Bồi dưỡng tư duy phê phán cho học sinh thông qua hoạt động giải bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE<br /> Educational Sci., 2016, Vol. 61, No. 3, pp. 81-92<br /> This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn<br /> <br /> DOI: 10.18173/2354-1075.2016-0030<br /> <br /> BỒI DƯỠNG TƯ DUY PHÊ PHÁN CHO HỌC SINH<br /> THÔNG QUA HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP THÍ NGHIỆM<br /> TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG<br /> Nguyễn Quang Linh1, Đỗ Hương Trà2<br /> 1 Trường<br /> 2 Khoa<br /> <br /> Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên<br /> Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội<br /> <br /> Tóm tắt. Một trong những mục tiêu dạy học của nhiều quốc gia trên thế giới là dạy HS tư<br /> duy, trong đó có tư duy phê phán. Có nhiều cách để bồi dưỡng và phát triển tư duy phê phán<br /> của học sinh. Bài viết quan tâm đến việc phát triển tư duy phê phán của học sinh thông qua<br /> hoạt động giải các bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông.<br /> Từ khóa: Tư duy phê phán, bài tập thí nghiệm, dạy học Vật lí.<br /> <br /> 1.<br /> <br /> Mở đầu<br /> <br /> Tư duy phê phán là một kĩ năng trong đó người học suy nghĩ chủ động hướng tới những vấn<br /> đề và tình huống phức tạp dựa trên những suy nghĩ, quan điểm và niềm tin của mình. Người học<br /> có thể kiểm định những suy nghĩ, quan điểm và niềm tin của mình bằng cách tự khám phá, tự đặt<br /> ra các câu hỏi và tự đi tìm câu trả lời cho những câu hỏi đó.<br /> Tư duy phê phán đòi hỏi cả kĩ năng lập luận lẫn kĩ năng giải quyết vấn đề. Trên thực tế hai<br /> kĩ năng này bổ sung và cũng có thể thay thế cho nhau. Vì vậy, đưa người học vào hoạt động giải<br /> quyết vấn đề là cơ hội tốt nhất để rèn tư duy phê phán.<br /> Trong dạy học vật lí, BTTN vật lí (sau đây gọi tắt là BTTN) là bài tập sử dụng thí nghiệm<br /> để quan sát hay thu thập số liệu nhằm giải thích một hiện tượng vật lí, tìm ra hay xác nhận mối<br /> quan hệ giữa các đại lượng vật lí nhất định. Do vậy, hoạt động giải BTTN thực chất là quá trình tư<br /> duy biện chứng bao gồm đề xuất giải pháp, thu thập thông tin, phân tích và đánh giá các thong tin<br /> thu thập được nhằm làm sáng tỏ và khẳng định lại tính đúng đắn của giải pháp nghiên cứu. Vấn đề<br /> bài báo chúng tôi quan tâm là Làm thế nào đưa người học vào hoạt động giải quyết vấn đề trong<br /> các BTTN nhằm rèn tư duy phê phán cho học sinh?<br /> <br /> 2.<br /> 2.1.<br /> <br /> Nội dung nghiên cứu<br /> Tư duy phê phán và phát triển tư duy phê phán<br /> <br /> Tư duy phê phán bao giờ cũng đi kèm với tư duy sáng tạo, đó là một cặp phạm trù không thể<br /> tách rời. Vì vậy, để phát triển TDPP giáo viên cần có chủ ý xây dựng được các bài tập thí nghiệm<br /> Ngày nhận bài: 15/12/2015. Ngày nhận đăng: 20/1/2016.<br /> Liên hệ: Nguyễn Quang Linh, e-mail: nguyenquanglinhsptn@gmail.com<br /> <br /> 81<br /> <br /> Nguyễn Quang Linh, Đỗ Hương Trà<br /> <br /> có tính sáng tạo. Một bài tập tạo nhiều cơ hội cho HS phát triển tư duy sáng tạo thì cũng có nhiều<br /> cơ hội giúp họ phát triển TDPP. Giáo viên có thể tuân theo các bước xây dựng BTTN như sau:<br /> - Lựa chọn một hoặc một số bài tập xuất phát (BTXP)<br /> - Giải các bài tập xuất phát<br /> - Phân tích hiện tượng vật lí, giả thiết, lời giải, kết quả của BTXP<br /> - Vận dụng các nguyên tắc của phương pháp luận sáng tạo để xây dựng các bài tập mới bằng<br /> cách trả lời các câu hỏi sau:<br /> Có thể diễn đạt bài tập theo cách khác không? Có thể lược bỏ hoặc thay đổi dữ kiện của bài<br /> tập thành bài tập mới được không? (Nguyên tắc linh động)<br /> Có thể thay đổi một số dữ kiện để hiện tượng trong bài mâu thuẫn với định luật vật lí, thay<br /> đổi giả thiết thành kết luận và ngược lại để tạo thành bài tập mới được không? (Nguyên tắc đảo<br /> ngược)<br /> Có thể thay đổi một số thông số của bài tập để thành bài tập mới? (Nguyên tắc thay đổi<br /> thông số hóa-lí)<br /> Có thể tăng mức độ phân nhỏ của BTXP? (Nguyên tắc phân nhỏ)<br /> Có thể chuyển bài tập thành bài tập tổng quát hơn? Có thể sử dụng thêm bài tập có liên quan<br /> để xây dựng bài tập mới không? (Nguyên tắc kết hợp)<br /> Có thể thay đổi hình dạng của đối tượng? (Sử dụng trong thiết kế, chế tạo mô hình – Nguyên<br /> tắc linh động)<br /> Yêu cầu phát triển TDPP phụ thuộc vào mức độ tham gia vào hoạt động giải quyết vấn đề<br /> trong BTTN của học sinh. Vì vậy, để thuận tiện cho việc xây dựng các BTTN nhằm phát triển<br /> TDPP của HS, chúng tôi phân loại BTTN căn cứ theo mức độ hoạt động trong tiến trình giải quyết<br /> vấn đề, theo đó có thể chia bài tập thí nghiệm thành 3 dạng sau:<br /> Dạng 1: Bài tập nghiệm lại hệ quả của một thuyết, một định luật vật lí<br /> Đây là dạng bài tập mà người nghiên cứu đã biết trước kết luận đúng của bài tập, tuy nhiên<br /> cần tiến hành các thí nghiệm đó một lần nữa, trong điều kiện hiện có để củng cố thêm tính đúng<br /> đắn của thuyết, định lí vật lí hoặc củng cố niềm tin vào khoa học của người nghiên cứu. Loại bài<br /> tập này thường được sử dụng nhằm mục đích kiểm tra tính đúng đắn của những kết quả vừa đưa ra<br /> từ con đường suy luận lí thuyết.<br /> Dạng 2: Bài tập kiểm tra giả thuyết<br /> Đây là dạng bài tập thường được đưa ra sau khi HS nghiên cứu một hiện tượng, một đại<br /> lượng vật lí nhưng chỉ có thể suy luận, phỏng đoán về hiện tượng, mối quan hệ giữa các đại lượng<br /> vật lí mà chưa thể khẳng định được tính đúng đắn của giả thuyết. Khi đó cần phải thực hiện một<br /> thí nghiệm nhằm kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết được đưa ra. Loại bài tập này được sử<br /> dụng khá nhiều trong quá trình dạy học, nó giúp quá trình dạy học bớt khô cứng hơn, HS có niềm<br /> tin hơn trong quá trình chiếm lĩnh kiến thức.<br /> Dạng 3: Từ quy luật đã biết xác định một đại lượng vật lí<br /> Đây là loại bài tập khá phổ biến nhưng nó chỉ được dùng chủ yếu ở các hoạt động ngoài giờ<br /> học nhằm kích thích tư duy, phát triển kĩ năng, tính sáng tạo, tự lực của HS.<br /> Việc phân chia các dạng BTTN như trên giúp GV thuận lợi hơn trong quá trình xây dựng<br /> và sử dụng chúng trong quá trình dạy học. Với dạng 1 và dạng 3 thì thường được sử dụng trong các<br /> giờ thực hành, trong các giờ hoạt động ngoại khóa, hoạt động trải nghiệm sáng tạo hay giao cho<br /> HS làm tại nhà, còn dạng 2 thì thường được sử dụng ngay trên lớp, trong quá trình HS tìm hiểu các<br /> kiến thức mới.<br /> 82<br /> <br /> Bồi dưỡng tư duy phê phán cho học sinh thông qua hoạt động giải bài tập thí nghiệm...<br /> <br /> Như vậy, xây dựng BTTN cần căn cứ vào các BTXP và các dạng của BTTN.<br /> <br /> 2.2.<br /> <br /> Phát triển tư duy phê phán qua hoạt động giải BTTN<br /> <br /> 2.2.1. Xây dựng nội dung BTTN đáp ứng yêu cầu phát triển TDPP<br /> Căn cứ vào các dạng của BTTN, vào các yêu cầu về mức độ phát triển tư duy phê phán của<br /> BTTN, chúng tôi đề xuất qui trình xây dựng BTTN vật lí như sơ đồ hình 1:<br /> <br /> Hình 1: Sơ đồ các bước xây dựng một BTTN<br /> Bước 1: Lựa chọn bài tập xuất phát<br /> Nghiên cứu mục tiêu dạy học cần đạt và hệ thống bài tập trong tài liệu giáo khoa, sách bài<br /> tập, các loại sách tham khảo khác như các đề thi, các bài tập trên Internet, hay các bài tập trong<br /> các công trình khoa học đã được công bố, thậm trí là những kiến thức mà GV có được từ thực tiễn,<br /> trên cơ sở đó, GV lựa chọn BTXP.<br /> Bước 2: Xác định mục tiêu của mỗi BTTN<br /> Nghiên cứu chương trình và nội dung lí thuyết để xác định mục tiêu về kiến thức và kĩ năng<br /> cơ bản mà HS cần nắm vững trong và sau khi tìm hiểu một nội dung kiến thức cụ thể. Trong đó,<br /> đặc biệt chú ý tới mục tiêu phát triển TDPP cho HS.<br /> Bước 3: Xác định loại BTTN và mức độ của mỗi BTTN<br /> Trên cơ sở xác định mục tiêu về kiến thức và kĩ năng của từng bài học ở bước 1, chúng tôi<br /> đi xác định các loại BTTN sẽ sử dụng cho từng bài học hay từng nội dung học cụ thể. Cần xây<br /> dựng bài tập định tính hay định lượng, đơn giản hay phức tạp. Mỗi loại cần bao nhiêu bài là phù<br /> hợp. Sau khi xác định được loại BTTN, chúng ta đi xét nội dung chi tiết của từng loại BTTN cụ<br /> thể. Trên cơ sở đó xác định cấu trúc của hệ thống BTTN cho từng bài, từng phần hay từng chương.<br /> Nếu xây dựng hệ thống BTTN thì cần xây dựng ma trận hệ thống để gắn trọng số (tương tự như<br /> khi GV ra đề kiểm tra hay ra đề thi) để đảm bảo được mục tiêu đề ra.<br /> Bước 4: Thu thập tư liệu, dữ liệu để biên soạn<br /> Từ BTXP, giáo viên sử dụng các nguyên tắc sáng tạo để chuyển BTXP thành các BTTN. Tư<br /> liệu, dữ liệu thu thập về các BTXP được càng nhiều, càng đa dạng thì việc biên soạn BTTN càng<br /> 83<br /> <br /> Nguyễn Quang Linh, Đỗ Hương Trà<br /> <br /> nhanh, càng có chất lượng và hiệu quả. Vì vậy, cần phải dành một thời gian thích đáng cho việc<br /> sưu tầm các tư liệu, dữ liệu này một cách hợp lí. Các tư liệu này dễ tìm nhất là các bài tập đã có<br /> sẵn, những bài tập ấy ban đầu có thể đơn thuần chỉ là những bài tập tính toán hay giải thích hiện<br /> tượng. Căn cứ vào mục tiêu cần đạt (ở đây là phát triển TDPP của HS) GV sẽ chuyển những bài<br /> tập ấy về dạng BTTN thỏa mãn các nguyên tắc xây dựng một BTTN và mục tiêu cần đạt được khi<br /> HS giải bài tập này.<br /> Sau khi đã thu thập được nhiều thông tin từ nhiều nguồn khác nhau. Quá trình biên soạn sẽ<br /> được tiến hành, quá trình này có thể gồm nhiều bước nhỏ như: Lựa chọn bài tập, cải tiến bài tập<br /> đó cho phù hợp (nếu cần); xây dựng lời giải; sắp xếp các bài tập này thành nhóm từ dễ đến khó, từ<br /> đơn giản đến phức tạp.<br /> Bước 5: Tiến hành thí nghiệm<br /> Đây là bước mà GV làm chứ không phải của HS, GV có thể tiến hành các thí nghiệm này<br /> ở nhà, ở trường hay ở phòng thí nghiệm. Từ đó ta đánh giá được tính khả thi của BTTN mà mình<br /> đã đưa ra, chỉ những bài tập nào có tính khả thi mới đưa vào hệ thống để sử dụng. Bước này nhằm<br /> loại bỏ những BTTN không thể thực hiện được, những bài tập có độ sai số quá lớn và điều chỉnh<br /> những bài khác sao cho phù hợp nhất. Ngoài ra khi tiến hành thí nghiệm GV mới lường hết được<br /> các yếu tố ảnh hưởng tới kết quả của bài tập mà mình đưa ra, ngoài ra nó cũng là một cơ hội để<br /> GV tìm thêm các lời giải cho bài tập của mình.<br /> Bước 6: Hoàn thiện BTTN<br /> Sau khi đã chọn lựa được những bài tập phù hợp, GV cần có những điều chỉnh hợp lí và sắp<br /> xếp lại các bài tập này thành các nhóm, có thể xắp sếp theo mức độ từ dễ đến khó hay theo đơn vị<br /> kiến thức. Rà soát lại hệ thống các BTTN để đảm bảo sự cân đối giữa các loại bài tập, sự phù hợp<br /> với trình độ, năng lực và điều kiện hiện có của HS. Trong giai đoạn này GV có thể sử dụng ma<br /> trận đề để tiện trong quá trình sắp xếp hệ thống bài tập.<br /> <br /> 2.2.2. Các mức độ yêu cầu của bài tập thí nghiệm với việc phát triển TDPP<br /> Tùy thuộc vào mức độ yêu cầu về phương án thí nghiệm, về tiến trình làm thí nghiệm mà<br /> các yêu cầu về phát triển tư duy phê phán ở người học trong các BTTN có khác nhau. Nhằm giúp<br /> GV dễ dàng hơn trong quá trình xây dựng, lựa chọn BTTN và tiến hướng dẫn HS giải BTTN sao<br /> cho phù hợp với năng lực HS, năng lực GV, điều kiện cơ sở vật chất nhà trường, . . . Dựa vào mức<br /> độ của hoạt động giải quyết vấn đề, chúng tôi chia BTTN thành ba mức độ yêu cầu tương ứng với<br /> yêu cầu phát triển TDPP từ thấp đến cao:<br /> <br /> Mức độ<br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> <br /> Bảng 1. Bảng so sánh các mức độ yêu cầu của BTTN<br /> Yêu cầu<br /> Phương án<br /> Dụng cụ<br /> Tiến hành<br /> Phân tích kết quả<br /> Có<br /> Có<br /> Có<br /> Có<br /> Không có<br /> Có<br /> Có<br /> Có<br /> Không có<br /> Không có<br /> Có<br /> Có<br /> <br /> - Mức độ 1: Cho thiết bị, cho phương án thiết kế thí nghiệm, HS tiến hành thí nghiệm, thu<br /> thập và xử lí kết quả. (HS đặt các câu hỏi khác như về cách thức tiến hành TN, các kết quả thu<br /> được và phản hồi các kết quả các bạn/nhóm khác).<br /> - Mức độ 2: Cho thiết bị thí nghiệm, yêu cầu thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí<br /> nghiệm, thu thập và xử lí kết quả (Đưa ra các phương án khác nhau, hướng đến cái mới, HS phải<br /> xem xét kĩ mọi vấn đề, mọi thông tin lien quan, kiểm tra các giả định trước khi tiến hành TN).<br /> 84<br /> <br /> Bồi dưỡng tư duy phê phán cho học sinh thông qua hoạt động giải bài tập thí nghiệm...<br /> <br /> - Mức độ 3: Đưa ra tình huống, không cho thiết bị, không cho phương án thiết kế, yêu cầu<br /> lựa chọn thiết bị, thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí kết quả<br /> (HS phải suy luận, nhận xét, đánh giá để đưa được vấn đề cần giải quyết, đưa ra được các phương<br /> án thí nghiệm. HS phải truyền đạt được ý tưởng, các quan điểm, các giải pháp cho người khác một<br /> cách rõ ràng, có lôgic).<br /> Mức độ 1 là mức độ thấp nhất về cơ hội phát triển TDPP của HS, thiết bị thí nghiệm đã<br /> được cho sẵn gần như thành các bộ thí nghiệm hoàn chỉnh (ví dụ như những bộ thí nghiệm trong<br /> phòng thí nghiệm ở các trường phổ thông Việt Nam hiện tại), các phương án thí nghiệm cũng được<br /> trình bày cụ thể như một hướng dẫn Angorit, vì vậy với mức độ này các HS mới bắt đầu làm quen<br /> với BTTN hoặc các HS yếu đều có thể làm được.<br /> Mức độ 2 là mức độ cao hơn, dù được cung cấp thiết bị thí nghiệm nhưng HS phải tự thiết<br /> kế phương án sau đó tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí kết quả. Ở mức độ này, tính “mở” của<br /> bài toán đã được đẩy lên cao hơn, đặc biệt GV có thể đưa ra thiết bị nhiều hơn các thiết bị cần thiết<br /> để HS có thể đưa ra được nhiều phương án hơn và cũng làm HS bị “nhiễu” trong quá trình xây<br /> dựng phương án thí nghiệm. Ngay cả khi đã có phương án rồi HS vẫn phải đặt câu hỏi: Dụng cụ<br /> bài tập đưa ra để làm gì? Sao không cần dùng đến nó? Trong các phương án trên, phương án nào<br /> tối ưu nhất? ... Điều này giúp TDPP và TDST của HS có cơ hội phát triển rất mạnh mẽ.<br /> Mức độ 3 là mức độ cao nhất về yêu cầu phát triển TDPP, HS được đưa vào các tình huống<br /> và với một yêu cầu cụ thể nhưng không được cung cấp một thiết bị thí nghiệm, một phương án thí<br /> nghiệm nào, hay đến ngay cả việc giới hạn kiến thức cũng không. Điều này làm tính “mở” của bài<br /> toán được đưa lên mức cao nhất, và cũng làm cho tư duy của HS được đẩy lên với nhiều thắc mắc<br /> ở mức cao độ. Do đó HS dễ rơi vào một “trường hỗn loạn” với các câu hỏi như: dùng thiết bị nào?<br /> dùng như thế nào? có những cách nào?... để giải quyết được bài toán.<br /> Như vậy, ở mức độ bài tập càng cao thì cơ hội phát triển tư duy cho HS càng nhiều nhưng<br /> nó cũng đồng nghĩa với sự đòi hỏi về năng lực của HS, năng lực của GV hay điều kiện cơ sở vật<br /> chất của nhà trường càng cao.<br /> <br /> 2.2.3. Dạy học BTTN vật lí nhằm phát triển TDPP và TDST<br /> Tiến trình dạy học BTTN<br /> BTTN không chỉ dừng lại trong phạm vi vận dụng những kiến thức đã học mà còn giúp bồi<br /> dưỡng cho HS TDPP, rèn luyện kĩ năng thực nghiệm, gắn kiến thức lí thuyết với thực tiễn.<br /> Không thể rèn luyện TDPP cho HS một cách đơn lẻ mà phải đưa HS vào các hoạt động<br /> nghiên cứu, gắn quá trình phát triển TDPP với hoạt động nghiên cứu, giải quyết vấn đề. Thực chất<br /> của hoạt động giải một BTTN vật lí cũng tương tự như quá trình giải các bài tập thông thường<br /> khác, nó bao gồm nhiều các hoạt động thành tố, mà ở đó HS phải đồng thời vận dụng nhiều loại<br /> tư duy trong đó có TDPP.<br /> Tuy nhiên, BTTN vật lí là một dạng bài tập có nhiều cơ hội hơn để rèn luyện và phát triển<br /> TDPP ở HS.<br /> Biểu hiện của tư duy phê phán qua hoạt động giải bài tập thí nghiệm<br /> Theo Robert Ennis: TDPP là sự suy nghĩ sâu sắc, nhạy cảm, thực tế và hữu ích để quyết<br /> định niềm tin hay hành động [8].<br /> Đề cập tới các biểu hiện của TDPP trong dạy học vật lí, cho tới nay chưa có công trình<br /> nghiên cứu nào nhưng các biểu hiện TDPP trong các chuyên ngành khác hoặc các biểu hiện TDPP<br /> chung cho các ngành thì đã có một số tác giả nghiên cứu. Cụ thể như: Năm 1995 K. B. Beyer nêu<br /> lên 6 đặc điểm thiết yếu của người có TDPP [1]. Sau đó, năm 2003 M. Lipman đưa ra 3 biểu hiện<br /> của người có TDPP (sơ đồ 2) [2].<br /> 85<br /> <br />