Mục tiêu cần đạt được khi giải một bài toán VL nói chung là tìm được câu trả lời đúng đắn, giải đáp được vấn đề đặt ra một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ.

Đối với loại BTĐT, việc xác lập lời giải thường gây cho HS nhiều khó khăn vì nó đòi hỏi phải lập luận một cách lôgic, có căn cứ đầy đủ và xác đáng về mặt kiến thức. Thực tế giảng dạy cho thấy, do ít được vận dụng kiến thức vào thực tiễn, ít được tiếp cận với các dạng BTĐT trong quá trình học tập, nên đứng trước những BTĐT, HS thường có xu hướng đưa ra những lời giải đáp không thỏa đáng, hời hợt, thậm chí không chính xác, nhiều HS đã thu gọn toàn bộ những lập luận cần thiết vào một cái tên gọi của khái niệm, của định luật hay của một hiện tượng VL nào đó. Chẳng hạn, với câu hỏi: “Tại sao người ngồi trên xe ô tô đang chuyển động có xu hướng bị ngã xô tới phía trước nếu xe dừng lại đột ngột?” Câu trả lời theo kiểu mượn tên của khái niệm như “Sở dĩ người ngồi trên xe có xu hướng bị ngã xô tới phía trước nếu xe dừng lại đột ngột là do người đó có quán tính” là không thể chấp nhận được.

Để giải BTĐT, có khi HS chỉ cần áp dụng một định luật, một quy tắc hay một phép suy luận lôgíc là có thể giải quyết được (như loại BTĐT đơn giản); cũng có khi HS phải áp dụng một chuỗi các phép suy luận lôgíc dựa trên cơ sở của các định luật, quy tắc có liên quan mới có thể giải quyết được (như loại với các BTĐT tổng hợp); thậm chí có khi HS phải dựa vào vốn kiến thức của mình về sự hiểu biết các quy tắc, định luật, trên cơ sở các phép suy luận lôgic mới có thể tự lực tìm ra những phương án tốt nhất để giải quyết yêu cầu của đề bài (như loại BTĐT sáng tạo).

Do đặc điểm của BTĐT là chú trọng đến mặt định tính của hiện tượng, nên đa số các BTĐT được giải bằng PP suy luận, vận dụng những định luật vật lí tổng quát vào những trường hợp cụ thể. Thông thường, để liên hệ một hiện tượng đã cho với một số định luật vật lí, ta phải biết cách tách hiện tượng phức tạp ra thành nhiều hiện tượng đơn giản hơn, tức là dùng PP phân tích, sau đó dùng PP tổng hợp để kết hợp những hệ quả rút ra từ các định luật riêng biệt thành một kết quả chung. Có thể nói, khi giải các BTĐT, PP phân tích, PP tổng hợp thường gắn chặt với nhau. Về các PP để giải các BTĐT, chúng tôi đồng ý với nhiều tác giả về việc nên sử dụng ba PP sau: PP Ơristic, PP đồ thị và PP thực nghiệm. Trong nhiều bài tập, khi giải, các PP này có thể được sử dụng phối hợp, bổ sung cho nhau.

- PP Ơristic được sử dụng khi nội dung của BTĐT có thể phân tích được thành nhiều câu hỏi định tính nhỏ, đơn giản hơn, có liên quan với nhau mà các câu trả lời hoặc đã nằm trong giả thiết, hoặc ở trong các định luật VL mà HS đã biết.

Ưu điểm cơ bản của PP này là rèn luyện cho HS khả năng phân tích các hiện tượng VL, biết tổng hợp các dữ kiện của bài tập với nội dung các định luật VL đã biết, khả năng khái quát hóa các sự kiện và biết cách rút ra những kết luận cần thiết.

- PP đồ thị được sử dụng khi giải các BTĐT mà giả thiết của chúng được diễn đạt bằng những cách minh họa như lập bảng, đồ thị, mô hình ... Trong PP này, việc diễn đạt giả thiết của bài tập một cách chính xác, trực quan, là cơ sở làm toát lên những mối liên quan giữa hiện tượng đang khảo sát và các định luật VL tương ứng. PP này đặc biệt có ý nghĩa khi nội dung của đề bài là một loạt các hình vẽ, các thông tin ghi lại các giai đoạn xác định trong tiến trình biến đổi của hiện tượng.

Ưu điểm của PP này là tính trực quan và tính ngắn gọn của lời giải, nó giúp cho HS phát triển tư duy hàm số, tập cho HS quen với tính chính xác, cẩn thận.

- PP thực nghiệm được sử dụng trong trường hợp nội dung của BTĐT có liên quan đến thí nghiệm (TN), bằng cách bố trí và tiến hành TN theo đúng giả thiết của bài tập để trả lời các câu hỏi của bài tập đó. Trong các bài tập như vậy, bản thân TN không giải thích được tại sao hiện tượng lại xảy ra như thế này mà không phải là như thế khác, việc chứng minh bằng lời thông qua quá trình giải quyết các câu hỏi như “cái gì sẽ xảy ra?”, “làm thế nào?” ... sẽ là cơ sở để có lời giải thích chính xác và quan trọng hơn là câu trả lời tìm được có sức thuyết phục cao, không gây nghi ngờ cho HS.

Ưu điểm nổi bật của PP này là đưa HS vào vị trí tựa như các nhà nghiên cứu, phát huy cao độ tính tích cực, tính ham học hỏi, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo trong việc sử dụng các dụng cụ TN VL.

Khi giải các BTĐT, các PP trên có thể sử dụng phối hợp, bổ sung cho nhau, chính vì thế về mặt PP, ta có thể vạch ra một dàn bài chung gồm những bước chính sau:

– Đọc kĩ đề bài tập để tìm hiểu các thuật ngữ chưa biết, tên gọi các bộ phận của cấu trúc ... xác định ý nghĩa VL của các thuật ngữ, tóm tắt đầy đủ các giả thiết và nêu bật câu hỏi chính của bài tập (cần xác định cái gì? mục đích cuối cùng của bài giải là gì?). Khảo sát chi tiết các đồ thị, sơ đồ, hình vẽ ... đã cho trong bài tập hoặc nếu cần thiết phải vẽ hình để diễn đạt những điều kiện của đề bài, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc nhận biết diễn biến của hiện tượng hay nhận biết mối quan hệ giữa các đại lượng VL. 

– Trong nhiều trường hợp, ngôn ngữ dùng trong đề bài không hoàn toàn trùng với ngôn ngữ dùng trong lời phát biểu của các định nghĩa, định luật, các quy tắc VL thì phải chuyển chúng sang ngôn ngữ VL tương ứng để thấy rõ được mối liên quan giữa hiện tượng đã nêu trong đề bài với nội dung các kiến thức VL tương ứng.

– Nghiên cứu các dữ kiện ban đầu của bài tập (những hiện tượng gì, sự kiện gì, những tính chất gì của vật thể, những trạng thái nào của hệ ...) để nhận biết chúng có liên quan đến những khái niệm nào, quy tắc nào, định luật nào đã học trong VL.

– Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong đề bài, khảo sát xem mỗi giai đoạn diễn biến đó bị chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào ... Hình dung toàn bộ diễn biến của hiện tượng và các định luật, quy tắc chi phối nó.

Mặc dù có thể phân loại các BTĐT theo nhiều cách khác nhau, tuy nhiên về cơ bản ta thường gặp hai dạng, đó là giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra. Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng VL và yêu cầu được giải thích vì sao hiện tượng lại xảy ra như thế, tức là giải thích nguyên nhân của hiện tượng; trong khi đó dự đoán hiện tượng là quá trình ngược lại, HS phải căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đề bài, xác định những định luật chi phối hiện tượng, từ đó dự đoán hiện tượng gì sẽ xảy ra và xảy ra như thế nào.

– Đối với loại câu hỏi giải thích hiện tượng, phải thiết lập được mối quan hệ giữa một hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hay định luật VL, tức là phải thực hiện được phép suy luận lôgic, trong đó cơ sở kiến thức phải là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật VL có tính tổng quát áp dụng vào điều kiện cụ thể của đề bài mà kết quả cuối cùng chính là hiện tượng đã được nêu ra trong đề bài.

Những hiện tượng thực tế thường rất phức tạp, trong khi đó các định luật VL lại khá đơn giản, nên thoạt nhìn thì khó có thể phát hiện ngay được mối quan hệ giữa hiện tượng đã cho với những định luật VL đã biết. Trong những trường hợp như thế, cần phân tích hiện tượng phức tạp ra các hiện tượng đơn giản, sao cho mỗi hiện tượng đơn giản chỉ tuân theo một định luật hay một quy tắc nhất định.

Thực tế cho thấy, khi giải thích hiện tượng, vì trong đề bài đã nêu rõ hiện tượng và kết quả của hiện tượng, nên nhiều khi trong lời giải thích có chỗ bị sai mà không xác định được mình sai ở điểm nào. Nên hết sức thận trọng khi phát biểu các định luật, các quy tắc dùng làm cơ sở cho lập luận, việc phát biểu đầy đủ, chính xác về nội dung có tác dụng tránh được những sai sót trong lời giải thích hiện tượng.

– Đối với loại câu hỏi dự đoán hiện tượng, trước hết cần phải “khoanh vùng” kiến thức bằng cách căn cứ vào những dấu hiệu ban đầu (các dụng cụ TN, dạng đồ thị, cấu tạo vật thể, trạng thái ban đầu của hệ ...) để liên tưởng, phán đoán chúng có thể liên quan đến những quy tắc nào, định luật VL nào đã biết. Kết quả của việc “khoanh vùng” ban đầu là hết sức quan trọng bởi lẽ nếu “khoanh vùng” quá rộng thì quá trình giải sẽ càng thêm phức tạp, còn nếu sai lầm ở khâu này thì chắc chắn sẽ dẫn đến những dự đoán sai về bản chất của hiện tượng.

Với các trường hợp có quá trình diễn biến phức tạp, cần phân tích rõ các giai đoạn diễn biến của cả quá trình, phải tìm được mối liên hệ gắn kết giữa các quy tắc, định luật VL với mỗi giai đoạn diễn biến tương ứng. Cuối cùng, từ những phân tích về diễn biến của quá trình và việc vận dụng các kiến thức VL liên quan đã tìm được cho phép ta có thể dự đoán hiện tượng một cách chính xác.

Kiểm tra kết quả tìm được thực chất là phân tích kết quả cuối cùng để xem kết quả tìm được có phù hợp với điều kiện nêu ra ở đầu bài tập hay không, ngoài ra việc kiểm tra lại kết quả cũng là một trong những cách kiểm tra lại sự đúng đắn của quá trình lập luận. Đối với các BTĐT, có nhiều cách để kiểm tra, trong đó hai cách thường dùng là thực hiện các TN cần thiết có liên quan để đối chiếu với kết luận về dự đoán hiện tượng hoặc đối chiếu câu trả lời với các nguyên lí hay định luật VL tổng quát tương ứng xem chúng có thoả mãn hay không.

Thí dụ 1: Giải thích vì sao khi bút máy bị tắc mực, nếu ta vẩy mạnh bút thì mực trong bút sẽ văng ra?

Nhận xét: Đây là loại bài tập định tính có yêu cầu giải thích hiện tượng.

Trong nội dung đề bài có thuật ngữ “vẩy bút”, tuy thuật ngữ này rất quen thuộc với học sinh nhưng vẫn cần thiết phải chuyển thành ngôn ngữ VL: “vẩy bút” là quá trình làm cho bút chuyển động nhanh một đoạn ngắn, sau đó dừng lại đột ngột.

Ở đây đã xuất hiện hai thuật ngữ “chuyển động” và “dừng lại đột ngột”, điều đó khiến học sinh dễ dàng phân tích diễn biến của hiện tượng làm hai giai đoạn:

– Giai đoạn 1: Bút chuyển động do ta dùng tay để “vẩy bút”, trong giai đoạn này mực chuyển động cùng với bút mà chưa bị văng ra.

– Giai đoạn 2: Bút dừng lại đột ngột, mực văng ra ngay khi bút bị dừng lại.

Vấn đề còn lại ở đây là việc giải thích câu hỏi: Tại sao khi bút dừng lại đột ngột, thì mực lại văng ra?. Học sinh dễ dàng liên tưởng đến kiến thức về về quán tính để đưa ra lời giải thích xác đáng.

Thí dụ 2: Một đoạn ống thủy tinh (AB) đặt nằm ngang, kín hai đầu và đã được rút hết không khí, bên trong có một giọt thủy ngân (T) nằm cân bằng như hình 1.

Điều gì sẽ xảy ra đối với giọt thủy ngân nếu ta dùng ngọn nến nung nóng một chút ở đúng vị trí của giọt thủy ngân.

Nhận xét: Đây là loại bài tập định tính có yêu cầu dự đoán hiện tượng xảy ra.

Tìm hiểu đầu bài ta thấy: Do có giọt thủy ngân nằm ở giữa mà ống thủy tinh được chia làm hai phần, dung tích ban đầu của mỗi phần là khác nhau (V_A < V_B), bên trong mỗi phần là chân không. Chi tiết đáng lưu ý trong đầu bài là ngọn nến nung nóng ở đúng vị trí của giọt thủy ngân và các thuật ngữ “nung nóng”, “một chút”.

Chỉ riêng việc “nung nóng” đã có thể đó làm ta liên tưởng đến một loạt các hiện tượng VL xảy ra như ống thủy tinh và giọt thủy ngân thu nhiệt bị dãn nở; giọt thủy ngân bị bay hơi. Trạng thái của hệ (ống thủy tinh và giọt thủy ngân) trước và sau khi “nung nóng một chút” chắc chắn có sự khác biệt.

Câu hỏi phụ thứ nhất được đặt ra là: Ống thủy tinh và giọt thủy ngân bị dãn nở đến mức nào? giọt thủy ngân bị bay hơi đến mức nào? Đến đây, thuật ngữ “một chút” có ý nghĩa quan trọng, nó chỉ ra rằng: sự dãn nở vì nhiệt của ống thủy tinh là không đáng kể, giọt thủy ngân (do tác động bị nung nóng) bay hơi một phần nhỏ, đủ làm cho trong các phần A và B của ống thủy tinh có hơi thủy ngân, đồng thời việc “nung nóng một chút” không đủ làm cho giọt thủy ngân có thể hóa hơi hoàn toàn. Như vậy khi nung nóng, diễn biến đáng chú ý của hiện tượng là ở hai phần A và B của ống thủy tinh có chứa hơi thủy ngân.

Câu hỏi phụ thứ hai được đặt ra là: Lượng hơi thủy ngân xuất hiện ở hai phần A và B của ống thủy tinh có gì khác nhau? Dữ kiện của đầu bài cho biết ngọn nến được nung nóng ở đúng vị trí của giọt thủy ngân, điều đó làm lộ ra sự giống nhau về tác động làm bay hơi thủy ngân ở cả hai phía nên có thể kết luận trong cùng một khoảng thời gian ngắn, lượng thủy ngân bay hơi ở hai phía là như nhau.

Cuối cùng, căn cứ vào các điều kiện về lượng hơi, thể tích hơi thủy ngân ở hai phần A và B của ống, học sinh dễ dàng liên tưởng đến việc sử dụng kiến thức về các định luật chất khí để suy luận ngay sau khi nung giọt thủy ngân bị bay hơi đồng thời dịch chuyển một chút về phía đầu B của ống.

Đối với HS phổ thông, việc giải hoàn chỉnh, chính xác các BTĐT không phải là một việc đơn giản, mà cần phải có thời gian và sự định hướng về mặt PP của GV. Vì PP giải các BTĐT bao gồm việc xây dựng những suy luận lôgic dựa trên các định luật VL nên chúng là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy HS, không những rèn luyện cho HS hiểu rõ được bản chất của các hiện tượng VL và những quy luật của chúng mà còn giúp HS biết cách vận dụng kiến thức VL vào thực tiễn.

Có thể thấy ngay rằng, xét về thực chất thì các bài tập tính toán cũng nhằm mục đích làm sáng tỏ nội dung VL của các định luật, quy tắc, biểu hiện dưới dạng công thức. Tuy nhiên trên thực tế, khi giải các bài tập tính toán, HS thường áp dụng máy móc các công thức mà không chú ý đến ý nghĩa VL của chúng. Trong trường hợp này, chính việc giải các BTĐT này rèn luyện cho HS chú ý hơn đến việc phân tích nội dung, ý nghĩa VL của các bài tập tính toán.

 

[1]     Lê Văn Giáo, Lê Công Triêm, Lê Thúc Tuấn (2005), Một số vấn đề dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông, Nhà xuất bản Giáo dục.

[2]     Nguyễn Thanh Hải (2006), Bài tập định tính và câu hỏi thực tế vật lí 10, Nhà xuất bản Giáo dục.

[3]   Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (2001), Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.

[4]     Nguyễn Đức Thâm (chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông, Nhà xuất bản Đại học sư phạm.

[5]   Phạm Hữu Tòng (2004), Dạy học vật lí ở trường phổ thông theo định hướng pháp triển hoạt động học tích cực, tự chủ, sáng tạo và tư duy khoa học, Nhà xuất bản Đại học sư phạm.