Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC 1. Tình hình nghiên cứu về bài toán kĩ thuật 1. Tình hình nghiên cứu về bài toán nói chung Bài toán hay vấn đề là thứ đã xuất hiện từ rất lâu, khi loài người bắt đầu có nhu cầu chinh phục giới tự nhiên và phải đối mặt với các vấn đề về đấu tranh sinh tồn.
Để tồn tại và phát triển, họ cần hiểu biết giới tự nhiên để tạo ra công cụ lao động. Đó cũng chính là nguồn gốc tự nhiên của bài toán và thiết kế kĩ thuật. Qua nhiều thế hệ, kinh nghiệm sống và hiểu biết tự nhiên được đúc kết thành tri thức hoa học chung của nhân loại. Tuy nhiên, xã hội ngày càng phát triển, lượng kiến thức ngày càng đồ sộ và tăng theo cấp số nhân.
Vấn đề, thách thức đặt ra cho con người cũng ngày càng lớn. Họ không chỉ có nhiệm vụ giải quyết vấn đề của thực tiễn đặt ra mà cần giải quyết vấn đề một cách sáng tạo dựa trên các phương pháp tư duy tích cực, chủ động để tự mình chiếm lĩnh tri thức mới. Trong nhiều năm gần đây, việc dạy cho người học phương pháp TDST đã thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu về khoa học giáo dục. Vai trò của GV không chỉ là dạy những nội dung cụ thể có trong tài liệu, sách giáo khoa hay giáo trình mà cần phải xây dựng các hoạt động học tập tích cực, tình huống hoặc mô phỏng tình huống thực tiễn, vấn đề cần giải quyết dưới dạng bài toán nhận thức; trao cơ hội cho người học tự tìm tòi, khám phá và phát hiện ra tri thức mới.
Bài toán nhận thức là một nội dung học tập, một bài tập hay bài toán hoặc câu hỏi chứa đựng vấn đề có tính thách thức, nhằm tạo điều kiện cho 8 người học phát hiện tri thức mới hoặc vận dụng củng cố kiến thức đã được học bằng những hoạt động tích cực, chủ động, sáng tạo. Khi giải bài toán nhận thức, người học không chỉ dừng lại ở mức độ hiểu được kiến thức mà còn biết cách vận dụng vào giải quyết các vấn đề tương tự hoặc phức tạp hơn. Từ đó rèn luyện phát triển tư duy và năng lực nhận thức. Bài toán nhận thức hay tính có vấn đề của nhận thức có vai trò quan trọng đối với việc hình thành kiến thức và phát triển tư duy người học [1], [3].
Việc này đã được nhiều nhà khoa học tâm lí, giáo dục trên thế giới chú trọng, quan tâm nghiên cứu như: M. Vai trò và tác động của bài toán nhận thức với sự phát triển TDST cũng tạo được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu về khoa học giáo dục trong nước. Nghiên cứu về bài toán nhận thức trong dạy học môn sinh học đã được các tác giả Vũ Đức Lưu [38], Lê Đình Trung [49] xây dựng thành hệ thống lí luận, các nguyên tắc xây dựng và sử dụng bài toán nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của người học. Nghiên cứu về bài toán nhận thức trong dạy học hóa học.
Tác giả Đỗ Thị Thúy Hằng [23] đã làm rõ vai trò của bài toán với quá trình nhận thức của học sinh. Đưa ra qui trình hướng dẫn giải bài toán nhận thức; qui trình xây dựng và sử dụng bài toán nhận thức trong các hoạt động nghiên cứu bài học, dạy học các bài luyện tập - ôn tập, bài học có thí nghiệm - thực hành; qui trình triển khai sử dụng bài toán nhận thức để dạy cho học sinh v. Tình hình nghiên cứu về bài toán kĩ thuật trong dạy học Nghiên cứu lí luận về bài toán nói chung, bài toán trong dạy học kĩ thuật nói riêng được các nhà nghiên cứu tâm lí học, giáo dục học về kĩ thuật từ thời Xô viết quan tâm. Trong các nghiên cứu của mình, tác giải T.
Kudriasep [83] đặt 9 trọng tâm nghiên cứu về đặc trưng bài toán trong dạy học kĩ thuật hay BTKT; vai trò của BTKT với việc hình thành và phát triển TDKT cho người học. Đi đi sâu nghiên cứu về cơ sở tâm lí học của TDKT và con đường hình thành nó. Kudriasep cùng cộng sự [83] đã tập trung nghiên cứu cấu trúc của TDKT dựa trên hoạt động giải BTKT của học sinh nghề. Các nhà nghiên cứu đã tiến hành phân tích các hoạt động kĩ thuật đặc trưng, khái quát hóa chúng dưới dạng các bài toán TKKT nhằm mục đích hình thành và phát triển các kĩ năng thiết kế ở người học; phân tích quá trình người học giải các bài toán đó để xác định cấu trúc, con đường hình thành TDKT.
Nhấn mạnh đặc điểm riêng của BTKT với các dạng bài toán nhận thức và vai trò của nó với việc hình thành và phát triển TDKT. Xcacun [31] tập trung phân tích cấu trúc và đặc điểm của BTKT, vai trò của bài toán (vấn đề) kĩ thuật với phát triển TDKT cho người học trong dạy nghề kĩ thuật. Vai trò của BTKT cũng được B.Batưsep [3] đặc biệt nhấn mạnh. Ông đã tập trung nghiên cứu các biện pháp xây dựng và sử dụng chúng trong dạy học kĩ thuật thuộc lĩnh vực đào tạo nghề.
Việt Nam cũng có rất nhiều công trình nghiên cứu về BTKT của các tác giả như: Trần Sĩ Nguyên, Đặng Ngọc Riệp, Phạm Ngọc Uyển, Trần Khánh Đức, Nguyễn Trọng Khanh, Nguyễn Văn Khôi, Trần Quốc Cường, Nguyễn Thị Thanh Huyền, … Bằng việc nghiên cứu cấu trúc, con đường và các yếu tố tác động tới sự hình thành và phát triển của TDKT ở người học. Tác giả Phạm Ngọc Uyển trong luận án “Hình thành tư duy kĩ thuật (như là một thành tố của sự sẵn sàng tâm lí đi vào lao động) cho học sinh phổ thông” [57], đã cho thấy vai trò quan trọng của BTKT với việc hình thành và phát triển TDKT. Tác giả cho rằng “tư duy kĩ thuật có vai trò quyết định đối với việc nắm vững tri thức, kĩ xảo và kĩ năng lao động kĩ thuật mới; TDKT giữ vị trí chủ chốt trong việc lập 10 kế hoạch lao động, … cũng như việc tìm lời giải cho các bài toán kĩ thuật” [57; tr. Tác giả Nguyễn Văn Khôi [30] trong trong luận án “Phương pháp tiếp cận công nghệ và vận dụng vào giảng dạy chương trình Kĩ thuật Công nghiệp phổ thông”, đã nghiên cứu về BTKT dưới dạng bài tập kĩ thuật và đưa ra qui trình khái quát hướng dẫn giải một số bài tập kĩ thuật phổ biến trong dạy học kĩ thuật.
Tác giả Trần Khánh Đức cùng cộng sự trong công trình nghiên cứu về “Khoa học tư duy” đề cập đến BTKT hay nhiệm vụ kĩ thuật và công nghệ. Trên cơ sở phân tích đặc điểm, các dạng nhiệm vụ kĩ thuật đặc trưng, tác giả nhấn mạnh vai trò của nó đối với sự hình thành và phát triển của tư duy khoa học, kĩ thuật và công nghệ thông qua hoạt động “giải quyết (các giải pháp, qui trình kĩ thuật), … Các bài toán, nhiệm vụ, vấn đề, tình huống đặt ra trong các lĩnh vực khoa học, kĩ thuật và công nghệ” [20]. Nghiên cứu chuyên sâu về BTKT, tác giả Nguyễn Trọng Khanh [28] với đề tài luận án “Xây dựng và sử dụng bài toán kĩ thuật nhằm nâng cao chất lượng dạy học môn Kĩ thuật công nghiệp lớp 11 trung học phổ thông” đã khảng định vai trò của BTKT đối với phát triển năng lực kĩ thuật (NLKT) và TDKT. Trong nghiên cứu này, tác giả đã xây dựng hệ thống lí luận về BTKT, bao gồm: khái niệm, đặc điểm, phân loại BTKT.
Trên cơ sở đó, tác giả đề xuất các qui trình: qui trình xây dựng và sử dụng bài toán; qui trình giải bài toán dùng trong các khâu của tiến trình dạy học như: nghiên cứu kiến thức, củng cố - luyện tập – vận dụng mở rộng kiến thức, kiểm tra - đánh giá; nghiên cứu xác lập các yêu cầu, điều kiện cần thiết để tổ chức triển khai BTKT trong dạy học. Nghiên cứu lí luận làm cơ sở phân loại BTKT, tác giả đã đề xuất các tiêu chí phân loại đặc trưng như: đặc điểm dữ kiện, mục tiêu dạy học của bài toán, lĩnh vực kĩ thuật hay phương pháp, kĩ thuật giải quyết vấn đề, v. 11 Lí luận về BTKT còn được tác giả Nguyễn Trọng Khanh đề cập tới trong nghiên cứu “Phát triển năng lực và tư duy kĩ thuật” [29]. Trong nghiên cứu này, tác giả đã phân tích rõ vai trò của BTKT trong việc phát triển NLKT mà trọng tâm là phát triển TDKT cho người học.
Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu của tác giả Nguyễn Trọng Khanh [28] mang tính tổng quan, khái quát về riêng về BTKT; chưa đi sâu nghiên cứu về từng loại BTKT cụ thể như: bài toán TKKT, bài toán công nghệ hay bài toán phân tích, chẩn đoán kĩ thuật. Phát triển lí luận về BTKT, tác giả Trần Quốc Cường với đề tài luận án tiến sĩ “Bài toán chẩn đoán kĩ thuật và vận dụng trong dạy học nghề Điện tử dân dụng” đã nghiên cứu trọng tâm về một dạng của BTKT, đó là bài toán chẩn đoán kĩ thuật. Kết quả nghiên cứu cho thấy, với mỗi nội dung dạy học kĩ thuật có thể triển khai thành một loại BTKT phù hợp nhằm phát triển năng lực và TDKT cho người học [14]. Trong luận án tiến sĩ “Thiết kế và sử dụng bài toán phân tích kĩ thuật trong dạy học động cơ đốt trong, ô tô cho sinh viên Sư phạm kĩ thuật” tác giả Nguyễn Thị Thanh Huyền [26] đã đi sâu vào nghiên cứu bài toán phân tích kĩ thuật.
Kết quả nghiên cứu đã khảng định, sử dụng BTKT thông qua phân tích kĩ thuật là biện pháp hiệu quả góp phần phát triển NLKT và TDKT ở người học. Trong nhiều năm gần đây cũng có nhiều nghiên cứu về BTKT trong dạy học của các tác giả như: Trần Tuấn Hải, Đàm Thị Lan Phương, Vũ Thị Thùy Vân, … [22], [44], [59]. Như vậy, riêng về BTKT có thể thấy, trong giáo dục kĩ thuật thì BTKT có vai trò và ý nghĩa rất lớn đối với việc phát triển TDKT, NLKT cho người học. Do đó, BTKT ngày càng được quan tâm nghiên cứu cả về lí luận và thực tiễn nhằm hướng mục tiêu nâng cao chất lượng, hiệu quả dạy học kĩ thuật.
Tình hình nghiên cứu về bài toán thiết kế kĩ thuật Nghiên cứu về bài toán TKKT thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu, gồm cả các kĩ sư thiết kế và các chuyên gia nghiên cứu về giáo dục kĩ thuật.