SKKN Phát triển năng lực giải quyết vấn đề thông qua việc xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập phương án thí nghiệm cơ học.

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1. Lý do chọn đề tài.
Như chúng ta đã biết, mục tiêu của giáo dục trong đó hoạt động cơ bản là dạy học, là hình thành và phát triển nhân cách cho học sinh. Dạy học không chỉ đơn thuần cung cấp cho học sinh những tri thức và kinh nghiệm mà loài người đã tích lũy được mà phải góp phần tích cực vào việc hình thành và phát triển nhân cách cho học sinh theo mục tiêu đào tạo. Học sinh cùng được tham gia tích cực, chủ động vào các hoạt động học tập thì các phẩm chất và năng lực cá nhân sớm được hình thành và phát triển toàn diện. Năng động và sáng tạo là những phẩm chất cần thiết trong cuộc sống hiện đại, nó phải được hình thành ngay khi còn ngồi trên ghế nhà trường.
Chính vì lẽ đó, trong các môn học nói chung và môn Vật lí nói riêng, việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tích cực hóa hoạt động học tập của học sinh đã được các giáo viên áp dụng từ nhiều năm nay, trong đó phương pháp tự nghiên cứu giúp học sinh tự học, tự sáng tạo được đánh giá là phương pháp có giá trị giáo dục lớn nhất. Và việc thực hiện các thí nghiệm vật lí ở nhà trường là một trong các biện pháp quan trọng nhất để nâng cao chất lượng dạy và học Vật lí. Điều này quyết định bởi đặc điểm của khoa học Vật lí vốn là khoa học thực nghiệm và bởi nguyên tắc dạy học là nguyên tắc trực quan “học đi đôi với hành”.
Tuy nhiên, để thực hiện được các thí nghiệm thì việc đầu tiên là phải xây dựng được một phương án hợp lí, có tính khả thi và độ chính xác cao. Việc này cần dựa trên một nền tảng kiến thức vững vàng cả về lí thuyết và thực tiễn về đối tượng, hiện tượng cần nghiên cứu. Do đó, việc xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập phương án thí nghiệm sẽ giúp cho học sinh phát triển năng lực giải quyết các vấn đề về lí thuyết cũng như thực tiễn một cách hiệu quả.
Nhận thức được tầm quan trọng của việc đổi mới phương pháp dạy học trong giai đoạn hiện nay và ý nghĩa của việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS trong dạy học vật lý; đồng thời góp phần nâng cao hơn nữa chất lượng dạy học vật lý ở trường THPT, chúng tôi chọn đề tài ngiên cứu “Phát triển năng lực giải quyết vấn đề thông qua việc xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập phương án thí nghiệm cơ học”.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Định hướng dạy học theo phương pháp hiện đại, phát triển năng lực giải quyết vấn đề học sinh và vận dụng lý thuyết vào thực tiễn.
Khuyến khích khả năng tự học, tự nghiên cứu cá nhân và làm việc nhóm, phát huy tính chủ động, tích cực, tự tin sáng tạo của học sinh.
Giúp học sinh hiểu sâu hơn vai trò của thí nghiệm vật lý trong nghiên cứu khoa học và đời sống thực tế, tăng hứng thú và trực quan sinh động cho học sinh.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu:
+ Hoạt động dạy và học vật lý ở trường THPT.
+ Bài tập xây dựng phương án thí nghiệm ở THPT.
– Phạm vi nghiên cứu: + Bài tập xây dựng phương án thí nghiệm cơ học ở THPT cho chương trình đại trà và chương trình chuyên.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
– Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
+ Nghiên cứu các tài liệu về lý luận và phương pháp dạy học Vật lý.
+ Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách bài tập và các tài liệu tham khảo.
– Phương pháp điều tra:
+ Điều tra thực trang dạy học bài tập thí nghiệm ở trường THPT hiện nay.
– Phương pháp thực nghiệm sư phạm:
+ Dùng để tổ chức thí nghiệm, đánh giá hiệu quả sư phạm nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài.
1.5. Đóng góp của đề tài
Đề tài có tính mới, không trùng với các đề tài đã biết, định hướng theo mục tiêu đổi mới của chương trình giáo dục, đáp ứng nhu cầu và mục đích dạy học môn vật lý ở trường phổ thông.
Xây dựng được hệ thống bài tập phương án thí nghiệm phần cơ học THPT theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề.
Đề xuất được quy trình sử dụng hệ thống bài tập phương án thí nghiệm phần cơ học THPT theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học vật lý.
PHẦN 2: NỘI DUNG
I. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
1. Cơ sở lí luận
1.1. Một số vấn đề về năng lực giải quyết vấn đề
a. Khái niệm năng lực
Hiện nay có rất nhiều cách diễn đạt khác nhau về khái niệm năng lực nhưng tất cả đều chung một nhận định: Năng lực gắn với khả năng thực hiện, nghĩa là phải biết làm chứ không dừng lại ở hiểu. Và hành động làm ở đây lại gắn với những yêu cầu cụ thể về kiến thức, kỹ năng và thái độ để đạt được kết quả.
Năng lực có những đặc điểm sau:
– Năng lực chỉ có thể quan sát được qua hoạt động của cá nhân ở các tình huống nhất định.
– Năng lực thể hiện dưới hai dạng là năng lực chung và năng lực chuyên biệt. – Năng lực được hình thành và cải thiện liên tục trong suốt cuộc đời con người vì sự phát triển năng lực thực chất là sự thay đổi cấu trúc nhận thức và hành động của cá nhân. Vì thế, năng lực có thể bị yếu hoặc mất đi nếu không được sử dụng tích cực và thường xuyên.
– Phát triển năng lực cần dựa trên cơ sở phát triển các thành phần (kiến thức, kỹ năng, thái độ…), trong đó phải được “thực hành”, huy động tổng hợp các thành phần trong các tình huống.
b. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề
Vấn đề là trạng thái mà ở đó có sự mâu thuẫn hay có khoảng cách giữa thực tế và mong muốn. Giải quyết vấn đề là một quá trình trong đó người học xác định được vấn đề cần giải quyết, lựa chọn được một giải pháp tối ưu để giải quyết được một vấn đề mới lạ và đánh giá những gì xảy ra. Như vậy, năng lực giải quyết vấn đề là năng lực xác định được mục tiêu của vấn đề, đề ra được các giải pháp để giải quyết vấn đề đó, chọn được giải pháp tối ưu trong các giải pháp đã đề ra để thực hiện, đánh giá được kết quả thu được, rút kinh nghiệm khi xử lí các vấn đề khác tương tự và đề xuất được vấn đề mới khi cần thiết. Hoạt động nhận thức của con người chỉ thực sự bắt đầu khi con người gặp phải mâu thuẫn giữa trình độ hiểu biết đang có và nhiệm vụ mới phải giải quyết. Như vậy, hoạt động nhận thức của học sinh trong học tập thực chất là hoạt động giải quyết vấn đề nhận thức.
c. Những dấu hiệu của năng lực giải quyết vấn đề
– Có khả năng phát hiện các vấn đề cần giải quyết.
– Có khả năng tự di chuyển các tri thức, kỹ năng sang một tình huống mới.
Điều này thể hiện sự liên hệ, vận dụng các kiến thức đã học một cách linh hoạt.
– Có khả năng cân nhắc những cách tiếp cận khác nhau dưới những góc nhìn khác nhau, từ đó lựa chọn được phương án tối ưu nhất để giải quyết vấn đề đặt ra.
– Có khả năng đánh giá kết quả đạt được sau khi giải quyết xong vấn đề, nhận ra được ưu khuyết điểm của cách tiếp cận và cải tiến phương án để đem lại hiệu quả cao hơn.
1.2. Một số vấn đề cơ bản về bài tập phương án thí nghiệm.
a. Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm
Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm là dạng bài tập bắt buộc để thực hiện bài tập thí nghiệm thực. Đây là dạng bài tập mà thí nghiệm được tiến hành trong tư duy, vì vậy nó hoàn toàn khả thi trong điều kiện thiếu thốn trang thiết bị thí nghiệm. Đây là dạng bài tập cơ sở để học sinh thực hiện các thí nghiệm thực.
Nội dung của bài tập thiết kế phương án thí nghiệm là căn cứ vào yêu cầu của bài tập, học sinh vận dụng các định luật một cách hợp lí, thiết kế phương án thí nghiệm để:
– Đo đạc một đại lượng vật lý nào đó.
– Xác định sự phụ thuộc nào đó giữa các thông số vật lý.
Các bài tập thiết kế phương án thí nghiệm có tác dụng bồi dưỡng năng lực thiết kế, hình thành trực giác khoa học, phát triển tư duy sáng tạo của học sinh và đặc biệt là phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
Câu hỏi của loại bài tập này thường là: “Làm thế nào để đo được … với các thiết bị…?”; “Hãy xác định đại lượng … với các thiết bị…”; “Nêu phương án đo … với các dụng cụ … ”; “Nêu các phương án đo …”.
b. Các bước tiến hành xây dựng bài tập thiết kế phương án thí nghiệm – Bước 1: Tìm hiểu đề bài.
Đây là bước rất quan trọng. Cần phân biệt đâu là dự kiện đã cho và đâu là cái cần tìm. Trong trường hợp cần thiết có thể tóm tắt ngắn gọn các dự kiện và yêu cầu bằng sơ đồ các kí hiệu.
– Bước 2: Phân tích nội dung để làm rõ ý nghĩa của những hiện tượng đề cập trong bài tập và vai trò của các dụng cụ đã cho trong bài tập. Có thể phân tích thông qua các việc trả lời các câu hỏi như: các đại lượng cần đo có liên quan như thế nào? Cần phải sử dụng những kiến thức nào đã học? Làm thế nào để đo được?
– Bước 3: Xây dựng phương án thí nghiệm
Trong bước này, ta phải vận dụng tổng hợp nhiều đơn vị kiến thức và những hiểu biết từ thực tế, xác định sự phụ thuộc cần kiểm tra, khảo sát để đề ra các phương án khả dĩ. Từ đó lựa chọn phương án tối ưu phù hợp với điều kiện theo yêu cầu bài toán.
c. Phân loại các bài toán thiết lập phương án thí nghiệm
Bài toán thiết lập phương án thí nghiệm là loại bài toán không đòi hỏi phải đầu tư về vật chất nhưng yêu cầu học sinh phải có hiểu biết sâu sắc về lý thuyết và có đầu óc thực tế. Bài toán thiết lập phương án thí nghiệm còn là một bài toán liên quan chặt chẽ đến tất cả các lĩnh vực của vật lý: Cơ, nhiệt, điện, quang, …, đa dạng và phong phú. Tuy nhiên ta có thể phân loại chúng thành các dạng cơ bản sau:
– Thiết lập phương án đo các đại lượng vật lý, các hằng số vật lý (với các dụng cụ cho sẵn hoặc các dụng cụ tùy chọn, hoặc trong điều kiện khống chế).
– Thiết lập phương án bác bỏ một giả thuyết vật lý.
– Thiết lập phương án thiết kế một dụng cụ vật lý.
Với mỗi dạng bài toán khác nhau ta có thể thiết kế những phương pháp khác nhau phù hợp với thực tế và điều kiện khách quan.
1.3. Cơ sở thực tiễn
Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, phần lớn kiến thức vật lý trong chương trình trung học phổ thông liên hệ chặt chẽ với các thí nghiệm và hầu như được rút ra từ thực nghiệm. Sự phong phú về kiến thức, sự đa dạng về hình thức thí nghiệm chính là những lợi thế lớn đối với tiến trình đổi mới phương pháp dạy học bộ môn, để thực hiện tốt những yêu cầu về nội dung và phương pháp giáo dục như luật giáo dục đã quy định.
Tuy nhiên, hiện nay việc đổi mới phương pháp dạy học vật lý ở các trường THPT còn chậm, các hình thức dạy học chủ yếu vẫn là “thông báo – tái hiện”, các bài tập và nhiệm vụ về thí nghiệm còn khá ít ỏi và chưa được coi trọng trong dạy học vật lý. Điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển tư duy cũng như năng lực xử lý các vấn đề được đặt ra trong học tập và cuộc sống.
Nguyên nhân của thực trạng trên là tính thiếu đồng bộ trong việc đổi mới phương pháp dạy học và hình thức kiểm tra đánh giá. Các kì thi cũng rất ít đề cập đến các vấn đề về thí nghiệm. Vì thế, trong quá trình giảng dạy nhiều giáo viên đã không chú ý đến rèn luyện các kỹ năng liên quan đến các vấn đề thí nghiệm. Trong khi đó, việc rèn luyện các kỹ năng giải quyết các vấn đề về thí nghiệm lại là bước đi rất cần thiết để hình thành ở học sinh năng lực giải quyết vấn đề, phát triển tư duy, sáng tạo – là hành trang quan trọng để học sinh bước vào cuộc sống. Thực tiễn dạy học cho thấy, việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh là hết sức quan trọng. Nó có tác dụng thiết thực để học sinh chủ động chiếm lĩnh kiến thức và vận dụng kiến thức đó vào thực tế, từ đó làm cho học sinh tự tin và tích cực hơn trong học tập. Dạy học không chỉ là việc truyền thụ hệ thống kiến thức cơ bản mà điều quan trọng là xây dựng ở học sinh phương pháp suy nghĩ, phong cách làm việc, cách tiếp cận và giải quyết các vấn đề thực tiễn đặt ra. Đối với môn vật lý, việc đặt học sinh vào yêu cầu giải quyết các vấn đề về thí nghiệm giúp học sinh rèn luyện các kỹ năng, thao tác tư duy so sánh, phân tích, suy luận, khái quát…đó là cơ sở để học sinh lĩnh hội các kiến thức vật lý một cách chủ động, sâu sắc, không máy móc đồng thời biết vận dụng vào thực tiễn hiệu quả.
II. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM CƠ HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG.
1. Nguyên tắc chung khi giải các bài toán thiết lập phương án thí nghiệm.
Khi gặp bài toán này, việc tìm ra “miền xác định” của hiện tượng là quan trọng. Khi đó, học sinh phải xác định xem hiện tượng vật lý trong bài chịu ảnh hưởng của định luật nào. Tìm tất cả các công thức liên quan và xem xét khả năng ứng dụng thực tế của từng công thức. Chọn công thức đơn giản và chính xác nhất (để trong quá trình tiến hành thí nghiệm giảm được sai số nhiều nhất). Trả lời các câu hỏi như các đại lượng trong công thức sẽ được đo bằng dụng cụ nào và xác định như thế nào? Cuối cùng, ta thiết lập phương án theo hệ thống các bước:
– Cơ sở lý thuyết.
– Phương án tiến hành thí nghiệm.
– Xử lý số liệu.
– Đánh giá sai số và nhận xét (chỉ ra cách làm giảm sai số).
Thường thì để có một bài thiết lập phương án hoàn hảo, học sinh phải trải qua một quá trình tiến hành thí nghiệm thực để rút ra các kinh nghiệm cũng như cách xử lý tình huống và sai số.