Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Tổ chức dạy học chương “Cảm ứng điện từ” lớp 11 theo phương pháp thực nghiệm

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:147

Thêm vào BST

Báo xấu

149
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Tổ chức dạy học chương “Cảm ứng điện từ” lớp 11 theo phương pháp thực nghiệm nhằm nghiên cứu vận dụng cơ sở lý luận của PPTN vào dạy học chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí lớp 11 nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của học sinh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Tổ chức dạy học chương “Cảm ứng điện từ” lớp 11 theo phương pháp thực nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Nguyễn Thị Thùy Vân TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” LỚP 11 THEO PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Tp. Hồ Chí Minh – 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Nguyễn Thị Thùy Vân TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” LỚP 11 THEO PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn vật lý Mãsố: 60 14 01 11 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN LÂM DUY Tp. Hồ Chí Minh – 2013
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự quan tâm, động viên và giúp đỡ rất lớn từ quý Thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè. Tôi xin đượcbày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc của mình đến: Thầy TS. Nguyễn Lâm Duy, người trực tiếp hướng dẫn về mặt chuyên môn, đã rất tận tâm, tận tình chỉ dạy, truyền đạt kinh nghiệm, là người luôn động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Quý thầy cô trong Khoa Vật Lý, trường Đại học Sư phạm TP.HCM đã luôn tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và những ý kiến đóng góp hết sức chân tình để tôi có thể hoàn thiện luận văn. Ban giám hiệu, quý Thầy cô tổ Vật Lý trường THPT Nguyễn Trãi, Châu Đức, Bà Rịa Vũng Tàu đã tạo điều kiện, quan tâm và giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè thân hữu đã hết lòng quan tâm, động viên, cổ vũ và giúp đỡ tôi học tập, nghiên cứu giúp tôi có thêm nghị lực để hoàn thành luận văn. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 08 năm 2013 Tác giả luận văn NGUYỄN THỊ THÙY VÂN 1
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. 1 MỤC LỤC .................................................................................................................... 2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................ 5 MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 6 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................................. 6 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..................................................................................... 7 3. Giả thuyết khoa học của đề tài ...................................................................................... 7 4. Nhiệm vụ cần nghiên cứu ............................................................................................... 7 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 8 6. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 8 7. Đóng góp của đề tài ......................................................................................................... 8 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN .............................................................................. 10 1.1. Hoạt động nhận thức của HS .................................................................................... 10 1.2. Những vấn đề lý luận về phương pháp thực nghiệm (PPTN) ............................... 11 1.2.1. Quá trình nhận thức vật lý[18] .............................................................................. 11 1.2.2. Sự ra đời của PPTN ............................................................................................... 11 1.2.3. Nội dung của PPTN............................................................................................... 13 1.2.4. Khả năng vận dụng PPTN vào trong dạy học vật lý THPT .................................. 14 1.3. PPTN trong dạy học vật lý ........................................................................................ 16 1.3.1. Mục tiêu của dạy học và vai trò của PPTN trong thực hiện mục tiêu dạy học ..... 16 1.3.2. Nội dung của PPTN trong dạy học vật lý ............................................................. 17 1.3.3. Các giai đoạn của PPTN và các mức độ hoạt động trong mỗi giai đoạn của PPTN[18], [16]. ............................................................................................................... 18 1.3.4. Các mức độ sử dụng PPTN trong dạy học vật lý .................................................. 21 1.3.5. Những hoạt động của GV và HS khi dạy học theo các giai đoạn của PPTN ....... 25 1.4. Phát huy tính tích cực trong hoạt động nhận thức của HS ................................... 28 1.4.1. Tính tích cực trong hoạt động nhận thức .............................................................. 28 1.4.2. Biểu hiện tính tích cực trong hoạt động nhận thức ............................................... 29 1.4.3. Mức độ tích cực nhận thức .................................................................................... 30 1.4.4. Nguyên nhân của tính tích cực nhận thức ............................................................. 30 1.4.5. Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức của HS....................................... 31 1.4.6. Quan hệ giữa PPTN và việc phát huy tính tích cực nhận thức của HS................. 32 1.5. Phát triển năng lực sáng tạo của HS ........................................................................ 32 2
1.5.1. Năng lực và năng lực sáng tạo .............................................................................. 32 1.5.2. Các biểu hiện của năng lực sáng tạo ..................................................................... 35 1.5.3. Các biện pháp hình thành và phát triển năng lực sáng tạo của HS ....................... 36 1.5.4. Quan hệ giữa PPTN và việc phát triển năng lực sáng tạo của HS ........................ 37 1.6. Kết luận ....................................................................................................................... 37 CHƯƠNG 2: SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƯƠNG “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÝ 11 THEO CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ....................................................................................................... 39 2.1. Mục tiêu của chương trình vật lý THPT [5]............................................................ 39 2.1.1. Về kiến thức .......................................................................................................... 39 2.1.2. Về kỹ năng............................................................................................................. 40 2.1.3. Về thái độ .............................................................................................................. 40 2.1.4. Mục tiêu chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11 ............................................... 40 2.2. Thực tiễn dạy học chương “Cảm ứng điện từ” ở một số trường THPT thuộc tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu............................................................................................................... 41 2.2.1. Mục đích điều tra................................................................................................... 41 2.2.2. Phương pháp điều tra ............................................................................................ 41 2.2.3. Kết quả điều tra ..................................................................................................... 42 2.2.4. Những biện pháp khắc phục những khó khăn của HS thông qua việc tổ chức cho HS hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN................................................... 42 2.3. Phân tích nội dung chương cảm ứng điện từ vật lý lớp 11 .................................... 43 2.3.1. Cấu trúc nội dung .................................................................................................. 43 2.3.2. Lôgic phát triển nội dung ...................................................................................... 44 2.3.3. Phân tích nội dung và những khó khăn khi dạy học chương cảm ứng điện từ ..... 45 2.4. Cải tiến, thiết kế và xây dựng các thiết bị thí nghiệm chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11 ....................................................................................................................... 49 2.4.1. Các thí nghiệmvề hiện tượng cảm ứng điện từ ..................................................... 50 2.4.2. Các thí nghiệm về định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng ........................... 55 2.4.3. Các thí nghiệm về dòng điện Foucault .................................................................. 56 2.4.4. Các thí nghiệm về suất điện động cảm ứng .......................................................... 60 2.4.5. Các thí nghiệm về hiện tượng tự cảm ................................................................... 60 2.5. Soạn thảo tiến trình dạy học chương cảm ứng điện từ vật lý 11 theo các giai đoạn của PPTN.................................................................................................................. 62 2.5.1. Đơn vị kiến thức khái niệm từ thông và hiện tượng cảm ứng điện từ .................. 62 2.5.2. Đơn vị kiến thức định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng ............................. 71 2.5.3. Đơn vị kiến thức dòng điện Foucault .................................................................... 77 3
2.5.4. Đơn vị kiến thức suất điện động cảm ứng [phụ lục 2.3] ....................................... 82 2.5.5. Đơn vị kiến thức hiện tượng tự cảm [phụ lục 2.4] ................................................ 82 2.6. Kết luận chương 2 ...................................................................................................... 82 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM............................................................ 83 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm (TNSP) .................................... 83 3.2. Đối tượng TNSP ......................................................................................................... 83 3.3. Phương pháp TNSP ................................................................................................... 84 3.4. Công tác chuẩn bị cho việc TNSP ............................................................................ 84 3.5. Phân tích và đánh giá kết quả TNSP ....................................................................... 85 3.5.1. Các tiêu chí đánh giá kết quả TNSP...................................................................... 85 3.5.2. Phân tích và đánh giá diễn biến của các giờ học trong quá trình TNSP. .............. 86 3.6. Xử lý kết quả TNSP ................................................................................................. 102 3.6.1. Nội dung bài kiểm tra 1 tiết và đáp án ................................................................ 102 3.6.2. Xử lý kết quả TNSP ở lớp thực nghiệm .............................................................. 102 3.6.3. Xử lí kết quả học tập của lớp TN và lớp ĐC ...................................................... 104 3.7. Kết luận chương 3 .................................................................................................... 107 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 109 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI .................................................. 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 112 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 114 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất bản PPTN Phương pháp thực nghiệm SGK Sách giáo khoa SPSS Statistical Package for Social Sciences (phần mềm chuyên ngành thống kê) THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm TS Tiến sĩ 5
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, việc đào tạo nguồn nhân lực phục vụ cho sự phát triển của đất nước là cực kì quan trọng. Để đáp ứng những yêu cầu đó, ngành giáo dục vào đào tạo đã và đang từng bước đổi mới mạnh mẽ nội dung và phương pháp dạy học, đặc biệt là đổi mới phương pháp dạy và học. Chỉ có đổi mới cơ bản phương pháp dạy và học, chúng ta mới có thể tạo ra được sự đổi mới thật sự trong giáo dục, mới có thể đào tạo được lớp người năng động, sáng tạo, có tiềm năng cạnh tranh trí tuệ trong bối cảnh nhiều nước trên thế giới đang hướng tới nền kinh tế tri thức. Điều 28.2 của Luật giáo dục đã ghi: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS…”[5]. Hay có thể nói cốt lõi của đổi mới dạy và học là hướng tới hoạt động học tập chủ động, chống lại thói quen học tập thụ động. Quán triệt tinh thần đổi mới nói trên, việc nghiên cứu các phương pháp giáo dục tích cực, tìm ra các biện pháp phù hợp với hoàn cảnh, với đối tượng HS để vừa nâng cao chất lượng dạy học vừa phát huy tính tích cực và sáng tạo của HS là vấn đề cấp thiết đối với giáo viên (GV) nói chung và những người nghiên cứu giáo dục nói riêng. Một trong những phương hướng đổi mới phương pháp quan trọng trong việc dạy các môn khoa học ở trường phổ thông là nghiên cứu và vận dụng chính phương pháp nghiên cứu của bộ môn khoa học đó vào dạy học, sao cho có thể tổ chức quá trình học tập của HS giống như quá trình tìm tòi của các nhà khoa học[18]. Đối với vật lý học, phương pháp thực nghiệm (PPTN) là một trong những phương pháp đặc trưng quan trọng nhất. PPTN đã được biết đến trên thế giới và ở Việt Nam đã lâu. Tuy nhiên, mãi cho đến những năm gần đây, PPTN mới được nghiên cứu một cách cụ thể, đầy đủ hơn với tư cách là một trong những phương pháp nhận thức vật lý để vận dụng vào dạy học bởi các tác giả Phạm Hữu Tòng [21], Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng [19], [18], Đào Văn Phúc [14], Lê Thị Oanh [13]. Việc vận dụng PPTN trong dạy học vào các đề tài cụ thể của chương trình vật lý ở trường phổ thông đã được các sinh viên và học viên cao học thực hiện và đã đạt được một số kết quả nhất định. Tuy nhiên, các đề tài nghiên cứu áp dụng PPTN 6
vào trong dạy học chương “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 còn hạn chế về số lượng cũng như việc tổ chức cho HS làm các thí nghiệm để tìm tòi, chiếm lĩnh các kiến thức. Các tác giả chủ yếu sử dụng thí nghiệm biểu diễn, HS thực hành thí nghiệm chưa nhiều. Tiến trình dạy học chưa kết nối với các ứng dụng trong thực tiễn [23]. Với mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu và vận dụng PPTN vào dạy học vật lý nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS, chúng tôi mạnh dạn chọn đề tài“TỔ CHỨC DẠY HỌC CHƯƠNG “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” LỚP 11 THEO PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM” làm luận văn nghiên cứu với quan điểm gắn ứng dụng trong thực tiễn với kiến thức đã học. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu vận dụng cơ sở lý luận của PPTN vào dạy học chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11 nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS. 3. Giả thuyết khoa học của đề tài Nếu tổ chức dạy học chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11 theo các giai đoạn của PPTN một cách thích hợp thì sẽ tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS. 4. Nhiệm vụ cần nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận về PPTN trong nghiên cứu và trong dạy học vật lý. - Phân tích đặc điểm chương “Cảm ứng điện từ” Vật lý lớp 11. - Tìm hiểu thực tế việc tổ chức dạy học vật lý trong trường trung học phổ thông (THPT) theo các giai đoạn của PPTN. - Nghiên cứu về phương pháp sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý - Nghiên cứu đề xuất các biện pháp, kỹ thuật tổ chức dạy học vật lý theo các giai đoạn của PPTN nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS. - Soạn thảo tiến trình dạy học chương “Cảm ứng điện từ” Vật lý lớp 11 theo các giai đoạn của PPTN nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS. - Thực nghiệm sư phạm. 7
5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Quá trình dạy học chương “Cảm ứng điện từ” Vật lý lớp 11 theo PPTN. 6. Phương pháp nghiên cứu • Phương pháp nghiên cứu lý luận:  Nghiên cứu các tài liệu về PPTN trong nghiên cứu vật lý và trong dạy học vật lý.  Nghiên cứu các tài liệu về lý luận dạy học, tâm lý học, cơ sở lý luận về đổi mới PPDH, PPTN trong dạy học vật lý, các tài liệu, sách, báo, các văn kiện, các nghị quyết của Trung ương Đảng về lĩnh vực giáo dục và đào tạo.  Nghiên cứu tư liệu về nội dung, mục tiêu dạy học chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11. • Phương pháp điều tra: Tìm hiểu thực tế việc tổ chức dạy học vật lý theo PPTN ở trường THPT. • Phương pháp thực nghiệm:  Thực nghiệm vật lý: Khảo sát thực nghiệm chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11.  Thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy học chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11 theo PPTN.  Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm.  Ghi hình, khảo sát kết quả học tập, rút kinh nghiệm giờ dạy, phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm. • Phương pháp thống kê toán học 7. Đóng góp của đề tài Về lý luận: • Kết quả nghiên cứu sẽ là nguồn tài liệu bổ sung cho việc nghiên cứu vận dụng PPTN vào tổ chức dạy học vật lý ở trường THPT. • Làm rõ nội dung các giai đoạn của PPTN, vận dụng vào dạy học vật lý chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11. • Xác định được các mức độ thích hợp và kĩ thuật tổ chức dạy học theo PPTN nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS. Về nghiên cứu ứng dụng: • Soạn thảo 5 tiến trình dạy học cụ thể chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11. 8
• Xây dựng và sử dụng một số dụng cụ thí nghiệm vào trong dạy học vật lý chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11. • Tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS. 9
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1. Hoạt động nhận thức của HS Để tồn tại và phát triển con người không ngừng cải tạo các mối quan hệ giữa mình và thế giới bên ngoài, tức là phải hoạt động. Bằng hoạt động và trong hoạt động, mỗi cá nhân sẽ tự hoàn thiện mình về mọi mặt. Trong quá trình hoạt động, con người phải luôn nhận thức – đó là quá trình phản ánh hiện thực xung quanh và cả hiện thực bản thân mình, trên cơ sở đó tỏ thái độ, tình cảm và hành động. Tâm lý học hiện đại cho rằng: trong việc nhận thức thế giới, con người có thể đạt tới những mức độ nhận thức khác nhau, từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp. Mức độ thấp ban đầu là nhận thức cảm tính bao gồm cảm giác và tri giác, trong đó con người phản ánh vào bộ não những biểu hiện bên ngoài của sự vật khách quan, những cái đang tác động trực tiếp vào giác quan. Mức độ cao hơn gọi là nhận thức lý tính hay còn gọi là tư duy, trong đó con người phản ánh vào óc những thuộc tính bản chất bên trong của sự vật, những mối quan hệ có tính quy luật. Dựa trên các dữ liệu cảm tính, con người thực hiện các thao tác trí tuệ: phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa…để rút ra những tính chất, bản chất chung của đối tượng nhận thức và xây dựng thành những khái niệm. Mỗi khái niệm được diễn đạt bằng một từ ngữ. Mối quan hệ giữa các thuộc tính của vật chất cũng được biểu thị bằng mối quan hệ giữa các khái niệm dưới dạng những mệnh đề, những phán đoán. Đến đây, con người tư duy bằng khái niệm. Sự nhận thức không dừng lại ở sự phản ánh những thuộc tính của sự vật, hiện tượng khách quan mà còn thực hiện các phép suy luận để rút ra những kết luận mới, dự đoán những hiện tượng mới trong thực tiễn. Nhờ thế mà tư duy luôn có tính sáng tạo, có thể mở rộng sự hiểu biết của mình vào việc cải tạo thế giới khách quan phục vụ lợi ích của con người. Đó là những qui luật chung của mọi quá trình nhận thức chân lý, như V.I Lênin đã chỉ rõ: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn, đó là con đường biện chứng của nhận thức chân lý, của sự nhận thức hiện thực khách quan …” [2], [18], [7]. Đối với HS, hoạt động chủ yếu của các em là học tập. Thông qua hoạt động này, các em chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển năng lực trí tuệ cũng như quan điểm đạo đức, thái độ. Trong hoạt động học tập nói chung, cũng như trong học tập vật lý nói riêng, HS cũng tìm ra cái mới – đó là các khái niệm, định luật vật lý… Nhưng cái mới này không 10
làm phong phú thêm cho kho tàng kiến thức của nhân loại mà cho chính bản thân mình, cái mới đó đã được loài người tích lũy, đặc biệt là GV đã biết. Việc khám phá ra cái mới của HS cũng chỉ diễn ra trong một khoảng thời gian rất ngắn trên lớp, với những dụng cụ sơ sài, đơn giản trong điều kiện trang thiết bị của trường phổ thông. Đặc biệt, sự khám phá này diễn ra dưới sự chỉ đạo, hướng dẫn và giúp đỡ của GV. Do đó, hoạt động nhận thức của HS diễn ra tương đối thuận lợi, không quanh co gập ghềnh như hoạt động của nhà khoa học. Cũng chính vì vậy mà thường dễ dẫn đến một sai lầm của GV là chỉ thông báo cho HS cái mới mà không tổ chức cho HS tự khám phá để tìm ra cái mới đó. Để tổ chức tốt hoạt động nhận thức của HS, GV cần sử dụng các biện pháp nhằm phát huy tính tự giác, tích cực, chủ động trong hoạt động nhận thức, tạo điều kiện cho HS “tự nghiên cứu lại” những kiến thức đã có sẵn trong sách vở, tài liệu học tập để họ tập làm công việc nghiên cứu đó trong hoạt động thực tiễn sau này. 1.2. Những vấn đề lý luận về phương pháp thực nghiệm (PPTN) 1.2.1. Quá trình nhận thức vật lý[18] Quá trình nhận thức vật lý cũng tuân theo những quy luật chung của quá trình nhận thức chân lý. Tuy nhiên, đối với mỗi ngành khoa học, quá trình nhận thức cũng có những nét đặc thù, tùy thuộc vào đối tượng nhận thức cụ thể. Mỗi khoa học chỉ trở thành khoa học thật sự khi nó có một hệ thống khái niệm rõ ràng và một phương pháp nghiên cứu có hiệu quả. Trong quá trình phát triển của vật lý học, các nhà khoa học không những đã khám phá ra nhiều định luật vật lý ngày càng phản ánh chính xác hơn các quy luật của tự nhiên mà còn sáng tạo ra nhiều phương pháp nhận thức có hiệu quả trong việc đi tìm chân lý. Bởi vậy, muốn tổ chức cho HS hoạt động nhận thức có hiệu quả cần phải cho các em tiếp cận với các phương pháp nhận thức đó. 1.2.2. Sự ra đời của PPTN Trong thời cổ đại, khi khoa học chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học, mục đích của nó là tìm hiểu và giải thích thiên nhiên một cách toàn bộ mà chưa đi vào từng lĩnh vực cụ thể. Nhiều nhà hiền triết cho rằng có thể dùng sự suy lý, sự tranh luận để tìm ra chân lý. Một đại diện tiêu biểu của nền khoa học cổ đại là Aristote (394-322 TCN). 11
Về sau, khoa học phát triển theo 2 hướng duy vật và duy tâm. Hai trào lưu này đấu tranh khoảng gần 2000 năm song không phân thắng bại, do phương pháp đấu tranh cũng chỉ là suy lý và tranh luận. Cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất mở đầu bằng phát kiến vĩ đại của Copernic (1543-1743) về thuyết Nhật tâm. Cuộc đấu tranh bảo vệ cho hệ Nhật tâm đòi hỏi những phép chứng minh dựa vào quan sát, thực nghiệm, có thể kiểm tra được trong thực tiễn nhằm thuyết phục con người. Vật lý học thực nghiệm, Vật lý học chân chính thay thế cho Vật lý học của Aristote ra đời. Người được coi là thủy tổ của khoa học này là Galilée (1564-1642). Galilée cho rằng muốn hiểu biết thiên nhiên phải trực tiếp quan sát thiên nhiên, phải làm thí nghiệm, phải “hỏi thiên nhiên” chứ không phải hỏi Aristote hay hỏi kinh thánh và “phải để cho thiên nhiên phán xét mỗi khi con người tranh luận với nhau về thiên nhiên”[18]. Quan niệm của Galilée về phương pháp nghiên cứu Vật lý học mở ra một con đường mới trong quá trình nhận thức sáng tạo của khoa học Vật lý nói riêng và các môn khoa học tự nhiên nói chung. Đó là quá trình đi từ những sự kiện xuất phát có vấn đề dẫn đến đề xuất giả thuyết (xây dựng mô hình giả thuyết trừu tượng), rồi từ mô hình giả thuyết đó rút ra các hệ quả lý thuyết và từ các hệ quả lý thuyết đi đến sự kiểm tra chúng bằng thực nghiệm và ứng dụng chúng trong thực tiễn. Giai đoạn từ thế kỷ XVI đến thế kỷ XIX là thời kỳ mà Vật lý học thực nghiệm đạt được những thành tựu xuất sắc cùng với cuộc cách mạng kỹ thuật vĩ đại mà nó đã tạo ra. Các đại biểu xuất sắc của Vật lý thực nghiệm, của những thành công của phương pháp mới trong thời kỳ này là: Torricelli (1608-1662), Pascal (1623-1662), Biot (1627-1691), Otto Guericke (1602-1685), Huygens (1629-1695), Newton (1642-1727), Faraday (1791-1867), Oersted (1777-1854), Hertz (1857-1894), Popov (1859-1906),…[14] Từ đầu thế kỷ XX đến nay, Vật lý học đi sâu vào thế giới vô cùng nhỏ (hạt nhân, hạt cơ bản,…) và thế giới vô cùng lớn (nguồn gốc và sự phát triển của vũ trụ…). Những quy luật của hai thế giới này khác hẳn những quy luật của Vật lý học cổ điển. Tuy nhiên, các lý thuyết của Vật lý học hiện đại cũng không phải chỉ là sản phẩm của tư duy trừu tượng mà vẫn bắt nguồn từ thực nghiệm. Và một lý thuyết mới được mọi người thừa nhận chỉ khi nó được kiểm nghiệm trong thực tiễn. Như vậy, PPTN với tư cách là một phương pháp nhận thức khoa học đã ra đời và không những thành công trong sự phát triển của Vật lý học cổ điển mà vẫn còn có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu Vật lý học hiện đại. 12
1.2.3. Nội dung của PPTN Galilée là người đặt nền móng đầu tiên cho PPTN, nhưng tự bản thân ông vẫn chưa tổng kết được phương pháp khoa học của chính mình. Các nhà khoa học sau này đã kế thừa phương pháp đó và tiếp tục xây dựng nó ngày một hoàn chỉnh hơn. Spaski đã nêu lên thực chất của PPTN của Galilée như sau: Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết (dự đoán). Giả thuyết đó không chỉ đơn thuần là sự tổng quát hóa các sự kiện thực nghiệm đã làm. Nó chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận lôgic và bằng toán học, các nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới trước đó chưa biết đến. Những hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng thực nghiệm mà kiểm tra lại được, và nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định giả thuyết, biến giả thuyết thành định luật vật lý chính xác [18]. Theo tác giả Phạm Hữu Tòng thì “PPTN là một phương pháp nhận thức khoa học được thực hiện khi nhà nghiên cứu tìm tòi xây dựng phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm nhằm thu được những thông tin cần thiết cho việc xác lập hoặc kiểm tra một giả thuyết nào đó”[21]. Như vậy, khác với Spaski, tác giả Phạm Hữu Tòng xác định PPTN không phải là cả chu trình sáng tạo Vật lý mà chỉ có vị trí nhất định trong toàn bộ chu trình, ở đó nhà nghiên cứu tìm tòi xây dựng phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm nhằm thu được những thông tin cần thiết cho việc xác lập hoặc kiểm tra một giả thuyết nào đó. Tác giả Nguyễn Đức Thâm và Nguyễn Ngọc Hưng lại phân biệt PPTN theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp. Theo nghĩa rộng, PPTN có thể bao gồm từ những ý tưởng ban đầu của các nhà khoa học cho đến kết luận cuối cùng. PPTN cũng có thể hiểu theo nghĩa hẹp sau đây: từ giả thuyết đã biết, suy ra một hệ quả và dùng thí nghiệm để kiểm tra hệ quả. Nhà vật lý thực nghiệm không nhất thiết phải tự mình xây dựng giả thuyết mà giả thuyết đó đã có người khác đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được[18]. Từ những ý kiến trên, chúng tôi cho rằng PPTN có thể hiểu theo nghĩa rộng hoặc nghĩa hẹp, tùy theo quan điểm của người xem xét, gắn với lịch sử Vật lý học, cũng như tùy theo mục đích cụ thể của người vận dụng nó trong dạy học. Trong phạm vi luận văn này, PPTN được hiểu là “Phương pháp nhận thức trong quá trình sáng tạo khoa học, chứ không phải là chỉ đơn thuần nói về cách thức tiến hành thí nghiệm kiểm tra một giả thuyết đã sẵn 13
có”. Và bất luận phát biểu theo cách nào thì các yếu tố cơ bản của PPTN trong nghiên cứu khoa học cũng bao gồm các yếu tố sau: - Vấn đề cần giải đáp hoặc giả thuyết cần kiểm tra. - Xử lý một giả thuyết để có thể đưa nó vào kiểm tra bằng thực nghiệm. - Xây dựng (thiết kế) phương án thí nghiệm cho phép thu lượm thông tin cần thiết cho sự xác lập giả thuyết hoặc kiểm tra giả thuyết. - Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả (quan sát, đo,..) - Phân tích kết quả và rút ra kết luận. 1.2.4. Khả năng vận dụng PPTN vào trong dạy học vật lý THPT a. Cơ sở tâm lý – giáo dục học Vận dụng PPTN trong dạy học vật lý, thực chất, là tổ chức cho HS hoạt động nhận thức một cách tích cực để tự mình tìm tòi, nghiên cứu mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành kỹ năng và phát triển năng lực sáng tạo. Do đó, cơ sở lý luận của nó chính là lý luận về “phát triển”, là tâm lý học phát triển. Thành tựu quan trọng nhất của tâm lý học phát triển thế kỷ XX, là hai lý thuyết phát triển nhận thức của Jean Piaget (Thụy Sĩ) và Lép Vưgốtxki (Liên xô cũ) [12]. Hai lý thuyết này đã được dùng làm cơ sở cho việc xây dựng chiến lược dạy học mới hiện nay. Trong học thuyết của Piaget, khái niệm cân bằng là công cụ quan trọng nhất, khái niệm này kéo theo khái niệm đồng hóa, thích ứng, thích nghi. Piaget cho rằng: sự phát triển là do con người tạo ra bằng cách đưa quá trình cân bằng từ thấp đến cao để khắc phục các trạng thái mất cân bằng, đạt đỉnh cao là cấu trúc lôgic toán. Có khi ông gọi là “cân bằng nhận thức”. Cân bằng tâm lý không phải chỉ là cân bằng nhận thức được tạo ra theo cơ chế thao tác với đỉnh cao là thao tác tượng trưng, thao tác khái niệm mà chủ yếu là cân bằng được tạo ra theo cơ chế hoạt động quá trình cân bằng được tạo bởi hành động thực tiễn gắn bó, bao gồm hành động trí tuệ. Cân bằng không phải chỉ để con người sống còn mà chính để tạo lập ra cuộc sống, sáng tạo ra giá trị mới. Như vậy, Piaget đã đi vào quá trình phát triển trí tuệ với phương pháp tiếp cận duy vật biện chứng, tạo nên một cơ sở khoa học cho tâm lý học phát triển: tri thức nảy sinh từ hoạt động. Vấn đề giảng dạy và sự phát triển trí tuệ trong lứa tuổi HS đã được Vưgốtxki giải quyết một cách độc đáo và có hiệu quả dựa trên lý luận về “vùng phát triển gần” do ông đề xuất [12]. Vưgốtxki cho rằng sự phát triển nhận thức có nguồn gốc xã hội, chủ yếu thông qua sử dụng ngôn ngữ, đặc biệt trong bối cảnh tương tác với người khác (giao tiếp). Điều đó 14
có nghĩa là xã hội tạo điều kiện cho sự phát triển nhận thức. Theo Vưgốtxki: “Chỗ trẻ có khả năng thực hiện với sự giúp đỡ của người lớn – đó chính là vùng phát triển gần nhất của trẻ”. Ông nhấn mạnh “chúng tôi không ngần ngại khẳng định rằng dấu hiệu bản chất của dạy học là tạo ra vùng phát triển gần nhất, tức là khêu gợi sức sống của trẻ, đánh thức và đưa vào hoạt động hàng loạt các quá trình phát triển bên trong” [12]. Đối với hoạt động dạy học, điều đó có ý nghĩa thực tiễn to lớn là: với sự giúp đỡ của người lớn (GV), tổ chức cho trẻ hoạt động phù hợp, trẻ có thể đạt được năng lực cao hơn “điểm phát triển dừng” trước đó. Theo quan điểm này, dạy học không phải là phát triển mà việc dạy học có tổ chức đúng đắn sẽ kéo theo sự phát triển trí tuệ cao độ, tạo ra sự sống cho hàng loạt các quá trình phát triển, mà đứng ngoài dạy học không thể làm được. Những lý thuyết về sự phát triển trí tuệ của HS nói trên đều dẫn tới một chiến lược dạy học mới: dạy học bằng hoạt động, thông qua hoạt động của HS, qua tương tác giữa GV và HS, giữa HS với nhau. Theo chiến lược dạy học mới này, HS không còn ở thế thụ động tiếp thu mà đã trở thành chủ thể hoạt động nhận thức. Bằng hoạt động, thông qua hoạt động mà chiếm lĩnh kiến thức và phát triển năng lực trí tuệ cũng như những quan điểm đạo đức, thái độ ứng xử. Trong luận văn này, chúng tôi dựa vào lý thuyết của Piaget và Vưgốtxki đã nói ở trên để tổ chức hoạt động nhận thức của HS theo hướng tích cực trong hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo khi dạy học chương “Cảm ứng điện từ” vật lý lớp 11. b. Khả năng vận dụng PPTN ở trường THPT xét từ đặc điểm tâm lý lứa tuổi Do sự phát triển nhảy vọt về mặt giải phẫu sinh lý, sự phát triển mạnh mẽ của hệ thần kinh, ở lứa tuổi THPT có những đặc điểm tâm lý nổi bật liên quan đến hoạt động học tập và sự phát triển trí tuệ, tạo nhiều điều kiện cho việc vận dụng PPTN trong dạy học Vật lý [7], [9]. Lứa tuổi THPT là giai đoạn quan trọng trong việc phát triển trí tuệ. Do cơ thể được hoàn thiện nên tạo điều kiện cho phát triển trí tuệ. Cảm giác và tri giác ở lứa tuổi này đã đạt mức độ của người lớn. Trí nhớ cũng phát triển rõ rệt, HS đã biết sử dụng nhiều phương pháp ghi nhớ chứ không chỉ ghi nhớ một cách máy móc (học thuộc). Sự chú ý của HS THPT cũng phát triển. Ví dụ HS có thể tập trung chú ý vào tài liệu mà mình không hứng thú nhưng hiểu được ý nghĩa quan trọng của nó. 15
Hoạt động tư duy của HS THPT phát triển mạnh. Ở thời kỳ này, HS đã có khả năng tư duy lý luận, trừu tượng một cách độc lập và sáng tạo. Những năng lực như phân tích, so sánh, tổng hợp cũng phát triển. Tóm lại, hoạt động nhận thức của lứa tuổi HS THPT đã phát triển ở mức độ cao, có khả năng nhận thức vấn đề một cách đúng đắn và sâu sắc. Khả năng tư duy và nhận thức cũng sẽ dần được hoàn thiện trong quá trình học tập và rèn luyện cá nhân. 1.3. PPTN trong dạy học vật lý 1.3.1. Mục tiêu của dạy học và vai trò của PPTN trong thực hiện mục tiêu dạy học a. Mục tiêu Nghị quyết Trung ương 2 (khóa VIII) của Đảng đã xác định: “Nhiệm vụ cơ bản của giáo dục là nhằm xây dựng những con người và thế hệ thiết thực gắn bó với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội… có ý thức cộng đồng và tính tích cực của cá nhân làm chủ tri thức khoa học và công nghệ hiện đại, có tư duy sáng tạo, có kỹ năng thực hành giỏi…”. Cụ thể hóa mục tiêu đào tạo con người mới theo Nghị quyết của Đảng, mục tiêu giáo dục THCS và THPT nêu rõ: bồi dưỡng cho HS các phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lý học, trước hết là PPTN vật lý. Mục tiêu đào tạo con người mới đòi hỏi việc dạy các bộ môn khoa học ở trường phổ thông phải thật sự góp phần bồi dưỡng cho HS năng lực hoạt động thực tiễn, năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề. Đối với bộ môn Vật lý, để thực hiện yêu cầu đó có thể có các cách, các con đường khác nhau. Một trong các con đường đó là dạy cho HS tìm tòi, sáng tạo ngay trong học tập theo các giai đoạn của PPTN để tích cực hóa hoạt động nhận thức và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS. b. Vai trò của PPTN trong mục tiêu dạy học Học là nhận thức, là tìm tòi sáng tạo, vì thế phương pháp nhận thức khoa học là hạt nhân của phương pháp dạy học. Do đó, PPTN có những đặc điểm riêng làm cho việc sử dụng nó trong dạy học vật lý trở thành một giải pháp tổng hợp nhằm thực hiện có hiệu quả mục tiêu dạy học. + PPTN giúp HS hình thành và hoàn thiện những phẩm chất tâm lý, là nền tảng cho hoạt động sáng tạo. PPTN giúp cho HS tìm tòi sáng tạo theo con đường và kinh nghiệm hoạt động sáng tạo mà các nhà khoa học đã trải qua. Nó làm cho HS quen dần với cách suy nghĩ, làm việc theo kiểu vật lý. Trong quá trình giải quyết những vấn đề đó, HS sẽ 16
bộc lộ những nét đặc trưng của hoạt động sáng tạo và đồng thời hình thành, hoàn thiện ở bản thân những phẩm chất tâm lý là nền tảng cho hoạt động sáng tạo. + PPTN cho phép gắn lý thuyết với thực tiễn. Thực tiễn được nói trong PPTN là các hiện tượng, các quá trình vật lý được mô tả, được tái hiện qua các thí nghiệm do GV hay chính HS tự làm. Việc HS trực tiếp đề xuất phương án và tiến hành thí nghiệm kiểm tra, trực tiếp quan sát các hiện tượng, làm việc với các thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo, giải quyết những khó khăn trong thực nghiệm tạo điều kiện cho các em nâng cao được năng lực thực hành, gần gũi hơn với đời sống và kỹ thuật, khái quát hóa các kết quả thực nghiệm, rút ra những kết luận có tính chất lý thuyết (như tính chất của sự vật, hiện tượng, quy luật diễn biến, …). Hoạt động nhận thức theo PPTN giúp cho HS thấy được sự gắn bó mật thiết giữa lý thuyết và thực tiễn. + PPTN là phương pháp tìm tòi, giải quyết vấn đề, có thể áp dụng để giải quyết những vấn đề từ nhỏ đến lớn, rất sát với thực tiễn, ở mọi trình độ, không đòi hỏi vốn kiến thức quá nhiều. Đối với yêu cầu dạy học xuất phát từ vốn kinh nghiệm của bản thân, PPTN lại càng phù hợp hơn. PPTN sẽ giúp các em giải quyết vấn đề trong học tập. Trên cơ sở đó, các em nắm vững kiến thức, kỹ năng, tích lũy kinh nghiệm, nắm vững phương pháp giải quyết vấn đề trong thực tiễn. +Việc áp dụng PPTN cho phép rèn luyện cho HS nhiều năng lực. Nó tích cực hóa đến mức tối đa hoạt động nhận thức của HS, cho phép hình thành kiến thức sâu sắc và bền vững, tăng cường hứng thú đối với môn học. Nó thôi thúc trong HS một nhu cầu về hoạt động sáng tạo, bồi dưỡng cho các em năng lực sáng tạo. Tuy nhiên, do thời gian của tiết học chỉ có 45 phút, thành phần HS của lớp học không cùng trình độ, có nguy cơ một bộ phận HS đứng ngoài những hoạt động, vì các em không đủ khả năng giải quyết các yêu cầu. Ngoài ra, PPTN không phải lúc nào cũng áp dụng được cho tất cả các kiểu bài học vật lý. Do đó, trong dạy học, cần có sự lựa chọn và phối hợp chặt chẽ PPTN với các phương pháp dạy học khác một cách hợp lý. 1.3.2. Nội dung của PPTN trong dạy học vật lý Nói đến PPTN trong dạy học vật lý, về bản chất, chúng tôi muốn đề cập tới một phương pháp dạy học, trong đó đã vận dụng PPTN của quá trình nhận thức khoa học vào dạy học bộ môn Vật lý. Trong đó, GV tổ chức tình huống dạy học và hướng dẫn hoạt động nhận thức của HS theo các bước tương tự như các nhà khoa học sử dụng PPTN trong quá trình sáng tạo khoa học nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, nhờ đó HS chiếm 17
lĩnh được kiến thức một cách sâu sắc, vững chắc và góp phần phát triển năng lực sáng tạo của HS[21], [20]. 1.3.3. Các giai đoạn của PPTN và các mức độ hoạt động trong mỗi giai đoạn của PPTN[18], [16]. Để giúp HS có thể bằng hoạt động của bản thân mình mà tái tạo, chiếm lĩnh các kiến thức vật lý thì tốt nhất là GV phỏng theo PPTN của các nhà khoa học mà tổ chức cho HS hoạt động theo các giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Làm xuất hiện vấn đề GV mô tả một hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm và yêu cầu các em dự đoán diễn biến của hiện tượng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập một mối quan hệ nào đó. Tóm lại là nêu lên một câu hỏi mà HS chưa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ, tìm tòi mới trả lời được. Cái quan trọng trong giai đoạn này là GV cần tổ chức tình huống có vấn đề làm nảy sinh mâu thuẫn nhận thức, nhu cầu, hứng thú, tạo những “bất ngờ”, lôi cuốn HS vào vấn đề của bài học. Khi nhận thức trở thành nhu cầu thì trong ý thức xuất hiện động cơ thúc đẩy chủ thể hành động. Áp dụng lý thuyết của Piaget thì đây chính là tạo ra “trạng thái mất cân bằng” đối với HS. Giai đoạn 2: Xây dựng dự đoán GV hướng dẫn, gợi ý cho HS xây dựng một câu trả lời, dự đoán ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mỉ, kĩ lưỡng, vào kinh nghiệm bản thân, vào những kiến thức đã có. Những dự đoán này có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lý nhưng chưa chắc chắn. Trong PPTN Vật lý, đây là giai đoạn xây dựng giả thuyết, có vai trò quan trọng trên con đường sáng tạo khoa học. Giả thuyết được nêu dưới dạng một phán đoán: đó là một nhận định có thể mang tính bản chất khái quát. Trong luận văn của chúng tôi, đối với HS lớp 11 lần đầu tiên tiếp cận với PPTN, chúng tôi không yêu cầu HS xây dựng giả thuyết có tính khái quát cao nên thống nhất dùng thuật ngữ “xây dựng dự đoán”. Tính xác thực của nó là “có thể” chứ không phải là “chắc chắn”. Cũng như giả thuyết, dự đoán đưa ra phải có khả năng giải thích, dự đoán hiện tượng. Tuy nhiên, giả thuyết có tính khái quát hơn, cao hơn, còn phạm vi của dự đoán thì hẹp hơn. Nội dung của dự đoán đối với HS lớp 11 chỉ yêu cầu ở mức định tính và một vài dự đoán định lượng đơn giản. 18