập

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ một công trình khoa học nào khác

Tác giả

Nguyễn Kim Sỹ

BTTN : Bài tập thí nghiệmBTVL : Bài tập vật lí

ĐHSP : Đại học sư phạmGQVĐ : Giải quyết vấn đề

THPT : Trung học phổ thông

TNSP : Thực nghiệm sư phạm

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tà i 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Giả thuyết khoa học 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Đóng góp của luận văn 4

8 Cấu trúc của luận v ăn 4

Chương 1 Cơ SỞ LÍ LUẬN VÀ THựC TIỄN CỦA DẠY HỌC BÀI TẬP THÍ NGHIỆM CHƯƠNG “ĐỘNG Lực HỌC CHẤT ĐIỂM” - VẬT LÍ 10 THPT 6

1.1 Bài tập thí nghiệm về vật lí 6

1.1.1 Bài tập vật l í 6

1.1.1.1 Quan niệm về bài tập vật lí 6

1.1.1.2 Tác dụng của bài tập vật tí trong dạy học 7

1.1.1.3 Phương pháp giải bài tập vật l í 8

1.1.1.4 Lựa chọn hệ thống bài tập vật lí trong dạy học một chương, phần của giáo trình vật tí 10

1.1.1.5 Hướng dẫn học sình giải bài tập vật l í 14

1.1.2 Thỉ nghiệm về vật lí trong dạy học giải quyết vẩn đ ề 19

1.1.2.1 Vị trí, chức năng và vai trò của thí nghiệm vật lí 19

1.1.2.2 Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiêm 22

1.1.3 Bài tập thí nghiệm về vật l í 29

1.1.3.1 Định nghĩa 29

1.2 Phát triển tính tích cực, năng lực sáng tạo của HS trong dạy học vật

l í 37

1.2.1 Phát triển tỉnh tích cực nhận thức 37

1.2.2 Phát triển năng lực sáng tạo 41

1.3 Thực trạng xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT 46

1.3.1 Chất lượng nắm vững kiến thức và giải bài tập của H S 46

1.3.2 Sử dụng bài tập của G V 48

Chương 2 HỆ THÓNG BÀI TẬP THỈ NGHIỆM VỀ VẬT L Í TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG Lực HỌC CHẤT ĐIỀM” - VẬT L Ỉ 10 THPT 50

2.1 Mục tiêu dạy học chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT 50

2.2 Hệ thống bài tập thí nghiệm trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10THPT 51

2.2.1 Hệ thống bài tập thí nghiệm 51

2.2.1.1 Bài tập thí nghiệm định tính 51

2.2.1.2 Bài tập thí nghiệm định lượng 55

2.2.2 Soạn thảo tiến trình dạy học bài tập thí nghiệm, một sổ kiến thức chương “Động lực học chất điểm ” - Vật lí 10 THPT 56

2.2.1.1 Bài tập thí nghiệm trong bài học xây dựng kiến thức m ớ i 56

2.22.2 Bài tập thí nghiệm trong bài học thực hành thí nghiệm vật lý 61

Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 65

3.1 Mục đích, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 65

3.2 Xây dựng phương thức và tiêu chí đánh giá 66

3.2.1 Phương thức vả tiêu chỉ đánh giá mặt định lượng 66

3.2.2 Phương thức và tiêu chỉ đánh giá mặt định tinh 67

3.3 Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 67

3.3.1 Các tiêu chí đảnh giả kết quả thực nghiệm sư phạm 67

3.3.2 Phần tích hiệu quả của các tiến trình dạy học đã soạn thảo 68

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lí do chon đề tài

Ngày nay, chúng ta đang sống trong thời đại mà khoa học và công nghệ phát triển như vũ bão, kho tàng kiến thức nhân loại tăng lên nhanh chóng Vì vậy để theo kịp sự phát triển của thời đại và hòa nhập vào nền kinh tế thế giói, nền kinh tế tri thức của thế kỉ 21, sự nghiệp giáo dục nước ta phải đổi mới mạnh mẽ, đổi mói toàn diện và đồng bộ, nhằm tạo ra những con người mói có trình độ văn hóa cao, giàu tính sáng tạo và năng động, có kĩ năng thực hành giỏi, biết sử dụng những phương tiện mói và hiện đại Đáp ứng với những đòi hỏi đó, sự nghiệp giáo dục và đào tạo phải có nhiệm vụ: “Đổi mới phương pháp dạy học ở tất cả các cấp học, bậc học, khuyến khích tự học, áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề” [5], hay theo Nghị quyết Trung ương II khóa VIII: “Phải đổi mới phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương pháp hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thíri gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, nhất là sinh viên đại học” [7]

Vì lẽ đó mà giáo dục không ngừng đổi mới, hiện đại hóa về mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học để phản ánh những thành tựu hiện đại về các lĩnh vực khoa học tự nhiên, khoa hoa xã hội - nhân văn, trang bị cho HS vốn kiến thức và kĩ năng cơ bản cần thiết, phải tạo cho các em năng lực tự học, tự vạch ra con đường và phương pháp tư duy, hành động dẫn đến chiếm lĩnh kiến thức mới, để khi vào đời hoặc trong lao động sản xuất và trong khoa học

kĩ thuật nhanh chóng tiếp thu cái mói

Một trong những phương pháp để rèn luyện cho HS các kĩ năng, mở rộng

và vận dụng kiến thức hoặc củng cố, ôn tập đó là việc giải BTVL BTVL có vai

trò quan trọng, được sử dụng trong nhiều giai đoạn của quá trình dạy học, giải BTVL sẽ rèn luyện cho HS khả năng vận dụng kiến thức, các kĩ năng cơ bản giúp cho HS hiểu sâu hơn những qui luật, hiện tượng vật lí, biết phân tích và giải thích được những hiện tượng vật lí thường gặp Thông qua bài tập HS có điều kiện sử dụng kiến thức đã học để tự lực giải quyết những tình huống cụ thể khác nhau Nhờ vậy, kiến thức trở nên sâu sắc, hoàn thiện hơn và trở thành kiến thức thực sự của HS.

Trong các loại bài tập thì việc giải BTTN là một hình thức HĐ nhằm nâng cao chất lượng học tập, tăng cường hứng thú, gắn học vói hành, lí luận với thực tế, kích thích tính tự chủ tích cực, tự lực, trí thông minh sáng tạo, tháo vát của từng HS Đây cũng là một biện pháp để phát hiện đúng những

HS khá, giỏi về vật lí

Từ những phân tích ở các đề tài (luận án, luận văn, tài liệu tham khảo, )

có liên quan đến hướng nghiên cứu của tác giả: Nghiên cứu những nội dung trọng tâm nào? Còn cái gì chưa giải quyết hay giải quyết chưa triệt để? Ta thấy rằng để nâng cao hiệu quả dạy và học môn vật lí, GV cần quan tâm đến việc sử dụng BTTN vật lí trong quá trình dạy và học Vói mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào việc nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường phổ

thông, tôi chọn đề tài: “Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy

hoc chương “Đông lưc hoc chất điểm” - Vât lí 10 THPT”.• o • o • • •

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu, xây dựng hệ thống BTTN và soạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức thuộc chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT, trong đó có sử dụng các bài tập đã xây dựng nhằm phát triển tính tích cực nhận thức, năng lực sáng tạo của HS

3 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu: HĐ dạy học bài tập vật lí ở trường THPT

b Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống BTTN trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT.

4 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được hệ thống BTTN trên có tính khoa học và đề ra cách

sử dụng nó trong HĐ dạy học chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT thì có thể phát huy được tính tích cực nhận thức và năng lực sáng tạo của HS

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu cơ sở lí luận về việc dạy học vật lí theo hướng phát triển tính tích cực nhận thức và năng lực sáng tạo của HS, đặc biệt là lí luận về dạy học giải quyết vấn đề và việc xây dựng, sử dụng hệ thống BTTN vật lí

5.2 Nghiên cứu chương trình, SGK, SGV để xác định mục tiêu dạy học chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT Từ đó, xác định hệ thống BTTN cần xây dựng và sử dụng trong dạy học trong chương này

5.3 Điều tra thực tiễn việc dạy học chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT nhằm tìm hiểu phương pháp dạy học của GV và HS, tình trạng TBTN và việc xây dựng sử dụng hệ thống BTTN trong dạy học chương này

5.4 Xây dựng hệ thống BTTN và soạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức thuộc chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT nhằm phát triển tính tích cực học tập, năng lực sáng tạo của HS

5.5 Tiến hành TNSP các tiến trình dạy học đã soạn thảo để từ đó đưa ra những nhận xét, sửa đổi, bổ sung và hoàn thiện hệ thống BTTN đã soạn thảo

6 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

6.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết:

- Nghiên cứu các tài liệu về lí luận dạy học vật lí, đặc biệt là lí luận về dạy giải BTVL; những tài liệu liên quan đến TN và BTVL 10

- Vận dụng các quan điểm lí luận hiện đại về việc thiết kế tiến trình HĐ dạy học một kiến thức cụ thể, để soạn thảo tiến trình dạy học giải một số BTTN thuộc chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT

- Nghiên cứu các tài liệu về tâm lí học, lí luận và phương pháp dạy học, các luận án, luận văn, các bài báo liên quan đến việc đổi mới phương pháp dạy học

6.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Điều tra việc đổi mới phương pháp dạy học ở trường THPT

- Điều tra, thăm dò hiểu biết ban đầu của HS về chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT

- Điều tra những khó khăn thuận lọi của GV và HS trong việc xây dựng

và sử dụng BTTN chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT

6.3 Phương pháp TNSP: Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của hệ thống BTTN đã được thiết kế

6.4 Phương pháp thống kê toán học: Xử lí số liệu thu được từ TNSP

7 Đóng góp của luận văn

- Làm sáng tỏ cơ sở lí luận của việc dạy học kết hợp với BTTN ở THPT nhằm phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo, giải quyết vấn đề của HS

- Vận dụng cơ sở lí luận đó để thiết kế tiến trình dạy học theo hướng sử dụng các BTTN thuộc chương “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 THPT

- Bổ sung thêm vào nguồn tài liệu tham khảo cho GV, HS THPT và học viên cao học cùng chuyên ngành

8 Cấu trúc của luận văn

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

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học bài tập thí nghiệm

Chương 1

C ơ SỞ LÍ LUÂN VÀ THƯC TIỄN CỦA DAY HOC BÀI TẢP • • • • •

THÍ NGHIÊM CHƯƠNG “ĐÔNG LƯC HOC CHẤT ĐIỀM”• • • •

- VẬT LÍ 10 THPT•

1.1 Bài tập thí nghiệm về vật lí

1.1.1 Bài tập vật lí

1.1.1.1 Quan niệm về bài tập vật lí

BTVL là bài ra cho HS làm để vận dụng những kiến thức đã học Theo nghĩa rộng thì bài tập bao gồm câu hỏi, bài tập lí thuyết, bài tập thực hành, BTTN, bài tập nhận thức Giá trị của bài tập vật lí ở chỗ, chúng cho phép kiểm tra được cả kĩ năng của HS áp dụng những kiến thức thu được vào thực tế

Trong thực tiễn dạy học, người ta thường gọi bài tập vật lí là một vấn đề không lớn mà trong trường hợp tổng quát được giải quyết nhờ những suy luận lôgic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở các định luật và phương pháp vật lí Thông thường, trong sách giáo khoa và tài liệu lí luận dạy học bộ môn, người ta hiểu những bài tập là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù họp vói mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lí của học sinh và rèn luyện kĩ năng vận dụng các kiến thức của họ vào thực tiễn

Trong quá trình dạy học vật lí, mỗi vấn đề xuất phát do nghiên cứu tài liệu giáo khoa chính là một bài tập đối vói HS HS tìm tòi câu trả lòi và tiến hành giải đáp cho VĐ đó chính là HS đã giải bài tập Giữa bài tập và lí thuyết

có mối quan hệ chặt chẽ vói nhau, về một khía cạnh nào đó thì BTVL được coi là phương tiện để dạy học vật lí

1.1.1.2 Tác dụng của bài tập vật lỉ trong dạy học

Trong quá trình dạy học vật lí, việc giải BTVL là một trong những loại

HĐ tự lực quan trọng của HS BTVL có vai trò quan trọng đặc biệt, chúng được sử dụng trong nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học

- BTVL có thể coi như là phương tiện nghiên cứu hiện tượng mói hoặc xây dựng một khái niệm mói cho HS, nhằm đảm bảo cho HS lĩnh hội được kiến thức mói một cách sâu sắc và vững chắc Khi nghiên cứu một vấn đề mói, HS được tiếp cận vói bản chất của hiện tượng vật lí bằng nhiều con đường khác nhau như: Kể chuyện, tiến hành TN, giải BTTN Qua đó, tính tích cực của HS sẽ phát triển và do đó chiều sâu cũng như độ vững chắc của kiến thức sẽ đạt đến mức tối đa khi “Tình huống” có vần đề được tạo ra Trong nhiều trường hợp nhờ tình huống này có thể làm xuất hiện một dạng bài tập mà trong quá trình giải HS sẽ phát hiện lại quy luật vật lí, chứ không phải tiếp thu quy luật vật lí dưới hình thức sẵn có Để đạt được mục đích này,

ta có thể sử dụng bài tập định tính hay định lượng hoặc BTTN

- BTVL là một trong những phương tiện rất quý báu để rèn luyện cho HS

kĩ năng, kĩ xảo, khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn BTVL còn giúp cho HS rèn luyện thói quen vận dụng các kiến thức của mình, để phân tích các hiện tượng vật lí khác nhau xảy ra trong hiện tượng tự nhiên, kĩ thuật và đòi sống Đối vói việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp, BTVL có một ý nghĩa to lớn, đó là một trong những phương tiện thuận lợi để HS liên hệ lí thuyết với thực hành, và đòi sống

- BTVL không chỉ dừng lại trong phạm vi vận dụng những kiến thức đã học mà còn là một phương tiện phát triển tư duy sáng tạo của HS Thuộc loại

đó là những bài tập giải thích hiện tượng (định tính và định lượng), BTTN, bài tập thiết kế, bởi vì trong quá trình giải bài tập HS phải tư duy, xây dựng lập luận logic để phân tích và tổng hợp mối liên hệ nhân quả giữa các hiện tượng, đại lượng vật lí đặc trưng cho chúng

- BTVL là một phương tiện củng cố, ôn tập, đào sâu kiến thức đã học một cách sinh động và hiệu quả Khi giải bài tập HS phải nhớ lại các kiến thức đã học có khi phải sử dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã học trong một chương hay một phần do đó HS sẽ hiểu rõ hơn và nắm chắc các kiến thức

đã học Thông qua việc giải BTVL có thể giói thiệu cho HS biết những tư tưởng, quan điểm tiên tiến hiện đại, những phát minh, những thành tựu khoa học trong và ngoài nước BTVL còn có tác dụng giáo dục HS tình yêu lao động, tinh thần tự lập, tính cẩn thận, tỉ mỉ, đức tính kiên trì vượt khó, ý chí và nhân cách, mang lại cho ngưòi học niềm say mê, phấn khởi và yêu thích, không chán nản, gây hứng thú đối vói môn vật lí

- BTVL còn là một phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng,

kĩ xảo của HS một cách chính xác BTVL là thước đo chính xác để GVcó thể thường xuyên theo dõi thành tích, tinh thần học tập của HS cùng vói hiệu quả công tác giáo dục, giáo dưỡng của mình

Mục tiêu cần đạt khi giải một BTVL là tìm câu trả lời đúng, giải đáp được VĐ đặt ra một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ 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 trên cơ sở kiến thức vật lí, toán để nghĩ tới những mối quan 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 chỉ rõ được mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm vói những cái đã biết, tức là tìm được lòi giải đáp [9]

Vì vậy, HĐ giải BTVL có hai công việc cơ bản sau:

+ 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

+ 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 đặt ra trong bài toán.

Điều đó có nghĩa là, việc giải BTVL là phải xác lập được những mối liên

hệ cụ thể cần thiết giữa cái phải tìm và cái đã cho, dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài toán Tức là phải trả lời được câu hỏi:

“Việc giải bài toán này cần xác định được những mối liên hệ cơ bản nào? Sự xác lập các mối liên hệ cơ bản cụ thể này dựa vào vận dụng kiến thức vật lí gì? Vào điều kiện cụ thể gì của bài toán?”

Việc nắm vững những điều đó sẽ giúp cho GV có sự định hướng phương pháp dạy giải BTVL một cách đúng đắn và có hiệu quả Đối với những bài tập đơn giản khi vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể, ta có thể thấy ngay được mối liên hệ trực tiếp của cái phải tìm vói những cái đã cho Nhưng đối với những bài tập phức tạp hơn, thường không thể dẫn ra ngay được mối liên hệ trực tiếp giữa cái phải tìm với cái đã cho Vì vậy, GV cần có sự hướng dẫn giúp đỡ HS đúng lúc và đúng chỗ

Đối vói những bài tập định tính, không cần tính toán phức tạp nhưng vẫn cần có sự suy luận lôgic từng bước để đi đến kết luận

Đối vói BTTN, quá trình giải bài toán chính là quá trình làm rõ những điều kiện, mà trong đó mối liên hệ phụ thuộc cần nghiên cứu có thể xảy ra, phải xác định được phương án TN cho phép thu thập những thông tin cần thiết cho sự khảo sát về mối liên hệ phụ thuộc đó, từ đó phải bố trí và tiến hành được TN quan sát - đo và xử lí kết quả, rút ra được kết luận về sự liên

hệ phụ thuộc cần nghiên cứu Đồng thòi dựa vào điều kiện đã có và yêu cầu của đề bài (Làm như thế nào? Hay tại sao?) mà ta có cơ sở định hướng giải.+ Đối với loại bài tập trả lời câu hỏi “Làm thế nào?”: Phải xác định được các mối liên hệ phụ thuộc cần nghiên cứu xảy ra như thế nào và trong điều kiện nào? Phải xác định được phương án TN, bố trí và tiến hành TN, xử lí và rút kết luận

+ Đối vói loại bài tập trả lời câu hỏi “Tại sao?”: Phải nắm vững phương

án TN, nắm vững dụng cụ TN và biết bố trí TN, nắm được nguyên lí và quy luật vật lí của TN Sau đó tiến hành TN để quan sát hiện tượng, tìm mối liên

hệ của hiện tượng với các nguyên lí, các định luật vật lí liên quan Cuối cùng giải thích hiện tượng đã cho

1.1.1.4 Lựa chọn hệ thống bài tập vật lí trong dạy học một chương, phần của giáo trình vật ỉỉ

Giải BTVL là một bộ phận hợp thành của đa số các tiết học như nghiên cứu tài liệu mói, luyện tập, ôn tập, kiểm tra Nó có thể chiếm một phần hoặc toàn bộ tiết học Đồng thòi, nó không những được sử dụng trong các tiết học trên lớp mà còn cả trong chương trình ngoại khóa Trong các hình thức ấy, BTVL được sử dụng nhiều hơn cả ở hai loại tiết học phổ biến là nghiên cứu tài liệu mói và luyện tập giải bài tập

a) Tiết học nghiên cứu tài liệu mới

Tiết học nghiên cứu tài liệu mói là tiết học trong đó HS thu được cái mà

họ chưa biết từ trước hoặc chưa biết một cách rõ ràng, chính xác Nói cách khác, đó là tiết học mà họ thu được kiến thức mói, hoặc tuy không thu được kiến thức mới nhưng có cách hiểu biết mới về kiến thức đã học, hoặc thấy rõ phạm vi, giới hạn áp dụng kiến thức

Trong các tiết học này, BTVL có thể được sử dụng ở một khâu đề xuất

VĐ, GQVĐ, củng cố hoặc tất cả các khâu đó

• Bài tập đề xuất vấn đề

Mỗi một kiến thức khoa học đều là một lời giải đáp cho một câu hỏi Nếu không có câu hỏi, không có VĐ thì không thể có kiến thức khoa học Cho nên việc nghiên cứu tài liệu mới thường bắt đầu bằng việc nêu VĐ Theo I.Ia.Lemer: “Cái được gọi là vấn đề dạy học là một câu hỏi xuất hiện hay được đặt ra đối với người chưa hề biết trước câu trả lời mà phải tìm tòi sáng

tạo, và để tìm ra câu trả lời đó ngưòi ta phải có những tài liệu nào đó làm cơ

sở xuất phát”

N.M.Zvereva đã vạch ra rằng: Trong quá trình xây dựng VĐ, có thể sử dụng một số biện pháp Trong số đó, “việc xây dựng các vấn đề dạy học bằng các bài tập không những sẽ kích thích được hứng thú cao của học sinh đối với những tài liệu mới sắp được học, mà còn tạo được khả năng củng cố những kiến thức đã có, và xây dựng được mối liên quan giữa những kiến thức đã có

và cả những kiến thức mới” [24, tr.28]

V.G.Razumôvxki gọi bài tập đề xuất VĐ “là bài tập, trong đó nêu ra một yêu cầu xác định được thực hiện trên cơ sở hiểu biết các định luật vật lí, nhưng lại không có chỉ dẫn trực tiếp, tường minh các định luật nào để giải bài

Dựa vào phương thức giải, có thể chia bài tập GQVĐ làm hai loại:

+ Giải bằng lập luận lôgic và biến đổi toán học trên cơ sở những kiến thức đã biết

+ Buộc phải quan sát, tiến hành TN Nói cách khác, trong quá trình giải bài tập này, việc sử dụng lập luận lôgic và toán học đã biết không dẫn tới câu trả lời cuối cùng, hoặc tuy dẫn tói kết quả cuối cùng nhưng không rõ có phù hợp vói thực tiễn không thì người giải buộc phải quan sát, làm TN mói thu được câu trả lòi của bài tập Có thể gọi loại này là loại “bài tập hỏi thiên nhiên” (tìm đáp số ở thiên nhiên)

Thuộc vào loại đàu là bài tập rút ra định luật bảo toàn động lượng từ định luật II, ITT Newton - từ những kiến thức cũ dẫn đến một kết luận mới có giá trị khái quát và thực tiễn cao hơn Để hình thành định luật m cho HS, GV yêu cầu học giải một bài tập phức hợp và chia nó thành một số bài tập bộ phận, bài tập cơ bản Trong số đó, có hai bài tập: 1) Làm thế nào có thể so sánh được độ lớn của các lực tương tác giữa hai xe? 2) Bằng cân, thước và đồng

hồ, hãy so sánh độ lớn của các lực tương tác giữa hai xe, thì bài 1 được giải bằng lập luận lôgic để đưa ra được cách đo lực gián tiếp qua đo khối lượng và gia tốc, còn bài 2 - chỉ có thể tìm được câu trả lòi ở thí nghiệm: Không phải

đo (hay tính toán) được trực tiếp từ các lực tương tác giữa hai xe hay gia tốc

mà chúng thu hoạch được trong tương tác, mà phải đo gián tiếp qua các đại lượng khác là khối lượng và quãng đường đi được trong cùng một khoảng thòi gian nhất định của từng xe

Các phương pháp dạy học được sử dụng trong trường phổ thông rất phong phú Căn cứ vào tính chất của HĐ nhận thức do HS thực hiện khi lĩnh hội những dạng nội dung khác nhau, vào tính chất HĐ của GV - người tổ chức HĐ đa dạng đó của HS, M.N.Xcatkin và I.Ia.Lemer đã phân chia chúng thành năm loại: 1) Giải thích - minh họa; 2) Tái hiện; 3) Trình bày nêu VĐ; 4) Tìm tòi từng phần (ơrixtic); 5) Nghiên cứu Chúng lại được phân làm hai nhổm: Tái hiện; Sáng tạo Tìm tòi từng phần thuộc nhóm sáng tạo, là phương pháp dạy học trong đó: “Giáo viên tổ chức cho học sinh tham gia giải quyết từng bước tìm tòi Giáo viên xây dựng bài làm, chia nó thành những bài tập phụ, vạch ra các bước tìm tòi, còn học sinh thì thực hiện các bước ấy” [1, tr.80] Phương pháp dạy học được thể hiện dưới ba hình thức:

+ Đưa HS tuần tự tiến dần tói việc giải quyết tự lực các VĐ bằng cách sơ

bộ dạy cho họ hoàn thành từng bước việc giải quyết, từng giai đoạn nghiên cứu, hình thành dần dần cho các em kĩ năng;

+ Chia bài tập phân hóa thành một loạt các bài tập bộ phận, bài tập cơ bản Mỗi bài tập ấy giúp tiến dần một cách dễ dàng tói việc giải quyết bài tập phân hóa ban đầu.

+ Tổ chức đàm thoại ơrixtic, bao gồm một loạt các câu hỏi liên hệ lẫn nhau, mỗi câu hỏi là một bước trên con đường dẫn tói việc GQVĐ và phần lớn đòi hỏi ở HS không những phải tái hiện kiến thức, mà còn phải thực hiện một sự tìm tòi nho nhỏ

Hình thức 1 rất hay được áp dụng trong thực tiễn dạy học Như vậy, theo quan điểm lí luận dạy học, việc giải bài tập dẫn đến hình thành kiến thức mới đối vói HS có thể được tổ chức theo phương pháp tìm tòi từng phần dưới cả

ba hình thức kể trên

• Bài tập củng cố

Thông thường, GV sử dụng bài tập cơ bản ở cuối tiết học hay cuối mồi phần của bài giảng nhằm củng cố kiến thức mói và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vật lí tùy theo yêu cầu của tiết học

b) Tiết học luyện tập giải bài tập

Trong tiết học này, có hai hình thức chủ yếu tổ chức làm việc của lớp:

GV hay một HS giải bài tập trên bảng để toàn lớp theo dõi; HS tự lực giải bài tập (ghi chép vào vở hoặc các tờ giấy riêng)

Hình thức đầu được áp dụng khi GV hướng dẫn HS giải các bài tập loại mói gặp lần đầu Để cả lớp tập trung, chủ động theo dõi và tích cực tham gia vào việc kiếm tìm lời giải bài tập trên bảng, cần lưu ý: Khi giải thích, GV phải trình bày sao cho các em hiểu rõ từng thao tác, từng hành động và trật tự của chúng để tạo điều kiện giải các bài tập cùng loại

Hình thức sau thường dùng để rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo và kiểm tra kết quả học tập của HS Tính độc lập, tích cực của họ phụ thuộc rất nhiều vào mức độ phức tạp của bài tập Vì thế, những bài tập đề ra phải vừa sức, đủ

phức tạp và gây hứng thú cho từng HS - nghĩa là ra bài tập phân hóa [6, tr.146], theo hai cách: Phân hóa về mặt chất lượng; Phân hóa về mặt số lượng Trong khi HS tự lực giải, GV theo dõi từng em và nếu cần, giúp họ quy tụ một bài tập phân hóa thành các bài tập cơ bản.

1.1.1.5 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

Dù chỉ giải các bài tập giáo khoa về vật lí, bất kì một HS nào cũng có thể gặp ít nhiều khó khăn khi vận dụng tri thức đã học để giải bài tập Vì vậy, cần

có sự trợ giúp của GV khi HS giải BTVL Nhưng để hướng dẫn HS giải được một bài tập thì trước hết GV phải giải được bài tập đó, phải nắm vững lời giải

và phương pháp dạy giải bài toán đó

Giải BTVL là một quá trình tiếp cận VĐ, được tổ chức để thực hiện việc thu thập và xử lí thông tin theo từng giai đoạn Khi giải muốn đạt được kết quả chắc chắn thì đó phải là một hành động được tổ chức một cách có kế hoạch, chặt chẽ và có hiệu quả, nhằm đạt được một mục đích xác định Không thể có một phương pháp chung vạn năng nào để có thể áp dụng giải mọi BTVL Tuy nhiên từ việc phân tích HĐ giải BTVL, ta có thể tùy theo từng dạng bài tập mà có những hướng dẫn chung về phương pháp giải như sau

• Bước 1: Tìm hiểu đề bài

- Đọc và tìm hiểu ý nghĩa vật lí của các từ ngữ trong đề bài đã cho, ghi ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và cái phải tìm bằng các kí kiệu, các chữ cái theo qui ước SGK

- Mô tả lại hiện tượng được nêu trong bài, vẽ hình minh họa (nếu cần), đổi các đơn vị của các đại lượng trong cùng một hệ thống thống nhất

- Nếu cần phải dùng đồ thị hoặc TN để thu thập dữ liệu cần thiết

• Bước 2: Xác lập mối liên hệ giữa các dữ liệu đã biết và cái phải tìm

- Căn cứ vào những điều đã cho biết xác định xem bản chất hiện tượng vật lí đã cho trong đề bài, nghĩ đến các kiến thức nào, hiện tượng đó biểu diễn qua những giai đoạn nào?

- Thiết lập mối liên hệ cơ bản và cụ thể của cái đã cho và cái cần tìm

- Nếu hiện tượng trong bài là một hiện tượng phức tạp thì phải phân tích chúng thành những hiện tượng đơn giản hơn Hiện tượng đó chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, một qui tắc hay một định luật vật lí xác định

• Bước 4: Kiểm tra và biện luận kết quả thu được

- Kiểm tra đã trả lòi hết các câu hỏi, hết các trường hợp chưa Xem lại các phép toán và thứ nguyên có đúng không, kết quả có phù hợp với ý nghĩa thực tế hay không?

- Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm, xem có phù hợp hay không nếu được thì giải lại bài tập theo cách khác xem có cho cùng kết quả hay không?Thực tế khi giải bất cứ một BTVL nào đó, ta có thể không thực hiện tường minh từng bước trên, ta có thể đan xen lẫn nhau để được một hệ thống mối liên hệ, từ đó giải hệ phương trình đi đến kết quả cần tìm Các bước giải trên đây được biểu diễn theo sơ đồ tiến trình khoa học

Sơ đồ 1

b)Ba kiểu hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

Muốn hướng dẫn HS giải một bài tập cụ thể nào đó thì trước hết GV phải giải được bài tập đó, sau đó tìm ra những khó khăn của HS có thể có khi giải

Để đạt được kết quả cao, định hướng một cách đúng đắn, GV phải phân tích được phương pháp giải bài toán cụ thể, phải vận dụng nhiều hiểu biết về tư duy giải bài toán vật lí để xem xét việc giải bài tập cụ thể Giải bài tập đó nhằm mục đích gì cho HS để từ đó xác định kiểu hướng dẫn thích hợp [13, ứ 114-121]

• Hướng dẫn theo mẫu

Sự hướng dẫn theo mẫu còn gọi là kiểu hướng dẫn Angôrit Đó là hướng dẫn theo một qui tắc hành động hay chương trình hành động được xác định một cách rõ ràng, chính xác và chặt chẽ, hành động theo một tình tự Như

vậy, hướng dẫn Angôrit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho HS những hành động cụ thể cần thực hiện và tành tự thực hiện các hành động sơ cấp, HS hiểu một cách đơn giản và nắm vững hành động đó, đòi hỏi HS phải tự mình thực hiện các hành động đã được GV chỉ ra Trên cơ sở đó, HS sẽ giải được bài tập vói kết quả như ý muốn Vì vậy, đòi hỏi GV phải phân tích một cách khoa học việc giải bài tập để xác định được một trình tự chính xác chặt chẽ của các hành động, đảm bảo các hành động đó là hành động sơ cấp đối với HS, đòi hỏi GV phải sử dụng được Angôrit giải bài tập Để từ đó HS áp dụng mẫu này giải bài tập khác cùng loại và tương tự.

Kiểu hướng dẫn Angôrit thường được áp dụng khi cần vận dụng cho HS phương pháp giải một loại bài tập điển hình cụ thể nào đó, nhằm luyện tập cho HS kĩ năng giải một loại toán xác định nào đó Ngưòi ta xây dựng các Angôrit giải cho từng loại toán cơ bản điển hình là để luyện tập cho HS kĩ năng giải các loại bài tập đó dựa trên việc làm cho HS thực hiện Angôrit giải.Kiểu hướng dẫn Angôrit có ưu điểm là nó đảm bảo cho HS giải được bài tập được giao một cách chắc chắn, kĩ năng giải toán của HS được rèn luyện có hiệu quả Tuy nhiên, khi giải bài tập mà GV chỉ hướng dẫn cho HS áp dụng theo mẫu thì HS chỉ quen chấp hành những hành động đã được chỉ dẫn theo một mẫu có sẵn, do đó ít có tác dụng rèn luyện cho HS khả năng tìm tòi, sáng tạo, sự phát triển tư duy sáng tạo của HS bị hạn chế, không phát huy hết tác dụng của việc giải bài tập đối với các đối tượng khác nhau của HS trong lớp Cho nên tùy theo từng hoàn cảnh và trình độ của HS mà GV có thể truyền đạt cho HS Angôrit giải một loại bài tập xác định theo những cách khác nhau:

- Một là: Chỉ dẫn cho HS Angôrit dưới dạng có sẵn để áp dụng

- Hai là: Thông qua việc giải vài bài tập mẫu, GV phân tích phương pháp giải và chỉ dẫn cho HS Angôrit giải loại bài đó, rồi HS áp dụng để giải các bài tập tiếp theo, có như vậy mói lôi cuốn HS vào quá trình xây dựng Angôrit

giải, thông qua đó tăng cường rèn luyện tư duy HS trong quá trình dạy giải BTVL.

• Hướng dẫn tìm tòi

Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gọi ý cho HS suy nghĩ, tìm tòi phát hiện cách giải quyết GV không được chỉ dẫn bắt buộc HS chỉ chấp nhận các hành động theo mẫu đã có để đi tói kết quả, mà GV chỉ là người gọi mở để

HS tự lực tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi HS cần trợ giúp để vượt khó khăn trong việc giải bài tập

Kiểu hướng dẫn tìm tòi có ưu điểm là tránh tình trạng GV làm thay HS trong việc giải bài tập Nhưng kiểu hướng dẫn này đòi hỏi HS phải tự lực tìm tòi cách giải quyết chứ không phải chỉ việc chấp hành các hành động theo mẫu đã được chỉ ra, do đó không phải bao giờ cũng có thể đảm bảo cho HS giải được bài tập một cách chắc chắn Khó khăn của kiểu hướng dẫn tìm tòi chính là ở chỗ sự hướng dẫn của GV phải sao cho không được đưa HS đến chỗ chỉ chấp hành các hành động theo mẫu có sẵn, không thể là sự hướng dẫn viển vông, quá chung chung không giúp ích được cho sự định hướng tư duy của HS Nó phải có tác dụng hướng tư duy của HS vào phạm vi cần thiết để

có thể tìm tòi, phát hiện cách giải quyết và đáp ứng được đòi hỏi sự rèn luyện

tư duy HS trong quá trình giải bài tập Như vậy có thể là HS vẫn chưa tự giải quyết được, trong trường họp đó GV gọi ý thêm

• Định hướng khái quát chương trình hóa

Định hướng khái quát chương trình hóa cũng là sự hướng dẫn cho HS tự tìm tòi cách giải quyết, trong đó GV định hướng HĐ tư duy của HS theo con đường khái quát của việc giải quyết vấn đề Ban đầu định hướng đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết của HS Nếu HS không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp tục của GV là sự phát triển định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hóa thêm

một bước bằng cách gợi ý thêm cho HS để thu hẹp phạm vi tìm tòi hơn, vừa sức giải quyết của HS Neu HS vẫn không đủ khả năng tự lực tìm tòi giải quyết, thì lúc này hướng dẫn của GV chuyển thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho HS hoàn thành được yêu cầu của một bước, rồi sau đó tiếp tục

HS tự lực tìm tòi giải quyết bước tiếp theo Nếu cần GV lại giúp đỡ thêm cho đến khi nào HS giải quyết xong vấn đề được đặt ra

Như vậy, kiểu định hướng khái quát chương trình hóa là sự vận dụng phối hợp hai kiểu hướng dẫn trên, nhằm khai thác phát huy được ưu điểm của hai kiểu hướng dẫn đó Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình HĐ giải bài tập, nhằm giúp cho HS tự lực giải được bài toán đã cho, tạo cơ hội cho HS phát huy hành động tìm tòi sáng tạo của mình

và cách suy nghĩ trong quá trình giải toán, để đảm bảo cho HS đạt được tri thức cần dạy

Kiểu hướng dẫn này có ưu điểm rèn luyện tư duy của HS trong quá trình giải bài tập, đảm bảo cho HS giải được bài tập, đòi hỏi GV phải theo sát tiến trình HĐ giải bài tập của HS, không nên chỉ dựa vào những lời hướng dẫn có thể soạn sẵn mà phải kết họp việc định hướng với việc kiểm tra đánh giá kết quả HĐ của HS, để từ đó GV điều chỉnh sự giúp đỡ thích hợp vói mọi đối tượng HS

1.1.2 Thí nghiệm về vật lí trong dạy học giải quyết vấn đề

1.1.2.1 Vị trí, chức năng và vai trò của thỉ nghiêm vật lỉ

a Vị trí của thí nghiêm vật lí

TN vật lí là cơ sở để xây dựng, chứng minh kiến thức vật lí

Việc sử dụng TN trong dạy học vật lí là một trong những biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng dạy học, góp phần tích cực hoá HĐ nhận thức của HS Thông qua TN, có thể tạo ra những tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan, qua đó HS có thể

thu nhận được tri thức mói, giúp HS rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, đặc biệt là kĩ năng, kĩ xảo thực hành, và củng cố niềm tin khoa học nhằm hình thành thế giói quan duy vật biện chứng.

b Chức năng của thí nghiệm vật lí

Trong HĐ dạy học, TN là phương tiện của HĐ nhận thức của HS, giúp HS tìm kiếm và thu nhận kiến thức khoa học cần thiết TN được sử dụng như một công cụ phân tích hiện thực khách quan, giúp HS thu nhận tri thức về đối tượng, trả lời được các câu hỏi về hiện tượng xảy ra của đối tượng

TN là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của những tri thức, là “hòn đá thử vàng”, nói cách khác, TN vật lí có chức năng kiểm tra tính đúng đắn của tri thức TN vật lí góp phần tích cực vào hoạt động nhận thức của HS, kiểm chứng sự đúng đắn trong suy luận và kiến thức mà họ thu nhận được

TN được sử dụng với tư cách là phương tiện thử nghiệm cho việc vận dụng tri thức vào thực tiễn Trong dạy học vật lí, TN không những có vai trò rất lớn trong việc tích cực hóa HĐ nhận thức của HS, không những chỉ ở góc

độ cung cấp kiến thức, rèn luyện kỹ năng, thao tác, tác động đến giác quan ,

mà còn giúp HS củng cố và vận dụng kiến thức một cách vững chắc

Các kiến thức vật lí được nghiên cứu trên lớp cần phải được khắc sâu trong tiềm thức của HS Vì vậy họ phải thường xuyên củng cố và vận dụng kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, VĐ này sẽ được thực hiện tốt nếu chúng ta biết vận dụng TN để giải quyết, từ đó xoá bỏ dần lối học vẹt, lí thuyết không gắn với thực tế

TN là một bộ phận của các phương pháp nhận thức TN làm xuất hiện

VĐ nghiên cứu, kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết, giúp thu thập các thông tin về đối tượng gốc làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình, qua đó để

có thể kiểm tra tính đúng đắn của mô hình được xây dựng và chỉ ra giới hạn

áp dụng của nó

c Vai trò của thí nghiệm vật lí

TN được sử dụng trong các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học từ khâu đề xuất vấn đề nghiên cứu, giải quyết vấn đề, hình thành kiến thức, kĩ năng mới, củng cố kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến thức kĩ năng, kĩ xảo của HS

TN góp phần vào việc phát triển toàn diện HS Thông qua tiến hành TN,

HS hiểu được bản chất của các hiện tượng, định luật, quá trình vật lí Như vậy, khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn TN tạo môi trường và cơ hội để HS quan sát và đưa ra những dự đoán, những ý tưởng mới, nhờ đó HĐ nhận thức của HS sẽ được tích cực và

tư duy của các em sẽ được phát triển

TN là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng họp cho HS Thông qua việc tiến hành TN, HS có cơ hội trong việc rèn luyện

kĩ năng, kĩ xảo thực hành, góp phần thiết thực vào việc giáo dục kĩ thuật tổng họp cho HS TN còn là điều kiện để HS rèn luyện những phẩm chất của người lao động mới, như: đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực

TN là phương tiện kích thích hứng thú học tập, tính tò mò, ham hiểu biết của HS, làm cho các em tích cực và sáng tạo hơn trong quá trình nhận thức, khơi dậy ở các em sự nhu cầu khám phá những điều mới, những điều bí ẩn và cao hơn là hình thành nên những ý tưởng cho những TN mới Đó cũng chính

là những tác động cơ bản, giúp cho quá trình HĐ nhận thức của HS được tích cực hơn

TN vật lí là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc độc lập hoặc tập thể qua đó góp phần bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của HS, phát huy vai trò cá nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các em

TN vật lí góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng và quá trình vật lí, tạo trực quan sinh động nhằm hỗ trợ cho tư duy trừu tượng, giúp cho HS tư

duy trên những đối tượng cụ thể, những hiện tượng và quá trình đang diễn ra trước mắt họ Các hiện tượng trong tự nhiên xảy ra vô cùng phức tạp, có mối quan hệ đan xen với nhau, do đó không thể cùng một lúc phân biệt những tính chất đặc trưng của từng hiện tượng riêng lẻ, cũng như không thể cùng một lúc phân biệt được ảnh hưởng của tính chất này lên tính chất khác TN vật lí góp phần làm nổi bật những khía cạnh cần nghiên cứu của từng hiện tượng và quá trình, giúp HS dễ quan sát, dễ theo dõi và dễ tiếp thu bài.

1.1.2.2 Xây dựng và sử dụng thiết bị thỉ nghiệm

Trên cơ sở lí luận dạy học về việc tổ chức HĐ nhân thức tính tích cực, sáng tạo của HS trong dạy học vật lí và vai trò của TN đối với HĐ nhận thức của HS, chúng tôi nghiên cứu xây dựng và sử dụng BTTN trong dạy học của

GV Đồng thời chúng tôi cũng đề xuất quy trình xây dựng và sử dụng các TBTN theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tính cực, sáng tạo của HS

• Yêu cầu của việc xây dụng TBTN trong dạy học vật lí

Việc xây dựng các TBTN bao gồm các quá trình thiết kế, chế tạo TBTN mói, cải tiến, hoàn thiện các TBTN đã có sao cho chứng thỏa mãn được các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm đối vói các TBTN Các yêu cầu này bao gồm:

- Yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật

+ Tạo ra hiện tượng rõ ràng, điều khiển được các yếu tố tác động

+ Các số liệu thu thập được từ TN đảm bảo độ chính xác chấp nhận được

- Yêu cầu về mặt sư phạm

+ Các TBTN cần đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn, ít hỏng,

dễ sửa chữa, dễ vận chuyển, bảo quản

+ Cần thiết kế, chế tạo các bộ TN vật lí sao cho có thể làm được nhiều

TN không chỉ một chương, một phần mà còn những phần khác nhau của chương vật lí, không phải chỉ vì lí do kinh tế mà còn cho phép HS không tốn nhiều thòi giờ nghiên cứu tác dụng, cách sử dụng các chi tiết, giúp HS dễ dành thực hiện được các TN không đòi hỏi nhiều, dễ dàng thực hiện được các

TN và thấy được sự liên kết giữa các kiến thức đã học

+ Thời gian chuẩn bị TN không đòi hỏi nhiều, dễ dàng tập hợp, thay đổi các chi tiết, thao tác bằng tay không phức tạp, có thể lắp ráp từng bước và chắc chắn

+ Các TBTN có thể được sử dụng nhiều ở giai đoạn của quá trình dạy học: tạo tình huống có VĐ, hình thành kiến thức mới, củng cố và vận dụng kiến thức

+ Các TBTN phải hỗ trợ được quá trình nhận thức tích cực, sáng tạo của HS nhất là trong giai đoạn phát hiện VĐ cần giải quyết, hỗ trợ việc xây dựng giả thuyết, để kiểm tra giả thuyết hoặc để kiểm tra hệ quả được suy ra

từ giả thuyết

+ Các TBTN phải đã bảo các yêu cầu mỹ thuật: các đường nét, hình khối cân xứng, khối lượng không quá nặng, màu sắc làm nổi bật được các chi tiết quan trọng Riêng đối vói các TBTN biểu diễn cần có kích thước đủ lớn, các

bộ phận trong thiết bị phải được bố trí sao cho HS toàn lớp quan sát được diễn biến của hiện tượng diễn ra trong TN

• Xây dựng TBTN trong dạy học vật lí

Trên cơ sở xác định các yêu cầu của việc xây dựng các TBTN, theo chúng tôi quá trình xây dựng các TBTN có thể được tiến hành theo các giai đoạn sau:

- Xác định nội dung các kiến thức.

- Xác định các TN cần tiến hành trong dạy học nội dung này

- Tìm hiểu tình hình thực tiễn về các TBTN để xác định được hiện nay

đã có những TBTN nào cho phép tiến hành các TN đã xác định? Việc tiến hành TN với các TBTN này có những ưu điểm, nhược điểm gì? Có đáp ứng được các yêu cầu đã nêu ở trên không, nhất là yêu cầu đối vói việc dạy học phát triển tính tích cực, sáng tạo của HS

Giai đoạn nghiên cứu này đi tói kết luận: Một số TBTN đã có sẵn và đáp ứng được các yêu cầu đối vói TBTN; Cũng đã có một số TBTN, nhưng việc

sử dụng các TBTN này chưa phát huy được vai trò của chúng đối với HĐ nhận thức của HS, cần cải tiến, hoàn thiện

- Đối với trường hợp cần nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các TBTN có sẵn (nhưng chưa đáp ứng tốt yêu cầu dạy học) và nghiên cứu thiết kế, chế tạo các TBTN mói thì trong cả hai trường hợp, các TBTN được chế tạo mói hoặc cải tiến, hoàn thiện phải đảm bảo được các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật

và yêu cầu về mặt sư phạm

- Sản xuất thử TBTN, tiến hành nhiều lần các TN với TBTN, trước hết nhằm đảm bảo TN thành công Sau đó cần phân tích, đánh giá TBTN này để điều chỉnh thiết kế sao cho thiết bị có thể đạt được tối đa các yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm

- Đưa TBTN đã sản xuất vào dạy học TNSP để tiếp tục xác định những khó khăn, hạn chế trong quá trình sử dụng nhằm bổ sung, hoàn thiện TBTN

- Sản xuất thiết bị mẫu, soạn tài liệu hướng dẫn, trình Bộ Giáo dục và Đào tạo duyệt để có thể sản xuất hàng loạt và trang bị cho các trường phổ thông

Để TN phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học vật lí thì việc sử dụng TN phải tuân theo một số yêu cầu về mặt kĩ thuật và về mặt phương pháp dạy học

• Yêu cầu của việc sử dụng TBTN trong dạy học

- Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng TN phải

là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ

cụ thể trong tiến trình nhận thức Trước mỗi TN, phải đảm bảo cho HS ý thức được sự cần thiết của TN và hiểu rõ mục đích của TN

- Xác định rõ các TBTN cần sử dụng, sơ đồ bố trí chứng, tiến trình TN (để đạt được mục đích TN, cần sử dụng các TBTN nào, bố trí ra sao, cần tiến hành TN theo các bước nào, cần quan sát, đo đạc cái gì?) Không xem nhẹ các dụng cụ TN đơn giản

- Đảm bảo cho HS ý thức rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai đoạn TN bằng cách giao cho HS thực hiện các nhiệm vụ cụ thể

- Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi TN trước giờ học, đảm bảo TN phải thành công (hiện tượng xảy ra quan sát được rõ ràng, kết quả đo có độ chính xác chấp nhận được)

- Việc sử dụng các TBTN và tiến hành TN phải tuân theo các quy tắc antoàn

• Sử dụng TBTN trong dạy học vật lí

- Giai đoạn 1 : TBTN được sử dụng làm xuất hiện VĐ cần nghiên cứuTrong giai đoạn làm xuất hiện ở HS VĐ cần nghiên cứu, GV có thể sửdụng TBTN theo các bước

+ Bước 1: GV mô tả một hoàn cảnh thực tiễn tạo nên một vấn đề “gay cấn” và yêu cầu HS dự đoán hiện tượng có thể xảy ra

+ Bước 2: GV làm một TN, hoặc GV cho HS làm một TN đơn giản để

HS thấy được hiện tượng diễn ra không phù hợp với dự đoán của mình

+ Bước 3: GV hướng dẫn HS phát biểu VĐ của bài học Căn cứ vào trình

độ của HS, vào nội dung của bài học mà GV lựa chọn và đưa ra mức độ thích hợp nhằm yêu cầu HS tự lực phát biểu VĐ của bài học Lúc đầu, GV có thể

đưa ra mức độ cao hơn để thăm dò, sau đó GV hướng dẫn và giảm bớt khổ khăn cho HS khi cần thiết.

- Giai đoạn 2: TBTN được sử dụng để hồ trợ việc đề xuất giả thuyết của HS

Trong giai đoạn này GV hướng dẫn HS đề ra giả thuyết, TBTN có thể được sử dụng theo các bước sau:

+ Bước 1: GV yêu cầu HS đề xuất giả thuyết nêu nguyên nhân của VĐ

đã được phát biểu ở giai đoạn trước HS có thể đề xuất giả thuyết trên dựa vào một số gợi ý sau:

■ Dựa vào sự liên tưởng tói một kinh nghiệm đã có

■ Dựa trên sự tương tự

■ Dựa trên sự xuất hiện đông thòi giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có mối quan hệ nhân quả

■ Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về mối quan hệ nhân quả giữa chúng

■ Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của niều quá trình

■ Dự đoán về mối quan hệ định lượng

+ Bước 2: Nếu HS vẫn không đề xuất được giả thuyết thì GV sẽ tiến hành một TN để cung cấp thêm cho HS mối liên hệ giữa một số đại lượng trong hiện tượng đang nghiên cứu, giúp HS khái quát được những kết quả quan sát được để đưa dự đoán

- Giai đoạn 3: TBTN được sử dụng để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết

Để rút ra hệ quả từ giả thuyết, GV hướng dẫn HS sử dụng suy luận lí thuyết

Trong giai đoạn này, GV không cần sử dụng TBTN

Trong việc đề xuất phương án TN kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết, HS phải suy nghĩ, tìm tòi để tìm ra phương hướng GQVĐ Trong giai đoạn này, GV nhất thiết phải sử dụng TBTN Quy trình sử dụng TBTN của GV trong giai đoạn này có thể theo các bước sau:

+ Bước 1: GV giúp HS nhận thức rõ điều mà họ cần tiến hành TN kiểm tra và gọi cho HS nhớ lại những kiến thức, kinh nghiệm có liên quan

+ Bước 2: GV tổ chức cho HS đề xuất các phương án TN để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết

+ Bước 3: GV tổ chức cho HS trao đổi, phân tích tính khả thi của mỗi phương án và chọn ra phương án có nhiều triển vọng nhất

+ Bước 4: GV hướng dẫn HS lựa chọn TBTN, bố trí dụng cụ TN, dự kiến tiến trình TN GV bổ sung điều chỉnh một số chi tiết cần thiết để tăng thêm hiệu quả của TBTN

+ Bước 5: GV tiến hành TN trên TBTN đã thiết kế, TBTN này đã được GVchuẩn bị trước Nếu việc tiến hành TN không đòi hỏi kĩ năng phức tạp thì

GV có thể yêu cầu HS tự tiến hành TN, GV chỉ giúp đỡ HS khi gặp khó khăn

- Giai đoạn 4: TBTN được sử dụng trong giai đoạn vận dụng kiến thức

Để HS có thể vận dụng kiến thức một cách sáng tạo, làm cho kiến thức của HS trở nên sâu sắc, bền vững, GV có thể giao cho HS những nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng TBTN theo các cách sau:

+ Cách 1: GV giao cho HS nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng TBTN đã được sử dụng để tiến hành TN khác hoặc phải sử dụng TBTN có sẵn để tiến hành TN

+ Cách 2: Giao cho HS nhiệm vụ đòi hỏi phải chế tạo dụng cụ TN và tiến hành TN vói nó

Trong hai cách sử dụng TBTN ở giai đoạn vận dụng kiến thức, GV có thể tổ chức HĐ của HS dựa theo một số dạng hướng dẫn cụ thể sau:

+ GV cho HS dụng cụ cần thiết, nêu các bước tiến hành TN và yêu cầu

HS tiến hành TN theo các bước này, rồi giải thích các kết quả TN

+ GV cho HS dụng cụ cần thiết, nêu các bước tiến hành TN và yêu cầu

HS dự đoán kết quả TN, rồi mói làm TN kiểm tra

+ GV cho HS dụng cụ cần thiết, yêu cầu HS tự thiết kế tiến trình TN để đạt được mục đích đề ra

+ HS tự chọn các dụng cụ TN có sẵn, lập tiến trình TN (gồm bố trí, các bước tiến hành TN, đo kết quả, xử lí kết quả đo) để đạt mục đích đề ra

+ HS tự chọn các dụng cụ, chế tạo TN, lập tiến trình TN (gồm bố trí, các bước tiến hành TN, đo kết quả, xử lí kết quả đo) để đạt mục đích đề ra

Việc sử dụng TBTN theo cả hai cách đã nêu không đơn thuần chỉ là tiến hành TN vói thiết bị đó, không phải là sự vận dụng máy móc các kiến thức, kĩ năng đã biết mà phải chứa đựng những yếu tố đòi hỏi sáng tạo của HS ở một khâu hoặc ở tất cả các khâu của việc sử dụng TBTN, thiết kế phương án TN, lựa chọn các chi tiết để chế tạo dụng cụ mong muốn, tiến hành TN vói dụng

cụ vừa chế tạo, xử lí các kết quả TN thu được

Trong giai đoạn vận dụng kiến thức, GV có thể lựa chọn cách sử dụng TBTN trên cơ sở các yêu cầu về nội dung kiến thức, kĩ năng cần đạt được ở

HS, trình độ của HS Quá trình tổ chức hướng dẫn của GV trong giai đoạn này có thể theo các bước sau:

+ Bước 1: GV giao cho HS nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng TBTN để GQVĐđã đặt ra

+ Bước 2: GV tổ chức cho HS thảo luận để lựa chọn, thiết kế, chế tạo dụng cụ TN, lập kế hoạch TN

+ Bước 3: GV hướng dẫn HS tiến hành TN, thu thập và xử lí kết quả TN.Trong bốn giai đoạn của quy trình trình sử dụng thiết bị trong dạy học vật

lí, TBTN đóng vai trò quan trọng nhất ở giai đoạn kiểm tra giả thuyết hoặc kiểm

tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết Việc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết đòi hỏi HS (dưới sự hướng dẫn của GV) phải xây dựng được phương án TN kiểm ứa, xây dựng được TBTN cần sử dụng và tiến hành được phương án TN có sử dụng TBTN đó.

Quá trình sử dụng TBTN theo các giai đoạn này không những tạo ra và duy trì hứng thú ở HS, rèn luyện cho HS kĩ năng đưa ra dự đoán và kĩ năng đề xuất phương án TN kiểm tra mà còn tạo ra điều kiện rèn luyện kĩ năng thực hành cho HS

1.1.3 Bài tập thí nghiệm về vật lí

1.1.3.1 Định nghĩa

BTTN là những bài tập chỉ mặt kết quả các TN đang khảo sát Các bài tập này được giải bằng cách vận dụng tổng họp các kiến thức lí thuyết và thực nghiệm, các kĩ năng HĐ trí óc và thực hành, các vốn hiểu biết về vật lí, kĩ thuật và thực tế đòi sống

Việc giải các BTTN đòi hỏi HS phải tự xây dựng phương án, lựa chọn phương tiện, xác định các điều kiện thích hợp, tự mình thực hiện TN theo quy trình, quy tắc để thu thập, xử lí các kết quả nhằm giải quyết một cách khoa học, tối ưu bài toán cụ thể đã được đặt ra

Loại bài tập này có tác dụng toàn diện trong việc đào tạo, giúp HS nắm vững các kiến thức, kĩ năng cơ bản về lý thuyết và thực nghiệm của môn vật

lí Các dạng bài tập này có thể sử dụng vói nhiều mục đích, vào những thời điểm khác nhau Thông qua các BTTN, HS được bồi dưỡng, phát triển năng lực tư duy, năng lực thực nghiệm, năng lực HĐ tự lực, sáng tạo, bộc lộ rõ khả năng sở trường, sở thích về vật lí

Giải các BTTN là một hình thức HĐ nhằm nâng cao chất lượng học tập, tăng cường hứng thú, gắn học vói hành, lí luận thực tế, kích thích tính tích cực tự lực, trí thông minh, tài sáng tạo, tháo vát của từng HS Đây cũng là một trong những biện pháp để phát hiện ra đúng những HS khá, giỏi về vật lí

1.1.3.2 Tác dụng trong dạy học

BTTN được sử dụng trong dạy học vật lí có các chức năng: Củng cố trình độ xuất phát về tri thức và kĩ năng; hình thành tri thức kĩ năng mói; ôn luyện, củng cố tri thức và kĩ năng; tổng kết hệ thống hóa kiến thức; kiểm tra đánh giá trình độ và chất lượng về tri thức và kĩ năng của HS

a) Củng cố trình độ xuất phát về tri thức và lã năng

Việc củng cố trình độ xuất phát về tri thức và kĩ năng cho HS là một chức năng của quá trình dạy học Để thực hiện chức năng này người dạy có thể sử dụng nhiều phương tiện khác nhau, trong đó có BTTN Tuy nhiên, khi

sử dụng đòi hỏi phải có thòi gian vì muốn giải được BTTN, ngoài việc vận dụng vốn kiến thức đã có vào tình huống cụ thể của bài toán, HS còn phải xây dựng phương án, tiến hành TN mới rút ra được kết luận do đó khó có thể sử dụng ở đầu giờ học Muốn sử dụng, bài tập có TN phải ngắn gọn, có nội dung

và phương pháp gắn liền với bài học mói, hoặc giao trước cho HS những BTTN để HS thực hiện ở nhà, đến lớp GV chỉ kiểm tra các tri thức và kĩ năng

có liên quan, nếu chưa từng giải sẽ không thể trả lòi Cũng cần lưu ý việc kiểm tra đầu giờ không nên nặng về đánh giá nhằm tạo tâm lí thuận lợi khi đi vào nội dung mói

b) Hình thành k ĩ năng, tri thức mới cho HS

Trong quá trình giải BTTN, các hiện tượng vật lí xảy ra khi tiến hành các bước TN cũng là đại diện của thực tiễn nên có tác dụng tốt đối vói HS trong

VĐ áp dụng tri thức dã học vào việc giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn cuộc sống Sự quan sát có định hướng trong khi TN giúp HS cảm giác, tri giác các

sự vật, hiện tượng rõ ràng hơn, nói cách khác là giúp cho sự nhận thức cảm tính phát triển Song song vói nó, các kĩ năng của quá trình nhận thức lí tính cũng sẽ phát triển bói vì BTTN là loại bài tập không chỉ rèn luyện các kĩ năng thao tác tay chân mà còn rèn luyện tốt kĩ năng thao tác trí tuệ Ngoài ra, các

BTTN đơn giản, có tính bất ngờ do kết quả TN mâu thuẫn vói kiến thức đã biết, hoặc trong đó diễn ra các hiện tượng bất ngờ gây ngạc nhiên cho HS, nếu được vận dụng thích hợp sẽ tạo ra tình huống có vấn đề, tạo tâm thế tốt cho

HS khi vào bài mói

c) Ôn luyện, củng cố tri thức và ìđ năng cho HS

Đây là chức năng nổi trội của BTTN, có thể dùng BTTN như một phương tiện ôn luyện, vận dụng kiến thức đã học vào những tình huống đã biết, đã biết có biến đổi, tình huống mói lạ theo yêu cầu và năng lực tư duy tăng dần theo các mức độ nhận thức tăng dần của Bloom như sau: Ở mức độ yêu cầu tái hiện lại các kiến thức liên quan đến các bài đã học, có thể ra các BTTN tương tự với những TN đã sử dụng trong các bài học, HS có thể vận dụng kiến thức đã học để giải quyết một cách dễ dàng Hoặc có thể ra các BTTN đơn giản yêu cầu ở mức độ “nhận biết”

Ở mức độ cao hơn là hiểu và vận dụng, HS muốn giải được cần nắm vững kiến thức, biến đổi để tìm mối liên hệ, kết nối các dữ liệu, số liệu, các định nghĩa hoặc khả năng áp dụng các dữ kiện, các khái niệm vào hoàn cảnh và điều kiện mới Mức độ cao nhất là đưa ra các BTTN đòi hỏi HS phải

có tư duy sáng tạo (tức là có sự tự lực chuyển các tri thức và kĩ năng sang một tình huống mới; nhìn thấy vấn đề mới trong các điều kiện quen biết “đúng qui cách”; nhìn thấy chức năng mới của đối tượng quen biết; nhìn thấy cấu trúc đối tượng đang nghiên cứu; kĩ năng nhìn thấy nhiều lòi giải; kĩ năng kết hợp các phương thức giải đã biết thành một phương thức giải mói; kĩ năng sáng tạo một phương thức giải độc đáo tuy đã biết những phương thức khác) Đó là những BTTN mà HS phải tự mình xây dựng phương án, lựa chọn các phương tiện TN và tiến hành thu thập, xử lí thông tin rút ra kết luận của bài toán Bài tập ở mức độ này đòi hỏi HS phải có kiến thức lí thuyết, kĩ thuật và kĩ năng thực hành và vốn thực tế nhất định Vì cùng một bài tập có thể có các phương

án giải quyết khác nhau dẫn đến việc lựa chọn các dụng cụ khác nhau nên việc thu thập xử lí số liệu không giống nhau Vì thế có thể đánh giá mức độ sáng tạo thông qua cách giải quyết vấn đề của HS, qua phương án mà các em lựa chọn đã thực sự tối ưu hay chưa trong điều kiện cho phép.

d) Tổng kết hệ thống hoá kiến thức

Việc ôn tập là một khâu không thể thiếu trong quá trình dạy học Ôn tập

là một công việc nhằm củng cố kiến thức, làm cho kiến thức vững chắc và lâu bền trong trí nhớ HS, để HS có thể vận dụng vào việc giải bài tập hoặc ứng dụng vào thực tế cuộc sống Ôn tập cũng là cơ sở để HS tiếp thu kiến thức mói Tuy nhiên, nếu việc ôn tập mà chỉ nêu lại các công thức, khái niệm đã học dễ gây sự nhàm chán cho HS, vì thế việc lựa chọn BTTN mà việc giải những bài tập này phải vận dụng kiến thức cả chương sẽ góp phần làm tăng khả năng hứng thú học tập

e) Kiểm tra đánh giá trình độ và chất lượng tri thức và lã năng của HS

Vật lí là bộ môn khoa học thực nghiệm nên trong kiểm tra đánh giá kếtquả học tập của HS, GV không chỉ kiểm tra đánh giá mức độ nắm vững các khái niệm, định luật, hiện tượng vật lí mà còn phải kiểm tra đánh giá năng lực vận dụng kiến thức đặc biệt là kĩ năng, kĩ xảo thực hành của HS BTTN là phương tiện tích cực để đánh giá kĩ năng quan sát, kĩ năng thiết kế phương án,

kĩ năng sử dụng dụng cụ TN, mô hình, kĩ năng đo đạc xác định các đại lượng,

và quan trọng là trên cơ sở đó kiểm tra kĩ năng thao tác tư duy thông qua các BTTN định tính và định lượng Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân việc kiểm tra đánh giá kết quả học tập của HS việc sử dụng BTTN chưa được sử dụng

mà chủ yếu là các bài tập tự luận, hoặc thỉnh thoảng là bài tập trắc nghiệm khách quan Việc kiểm tra đánh giá như vậy vẫn còn khiếm khuyết và rõ ràng chưa thực sự thích hợp với đặc trung của bộ môn Để đưa TN hoặc BTTN vào kiểm tra đánh giá cần phải tiến hành TN trong dạy học và cho HS giải BTTN