Thí nghiệm vật lý thật, thí nghiệm tương tác trên màn hình và các biện pháp sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm trong dạy học vật lý - Phạm Xuân Quế

Phạm Xuân Quế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 61 - 65 61 THÍ NGHIỆM VẬT LÝ THẬT, THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH VÀ CÁC BIỆN PHÁP SỬ DỤNG PHỐI HỢP CÁC LOẠI THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Phạm Xuân Quế1, Nguyễn Thị Thu Hà2* 1Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Hiện nay, giảng dạy môn Vật lý ở các trường phổ thông vì nhiều lý do khác nhau mà các loại thí nghiệm vật lý chưa được chú ý khai thác và sử dụng đúng mức. Điều này đã khiến học sinh thụ động trong quá trình học tập, ảnh hưởng đến chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh. Hơn nữa, trong lí luận và thực tiễn hiện nay cũng đang đặt ra những vấn đề cần nghiên cứu liên quan đến sự sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm, ví dụ như: nguyên tắc sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm; các biện pháp sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm và hình thức tổ chức dạy học cần thay đổi như thế nào để có thể phát huy được tính tích cực, tự chủ và sáng tạo của học sinh. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày một số vấn đề liên quan đến thí nghiệm vật lý thật, thí nghiệm tương tác trên màn hình và các biện pháp sử dụng các loại thí nghiệm trên trong dạy học vật lý nhằm phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của học sinh. Từ khoá. Dạy học vật lý, thí nghiệm thật, thí nghiệm tương tác trên màn hình, phối hợp các loại thí nghiệm vật lý. CÁC LOẠI THÍ NGHIỆM VẬT LÝ VÀ CHỨC NĂNG CỦA THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ* Các loại thí nghiệm vật lý Thí nghiệm (TN) vật lý (VL) là: “sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới” [3]. Như vậy, với cách định nghĩa trên, TN VL có hai dấu hiệu chính đó là: - Đối tượng nghiên cứu là hiện thực khách quan. - Trong TN diễn ra sự tác động có chủ định của chủ thể nghiên cứu lên đối tượng nghiên cứu, làm biến đổi đối tượng nghiên cứu theo mục đích, trình tự nghiên cứu riêng của mình và nhận được các kết quả tương ứng, Có nhiều cách phân loại TN VL, dựa trên những tiêu chí khác nhau sẽ có những loại TN khác nhau. * Tel: 0983752675; Email: Nguyenhadhsptn@gmail.com - Nếu căn cứ vào mục đích lý luận dạy học của TN, TN gồm các loại sau: TN biểu diễn và TN thực tập của HS. Trong TN biểu diễn lại có các loại: TN mở đầu, TN nghiên cứu hiện tượng và TN củng cố. Trong TN thực tập lại có các loại: TN trực diện, TN thực hành và TN và quan sát VL ở nhà [3]. - Nếu dựa vào môi trường làm việc của TN, ta lại có thể chia TN ra làm những loại sau: TN thật và TN ảo. TN thật là những TN được thực hiện trong môi trường phòng TN. TN thật lại được chia làm hai loại: + TN truyền thống là TN trong đó người học thực hiện TN ở trong phòng TN và không có sự hỗ trợ của máy vi tính. + TN thật có sự hỗ trợ của máy tính là TN trong đó việc tiến hành TN được thực hiện trong môi trường phòng TN và máy tính được sử dụng như là một công cụ hỗ trợ việc thu thập và xử lý số liệu. Ví dụ: TN ghép nối máy tính. TN ảo là những TN được thực hiện trên môi trường máy vi tính, trong đó diễn ra sự tương tác của chủ thể nghiên cứu lên đối tượng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phạm Xuân Quế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 61 - 65 62 nghiên cứu bằng việc chủ thể thao tác trên màn hình thông qua hệ thống bàn phím, con chuột. TN ảo gồm hai loại: + TN mô phỏng, là TN ở đó, đối tượng nghiên cứu là mô hình được mô phỏng. + TN tương tác trên màn hình (TTTMH) là TN mà ở đó, đối tượng nghiên cứu là đối tượng thực (được quay hoặc chụp lại) dưới dạng gốc. Như vậy, TN TTTMH là những TN mà đối tượng nghiên cứu là các hiện tượng, quá trình VL thực được ghi lại (quay lại hoặc chụp lại) dưới dạng gốc và đưa vào máy tính, bằng công cụ phần mềm máy tính, qua đó người học sẽ thao tác trên màn hình để tương tác với đối tượng nghiên cứu, làm biến đổi đối tượng nghiên cứu theo các mục đích, trình tự nghiên cứu riêng của mình và nhận được các kết quả tương ứng. Chức năng của thí nghiệm trong dạy học Vật lý Trong dạy học VL, TN có vai trò quan trọng trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh (HS). Chính vì lẽ đó, trong quá trình dạy học, TN phải đảm bảo được các chức năng sau: - Trình bày trước HS đối tượng nghiên cứu (các quá trình hay hiện tượng VL) dưới dạng gốc hay những mô hình khác nhau. - Thu thập các thông tin về đối tượng nghiên cứu. - Trình bày các thông tin thu thập được dưới các dạng khác nhau. - Phân tích, xử lý các thông tin theo các mục đích khác nhau. - Hỗ trợ HS đề xuất giả thuyết vấn đề nghiên cứu. - Giúp HS kiểm tra các giả thuyết khoa học (hay các hệ quả được rút ra từ giả thuyết) [1], Với những chức năng trên, TN tham gia vào quá trình dạy học với những mục đích sau: - Làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu, định hướng hành động, kích thích hứng thú học tập VL của HS. - Minh họa kiến thức, qua đó giúp HS có cái nhìn trực quan về đối tượng nghiên cứu. - Hỗ trợ đề xuất vấn đề nghiên cứu; đưa ra những dự đoán, giả thuyết. - Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết (hệ quả suy ra từ giả thuyết). - Củng cố kiến thức kỹ năng của HS (ôn tập, đào sâu, mở rộng và hệ thống hóa, vận dụng). - Kiểm tra kiến thức, kỹ năng của HS. SỬ DỤNG PHỐI HỢP CÁC LOẠI THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, TỰ LỰC VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH Nguyên tắc sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lý nhằm phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh Mỗi loại TN đều có những ưu, nhược điểm nhất định với những chức năng, mục đích lý luận dạy học khác nhau. Chính vì vậy, trong quá trình dạy học, để phát huy được tính tích cực,tự lực và sáng tạo của HS, giáo viên (GV) phải biết kết hợp, sử dụng phối hợp các loại TN, qua đó phát huy những ưu điểm, khắc phục nhược điểm của từng loại TN. Nhưng khi sử dụng phối hợp các loại TN trong dạy học VL phải đảm bảo những nguyên tắc sau: - Chỉ sử dụng những TN ảo khi TN thật không giúp HS nhận thức một cách đầy đủ, chính xác kiến thức vật lí cần nghiên cứu hoặc không hỗ trợ tốt việc tổ chức quá trình hoạt động nhận thức của HS một cách tích cực, tự lực và sáng tạo. - Có thể sử dụng TN và sử dụng phối hợp các loại TN ở các khâu khác nhau của quá trình dạy học, các giai đoạn của quá trình nhận thức nhưng phải đặc biệt lưu ý chức năng lý luận dạy học của từng loại TN để sử dụng TN cho phù hợp với từng giai đoạn đó. - Gắn việc sử dụng phối hợp các loại TN với hệ thống các hoạt động trí tuệ-thực tiễn của HS trong quá trình TN (thiết kế phương án TN, lập kế hoạch TN, thu tập số liệu và xử lý số liệu), qua đó kích thích sự tranh luận tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong quá trình học tập. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phạm Xuân Quế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 61 - 65 63 Các biện pháp sử dụng thí nghiệm thật, thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học Vật lý nhằm phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của học sinh Những biểu hiện của tính tích cực, tự lực trong học tập Vật lý của học sinh - Có hứng thú học tập, chăm chú nghe giảng, hăng hái tham gia phát biểu ý kiến, phát hiện được vấn đề nghiên cứu. - Tìm cách độc lập, tự lĩnh hội, giải quyết vấn đề học tập, tự mày mò tìm ra các hướng khác nhau để tìm ra lời giải hợp lý nhất cho vấn đề cần giải quyết. - Chủ động vận dụng kiến thức, kỹ năng đã học khi gặp tính huống mới, có sáng tạo trong giải quyết vấn đề, tìm ra cái mới, vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn. Những biểu hiện của năng lực sáng tạo trong học tập Vật lý của học sinh - Đề xuất được giả thuyết hoặc đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề đặt ra. - Đưa ra được phương án TN kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết. - Thiết kế cải tiến TN (trong quá trình làm TN). - Năng lực nhìn nhận một vấn đề dưới những góc độ khác nhau, xem xét đối tượng ở những khía cạnh, cách giải quyết khác nhau, đôi khi mâu thuẫn nhau để từ đó tìm ra các giải pháp lạ, có hiệu quả phù hợp với điều kiện, hoàn cảnh cụ thể. Các biện pháp sử dụng thí nghiệm thật, thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học Vật lý nhằm phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của học sinh Từ những biểu hiện hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong học tập VL và chức năng của từng loại TN trong dạy học VL, chúng tôi thấy có thể sử dụng phối hợp các loại TN và các phần mềm mô phỏng TN trong dạy học VL nhằm phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS bằng các biện pháp sau: - Sử dụng TN thật, TN TTTMH làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu. Trong gian đoạn làm xuất hiện ở HS vấn đề nghiên cứu, GV có thể sử dụng thí nghiệm theo những bước sau: + GV mô tả hoàn cảnh thực tiễn tạo nên một tình huống “gay cấn” và yêu cầu HS dự đoán hiện tượng xảy ra. + GV làm một TN biểu diễn, hoặc GV cho HS làm một TN đơn giản để HS thấy được hiện tượng diễn ra không phù hợp với dự đoán của mình. + GV hướng dẫn HS phát biểu vấn đề của bài học. Lúc đầu GV có thể đưa ra mức độ yêu cầu cao để HS có thể tự lực phát biểu vấn đề, sau đó GV hướng dẫn và giảm bớt khó khăn cho HS để cuối cùng HS phát biểu được vấn đề nghiên cứu ([2][3]). - Sử dụng TN thật, TN TTTMH để hỗ trợ việc xây dựng dự đoán, đề xuất giả thuyết của HS. Trong giai đoạn GV hướng dẫn HS xây dựng dự đoán hay đề xuất giả thuyết, TN có thể được sử dụng theo các bước sau: + GV yêu cầu HS đưa ra dự đoán/đề xuất giả thuyết cho vấn đề đã được phát biểu ở giai đoạn trước. + Nếu HS vẫn không đưa ra được dự đoán/đề xuất được giả thuyết thì GV tiến hành TN để cung cấp thêm cho HS về hiện tượng, quá trình, mối liên hệ của các đại lượng trong hiện tượng đang nghiên cứu giúp sinh viên khái quát được các kết quả quan sát để đưa ra dự đoán ([2][3]). - Có thể sử dụng các loại TN thật, TN TTTMH hỗ trợ quá trình thiết kế phương án TN. Để quá trình thiết kế phương án TN diễn ra nhanh chóng và hiệu quả, GV có thể hướng dẫn HS sử dụng các loại thí nghiệm, đặc biệt là TN TTTMH để hỗ trợ theo các bước sau: + GV giúp HS nhận thức rõ điều mà họ tiến hành TN để kiểm tra và gọi HS nhớ lại những kiến thức và kinh nghiệm liên quan. + GV tổ chức cho HS (có thể theo từng nhóm) sử dụng TN hỗ trợ để đề xuất phương án TN để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. + GV tổ chức cho HS trao đổi, phân tích tính khả thi của mỗi phương án và chọn ra phương án có nhiều triển vọng nhất ([2][3]). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phạm Xuân Quế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 61 - 65 64 - Sử dụng TN thật, TN TTTMH để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. Khi tổ chức cho HS dùng TN để kiểm tra dự đoán/giả thuyết, GV có thể tiến hành theo những bước sau: + GV định hướng HS lựa chọn, bố trí dụng cụ, thiết bị TN, dự kiến tiến trình TN, xác định ra những hiện tượng, quá trình cần quan sát, bộ số liệu cần thu thập, các phương án xử lý số liệu + GV hoặc HS tiến hành TN dưới sự hướng dẫn của GV để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết ([2][3]) - Sử dụng TN thật, TN TTTMH trong giai đoạn củng cố, vận dụng kiến thức. Để HS có thể vận dụng được kiến thức một cách sáng tạo, làm cho kiến thức của HS trở nên sâu sắc, bền vững, GV có thể giao cho HS những nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng TN theo cách cách sau: + GV giao cho HS nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng thiết bị, dụng cụ TN quen biết để lắp ráp và tiến hành một TN mới hay một phương án TN khác hoặc sử dụng thiết bị TN sẵn có để tiến hành TN theo yêu cầu. + GV giao nhiệm vụ đòi hỏi HS phải chế tạo dụng cụ TN và tiến hành TN với nó. Với các cách trên, GV có thể tổ chức hướng dẫn HS sử dụng TN trong giai đoạn vận dụng kiến thức theo các bước sau: + GV giao cho HS nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng TN để giải quyết vấn đề đặt ra + GV chia nhóm HS, tổ chức cho HS thảo luận để lựa chọn, thiết kế, chế tạo dụng cụ TN, lập kế hoạch TN + GV hướng dẫn HS tiến hành TN, thu thập và xử lý kết quả TN ([2][3]). - Sử dụng TN TTTMH để hỗ trợ quá trình ôn tập, chuẩn bị bài trước khi tới lớp, trước giờ thực hành của HS. Với đặc điểm của các loại TN tương tác trên màn hình là môi trường làm việc được thực hiện trên máy tính, chính vì vậy HS hoàn toàn có thể sử dụng TN ảo để chuẩn bị bài học trước khi tới lớp, trước giờ thực hành TN trên phòng TN hay trong quá trình ôn tập kiến thức. Điều này không những tiết kiệm thời gian làm TN thật của HS ở trên lớp, trên phòng TN mà còn phát huy tính tích cực và tự lực của HS trong quá trình học tập. - Sử dụng TN TTTMH để hỗ trợ quá trình kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của HS (kỹ năng thiết kế). Một vài TN TTTMH được thiết kế có chức năng lưu lại những kết quả của việc lựa chọn thiết bị, bố trí TN, bộ số liệu TN, kết quả xử lý số liệu, các kết luận được rút ra hay có thêm môđun hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan để người học tự kiểm tra, đánh giá Với những TN TTTMH có chức năng như trên hoàn toàn có thể được sử dụng để hỗ trợ quá trình kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của HS. KẾT LUẬN Như vậy, TN VL thật và TN TTTMH có thể tham gia vào các giai đoạn của quá trình dạy học VL. Đặc biệt, với TN TTTMH, với đặc thù môi trường làm việc là ảo (trên máy tính) nên tuỳ vào mục đích sử dụng TN khác nhau (có thể là TN nghiên cứu khảo sát hiện tượng hay TN kiểm nghiệm) mà GV có thể sử dụng TN TTTMH trên phối hợp với các TN dạy học thật (nếu có) để đáp ứng được mục tiêu dạy học đã đề ra. Thêm nữa, HS có thể sử dụng TN TTTMH để ôn tập, củng cố kiến thức ở nhà sau khi đã học trên lớp; tự kiểm kiểm tra, đánh giá kiến thức; chuẩn bị bài trước khi thực hành TN thật, tự ôn tập trước khi thi... và giảm bớt thời gian thực hành tại phòng TN Ngoài ra, bài viết còn phân biệt được TN ảo (TN TTTMH) với các loại phần mềm mô phỏng TN và khả năng sử dụng của các phần mềm mô phỏng TN trong việc phối hợp với các loại TN VL nhằm phát huy tính tích cực, tực lực và năng lực sáng tạo của HS trong quá trình dạy học. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Phạm Xuân Quế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 61 - 65 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Xuân Quế (2007), “Ứng dụng công nghệ thông tin trong tổ chức hoạt động nhận thức vật lý tích cực, tự chủ và sáng tạo”, Nxb Đại học Sư phạm. 2. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (1999), Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học Vật lý. Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội. 3. Nguyễn Đức Thâm (chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2003), Phương pháp dạy học Vật lý ở trường phổ thông. Nxb Đại học Sư phạm. SUMMARY REAL EXPERIMENT, INTERACTION EXPERIMENT ON THE COMPUTER SCREEN AND MEASURES COORDINATING THE EXPERIMENTS IN PHYSICS TEACHING Pham Xuan Que1, Nguyen Thi Thu Ha2* 1Hanoi University of Education 2College of Education - TNU Currently, because of many different reasons kinds of physics experiments untapped and underutilized in Physics teaching. This made students passive in the learning process, affecting the quality of firm knowledge of students. Moreover, at present, in theory and practice are set out to study the problem coordination of experiments in teaching Physics, for example: the principles of coordinating experiments, the measures coordinating experiments and how to change the form of teaching institutions to promote positive, autonomy and creativity of students. In this article, we will present a number of issues related to real experiments, interaction experiment on the computer screen and measures coordinating the experiments in Physics teaching to promote positive, autonomy and creativity of students. Key words: Teaching Physics, real experiment, interaction experiment on the computer screen, coordinating kinds of Physics experiments. Ngày nhận bài: 15/5/2013; Ngày phản biện: 04/6/2013; Ngày duyệt đăng: 26/7/2013 * Tel: 0983752675; Email: Nguyenhadhsptn@gmail.com Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên