Chương 3. BỒI DƯỠNG HỌC SINH NĂNG LỰC SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở THPT
3.4. Năng lực sáng tạo
3.4.3 Các biện pháp hình thành và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh
a. Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới.
Kiến thức vật lý trong trường phổ thông là những kiến thức đã được loài người khẳng định. Tuy vậy,chúng luôn luôn là mới mẻ đối với HS. Việc nghiên cứu kiến thức mới sẽ
30
thường xuyên tạo ra những tình huống đòi hỏi HS phải đưa ra ý kiến mới, giải pháp mới đối với chính bản thân họ. [ [11], trang 23]
Tổ chức quá trình nhận thức vật lý theo chu trình sáng tạo sẽ giúp cho HS trên con đường hoạt động sáng tạo để nhận biết được: chỗ nào có thể suy nghĩ trên những hiểu biết đã có, chỗ nào phải đưa ra ý kiến mới, giải pháp mới. Việc tập trung sức lực vào chỗ mới đó sẽ giúp cho hoạt động sáng tạo của HS có hiệu quả, rèn luyện cho tư duy trực giác nhạy bén, phong phú. Trong nhiều trường hợp, giáo viên có thể giới thiệu cho học dinh kinh nghiệm sáng tạo của các nhà bác học.
Theo quan điểm hoạt động, giáo trình VL được xây dựng đi từ dễ đến khó, phù hợp với trình độ HS, tận dụng những kinh nghiệm sống hằng ngày của họ, tạo điều kiện cho họ có cơ hội đề xuất ra những ý kiến mới mẻ, có ý nghĩa, làm cho họ cảm nhận được hoạt động sáng tạo là hoạt động thường xuyên, có thể thực hiện được với sự cố gắng nhất định. Sự tự tin trong hoạt động sáng tạo là một yếu tố tâm lý rất quan trọng, làm cho chủ thể nhận thức thoát khỏi những sự ràng buộc, hạn chế của những hiểu biết cũ hay bởi ý kiến của người khác, nhất là của những nhà khoa học. Như vậy, kiểu dạy học thông báo-minh họa về nguyên tắc không thể rèn luyện cho HS năng lực sáng tạo.
b. Luyện tập phỏng đoán, dự đoán xây dựng giả thuyết.
Như đã biết, dự đoán có vai trò rất quan trọng trên con đướng sáng tạo khoa học. Dự đoán dựa chủ yếu vào trực giác, kết hợp với kinh nghiệm phong phú và kiến thức sâu sắc về mỗi lĩnh vực. Các nhà khoa học nói rằng: việc xây dựng giả thuyết dực trên sự khái quát đó không phải là một phép quy nạp đơn giản, hình thức mà nó chứa đựng một yếu tố mới, không có sẵn trong các sự kiện dùng làm cơ sở. Dự đoán khoa học không phải là tùy tiện, mà luôn luôn phải có một cơ sở nào đó, tuy chưa thật chắc chắn.
Có thể có cách dự đoán sau đây trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức VL của HS:
Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có.
Ví dụ: quan sát một bình chứa không khí nối với một ống tiết diện nhỏ bên trong có một giọt chất lỏng để ngăn cách không khí với bình bên ngoài. Đem hơ bình hay để bình lại gần ngọn đèn điện, ta quan sát thấy: giọt chất lỏng di chuyển, chứng tỏ thể tích khí nở ra. Câu hỏi đặt ra là nguyên nhân vì sao chất khí trong bình nở ra. Câu trả lời là vì khí bị hơ lửa, vì để gần đèn điện thì không phải dự đoán mà là sự thật, ai cũng thấy. Nhưng nếu câu trả lời là:
“ khí nở ra vì nóng lên” thì đó là một dự đoán, dựa trên sự liên tưởng đến một cái chung giữa ngọn lửa và một cái đèn là “ sự nóng:.
Dựa trên sự tương tự.
Dựa trên một dấu hiệu bên ngoài giống nhau mà dự đoán sự giống nhau về bản chất.
31
Ví dụ: quan sát hiện tượng xảy ra khi chùm sáng kết hợp giao nhau. Ta thấy có những vân sáng và vân tối xen kẽ nhau và cách đều nhau. Hiện tượng này giống như hiện tượng xảy ra khi hai song nước kết hợp giao nhau. Ta cũng thấy có những vân dao động với biên độ cực đại và những vân dao động với biên độ cực tiểu xen kẽ nhau. Từ đó, ta có thể dự đoán ánh sáng cũng có bản chất sóng như sóng nước. Ở đây, biên độ của sóng ánh sáng biểu hiện ở cường độ sáng.
Dựa trên sự giống nhau về cấu tạo mà dự đoán sự giống nhau về tính chất.
Ví dụ: chất khí, chất lỏng, chất rắn đều cấu tạo bởi các phân tử riêng biệt chuyển động hỗn loạn không ngừng, giữa chúng có những lực hút – đẩy. Thí nghiệm cho biết chất khí nở ra khi nóng lên, có thể dự đoán chất lỏng và chất rắn cũng nở ra khi nóng lên.
Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có quan hệ nhân quả.
Ví dụ: sau một số lần quan sát, thấy khi cho một nam châm chuyển động tương đối so với cuộn dây dẫn kín thì trong cuộn dây có dòng điện cảm ứng, ta có thể dự đoán là chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây là nguyên nhân gây ra dòng điện cảm ứng.
Dựa trên nhân xét thấy hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng.
Ví dụ: quan sát các hạt phấn hoa hòa trong nước, ta thấy chúng chuyển động hỗn loạn không ngừng. Khí hơ nóng làm tăng nhiệt độ của nước lên ta thấy vận tốc chuyển động của các hạt phấn hoa tăng lên. Ngược lại khi làm giảm nhiệt độ của nước, ta lại thấy vận tốc của các hạt phấn hoa giảm đi. Ta có thể dự đoán sự tăng giảm nhiệt độ là nguyên nhân tăng giảm vận tốc của các hạt phấn hoa.
Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình.
Ví dụ: ta quan sát thấy dòng điện sinh ra quanh nó một từ trường, vậy có thể dự đoán ngược lại từ trường cũng có thể sinh ra dòng điện.
Dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức ứng dụng của một kiến thức đã biết sang một lĩnh vực khác.
Ví dụ: quan sát hai lực kế tương tác móc vào nhau gây ra biến dạng, ta thấy hai lực tương tác giữa chúng bằng nhau và ngược chiều. Mở rộng kiến thức đó cho trường hợp hai vật chuyển động ngược chiều và chạm vào nhau, lực tương tác giữa chúng gây ra gia tốc. Ta dự đoán: trong trường hợp này, hai lực tương tác cũng bằng nhau và ngược chiều:
F1 = m1a1 F2 = m2a2
2 2 1
1a m a
m
32
Dự đoán về một quan hệ định lượng.
Những hiện tượng VL xảy ra rất phức tạp, nhưng một điều đáng ngạc nhiên là các định luật chi phối chúng lại rất đơn giản và có biểu diễn bằng những công thức toán học đơn giản.
Mối quan hệ giữa hai đại lượng VL trong chương trình phổ thông thường được biểu diễn bằng các hàm số sau:
Bằng nhau.
Ví dụ: định luật phản xạ ánh sáng: i = r
Tỷ lệ thuận hay thuận nghịch.
Ví dụ: định luật Ôm cho đoạn mạch có điện trở thuần:
R I U kU I ;
Hàm số bậc nhất.
Ví dụ: sự nở vì nhiệt: ll0(1t)
Tỷ lệ bậc hai
Ví dụ: định luật vạn vật hấp dẫn:
2 2 1
r m Gm F
Tỷ lệ theo hàm số lượng giác.
Ví dụ: định luật khúc xạ ánh sáng: sini = nsinr
Sự bảo toàn của một đại lượng.
Ví dụ: định luật bảo toàn cơ năng: mv const mgh
2
2
Trong VL, còn sử dụng một số những hàm khác để biểu diễn những mối quan hệ giữa các đại lượng VL nhưng HS chưa được học ở trường phổ thông.
Muốn dự đoán được mối quan hệ định lượng, cần phải thực hiện được các phép đo. Thực hiện các đo với số các giá trị khác nhau càng nhiều thì càng dự đoán được chính xác. Tuy nhiên, ở trường phổ thông không có thời gian để làm việc đó nên ít nhất cũng phải làm ba lần với ba giá trị khác nhau của một đại lượng.
Trong nhiều trường hợp, nếu biểu diễn các cặp số trên một đồ thị thì việc dự đoán sẽ dễ dàng hơn. Tuy nhiên, sự dự đoán về mối quan hệ định lượng bao giờ cũng phải chú ý đến sai số có thể phạm phải.
c. Luyện tập đề xuất phương án kiểm tra dự đoán.
Trong nghiên cứu VL, một dự đoán, một giả thuyết thường là một sự khái quát các sự kiện thực nghiệm nên nó có tính chất trừu tượng, tính chất chung, không thể kiểm tra trực
33
tiếp được. Muốn kiểm tra xem dự đoán, giả thuyết có phù hợp với thực tế không, ta phải xem điều dự đoán đó biểu hiện, trong thực tế như thế nào, có những dấu hiệu nào có thể quan sát được. Điều đó có nghĩa là một dự đoán, giả thuyết, ta phải suy ra được một hệ quả rút ra bằng suy luận đó có phù hợp với kết quả thí nghiệm không.
Hệ quả suy ra được phải khác với những sự kiện ban đầu dùng làm cơ sở cho dự đoán thì mới có ý nghĩa. Số hệ quả phù hợp với thực tế càng nhiều thì dự đoán càng trở thành chắc chắn, sát với chân lý hơn.
Quá trình rút ra hệ quả thường áp dụng suy luận logic hay suy luận toán học. Sự suy luận này phải đảm bảo là đúng quy tắc, quy luật, không phạm sai lầm. Những quy tắc, quy luật đó đều đã biết, cho nên về nguyên tắc, sự suy luận đó không đòi hỏi một sự sáng tạo thực sự có thể kiểm soát được.
Vấn đề đòi hỏi sự sáng tạo là đề xuất được phương án kiểm tra hệ quả đã rút ra được.
Nhiều khi để có thể suy ra được một hệ quả có thể kiểm tra được trong thực tiễn, ta phải thực hiện một chuỗi nhiều phép suy luận liên tiếp.
Việc bố trí một phương án thí nghiệm để quan sát hiện tượng hay đo lường các đại lượng cụ thể đã dự đoán có khi tương đối đơn giản (Ví dụ: quan sát hiện tượng nở vì nhiệt của các vật rắn), nhưng cũng có khi rất phức tạp ( Ví dụ: trường hợp đo lực tương tác giữa hai vật trong tương tác chuyển động ở trên). Ở trường hợp này, phải tạo ra chuyển động không có ma sát, phải đo đồng thời cả s và t.
Đến đây, tùy theo trình độ của HS mà HS có thể đề xuất nhiều phương án thí nghiệm khác nhau.Ví dụ: để khử ma sát phải dùng vật lăn được (bi, xe lăn) hoặc đệm không khí; còn để đo được đồng thời s và t phải áp dụng biện pháp ghi tự động vị trí của vật theo thời gian.
d. Giải các bài tập sáng tạo.
Ở trên, ta đã xem xét việc rèn luyện năng lực sáng tạo cho HS trong quá trình xây dựng kiến thức mới. Ngoài ra, trong DHVL, người ta còn xây dựng những loại bài tập riêng vì mục đích này và được gọi là bài tập sáng tạo.Trong loại bài tập sáng tạo này, ngoài việc vận dụng một số kiến thức đã học, HS bắt buộc phải có những ý kiến độc lập mới mẻ, không thể suy ra một cách logic từ những kiến thức đã học.
Khi khảo sát chu trình sáng tạo khoa học, ta đã biết hai giai đoạn khó khăn hơn cả đòi hỏi sự sáng tạo là giai đoạn từ sự kiện cảm tính tới việc xây dựng mô hình giả thuyết trừu tượng và giai đoạn chuyển từ một tiên đề lý thuyết và những quy luật nhất định của hiện tượng sang việc kiểm tra bằng thực nghiệm. Giai đoạn thứ nhất đòi hỏi sự giải thích hiện tượng, trả lời câu hỏi: Tại sao? Còn giai đoạn thứ hai lại đòi hỏi sự thực hiện một hiện tượng thực, đáp ứng với những yêu cầu đã cho, nghĩa là trả lời câu hỏi: Làm thế nào? Tương ứng với hai trường hợp trên là hai loại bài tập sáng tạo: bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế chế tạo.
34