Tài liệu Vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức vật lý với dạy học chất rắn và chất lỏng sự chuyển thể vật lý 10 nâng cao

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc vinh -------“  ------- NguyÔn ThÞ hoµi ®øc VËn dông phèi hîp c¸c ph¬ng ph¸p nhËn thøc VËt lÝ víi d¹y häc gi¶i quyÕt vÊn ®Ò ch¬ng vii “ chÊt r¾n vµ chÊt láng. Sù chuyÓn thÓ” vËt lÝ 10 n©ng cao LuËn v¨n th¹c sÜ gi¸o dôc häc Vinh - 2010 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc vinh -------“  ------- NguyÔn ThÞ hoµi ®øc VËn dông phèi hîp c¸c ph¬ng ph¸p nhËn thøc VËt lÝ víi d¹y häc gi¶i quyÕt vÊn ®Ò ch¬ng vii “ chÊt r¾n vµ chÊt láng. Sù chuyÓn thÓ” vËt lÝ 10 n©ng cao Chuyªn ngµnh: lý luËn vµ ph¬ng ph¸p d¹y häc vËt lý M· sè: 60.14.10 LuËn v¨n th¹c sÜ gi¸o dôc häc Ngêi híng dÉn khoa häc: PGS.TS. NguyÔn quang l¹c Vinh - 2010 0 LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành dưới sự giúp đỡ của Thầy giáo: Phó giáo sư -Tiến sĩ Nguyễn Quang Lạc. Qua đây tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến người thầy hướng dẫn của mình – người đã đặt vấn đề, hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Vật lý, Khoa Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Vinh, những người đã truyền thụ cho tác giả những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập, dẫn dắt tác giả trong bước đầu nghiên cứu khoa học cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tác giả cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Vinh, tháng 11 năm 2010 Tác giả 1 MỤCLỤC Trang MỞ ĐẦU...................................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài...............................................................................................1 2. Mục đích của đề tài............................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nguyên cứu....................................................................2 4. Giả thuyết khoa học...........................................................................................2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu.........................................................................................2 6. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................2 7. Cấu trúc luận văn...............................................................................................3 8. Đóng góp của luận văn......................................................................................4 NỘI DUNG Chương 1: Cơ sở lí luận của việc phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề 1.1 Phương pháp nhận thức Vật lí....................................................................5 1.1.1 Phương pháp nhận thức khoa học...............................................................5 1.1.2. Phương pháp nhận thức Vật lí và phương pháp dạy học Vật lí..................8 1.1.3. Các phương pháp nhận thức thường gặp trong nghiên cứu Vật lí ..............9 1.1.3.1. Phương pháp tương tự..................................................................................9 1.1.3.2. Phương pháp giả thuyết...............................................................................9 1.1.3.3. Phương pháp mô hình hóa.........................................................................10 1.1.3.4. Phương pháp thí nghiệm tưởng tượng.......................................................10 1.1.3.5. Phương pháp thực nghiệm.........................................................................11 1.2. 1.2.1. Dạy học giải quyết vấn đề trong môn Vật lí..............................................11 Kh¸i niÖm d¹y häc giải quyết vấn đề..............................................11 1.2.2. VÊn ®Ò vµ t×nh huèng cã vÊn ®Ò trong d¹y häc gi¶i quyÕt vÊn ®Ò.....................................................................................................12 1.2.3. CÊu tróc cña d¹y häc gi¶i quyÕt vÊn ®Ò............................... 15 1.2.4. C¸c ®iÒu kiÖn ®Ó triÓn khai d¹y häc gi¶i quyÕt vÊn ®Ò..........................................................................................................................17 1.2.5. C¸c møc ®é cña d¹y häc gi¶i quyÕt vÊn ®Ò..........................17 1.2.6. C¸c ph¬ng ph¸p híng dÉn häc sinh gi¶i quyÕt vÊn ®Ò......20 2 1.2.6.1. Ph¬ng ph¸p híng dÉn t×m tßi quy vÒ kiÕn thøc, ph¬ng ph¸p ®· biÕt.......................................................................................................20 1.2.6.2 Ph¬ng ph¸p híng dÉn t×m tßi s¸ng t¹o tõng phÇn................22 1.2.6.3 Ph¬ng ph¸p híng dÉn t×m tßi s¸ng t¹o kh¸i qu¸t..................22 1.2.7. VËn dông d¹y häc gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trong c¸c lo¹i bµi häc vËt lý…….23 1.2.7.1. Bài häc x©y míi………………………………………….23 dùng 1.2.7.2. Bµi häc thùc hµnh ………………………………….. 24 1.2.7.3. Bµi häc bµi tËp ………………………………………………….25 1.3. thÝ tri nghiÖm thøc vËt vËt lý lý Phối hợp các phương pháp nhận thức Vật Lý với định hướng dạy học giải quyết vấn đề……………………………………………………….26 1.3.1. Khả năng vận dụng các phương pháp nhận thức Vật lí vào dạy học Vật lí.........................................................................................26 1.3.1.1. Phương pháp đo đạc ………………………………………………….26 1.3.1.2. Phương pháp quan sát ………………………………………………..27 1.3.1.3. Phương pháp thực nghiệm…………………………………………….27 1.3.1.4. Phương pháp mô hình hóa……………………………………………28 1.3.1.5. Phương pháp tương tự………………………………………………...29 1.3.1.6. Phương pháp thí nghiệm tưởng tượng(PPTNTT)…………………….29 1.3.1.7. Các phương pháp suy diễn lí thuyết ………………………………….30 1.3.2. Quy trình phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề…………..........................................................................30 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1………………………………………………………34 Chương 2: Vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề ở một số bài học ở chương VII “ Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” Vật lí lớp 10 nâng cao…………………………………………........35 2.1. Nội dung và cấu trúc chương “ Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể”…35 2.2. Vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề trong một số bài học…………………………………… 37 3 2.2.1. Giáo án 1. Bài 52: Sự nở vì nhiệt của vật rắn………………………….37 2.2.2. Giáo án 2. Bài 53: Chất lỏng hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng…………………………………………………43 2.2.3 Giáo án 3. Bài 54 : Hiện tượng dính ướt và không dính ướt. Hiện tượng mao dẫn……………………………………………………………….52 2.2.4. Giáo án 4. Bài tập …………………………………………58 2.2.5. Giáo án 5 Bài 57 Thực hành: Xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng.64 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2……………………………………………………....68 Chương 3: Thực nghiệm sư phạm……………………………………………...69 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm........................................................ ..69 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm..........................................................................69 3.3 Đối tượng thực nghiệm......................................................................... 69 3.4. Nội dung thực nghiệm...........................................................................69 3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm...............................................................70 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3………………………………………………………75 KẾT LUẬN…………………………………………………………………….76 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………...77 PHỤ LỤC……………………………………………………………Từ P1 đến P5 4 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Do sự phát triển nhanh, mạnh với tốc độ mang tính bùng nổ của KHKT nên ở trường phổ thông không thể trang bị cho học sinh mọi tri thức mong muốn. Vì vậy phải coi trọng việc dạy phương pháp, dạy cách đi tới kiến thức của loài người. Trên cơ sở đó mà tiếp tục học tập suốt đời, mọi người sống trong một xã hội học tập. Xã hội đòi hỏi người có học vấn hiện đại không chỉ có khả năng lấy ra từ trí nhớ các trí thức dưới dạng có sẵn, đã lĩnh hội ở nhà trường mà phải có năng lực chiếm lĩnh, sử dụng các tri thức mới một cách độc lập. Khả năng đánh giá các sự kiện, các tư tưởng, các hiện tượng mới một cách thông minh sáng suốt khi gặp trong cuộc sống, trong lao động và trong quan hệ với mọi người. Nội dung chương trình các môn học trong nhà trường phải góp phần quan trọng để phát triển hứng thú và năng lực nhận thức của học sinh, cung cấp cho học sinh những kĩ năng cần thiết cho việc tự học và tự giáo dục sau này. Theo kiểu dạy học truyền thống, điều quan tâm chủ yếu của người dạy là sự trình bày bài giảng của mình về kiến thức cần dạy cho người học sao cho đảm bảo nội dung chính xác, sâu sắc và đầy đủ nên chưa đáp ứng được yêu cầu trên. Việc đổi mới PPDH là yêu cầu vô cùng cần thiết đối với ngành giáo dục nói chung và mỗi giáo viên nói riêng. Việc “ Dùng phương pháp nhận thức khoa học để dạy những nội dung cơ bản của chính khoa học đó cho học sinh phổ thông” đã được các nhà giáo dục cộng hòa liên bang Nga VG Razumopxki, A Pin- xkin và một số nhà lý luận dạy học Việt Nam nêu ra là nhằm phát triển trí tuệ học sinh, bồi dưỡng năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề... đáp ứng được yêu cầu mà xã hội cần. Việc dạy học có sự vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức vào dạy học giải quyết vấn đề sẽ giúp học sinh vừa lĩnh hội tri thức vừa được bồi dưỡng những kĩ năng nhất định của phương pháp nhận thức, phương pháp tự học, chuẩn bị hành trang cho quá trình học tập và lao động sáng tạo suốt đời. 5 Mặc dù đưa lại hiệu quả dạy học cao và áp dụng cho nhiều loại tiết học khác nhau như: Bài học kiến thức mới, bài tập Vật lí, bài học thực hành, bài học ôn tập chương, bài ngoại khóa...nhưng việc vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức vào dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học Vật lí chưa được nhiều giáo viên quan tâm đúng mức bởi nhiều yếu tố chủ quan và khách quan. Chương: “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể ” Vật lí lớp 10 (nâng cao) hội tụ đầy đủ các điều kiện khách quan ( nội dung tri thức khoa học, thiết bị dạy học) để phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề. Nhằm nâng cao chất lượng dạy học chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể ” bằng cách vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức với dạy học giải quyết vấn đề nên tôi chọn đề tài này cho luận văn tốt nghiệp thạc sĩ của mình. 2. Mục đích của đề tài - Tìm hiểu các phương pháp nhận thức Vật lí, lí thuyết dạy học giải quyết vấn đề và đề xuất tiến trình vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề để thiết kế một số bài học trong chương VII “ Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” Vật lí lớp 10 (nâng cao) nhằm góp phần bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. 3. Đối tượng và phạm vi nguyên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Các phương pháp nhận thức khoa học Vật lí. - Dạy học giải quyết vấn đề. - Dạy học Vật lí theo ý tưởng vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thứcVật lí với dạy học giải quyết vấn đề. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Dạy học chương VII “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” Vật lí lớp 10 nâng cao theo định hướng của đề tài. - Triển khai ở khối 10 trường THPT Quỳnh Lưu 1- Tỉnh Nghệ An. 4. Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề một cách hợp lý thì sẽ bồi dưỡng được năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề, nhờ đó nâng cao chất lượng lĩnh hội kiến thức cho học sinh khi dạy học chương “Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” nói riêng, dạy học vật lí nói chung. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận về phương pháp nhận thức Vật lí. - Nghiên cứu lí luận về dạy học giải quyết vấn đề. 6 - Nghiên cứu mục tiêu, cấu trúc, nội dung chương VII “ Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” Vật lí lớp 10 nâng cao. - Đề xuất tiến trình vận dụng các phương pháp nhận thức với dạy học giải quyết vấn đề trong bộ môn Vật Lý - Vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí vào dạy học giải quyết vấn đề áp dụng cho: + Tiết: Bài học xây dựng tri thức mới. + Tiết: Bài tập. + Tiết: Thực hành. - Thực nghiệm sư phạm, đánh giá kết quả nghiên cứu. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến việc giải quyết các nhiệm vụ của đề tài. - Nghiên cứu thực tiễn: + Tìm hiểu thực tế sử dụng các PPDH Vật lí ở trường THPT hiện nay. Đặc biệt đối với chương VII “ Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” Vật lí lớp 10 ( nâng cao) . + Tiến trình vận dụng các phương pháp nhận thức Vật lí trong sự phối hợp với dạy học giải quyết vấn đề. + Thiết kế một số bài học ở chương “ Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” theo định hướng của đề tài . + Tiến hành thực nghiệm sư phạm. + Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lí các kết quả thực nghiệm sư phạm. + Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo. 7. Cấu trúc luận văn Phần 1: Mở đầu Phần 2: Nội dung Chương 1: Cơ sở lí luận của việc phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề 1.1. Phương pháp nhận thức Vật lí 1.2. Dạy học giải quyết vấn đề trong môn Vật lí. 1.3. Phối hợp các phương pháp nhận thức Vật Lý với định hướng dạy học giải quyết vấn đề. 7 Chương 2: Vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề ở một số bài học ở chương VII “ Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể” Vật lí lớp 10 nâng cao 2.1. Nội dung và cấu trúc chương “ Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể”. 2.2. Vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức với dạy học giải quyết vấn đề trong một số bài học. - Bài 52: Sự nở vì nhiệt của vật rắn. - Bài 53: Chất lỏng. Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. - Bài 54: Hiện tượng dính ướt và không dính ướt. Hiện tượng mao dẫn. - Bài tập. - Bài 57: Thực hành: Xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm. 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm. 3.3. Đối tượng thực nghiệm sư phạm. 3.4. Nội dung thực nghiệm sư phạm. 3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm. Phần 3: Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục. 8. Đóng góp của luận văn - Luận văn góp phần làm sáng tỏ cơ sở lí luận và cơ sở thực tiễn của việc phối hợp các phương pháp nhận thức Vật Lý với dạy học giải quyết vấn đề trong môn Vật lí ở trường THPT. - Xây dựng được một số bài học theo định hướng phối hợp các phương pháp nhận thức với dạy học giải quyết vấn đề nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh 8 NỘI DUNG Chương 1: Cơ sở lí luận của việc phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí với dạy học giải quyết vấn đề 1.1. Phương pháp nhận thức Vật lí 1.1.1. Phương pháp nhận thức khoa học * Phương pháp có thể hiểu theo nghĩa chung là tập hợp các biện pháp, thủ pháp, cách thức, những con đường bao gồm các thao tác thực hành hay lý thuyết để đạt đến mục đích nào đó. * Phương pháp nhận thức khoa học là những con đường những thủ pháp, những cách thức để đạt tới chân lí khoa học để phản ánh những qui luật, những tính chất... của thế giới khách quan ( vật chất, tinh thần). Sơ đồ 1: Phương pháp nhận thức khoa học trong quá trình nhận thức Thực tiễn thế giới khách quan Phương pháp nhận thức Sự nhận thức ( Kiến thức về thế giới khách quan) * Trong nhận thức Vật lí sơ đồ về phương pháp nhận thức trên đây có thể được diễn đạt thành sơ đồ dưới dạng chu trình ( chu trình nhận thức sáng tạo Vật lí do Razumôpxki đề xướng) 9 Sơ đồ2: chu trình nhận thức sáng tạo của Razumôpxki Mô hình Hệ quả Sự kiện Thực nghiệm Từ sơ đồ phương pháp nhận thức khoa học và sơ đồ chu trình nhận thức sáng tạo của Razumôpxki chúng tôi cho rằng hoạt động nhận thức Vật lí có thể biểu diễn theo sơ đồ sau: Sơ đồ 3: Tiến trình nhận thức Vật lí sáng tạo [6,10] Vấn đề Giả thuyết Hệ quả lôgic Thí nghiệm kiểm tra Tri thức Vật lí Thực tiễn Dạy học nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề phải phỏng theo quá trình nhận thức sáng tạo của nhà Vật lí. Đây chính là cơ sở khoa học của dạy học giải quyết vấn đề có sự vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức Vật lí. * Các yêu cầu về việc bồi dưỡng phương pháp nhận thức khoa học cho học sinh: - Dạy phương pháp khoa học không thể tách rời việc dạy nội dung khoa học. Vì nội dung khoa học về căn bản sẽ quyết định phương pháp khoa học tương ứng, nên trong chương trình học ta không thể qui định việc giảng dạy phương pháp 10 khoa học một cách tùy tiện được. Ví dụ : Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để xây dựng hầu hết các định luật thực nghiệm về Vật lí thì dạy các định luật này là điều kiện tốt để bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh. Thuyết động học phân tử được xây dựng chủ yếu bằng phương pháp mô hình thì dạy học nội dung thuyết này là điều kiện tốt để bồi dưỡng cho học sinh phương pháp mô hình. - Phương pháp nhận thức khoa học là sự vận động thống nhất một cách biện chứng giữa tính chủ quan và tính khách quan. Khác với các kiến thức khoa học đơn thuần mang tính khách quan, các kiến thức về phương pháp nhận thức khoa học ít nhiều mang tính chủ quan và lại luôn trừu tượng nên việc bồi dưỡng phương pháp nhận thức khoa học cho học sinh khác với việc truyền thụ kiến thức khoa học đơn thuần cho các em. Kiến thức lí thuyết là sự phản ánh của chính các thực tại khách quan diễn ra trước mắt ( hoặc trong trí tưởng tượng ) của học sinh nên đối với các em, nó ít nhiều có tính cụ thể. Còn phương pháp nhận thức khoa học thì dù sao cũng trừu tượng hơn các kiến thức khoa học. Ta chỉ thực sự nắm được phương pháp khoa học trong hoạt động tìm tòi nghiên cứu xây dựng kiến thức lí thuyết. - Cần phải có sự phân biệt giữa việc rèn luyện phương pháp khoa học cho học sinh và việc rèn luyện kĩ năng cho các em. Ví dụ việc dạy phương pháp thực nghiệm khác với việc rèn luyện kĩ năng thực hành . Muốn rèn luyện phương pháp khoa học cho các em cần phải có một sự đầu tư thích đáng về thời gian, về thiết bị cũng như về công sức của giáo viên. - Vì phương pháp khoa học gắn bó mật thiết với nội dung khoa học nên mỗi khoa học có một hệ thống phương pháp đặc thù của nó. Nêu lên được những nét đặc thù của phương pháp thuộc một bộ môn khoa học không phải là một việc dễ dàng. * Phân loại hệ thống phương pháp khoa học Căn cứ vào mức độ phổ biến và phạm vi ứng dụng của phương pháp có thể phân loại phương pháp nhận thức khoa học thành 3 nhóm: + Nhóm các phương pháp triết học(Các phương pháp chung nhất): là những phương pháp chung nhất, phổ biến nhất áp dụng cho mọi lĩnh vực nghiên cứu, bao gồm các phương pháp của lôgic biện chứng, các phương pháp của lý luận nhận thức : phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa, khái quát hóa, cụ thể hóa ... Các cặp phạm trù và ba phép biện chứng duy vật. + Nhóm các phương pháp riêng rộng: gồm các phương pháp có thể áp dụng cho một số ngành khoa học trong một số giai đoạn của quá trình nhận thức.Ví dụ : phương pháp thực nghiệm áp dụng cho các ngành khoa học thực nghiệm như vật lí, hóa học, sinh học, y học; Phương pháp tương tự , phương pháp mô hình... 11 + Nhóm các phương pháp riêng hẹp: là những phương pháp chỉ áp dụng trong lĩnh vực hẹp của một ngành khoa học hoặc một số ngành khoa học. Ví dụ phương pháp động lực học, phương pháp giản đồ véc tơ.... trong Vật lí học. Sự phân loại trên mang tính tương đối bởi trong quá trình phát triển khoa học các phương pháp nhận thức có thể có sự phát triển theo các hướng khác nhau và các phương pháp nhận thức luôn có sự xâm nhập lẫn nhau, sự chuyển hóa lẫn nhau, trong hoạt động nhận thức có sự vận dụng phối hợp các phương pháp nhận thức. * Áp dụng sự phân loại phương pháp nhận thức khoa học vào Vật lí học có thể kể tên một số phương pháp điển hình theo thứ tự về tính phổ biến như sau: - Phương pháp phân tích, phương pháp tổng hợp, Phương pháp phân tích- tổng hợp(thuộc nhóm các phương pháp Triết học). - Phương pháp qui nạp, phương pháp suy diễn, Phương pháp qui nạp- suy diễn (các phương pháp lôgic- thuộc nhóm các phương pháp Triết học). - Phương pháp trừu tượng hóa, khái quát hóa, cụ thể hóa (các phương pháp lôgic- thuộc nhóm các phương pháp Triết học). - Phương pháp thực nghiệm, quan sát, đo lường...(thuộc các phương pháp riêng rộng). - Phương pháp lý thuyết : tương tự, mô hình hóa, thí nghiệm tưởng tượng, tiên đề, giả thuyết ... (thuộc các phương pháp riêng rộng). - Phương pháp động lực học, phương pháp định luật bảo toàn, phương pháp phân tích quang phổ... (thuộc các phương pháp riêng hẹp). 1.1.2. Phương pháp nhận thức Vật lí và phương pháp dạy học Vật lí * Phương pháp nhận thức Vật lí là nhưng phương pháp nhận thức khoa học được sử dụng trong quá trình nghiên cứu Vật lí để xây dựng hệ thống kiến thức về Vật lí học. * Phương pháp dạy học Vật lí là những hình thức và cách thức tổ chức hoạt động của giáo viên và học sinh trong những điều kiện dạy học xác định nhằm đạt được mục đích dạy học xác định ( lĩnh hội những kiến thức về Vật lí học, phát triển năng lực, hình thành nhân cách cho học sinh). Từ những năm 1970 Nguyễn Ngọc Quang đã phát hiện quy luật về sự chuyển hóa giữa phương pháp khoa học và phương pháp dạy học xuất phát từ sự giống nhau về bản chất của hai hoạt động nhận thức này. Dạy học nhằm phát triển năng lực nhận thức phải là hoạt động hướng dẫn người học tự nhận thức, hướng dẫn học sinh lĩnh hội tri thức theo con đường của nhận thức sáng tạo, do vậy giáo viên cần phải vận dụng các phương pháp nhận thức sáng tạo để tổ chức, chỉ đạo học sinh chiếm lĩnh tri thức. Bảng 1: Chuyển hóa phương pháp nhận thức thành phương pháp dạy học[7,20] 12 Phương pháp khoa học (xuất xứ) Phương pháp dạy học 1.Quan sát 1. Quan sát 2. Thực nghiệm khoa học 2. Thí nghiệm ( biểu diễn, thực tập) Phương pháp thực nghiệm trong dạy học Phương pháp thực nghiệm 3. Tương tự 4. Mô hình hóa 5. Thí nghiệm tưởng tượng 6. Các phương pháp lôgic 7. Báo cáo khoa học, bảo vệ luận án, bảo vệ công trình khoa học... 8. Xemina 3. Tương tự 4. Mô hình hóa trong dạy học 5. Thí nghiệm tưởng tượng 6. Các phương pháp lôgic 7. Thuyết trình, diễn giảng... 8. Đàm thoại 9. Giải quyết vấn đề (phối hợp các 9. Giải quyết vấn đề (phối hợp các phương pháp nhận thức) phương pháp nhận thức) 10 Grap dạy học(Sơ đồ lôgic nội 10 Grap hóa( Sơ đồ hóa) dung) 11. Phương pháp toán học 12. Điều khiển học 13. Tổng hợp các phương pháp khoa học. 11. Dạy học chương trình hóa 12. Dạy học angôrít hóa 13. Công nghệ dạy học Phương pháp nhận thức vật lý và phương pháp dạy học vật lý có cùng một đối tượng nghiên cứu, tức là có chung mặt khách quan. Nghiên cứu của nhà vật lý học và dạy học vật lý trong nhà trường có chung đối tượng là những hiện tượng vật lý và các quy luật khách quan chi phối chúng. Vì vậy, phương pháp nhận thức vật lý có ảnh hưởng đến phương pháp dạy học, phương pháp nhận thức vật lý thông qua xử lý sư phạm được biến đổi dưới tác động của các quy luật giáo dục học, tâm lý học, lý luận dạy học cho thích hợp với môi trường và điều kiện dạy học để chuyển thành phương pháp dạy học vật lý. 1.1.3. Các phương pháp nhận thức thường gặp trong nghiên cứu Vật lí Trong nghiên cứu vật lý, để giải quyết vấn đề, các nhà vật lý thường sử dụng một số phương pháp sau đây: 1.1.3.1. Phương pháp tương tự * Phương pháp tương tự là phương pháp nhận thức khoa học nhờ việc sử dụng sự tương tự và phép suy luận tương tự nhằm thu nhận tri thức mới. Phương pháp này cho phép đưa ra những phỏng đoán bước đầu, sẽ được nghiên cứu tiếp bằng các phương pháp khác, là một yếu tố kích thích sự ra đời của giả thuyết khoa học. 13 * Các giai đoạn cơ bản của phương pháp tương tự: - Tập hợp những dữ kiện về đối tượng cần nghiên cứu và các dấu hiệu về đối tượng đã biết từ đó có những hiểu biết phong phú định đem đối chiếu. - Tiến hành phân tích những điểm giống nhau và khác nhau giữa các dấu hiệu của hai loại hiện tượng, kiểm tra xem các dấu hiệu giống nhau có đồng thời là các dấu hiệu bản chất của các đối tượng hay không. - Truyền các dấu hiệu của đối tượng đã biết cho đối tượng cần nghiên cứu bằng suy luận tương tự. - Kiểm tra tính đúng đắn của các kết luận rút ra (hoặc các hệ quả của chúng) có tính chất giả thuyết đó ở chính đối tượng cần nghiên cứu. Trên cơ sở đó đề xuất những khái niệm mới, mô hình mới, dự đoán quy luật mới của hiện tượng cần nghiên cứu. 1.1.3.2. Phương pháp giả thuyết * Phương pháp giả thuyết là phương pháp nghiên cứu dựa trên việc đề xuất một điều giả định (phỏng đoán) nào đó để từ đó suy ra câu trả lời cần có (là sự giải thích hay tiên đoán sự kiện). Phương pháp này cho phép nhà nghiên cứu đưa ra các giả thuyết khoa học từ đó có thể giải thích, tiên đoán các sự kiện và tiếp tục sử dụng các phương pháp mô hình hóa, phương pháp thực nghiệm để xây dựng tri thức mới. * Các giai đoạn của phương pháp giả thuyết: - Quan sát thực tế hoặc phân tích những cơ sở lý thuyết đã có sẵn, so sánh đối chiếu với những hiểu biết thực tế đã có về hiện tượng, để sơ bộ đề ra một phỏng đoán khoa học. - Dựa trên những cơ sở phân tích lý thuyết để chính xác hóa phỏng đoán, xây dựng mô hình đơn giản về hiện tượng cho phép tính toán sơ bộ những hệ quả của nó. Khi đó phỏng đoán khoa học sẽ trở thành một giả thuyết khoa học. Phát biểu giả thuyết được đề xuất. 1.1.3.3. Phương pháp mô hình hóa * Phương pháp mô hình hóa là phương pháp nghiên cứu dựa trên mô hình lý thuyết (mô hình trong tư duy) hoặc trên mô hình vật chất của đối tượng gốc và nghiên cứu trên mô hình, tức là vận hành mô hình lý thuyết tiến hành thí nghiệm trong tư duy hoặc thí nghiệm trên mô hình bằng các thao tác lý thuyết, thao tác logic để rút ra câu trả lời cần có. Nó có tính chất là một điều tiên đoán về đối tượng gốc (và sẽ kiểm tra, đối chiếu với thực nghiệm). Phương pháp này cho phép nhà khoa học: - Tiên đoán những sự kiện, hiện tượng thực tế, các định luật của thực tế khách quan mà tiếp đó sẽ được kiểm tra dự đoán, hợp thức hóa nhờ phương pháp thực nghiệm để xây dựng tri thức mới. 14 - Giải thích một cách lý thuyết những sự kiện thực tế, những định luật thực nghiệm nhờ đó có thể khẳng định giá trị khoa học của các tri thức đó. - Đối chiếu với các bằng chứng thực nghiệm đã được khẳng định để kiểm tra khẳng định giá trị của giả thuyết, hoặc các giả thuyết khoa học được dùng làm cơ sở xuất phát cho việc xây dựng và vận hành mô hình. * Các giai đoạn của phương pháp mô hình: - Lựa chọn mô hình: thay thế đối tượng gốc bằng thực thể đại diện chỉ tồn tại trong tư duy nghiên cứu, hoặc bằng vật đại diện tồn tại thực.Ở mô hình chỉ tồn tại những tính chất và mối quan hệ chính của đối tượng được nhà nghiên cứu quan tâm. - Nghiên cứu trên mô hình: Vận hành mô hình để rút ra kết luận với tính cách là một hệ quả logic. - Xử lý kết quả : kiểm tra khả năng có thể chấp nhận được của kết quả để có thể chuyển kết quả về đối tượng, hợp thức hóa kiến thức về mô hình bằng cách đối chiếu với thực nghiệm, chỉnh lý, bổ sung kết quả, xác định giới hạn vận dụng kiến thức cho đối tượng thực. 1.1.3.4. Phương pháp thí nghiệm tưởng tượng * Thí nghiệm tưởng tượng là một phương pháp suy luận lý thuyết về hành vi của một đối tượng lý tưởng không có hoặc không thể có trong thực tế; là một dạng làm việc với các đối tượng thực trong những điều kiện lý tưởng hoặc với các mô hình lý tưởng của các đối tượng thực. Đây là phương pháp quan trọng để tiếp cận bản chất của sự vật, là cầu nối giữa thực nghiệm và lý thuyết, cần thiết để hình thành một số khái niệm khoa học, xây dựng các định luật hoặc lý thuyết tổng quát về hiện tượng, dựa trên sự lý tưởng hóa, khái quát hóa, ngoại suy các thí nghiệm hiện thực đã có từ trước. * Các giai đoạn của phương pháp thí nghiệm tưởng tượng: - Phân tích những hiện tượng thực, thí nghiệm thực để đặt vấn đề cho những nghiên cứu tiếp theo bằng thí nghiệm lý tưởng. - Xây dựng một mô hình lý tưởng để thay thế đối tượng nghiên cứu trong thí nghiệm lý tưởng. - Dùng các thao tác tư duy, các suy luận logic hoặc toán học để phân tích những tiến trình khả dĩ của hiện tượng dựa theo những quy luật vận động của mô hình, khi biến đổi một cách có chủ định các điều kiện lý tưởng. - Phân tích những kết luận thu được, suy luận từ những kết luận đó ra các hệ quả mới, trong đó có việc xác định các thí nghiệm thực có thể tiến hành tiếp theo mà từ trước đến nay chưa biết. 1.1.3.5. Phương pháp thực nghiệm * Đây là phương pháp bao gồm tất cả các khâu của quá trình nhận thức từ việc đặt ra vấn đề trên cơ sở các sự kiện thực nghiệm hoặc quan sát, đến khâu đề ra 15 giả thuyết, tiến hành thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, xử lý kết quả và rút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu. Phương pháp này có thể giúp nhà khoa học đề xuất những tri thức mới, khái niệm mới, định luật mới và tiếp theo tri thức đó sẽ được lý giải một cách có luận cứ khoa học dựa trên những lý thuyết đã có, cung cấp những bằng chứng thực nghiệm mới dẫn tới sự cần thiết phải xây dựng các giả thuyết khoa học mới hoặc những bằng chứng cần thiết cho việc đối chiếu, hợp thức hóa, khẳng định giá trị hoặc chỉnh lý, bổ sung hay bác bỏ những kết luận đã được đề xuất do kết quả của phương pháp nghiên cứu lý thuyết. * Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm: - Xây dựng một giả thuyết, dự đoán về diễn biến của đối tượng đang được nghiên cứu ( dựa vào những cơ sở khoa học đã có ) để đưa vào kiểm tra bằng thực nghiệm: điều gì cần tới sự khảo sát thực nghiệm? Cần tạo ra hay quan sát biến cố thực nghiệm nào? - Lựa chọn điều kiện thí nghiệm để có được hiện tượng dưới dạng thuần khiết: phương tiện, máy móc, thiết bị thích hợp, phương pháp tiến hành thí nghiệm, phương pháp quan sát đo đạc cụ thể. - Tiến hành thí nghiệm: lắp ráp máy móc thiết bị và kiểm tra khả năng vận hành, tiến hành thao tác thí nghiệm theo kế hoạch đã vạch ra, quan sát, đo đạc, ghi chép các dữ liệu. - Xử lý kết quả: xác định độ chính xác của phép đo, lập bảng, vẽ đồ thị; rút ra kết luận về các thuộc tính, mối liên hệ, quy luật. 1.2. Dạy học giải quyết vấn đề trong môn Vật lí. 1.2.1. Khái niệm dạy học giải quyết vấn đề + “Vấn đề ” trong nghiên cứu vật lý là một câu hỏi, một bài toán chưa có lời giải, xuất phát từ thực tiễn khoa học, kỹ thuật, đời sống. Đó là những hiện tượng mới, quá trình mới không thể lý giải bằng các lý thuyết đã có hoặc một lý thuyết chưa trọn vẹn. + “ Giải quyết vấn đề ” là quá trình nhà nghiên cứu sử dụng các phương pháp, phương tiện nghiên cứu khác nhau theo con đường của chu trình sáng tạo khoa học để tìm câu trả lời. + Dạy học giải quyết vấn đề là quá trình dạy học được giáo viên tổ chức phỏng theo quá trình nhận thức sáng tạo vật lý, trong đó học sinh đóng vai trò nhà nghiên cứu (trong các điều kiện dạy học) có sự giúp đỡ định hướng trực tiếp hoặc gián tiếp của giáo viên. 1.2.2. Vấn đề và tình huống có vấn đề trong dạy học giải quyết vấn đề + “Vấn đề” dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà người học không thể giải quyết được chỉ bằng kinh nghiệm sẵn có, theo một khuôn mẫu sẵn có, nghĩa là không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần để giải quyết và khi giải quyết được thì người học đã thu nhận được kiến thức, kỹ năng mới. 16 Vấn đề chứa đựng câu hỏi, nhưng đó là câu hỏi về cái chưa biết, câu hỏi mà câu trả lời là một cái mới phải tìm tòi sáng tạo thỡ mới xây dựng được, chứ không phải là câu hỏi chỉ đơn thuần yêu cầu nhớ lại kiến thức đã có. Ví dụ: ở chương trình vật lý lớp 10 (nâng cao) bài 53 “Chất lỏng. Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng”, khi quan sát hiện tượng đưa khung dây hình chữ nhật (có một cạnh dịch chuyển được) ra khỏi dung dịch nước xà phòng thì cạnh của khung dây di chuyển được và màng xà phòng trong khung dây bị thu hẹp lại.Vấn đề đặt ra cho học sinh là: Tại sao cạnh của khung dây di chuyển được? Bằng những kiến thức đó biết về các loại lực thì học sinh không thể giải thích được nguyên nhân chuyển động của khung dây. + Tình huống có vấn đề là hoàn cảnh trong đó xuất hiện mâu thuẫn nhận thức, khi học sinh tham gia giải quyết thì gặp một khó khăn, học sinh ý thức được vấn đề, mong muốn giải quyết vấn đề đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hi vọng có thể giải quyết được, do đó bắt tay vào việc giải quyết vấn đề đó. Nghĩa là tình huống này kích thích hoạt động nhận thức của học sinh: đề xuất vấn đề và giải quyết vấn đề. a. Những dấu hiệu của tình huống có vấn đề(THCVĐ) : - THCVĐ bao gồm cái gì chưa biết đòi hỏi phải có sự tìm tòi sáng tạo hoạt động tư duy và sự nhanh trí đáng kể. - THCVĐ phải chứa đựng điều gì đó đã biết, phải cho trước những dự kiện nào đó để làm điểm xuất phát cho sự suy nghĩ, sự tìm tòi sáng tạo. - THCVĐ phải vừa sức đối với học sinh. Nếu quá đơn giản, chứa đựng những lời giải tường minh từ kho tri thức cũ của học sinh thì không tạo ra được sự kích thích, mà sẽ tạo ra sự thờ ơ, coi thường. Ngược lại, nếu tình huống quá khó, học sinh không thể tìm ra câu trả lời thì dễ dẫn đến tâm lý bi quan, chán nản dẫn đến thờ ơ. - Đồng thời với tính vừa sức, THCVĐ phải có tính mới lạ, tính không bình thường của bài toán nhận thức nhằm kích thích tạo sự thắc mắc, sự tòi mò, sự hứng thú và lòng khao khát nhận thức của học sinh. b. C¸c kiÓu t×nh huèng cã vÊn ®Ò -T×nh huèng ph¸t triÓn hoµn chØnh Học sinh đứng trước một vấn đề chỉ mới được giải quyết một phần, một bộ phận, trong một phạm vi hẹp, cần phải tiếp tục phát triển, hoàn chỉnh, mở rộng thêm sang những phạm vi mới, lĩnh vực mới. Quá trình phát triển hoàn chỉnh sẽ đem lại những kết quả mới ( kiến thức mới, kỹ năng mới, phương pháp mới) nhưng trong quá trình đó, vẫn có thể sử dụng những kiến thức, kỹ năng, phương pháp đã biết. 17 Ví dụ: Để giải thích được nguyên nhân làm cạnh khung dây (ở ví dụ trên) chuyển động được phải đưa ra một loại lực mới và để xét độ lớn của lực này (lực căng bề mặt) cần làm thí nghiệm,... - T×nh huèng lùa chän Học sinh ở trạng thái cân nhắc suy tính khi cần lựa chọn một phương án thích hợp nhất trong những điều kiện xác định để giải quyết vấn đề. Khi đó, học sinh đứng trước một vấn đề có mang một số dấu hiệu quen thuộc, có liên quan đến một số kiến thức hay một số phương pháp giải quyết đã biết, nhưng chưa chắc chắn là có thể dùng kiến thức nào, phương pháp nào có hiệu quả để giải quyết được vấn đề đặt ra. Ví dụ: ở lớp 10, khi nghiên cứu sự tương tác bằng va chạm giữa hai vật, một vấn đề mới được đặt ra là: Liệu đại lượng nào được bảo toàn trong quá trình hai vật tương tác không? Học sinh không thể trả lời ngay được câu hỏi này, nhưng học sinh cảm nhận được rằng: Đây là bài toán hai vật tương tác chuyển động, vậy có thể áp dụng được các định luật Niutơn để giải quyết. Mặt khác học sinh cũng suy nghĩ đến phương án thí nghiệm khảo sát chuyển động của các vật để tìm hiểu. Như vậy, có hai cách để giải quyết vấn đề trên. Việc lựa chọn cách giải quyết nào sẽ tuỳ theo tình hình lớp học và tình hình thiết bị của nhà trường. Như vậy cách giải quyết vấn đề và kiến thức cần dùng khi giải quyết vấn đề là đã biết, nhưng để đi đến kết quả đó thì học sinh phải biết vận dụng kiến thức một cách sáng tạo. - T×nh huèng bÕ t¾c: Học sinh đứng trước một vấn đề mà trước đây chưa gặp một trường hợp nào tương tự. Vấn đề cần giải quyết không có một dấu hiệu nào liên quan đến một kiến thức hoặc phương pháp đã biết để giải quyết vấn đề. Tình huống này thường bắt gặp khi nghiên cứu một lĩnh vực mới. Ví dụ: khi bắt đầu nghiên cứu quang hình học, học sinh cần phải tìm quy luật về đường truyền của tia sáng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Trước đó, học sinh chưa biết đến một kiến thức nào có liên quan đến hiện tượng này và cũng chưa biết cách nào để xác định được mối liên hệ định lượng giữa góc tới và góc khúc xạ. Cách giải quyết vấn đề duy nhất lúc này là phải làm thí nghiệm. Song có làm thí nghiệm cũng khó có thể thấy góc tới và góc khúc xạ liên hệ với nhau theo một hàm số sin. Để diễn tả được quy luật về đường truyền của tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường, còn phải xây dựng kiến thức mới là khái niệm chiết suất. - Tình huống ngạc nhiên, bất ngờ Học sinh đứng trước một hiện tượng xảy ra theo một chiều hướng trái với suy nghĩ thông thường ( có tính chất nghịch lý, hầu như khó tin được đó là sự thật ), 18