Chu trình sáng tạo khoa học

Cơ sở lý thuyết của việc phát triển khả năng sáng tạo của học sinh trong quá trình dạy học là sự hiểu biết những quy luật của sự sáng tạo khoa học tự nhiên. Chúng ta đã biết rằng nhiều nhà khoa học như A. Einstein, M. Planck, M. Born, V.G. Razumôpxki... đều có những lời phát biểu giống nhau về quá trình sáng tạo khoa học. Trên cơ sở những lời phát biểu đó, có thể trình bày quá trình sáng tạo khoa học dưới dạng chu trình gồm bốn giai đoạn chính (Hình 1): Từ sự khái quát hoá những sự kiện khởi đầu đi đến xây dựng mô hình trừu tượng của hiện tượng (đề xuất giả thuyết); từ mô hình suy ra các hệ quả lôgíc; từ hệ quả đi đến thiết kế và tiến hành kiểm tra bằng thực nghiệm; nếu các sự kiện thực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì giả thuyết trở thành chân lý khoa học, một định luật, một thuyết vật lý và kết thúc một chu trình. Những hệ quả như thế ngày một nhiều, mở rộng phạm vi ứng dụng của các thuyết và định luật vật lý. Cho đến khi xuất hiện những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với các hệ quả rút ra từ lý thuyết thì điều đó dẫn tới phải xem lại lý thuyết cũ, cần phải chỉnh lý lại hoặc phải thay đổi mô hình giả thuyết, và như thế lại bắt đầu một chu trình mới, xây dựng những giả thuyết mới, thiết kế những thiết bị mới để kiểm tra và như vậy mà kiến thức của nhân loại ngày một phong phú thêm.

Tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề

Tương ứng với chu trình sáng tạo khoa học, đối với việc xây dựng một kiến thức vật lí cụ thể thì tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề được mô tả như sau:"đề xuất vấn đề - suy đoán giải pháp - khảo sát lí thuyết và / hoặc thực nghiệm - kiểm tra, vận dụng kết quả".

          - Đề xuất vấn đề: Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng hi vọng có thể tìm tòi, xây dựng được. Diễn đạt nhu cầu đó thành câu hỏi.

          - Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát cho phép đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được để đi tới cái cần tìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra mà nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm.

          - Khảo sát lí thuyết và / hoặc thực nghiệm: Vận hành mô hình rút ra kết luận lô gíc về cái cần tìm và / hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lượm các dữ liệu cần thiết và xen xét, rút ra kết luận về cái cần tìm.

          - Kiểm tra, vận dụng kết quả: xem xét khả năng chấp nhận được của các kết quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích / tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp của lí thuyết và thực nghiệm. Xem xét sự cách biệt giữa kết luận có được nhờ suy luận lí thuyết với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung, sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khi chưa có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi xây dựng cái cần tìm.

Sơ đồ tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề

Theo tác giả Phạm Hữu Tòng, có thể khái quát tiến trình khoa học giải quyết vấn đề khi xây dựng, kiểm nghiệm hoặc ứng dụng thực tiễn một kiến thức cụ thể bởi sơ đồ hình 2.

Vai trò của tương tác xã hội trong tiến trình giải quyết vấn đề

Sự xây dựng tri thức khoa học như trên không phải là công việc chỉ của riêng một nhà khoa học mà là một quá trình mang tính xã hội. Nhận thức của mỗi cá nhân, thành viên xã hội, tiến triển trong sự tương tác xã hội và xung đột xã hội - nhận thức. Kết quả nghiên cứu của mỗi cá nhân nhà khoa học có sự hỗ trợ của người khác. Kết quả đó được thông báo và trải qua sự tranh luận, phản bác, bảo vệ trong cộng đồng các nhà khoa học. Nhờ đó kết quả nghiên cứu được chỉnh lí, bổ sung, hoàn thiện và được cộng đồng khoa học chấp nhận. Chính vì vậy, từ sơ đồ trên và có kể đến cả vai trò của tương tác xã hội trong quá trình xây dựng tri thức, thì có thể minh họa tiến trình xây dựng và bảo vệ tri thức khoa học bằng sơ đồ hình 3.

Sự khác biệt giữa nghiên cứu khoa học và dạy học

Trong quá trình dạy học, muốn thành công trong việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh phỏng theo hoạt động của các nhà khoa học, chúng ta cần phải xem xét kỹ sự khác biệt giữa quá trình hoạt động của học sinh trong học tập và quá trình sáng tạo của các nhà khoa học. Đó là sự khác biệt rất lớn giữa học sinh và các nhà khoa học về đặc điểm tâm sinh lý cũng như điều kiện làm việc.

          Về nội dung kiến thức: Nhà khoa học phải tìm ra cái mới, giải pháp mới mà trước đó loài người chưa hề biết đến, còn học sinh thì tìm lại cho bản thân kiến thức đã biết của nhân loại. Trong học tập, học sinh tự "khám phá lại" các kiến thức để tập làm cái công việc khám phá đó trong hoạt động thực tiễn sau này.

          Về thời gian: Nhà khoa học có thời gian dài để khám phá một kiến thức, còn học sinh thì chỉ có thời gian rất ngắn trên lớp.

          Về phương tiện: Nhà khoa học có các thiết bị thí nghiệm, máy móc hiện đại, còn học sinh, trong điều kiện của trường phổ thông chỉ có những thiết bị đơn giản .

           Chính vì sự khác biệt rất lớn đó cho nên trong dạy học, giáo viên phải từng bước tập dượt cho học sinh vượt qua những khó khăn trong hoạt động giải quyết vấn đề. Để đạt được mục tiêu đó, người giáo viên cần phải vận dụng được lý thuyết về "vùng phát triển gần" của Vưgôtxki để tạo ra những điều kiện thuận lợi để học sinh tình nguyện tham gia vào hoạt động nhận thức và thực hiện thành công nhiệm vụ được giao.

          Về mặt tâm lý, cần phải tạo được mâu thuẫn nhận thức, gợi động cơ, hứng thú tìm cái mới bằng cách xây dựng các tình huống có vấn đề, đồng thời tạo ra một môi trường sư phạm thuận lợi để học sinh tin tưởng vào khả năng của mình trong việc giải quyết nhiệm vụ được giao và tình nguyện tham gia vào hoạt động nhận thức.

          Về nội dung và biện pháp hỗ trợ hoạt động nhận thức, giáo viên cần phải tạo mọi điều kiện để học sinh có thể giải quyết thành công những nhiệm vụ được giao. Điều này là hết sức quan trọng bởi vì sự thành công của họ trong việc giải quyết vấn đề học tập có tác dụng rất lớn cho họ tự tin, hứng thú, mạnh dạn suy nghĩ để giải quyết các vấn đề tiếp theo. Muốn vậy, trước hết cần phải lựa chọn một lôgíc bài học thích hợp, phân chia bài học thành những nhiệm vụ nhận thức cụ thể phù hợp với năng lực của học sinh sao cho họ có thể tự lực giải quyết được với cố gắng vừa phải. Bên cạnh đó, cần phải từng bước rèn luyện cho học sinh thực hiện một số kỹ năng cơ bản bao gồm các thao tác chân tay và các thao tác tư duy, giúp cho học sinh có khả năng quan sát, sử dụng các phương tiện học tập...Cuối cùng là phải cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức vật lý phổ biến như phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự, phương pháp mô hình...