CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1. Bài tập vật lí 1. Khái niệm bài tập vật lí Trong thực tế dạy học, người ta thường gọi một vấn đề không lớn, được giải quyết nhờ những suy lý lôgic, những phép toán và thí nghiệm, dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp Vật lí là một BTVL [30].
Theo Phạm Hữu Tòng thì BTVL trong dạy học được hiểu là vấn đề đặt ra cần phải giải quyết nhờ suy luận logic, tính toán, làm thí nghiệm trên cơ sở các định luật và phương pháp Vật lí [28]. Theo Từ điển Tiếng Việt thì bài tập là bài ra cho HS làm để vận dụng những điều đã học [27]. Theo Thái Duy Tuyên thì bài tập là một hệ thông tin xác định bao gồm hai tập hợp gắn bó chặt chẽ và tác động qua lại với nhau gồm [33]: - Những điều kiện là tập hợp những dữ liệu xuất phát, diễn tả trạng thái ban đầu của BT từ đó có thể tìm ra cách giải quyết, đó là “cái cho” hay là “giả thiết”. - Những yêu cầu là trạng thái mong muốn đạt tới, đó là “cái phải tìm” hay “kết luận”.
Hai tập hợp này tạo thành bài tập nhưng lại không phù hợp nhau, thậm chí mâu thuẫn nhau, từ đó xuất hiện nhu cầu phải biến đổi để khắc phục sự không phù hợp hay mâu thuẫn giữa chúng, đó chính là “lời giải” của bài toán. Như vậy có thể hiểu BTVL là những bài luyện tập với mục đích là nghiên cứu các hiện tượng Vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy Vật lí của HS và rèn luyện kỹ năng vận dụng các kiến thức vào thực tiễn, được giải quyết nhờ các suy lý lôgic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp Vật lí. Phân loại bài tập vật lí BTVL rất đa dạng và phong phú cho nên việc phân loại BTVL có nhiều cách khác nhau. Có thể phân loại BTVL theo các tiêu chí sau [33], [13], [28]: - Phân loại theo độ khó thì có các dạng như sau: BT nâng cao.
- Phân loại dựa vào nội dung thì có các dạng sau: BT có nội dung lịch sử. BT có nội dung cụ thể hoặc trừu tượng. BT theo đề tài vật lí. Trong loại BT này có các dạng như sau: + BT cơ.
BT kĩ thuật tổng hợp. - Phân loại theo các bước của quá trình dạy học thì có các dạng sau: BT mở bài, tạo tình huống dạy học. BT nghiên cứu kiến thức mới. BT củng cố, hệ thống hóa kiến thức.
BT về nhà. - Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải thì có các dạng sau: BT định tính. BT định lượng. BT thí nghiệm.
- Phân loại theo phương thức trình bày câu trả lời của HS thì có các dạng sau: BT tự luận. 14 BT trắc nghiệm. Những yêu cầu chung khi sử dụng bài tập vật lí trong dạy học BTVL có vai trò quan trọng trong dạy học và nó có thể được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học. Tuy nhiên, việc sử dụng BTVL trong dạy học sao cho phát huy tối đa vai trò của nó thì cần chú ý những yêu cầu chung sau [28]: - Trong dạy học, GV phải có kế hoạch cụ thể đối với việc sử dụng BTVL cho từng chủ đề, từng tiết học cụ thể.
Có như vậy mới phát huy được khả năng của BT trong việc thực hiện những yêu cầu của dạy học vật lí. Để có được kế hoạch cụ thể cho từng chủ đề, từng tiết học thì GV cần thực hiện các việc sau đây: + Lựa chọn, chuẩn bị các BT nêu vấn đề để sử dụng trong các tiết nghiên cứu tài liệu mới nhằm kích thích hứng thú học tập và phát triển tư duy của HS. + Lựa chọn, chuẩn bị các BT sử dụng nghiên cứu kiến thức mới. + Lựa chọn, chuẩn bị các BT nhằm củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lí thuyết cụ thể đã học, cung cấp cho HS những hiểu biết về thực tế, kĩ thuật có liên quan với kiến thức lí thuyết.
+ Lựa chọn, chuẩn bị những BT điển hình nhằm hướng dẫn HS vận dụng kiến thức đã học để giải những loại BT cơ bản, nâng cao; hình thành PP chung để giải mỗi loại BT đó. + Lựa chọn, chuẩn bị các BT nhằm kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức, kĩ năng của HS về từng kiến thức cụ thể và từng phần của chương trình. + Sắp xếp các BT đã lựa chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và PP sử dụng trong tiến trình dạy học. - Trong việc giải BTVL phải dạy cho HS biết vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề đặt ra, phải rèn luyện cho HS kĩ năng giải những loại BT cơ bản thuộc những phần khác nhau của SGK.
- Trong việc giải BTVL phải đặc biệt coi trọng việc rèn luyện các thao tác tư duy cho HS nhằm phát triển tư duy và đảm bảo tính tự lập của HS. Giải BT nói chung và giải BTVL nói riêng không phải chỉ giúp cho HS củng cố kiến thức, luyện 15 tập áp dụng những định luật đã học mà quan trọng hơn, nó hình thành chính phong cách nghiên cứu khoa học, PP tiếp cận các hiện tượng nghiên cứu. Khái niệm Theo Nguyễn Đức Thâm: "BTTN là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập" [13]. Theo Nguyễn Thượng Chung: "BTTN là loại bài tập đòi hỏi học sinh 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 thí nghiệm theo qui trình, qui tắc để thu thập và xử lí các kết quả nhằm giải quyết một cách khoa học, tối ưu bài toán cụ thể được đặt ra" [3]. Như vậy có thể hiểu BTTN là những bài tập mà trong khi giải phải tiến hành những thí nghiệm, những quan sát hoặc để kiểm chứng lời giải lý thuyết hoặc tìm các số liệu, dự kiến dùng cho việc giải bài tập hoặc nghiên cứu sự phụ thuộc giữa các đại lượng vật lí. Những thí nghiệm này có thể cho giáo viên tiến hành để học sinh quan sát, có thể cho học sinh tự thực hiện ở lớp, ở phòng thí nghiệm hay ở nhà. Bài tập thí nghiệm vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực nghiệm nó có tác dụng lớn trong việc bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiêm, phương pháp cơ bản của nhận thức vật lí.
Phân loại Có nhiều cách để phân loại BTTN vật lí, sau đây là một số cách phân loại BTTN vật lí [13], [33]. Phân loại theo tính chất gồm có: BTTN định tính; BTTN định lượng. Phân loại theo độ khó gồm có: BTTN đơn giản; BTTN tổng hợp; BTTN sáng tạo. Phân loại theo các bước của QTDH gồm có: BTTN mở bài, tạo tình huống dạy học; BTTN củng cố, hệ thống hoá kiến thức; BTTN nghiên cứu kiến thức mới; BTTN về nhà; BTTN kiểm tra.
16 Theo đặc điểm của hoạt động nhận thức gồm: BTTN tái hiện; BTTN sáng tạo. Dưới đây chúng tôi chỉ tập trung phân tích phân loại BTTN theo tính chất, gồm có: BTTN định tính; BTTN định lượng. BTTN định tính Đây là loại BTTN khi giải, HS không cần thực hiện các phép tính phức tạp mà chỉ phải làm các phép tính đơn giản có thể nhẩm được, không cần các thao tác đo đạc lấy số liệu, chỉ yêu cầu HS hiểu nguyên tắc bài toán. Để giải loại bài tập này HS phải thực hiện những phép suy luận lôgic dựa trên các khái niệm, quy luật, định luật vật lí và các quan sát thu được trong thí nghiệm [28], vì vậy BTTN định tính là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy của HS.
Việc giải các bài tập này sẽ giúp cho HS hiểu rõ được bản chất của các hiện tượng, quy luật vật lí và rèn luyện cho HS sự chú ý đến việc phân tích nội dung vật lí của các bài tập tính toán. BTTN quan sát và giải thích hiện tượng: Đó là những bài tập yêu cầu học sinh: - Làm thí nghiệm theo chỉ dẫn. - Quan sát theo mục tiêu đã chỉ sẵn. - Mô tả hiện tượng bằng kiến thức đã có.
Câu hỏi của loại bài tập này thường là: Cái gì xảy ra nếu…? và tại sao lại xảy ra như vậy? Với câu hỏi thứ nhất HS phải làm thí nghiệm để quan sát, mô tả. Đó là quá trình tích luỹ sự kiện. Với câu hỏi thứ hai, HS buộc phải liên hệ sự kiện quan sát xẩy ra trong thí nghiệm với những định nghĩa, khái niệm, hiện tượng Vật lí đã học. Các hành động tư duy và thực hành nêu ra ở trên rõ ràng là có tác dụng tốt để bồi dưỡng cho HS các thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá, các kỹ năng, kỹ xảo thực hành khi tiến hành thí nghiệm, kỹ năng quan sát có mục đích, khả năng lập luận, diễn đạt bằng ngôn ngữ nói và viết.
Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm: Đây là loại bài tập phổ biến nhất trong các BTTN ở trường phổ thông bởi thí nghiệm được tiến hành trong tư duy; vì vậy nó hoàn toàn khả thi trong điều kiện thiếu thốn trang thiết bị như hiện nay ở trường phổ thông Việt Nam; các bài tập này là bước đệm để HS giải các BTTN định lượng. 17 Nội dung của loại bài tập này là: HS căn cứ vào yêu cầu của bài toán, vận dụng các định luật một cách hợp lý, thiết kế phương án thí nghiệm để: - Đo đạc một đại lượng vật lí nào đó. - Xác định sự phụ thuộc nào đó giữa các thông số vật lí. Chúng có tác dụng bồi dưỡng năng lực thiết kế, hình thành trực giác khoa học, phát triển tư duy sáng tạo cho HS.
Câu hỏi của loại bài tập này thường là [20]: - “ Làm thế nào để đo được…với các thiết bị…?” - “ Hãy tìm cách xác định đại lượng…với các thiết bị…” - “ Nêu phương án đo… với các dụng cụ…” - “ Nêu các phương án đo…” Ví dụ: Làm thế nào để đo khối lượng của chiếc thước mét đồng chất với các dụng cụ: Quả cân 50g, thước mét, giá đỡ và sợi dây.