Tài liệu Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động trong dạy học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 TRẦN KIM CHUNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NHẰM HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN TƢ TƢỞNG VỀ TÍNH TƢƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM” - VẬT LÍ 10 THPT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 TRẦN KIM CHUNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP NHẰM HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN TƢ TƢỞNG VỀ TÍNH TƢƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM” - VẬT LÍ 10 THPT Chuyên ngành: Lí luận và Phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TẠ TRI PHƢƠNG HÀ NỘI, 2014 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn: - PGS.TS. Tạ Tri Phương - Người đã tận tình giúp đỡ và động viên khuyến khích trong suốt quá trình tác giả nghiên cứu và hoàn thành luận văn. - Ban giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Ban chủ nhiệm khoa Vật lí và quý thầy cô trong tổ Phương pháp giảng dạy Vật lí - Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả hoàn thành khóa học và luận văn thạc sĩ. - Ban giám hiệu, các thầy cô giáo thuộc tổ Vật lí trường THPT Lý Thường Kiệt, Yên Bái đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình thực nghiệm sư phạm. - Ban giám đốc, các thầy cô giáo trong Trung tâm GDTX tỉnh Yên Bái, các bạn đồng nghiệp, những người thân trong gia đình đã giúp đỡ và động viên tác giả trong thời gian học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận văn. Hà Nội, tháng 6 năm 2014 Tác giả Trần Kim Chung LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này. Hà Nội, tháng 6 năm 2014 Tác giả Trần Kim Chung MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 NỘI DUNG ........................................................................................................ CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU 5 1.1. Hoàn thiện nội dung và PPDH vật lí ở trường PT ...................................... 5 1.1.1. Tính tất yếu của việc hoàn thiện nội dung và PPDH vật lí PT ........... 5 1.1.2. Những khuynh hướng cơ bản của việc hoàn thiện nội dung và PPDH vật lí PT ............................................................................................. 8 1.2. Tư tưởng về tính tương đối của chuyển động. ............................................ 16 1.2.1. Tính tương đối của chuyển động ........................................................ 17 1.2.2. Phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động ..................... 19 1.3. Bài tập vật lí phổ thông ............................................................................... 24 1.4. Thực trạng việc dạy và học tài liệu "tính tương đối của chuyển động ở trường phổ thông" ............................................................................................... 27 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ................................................................................. 33 CHƢƠNG 2. HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN TƢ TƢỞNG VỀ TÍNH TƢƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG THÔNG QUA HỆ THỐNG BÀI TẬP ĐỀ TÀI “ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM” TRONG CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 10 THPT ................................................................................... 34 2.1. Đề xuất cấu trúc lôgic tổng quát về tư tưởng tính tương đối của chuyển động .................................................................................................................... 34 2.2. Xây dựng hệ thống bài tập vật lí ................................................................. 35 2.2.1. Nguyên tắc xây dựng ......................................................................... 35 2.2.2. Hệ thống bài tập nhằm hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động .......................................................................... 36 2.3. Sử dụng hệ thống bài tập trong quá trình dạy học ....................................... 42 2.3.1. Xây dựng tiến trình dạy học ............................................................... 42 2.3.2. Hướng dẫn giải các bài tập đã xây dựng ............................................ 54 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ................................................................................ 66 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM .................................................. 67 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của TNSP ................................................................ 67 3.2. Đối tượng TNSP ......................................................................................... 67 3.3. Quá trình TNSP ........................................................................................... 67 3.4. Kết quả TNSP .............................................................................................. 68 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ................................................................................ 78 KẾT LUẬN CHUNG........................................................................................ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 81 PHỤ LỤC .......................................................................................................... 83 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Viết tắt Viết đầy đủ 1 ĐC Đối chứng 2 GV Giáo viên 3 HS Học sinh 4 NXB Nhà xuất bản 5 PT Phổ thông 6 PPDH Phương pháp dạy hoc 7 SGK Sách giáo khoa 8 TN Thực nghiệm 9 TNSP Thực nghiệm sư phạm 10 THPT Trung học phổ thông 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: 1.1. Trong vài thập kỷ gần đây, sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ đã đòi hỏi các quốc gia trên thế giới phải tiến hành cải tổ, hoàn thiện nền giáo dục. Việc cải tổ, hoàn thiện trong giai đoạn hiện nay diễn ra với các mức độ khác nhau ở mỗi quốc gia nhưng những đặc trưng giống nhau được thể hiện trên các vấn đề về cấu trúc, nội dung chương trình và phương pháp dạy học. Đối với bộ môn vật lí phổ thông, sự hiện đại hoá về nội dung được thực hiện theo các khuynh hướng cơ bản như tăng cường vai trò của các thuyết vật lí; tập trung hoá và hệ thống hoá tài liệu học tập trên cơ sở của các tư tưởng chỉ đạo xuyên suốt toàn bộ chương trình cũng như từng phần của chương trình; thiết lập một cách chính xác “các sự kiện thực nghiệm xuất phát điểm” của từng học thuyết và tăng cường vai trò của các thí nghiệm nền tảng. 1.2. Việc tập trung hoá các tài liệu học tập trên cơ sở các tư tưởng chỉ đạo xuyên suốt toàn bộ chương trình cũng như từng phần của chương trình cho phép học sinh định hướng được những vấn đề cơ bản nhất, cốt lõi nhất cần nắm vững trong tài liệu giáo khoa; tạo điều kiện cho học sinh nhớ và hiểu lâu kiến thức… Theo V.G.Radumovxki chương trình cơ học phổ thông cần xây dựng dựa trên ba tư tưởng lớn là: tính tương đối của chuyển động; sự tương tác của các vật và bảo toàn trong các quá trình vật lí; trong đó tư tưởng về tính tương đối của chuyển động là một trục tư tưởng xuyên suốt toàn bộ giáo trình vật lí nói chung và giáo trình cơ học nói riêng. Việc nắm vững tư tưởng về tính tương đối của chuyển động sẽ là cơ sở để học sinh nắm vững nhiều đề tài khác nhau trong chương trình vật lí phổ thông. 1.3. Sự phát triển mang tính bùng nổ về tri thức khoa học và công nghệ luôn được Đảng và Nhà nước ta đặc biệt quan tâm. Nghị quyết Hội nghị lần thứ tám của BCH TW Đảng cộng sản Việt Nam khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đã chỉ rõ : “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy 2 móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực. Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học. Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học…. Xây dựng và chuẩn hóa nội dung giáo dục phổ thông theo hướng hiện đại, tinh gọn, bảo đảm chất lượng, tích hợp cao ở các lớp học dưới và phân hóa dần ở các lớp học trên; giảm số môn học bắt buộc; tăng môn học, chủ đề và hoạt động giáo dục tự chọn. Biên soạn sách giáo khoa, tài liệu hỗ trợ dạy và học phù hợp với từng đối tượng học, …”[2]. Với mong muốn đóng góp vào việc nâng cao chất lượng học tập của học sinh phổ thông, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động trong dạy học chương “Động học chất điểm”- Vật lí 10 THPT ” để nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu: Biên soạn một hệ thống bài tập, thông qua việc dạy giải chúng làm nổi bật tư tưỏng tính tương đối của chuyển động trong dạy học đề tài “Động học chất điểm”. Trên cơ sở đó hình thành và phát triển được tư tưởng về tính tương đối của chuyển động cho học sinh lớp 10 THPT. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Hoạt động dạy học của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy giải bài tập chương “Động học chất điểm” lớp 10 THPT. - Phạm vi nghiên cứu: Chương “Động học chất điểm” - Vật lí 10 THPT. 4. Giả thuyết khoa học: Nếu xây dựng được một hệ thống bài tập mà nội dung của chúng thể hiện các khía cạnh khác nhau về tính tương đối của chuyển động và đề xuất được các phương án sử dụng các bài tập đó có mục đích, phù hợp sẽ hình thành và phát triển được tư tưởng về tính tương đối của chuyển động; góp phần nâng cao việc nắm vững kiến thức của học sinh khi nghiên cứu cơ học. 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu: - Nghiên cứu nội dung của tư tưởng tính tương đối của chuyển động và khả năng hoàn thiện tư tưởng đó thông qua việc giải bài tập vật lí. - Xác định mức độ nội dung và lôgic trình bày kiến thức tính tương đối của chuyển động trong chương “Động học chất điểm” - Vật lí 10 THPT. - Tiến hành điều tra tình hình dạy học nội dung về tính tương đối của chuyển động. - Biên soạn hệ thống bài tập mà nội dung của chúng thể hiện các khía cạnh khác nhau về tính tương đối của chuyển động. - Soạn thảo tiến trình hướng dẫn học sinh giải các bài tập đó với mục đích làm bộc lộ tư tưởng tính tương đối của chuyển động. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập và cách sử dụng nó nhằm mục đích hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu: Để thực hiện được các nhiệm vụ trên, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau: - Nghiên cứu lí luận được sử dụng để xác lập các quan điểm chỉ đạo cơ bản của nghiên cứu. - Điều tra thực tiễn việc dạy học chương “Động học chất điểm” - Vật lí 10 THPT. - Thực nghiệm sư phạm được sử dụng để đánh giá tính khả thi và hiệu quả phương hướng nghiên cứu. - Thống kê toán học được sử dụng để trình bày kết quả thực nghiệm sư phạm và kiểm định giả thuyết thống kê về kết quả học tập của các lớp đối chứng và lớp thực nghiệm. 4 7. Đóng góp của đề tài 7.1. Về lí luận: Luận văn góp phần làm sâu sắc thêm những vấn đề liên quan đến “tư tưởng về tính tương đối của chuyển động”. Xây dựng một hệ thống bài tập để thông qua đó giúp học sinh lĩnh hội một cách sâu sắc kiến thức về tính tương đối của chuyển động trong phần động học chất điểm nói riêng và của toàn bộ giáo trình cơ học nói chung. 7.2. Về thực tiễn: Hệ thống bài tập đã soạn thảo và khả năng sử dụng hệ thống bài tập để hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho GV và HS trong dạy học chương trình cơ học, góp phần nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lí ở trường THPT. 8. Cấu trúc luận văn: Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn gồm 3 chương: Chƣơng 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của nghiên cứu. Chƣơng 2. Hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động thông qua hệ thống bài tập đề tài “Động học chất điểm” trong chương trình Vật lí lớp 10 THPT. Chƣơng 3. Thực nghiệm sư phạm. 5 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU. 1.1. HOÀN THIỆN NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ PHỔ THÔNG. 1.1.1.Tính tất yếu của việc hoàn thiện nội dung và phƣơng pháp dạy học vật lí phổ thông. Hoàn thiện nội dung và PPDH vật lí là một xu thế tất yếu do những nguyên nhân sau đây. 1.1.1.1. Sự phát triển mạnh mẽ của bản thân khoa học vật lí. Đầu thế kỷ 20, vật lí học đã trở thành lĩnh vực hàng đầu trong nền kiến thức của khoa học tự nhiên. Các thuyết vật lí và các phương pháp nghiên cứu vật lí ngày càng xuất hiện nhiều hơn trong các môn học tự nhiên khác như hóa học, sinh học, thiên văn học… và đã cho những kết quả quan trọng. Cùng với xu hướng đó, vật lí đã đóng góp các cơ sở lý thuyết cho các ngành kỹ thật hiện đại, nhiều lĩnh vực kỹ thuật đã xuất hiện trên cơ sở của các phát minh vật lí. Ở giai đoạn đầu của sự phát triển, nhiệm vụ đầu tiên của vật lí là mô tả và nghiên cứu các tính chất của chất (chất rắn, chất lỏng, chất khí) và các hiện tượng tự nhiên (hiện tượng nhiệt, hiện tượng âm, hiện tượng ánh sáng, hiện tượng, điện từ …). Ở giai đoạn này, vật lí đã khác các khoa học tự nhiên khác bằng chính nội dung cơ bản mà những nội dung đó là sự trình bày một cách cụ thể, có hệ thống về các đối tượng tự nhiên. Trong giai đoạn này, nội dung ứng dụng và kinh nghiệm chiếm ưu thế. Nhưng ngay ở giai đoạn này của sự phát triển của khoa học vật lí thì trong nhiều trường hợp vật lí cũng đã giải quyết mối quan hệ định lượng giữa các đối tượng nghiên cứu. Điều này dẫn đến việc áp dụng các công cụ toán học vào nghiên cứu vật lí và đã đưa đến những kết quả quan trọng, đã khám phá và hệ thống hóa nhiều quy luật mang tính nền tảng như nguyên lý tương đối, nguyên lý quán tính 6 (Galilê), định luật hấp dẫn và các định luật động lực học (Niutơn), phương trình điện động lực học (Măcxoen), các nguyên lý lượng tử (Plăng, Bo) … Trên cơ sở đó, các học thuyết vật lí cơ bản ra đời: thuyết cơ học Niutơn, cơ học lượng tử, cơ học tương đối… như thế vật lí không mất đi chức năng ứng dụng mà ngày càng trở thành một khoa học lí thuyết. Giai đoạn hiện đại của sự phát triển của các khoa học tự nhiên được đặc trưng bằng sự thống nhất biện chứng của các quá trình phân biệt hóa và liên kết hóa. Thật vậy, một mặt xuất hiện một loạt các ngành khoa học mà cơ sở của nó phải dựa vào vật lí, hóa học, sinh học; mặt khác lại xuất hiện các phương pháp vật lí trong hóa học (hóa lượng tử, động học và nhiệt động lực học hóa học), phương pháp vật lí và phương pháp hóa học trong sinh học (sinh học phân tử, sinh học phóng xạ …). Sự hình thành của các khoa học đó, chẳng hạn hóa lí, sinh hóa… trong đó đối tượng và phương pháp nghiên cứu chứa đựng nhiều quy luật cơ bản của một loạt các khoa học khác nhau. Cũng nhận thấy rằng về cơ bản phân biệt hóa là hệ quả của sự phân chia khoa học theo nội dung đối tượng, còn sự liên kết hóa thì ngược lại, nó liên hệ với sự phát triển của nội dung học thuyết, liên hệ với việc xây dựng nên các học thuyết mang tính cơ sở, nền tảng và của các phương pháp nghiên cứu. Những đặc điểm đó của khoa học vật lí cũng là đặc điểm của môn học vật lí. Sự “vĩ đại” của khoa học vật lí hiện đại thể hiện ở chỗ nó bao trùm lên toàn bộ các ứng dụng của các hiện tượng tự nhiên, ở mối liên hệ với triết học và nhận thức luận, thể hiện ở tính đa dạng, tính kế hoạch, tính có hiệu quả của việc áp dụng vào thực tiễn. Điều này dẫn đến việc thậm chí trả lời câu hỏi “Học vật lí làm gì? Có cần học tất cả không?” trở nên không dễ dàng. Trong tình hình đó, một số nước tư bản đã xuất hiện các lớp năng khiếu (lớp chuyên) và hiện nay ở nhiều nước cũng đã có loại hình đào tạo này. Tuy nhiên, nếu cho rằng nghiên cứu vật lí mang tính “hàng hóa, tiêu dùng”, thì có thể liệt kê ra một số lượng rất lớn các ngành nghề mà sự lĩnh hội chúng không cần kiến thức vật lí hoặc đòi hỏi một ít kiến thức về các định luật, khái niệm và có thể trình bày chúng kết hợp với quá trình nghiên cứu nghề nghiệp. Nếu phải nghiên 7 cứu vật lí như một khoa học thì không thể như vậy được. Điều này cũng giải thích được vì sao ở nước Mỹ chỉ có khoảng 20% học sinh lựa chọn môn vật lí [18]. 1.1.1.2. Sự thay đổi mục tiêu, nhiệm vụ giáo dục. Mục tiêu giáo dục ở mỗi quốc gia được đặt ra trên cơ sở yêu cầu phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội của đất nước trong giai đoạn hiện tại và trong tương lai. Do đó, mục tiêu này sẽ theo từng giai đoạn phát triển của đất nước. “Mục tiêu, nhiệm vụ giáo dục ảnh hưởng trực tiếp tới cấu trúc của sách giáo khoa vật lí, tới mối quan hệ của các phần trong một cấu trúc, tới hình thức tư duy mà chúng ta hình thành cho học sinh”.[5] Trên thực tế nếu chúng ta chỉ đặt ra nhiệm vụ truyền thụ cho học sinh một khối lượng kiến thức nhất định thì có thể thực hiện dựa trên trình độ kinh nghiệm của sự nhận thức: thu nhận từ thí nghiệm một số sự kiện xác định, đưa ra các khái niệm tương ứng, hình thành các định luật mô tả mối quan hệ giữa các khái niệm đó. Tuy nhiên nếu mục tiêu là giáo dục thế giới quan và phát triển học sinh thì lại cần hình thức tư duy lí luận, điều này chỉ làm được nếu dựa trên trình độ lí luận của nhận thức mà trình độ này lại yêu cầu tài liệu học tập được xây dựng dựa trên các thuyết vật lí nền tảng. Trình độ kinh nghiệm của nhận thức Sự kiện (hiện tượng, đối tượng tự nhiên) Khái niệm Định luật Các thuyết cơ bản Bức tranh khoa học tự nhiên về thế giới. Trình độ lý luận của nhận thức Sơ đồ 1.1 Sơ đồ cấu trúc của nhận thức trong học tập vật lí là khác nhau. Trình độ kinh nghiệm của nhận thức dựa trên các định luật mà cách đây không lâu được coi là đỉnh cao của nhận thức trong dạy học vật lí. Người ta cho rằng, nếu học sinh lĩnh hội được các định luật cơ bản và biết sử dụng chúng để giải bài tập thì mục đích dạy 8 học vật lí đã đạt được. Bản thân các định luật được coi như sự khái quát của thực nghiệm và trong quá trình dạy học nó xuất hiện với tính cách là các định luật thực nghiệm. Việc chuyển lên trình độ lí luận của nhận thức không chỉ dựa trên việc nghiên cứu một cách sâu sắc các định luật, khái niệm mà còn ở việc hình thành trong nhận thức của học sinh bức tranh về khoa học - tự nhiên về thế giới. Mục tiêu và nguyên tắc giảng dạy vật lí được thực hiện trong quá trình sư phạm trước hết thông qua nội dung của chính giáo trình vật lí. Trình độ khoa học của giáo trình cần phù hợp với trình độ phát triển của khoa học, ngoài ra giáo trình cần phải đảm bảo cho sự giáo dục phổ cập cả về khối lượng và độ sâu sắc của kiến thức. Tất cả những điều đó đã dẫn đến việc phải cải tổ và hoàn thiện nội dung giảng dạy và phương pháp dạy học ở tất cả các môn học, đặc biệt nó được tiến hành mạnh mẽ ở các môn học tự nhiên trong những thập kỷ gần đây. 1.1.2. Những khuynh hƣớng cơ bản của việc hoàn thiện nội dung và phƣơng pháp dạy học vật lí phổ thông. Những khuynh hướng cơ bản của việc hoàn thiện nội dung và phương pháp dạy học vật lí phổ thông không thể tách rời mối quan hệ giữa giáo dục và kinh tế, mối quan hệ giữa hệ thống chính trị và giáo dục cũng như mối quan hệ của giáo dục với nhiều khía cạnh khác như dân tộc, truyền thống. “Khi soạn thảo kế hoạch hoàn thiện quá trình dạy học cần phải chú ý đến tình hình phát triển kinh tế - xã hội của các nước khác, phải chú ý đến những đặc điểm chung cũng như phương hướng phát triển thế giới hiện nay. Điều này liên quan chặt chẽ tới việc đào tạo con người có khả năng tham gia vào sự hợp tác quốc tế …”[24]. “ Chủ động, tích cực hội nhập quốc tế để phát triển giáo dục và đào tạo, đồng thời giáo dục và đào tạo phải đáp ứng yêu cầu hội nhập quốc tế để phát triển đất nước”. Tuy nhiên, ở đây chúng ta chỉ xem xét khía cạnh truyền thống về cấu trúc chương trình, nội dung và phương pháp dạy học vật lí cũng như những phương hướng cơ bản, điển hình để tìm thấy những xu thế chung để phân tích, học hỏi những kinh nghiệm tiến bộ đáp ứng tiến trình hội 9 nhập quốc tế hiện nay của chúng ta. Chúng ta sẽ tập trung phân tích một số những phương hướng cơ bản về việc hoàn thiện nội dung và phương pháp dạy học vật lí của một số nước vì có thể coi đây là những khu vực đã và đang có những thành tựu to lớn về lĩnh vực này và có nhiều ảnh hưởng đến chúng ta. Để tìm cơ sở cho nghiên cứu của mình, chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu về việc hoàn thiện nội dung và PPDH vật lí ở trường phổ thông tại một số quốc gia trong thời gian 20 năm gần đây nhất. Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến vấn đề này ở Cộng hòa liên bang Nga, ở Mĩ và một số nước ở Tây Âu. Mặc dù trình độ phát triển kinh tế của các nước là khác nhau, hệ thống giáo dục khác nhau nhưng việc hoàn thiện nội dung và PPDH bộ môn vật lí PT trong thời gian vừa qua của các nước có rất nhiều điểm tương đồng, điển hình nhất gồm: + Nâng cao trình độ khoa học của môn học ở tất cả các cấp học bằng nhiều con đường khác nhau; + Tăng cường vai trò của thí nghiệm vật lí; + Hình thành và phát triển phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh; + Nâng cao tính tích cực, chủ động; phát triển năng lực sáng tạo của học sinh. Chúng ta sẽ sơ bộ phân tích một số các khuynh hướng đó. 1.1.2.1. Nâng cao trình độ khoa học của môn học ở tất cả các cấp học bằng nhiều con đƣờng khác nhau. 1.1.2.1a. Khái quát hóa nội dung môn học trên cơ sở các học thuyết nền tảng của vật lí. Con đường này thể hiện rõ nhất ở Cộng hòa liên bang Nga và Vương quốc Anh. Khái quát hóa nội dung môn học trên cơ sở các học thuyết nền tảng được các nhà khoa học giáo dục Nga cho rằng thực chất là sự vận dụng nguyên lí về tính chu trình vào việc xây dựng nội dung và cấu trúc SGK vật lí phổ thông. Trong rất nhiều các công trình nghiên cứu về lôgic học và triết học, người ta đã chỉ ra rằng, ngày nay lí thuyết (lí luận) phải là hình thức cơ bản, chủ đạo của tri thức. Lí thuyết là sự phản ánh và thể hiện phương pháp tư duy hiện đại và sử dụng 10 phương pháp tư duy đó vào một lĩnh vực đối tượng cụ thể, có nghĩa là lí thuyết cùng một lúc thể hiện cả phương pháp và kết quả của nhận thức một lĩnh vực rộng lớn các đối tượng và hiện tượng. Trong dạy học vật lí phải đặc biệt chú ý đến khía cạnh đó của lí thuyết: phải tổ chức tư duy của học sinh trong quá trình hoạt động nhận thức, liên kết tài liệu học tập quanh một “hạt nhân của thuyết”. Chúng ta đang động chạm tới vấn đề: “Khái quát hóa lí luận”. Làm thế nào để có thể xây dựng sự khái quát hóa ở trình độ một học thuyết trong giáo trình vật lí ở phổ thông. Để phù hợp với cấu trúc của một thuyết đang hình thành trong vật lí hiện đại và phù hợp với các giai đoạn của chu trình trong dạy học vật lí, một thuyết vật lí cần có các thành phần như sơ đồ 1.2. Hạt nhân Các kết luận - Hệ quả Cơ sở Áp dụng Sơ đồ 1.2: Sơ đồ mô tả các giai đoạn khái quát hóa lí luận ở trình độ học thuyết trong giáo trình vật lí phổ thông Cơ sở của thuyết bao gồm các sự kiện, các khái niệm xuất phát mà việc phân tích chúng sẽ chuẩn bị cơ sở cho việc hình thành hạt nhân - sự trừu tượng hóa ở dạng các định đề, các phương trình chuyển động (tương ứng với “mô hình” trong chu trình). Hạt nhân của thuyết bao gồm các định luật cơ bản, các phương trình, các định luật tổng quát của sự bảo toàn liên quan đến các phương trình chuyển động, các hằng số cơ bản sử dụng để rút ra các kết luận. Các kết luận (hoặc hệ quả) là việc áp dụng các định luật (tạo nên hạt nhân của thuyết) vào các trường hợp cụ thể. Chu trình được kết thúc bằng việc áp dụng các hệ quả vào các hình thức khác nhau của hoạt động học tập: thưc hiện công việc thí nghiệm, giải bài tập, trong lao động - học tập, trong sáng tạo kĩ thuật, … Tóm lại, khi xem xét cấu trúc của một học thuyết về tổng thể cũng như so sánh nó với chu trình nhận thức trong quá trình dạy học vật lí, chúng ta nhận thấy 11 “cơ sở” của thuyết tương ứng với việc nghiên cứu giai đoạn đầu (“sự kiện”, các hoạt động vật chất - thực tại); “hạt nhân” tương ứng với giai đoạn thứ hai (“mô hình”, đưa ra các trừu tượng hóa, khái quát hóa) các kết luận cụ thể tương ứng giai đoạn 3 (“hệ quả”, từ trừu tượng đến cụ thể); Sau đó chu trình được kết thúc bằng việc quay trở về thế giới vật chất - thực tại của các đối tượng vật lí trong việc áp dụng thực tiễn các kiến thức lí thuyết, trong những minh họa thực nghiệm của các hệ quả của thuyết (Sơ đồ 1.3) Áp dụng học thuyết Phương tiện Công việc Giải bài tập Sáng tạo kĩ thực thuật nghiệm Hoạt động Lối sống, kĩ thuật dạy lao động - thiên tính, hoc: phim, học tập di truyền. ti vi, máy tính, … Các kết luận thu được từ thuyết (hệ quả) Các kết luận Các kết luận định lượng bán định toán học tính Các kết luận định tính trên Thí nghiệm tưởng cơ sở lôgic tượng. diễn giải. Bổ sung Áp dụng thực nghiệm tương tự các kết luận định tính. Hạt nhân của thuyết Các định luật tổng quát, nguyên lí, phương trình, mô hình. Cơ sở của thuyết Các khái niệm và Quan sát Thí nghiệm Kiến thức có sẵn đại lượng xuất phát. Sơ đồ 1.3 12 Tại Vương quốc Anh (và nhiều quốc gia khác) trong giai đoạn hiện nay người ta rất chú trọng tới việc cho học sinh tiếp cận với phương pháp nghiên cứu khoa học chứ không phải chỉ dừng ở kết quả nghiên cứu như thời gian trước đây. Hình thành phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh cần trải qua nhiều giai đoạn nhưng một số giai đoạn cần phải được tiến hành trước tiên chẳng hạn kiểu tư duy khoa học vật lí; các phương pháp nhận thức phổ biến dùng trong vật lí..v..v..Các nhà khoa học giáo dục Vương quốc Anh cho rằng việc khái quát hóa tài liệu học tập trên cơ sở các thuyết vật lí nền tảng bao gồm cơ học cổ điển, động học phân tử, thuyết điện tử, thuyết lượng tử đã trực tiếp giới thiệu với học sinh các yếu tố cấu trúc của kiến thức vật lí gồm sự kiện (hiện tượng, thí nghiệm); khái niệm, định luật, thuyết, các hệ quả, các ứng dụng thực tiễn; đồng thời hình thành cho học sinh quá trình nhận thức trong khoa học vật lí (là hình thức khái quát) phù hợp với khái quát lí luận gồm các giai đoạn sau đây: Giai đoạn 1: Tích lũy và phân tích các sự kiện và mối quan hệ của chúng trong quá trình hoạt động vật chất - đối tượng của con người. Quá trình học tập là sự nghiên cứu và phân tích một cách đặc biệt các sự kiện đã được lựa chọn mà các nhà khoa học đã xây dựng nên từ trước đó; là các quan sát thí nghiệm nhằm chuẩn bị để học sinh tiếp cận với khái niệm, định luật mới. Giai đoạn 2: Tiến hành sự trừu tượng hóa, tức là quá trình tạm quên đi các hiện tượng cụ thể và tiến hành khái quát bằng việc sử dụng hình thức mô hình, bằng khái niệm về đại lượng vật lí, định luật hoặc phương trình, định đề hoặc một hệ thống các định đề. Giai đoạn 3: Nghiên cứu các kết luận thu được, các hệ quả thu được từ những tính quy luật chủ yếu, đó là: Các công thức trừu tượng, các định luật, các nguyên lý. Đây là giai đoạn phát triển kiến thức mà ta gọi là kiến thức hệ quả, được thực hiện bằng con đường lập luận lôgic hoặc phương pháp toán học. Đặc điểm của khoa học vật lí là trong quá trình đi đến kết luận (hệ quả) thường dẫn đến các thí nghiệm để thu được các thông số, hằng số cũng như các tính quy luật riêng biệt. 13 Giai đoạn 4: Áp dụng kiến thức thu được vào đối tượng, hiện tượng vật lí cụ thể. Trong quá trình xã hội - lịch sử của nhận thức thì đây là các hoạt động sản xuất - vật chất của con người còn trong quá trình học tập là sự giải thích các hiện tượng của thiên nhiên, các quá trình kinh tế, sản xuất, giải bài tập, minh họa các kết quả thu được từ định luật, học thuyết; là việc làm các thí nghiệm … Như vậy các giai đoạn của khái quát hóa lý luận trùng với các giai đoạn của chu trình học tập: 1- Sự kiện; 2 - Mô hình; 3 - Hệ quả; 4 - Thực nghiệm. Cần lưu ý là về phương diện lôgic hình thức thì không có sự chuyển đổi lôgic từ thế giới vật chất cụ thể sang thế giới lý tưởng. Ở đây, vai trò của lôgic hình thức chỉ giới hạn thông qua các hệ quả được rút ra từ những luận điểm, nguyên lý ban đầu. Phép quy nạp và diễn dịch là phương pháp thu nhận kết quả từ các luận điểm, nguyên lý ban đầu chứ không phải là phương pháp của khái quát hóa [19]. Những luận điểm ban đầu - tức là những trừu tượng hóa đầu tiên xuất hiện trong quá trình xã hội - lịch sử của nhận thức là kết quả từ nhiều giả định, kiểm chứng và chỉ được khẳng định trong quá trình hoạt động sản xuất - vật chất của xã hội. Chẳng hạn các định luật Niutơn xuất hiện với vai trò của các nguyên lý, tính đúng đắn của nó không chỉ được khẳng định bằng việc giải thích được chuyển động biểu kiến của các hành tinh của hệ mặt trời mà còn giải thích được mọi chuyển động cơ học mà con người sử dụng trong giao thông vận tải, trong các ngành công nghiệp … Tương tự như vậy trong lịch sử phát hiện ra định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Khái niệm năng lượng đã được hình thành trước cả các định luật động lực học của Niutơn, nhưng nó chỉ đưa vào khoa học khi nghiên cứu mối quan hệ qua lại của các quá trình cơ học và quá trình nhiệt học vào những năm 40 thế kỷ 19, tức là để có được sự khái quát hóa đã phải trải qua hai thế kỷ. Trong thực tế lịch sử vật lí học đã có nhiều trường hợp cùng một hiện tượng, sự vật nhưng nhiều nhà khoa học lại xây dựng nhiều khái niệm, định luật khác nhau để phán ánh sự vận động của nó. Dần dần theo thời gian, được thử thách trong thực tế, một trong số các định luật, khái niệm đó vẫn tỏ ra đúng đắn, số còn lại bị bác bỏ hoàn toàn hoặc phải