Xây dựng tình huống có vấn đề trong dạy học chương “Chất khí” (Vật lí 10) để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

VJE Tạp chí Giáo dục, Số 486 (Kì 2 - 9/2020), tr 32-37 ISSN: 2354-0753 32 XÂY DỰNG TÌNH HUỐNG CÓ VẤN ĐỀ TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” (VẬT LÍ 10) ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH Trần Thị Ngọc Ánh1,+, Nguyễn Thị Kim Huệ2 1Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế; 2Trường THPT Vĩnh Thạnh, Thị trấn Vĩnh Thạnh, Huyện Vĩnh Thạnh, thành phố Cần Thơ + Tác giả liên hệ ● Email: tranthingocanh@dhsphue.edu.vn Article History ABSTRACT Received: 27/7/2020 Accepted: 14/8/2020 Published: 20/9/2020 Problem solving capacity is one of the important competencies that need to be formed and developed for students. Teaching problem solving skill will help students to be more active, proactive and creative in capturing knowledge. Using problematic situations is one of the effective ways to develop students' ability to solve problems. The article mentions the creation of some real-life problematic situations, allowing learners to use case information to solve related problems. In this way, learners can understand and solve some problematic situations in real life. Keywords problem solving, problem solving competency, problematic situations, Physics teaching. 1. Mở đầu Để bảo đảm sự phát triển mạnh mẽ và bền vững của nền kinh tế tri thức, Đảng và Nhà nước ta đã thông qua Nghị quyết số 88/2014/QH13 ngày 28/11/2014 về đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông, góp phần đổi mới căn bản, toàn diện GD-ĐT với mục tiêu được quy định: “Đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông nhằm tạo chuyển biến căn bản, toàn diện về chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông; kết hợp dạy chữ, dạy người và định hướng nghề nghiệp; góp phần chuyển nền giáo dục nặng về truyền thụ kiến thức sang nền giáo dục phát triển toàn diện cả về phẩm chất và năng lực, hài hoà đức, trí, thể, mĩ và phát huy tốt nhất tiềm năng của mỗi học sinh (HS)” (Bộ GD-ĐT, 2018a). Điều 30 Luật Giáo dục cũng đã ghi rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS, phù hợp với đặc trưng của từng môn học, lớp học và đặc điểm đối tượng HS; bồi dưỡng phương pháp tự học, hứng thú học tập, kĩ năng hợp tác, khả năng tư duy độc lập; phát triển toàn diện phẩm chất và năng lực của người học; tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông vào quá trình giáo dục” (Quốc hội, 2019). Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí đã xác định mục tiêu của việc học tập môn Vật lí nhằm giúp HS hình thành, phát triển các phẩm chất chủ yếu và năng lực chung được quy định trong Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể; hình thành, phát triển năng lực vật lí với các biểu hiện về nhận thức vật lí, tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ Vật lí và vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học về vật lí vào thực tiễn. Để giúp HS đạt được các mục tiêu đó, giáo viên (GV) phải thay đổi phương pháp giáo dục nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo, chủ động của HS, giúp HS đóng vai trò trung tâm trong việc tìm kiếm, chiếm lĩnh nguồn tri thức cho bản thân (Bộ GD-ĐT, 2018b). Một trong những năng lực chung cần phát triển cho người học là năng lực giải quyết vấn đề (GQVĐ) và sáng tạo. Mỗi môn học đều có những đóng góp nhất định trong việc hình thành và phát triển những năng lực chung này. Dạy học phát hiện và GQVĐ là một trong những phương pháp dạy học hiệu quả để phát triển năng lực GQVĐ. Trong phạm vi bài báo, chúng tôi tập trung vào việc xây dựng các tình huống có vấn đề (THCVĐ) trong dạy học môn Vật lí ở trường phổ thông để phát triển năng lực GQVĐ cho HS. 2. Kết quả nghiên cứu 2.1. Năng lực giải quyết vấn đề Năng lực GQVĐ là một trong những năng lực quan trọng của con người mà nhiều nền giáo dục tiên tiến trên thế giới đang hướng tới. Hay nói cách khác, dạy học phát hiện và GQVĐ là một cách tích cực để rèn luyện năng lực phát hiện và GQVĐ cho HS. Năng lực GQVĐ của HS trong dạy học được thể hiện qua các hoạt động của quá trình GQVĐ. Có thể được hiểu đây là năng lực vận dụng một cách linh hoạt, sáng tạo những kiến thức, kĩ năng và những kinh nghiệm thực tiễn của bản thân để giải quyết một vấn đề, tình huống nào đó khi gặp phải. Khi GQVĐ cần thực hiện các bước: xác định VJE Tạp chí Giáo dục, Số 486 (Kì 2 - 9/2020), tr 32-37 ISSN: 2354-0753 33 được vấn đề và mục tiêu của việc cần giải quyết; thu thập thông tin và phân tích để đề ra được các giải pháp; chọn ra được giải pháp tối ưu trong các giải pháp đề ra để thực hiện; đánh giá được kết quả thu được, rút kinh nghiệm khi xử lí các vấn đề khác tương tự và đề xuất được vấn đề mới khi cần thiết. Theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018, năng lực GQVĐ thuộc nhóm năng lực chung, gắn liền với năng lực sáng tạo. Dựa trên bảng mô tả về các biểu hiện của năng lực GQVĐ (Bộ GD-ĐT, 2018a), khi tách rời năng lực GQVĐ của HS trong dạy học, chúng tôi cho rằng, các mức độ của năng lực GQVĐ có thể được mô tả như sau: Bảng 1. Bảng mô tả các tiêu chí và chỉ báo mức độ đánh giá năng lực GQVĐ của HS Năng lực thành phần Biểu hiện/ Tiêu chí Mức độ Mức 1 Mức 2 Mức 3 Nhận ra ý tưởng mới và phát hiện được vấn đề 1. Phân tích tình huống, phát hiện vấn đề Chưa phân tích được thông tin Nhận biết được thông tin dưới sự hỗ trợ của GV Tự nhận biết được thông tin 2. Phát biểu vấn đề Chưa phát biểu được vấn đề Phát biểu được vấn đề dưới sự hỗ trợ của GV Tự phát biểu được vấn đề một cách khoa học Đề xuất, lựa chọn giải pháp và GQVĐ 3. Đề xuất được một số giải pháp Chưa đề xuất được giải pháp Đề xuất được một số giải pháp nhưng ít khả thi Đề xuất được một số giải pháp có thể GQVĐ tốt nhất 4. Lựa chọn được giải pháp tối ưu nhất Chưa lựa chọn được giải pháp Chưa lựa chọn được giải pháp tối ưu nhất Lựa chọn được giải pháp tối ưu nhất 5. Giải quyết được vấn đề thông qua các giải pháp đã đề ra Không giải quyết được vấn đề Còn lúng túng khi GQVĐ Thực hiện GQVĐ một cách trôi chảy Đánh giá và vận dụng 6. Đánh giá được hiệu quả của giải pháp Không có khả năng tự đánh giá Tự đánh giá được nhưng chưa xác định được rõ ràng ưu và nhược điểm Đánh giá được hiệu quả cụ thể 7. Vận dụng được cho các tình huống tương tự Chưa biết vận dụng vào tình huống mới Vận dụng vào một số tình huống mới Vận dụng tốt vào các tình huống mới 2.2. Tình huống có vấn đề Trong mỗi giờ học, HS thường đối mặt với một chuỗi tình huống diễn ra liên tục. Tuy nhiên, không phải tất cả các tình huống đó là THCVĐ. Quan niệm THCVĐ đã được nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu, diễn giải khác nhau: như theo Từ điển tiếng Việt, THCVĐ được hiểu là tổng thể nói chung những sự kiện, hiện tượng có quan hệ với nhau diễn ra trong không gian, thời gian nào đó mà sự diễn biến của nó cần phải đột phá (Hoàng Phê, 2000, tr 996); còn theo Ôkôn (2006), bản chất của THCVĐ là những lúng túng về lí thuyết và thực hành để GQVĐ, nó xuất hiện nhờ tính tích cực nghiên cứu của người học; trong khi đó, theo Đinh Quang Báo và Nguyễn Đức Thành (1996) thì THCVĐ là một trạng thái tâm lí của chủ thể nhận thức khi vấp phải mâu thuẫn, một khó khăn về nhận thức; mâu thuẫn và khó khăn đó vượt ra khỏi giới hạn đã có của chủ thể, bao hàm một điều gì đó chưa biết, đòi hỏi một sự tìm tòi tích cực, sáng tạo. Mặc dù có những quan điểm khác nhau, nhưng các định nghĩa trên đây có sự thống nhất về bản chất của THCVĐ là phải có chứa đựng mâu thuẫn nhận thức, mâu thuẫn này phải có tác dụng sao cho chủ thể tiếp nhận nó không phải như một mâu thuẫn bên ngoài mà như một nhu cầu bên trong và khi đó chủ thể ở một trạng thái tâm lí độc đáo gọi là THCVĐ. THCVĐ thể hiện ở những dạng khác nhau, có thể là câu hỏi, bài toán, một hiện tượng thực tiễn (tình huống có thực) hoặc là một câu chuyện do GV hư cấu gắn với nội dung bài học (tình huống giả định),... (Nguyễn Văn Hồng, 2015). Trong dạy học THCVĐ thường có thể phân loại như sau (Becerra-Labra và cộng sự, 2012): - Tình huống nghịch lí: Đó là tình huống thoạt nhìn tưởng như vô lí, đi ngược lại những giả thuyết đã được công nhận chung. Đối với người học, tình huống này được tạo ra bằng cách giới thiệu những sự kiện, hiện tượng trái với quan điểm thông thường, với kinh nghiệm của cá nhân họ. Việc giải quyết những tình huống này có thể đem lại một lí thuyết mới, bác bỏ những lí thuyết lỗi thời. VJE Tạp chí Giáo dục, Số 486 (Kì 2 - 9/2020), tr 32-37 ISSN: 2354-0753 34 - Tình huống lựa chọn: Đó là những tình huống xuất hiện khi người học đứng trước nhiều phương án giải quyết, phương án nào cũng có kĩ, nhưng chỉ có thể lựa chọn một phương án duy nhất mà thôi. - Tình huống bác bỏ: Đó là tình huống đặt ra khi người học đứng trước một kết luận, một luận đề sai lầm, phản khoa học. Nhiệm vụ của người học là đưa ra những luận chứng để bác bỏ chúng. - Tình huống tại sao: Là tình huống trong đó có những sự kiện, hiện tượng mà với kinh nghiệm của người học không thể giải quyết và luôn thốt ra câu hỏi “Tại sao?”. Trong dạy học, tình huống này rất phổ biến và hiệu quả. - Tình huống nêu ra vấn đề cần giải quyết: Khác với tình huống về một vụ việc ở chỗ, vấn đề không được nói rõ ra. Việc đầu tiên của người học là phải tìm ra vấn đề. Với lại tình huống nêu vấn đề, thông thường người học được chỉ định thực hành những điều do tình huống đưa ra. 2.3. Xây dựng tình huống có vấn đề trong dạy học chương “Chất khí” (Vật lí 10) để phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Dưới đây, chúng tôi trình bày kết quả xây dựng một số THCVĐ trong dạy học. - Bài 29 “Quá trình đẳng nhiệt - Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt” (chương “Chất khí”, Vật lí 10). Trên thực tế có rất nhiều tình huống, hiện tượng có liên quan đến quá trình đẳng nhiệt, cho nên GV có thể sử dụng để dẫn dắt HS đi tìm hiểu mối quan hệ giữa áp suất và thể tích khi nhiệt độ không đổi, từ đó rút ra được nội dung của Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt. Hoặc, dùng trong củng cố kiến thức, bài tập về nhà cho HS. Từ những định hướng đã đưa ra, GV có thể xây dựng một số THCVĐ đề để dẫn dắt HS đi tìm kiến thức mới như sau: Tình huống 1: Đặt vấn đề Khi dùng tay bóp quả bóng bay, càng lúc ta cảm thấy càng khó bóp và tay có cảm giác như bị quả bóng đẩy ra, nếu tiếp tục bóp quả bóng sẽ bị nổ. Tại sao? Giải quyết vấn đề - HS trả lời theo kiến thức đã có hoặc theo gợi ý của GV: Khi bóp quả bóng thì thể tích sẽ giảm và áp suất tăng đến một lúc nào đó áp suất quá lớn thì quả bóng sẽ nổ. - GV nhận xét câu trả lời của HS. - Sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm (thiết kế ở PowerPoint hoặc sử dụng phần mềm PhET...) hoặc chiếu video thí nghiệm (kèm theo diễn giải của GV) về quá trình đẳng nhiệt để mang lại tính trực quan và dễ hình dung kiến thức. Kết luận: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất và thể tích tỉ lệ nghịch với nhau. Tình huống 2: Đặt vấn đề Khi bơm xe đạp, ấn tay vào vòi bơm ta thấy khi cần bơm càng hạ thấp xuống thì càng khó bơm. Tại sao? VJE Tạp chí Giáo dục, Số 486 (Kì 2 - 9/2020), tr 32-37 ISSN: 2354-0753 35 Giải quyết vấn đề - HS trả lời theo kiến thức đã có hoặc theo gợi ý của GV: Khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích tỉ lệ nghịch với nhau. - GV nhận xét câu trả lời của HS. - Sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm (thiết kế ở PowerPoint hoặc sử dụng phần mềm PhET...) hoặc chiếu video thí nghiệm (kèm theo diễn giải của GV) về quá trình đẳng nhiệt để mang lại tính trực quan và dễ hình dung kiến thức. Kết luận: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất và thể tích tỉ lệ nghịch với nhau. Tình huống 3: Đặt vấn đề Cho một bong bóng có chứa một lượng khí được buộc chặt vào trong bình kín. Sau đó dùng một xi-lanh để hút (hoặc nạp khí) vào bình kín thì quả bóng to lên (hoặc nhỏ lại). Tại sao? Giải quyết vấn đề - HS trả lời theo kiến thức đã có hoặc theo gợi ý của GV: Khi hút không khí bên trong bình kín thì áp suất sẽ tăng, làm chênh lệch với áp suất bên trong quả bóng thì khi đó quả bóng sẽ to lên và ngược lại. - GV nhận xét câu trả lời của HS - Sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm (thiết kế ở PowerPoint hoặc sử dụng phần mềm PhET...) hoặc chiếu video thí nghiệm (kèm theo diễn giải của GV) về quá trình đẳng nhiệt để mang lại tính trực quan và dễ hình dung kiến thức. Kết luận: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất và thể tích tỉ lệ nghịch với nhau. - Bài 30 “Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ” Các THCVĐ này có thể sử dụng để dẫn dắt HS để tìm hiểu mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối khi thể tích không đổi. Từ đó đưa ra được nội dung của Định luật Sác-lơ; hoặc dùng trong củng cố kiến thức, bài tập về nhà cho HS. Từ những định hướng đã đưa ra, GV có thể xây dựng một số THCVĐ để dẫn dắt HS đi tìm kiến thức mới như sau: Tình huống 1: Đặt vấn đề Làm thế nào để lấy được nút ra khỏi chai nhưng không chạm tay vào chai? Giải quyết vấn đề - HS trả lời theo kiến thức đã có: Hơ nóng cổ chai thì nút chai tự văng ra ngoài. - GV nhận xét câu trả lời của HS - Sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm (thiết kế ở PowerPoint hoặc sử dụng phần mềm PhET...) hoặc chiếu video thí nghiệm (kèm theo diễn giải của GV) về quá trình đẳng nhiệt để mang lại tính trực quan và dễ hình dung kiến thức. Kết luận: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. VJE Tạp chí Giáo dục, Số 486 (Kì 2 - 9/2020), tr 32-37 ISSN: 2354-0753 36 Tình huống 2: Đặt vấn đề Tại sao lốp xe bơm căng để ngoài trời nắng dễ bị nổ? Giải quyết vấn đề - HS trả lời theo kiến thức đã có hoặc theo gợi ý của GV: Khi đậu xe ngoài nắng, nhiệt độ tăng làm cho áp suất của lượng khí trong bánh xe tăng vượt mức cho phép nên bánh xe bị nổ. - GV nhận xét câu trả lời của HS - Sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm (thiết kế ở PowerPoint hoặc sử dụng phần mềm PhET...) hoặc chiếu video thí nghiệm (kèm theo diễn giải của GV) về quá trình đẳng nhiệt để mang lại tính trực quan và dễ hình dung kiến thức. Kết luận: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Tình huống 3: Đặt vấn đề Làm thế nào để cho quả trứng đã luộc vào trong chai có miệng nhỏ hơn kích thước quả trứng? Giải thích. Giải quyết vấn đề - HS trả lời theo kiến thức đã có hoặc theo gợi ý của GV: Đốt miếng giấy bỏ vào trong chai, sau đó để quả trứng lên miệng chai, một lúc sau trứng sẽ tự rơi vào trong chai. Do áp suất bên trong chai nhỏ hơn áp suất bên ngoài không khí. - GV nhận xét câu trả lời của HS - Sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm (thiết kế ở PowerPoint hoặc sử dụng phần mềm PhET...) hoặc chiếu video thí nghiệm (kèm theo diễn giải của GV) về quá trình đẳng nhiệt để mang lại tính trực quan và dễ hình dung kiến thức. Kết luận: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. VJE Tạp chí Giáo dục, Số 486 (Kì 2 - 9/2020), tr 32-37 ISSN: 2354-0753 37 2.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm Quá trình thực nghiệm sư phạm được tiến hành trong học kì II năm học 2019-2020 đối với HS lớp 10 của Trường THPT Vĩnh Thạnh, huyện Vĩnh Thạnh, TP. Cần Thơ. Gồm 94 HS của nhóm thực nghiệm (các lớp 10A1, 10A2, 10A7) và 93 HS nhóm đối chứng (các lớp 10A3, 10A4, 10A5). Kết quả định tính của quá trình thực nghiệm sư phạm cho thấy việc sử dụng các THCVĐ giúp tiết học trở nên sinh động, HS tỏ ra thích thú hơn với môn Vật lí, tự nguyện tham gia vào các hoạt động học tập nhằm GQVĐ. Năng lực GQVĐ của HS được GV quan sát và đánh giá qua các tiết học. Số lượng HS thực hiện đánh giá năng lực được chọn theo kiểu nghiên cứu trường hợp, gồm 10 HS/lớp thực nghiệm. Mức độ đạt được qua các tiêu chí và chỉ báo mức độ đánh giá năng lực GQVĐ của HS được tổng hợp ở bảng 2: Bảng 2. Bảng thể hiện kết quả đánh giá mức độ năng lực GQVĐ của HS Mức Giai đoạn Mức 1 Mức 2 Mức 3 Trước thực nghiệm sư phạm 17 9 4 Sau thực nghiệm sư phạm 12 11 7 Qua bảng 2, có thể nhận thấy số lượng HS có sự phát triển năng lực GQVĐ ngày càng tăng lên và mức độ phát triển năng lực QGVĐ cũng tăng lên qua từng tiết dạy. Bên cạnh các phiếu theo dõi đánh giá năng lực của HS, đánh giá năng lực GQVĐ còn dựa trên kết quả học tập của HS thông qua một số bài kiểm tra. Kết quả các bài kiểm tra của HS thuộc nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng được thể hiện qua bảng 3: Bảng 3. Các tham số thống kê Nhóm Tổng số HS Số bài kiểm tra X S 2 S V% X X m  Thực nghiệm 94 188 6,63 3,35 1,83 27,6 6,63 0,019 Đối chứng 93 186 5,82 3,13 1,77 30,41 5,82 0,019 Kết quả xử lí các tham số thống kê cho thấy ý nghĩa của việc sử dụng các THCVĐ trong dạy học, với vai trò thúc đẩy phát triển năng lực GQVĐ cho HS. 3. Kết luận Có thể nói, việc tổ chức dạy học theo hướng phát triển năng lực GQVĐ cho HS là đặt HS vào những THCVĐ trong dạy học, tạo cho HS có những mâu thuẫn giữa những kiến thức đã biết (từ học tập, kinh nghiệm thực tiễn) và kiến thức mới, khi đó, HS sẽ xuất hiện nhu cầu về nhận thức. Từ đó, sẽ phát huy được tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS trong quá trình học tập. Trong quá trình dạy học, nếu như GV vận dụng tốt công cụ này sẽ nâng cao được chất lượng dạy học, giúp thực hiện được mục tiêu giảng dạy của mình. Tài liệu tham khảo Becerra-Labra, C., Gras-Martí, A., & Torregrosa, J. M. (2012). Effects of a problem-based structure of Physics contents on conceptual learning and the ability to solve problems. International Journal of Science Education, 34(8), 1235-1253. Bộ GD-ĐT (2018a). Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể (Ban hành kèm theo Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26/12/2018 của Bộ trưởng Bộ GD-ĐT). Bộ GD-ĐT (2018b). Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí (Ban hành kèm theo Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26/12/2018 của Bộ trưởng Bộ GD-ĐT). Đinh Quang Báo, Nguyễn Đức Thành (1996). Lí luận dạy học Sinh học phần Đại cương. NXB Giáo dục. Hoàng Phê (2000). Từ điển tiếng Việt. NXB Đà Nẵng. Hoàng Việt Trung (2017). Xây dựng hệ thống câu hỏi tạo tình huống có vấn đề để phát triển năng lực học sinh trong dạy học Lịch sử ở trường trung học phổ thông. Tạp chí Giáo dục, số 412, tr 23-26. Nguyễn Thanh Huyền (2016). Thiết kế và sử dụng tình huống có vấn đề trong dạy học Sinh học. Tạp chí Giáo dục, số 394, tr 48-50; 30. Nguyễn Văn Hồng (2015). Tiếp cận các kĩ thuật dạy học hiệu quả trong dạy học môn Sinh học. NXB Thái Nguyên. Ôkôn V. (2006). Những cơ sở của việc dạy học nêu vấn đề. NXB Giáo dục. Quốc hội (2019). Luật Giáo dục. Luật số 43/2019/QH14 ngày 14/6/2019.