Xây dựng một số mô hình vật lý trên máy tính nhằm hỗ trợ học sinh tự lực và sáng tạo trong dạy học chương dòng điện trong các môi trường
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.99 MB, 163 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
--------------------
Diệp Như Quỳnh
XÂY DỰNG MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LÝ
TRÊN MÁY TÍNH NHẰM HỖ TRỢ HỌC SINH
TỰ LỰC VÀ SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC
CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG”
- VẬT LÝ 11 – NÂNG CAO
Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học Vật lý.
Mã số : 601410
LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2010
THƯ
VIỆN
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Mạnh Hùng –
Trưởng Khoa Vật Lý – Trường Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh, người đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Tôi cũng chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu cùng tập thể giáo viên trường
THPT chuyên Lê Quý Đôn – Ninh Thuận đã quan tâm chia sẻ và tạo nhiều điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt khoá h
ọc cũng như làm đề tài.
Cuối cùng, tôi xin dành trọn những thành quả đạt được trong suốt khoá học
cũng như trong luận văn này cho gia đình tôi, những người đã luôn bên cạnh chia sẻ
và động viên tôi trong suốt thời gian qua.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung nghiên cứu được trình bày trong luận văn
này là hoàn toàn mang tính độc lập, trung thực và chưa từng được công bố trên bất
cứ công trình nào. Nếu có điều gì trái với lời cam đoan trên, tôi xin chịu hoàn toàn
trách nhiệm và mọi hình thức kỷ luật của hội đồng bảo vệ cũng như pháp luật Việt
Nam.
Người cam đoan
Diệp Như Quỳnh
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CNTT: công nghệ thông tin.
ĐC: đối chứng.
GV: giáo viên.
HS: học sinh.
MVT: máy vi tính.
NLST: năng lực sáng tạo.
PPDH: phương pháp dạy học.
PTDH: phương tiện dạy học.
THPT: trung học phổ thông.
TN: thực nghiệm.
TNSP: thực nghiệm sư phạm.
SGK: sách giáo khoa.
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ
Bảng 3.1: Thống kê điểm số X
i
của bài kiểm tra
Bảng 3.2: Bảng phân phối tần suất
Bảng 3.3: Phân phân phối tần suất lũy tích
Bảng 3.4: Các tham số đặc trưng thống kê của nhóm đối chứng và thực nghiệm
Biểu đồ 3.1: Phân bố điểm số X
i
của hai nhóm lớp ĐC và TN
Biểu đồ 3.2: Biểu đồ phân bố tần suất
Biểu đồ 3.3: Biểu đồ phân phối tần suất tích lũy
MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Danh mục chữ viết tắt
Danh mục các bảng và biểu đồ
Mục lục
MỞ ĐẦU ------------------------------------------------------------------------------------- 01
Chương 1: MÔ HÌNH TRÊN MÁY TÍNH VÀ VAI TRÒ CỦA CHÚNG
TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ NHẰM PHÁT HUY TÍNH TỰ LỰC VÀ NÂNG
CAO NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH ---------------------------------- 06
1.1 Mục tiêu và định hướng đổi mới trong giáo dục hiện nay --------------------- 06
1.2 Cơ sở lý lu
ận của dạy học nhằm phát huy tính tự lực và rèn luyện
năng lực sáng tạo cho học sinh ---------------------------------------------------------- 08
1.2.1 Phát huy tính tự lực của học sinh trong học tập vật lý --------------------------- 08
1.2.2 Rèn luyện năng lực sáng tạo cho học sinh trong học tập vật lý ---------------- 11
1.3 Mô hình trong dạy học vật lý -------------------------------------------------------- 14
1.3.1 Khái niệm mô hình ------------------------------------------------------------------- 14
1.3.2 Tính chất của mô hình ---------------------------------------------------------------- 15
1.3.3 Phân loại mô hình --------------------------------------------------------------------- 16
1.3.4 Mô hình trong dạy học vật lý -------------------------------------------------------- 18
1.4 Máy vi tính trong dạy học vật lý ---------------------------------------------------- 20
1.4.1 Cơ sở khoa học của việc sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lý ------------ 21
1.4.2 Sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lý ----------------------------------------- 22
1.4.3 Giới thiệu sơ lược về Matlab và sự cần thiết của việc sử dụng Matlab
trong việc hỗ trợ xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính ------------------------- 24
Kết luận chương 1 -------------------------------------------------------------------------- 27
Trang
Chương 2: XÂY DỰNG MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LÝ HỖ TRỢ
DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG” ------- 28
2.1 Phân tích nội dung chương “Dòng điện trong các môi trường”
– vật lý 11 nâng cao ------------------------------------------------------------------------ 28
2.1.1 Tổng quan về chương “Dòng điện trong các môi trường”
– vật lý 11 nâng cao ------------------------------------------------------------------------ 28
2.1.2 Chuẩn kiến thức, kĩ năng ------------------------------------------------------------ 29
2.1.3 Phân tích logic hình thành các kiến thức cơ bản của từng bài ----------------- 31
2.2 Những vấn đề
thường gây khó khăn trong dạy học chương
“Dòng điện trong các môi trường” ----------------------------------------------------- 37
2.3 Xây dựng một số mô hình vật lý hỗ trợ dạy học chương
“Dòng điện trong các môi trường” ----------------------------------------------------- 39
2.3.1 Mô hình dòng điện trong kim loại -------------------------------------------------- 39
2.3.2 Mô hình dòng điện trong chất điện phân ------------------------------------------ 43
2.3.3 Mô hình dòng điện trong chân không ---------------------------------------------- 47
2.3.4 Mô hình dòng điện trong chất khí -------------------------------------------------- 50
2.3.5 Mô hình dòng điện trong chất bán dẫn --------------------------------------------- 54
2.4 Xây d
ựng tiến trình dạy học một số bài trong chương với sự hỗ trợ của
mô hình --------------------------------------------------------------------------------------- 58
2.4.1 Tiến trình dạy học bài dòng điện trong kim loại ---------------------------------- 58
2.4.2 Tiến trình dạy học bài dòng điện trong chất điện phân -------------------------- 63
2.4.3 Tiến trình dạy học bài dòng điện trong chân không ------------------------------ 70
2.4.4 Tiến trình dạy học bài dòng điện trong chất khí ---------------------------------- 77
2.4.5 Tiến trình dạy học bài dòng điện trong chấ
t bán dẫn ---------------------------- 83
Kết luận chương 2 -------------------------------------------------------------------------- 92
Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ---------------------------------------------- 93
3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm ----------------------------------------------- 93
3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm --------------------------------------------------- 93
3.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm ----------------------------------------------------- 94
3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm ----------------------------------------------- 94
3.4.1 Phương pháp chọn mẫu thực nghiệm ---------------------------------------------- 94
3.4.2 Phương pháp tiến hành và đánh giá kết quả thực nghiệm ---------------------- 95
3.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ------------------------------------------ 95
3.5.1 Đánh giá mức độ tự lực và sáng tạo của học sinh qua từng bài học
cụ thể ------------------------------------------------------------------------------------------ 95
3.5.2 Đánh giá kết quả học tập c
ủa học sinh thông qua bài
kiểm tra cuối chương ---------------------------------------------------------------------- 102
3.5.3 Đánh giá mức độ hiệu quả của việc sử dụng các mô hình thông qua
kết quả điều tra học sinh sau khi học xong chương
“Dòng điện trong các môi trường” ----------------------------------------------------- 107
Kết luận chương 3 ------------------------------------------------------------------------ 115
KẾT LUẬN -------------------------------------------------------------------------------- 117
TÀI LIỆU THAM KHẢO ---------------------------------------------------------------- 120
PHỤ LỤC
1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Đất nước ta đang trong thời kì hội nhập và phát triển kinh tế, mà việc gia nhập
tổ chức WTO (2006) là một trong những điểm mốc quan trọng. Sự nghiệp công nghiệp
hóa - hiện đại hoá đất nước đã và đang đặt ra cho nền giáo dục nước nhà những thách
thức mới, đòi hỏi giáo dục phải tiến hành công cuộc đổi mới một cách mạnh mẽ, sâu
sắc, toàn diện về mục tiêu, chương trình, sách giáo khoa
và phương pháp dạy học nhằm
hướng đến việc đào tạo nên một đội ngũ những người lao động, những cán bộ có trình
độ kĩ thuật cao, có năng lực tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề. Trong đó, coi đổi mới
phương pháp dạy học là vấn đề trọng tâm; thật vậy, theo quan điểm tâm lý giáo dục
học, đổi mới phương phá
p dạy học (PPDH) là hướng quan trọng có tác dụng chỉ đạo vì
nó tác động trực tiếp, ảnh hưởng trực tiếp đến tâm hồn, trí tuệ, ý chí,… của người học,
là yếu tố quyết định thành công.
Định hướng đổi mới PPDH đã được xác định trong các nghị quyết trung ương từ
năm 1996, được thể chế hoá trong luật giáo dục (12-1998), đặc biệt tái khẳng định
trong điều 5, luật giáo dục (2005)
: “Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực,
tự giác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học, bồi dưỡng cho người học năng lực
tự học, khả năng thực hành, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên ”.
Tuy nhiên, cho đến nay, sự chuyển biến về đổi mới PPDH trong các loại hình
nhà trường còn chậm, chủ yếu vẫn là cách dạy truyền thống: thầy thuyết trình – trò ghi
chép một cách thụ động,
một số phương pháp dạy học tích cực được sử dụng nhưng
mức độ thành công chưa cao, do đó vẫn chưa phát huy được tính tự lực và sáng tạo của
học sinh (HS). Một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn đến hiện trạng trên là do
sự thiếu thốn về phương tiện dạy học như: thiết bị thí nghiệm, mô hình vật lý hỗ trợ
dạy học, các phương tiện nghe – nhìn,…
2
Hiện na
y, sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin (CNTT) đã và đang tạo
ra những thành tựu tin học phong phú và hữu ích, do đó, việc khai thác và sử dụng
CNTT trong dạy học nói chung, dạy học vật lý nói riêng đang là một trong những vấn
đề cấp bách. Trong những năm gần đây, phong trào ứng dụng CNTT vào dạy học đang
diễn ra hết sức sôi nổi và dạy học với sự trợ giúp của m
áy vi tính (MVT) đã và đang tỏ
ra có nhiều ưu thế, mang lại nhiều hiệu quả tích cực cho quá trình dạy học, chỉ thị
29/2001/CT – BGD&ĐT của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo đã khẳng định điều
đó: “Công nghệ thông tin có tác động mạnh mẽ, làm thay đổi nội dung, phương pháp,
phương thức dạy và học”. Song, hiện nay, việc khai thác các ứng dụng của CNTT
trong dạy học còn khá hạn chế. Đa số giáo viên (GV) vẫn chỉ dừng lại ở việc sử dụng
MVT để soạn giáo á
n điện tử hay thiết kế bài giảng điện tử trên nền Microsoft Power
Point, đó mới chỉ là khai thác chức năng nghe nhìn của MVT. Các luận văn thạc sĩ giáo
dục học trong nước gần đây cũng có nghiên cứu về lĩnh vực ứng dụng CNTT trong dạy
học, nhưng đa số đều hướng đến việc thiết kế website hỗ trợ dạy học, thiết kế một số tư
liệu thí nghiệm ảo hỗ trợ dạy học hay xây dựng các chương trình hỗ trợ kiểm tra, đánh
giá…m
à ít chú trọng đến khả năng xây dựng các mô hình vật lý của MVT. Hiện nay,
có nhiều mô hình vật lý được thiết kế (ta có thể tìm thấy trên internet), nhưng các mô
hình đó được thiết kế một cách riêng lẻ, rời rạc, chưa thể hiện đư
ợc ý đồ và mục đích
sử dụng của bản thân tôi cũng như chưa thật sự phù hợp với chương trình, sách giáo
khoa của chúng ta.
Trong chương trình vật lý trung học phổ thông (THPT), có rất nhiều kiến thức
mà khi có các mô hình thích hợp thì học sinh sẽ tự lực và sáng tạo trong khi học chúng,
điển hình là chương “Dòng điện trong các môi trường”. Điều đó cho thấy việc nghiê
n
cứu khả năng xây dựng mô hình của MVT và ứng dụng trong dạy học nhằm làm cho
học sinh tự lực, sáng tạo là một trong những vấn đề rất cần thiết, góp phần vào công
cuộc đổi mới của nền giáo dục nước nhà.
3
Với những lý do nê
u trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu “Xây dựng một số mô hình
vật lý trên máy tính nhằm hỗ trợ học sinh tự lực và sáng tạo trong dạy học chương
dòng điện trong các môi trường – chương trình vật lý 11 – nâng cao”.
2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu:
- Phần mềm lập trình mô phỏng Mathlab và một số phần mềm khác.
- Quá trình dạy học vật lý ở trường THPT.
2.2. Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên
cứu xây dựng mô hình vật lý và ứng dụng vào dạy học chương “Dòng
điện trong các môi trường” lớp 11 – chương trình nâng cao cho học sinh THPT tại TP
Phan Rang – Tháp Chàm tỉnh Ninh Thuận.
3. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
Nếu xây dựng được các mô hình vật lý trên máy tính theo mục đích đã đề ra và
vận dụng vào dạy học thì có thể làm cho học sinh tự lực và sáng tạo, góp phần nâng
cao chất lượng dạy học.
4. MỤC ĐÍCH – NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
4.1.
Mục đích nghiên cứu.
- Xây dựng được một số mô hình dòng điện trong các môi trường trên máy tính bằng
cách lập trình Matlab và một số chương trình khác và sử dụng trong dạy học nhằm giúp
học sinh tự lực và sáng tạo trong học tập.
4.2.Nhiệm vụ nghiên cứu.
- Nghiên cứu xây dựng mô hình vật lý trên Matlab và một số chương trình khác.
- Xây dựng các mô hình về dòng điện trong các môi trường.
- Nghiên cứu cơ sở lý luận của dạy học nhằm phát triển tính tự lực và sáng tạo của HS.
4
- Nghiên cứu nội dung chương trình SG
K 11 – nâng cao, chương “Dòng điện trong các
môi trường”.
- Xây dựng các tiến trình dạy học nhằm mục đích làm cho học sinh tự lực và sáng tạo
với sự hỗ trợ của các mô hình.
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT nhằm xác định mức độ phù hợp,
đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các mô hình đã xây dựng, từ đó rút kinh nghiệm
để hoàn thiện chúng.
5. PHƯƠNG P
HÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lí luận:
- Các văn kiện, nghị quyết, luật giáo dục.
- Các tạp chí giáo dục có liên quan đến mô hình trong dạy học vật lý, sử dụng máy vi
tính trong dạy học Vật Lý.
- Tư liệu về cơ sở lý luận của dạy học vật lý.
- Tư liệu về nội dung, con đường hình thành kiến thức, mục đích, yêu cầu giảng dạy
chương “ Dòng điện trong các m
ôi trường”_ Vật lý 11 nâng cao.
- Sách giáo khoa lớp 11 chương “Dòng điện trong các môi trường”.
- Tài liệu hướng dẫn lập trình trên Mathlab, và một số chương trình khác.
- Tài liệu chuyên sâu về cơ chế phát sinh hạt mang điện và bản chất dòng điện trong
các môi trường.
Quan sát, điều tra về thực trạng dạy học chương “ Dòng điện trong các môi
trường” ở các trường THPT thuộc tỉnh Ninh Thuận.
Thực nghiệm sư phạm.
Thống kê toán học để xử lý
số liệu thực nghiệm.
5
6. Ý N
GHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Cung cấp một số mô hình vật lý hỗ trợ dạy học chương “Dòng điện trong các môi
trường” - Vật lý 11 – Nâng cao và phương pháp sử dụng chúng nhằm phát huy tính tự
lực và nâng cao năng lực sáng tạo cho học sinh.
- Tạo cơ sở cho việc nghiên cứu xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính hỗ trợ dạy
học cho các phần còn lại của chương trình vật lý THPT.
6
CHƯƠNG 1
MÔ HÌNH TRÊN MÁY TÍNH VÀ VAI TRÒ CỦA
CHÚNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ NHẰM
PHÁT HUY TÍNH TỰ LỰC VÀ NÂNG CAO
NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH
1.1 Mục tiêu và định hướng đổi mới trong giáo dục hiện nay[2][6][33]
Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI, thế kỷ của trí tuệ sáng tạo. Đất nước ta
đang bước vào thời kỳ Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa. Viễn cảnh tương lai tươi đẹp
nhưng cũng ẩn chứa nhiều thách thức đòi hỏi ngành Giáo dục – Đào tạo phải thực hiện
một cuộc cách mạng trong giáo dục, phải đổi mới mạnh mẽ, vươn tới ngang tầm với sự
phát triển chung của khu vực và thế giới. Bởi lẽ sự nghiệp Giá
o dục – Đào tạo là nhân
tố góp phần quyết định vào việc bồi dưỡng trí tuệ khoa học, năng lực sáng tạo cho thế
hệ trẻ - mầm sống tương lai của đất nước.
Tuy nhiên, trong mấy thập kỷ vừa qua, mặc dù giáo dục đã có những bước
chuyển biến tích cực hướng trung tâm của quá trình dạy học v
ào “người học”, nhưng
kiểu dạy học như hiện nay vẫn bộc lộ một nhược điểm cơ bản là vẫn mang nặng tính
chất “độc thoại, thông báo, giảng giải áp đặt, làm mẫu cho học sinh bắt chước” của sự
dạy và tính chất “thụ động theo dõi, chấp nhận, ghi nhớ, thừa hành, bắt chước” của sự
học. Kiểu dạy học nà
y vẫn chưa phát huy được khả năng học tập tự lực, tìm tòi, sáng
tạo giải quyết vấn đề của HS trong quá trình chiếm lĩnh tri thức. Do đó, ngành giáo dục
nước nhà cần phải thực hiện công cuộc đổi mới toàn diện về chương trình Sách Giáo
Khoa (SGK) và phương pháp dạy học (PPDH), trong đó đặt trọng tâm vào việc đổi mới
PPDH. Chỉ có đổi mới PPDH chúng ta mới có thể tạo đư
ợc sự đổi mới thực sự trong
7
giáo dục, mới có thể đào tạo 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.
Định hướng đổi mới PPDH đã được xác định tr
ong Nghị quyết Trung ương 4
Khóa VII (1-1993), Nghị quyết Trung ương 2 Khóa VIII (12-1996), được thể chế hóa
trong luật Giáo dục (2005), cụ thể trong các chỉ thị của Bộ Giá
o dục & Đào tạo, đặc
biệt là trong chiến lược phát triển giáo dục 2001-2010 (2001). Theo chiến lược phát
triển giáo dục 2001-2010, ở mục 5.2 có ghi rõ: “Đổi mới và hiện đại hóa phương pháp
giáo dục. Chuyển từ việc truyền thụ tri thức thụ động, thầy giảng, trò ghi sang hướng
dẫn người học chủ động tư duy trong quá trình tiếp cận tri thức, dạy cho người học
phương pháp tự học, tự thu nhận thông tin một cách có hệ thốn
g và có tư duy phân
tích, tổng hợp, phát triển năng lực của mỗi cá nhân, tăng cường tính chủ động, tích
cực, tự chủ của học sinh trong quá trình học tập, …”
Việc đổi mới PPDH được thực hiện theo các định hướng sau:
- Bám sát mục tiêu giáo dục đào tạo
- Phù hợp với nội dung dạy học cụ thể
- Phù hợp với đặc điểm lứa tuổi của HS
- Phù hợp với cơ sở vật chất, các điều kiện dạy học của nhà trường
- Phù hợp với việc đổi mới kiểm tr
a, đánh giá kết quả dạy-học
- Kết hợp giữa việc tiếp thu và sử dụng có chọn lọc, có hiệu quả các PPDH tiên tiến,
hiện đại với việc khai thác những yếu tố tích cực của các PPDH truyền thống.
- Tăng cường sử dụng các phương tiện dạy học, thiết bị dạy học và đặc biệt lưu ý đến
những ứng dụng của công nghệ thông tin.
Hiện nay, t
rên thế giới và ở nước ta đã và đang có rất nhiều quan điểm, mô hình
dạy học hiện đại như dạy học theo tình huống, dạy học theo lý thuyết kiến tạo, dạy học
dự án (PBL), dạy học điều tra (
IBL),… Song, cơ sở lý luận của các quan điểm, mô
hình dạy học này còn khá mới mẻ và đang được xây dựng hoàn thiện, do đó hiệu quả
và mức độ phù hợp của các quan điểm, mô hình dạy học này đối với hoàn cảnh, điều
8
kiện giá
o dục ở nước ta có tốt hay không còn phải chờ một thời gian nữa mới có thể
đánh giá được. Trong lúc đó, bản thân các PPDH truyền thống (thuyết trình, đàm
thoại…) tuy có những mặt hạn chế nhất định nhưng nếu khai thác được những yếu tố
tích cực của các phương pháp này đồng thời phối hợp nhuần nhuyễn các phương pháp
thì sẽ đem lại hiệu quả giáo dục cao. Hơn nữa, bản thân các PPDH truyền thống này đã
có được một nền tảng cơ sở lý luận đầy đủ, vững chắc. Ngoài ra, với sự phát t
riển của
khoa học – kỹ thuật và công nghệ thông tin như hiện nay thì việc lựa chọn, chế tạo các
phương tiện dạy học bổ trợ thích hợp là hoàn toàn có thể thực hiện được, đó cũng là
một trong những yếu tố quyết định tính hiệu quả và sự thành công của PPDH.
Tóm lại, cần thiết phải đổi mới PPDH, nhưng đổi mới theo hướng nào là tùy
thuộc vào đối tượng học, hoàn cảnh cụ thể của địa phương, của đất nước, nhưng phải
đảm bảo đi đúng định hướng đổi mới PPDH và phải thể hiện được yếu tố cốt lõi của
triết lý giáo dục trong t
hời kỳ phát triển giáo dục sau 2010 là “người học, lợi ích và nhu
cầu của người học”. Sự thành công của người học sẽ đem lại lợi ích cho xã hội, vì vậy
giáo dục phải dựa vào người học và hoạt động của họ.
1.2 Cơ sở lý luận của dạy học nhằm phát huy tính tự lực và nâng cao năng
lực sáng tạo cho học sinh
1.2.1 Phát huy tính tự lực của học sinh trong học tập vật lý[22][25][32]
1.2.1.1 Tự lực và sự cần thiết phải phát huy tính tự lực của HS trong giờ học Vật lý
Một xu hướng cơ bản của lý luận dạy học hiện đại là “ngày càng đề cao vai trò
tự lực của HS trong hoạt động học tập”. Vậy “tự lực” là gì? Tác giả Chu Bích Thu cho
rằng “tự lực là tự sức mình, với sức lực của bản thân, không nhờ cậy ai”, nghĩa là “tự
sức mình l
àm lấy, không dựa dẫm, nhờ vả người khác”. Theo quan điểm giáo dục hiện
nay, tính tự lực trong học tập được hiểu là:
- Tự học, tự nghiên cứu, tự tìm ra kiến thức bằng hoạt động của chính mình, tức là cá
nhân hoá việc học;
9
- Tự m
ình khám phá những điều mình chưa rõ, chưa có chứ không phải thụ động tiếp
thu những tri thức được sắp đặt sẵn;
- Người học tự mình trực tiếp quan sát, thảo luận, làm thí nghiệm, giải quyết vấn đề đặt
ra theo cách nghĩ của mình, từ đó tiếp thu được kiến thức mới, kĩ năng mới, bộc lộ và
phát triển tiềm năng sáng tạo của bản thâ
n.
Trong hoạt động học, tự lực là nền tảng cơ sở cho tư duy độc lập, mà có tư duy độc lập
mới có thể sáng tạo được. Do đó, việc bồi dưỡng và phát huy vai trò tự lực của HS
trong học tập nói chung, học tập vật lý nói riêng là rất cần thiết.
Thật vậy, trong nhà trường, quá trình học sinh nắm vững kiến thức không phải
là tự phát mà là một quá trình có mục đích rõ ràng, có kế hoạch, có tổ chức chặt chẽ, là
một quá trình nỗ lực tư duy, trong đó H
S phát huy tính tích cực, tính tự giác của mình
dưới sự chỉ đạo của GV. Trong quá trình ấy, mức độ tự lực của HS càng cao thì kiến
thức nắm được càng sâu sắc, tư duy độc lập sáng tạo càng được phát triển, năng lực
nhận thức càng được nâng cao, kết quả học tập càng tốt, đặc biệt là trong hoàn cảnh
khoa học và kinh tế đang phát triển mạnh mẽ như hiện nay. Tâm lý học và lý luận dạy
học hiện đại cũng đã khẳng định điều đó: “cách tốt nhất để nắm vững được những tri
thức, kỹ năng, kinh nghiệm là người học tái tạo ra chúng thông qua hoạt động tự lực
của bản thân”, mà con đường hiệu quả nhất để làm
cho HS nắm vững được kiến thức
là phát triển năng lực sáng tạo (NLST), là phải đưa HS vào vị trí của chủ thể nhận thức.
Để làm được điều đó thì GV phải là người định hướng, người tạo ra điều kiện tốt nhất
để HS tự lực chiếm lĩnh kiến thức, bởi vì “trẻ em không thể tự mình trực tiếp lĩnh hội
kinh nghiệm xã hội – lịch sử. Để làm được điều này, t
rẻ em phải gián tiếp thông qua
người lớn, thông qua hoạt động hợp tác giữa trẻ em và người lớn” – theo
L.X.Vưgotxki
Vậy thì tính tự lực của HS trong học tập nói chung, trong học tập Vật lý nói
riêng có những biểu hiện như thế nào? Và GV phải làm sao để có thể phát huy tính tự
lực của HS trong học tập Vật lý?
10
1.2.
1.2 Những biểu hiện của tính tự lực và biện pháp phát huy tính tự lực của HS
trong học tập Vật lý
Trong học tập nói chung và học tập Vật lý nói riêng, tính tự lực của HS có
những biểu hiện đa dạng và phong phú, trong đó có tự lực học tập ở nhà và tự lực học
tập trên lớp. Ở đây, tôi xin nêu ra những biểu hiện cơ bản của tính tự lực của HS trong
giờ học Vật lý trên lớp:
- Tự đọc tài liệu, SGK để xây dựng nên các câu trả lời theo yêu cầu của GV.
- Tự quan sát một hiện tượng hoặc một thí nghiệm, mô hình,… và nêu một khái niệm
vật lý, nêu một dự đoán về tính chất của hiện tượng, mối quan hệ nhân quả ẩn chứa
trong hiện tượng,… hoặc chỉ đơn giản là nêu lên một nhận xét theo yêu cầu của GV.
- Tự ghi chép tóm tắt bài giảng.
- Tự suy nghĩ và tìm ra hướng giải q
uyết cho một bài toán vật lý.
- Tự tìm hiểu dụng cụ, lắp ráp và tiến hành thí nghiệm.
Và để có thể phát huy được tính tự lực của HS trong giờ học vật lý, đòi hỏi GV phải
kích thích được hứng thú và sự chú ý của HS đối với kiến thức. Đây là điều kiện cơ
bản giúp HS có thể phát huy tính tự lực của mình trong học tập. Để làm được điều đó,
người GV phải lựa chọn các phương pháp và thủ thuật dạy học thích hợp. Thật vậy, để
đạt đư
ợc mục đích “HS tự lực chiếm lĩnh kiến thức” thì sự giải thích mang tính chất
thông báo đơn thuần của GV về các vấn đề kiến thức là không còn phù hợp. Như
K.D.Usinxki đã viết “…Ngay cả trong trường hợp giả thuyết rằng HS hiểu được ý m
à
GV giải thích cho họ thì ý này cũng không bao giờ thâm nhập vào đầu óc họ một cách
thật vững chắc và tự giác, không bao giờ trở thành vốn riêng thật hoàn toàn của HS
như khi họ tìm ra…”.
Sự lựa chọn các phương pháp và thủ thuật giảng dạy trên lớp phụ thuộc vào
nhiều điều kiện khác nhau: nội dung của tài liệu học tập, trình độ kiến thức của các HS
trong lớp, phương tiện hỗ trợ dạy học, số lượng thời gian m
à GV dành để giảng vấn đề
đặt ra,… Do đó, cần thiết phải phân tích kỹ lưỡng các điều kiện để lựa chọn những
11
phương pháp tốt nhất – là phương pháp mà trong đó H
S được rèn luyện nhiều nhất các
giác quan và bộ óc của mình trong việc phát hiện những mối liên hệ và các quy luật
của vật lý.
Ngoài ra, để tạo cơ sở cho việc phát huy tính tự lực của HS trong giờ học vật lý,
người GV còn cần phải rèn luyện cho HS cách sử dụng SGK và các tài liệu học tập
cũng như dạy cho họ cách để xây dựng các câu trả lời (phát triển năng lực ngôn ngữ
cho HS).
1.2.
2 Nâng cao năng lực sáng tạo cho học sinh trong học tập vật lý[2][12][15][33]
1.2.2.1 Sáng tạo và năng lực sáng tạo
Theo tác giả Nguyễn Mạnh Hùng, sáng tạo là “hoạt động mà hoạt động của nó
là một sản phẩm tinh thần hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị”.
Cụ thể, sáng tạo là hoạt động tạo ra những cái mới chưa từng có trong tự nhiên hay
trong xã hội. Những cái mới này phải m
ang lại lợi ích và hiệu quả cho con người.
Trong dạy học, người ta phân biệt hai cấp độ sáng tạo là sáng tạo cái mới chỉ đối với
bản thân và sáng tạo cái mới đối với nhân loại, còn trong quá trình học tập vật lý của
HS, sáng tạo chủ yếu thể hiện ở cấp độ thứ nhất, dưới nhiều hình thức như: sáng tạo
xây dựng kiến thức vật lý (khái niệm, định l
uật,…), sáng tạo vận dụng các kiến thức
vật lý (giải bài tập vật lý, xây dựng các mô hình vật lý, các thiết bị ứng dụng nguyên lý
vật lý,…), sáng tạo để cải tiến cái cũ…
Năng lực sáng tạo có thể hiểu là “khả năng tạo ra những giá trị vật chất và tinh
thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công những hiểu biết
đã c
ó vào hoàn cảnh mới” và “bất cứ lúc nào, bất cứ ở đâu, năng lực sáng tạo đều nảy
sinh và phát triển trong quá trình giải quyết các vấn đề” – đó là khẳng định của nhà
giáo dục học I.Ia.Lecne, cũng theo ông, năng lực sáng tạo thường thể hiện qua các đặc
trưng sau:
12
- Tự lực chuyển các tri thức và kỹ năng sang một tình huống mới. Sự liên hệ giữa tình
huống mới và tri thức cũ càng xa thì mức độ sáng tạo cà
ng cao.
- Nhìn thấy những vấn đề mới trong các điều kiện quen biết “đúng quy cách”.
- Nhìn thấy cấu trúc của đối tượng đang nghiên cứu. Thực chất của năng lực này là bao
quát nhanh chóng các bộ phận, các yếu tố của đối tượng trong mối tương quan giữa
chúng với nha
u.
- Kỹ năng nhìn thấy nhiều lời giải cho một bài toán (kỹ năng xem xét đối tượng ở
những khía cạnh khác nhau).
- Kỹ năng kết hợp những phương thức giải đã biết thành một phương thức mới.
- Kỹ năng sáng tạo một phương pháp giải độc đáo tuy đã biết những phương thức khác.
Tác giả Nguyễn Mạnh Hùng bổ sung thêm NLST còn thể hiện ở chỗ:
- Biết kiểm tra, đánh giá hiệu quả cách giải quyết vấn đề của bản thân và của những
người khác
.
- Biết điều chỉnh các phương án giải quyết vấn đề một cách nhanh chóng và phù hợp
với điều kiện thực tiễn.
- Tự chủ, tin tưởng vào khả năng giải quyết các vấn đề của bản thân. Không nản chí
trước một vấn đề khó
mà tìm đủ mọi cách để đưa ra một phương án tốt nhất.
1.2.2.2 Mức độ và các biện pháp nhằm nâng cao NLST cho HS trong dạy học vật lý
a) Các mức độ nâng cao NLST cho HS
Có 3 mức độ cơ bản để nâng cao NLST cho HS, đó là:
Mức độ 1: vận dụng cái đã biết, đã làm vào các tình huống tương tự.
Mức độ 2: vận dụng cái đã biết vào tình huống có một số yếu tố mới.
Mức độ 3: đề xuất vấn đề khác hẳn cái đã biết, đã làm.
Trong đó mức độ 1 là thấp nhất, yêu cầu tối thiểu phải rèn luyện cho HS để tạo
điều kiện sáng tạo, còn mức độ 3 là cao nhất của sự sáng tạo đối với HS. Tùy theo điều
13
kiện cụ thể và đối tượng H
S mà giáo viên có thể lựa chọn các phương pháp thích hợp
để rèn luyện NLST cho HS đạt yêu cầu của các mức độ trên.
b) Các biện pháp rèn luyện NLST cho HS trong dạy học Vật lý
- Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới bằng cách
tổ chức quá trình nhận thức vật lý theo chu trình sáng tạo.
- Luyện tập phán đoán (dự đoán, phỏng đoán), xây dựng giả thuyết. Trong giai đoạn
đầu của nhận thức vật lý, HS có thể có các cách dự đoán sau:
Dựa và
o liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có,
Dựa trên sự tương tự,
Dựa trên sự xuất hiện đồng thời của hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có
mối quan hệ nhân quả,
Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình,
Dựa trên sự mở rộng phạm v
i ứng dụng của một số kiến thức đã biết sang một
lĩnh vực khác,
Dự đoán về mối quan hệ định lượng,…
- Luyện tập đề xuất phương án kiểm tra dự đoán.
- Luyện tập giải bài tập sáng tạo (bài tập thiết kế phương án thí nghiệm và bài tập
nghiên cứu)
- GV tạo hứng thú học tập, định hướng hoạt động cho HS, tổ chức cho HS tự khám ph
á
kiến thức.
- GV dạy phương pháp tự học
- GV tăng cường trang bị và nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học.
Như vậy, việc phát huy tính tự lực và nâng cao năng lực sáng tạo cho HS là một nhiệm
vụ mà bất kỳ người GV nào cũng phải thực hiện nhằm đào tạo ra những con người
“năng động, sáng tạo, có khả năng tư duy
độc lập, tự lực giải quyết vấn đề,…” đáp
ứng nhu cầu mới của xã hội. Nhưng có nhiều cách để rèn luyện năng lực sáng tạo cũng
như phát huy tính tự lực của HS trong học tập vật lý (xây dựng phiếu học tập…) và
14
việc lựa chọn một phương phá
p để phát huy tính tự lực và rèn luyện năng lực sáng tạo
cho HS là một trong những vấn đề gây rất nhiều khó khăn cho GV. Ở đây, trong giới
hạn đề tài này, tôi muốn nhấn mạnh vai trò của phương tiện dạy học (PTDH) hỗ trợ
cho việc phát huy tính tự lực và năng lực sáng tạo của HS, đó chính là việc xây dựng
và sử dụng các mô hình trong dạy học vật lý với sự hỗ trợ của m
áy vi tính.
1.3 Mô hình trong dạy học vật lý[26][27][28][29][34]
1.3.1 Khái niệm mô hình
Khái niệm mô hình được sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thường ngày với
những ý nghĩa rất khác nhau. Trong cuộc sống cũng như trong học tập, HS thường gặp
các khái niệm mô hình như: mô hình tế bào, mô hình máy phát điện, mô hình cấu tạo
nguyên tử, mô hình liên kết hóa học, mô hình “trường học thân thiện, HS tích cực”…
Trong Vật lý học, mô hình được định nghĩa như sau:
Theo V.A.Stopho: “Mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực
hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng
nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp c
ho ta những
thông tin mới về đối tượng”.
Hay theo tác giả Lê Thị Thanh Thảo: “Mô hình là những hệ thống tín hiệu gồm những
hình vẽ, những giản đồ, những đồ thị, những ký hiệu toán học hay đơn giản là những
mệnh đề từ ngữ, những hệ thống này có khả năng biểu diễn tình huống”.
Tuy nhiên, mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng vật chất. Cùng
một đối tượng vật chất có thể có nhiều mô hình khác nhau. Tóm lại, mô hình không
đồng nhất với đối tượng mà nó phản ánh.
Trong khuôn khổ đề tài này, chúng tôi có đề cập đến khái niệm “mô hình vật lý
trên máy tính”. Đó là những m
ô hình lý thuyết được mô phỏng lại với sự trợ giúp của
máy vi tính và các phần mềm tin học hỗ trợ. Việc xây dựng các mô hình này được tiến
hành dựa trên cơ sở đã biết cách giải thích cơ chế bên trong của các hiện tượng, chúng
15
tôi tiến hành tìm
hiểu và lựa chọn phần mềm tin học thích hợp để hỗ trợ mô phỏng lại
các quá trình đó trên máy vi tính, nhằm tạo ra các mô hình vật lý trực quan hỗ trợ cho
quá trình dạy học vật lý theo các mục tiêu cụ thể.
1.3.2 Tính chất của mô hình
Là hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu, một
mô hình có những tính chất cơ bản sau:
1.3.2.1 Tính tương tự “vật gốc”
Khi mà bản chất của đối tượng không cho phép chúng ta trực tiếp nghiên cứu
chúng thì việc mô hình hóa đối tượng Vật lý là cần thiết. Sản phẩm của quá trình này
chính là sự ra đời của một mô hình Vật lý.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô hình hóa trong Vật lý chính là lý thuyết
tương tự, do đó sản phẩm của nó phải có tính “tương tự vật gốc”.
1.3.2.2 Tính đơn giản
Chúng ta đã biết, thế giới khách quan vô cùng đa dạng và phong phú. Nhưng mô
hình chỉ phản ánh “một số tính c
hất của thực tế khách quan (đối tượng nghiên cứu)”.
Do đó, trong khi xây dựng mô hình, ta phải thực hiện các thao tác nhằm tước bỏ những
chi tiết thứ yếu, chỉ giữ lại những thuộc tính và những mối liên hệ bản chất nhất, điều
đó tất yếu sẽ dẫn đến sự đơn giản hóa đối tượng nghiê
n cứu.
Mặt khác, cũng nhờ tính chất này mà khi nghiên cứu mô hình, ta có thể nắm
chắc được những thuộc tính bản chất của đối tượng, từ đó có thể khái quát hóa chúng
để rút ra các quy luật.
1.3.2.3 Tính trực quan
Thông thường, khi mà việc nghiên cứu, quan sát trên đối tượng thật gặp nhiều
khó khăn thì ta cần phải sử dụng đến mô hình. Bởi lẽ khi xây dựng mô hình ta đã tiến
16
hành “
vật chất hóa” những tính chất, những quan hệ không thể trực tiếp tri giác được.
Chẳng hạn như mô hình cấu trúc mạng tinh thể của kim loại Cu được biểu diễn bằng
hình vẽ ô mạng tinh thể khối lập phương có các chấm tròn chuyển động hỗn loạn bên
trong.
1.3.2.4 Tính quy luật riêng
Khi xây dựng mô hình, người ta dùng một hệ thống để mô tả một số đặc tính
của vật gốc mà n
gười ta chưa biết đầy đủ. Hệ thống đó tuân theo những quy luật mà ta
đã biết rõ, gọi là những quy luật riêng của mô hình.
1.3.2.5 Tính lý tưởng
Mô hình xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn. Thực tiễn thì luôn luôn bị chi
phối bởi vô số “nhiễu” của môi trường xung quanh. Do đó, khi xây dựng mô hình, ta
cần phải loại bỏ tất cả những ảnh hưởng của nhiễu trong nhận t
hức. Điều đó ít nhiều
tạo ra tính chất “lý tưởng” của mô hình.
Tính chất lý tưởng của mô hình càng cao thì mô hình càng khái quát, càng giúp
ta nhận thức được những nét chung nhất của hiện tượng và bao trùm được một số càng
lớn hiện tượng.
1.3.3 Phân loại mô hình
Mô hình có rất nhiều loại và việc phân loại mô hình cũng có nhiều cách, dựa
trên nhiều cơ sở khác nhau.
Ở đây, ta quan tâm đến các mô hình sử dụng trong vật lý học. Có thể phâ
n các
mô hình vật lý làm các loại sau:
17
1.3.
3.1 Mô hình mô tả
Là bản sao đơn giản hóa của các đối tượng vật lý đúng như ta cảm nhận. Ví dụ:
mô hình máy bay…
1.3.3.2 Mô hình hình ảnh
Dùng để mô tả các đối tượng không thể cảm nhận trực tiếp hay những đối tượng
mà ta tưởng tượng nó tồn tại đằng sau bề mặt cảm nhận được. Ví dụ: mô hình nguyên
tử (mô hình phóng to) hay mô hình hệ mặt trời (mô hình thu nhỏ),… Đây là loại mô
hình mang dấu ấn sáng tạo của con người.
Trong
dạy học vật lý, loại mô hình này có vai trò rất quan trọng vì nó có tính
trực quan rất cao, góp phần hỗ trợ cho HS trong quá trình nhận thức về đối tượng Vật
lý.
1.3.3.3 Mô hình tượng trưng
Là loại mô hình biểu diễn đối tượng hay hiện tượng vật lý bằng ngôn ngữ, ít
nhiều mang tính trừu tượng như ngôn ngữ văn chương (ngôn ngữ kỹ thuật hay thong
tin), ngôn ngữ hình ảnh (đồ thị, đư
ờng cong biểu diễn,…) ngôn ngữ toán học (các ký
hiệu toán học).
Ví dụ: Mô hình đường đặc tuyến Volt – Ampere là mô hình tượng trưng được
biểu diễn bằng ngôn ngữ hình ảnh, cho ta biết mối quan hệ giữa cường độ và hiệu điện
thế một mạch điện nào đó. Hay phương trình sóng Schrodinger được biểu diễn bằng
ngôn ngữ toán học...
1.3.3.4 Mô hình tương tự
Dựa trên cơ sở phép tương tự tr
ong Vật lý, người ta có thể xây dựng các mô
hình trong lĩnh vực khác từ mô hình đã có trong lĩnh vực nào đó.
Ví dụ: mô hình sóng cơ là cơ sở để xây dựng mô hình quang học song.
