Tài liệu Luận văn nghiên cứu dạy học chương lượng tử ánh sáng vật lý 12 ban cơ bản theo hướng giải quyết vấn đề với sự trợ giúp của máy tính

i MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1 2. Lịch sử nghiên cứu vấn đề............................................................................... 3 3. Mục đích nghiên cứu ....................................................................................... 3 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 4 5. Giả thuyết khoa học......................................................................................... 4 6. Nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................................................... 4 7. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 4 8. Đóng góp của luận văn .................................................................................... 5 9. Cấu trúc luận văn............................................................................................. 5 CHƢƠNG I ............................................................................................................ 6 1.1. Lý thuyết về dạy học GQVĐ ....................................................................... 6 1.1.1. Khái niệm về dạy học GQVĐ ............................................................... 6 1.1.2. Vấn đề và tình huống có vấn đề ............................................................ 8 1.1.3. Cấu trúc của dạy học GQVĐ ................................................................ 9 1.1.4. Các điều kiện đảm bảo cho việc dạy học GQVĐ và các mức độ của dạy học GQVĐ..............................................................................................12 1.2. Các phƣơng pháp hƣớng dẫn HS GQVĐ trong nhận thức vật lý ..............17 1.2.1. Phƣơng pháp tìm tòi quy về kiến thức, phƣơng pháp đã biết .............17 1.2.2. Phƣơng pháp hƣớng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần ..........................18 1.2.3. Phƣơng pháp hƣớng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát............................18 1.3. Chuyển hoá phƣơng pháp GQVĐ trong nghiên cứu khoa học Vật lý thành phƣơng pháp GQVĐ trong tìm kiếm xây dựng kiến thức của HS ...................18 1.3.1. Các phƣơng pháp GQVĐ trong nghiên cứu khoa học Vật lý .............18 1.3.2. Đặc điểm của quá trình HS GQVĐ trong học tập ..............................21 1.4. Vận dụng dạy học GQVĐ trong các loại bài học Vật lý ...........................23 1.4.1. Dạy học GQVĐ trong bài học xây dựng kiến thức mới .....................23 1.4.2. Dạy học GQVĐ trong bài học thực hành thí nghiệm Vật lý ..............24 1.4.3. Dạy học GQVĐ trong bài học bài tập Vật lý ......................................25 1.5. Dạy học theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT .............................25 1.5.1. Vai trò hỗ trợ của MVT trong các giai đoạn của quá trình dạy học ...25 ii 1.5.2. Giai đoạn củng cố kiến thức cũ và đặt vấn đề mới .............................26 1.5.3. Giai đoạn xây dựng kiến thức mới......................................................26 1.5.4. Giai đoạn ôn luyện và vận dụng kiến thức .........................................27 1.5.5. Giai đoạn tổng kết, hệ thống hoá kiến thức ........................................27 1.5.6. Giai đoạn kiểm tra đánh giá trình độ kiến thức và các kĩ năng ..........28 CHƢƠNG II .........................................................................................................30 2.1. Mục tiêu dạy học của chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” Vật lý 12 CB...........30 2.1.1. Yêu cầu chung của chƣơng .................................................................30 2.1.2. Mục tiêu cụ thể của chƣơng ................................................................31 2.2. Cấu trúc logic, nội dung của chƣơng .........................................................32 2.2.1. Cấu trúc logic của chƣơng ..................................................................32 2.2.2. Nội dung cơ bản của chƣơng ..............................................................33 2.3. Thiết kế “tình huống có vấn đề” dạy học chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” Vật lý 12 CB ............................................................................................................45 2.4. Xây dựng một số tiến trình dạy học theo hƣớng giải quyết vấn đề với sự trợ giúp của MVT .............................................................................................50 CHƢƠNG 3..........................................................................................................69 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm .....................................69 3.1.1. Mục đích..............................................................................................69 3.1.2. Nhiệm vụ .............................................................................................69 3.2. Đối tƣợng và phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm ....................................69 3.2.1. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm.........................................................69 3.2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm....................................................70 3.3. Nội dung thực nghiệm sƣ phạm ................................................................70 3.4. Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm ...............................................................71 3.4.1. Công tác chuẩn bị ................................................................................71 3.4.2. Chuẩn bị giáo án thực nghiệm ............................................................71 3.4.3. Tiến hành thực nghiệm trên lớp ..........................................................72 3.5. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm ...................................................................72 3.5.1. Đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm..............................................72 3.5.1.2. Nhận xét tiến trình dạy học theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT ..............................................................................................................73 3.5.2. Phân tích định lƣợng, đánh giá ...........................................................74 KẾT LUẬN ..........................................................................................................80 iii TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................82 PHỤ LỤC ............................................................................................................ P1 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong thập niên đầu của thế kỷ XXI này, chúng ta đã đƣợc chứng kiến xu hƣớng toàn cầu hóa trên thế giới ngày càng diễn ra mạnh mẽ. Và quá trình hội nhập của nƣớc ta ngày sâu rộng hơn trên nhiều lĩnh vực, trong đó có giáo dục. Trong tình hình đó, nền giáo dục nƣớc ta đã gặp rất nhiều thuận lợi và cũng không ít thách thức, đòi hỏi phải đổi mới cả về mục tiêu, chƣơng trình, nội dung đào tạo và phƣơng pháp dạy học. Điều này đƣợc khẳng định trong Nghị quyết Hội nghị lần thứ hai BCHTW Đảng cộng sản Việt Nam khoá VIII đã chỉ rõ: “Mục tiêu chủ yếu là thực hiện giáo dục toàn diện đạo đức, trí dục, thể dục ở tất cả các bậc học. Hết sức coi trọng giáo dục chính trị tư tưởng, nhân cách, khả năng tư duy sáng tạo và năng lực thực hành”; Và Nghị quyết Hội nghị lần thứ tƣ BCHTW Đảng Cộng sản Việt Nam khoá VII: “Đổi mới phương pháp dạy và học ở tất cả các cấp, các bậc học... áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề”; Tại điều 2 của Luật Giáo dục năm 2005 đã xác định: “Mục tiêu giáo dục là đào tạo con ngƣời Việt Nam phát triển toàn diện: đạo đức, tri thức, sức khỏe, thẩm mỹ và nghề nghiệp; trung thành với lý tƣởng độc lập dân tộc và CNXH; hình thành và bồi dƣỡng nhân cách, phẩm chất và năng lực của công dân, đáp ứng yêu cầu sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc…”. Chiến lƣợc phát triển giáo dục 2001- 2010, ở mục 5.2 ghi rõ: “Đổi mới và hiện đại hóa phƣơng pháp giáo dục. Chuyển từ việc truyền thụ tri thức thụ động, thầy giảng, trò ghi sang hƣớng dẫn ngƣời học chủ động tƣ duy trong quá trình tiếp cận tri thức; dạy cho ngƣời học phƣơng pháp tự học, tự thu nhận thông tin một cách có hệ thống và có tƣ duy phân tích, tổng hợp, phát triển năng lực của mỗi cá nhân, tăng cƣờng tính chủ động, tính tự chủ của HS, sinh viên trong quá trình học tập…” Điều 28 mục 2 của Luật Giáo dục năm 2005 cũng quy định: “Phƣơng 2 pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học, bồi dƣỡng phƣơng pháp tự học, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS”. Ở Việt nam Đảng ta nhận thức “CNTT là một trong những động lực quan trọng nhất của sự phát triển, cùng với một số ngành công nghệ khác đang làm biến đổi sâu sắc đời sống kinh tế, văn hoá, xã hội của thế giới hiện đại. Ứng dụng và phát triển CNTT nhằm góp phần giải phóng sức mạnh vật chất, trí tuệ và tinh thần của toàn dận tộc, thúc đẩy công cuộc đổi mới, phát triển nhanh và hiện đại hoá các ngành kinh tế...” (Chỉ thị của BCH Trung ƣơng Đảng ngày 17/10/2000, về việc đẩy mạnh và ứng dụng CNTT phục vụ sự nghiệp CNH và HĐH). “Đối với GDĐT, CNTT có tác động mạnh mẽ, làm thay đổi nội dung, phƣơng pháp, phƣơng thức dạy và học, CNTT là phƣơng tiện tiến tới một “xã hội học tập”. Mặt khác GDĐT đóng vai trò bậc nhất thúc đẩy CNTT phát triển... Đẩy mạnh ứng dụng CNTT trong GDĐT ở tất cả các cấp học, bậc học và ngành học theo xu hƣớng sử dụng CNTT nhƣ là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất cho đổi mới phƣơng pháp giảng dạy, học tập ở tất cả các môn học” (Chỉ thị của Bộ Trƣởng GDĐT ngày 30/7/2001 về việc ứng dụng CNTT trong ngành giáo dục giai đoạn 2001-2005). Qua tìm hiểu và thực tế giảng dạy, chúng tôi nhận thấy chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” lớp 12 Ban Cơ bản là chƣơng có vị trí cơ bản và quan trọng trong chƣơng trình Vật lí 12, có nhiều điều kiện để vận dụng lý thuyết DH theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT. Đồng thời chƣa có đề tài nào nghiên cứu, vận dụng DH theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT vào dạy học chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” lớp 12 Ban Cơ bản. Xuất phát từ cơ sở lý luận và thực tiễn nói trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu thử nghiệm đề tài: Nghiên cứu dạy học chương “lượng tử ánh sáng” vật lý 12 ban cơ bản theo hướng giải quyết vấn đề với sự trợ giúp của máy vi tính. 3 2. Lịch sử nghiên cứu vấn đề Phƣơng pháp này đã đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu nhƣ A. Ja Ghecđơ, B. E Raicôp,… vào những năm 70 của thế kỷ XIX. Các nhà khoa học này đã nêu lên phƣơng án tìm tòi, phát kiến trong dạy học nhằm hình thành năng lực nhận thức của HS bằng cách đƣa HS vào hoạt động tìm kiếm ra tri thức, HS là chủ thể của hoạt động học, là ngƣời sáng tạo ra hoạt động học. Đây có thể là một trong những cơ sở lí luận của phƣơng pháp dạy học phát hiện và GQVĐ. Vào những năm 50 của thế kỷ XX, xã hội bắt đầu phát triển mạnh, đôi lúc xuất hiện mâu thuẫn trong giáo dục đó là mâu thuẫn giữa yêu cầu giáo dục ngày càng cao, khả năng sáng tạo của HS ngày càng tăng với tổ chức dạy học còn lạc hậu. Chính vì vậy, phƣơng pháp “dạy học nêu vấn đề” hay còn gọi là “Dạy học phát hiện và GQVĐ” chính thức ra đời. Phƣơng pháp này đặc biệt đƣợc chú trọng ở Ba Lan. V. Okon – nhà giáo dục học Ba Lan đã làm sáng tỏ PP này thật sự là một phƣơng pháp dạy học tích cực. Những năm 70 của thế kỷ XX, M. I Mackmutov đã đƣa ra đầy đủ cơ sở lí luận của PP dạy học GQVĐ. Trên thế giới cũng có rất nhiều nhà khoa học, nhà giáo dục nghiên cứu phƣơng pháp này nhƣ Xcatlin, Machiuskin, Lecne,… Ngƣời đầu tiên đƣa phƣơng pháp này vào Việt nam là dịch giả Phan Tất Đắc “Dạy học nêu vấn đề” (Lecne) (1977). Về sau, nhiều nhà khoa học nghiên cứu PP này nhƣ Lê Khánh Bằng, Vũ Văn Tảo, Nguyễn Bá Kim,…. Đã có một số đề tài luận văn Thạc sĩ nghiên cứu theo hƣớng dạy học GQVĐ của các tác giả Nguyễn Thạc Kỳ, Phạm Văn Cƣờng, Võ Kim Phụng,…Các đề tài này đa số dùng các phƣơng tiện dạy học khác không phải MVT để GQVĐ và chƣa có đề tài nào nghiên cứu dạy học theo hƣớng GQVĐ vào chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” lớp 12 ban Cơ bản. 3. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng DH theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT vào dạy học một số nội dung của chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” ban Cơ bản nhằm nâng 4 cao chất lƣợng DH. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu  Đối tƣợng: + Nội dung, phƣơng pháp giảng dạy Vật lý THPT. + Phƣơng pháp dạy học GQVĐ + Ứng dụng MVT trong dạy học vật lý  Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thiết kế các bài dạy học theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT ở chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” (Lớp 12 CB). 5. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế và sử dụng hợp lý các bài dạy học chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” (Lớp 12 ban CB) theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT thì sẽ góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học vật lý ở trƣờng THPT. 6. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận về dạy học GQVĐ. - Nghiên cứu mục tiêu, nội dung, chƣơng trình và sách giáo khoa vật lý THPT. - Thiết kế các bài dạy học vật lý theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT. - Thực nghiệm sƣ phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của phƣơng pháp dạy học đã lựa chọn. 7. Phƣơng pháp nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Đọc các sách, tài liệu về vấn đề liên quan đến lý thuyết dạy học GQVĐ và ứng dụng MVT trong dạy học vật lý.  Thực nghiệm sư phạm: Thực nghiệm sƣ phạm có đối chứng, xử lý kết quả để kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài.  Phương pháp thống kê: 5 Xử lý kết quả thực nghiệm sƣ phạm bằng thống kê toán học. 8. Đóng góp của luận văn  Lý luận: Bổ sung góp phần hoàn thiện cơ sở lý luận về dạy học theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT.  Thực tiễn: Thiết kế 03 bài dạy học theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT nhằm nâng cao chất lƣợng dạy học của chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” (Lớp 12 CB). 9. Cấu trúc luận văn Mở đầu Chƣơng I. Cơ sở Lý luận của dạy học GQVĐ với sự trợ giúp của MVT. Chƣơng II. Vận dụng dạy học theo hƣớng GQVĐ với sự trợ giúp của MVT vào dạy học chƣơng “Lƣợng tử ánh sáng” (Lớp 12 CB) Chƣơng III. Thực nghiệm sƣ phạm Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục 6 CHƢƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. Lý thuyết về dạy học GQVĐ 1.1.1. Khái niệm về dạy học GQVĐ Dạy học GQVĐ là một trong những phƣơng pháp dạy học tích cực có nhiều điểm ƣu việt, ra đời vào giữa thế kỷ 20 trong sự thôi thúc của xã hội đòi hỏi sự cải tiến phƣơng pháp dạy học trong nhà trƣờng. Phƣơng pháp dạy học GQVĐ với tƣ tƣởng chủ đạo là đƣa quá trình học tập của HS gần hơn với quá trình tìm tòi, phát hiện, khám phá của các nhà khoa học, nâng cao tính độc lập sáng tạo của HS. Tuy nhiên cần chú ý đến những điểm khác biệt căn bản giữa nhà khoa học và HS khi GQVĐ nhƣ động cơ, hứng thú, nhu cầu, năng lực GQVĐ, điều kiện, phƣơng pháp làm việc. Sau đây là một số quan điểm về dạy học GQVĐ: Theo V. Ô-Kôn: “Dạy học nêu vấn đề là tập hợp những hành động nhƣ tổ chức các tình huống có vấn đề, phát biểu các vấn đề,… giúp đỡ những điều kiện cần thiết để học sinh GQVĐ, kiểm tra cách giải quyết đó và cuối cùng chỉ đạo quá trình hệ thống hoá và cũng cố kiến thức thu nhận đƣợc”. [24] Theo V.A Gruchetsky dạy học GQVĐ đòi hỏi phải có nhiều thời gian nhƣ “Thời gian bị mất đi trong những giai đoạn đầu của việc áp dụng phƣơng pháp GQVĐ sẽ đƣợc đền bù khi mà tƣ duy độc lập của HS đƣợc phát triển đến mức đầy đủ”. Theo I.Ia. Lecne: “Dạy học nêu vấn đề là phƣơng pháp dạy học trong đó HS tham gia một cách có hệ thống vào quá trình giải quyết các vấn đề và các bài toán có vấn đề đƣợc xây dựng theo nội dung tài liệu học trong chƣơng trình”. [24] Theo I.F.Kharlamop: “Dạy học nêu vấn đề là sự tổ chức quá trình dạy học bao gồm việc tạo ra tình huống có vấn đề (tình huống tìm tòi) trong giờ học, kích thích HS nhu cầu giải quyết những vấn đề nảy sinh, lôi cuốn các em vào hoạt động nhận thức tự lực nhằm nắm vững kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo mới, phát triển 7 tính tích cực của trí tuệ và hình thành cho các em năng lực tự mình thông hiểu và lĩnh hội thông tin khoa học mới”. [24] Theo Nguyễn Quang Lạc: dạy học GQVĐ là một hình thức dạy học trong đó HS đƣợc coi nhƣ “nhà khoa học trẻ” tự giác và tích cực tổ chức các quá trình “xây dựng tri thức mới cho bản thân”. Hoạt động đó đƣợc diễn ra giống nhƣ “hoạt động nghiên cứu khoa học”, mặc dù kết quả của nó là tìm thấy lại những điều đã có trong khoa học, song lại là điều mới mẻ đối với HS. Ngƣời GV phải thực sự quan tâm đến cả nội dung khoa học mà HS đã xây dựng đƣợc lẫn phƣơng pháp hoạt động của HS để đạt đƣợc điều đó, do vậy GV phải là nhà thiết kế, tổ chức và chỉ đạo thi công. Đó là một hoạt động sáng tạo và đòi hỏi tài nghệ sƣ phạm, lòng kiên trì, sự khoan dung và độ lƣợng cao. Bởi vì GV phải chỉ đạo lớp trẻ non nớt không phải tái tạo cái đã quen biết mà là đi xây cái mới cho họ, còn đối với GV thì đó lại là điều quá cũ. [9] Với những quan điểm trên, từ việc phân tích bản chất của dạy học GQVĐ cho thấy dạy học GQVĐ không phải là một phƣơng pháp dạy học cụ thể đơn nhất mà nó là tập hợp nhiều phƣơng pháp dạy học cụ thể nhằm tổ chức hoạt động nhận thức của HS theo con đƣờng hình thành và GQVĐ. Trong phạm vi phƣơng pháp dạy học thì dạy học GQVĐ có thể thâm nhập vào hầu hết các phƣơng pháp dạy học khác làm cho tính chất của chúng trở nên tích cực hơn. Ngoài ra, dạy học GQVĐ cũng không chỉ hạn chế ở phạm trù phƣơng pháp dạy học, việc áp dụng, tiếp cận đòi hỏi phải có cải tạo cả nội dung, cách tổ chức dạy học trong mối liên hệ thống nhất. Vì vậy dạy học GQVĐ cần đƣợc coi nhƣ tên gọi để chỉ cơ sở của các phƣơng pháp dạy học có khả năng kích thích HS tham gia vào hoạt động nhận thức một cách tích cực và liên tục dƣới sự chỉ đạo của GV. Việc nghiên cứu một môn học hay một bài học sẽ bắt đầu từ việc ngƣời dạy cùng với ngƣời học phát hiện, đặt ra vấn đề cần giải quyết trong khuôn khổ môn học và liên môn. Vậy “vấn đề” là gì? 8 1.1.2. Vấn đề và tình huống có vấn đề 1.1.2.1. Vấn đề “Vấn đề là bài toán, nhiệm vụ mà cách thức hoàn thành hay kết quả của nó chƣa đƣợc HS biết trƣớc, nhƣng HS đã nắm đƣợc kiến thức và kỹ năng xuất phát, để từ đó thực hiện sự tìm tòi kết quả hay cách thức hoàn thành bài làm. Nói cách khác, đó là câu hỏi mà HS chƣa biết câu trả lời, nhƣng có thể bắt tay vào tìm kiếm lời giải đáp.” [11] “Vấn đề trong nghiên cứu Vật lý là một câu hỏi, một bài toán chƣa có lời giải, xuất phát từ thực tiễn khoa học, kỹ thuật, đời sống. Đó là những hiện tƣợng mới, quá trình mới không thể lý giải đƣợc bằng các lý thuyết đã có hoặc một câu hỏi tìm giải pháp cho một mục đích thiết thực nào đó, hoặc lý thuyết chƣa trọn vẹn…” [14] Từ các cách hiểu trên chứng tỏ “vấn đề” bao giờ cũng chứa đựng mâu thuẫn về nhận thức. Lúc đầu mâu thuẫn đó còn mang tính khách quan, sau khi HS tiếp thu và ý thức đƣợc mâu thuẫn đó thì nó biến thành mâu thuẫn chủ quan và tồn tại trong ý nghĩ HS dƣới dạng bài toán hay vấn đề bài tập. Trong vấn đề chứa đựng cả yếu tố khách quan và yếu tố chủ quan: Yếu tố khách quan - dẫn liệu xuất phát cho phép GQVĐ, tìm ra lời giải. Yếu tố chủ quan - HS phải sẵn sàng tiếp nhận vấn đề để giải quyết. Câu hỏi, mà HS đã biết trƣớc lời giải đáp, không phải là vấn đề, cũng không phải là vấn đề cả với những câu hỏi mà HS chƣa biết lời giải đáp và cũng không có phƣơng tiện để tìm tòi câu trả lời. Ví dụ: Giả sử, sau khi học phần hiện tƣợng quang điện, GV đề nghị HS dùng thuyết sóng ánh sáng để giải thích định luật về hiện tƣợng quang điện. Đối với một số em, đây là vấn đề, và sau khi suy nghĩ cùng với sự hƣớng dẫn của GV các em sẽ tìm ra lời giải thích có vẻ hợp lí. Theo nhƣ lời giải thích của HS, GV kết luận hiện tƣợng quang điện có thể xảy ra với bất kì ánh sáng nào miễn là nó có cƣờng độ đủ mạnh. Nhƣng thực nghiệm đã chỉ ra rằng, điều kết luận trên là không đúng. Nhƣ vậy, phải giải thích nhƣ thế nào mới đúng? Đó là vấn đề. 9 Vấn đề còn đƣợc đặc trƣng ở chỗ, để giải quyết nó ngƣời ta không nêu lên chính xác những điều kiện tìm kiếm, những dẫn liệu ban đầu. Tất cả những cái đó phải do ngƣời giải quyết định. Vì thế vấn đề có thể có nhiều lời giải, nhƣng bất cứ vấn đề nào cũng có dạng của một bài toán mặc dù không phải bài toán nào cũng mang tích chất nêu vấn đề. 1.1.2.2. Tình huống có vấn đề “Tình huống có vấn đề” là tình huống mà khi HS tham gia thì gặp một khó khăn, HS ý thức đƣợc vấn đề, mong muốn GQVĐ đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hy vọng có thể giải quyết đƣợc, do đó bắt tay vào GQVĐ đó. Nghĩa là tình huống này kích thích hoạt động nhận thức tích cực của HS: đề xuất vấn đề và GQVĐ đã đề xuất”. [24] Những dấu hiệu của tình huống có vấn đề: [24] Nó bao gồm cái gì chƣa biết, đòi hỏi phải có sự tìm tòi sáng tạo, có sự tham gia của hoạt động tƣ duy và sự nhanh trí đáng kể. Nó phải chứa đựng điều gì đó đã biết, phải cho trƣớc những dự kiện nào đó để làm điểm xuất phát cho sự suy nghĩ, sự tìm tòi sáng tạo. Tình huống có vấn đề phải vừa sức đối với HS, nếu quá đơn giản chứa đựng những lời giải tƣờng minh từ kho tri thức cũ của HS thì không gây đƣợc sự kích thích mà tạo ra sự thờ ơ, coi thƣờng. Ngƣợc lại thì gây sự bất lực và cũng tạo ra sự thờ ơ do bi quan. Đồng thời với sự vừa sức là tính mới lạ, tính không bình thƣờng của bài toán nhận thức nhằm kích thích hứng thú và lòng khao khát tìm tòi nhận thức của HS. 1.1.3. Cấu trúc của dạy học GQVĐ Để phát huy đầy đủ vai trò của HS trong việc tự chủ hành động xây dựng kiến thức, vai trò của GV trong tổ chức tình huống học tập và định hƣớng hành động tìm tòi xây dựng tri thức của HS, cũng nhƣ phát huy vai trò của tƣơng tác xã hội (của tập thể HS) đối với quá trình nhận thức của mỗi cá nhân HS, đồng thời HS làm quen với quy trình xây dựng, bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học thì có thể thực hiện tiến trình dạy học thành ba giai đoạn [9]: 10 1.1.3.1. Giai đoạn tạo tình huống có vấn đề Giai đoạn này có nhiệm vụ kích thích thần kinh hoạt động, tạo cho HS một trạng thái hƣng phấn cao độ, có nhu cầu hoạt động và có thái độ sẵn sàng lao vào công việc. Nội dung hoạt động của GV là: Tạo cho đƣợc “vấn đề nhận thức” tức là tạo cho đƣợc mâu thuẫn khách quan giữa “cái đã biết và cái chƣa biết”. Sau đó cấy mâu thuẫn khách quan đó vào tiến trình nhận thức của HS, tức là làm cho HS thấy đƣợc, cảm nhận đƣợc sự tồn tại hiển nhiên mâu thuẫn đó trên con đƣờng học tập của mình. Tiếp theo GV phải khơi nguồn tiềm lực ở HS để họ thấy đã có vốn liếng kiến thức, chỉ cần họ cố gắng thì sẽ tự lực giải quyết đƣợc mâu thuẫn đó. Nội dung hoạt động của HS trong giai đoạn này là tiếp nhận “bài toán nhận thức”, tiếp nhận “vấn đề” và chuyển sang trạng thái sẵn sàng, tích cực hoạt động. Để tạo đƣợc tình huống có vấn đề trong dạy học GQVĐ thì GV làm cho HS nhận thức ra mâu thuẫn và chấp nhận mâu thuẫn giữa “cái đã biết và cái chƣa biết” và làm cho họ có đƣợc quyết tâm, có sự nổ lực để tham gia giải quyết “bài toán nhận thức” đó. Trong dạy học thì điều quan trọng nữa là làm sao để phần lớn HS phải nhận ra đƣợc và tiếp nhận “bài toán nhận thức”. Do đó đòi hỏi GV phải có nghệ thuật sƣ phạm trong việc tạo tình huống có vấn đề để kích thích, tạo “thế năng tâm lý tƣ duy” của HS. Biện pháp tạo tình huống có vấn đề trong dạy học Vật lý: Sử dụng thí nghiệm Vật lý. Sử dụng bài tập Vật lý. Sử dụng thí dụ trong đời sống thực tế. Kể chuyện lịch sử. Tƣ liệu từ Internet, thông tin bức xúc về khoa học trong nƣớc và thế giới. 1.1.3.2. Giai đoạn hướng dẫn GQVĐ Đây là giai đoạn rất quan trọng, bởi vì ở đây HS dần dần làm quen với phƣơng pháp nghiên cứu của nhà vật lý học ở mức độ tập dƣợt xây dựng kiến 11 thức để phản ánh những sự kiện thực tế. Khi HS đã ở trạng thái tâm lý sẵn sàng tham gia hoạt động giải quyết “bài toán nhận thức” GV căn cứ vào đặc điểm nội dung bài toán ấy và điều kiện dạy học để lựa chọn cách định hƣớng hoạt động cho họ một cách thích hợp nhất. Ở giai đoạn này, ứng với đề tài đang học cụ thể GV cố gắng hoàn thành cho HS những thao tác cơ bản của hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học vật lý. Các bƣớc chủ yếu trong giai đoạn này là: - Tìm kiếm việc xây dựng giả thiết khoa học: GV cần hƣớng dẫn để HS hiểu, biết cách quan sát sự kiện (có thể qua mô hình, thí nghiệm, những kiến thức đã học). - Khi đã có giả thuyết GV cần chỉ đạo, hƣớng dẫn để HS thảo luận các phƣơng án đánh giá tính đúng đắn của giả thuyết đó. - Chỉnh lý giả thuyết để nó trở thành tri thức lý thuyết. 1.1.3.3. Giai đoạn củng cố, vận dụng tri thức Cho HS củng cố, ôn luyện tri thức đã có bằng cách vận dụng nó vào những tình huống khác nhau: Cho HS giải quyết các nhiệm vụ đơn giản nhƣ giải bài toán, phân tích và giải thích các sự kiện tƣơng tự, với mục đích chủ yếu là giúp HS nhớ, thuộc và hiểu tri thức, tái hiện nó là chính. Cho HS giải quyết những bài toán, nhiệm vụ có nhiều tính mới mẻ. Tức yêu cầu HS vận dụng tri thức vào những tình huống mới kể cả các tình huống có tính công nghệ, kỹ thuật. Có thể mô hình hoá các giai đoạn của dạy học GQVĐ theo sơ đồ 1 12 Tình huống có tiềm ẩn vấn đề Giai đoạn 1: Tạo tình huống có vấn đề Phát biểu vấn đề - bài toán GQVĐ: suy đoán, thực hiện giải pháp Giai đoạn 2: Nghiên cứu, hƣớng dẫn GQVĐ Giai đoạn 3: Củng cố và vận dụng tri thức Kiểm tra, xác nhận kết quả: xem xét sự phù hợp của lý thuyết Trình bày, thông báo, thảo luận, bảo vệ kết quả Vận dụng tri thức mới để giải quyết nhiệm vụ đặt ra tiếp theo Sơ đồ 1. Cấu trúc dạy học GQVĐ trong môn vật lý [24] 1.1.4. Các điều kiện đảm bảo cho việc dạy học GQVĐ và các mức độ của dạy học GQVĐ 1.1.4.1. Các điều kiện đảm bảo cho việc dạy học GQVĐ [14] Nội dung tri thức khoa học (bao gồm cả kỹ năng, phƣơng pháp) phải chứa đựng yếu tố mới mẻ mà trƣớc khi GQVĐ HS chƣa biết, tri thức ấy đƣợc tạo ra trong quá trình GQVĐ không chỉ bằng tƣ duy tái tạo, mà phải có sự nổ lực tƣ duy của chủ thể vƣợt qua những “vùng phát triển gần” do GV tạo ra trong điều kiện của dạy học. Vì vậy dạy học GQVĐ có thể thực hiện cho các loại tiết học 13 khác nhau: Bài học kiến thức mới, bài học bài tập vật lý, bài học thực hành vật lý, bài học ôn tập tổng kết hệ thống hoá kiến thức, bài học ngoại khoá. Tuy nhiên để thực hiện dạy học GQVĐ cần phải sắp xếp, cấu tạo trật tự lôgic các kiến thức từ vĩ mô (từng phần, từng chƣơng) đến vi mô (từng bài học) theo tiến trình của nhận thức vật lý. Thiết bị dạy học: Thí nghiệm Vật lý - hạt nhân của hành động kiểm tra xác nhận giả thuyết, do đó dụng cụ thí nghiệm là tiền đề vật chất quan trọng cho việc thực hiện dạy học GQVĐ. Trình độ khoa học và kỹ năng sƣ phạm của GV quyết định thành công của dạy học GQVĐ. Trên cơ sở nhận thức sâu sắc nội dung Vật lý kết hợp với những kỹ năng sƣ phạm cần thiết GV xác định chính xác nội dung khoa học của bài, phát triển thành mệnh đề gọn, rõ. Từ đó xây dựng tình huống có vấn đề, đặt HS trƣớc câu hỏi nhận thức hấp dẫn ở tính thiết thực, bất ngờ, mới lạ…; dẫn dắt học sinh GQVĐ bằng hệ thống câu hỏi định hƣớng hành động nhận thức theo tiến trình của nhận thức sáng tạo Vật lý. Tài năng sƣ phạm của GV đƣợc thể hiện ở câu hỏi định hƣớng này. Căn cứ vào mức độ tìm tòi trong hành động của HS do câu hỏi định hƣớng đƣa lại có thể phân loại 3 kiểu định hƣớng theo thứ tự từ thấp đến cao: + Định hƣớng tái tạo cụ thể: Câu hỏi của GV nhằm vào việc tái tạo ở HS từng hành động, thao tác cụ thể mà trƣớc đó HS đã biết. Đây là mức độ thấp nhất của sự tìm tòi. Kiểu định hƣớng này đảm bảo đƣợc hiệu quả rèn luyện kỹ năng và tạo cơ sở cần thiết cho HS có thể thích ứng đƣợc với sự định hƣớng tìm tòi trong dạy học. Các dạng câu hỏi hiện tƣợng (quá trình) tƣơng tự với hiện tƣợng (quá trình) nào đã biết? Vấn đề này có liên hệ với vấn đề nào tƣơng tự? Mối liên hệ nhƣ thế nào? Các bƣớc GQVĐ tƣơng tự. Làm thế nào để quy vấn đề này về vấn đề tƣơng tự đã biết cách giải quyết? + Định hƣớng khái quát chƣơng trình hoá: Câu hỏi của GV nhằm vào việc giúp HS ý thức đƣợc đƣờng lối khái quát hoá của việc tìm tòi GQVĐ, sự định hƣớng đƣợc chƣơng trình hoá theo các bƣớc dự định hợp lý. Đầu tiên là câu hỏi 14 đòi hỏi HS tự lực tìm tòi GQVĐ đặt ra. Nếu HS không đáp ứng đƣợc thì có sự giúp đỡ tiếp theo của GV là sự phát triển định hƣớng khái quát ban đầu, thu hẹp dần phạm vi phải tìm tòi sao cho vừa sức HS (là sự gợi ý, chi tiết hoá thêm câu hỏi khái quát ban đầu). Nếu HS vẫn không định hƣớng đƣợc thì chuyển dần sang định hƣớng tái tạo từ việc hƣớng dẫn theo angôrit (cho biết tình tự thực hiện các hành động thao tác) để theo đó HS tự GQVĐ. Nếu HS vẫn không huy động đúng hành động, thao tác mong đợi thì thực hiện hƣớng dẫn tái tạo đối với mỗi hành động hoặc thao tác đó. Các câu hỏi thƣờng dùng: bài toán yêu cầu GQVĐ gì? Dự đoán hiện tƣợng xảy ra nhƣ thế nào? Quá trình mô tả có thể chia thành các giai đoạn nhƣ thế nào? Mỗi giai đoạn đó có liên quan đến hiện tƣợng Vật lý nào? Định luật nào chi phối? Vì sao có dự đoán đó? Làm thế nào để kiểm tra dự đoán? Cần phải thực hiện thí nghiệm nhƣ thế nào để kiểm tra dự đoán? Kết quả thí nghiệm có phù hợp với dự đoán không? Điều gì mới rút ra đƣợc từ thí nghiệm này? + Định hƣớng tìm tòi nghiên cứu sáng tạo: Câu hỏi của GV nhằm vào việc yêu cầu HS tự tìm tòi, huy động hoặc xây dựng kiến thức và cách thức hoạt động thích hợp để GQVĐ. Đây là mức độ cao nhất của yêu cầu tìm tòi sáng tạo ở HS, có tác dụng bồi dƣỡng năng lực tƣ duy, năng lực GQVĐ cho HS. Thực hiện kiểu định hƣớng này là một việc không dễ dàng. Nó phụ thuộc vào tài năng sự phạm của GV, vào đối tƣợng HS, vào chính nội dung khoa học của kiến thức. Định hƣớng khái quát chƣơng trình hoá là kiểu định hƣớng trung gian phát huy mặt ƣu điểm của hai kiểu định hƣớng tái tạo và khái quát đồng thời cho phép thực hiện ở đa số đối tƣợng HS với nhiều kiến thức điển hình trong chƣơng trình Vật lý phổ thông. Nhƣ vậy phƣơng tiện quan trọng trong dạy học GQVĐ là hệ thống câu hỏi định hƣớng hành động nhận thức của học sinh. Câu hỏi phải đạt đƣợc các yêu cầu sau đây: Yêu cầu về lôgic học: Diễn đạt chính xác về ngữ pháp sao cho thoả mãn luật đồng nhất nghĩa là đối tƣợng của câu hỏi phải rõ ràng, tránh tình trạng HS không xác định rõ đối tƣợng câu hỏi dẫn đến hỏi một đƣờng trả lời một nẻo. 15 Yêu cầu về nội dung khoa học: Câu hỏi phải đảm bảo câu trả lời đúng là dần từng bƣớc GQVĐ đặt ra. Yêu cầu về phƣơng pháp dạy học: Câu hỏi phải thực hiện đƣợc chức năng định hƣớng hành động nhận thức theo chu trình sáng tạo Vật lý nghĩa là phải đảm bảo câu trả lời đúng với hy vọng của GV. 1.1.4.2. Các mức độ của dạy học GQVĐ [9] Căn cứ vào sự tham gia trực tiếp của HS vào các hành động GQVĐ theo chu trình sáng tạo Vật lý khi thực hiện dạy học GQVĐ, có thể chia các mức độ của dạy học GQVĐ nhƣ sau: Mức độ 1: Nêu vấn đề Khác với dạy học cổ truyền là ở mức độ trình bày nêu vấn đề, GV không chỉ dành hoàn toàn quyền chủ động truyền thụ tri thức, HS không chỉ đơn thuần tiếp thu bài giảng, mà GV có dành thời gian để tạo những tình huống gây sự chú ý, kích thích hoạt động thần kinh và dừng ở tốc độ đủ chậm để HS nhận ra “bài toán nhận thức”, thậm chí có thể suy ngẫm phƣơng hƣớng giải quyết. Sau đó GV trình bày cách GQVĐ và tự mình GQVĐ trong sự theo dõi và kiểm tra của HS. Kết quả là HS tiếp nhận tri thức trong sự cùng tƣ duy với GV. Ở đây, HS chỉ có thể tiến hành các thao tác tƣ duy ngầm, bằng ngôn ngữ thầm, theo mẫu các thao tác của GV và học tập theo mẫu ấy. Dạy học ở mức độ này có tác dụng duy trì sự chú ý theo dõi bài giảng, nhờ đó HS hiểu bài. Nhƣng HS vẫn chƣa đóng đƣợc vai trò chủ thể của sự học theo nghĩa đầy đủ và chƣa đƣợc thực hiện các thao tác thực hành về tƣ duy và về hoạt động chân tay trong học tập Vật lý. Mặc dù trong quá trình dạy học, GV có thể dùng đến các phƣơng tiện lời nói hay phƣơng tiện trực quan, thậm chí cả phƣơng tiện thực hành nhƣng HS chỉ mới đƣợc nghe, nhìn các hoạt động trình bày gợi vấn đề chứ họ không có cơ hội phát biểu, phê phán, trao đổi và không đƣợc sử dụng các phƣơng tiện đó. Ở mức độ này có nhƣợc điểm là HS chƣa có điều kiện để trực tiếp bộc lộ khả năng tìm kiếm tri thức và do đó chƣa rèn luyện đƣợc kỹ năng ngôn ngữ và thực hành vật chất. Mức độ 2: Tìm tòi một phần (Tìm tòi từng phần) 16 Dạy học ở mức độ này đòi hỏi GV phải tạo cơ hội cho HS cùng tham gia hoạt động thực sự. Phải để cho HS bộc lộ suy nghĩ bằng ngôn ngữ hoặc tham gia cùng GV ở một số khâu thực hành thí nghiệm,… trong các giai đoạn: tạo tình huống có vấn đề, GQVĐ và vận dụng tri thức của dạy học GQVĐ đều có thể tổ chức cho HS tham gia hoạt động. Hình thức tổ chức thực hiện dạy học ở mức độ này rất đa dạng: Đơn giản nhất là hình thức đàm thoại có nêu vấn đề, cao hơn thì giao cho HS tham gia vào việc tính toán một số chi tiết, thực hiện một số thao tác thực hành, phức tạp hơn nữa là giao cho HS làm việc với tƣ liệu riêng sau đó trình bày toàn bộ lập luận, cách giải quyết và kết quả giải quyết của một công đoạn nào đó, có thể tổ chức học theo nhóm hoặc cả lớp…. Khi thực hiện dạy học ở mức độ này GV cần chú ý để làm sao huy động đƣợc cả tập thể lớp cùng tham gia hoạt động trong sự cộng tác với GV để giải quyết cùng một nhiệm vụ chung. Sự chỉ đạo và hƣớng dẫn của GV đƣợc thực hiện trực tiếp và liên tục để HS gặp bế tắc là có thể nhận đƣợc sự gợi mở, dẫn dắt theo tinh thần gợi vấn đề, gợi hƣớng đi. Mức độ 3: Nghiên cứu, thiết kế, sáng tạo (Tìm tòi sáng tạo) Dạy học GQVĐ đạt đến mức độ cao nhất trong trƣờng hợp HS đã đƣợc tập dƣợt và quen với cách tìm tòi từng phần với sự hợp tác chỉ đạo trực tiếp của GV. Ở mức độ tìm tòi sáng tạo thì sự tự lực của HS là chủ yếu, sự hƣớng dẫn và chỉ đạo của GV có tính chất định hƣớng và ở tầm gián tiếp. Do yêu cầu khá cao nhƣ vậy nên cũng đòi hỏi nhiều thời gian và đủ phƣơng tiện, tƣ liệu học tập cho HS. Hình thức tổ chức dạy học ở mức độ này thƣờng đƣợc tiến hành dƣới dạng các bài tập thí nghiệm, các tiểu luận theo chuyên đề, các bài học có định hƣớng thiết kế. Có thể giao cho mỗi HS một đề tài, cũng có thể giao cho mỗi nhóm một đề tài. Một hình thức khác ở mức độ này là nghiên cứu trong học tập, tức là sau khi HS đã ý thức đƣợc vấn đề đặt ra (do GV hƣớng dẫn, cao hơn là HS tự lực đề xuất đƣợc vấn đề) họ tự mình vạch kế hoạch, tìm tòi xây dựng giả thuyết, tìm ra cách kiểm tra giả thuyết, tiến hành quan sát thí nghiệm, phân tích 17 kết quả thí nghiệm, khái quát hoá và rút ra kết luận… 1.2. Các phƣơng pháp hƣớng dẫn HS GQVĐ trong nhận thức vật lý Để rèn luyện tƣ duy vật lý cho HS thì tốt nhất là tập dƣợt cho họ giải quyết các nhiệm vụ nhận thức bằng chính phƣơng pháp của các nhà vật lý. Việc hiểu và vận dụng đƣợc một phƣơng pháp khoa học là một điều khó khăn hơn cả việc tiếp thu một định luật vật lý cụ thể. Dựa theo những cách mà các nhà khoa học thƣờng dùng để giải quyết các vấn đề khoa học kỹ thuật, có thể GQVĐ bằng các phƣơng pháp sau: [24] 1.2.1. Phƣơng pháp tìm tòi quy về kiến thức, phƣơng pháp đã biết Hƣớng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phƣơng pháp đã biết có ý nghĩa là thoạt mới tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết không thấy ngay mối quan hệ của nó với những cái đã biết, không thể áp dụng ngay một quy tắc, một định luật hay một cách làm đã biết mà cần phải tìm tòi bằng phƣơng pháp phân tích, tổng hợp, so sánh để tìm ra dấu hiệu tƣơng tự với cái đã biết. Kiểu hƣớng dẫn này thƣờng gặp khi HS vận dụng kiến thức đã biết nhƣng chƣa có phƣơng pháp, quy trình hữu hiệu. Có ba trƣờng hợp phổ biến sau: a) Hƣớng dẫn HS diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngôn ngữ vật lý. Nhiều khi ngôn ngữ sử dụng trong đời sống hằng ngày không giống nhƣ ngôn ngữ dùng trong các định luật, quy tắc vật lý. Nếu không chuyển đƣợc sang ngôn ngữ vật lý thì không thể nào áp dụng đƣợc những quy luật, quy tắc đã biết. b) Hƣớng dẫn HS phân tích một hiện tƣợng vật lý phức tạp chi phối bởi nhiều nguyên nhân thành những hiện tƣợng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, một định luật đã biết. c) Hƣớng dẫn HS phân chia quá trình diễn biến của hiện tƣợng thành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đó tuân theo một quy luật xác định đã biết. Ba kiểu hƣớng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phƣơng pháp đã biết nêu trên có tác dụng rất tốt để chuẩn bị cho HS tìm tòi sáng tạo, vì trƣớc khi sáng tạo ra cái mới thông thƣờng ngƣời ta phải sử dụng tất cả những cái đã biết mà không thành công.