Chương 1. Cơ sở lí luận về việc xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm vật lí nhằm bồi dưỡng NLTN của HS trong dạy học Vật lí. Xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm vật lí trong dạy học một số kiến thức “Cân bằng lực, moment lực” trong mạch nội dung “Động lực học” (chương trình GDPT 2018) nhằm bồi dưỡng NLTN của HS. Thực nghiệm sư phạm.
CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM VẬT LÍ NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ. Bài tập thí nghiệm vật lí 1. Khái niệm bài tập thí nghiệm vật lí Đã có rất nhiều ý kiến khác nhau khi nói về BTTN. Như tác giả Nguyễn Đức Thâm và nnk.
(2002) cho rằng: “BTTN là bài tập đòi hỏi phải làm thực nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập”. Theo Nguyễn Thượng Chung (2002) thì: “BTTN là loại bài tập đòi hỏi HS phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức lí thuyết và thực nghiệm, các kĩ năng hoạt động trí óc và chân tay, vốn hiểu biết về vật lí, kĩ thuật và thực tế đời sống,… để tự mình xây dựng phương án, lựa chọn phương tiện, xác định các điều kiện thích hợp, tự mình thực hiện thực nghiệm theo quy trình, quy tắc để thu nhập và xử lí các kết quả nhằm giải quyết một cách khoa học, tối ưu bài toán cụ thể được đặt ra”. Như vậy, có thể hiểu rằng: BTTN trong dạy học Vật lí (BTTN vật lí) vừa là bài tập vừa là thí nghiệm, đòi hỏi HS phải vận dụng các kiến thức đơn lẻ hay kiến thức tổng hợp cùng các kĩ năng thực hành,… để xây dựng các phương án, lựa chọn và chế tạo các phương tiện thực hiện TN dùng để quan sát diễn biến hiện tượng hoặc để đo đạc, xác định một đại lượng vật lí nào đó, hoặc để nghiên cứu sự phụ thuộc giữa các thông số vật lí, hoặc kiểm tra tính chân thực của lời giải lý thuyết, sau đó xử lí tư liệu đã quan sát và đo đạc nhằm tìm ra lời giải đáp và đáp số cuối cùng mà bài tập yêu cầu. Giải BTTN vật lí là một hình thức hoạt động học tập, tăng cường hứng thú, sáng tạo, gắn học với hành, lí luận với thực tế, kích thích tính tích cực, tự lực, trí thông minh, tài sáng tạo, tháo vát của từng HS và đặc biệt đối với HS khá giỏi.
Việc HS tiến hành giải BTTN vật lí sẽ làm cho tư duy phân tích, tổng hợp, phán đoán, trừu tượng hóa, khái quát hóa và cả trực giác khoa học được bồi dưỡng và rèn luyện. Đó là những nghiên cứu nhỏ - tạo điều kiện tốt để phát triển tư duy và khả năng nhận thức cho HS. Phân loại bài tập thí nghiệm vật lí Theo tác giả Phạm Thị Phú (1999), căn cứ vào yêu cầu và phương thức giải ta có thể phân chia BTTN thành hai loại là: BTTN định tính và BTTN định lượng. Bài tập thí nghiệm định tính Loại bài tập này không có các phép đo đạc, tính toán định lượng.
Khi giải nó thì HS phải lắp ráp TN theo sơ đồ cho trước hoặc theo những điều kiện đã xác định; sau đó tiến hành TN. HS phải quan sát diễn biến của hiện tượng vật lí trong TN và sử dụng những suy luận lôgic dựa trên cơ sở các định luật, khái niệm vật lí đã học để mô tả và giải thích những kết quả đã quan sát được, hoặc sử dụng kết quả mà từ TN quan sát được để giải thích các hiện tượng đã có. BTTN định tính có thể phân thành hai dạng: - Dạng 1: BTTN quan sát và giải thích hiện tượng Khi giải bài tập dạng này yêu cầu HS phải thực hiện các công việc sau: + Làm TN theo sự hướng dẫn của giáo viên (GV). + Quan sát TN theo mục tiêu đã chỉ sẵn.
+ Mô tả hiện tượng bằng kiến thức đã có. Để giải dạng bài tập này thì HS cần phải trả lời các câu hỏi như: + Hiện tượng xảy ra như thế nào? + Tại sao lại xảy ra hiện tượng đó? Trả lời câu hỏi thứ nhất, HS tham gia vào quá trình tích luỹ kiến thức về hiện tượng, mô tả được diễn biến của hiện tượng. Còn câu hỏi thứ hai, giúp cho HS liên hệ sự kiện quan sát xảy ra trong TN với những định nghĩa, khái niệm, hiện tượng vật lí đã học. Tức là giúp HS biết cách lập luận khi giải thích bản chất của hiện tượng.
Đây chính là cơ hội để bồi dưỡng cho HS các thao tác tư duy, khả năng lập luận, diễn đạt bằng ngôn ngữ nói và viết. - Dạng 2: Bài tập thiết kế PATN 7 Dạng bài tập này khá phổ biến ở trường phổ thông vì TN được tiến hành trong tư duy. Do đó, nó hoàn toàn khả thi trong điều kiện trang thiết bị TN còn chưa đầy đủ như hiện nay. Các bài tập này là tiền đề cho HS giải các BTTN định lượng.
Nội dung của dạng bài tập này thường là HS căn cứ vào yêu cầu của bài toán, vận dụng các định luật một cách hợp lý, thiết kế phương án TN để: + Đo các đại lượng vật lí + Quan sát một quá trình vật lí, minh hoạ cho một định luật vật lí. Để giải dạng bài tập này thì HS cần phải thực hiện các yêu cầu như: + Làm thế nào để đo đạc được. với các thiết bị.? + Hãy tìm cách xác định các đại lượng.với các thiết bị.? + Nêu phương án đo.với các dụng cụ.? + Nêu các phương án đo.? Với loại bài tập này, HS phải tiến hành một loạt các hoạt động tư duy sáng tạo, để liên kết yêu cầu của bài toán với các dự kiện đã cho bằng các tri thức vật lí đã có, để thiết kế trong óc một mô hình TN và tiến hành TN trong tưởng tượng, sau đó diễn đạt bằng lời TN tưởng tượng mà mình đã thực hiện. Bài tập thí nghiệm định lượng Đây là loại bài tập yêu cầu HS ngoài việc chú ý đến hiện tượng vật lí còn phải đo đạc các đại lượng vật lí bằng các thiết bị; tìm mối liên hệ giữa các đại lượng vật lí.
BTTN định lượng có thể ở các mức độ tăng dần như sau: - Mức độ 1: Cho thiết bị, cho sơ đồ thiết kế và hướng dẫn cách làm thí nghiệm. Yêu cầu đo đạc các đại lượng, xử lí kết quả đo đạc để đi đến kết luận. - Mức độ 2: Cho thiết bị, yêu cầu thiết kế phương án TN, làm TN đo đạc các đại lượng cần thiết, xử lí số liệu để đi đến kết luận. - Mức độ 3: Yêu cầu tự lựa chọn thiết bị, thiết kế phương án TN, làm TN đo đạc, xử lí số liệu để tìm quy luật.
8 Dựa vào cách phân loại bài tập thí nghiệm (Phạm Thị Phú, 1999), những hành động của HS trong hoạt động giải bài tập, các mức độ về BTTN ta có thể thấy rõ bức tranh về BTTN ở trường THPT theo sơ đồ phân loại hệ thống bài tập thí nghiệm vật lí như sau: Sơ đồ 1. Phân loại hệ thống bài tập thí nghiệm vật lí (Phạm Thị Phú, 1999). Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh thông qua bài tập thí nghiệm vật lí 1. Khái niệm năng lực thực nghiệm của học sinh Theo Bộ Giáo dục và Đào tạo (2015), NL là sự huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí.
để thực hiện một loại công việc trong một bối cảnh nhất định. NL là một tập hợp hoặc tổng hợp hết tất cả những thuộc tính của cá nhân con người, nó gắn liền với kiến thức, kĩ năng, thái độ trong một lĩnh vực hoạt động tương ứng, đảm bảo cho các hoạt động đạt được kết quả cao như mong muốn (Phùng Việt Hải, 2015). 9 NL bao gồm năng lực chung và năng lực chuyên biệt (Phạm Thị Phú & Nguyễn Đình Thước, 2019). Trong đó: Năng lực chung là hệ thống những thuộc tính trí tuệ cá nhân, đảm bảo cho cá nhân nắm bắt được tri thức và hoạt động một cách dễ dàng, có hiệu quả.
Năng lực chung gồm: Năng lực tự học, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, năng lực quản lý, năng lực giao tiếp, năng lực hợp tác, năng lực sử dụng công nghệ thông tin (CNTT) và truyền thông, năng lực ngôn ngữ, năng lực tính toán. Năng lực chuyên biệt là năng lực của một lĩnh vực nào đó, nó vừa thể hiện được những đặc tính của năng lực chung, nhưng đồng thời nó còn có những biểu hiện đặc thù riêng cho lĩnh vực đó. Theo tác giả Phạm Xuân Quế và nnk. (2014), NLTN thuộc nhóm năng lực chuyên biệt, đồng thời môn Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, có khả năng bồi dưỡng cho HS NLTN.
Trong từ điển Tiếng Việt, khái niệm NLTN được định nghĩa như sau: “NLTN là khả năng vận dụng những kiến thức, kinh nghiệm, kĩ năng, thái độ và hứng thú để hành động một cách phù hợp và có hiệu quả trong các tình huống đa dạng của cuộc sống” (Hoàng Phê, 2003). Trên cơ sở đó, tác giả Đinh Anh Tuấn (2015) định nghĩa: “NLTN vật lí là khả năng vận dụng các kiến thức, kĩ năng thực hành trong lĩnh vực vật lí cùng với thái độ tích cực để giải quyết các vấn đề đặt ra trong thực tiễn”. Trong đề tài này, NLTN vật lí được hiểu theo tác giả Đinh Anh Tuấn: NLTN vật lí là NL chuyên biệt đặc thù của môn Vật lí, đòi hỏi HS phải vận dụng những kiến thức, kinh nghiệm, kĩ năng thực hành và thái độ trong lĩnh vực vật lí để giải thích được, làm được, vận dụng được các kiến thức vật lí vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm của học sinh Trong phạm vi đề tài, cấu trúc NLTN được tiếp cận theo quan điểm năng lực bộ phận (Phạm Thị Phú & Nguyễn Đình Thước, 2019) gồm: 10 Bảng 1.
Cấu trúc năng lực thực nghiệm của học sinh Năng lực thành TT Mã hóa Biểu hiện hành vi phần Đặt được câu hỏi về hiện tượng/ tình huống có vấn đề: Hiện tượng điễn ra như thế nào? Điều kiện diễn ra hiện tượng là gì? Những 1 Phát hiện vấn đề NLTN1 đại lượng nào mô tả được hiện tượng? Đo lường đại lượng đó như thế nào? Các đại lượng trong hiện tượng có mối quan hệ như thế nào? Đề xuất giả Nêu được ý tưởng giải quyết vấn đề/câu trả 2 NLTN2 thuyết/dự đoán lời giả định cho vấn đề đặt ra.