Hoạt động giải quyết vấn đề theo con đường khoa học - Mô hình chuyển đổi thông tin thành kiến thức ở người học

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci., 2014, Vol. 59, No. 6A, pp. 242-251 This paper is available online at HOẠT ĐỘNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THEO CON ĐƯỜNG KHOA HỌC - MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỔI THÔNG TIN THÀNH KIẾN THỨC Ở NGƯỜI HỌC Đỗ Hương Trà Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt. Bài báo trình bày cơ sở để đưa ra công cụ hướng dẫn người học phân tích được mục đích của tình huống và xác định được các thành phần của hoạt động giải quyết vấn đề. Điều này không chỉ giúp người học có được một nội dung kiến thức và kĩ năng nào đó, mà quan trọng hơn đó là năng lực giải quyết vấn đề một cách khoa học - Một trong những năng lực cần hình thành ở người học. Từ khóa: Giải quyết vấn đề, con đường khoa học, thông tin, kiến thức. 1. Mở đầu Nhiều nghiên cứu rất quan tâm đến hoạt động giải quyết vấn đề của học sinh. Các nhà lí luận dạy học bộ môn trên cơ sở phân tích quá trình và các chiến lược giải quyết đã nghiên cứu những ứng xử cần có của học sinh khi giải quyết vấn đề (mô hình định hướng) và đưa ra các mô hình dạy học/học tập tương ứng. Khi hướng dẫn giải quyết vấn đề, giáo viên có thể phân tích hoạt động giải quyết thành các bước liên tiếp với các lệnh cần thực hiện: Đó là đưa ra một algorit giải quyết. Cách làm này thường dựa trên kinh nghiệm của giáo viên (trên cơ sở hiểu biết và phân tích khó khăn của học sinh) hoặc dựa trên các kinh nghiệm cảm tính. Điều này có thể đưa đến những cải thiện khi giải quyết vấn đề nhưng chỉ là cục bộ. Ngược lại, mô hình định hướng không đưa ra các chỉ dẫn cụ thể trong các hành động thành tố mà đưa ra một tổng thể các định hướng buộc học sinh có cách ứng xử tương ứng với cái mà giáo viên chờ đợi. Đó là đưa ra công cụ để hướng dẫn học sinh và đây không phải là hướng dẫn algorit. Công cụ hướng dẫn (chúng tôi gọi là mô hình định hướng) này được xây dựng dựa trên việc xác định các đặc trưng của vấn đề, xác định các thành phần của hoạt động giải quyết vấn đề theo con đường khoa học. Liên hệ: Đỗ Hương Trà, e-mail: dhtra@hotmail.com. 242 Hoạt động giải quyết vấn đề theo con đường khoa học - mô hình chuyển đổi thông tin... 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Cơ sở lí thuyết Việc học tập các kiến thức không phải theo kiểu xếp thành từng tầng, cũng không theo một đường thẳng, tuyến tính. Với một khái niệm nào đó, chừng nào học sinh còn chưa nhận thức được sự không đầy đủ trong quan niệm của mình thì họ sẽ còn giữ lại các quan niệm thiếu sót. Ngay cả khi đã đưa cho họ một “công cụ” mới thì họ vẫn quay trở lại với “công cụ” cũ mà học sinh cho là “kinh tế” hơn. Mô hình của lí thuyết kiến tạo về sự học cũng khẳng định: chỉ thông qua hoạt động giải quyết vấn đề người học mới xây dựng những kiến thức riêng cho mình. Việc xây dựng kiến thức khoa học cần được xem như một sự thay đổi quan niệm xuất phát từ quan niệm và kiến thức đã có. Hoạt động giải quyết vấn đề phải trở thành phương tiện để thay đổi quan niệm và phương pháp. Giải quyết vấn đề phải cho phép làm bộc lộ những quan niệm đã có và tạo nên những xung đột nhận thức. Điều này cho thấy cần phải xây dựng các tình huống học tập cho phép học sinh: - Sử dụng các kiến thức riêng của mình. - Nhận thức được rằng các kiến thức đó chưa đầy đủ. - Thu nhận các kiến thức mới thích ứng tốt hơn với tình huống. Trong vật lí, hiểu một định luật không chỉ ở việc nhận biết nội dung định luật, các điều kiện hợp thức của nó mà phải hiểu cả việc thiết lập mối quan hệ giữa các đại lượng. Giải quyết vấn đề chính là vận dụng các kiến thức đã có và giải quyết các tình huống phức hợp, đó là dịp đem lại nghĩa đúng cho các định luật. Chỉ thông qua hoạt động giải quyết vấn đề học sinh mới hiểu đúng các mối quan hệ trừu tượng có trong định luật. Chính với nghĩa này mà hoạt động giải quyết được xem là một trong những phương tiện tối ưu khi học tập. Kiến thức mà người học có được là các thông tin có nghĩa và có thể sử dụng được. Tuy nhiên, kiến thức mang đặc tính chủ quan, nó phụ thuộc vào cá nhân mang thông tin: có thể có người có khả năng (hoặc không) tìm ra ý nghĩa của thông tin đó. Nhờ các hoạt động của não bộ mà thông tin ban đầu có thể được biến đổi để chuyển hóa thành kiến thức và các kiến thức mới này có thể được sử dụng lại (được mã hóa, được truyền tải, được lưu trữ và truy cập...) với tất cả sức mạnh của nó. Mọi vấn đề có thể chứa trong nó các thông tin cần thiết. Quá trình suy nghĩ để giải quyết vấn đề và đưa ra quyết định là quá trình biến đổi thông tin: Từ thông tin của vấn đề đến thông tin trong các giải pháp hoặc quyết định. Đây là quá trình chuyển đổi thông tin thành kiến thức hoặc quá trình chuyển đổi kiến thức có trước đó sang kiến thức mới bởi vì các giải pháp hoặc quyết định là thông tin tạo ra lợi ích cho người giải quyết vấn đề: nó giúp họ đạt được mục tiêu. Chính vì vậy, việc phân tích hoạt động giải quyết vấn đề có thể giúp giáo viên đưa ra được công cụ hiệu quả trong định hướng hoạt động giải ở người học. 243 Đỗ Hương Trà 2.2. Vấn đề và hướng dẫn hoạt động giải quyết vấn đề ở người học 2.2.1. Đặc trưng của vấn đề Vấn đề tiềm ẩn trong một tình huống và nó đòi hỏi một giải pháp mà lúc đầu cá nhân chưa biết phương tiện hoặc con đường giải quyết chúng. Không có khó khăn thì không phải là vấn đề, nhưng đó chưa phải là đặc trưng thực chất của vấn đề. Đặc trưng thực chất của vấn đề là đặc trưng của sự tương tác giữa tình huống (tiềm ẩn vấn đề) với người giải quyết tại thời điểm nào đó. Cùng một tình huống có thể là vấn đề đối với cá nhân này nhưng lại không phải với cá nhân khác. Việc quyết định một tình huống là vấn đề đối với cá nhân nào đó chính là đưa ra giả thuyết về tình trạng kiến thức của cá nhân đó (những kinh nghiệm đã có, những tình huống đã gặp,...). Điều này là quan trọng trong dạy học. Để học sinh “đương đầu” với một vấn đề thì cần phải đặt họ vào tình huống, mà lúc đầu còn chưa biết con đường giải quyết. Tiến trình giải quyết vấn đề khi đó có các đặc trưng: - Xác định được mục đích vấn đề nhưng lúc đầu chưa biết cái sẽ làm. - Chủ thể liên tục đặt ra câu hỏi trong suốt quá trình giải quyết (phương diện giả thuyết của hoạt động giải quyết vấn đề). - Các dữ kiện cần xử lí phải được xuất phát từ các giả thuyết đã có. - Kết quả nhận được phải đối chiếu với các giả thuyết đưa ra lúc đầu và với các kiến thức đã có. 2.2.2. Hướng dẫn hoạt động giải quyết vấn đề Để thấy được một vài điểm chung giữa hoạt động giải quyết vấn đề của học sinh và hoạt động nghiên cứu khoa học, chúng tôi nêu ra các giai đoạn của hoạt động giải quyết vấn đề và phân tích những đặc trưng trong các giai đoạn đó. - Nhận biết có tồn tại vấn đề: để có hoạt động giải quyết vấn đề, điều kiện đầu tiên cần thỏa mãn là người giải quyết cần ý thức được sự tồn tại vấn đề, từ đó ý thức được mục đích cần đạt được, thậm chí khi mục đích đó còn rất mập mờ. Điều này không phải khi nào cũng đạt được trong dạy học. Việc xác định rõ ràng mục đích cần đạt là yếu tố then chốt trong hoạt động giải quyết. Đó không phải là hoạt động độc lập mà được tiến hành song song với việc phân tích tình huống. - Hiểu một cách định tính vấn đề bằng việc mô hình hóa tình huống: sự khác nhau chủ yếu về cách ứng xử của nhà khoa học và học sinh là ở việc phân tích tình huống: nhà khoa học thiết lập một biểu tượng tổng thể, định tính về vấn đề, còn học sinh chỉ tạo nên các biểu tượng đôi khi vụn vặt, nhiều khi không liên quan với nhau. Khi giải quyết, thiết lập biểu tượng về vấn đề là điều cần thiết, nó được thực hiện xuất phát từ những thông tin có trong thông báo và những kiến thức mà người giải quyết có, đó là sự đối đầu đầu tiên giữa vấn đề và các kiến thức đã có. 244 Hoạt động giải quyết vấn đề theo con đường khoa học - mô hình chuyển đổi thông tin... Biểu tượng về vấn đề ở người học cần thỏa mãn các điều kiện sau: + Phải định tính. Điều này đảm bảo cho việc giải quyết vấn đề về sau vì cách ứng xử thường có ở học sinh là ngay lập tức thử tổ hợp tất cả các dữ kiện đã cho, thậm chí cả khi có những dữ kiện không thích đáng. + Phải có cách nhìn bao quát, tổng thể về tình huống, có nghĩa phải đưa vấn đề vào khung lí thuyết duy nhất. Việc thiết lập biểu tượng tổng thể, định tính là một hoạt động đồng thời với việc ý thức được vấn đề, hiểu vấn đề. Đây là giai đoạn khó khăn nhưng mấu chốt. Với việc học tập của học sinh có thể đưa ra những định hướng nhận thức cần thiết. - Đưa ra giả thuyết. Đây là một trong những giai đoạn cơ bản của hoạt động giải quyết. Nó làm cho hoạt động giải quyết tựa như hoạt động nghiên cứu. Đó là giả thuyết về các tham số có ảnh hưởng đến hiện tượng đang xét hoặc giả thuyết về bản chất của các ảnh hưởng này. Đây là giai đoạn mà các quan niệm được bộc lộ, tạo nên các xung đột nhận thức, giúp người học thấy được sự không đầy đủ về kiến thức của mình. - Lựa chọn các chiến lược giải quyết. Khi giải quyết vấn đề, con đường thực hiện không phải đã chỉ sẵn. Giống như nhà nghiên cứu: chính bắt đầu từ cái đã biết (các định luật,...) mà định hướng sự lựa chọn cách giải quyết. Nếu nhiều định luật đều có thể áp dụng trong tình huống, khi đó người học sẽ có một sự lựa chọn thực sự. Điều này chỉ được thực hiện nếu họ đã nhằm tới nhiều con đường giải quyết khác nhau có thể. Đây là yếu tố cơ bản trong thái độ nghiên cứu. Những lựa chọn này được gọi là các chiến lược. Chính từ sự phân tích các chiến lược có thể có sẽ hướng dẫn sự lựa chọn của học sinh. - Giải quyết vấn đề bằng chữ, sau đó là bằng số. Cần phải yêu cầu người học giải quyết tình huống dưới dạng chữ cho đến kết quả cuối cùng. Việc giải quyết tình huống không chỉ có mục đích duy nhất là đưa đến kết quả bằng số tương ứng với tình huống đã cho mà quan trọng hơn là thiết lập mối quan hệ giữa các đại lượng. Ích lợi của tình huống 245 Đỗ Hương Trà đang nghiên cứu chính là ở phương pháp giải quyết. Do vậy, chỉ khi giải quyết tình huống tới cùng ở mức độ trừu tượng (chữ) thì các đại lượng vật lí mới thể hiện mối liên hệ giữa các biến, các tham số chứ không phải chỉ là những con số. - Phân tích kết quả. Có được kết quả không phải là công việc cuối cùng của việc nghiên cứu. Cần xem xét các kết quả một cách có phê phán, đối chiếu nó với các hệ quả rút ra từ giả thuyết đã có, với các kiến thức đã biết. Nếu đối chiếu này nảy sinh mâu thuẫn thì cần đặt câu hỏi. Nếu còn có giả thuyết hoặc những lựa chọn bị bỏ qua thì cần tiến hành cho tới khi tình huống được giải quyết tới cùng. Chúng tôi nhấn mạnh sự cần thiết phải phân tích kết quả và đối chiếu với kiến thức đã có bằng việc kiểm tra bên trong (tính vững chắc, tính hợp logic của lập luận) và việc kiểm tra bên ngoài (đối chiếu với cái đã biết). Việc kiểm tra không chỉ ở bước cuối cùng, chỉ liên quan đến kết quả, mà trong suốt quá trình giải quyết cần kiểm tra, cần đặt câu hỏi. 2.3. Thực tiễn của việc dạy học giải quyết vấn đề Quan sát các giờ học cũng như phân tích sản phẩm của học sinh, phân tích các ứng xử của học sinh cho thấy: - Đối với giáo viên: các vấn đề giáo viên giao cho học sinh không phải là vấn đề đối với chính họ bởi họ đã biết kết quả, phương tiện và con đường giải quyết. Việc không có vấn đề - đối với giáo viên - ảnh hưởng tới việc hướng dẫn (những điểm cần nhấn mạnh, những điểm cần bỏ qua,. . . ) giải quyết vấn đề của học sinh. Thêm nữa, các tiêu chuẩn hướng dẫn sự lựa chọn vấn đề của giáo viên không rõ ràng: rằng đó là đề cập đến một vấn đề thực sự hay chỉ là một nhiệm vụ lặp lại cách làm đã biết. Phần nhiều giáo viên đưa ra tình huống bằng việc giao các nhiệm vụ đã biết cách thức giải quyết. Giáo viên quan niệm rằng đó là các tình huống vừa sức học sinh, an toàn với giáo viên, còn với các tình huống chưa xác định được cách thức thực hiện dễ dẫn đến “rủi ro” trong dạy học. - Đối với học sinh: ở cùng một tình huống, có nhiều cách ứng xử khác nhau. Xác định “ngưỡng vấn đề” đối với học sinh một lớp không đơn giản và cũng không hiển nhiên. Giáo viên cần đưa ra giả thuyết về cái đã có ở học sinh (các quan niệm cũng như cách thức thực hiện). Điều này chỉ có được khi giáo viên thực hiện sự phân tích “quá khứ” của lớp học (các tình huống đã học, vấn đề đã giải quyết, cách giải quyết đã thực hiện) và giả thuyết về cái học sinh sẽ xây dựng được (một giả thuyết chung là không thể tránh khỏi nếu lập luận bằng thuật ngữ “lớp học”). Khi giải quyết vấn đề, có thể học sinh không giải quyết như giáo viên chờ đợi, và giáo viên, về phần mình thì không cung cấp thông tin có ích và cần thiết để học sinh hiểu và tiến bộ. - Khi giải quyết vấn đề thường là giáo viên cung cấp các thông tin mà học sinh yêu cầu (nói chung, đó không phải là các thông tin có tính chiến lược). Việc chú trọng trình bày lại các giải pháp (đã biết) đã dẫn đến việc giáo viên bỏ qua nhiều phần trong cách giải quyết, ví dụ như trình tự của hoạt động giải quyết. Có thể do giáo viên không biết vấn đề 246 Hoạt động giải quyết vấn đề theo con đường khoa học - mô hình chuyển đổi thông tin... đối với học sinh bởi vì giáo viên đã biết, do vậy, cách trình bày của họ mất đi đặc tính giả thuyết, tính “vấn đề”. Điều này, một cách không ý thức, giáo viên đã biến tình huống tiềm ẩn vấn đề thành một tình huống rõ ràng, tình huống đóng, trong đó học sinh sẽ đi đến kết quả một cách trực tiếp và không có khó khăn gì nhiều. Cách trình bày giải quyết như thế của giáo viên đã không chú trọng tới sự phân tích và làm sáng tỏ mục đích của vấn đề, bởi ngay từ đầu, giáo viên đã cho rằng mục đích đã được coi là hiển nhiên. Điều này có thể do giáo viên quan niệm rằng sự có mặt của câu hỏi trong thông báo là đủ để học sinh ý thức về mục đích cần đạt, và hơn nữa, là đủ để mục đích đó được xác định rõ ràng. Nhưng từ sự phân tích cách giải quyết của học sinh đã chứng tỏ không phải như vậy. Ở đây, người học không biết cái họ nghiên cứu là gì cũng như vì sao lại lập luận hoặc chứng minh như vậy. - Một lỗi thường thấy là học sinh từ bỏ các lập luận, lỗi này có thể do không xác định được mục đích - cần được hiểu với tư cách là kiến thức vật lí. Việc trình bày lại các giải pháp đã biết không thể hiện đặc tính giả thuyết - ý định trung tâm của việc giải quyết vấn đề theo con đường khoa học. Giải pháp khi đó là con đường chắc chắn, bỏ qua tất cả sự lựa chọn. Hơn nữa, việc trình bày như thế không cho thấy cách giải quyết tổng thể, ngăn cản sự tiếp cận về chiến lược giải quyết. Điều này không dạy cho học sinh phương pháp giải quyết vấn đề và đưa đến hình ảnh sai về công việc khoa học. Khi trình bày lại các giải pháp đã biết, giáo viên dạy học sinh giải quyết một số các vấn đề có cùng tiến trình giải quyết - đó là các vấn đề đẳng cấu. Mục đích ở đây không phải là xây dựng mô hình giải quyết các vấn đề tương tự. Các tình huống mở là các tình huống cần được ưu tiên lựa chọn có ý định đưa người học vào hoạt động giải quyết vấn đề. Thực tế cho thấy, hoạt động giải quyết vấn đề phần lớn là giải quyết các vấn đề tương tự. Điều này đã loại bỏ đặc tính vấn đề. Các hoạt động này có mục đích chính là dạy học sinh quá trình - mô hình giải quyết. Sau đó, học sinh giải quyết các vấn đề mới thuộc lớp các vấn đề đã biết bởi sự tương tự. Cách làm này không tạo điều kiện cho việc dạy một phương pháp hoặc phát huy tính sáng tạo trong học tập. Cách dạy này, thâm chí có thể hiệu quả và thành công cũng không cho phép người học xây dựng công cụ cần thiết để giải quyết một vấn đề thực sự. - Phân tích các hoạt động giải quyết vấn đề của học sinh, chúng tôi thấy, học sinh khi có vấn đề thường nghĩ ngay đến việc áp dụng các “ý tưởng” đã có sẵn trong trí nhớ. Kiến thức và kinh nghiệm riêng của người học luôn có khuynh hướng đưa người học đi theo con đường mòn trong quá khứ theo phép thử và sai. Nếu vấn đề càng khó, số lượng các phép thử càng lớn, và vì thế, làm cho hoạt động giải thiếu cơ chế định hướng tư duy, tạo ra những rào cản đối với sự sáng tạo. Trong phép thử và sai cũng có thể học sinh không nhận biết được ra điều gì, điều này sẽ dẫn đến từ bỏ việc giải quyết hoặc thử giải quyết bằng việc tổ hợp tất cả những dữ kiện đã cho. Hoạt động giải quyết vấn đề của học sinh khi đó không có đặc trưng của hoạt động nghiên cứu. Điều quan trọng trong hoạt động giải quyết vấn đề là người học phải xây dựng công 247 Đỗ Hương Trà cụ để nhận biết kiểu tình huống và sau đó là nhận biết tiến trình giải quyết tương ứng chứ không phải là lập một danh sách các tình huống, mỗi tình huống gắn với một kiểu lập luận. 2.4. Thí dụ trong dạy học khái niệm tương tác - lực * Hướng dẫn xây dựng biểu tượng tổng thể Trong dạy học kiến thức về tương tác và các lực cơ học, để học sinh thực hiện sự phân tích (định tính) tình huống, xây dựng được biểu tượng về hiện tượng chúng tôi đã hướng dẫn học sinh thiết lập biểu tượng. Câu hỏi đặt ra với giáo viên là những đặc trưng nào của biểu tượng có ích đối với học sinh? Ở đây, học sinh là những người tập nghiên cứu, họ còn chưa biết nhiều các định luật, nguyên lí. Hơn nữa, với các định luật, nguyên lí đã học, họ chỉ giải quyết ở một số tình huống, kiến thức của người học chưa đủ rộng, chưa đầy đủ và chưa tổng quát. Do vậy, biểu tượng về vấn đề của người học không hoàn toàn giống như các nhà nghiên cứu. Học sinh sử dụng các kiến thức ít tổng quát để tìm ra các mối liên hệ, trong khi đó biểu tượng của các nhà nghiên cứu là rất tổng quát. Để đưa ra các định hướng để hướng dẫn người học thiết lập các biểu tượng, chúng tôi thấy cần xác định các biểu tượng trung gian. Việc thiết lập biểu tượng định tính bao gồm hai quá trình ngược nhau và bổ sung cho nhau: Quá trình phân tích (chỉ nghiên cứu ở một phương diện duy nhất của tình huống) và quá trình tổng hợp bao gồm việc nhóm lại, liên kết các phương diện khác nhau này. Có thể tóm tắt định hướng này bằng Sơ đồ sau. - Ba biểu tượng trung gian được xác định là: + Biểu tượng động học: trong đó thực hiện sự phân tích chuyển động. Học sinh cần xác định được các vật chuyển động và các vật đứng yên (trong hệ quy chiếu xác định). Đối với các vật chuyển động thì xét xem vận tốc của nó có thay đổi hay không. Chính điều này sẽ định hướng về sau sự lựa chọn các định luật. 248 Hoạt động giải quyết vấn đề theo con đường khoa học - mô hình chuyển đổi thông tin... + Biểu tượng không - thời gian: liên quan đến việc phân tích diễn biến của hiện tượng theo thời gian, xác định các thời điểm đặc trưng và khoảng thời gian giữa hai thời điểm đặc trưng, mặt khác là vị trí tương ứng của vật tại các thời điểm đó. Biểu tượng không - thời gian sẽ được cụ thể hóa trong sơ đồ (hình vẽ) tóm tắt. + Biểu tượng tương tác: là các tương tác cơ học có mặt trong tình huống. Lợi ích của việc phân tích này là chưa cần chọn hệ (điều này sẽ không có khi phân tích bằng thuật ngữ lực. Việc chọn hệ sẽ được thực hiện về sau dựa trên phân tích này. Sự phân tích tương tác sẽ được cụ thể hóa trong biểu đồ vật - tương tác. Sau đó biểu đồ này sẽ được gắn với sơ đồ tóm tắt tương ứng. Việc phân tích chuyển động và các dữ kiện có trong thông báo (ví dụ, khối lượng m, thời gian t,. . . ) cũng được thể hiện trên sơ đồ. Cuối cùng, đại lượng cần nghiên cứu, mục đích của vấn đề nghiên cứu được biểu thị bằng dấu hỏi (?) trên sơ đồ, đó là kết quả của việc phân tích mục đích. Việc thiết lập các biểu tượng trung gian chính là những định hướng cần thiết để xây dựng biểu tượng về vấn đề. Việc khớp nối giữa sơ đồ tóm tắt và biểu đồ vật - tương tác cần được làm thường xuyên, nó giúp người học có được những thông tin cô động nhất có trong thông báo của tình huống. Đó sẽ là chỗ dựa cho các bước giải quyết tiếp theo. Việc hướng dẫn xây dựng biểu tượng và lựa chọn tình huống có thể kết hợp và bổ sung cho nhau: một mặt, đưa ra những công cụ để giúp học sinh xây dựng biểu tượng; mặt khác, cần đặt người học trong tình huống sao cho họ không thể bắt đầu từ những con số đã có, do vậy, buộc phải phân tích một cách thường xuyên tình huống. Các tình huống mở, gắn với thực tiễn thỏa mãn yêu cầu này. b. Hướng dẫn xây dựng giả thuyết và lựa chọn chiến lược giải quyết - Xây dựng giả thuyết Đây là một trong những công việc không thể thiếu của hoạt động giải quyết vấn đề. Giả thuyết cần đ