Các QUAN NIỆM khác nhau về KHÁI NIỆM KHÔNG GIAN, KHÔNG GIAN CẢM GIÁC, KHÔNG GIAN VẬT LÍ và KHÔNG GIAN HÌNH HỌC (Phần 1)
Trần Phú Điền 1, Lê Văn Tiến 2
(1. Trường Phổ thông Năng khiếu – ĐHQG TPHCM
2. Trường Cao đẳng Sư phạm Trung ương TPHCM)
TÓM TẮT
Bài báo trình bày một số quan niệm khác nhau về khái niệm Không gian, đặc biệt là về các khái niệm Không gian cảm giác, Không gian vật lí, Không gian hình học và mối quan hệ cơ bản giữa ba loại không gian này. Đây là những yếu tố cơ sở làm nền tảng cho nghiên cứu vận dụng các kiến thức về không gian và mối quan hệ giữa các loại không gian vào dạy học toán với mục tiêu gắn dạy học với thực tiễn và tăng cường tính liên môn giữa toán và vật lí.
Từ khóa: Không gian; Không gian cảm giác; Không gian vật lí; Không gian hình học.
x
x x
1. Đặt vấn đề
Dạy học gắn với thực tiễn và bảo đảm tính tích hợp, liên môn là một trong những mục tiêu quan trọng trong đổi mới giáo dục ở nhiều nước. Ở Việt Nam, so với các chương trình trước đây, chương trình Giáo dục phổ thông mới 2018 đặc biệt nhấn mạnh hơn mục tiêu này.
Mục “Hoạt động thực hành và trải nghiệm” – một sáng tạo sư phạm mới của thể chế, chiếm 5% đến 7% thời lượng chương trình từ tiểu học đến trung học phổ thông – được xem như là một minh chứng rõ nét nhất cho mong muốn gắn kiến thức cần giảng dạy với thực tiễn và tích hợp liên môn với môn học khác.
Làm sao thực hiện và mô tả được sự kết nối giữa tình huống thực tiễn và tình huống học tập trong phạm vi môn Toán nói chung và Hình học nói riêng? Làm sao vận dụng được sự kết nối đó vào dạy học? Tìm câu trả lời cho những câu hỏi này là một vấn đề lớn và thể hiện nhiều lợi ích cho đổi mới dạy học.
Một trong những hướng nghiên cứu vấn đề trên là vận dụng các quan niệm khác nhau về khái niệm Không gian (KG), đặc biệt là các khái niệm Không gian cảm giác (KHCG), Không gian vật lí (KGVL) và Không gian hình học (KGHH), cũng như mối quan hệ giữa chúng để thiết kế các tình huống cho phép kết nối kiến thức hình học với thực tiễn và với vật lí.
Nhiều công trình khoa học nước ngoài đi theo hướng nghiên cứu trên. Nhưng ở Việt Nam, theo hiểu biết của chúng tôi, Luận văn Thạc sĩ với chủ đề “Dạy học khái niệm Vectơ đặt trong mối quan hệ của Không gian cảm giác, Không gian Vật lí và Không gian Hình học” mà chúng tôi sắp bảo vệ là công trình đầu tiên. Một phần kết quả của Luận văn là nội dung của bài báo này.
__________
Cite this article as: Tran Phu Dien, & Le Van Tien (2019). Different perceptions about the concept of Space, Sensible Space, Physical Space, and Geometric Space. Ho Chi Minh City University of Education Journal of Science, 16(11), 745-756.
2. Khái niệm không gian
Hầu hết các nhà nghiên cứu đều thừa nhận rằng: Không gian là một khái niệm rất phức tạp, khó có thể mô tả rõ ràng ngay từ đầu. Chẳng hạn, Piaget và Inhelder (1948), trích theo Duroisin (2015) viết: “Vấn đề không gian cực kì phức tạp” (p.77).
Theo Duroisin (2015, p.77), xuất phát từ thuật ngữ Latin “Spatium”, khái niệm KG bao hàm nhiều nghĩa khác nhau dựa trên tính chất đặc thù của nó và việc sử dụng nó trong các lĩnh vực chuyên môn khác nhau. KG có thể là vô hạn, hữu hạn, có tính bề mặt, cục bộ, tưởng tượng, nhất thời, mô phỏng, ảo… và gắn với các lĩnh vực khác nhau (triết học, toán
học, lịch sử, địa lí, nghệ thuật…).
Dervillez-Bastuji (1982), trích dẫn bởi Duroisin (2015, p.77) cho rằng, có thể mô tả KG dưới ba góc độ khác nhau sau đây:
KG là “một thể tích hoặc diện tích bề mặt có thể tri giác, chiếm giữ hoặc di chuyển”. Theo tác giả, ba hành động này tương ứng với ba lớp “hình thái cơ bản liên quan đến vị trí”, đó là: nhìn, định vị và dịch chuyển.
KG là “khoảng cách giữa hai đối tượng”. Chẳng hạn, KG giữa hai hình vuông được biểu diễn trên một tờ giấy, KG giữa hai cây trồng trong vườn…
KG là “một khoảng thời gian”. Chẳng hạn, trong âm nhạc: khoảng cách giữa hai nốt nhạc (quãng tám…).
Trong từng lĩnh vực chuyên môn lại có những thuật ngữ, quan niệm khác về KG. Chẳng hạn, theo Duroisin (2015, p.78) nếu đặt trong phạm vi triết học, ta có các quan niệm về KG như:
– Quan niệm của Leibniz: KG là “tập hợp những quan hệ giữa các đối tượng, mà mỗi một trong chúng có thể dùng tham chiếu cho định vị các đối tượng khác”.
– Quan niệm của Dervillez-Bastuji: KG là “một môi trường lí tưởng, được đặc trưng bởi các mặt khách quan của nó, trong đó chúng ta có thể tri giác, và do đó, nó chứa tất cả những yếu tố mở rộng hữu hạn”.
– Quan niệm của Kant nhấn mạnh nhận thức tri giác: KG là “một hệ thống các quy tắc điều chỉnh sự kết hợp các sự vật liên quan tới hình dạng, độ lớn, khoảng cách và cho phép
tri giác”.
– Piaget tiếp cận tư tưởng của Kant ở hai điểm: một mặt, Piaget giải thích: “KG chính là tri giác các mối quan hệ giữa các sự vật, sự dịch chuyển của sự vật so với các sự vật khác”; mặt khác, ông nhấn mạnh vai trò của tri giác và biểu tượng liên quan tới KG. Ông cũng phân biệt hai khái niệm này: tri giác đòi hỏi sự tiếp xúc trực tiếp với các đối tượng đang hiện hữu thông qua các giác quan, trong khi biểu tượng lại cần gợi lại những cái đồng nhất khi sự vật không hiện diện ở đó. Biểu tượng cho phép làm chủ KG tốt hơn.
2. Phân biệt Không gian theo kích cỡ của chúng
Brousseau (1983) và Galvez (1985) phân biệt ba loại KG sau đây tùy thuộc vào “kích cỡ” của KG trong đó chủ thể (cá nhân) tương tác:
KG vi mô (micro-espace): KG gần và bên ngoài chủ thể. Với các đối tượng cấu thành KG này, chủ thể có thể quan sát và thao tác trực tiếp lên chúng. Nói cách khác, đó là KG của những tương tác gắn với thao tác trên các đối tượng đủ bé và đủ gần.
Brousseau (1983), trích dẫn bởi Berty-Rene và Valérie (2006, p.74) mô tả: trong KG vi mô, trẻ có có cái nhìn tổng thể (bao quát), cho phép trẻ xem xét đồng thời toàn bộ và các bộ phận của KG (như KG tờ giấy, KG của các đối tượng trong phạm vi nhỏ mà trẻ có thể dịch chuyển).
KG trung mô (méso-espace): đó là KG rộng lớn hơn. Trong KG này, chủ thể phải di chuyển mới có cái nhìn bao quát hết KG. Nói cách khác, chủ thể chỉ có cái nhìn tổng thể khi dịch chuyển tới các vị trí khác nhau để tri giác các đối tượng trong KG và ghi nhớ chúng một cách tuần tự. Ví dụ, toàn bộ khuôn viên của một trường phổ thông ở Thành phố Hồ Chí Minh.
KG vĩ mô (macro-espace): KG vô cùng rộng lớn. Chủ thể không thể tri giác tổng thể nó, không có khả năng kiểm soát toàn bộ KG như trong KG vi mô hay trung mô. Nó đặt ra vấn đề về xác định vị trí và định hướng. Do đó, tất yếu phải có các biểu diễn thu nhỏ và sơ đồ hóa. Chẳng hạn, trường hợp của không gian thiên văn, trong đó người ta không thể can thiệp lên vị trí của các hành tinh, Mặt Trời.
3. Cấu trúc KG nhìn từ góc độ tâm lí
Các kết quả trong mục này được tổng hợp từ Duroisin (2015), Phan Trong Ngo (2001). Sơ đồ của Duroisin (2015, p.83) thể hiện tiến triển của cấu trúc KG theo các giai đoạn phát triển tâm lí của trẻ (Hình bên).
a) Từ KG buộc trải nghiệm đến KG trải nghiệm (từ khi sinh đến 2 tuổi)
Lúc mới sinh ra đến khoảng tháng thứ 3, dù được bế trên tay hay đặt ngồi trong xe đẩy, đứa bé đều trải qua những chuyển động mà những người xung quanh áp đặt lên trẻ, nghĩa là trẻ “buộc” phải trải nghiệm. Theo Piaget, lúc này đứa bé chưa có hành động và trí khôn, mà chỉ có một số cảm giác và cử động được thực hiện bởi cấu trúc bên trong có tính chất sinh học của các phản xạ. Với điều kiện được tiếp xúc với môi trường như vậy, các KG cảm giác như thị giác, khứu giác, thính giác và xúc giác cho phép trẻ tìm hiểu các yếu tố gần nhất, bao gồm cảnh vật và / hoặc con người. Ta nói lúc này trẻ đang tiếp cận với KG buộc trải nghiệm (espace subi).
Tiếp theo KG buộc trải nghiệm là KG trải nghiệm hay đôi khi còn được gọi là không gian cảm giác – vận động (espace sensori-moteur), ứng với giai đoạn cảm giác – vận động
trong phát triển tư duy ở trẻ, được đặc trưng bởi sự hình thành và phát triển cảm giác, hành vi và cử động.
Bằng cách di chuyển và thao tác với các đối tượng đang hiện hữu của KG, đứa trẻ có thể sinh hoạt thể chất trong không gian nhưng chưa thể phân tích nó. Năng lực nhận thức (hiểu biết) đang ở dạng cảm giác – vận động, luôn gắn hành động, nghĩa là sự vận động của cơ thể. Đó là nhận thức không cần suy nghĩ (tư duy), không cần biểu tượng.
b) Từ KG trải nghiệm tới KG tri giác (2 đến 7-8 tuổi)
Từ 2 tới khoảng 7-8 tuổi, trẻ chuyển từ KG trải nghiệm sang KG tri giác, ứng với giai đoạn tiền thao tác. Qua trải nghiệm sống, trẻ bắt đầu có tri giác về KG, mà không cần tới sự trải nghiệm đồng thời của cơ thể. Chẳng hạn, trẻ bắt đầu có hành động biểu trưng trong trò chơi biểu trưng (ví dụ, miệng nhai tượng trưng cho hành vi ăn, dùng ghế thay cho con ngựa…). Nói cách khác, mầm mống của biểu tượng bắt đầu hình thành và phát triển. Trẻ bắt đầu nuôi dưỡng được những suy nghĩ về các đối tượng hoặc sự việc cả khi chúng không hiện diện, tức có bước chuyển từ hành động thực tới hành động nội hiện (diễn ra trong đầu).
c) Từ KG tri giác tới KG đại diện (7-8 tuổi đến 11-12 tuổi)
Từ khoảng 7 tuổi đến 11-12 tuổi, trẻ chuyển từ KG tri giác tới KG đại diện, hay KG đã biết (Espace connu) như cách gọi của Lièvre và Staes (2006), KG đại diện tương ứng với giai đoạn thao tác cụ thể (1). Lúc này trẻ có thể tri giác KG mà không cần di chuyển trong KG.
Đó là các các thao tác tư duy cụ thể, theo nghĩa chúng luôn phải dựa trực tiếp trên các đối tượng tri giác (suy luận luôn gắn với nội dung).
Trong giai đoạn này, nếu trẻ thực hiện các hành động trí tuệ thì tư duy của trẻ cũng chưa hoàn toàn độc lập với các đối tượng tri giác được. Nói cách khác, “những thao tác (trí tuệ) đầu tiên luôn gắn với hành động và trực tiếp dựa trên các đối tượng cụ thể đang hiện diện hoặc những đối tượng đại diện nhất thời” (Duroisin, 2015, p.82).
Chẳng hạn, ở bậc tiểu học, trẻ tiếp cận các khái niệm điểm, đoạn thẳng, đường thẳng bằng cách vẽ chúng trên giấy và gọi tên, nhận biết. Một điểm được xem như là một vết chấm, một đoạn thẳng được hình thành từ việc dùng thước kẻ thẳng để nối hai chấm khác nhau trên giấy, còn đường thẳng được tạo thành từ việc kéo dài cả hai đầu của đoạn thẳng. Những nét chấm hay các đường nét được vẽ trên giấy là những đối tượng đại diện cho các kiến thức mà trẻ đang được tiếp nhận, bản thân tờ giấy cũng được xem như là một đại diện. KG đại diện lúc này là những gì thể hiện trong phạm vi tờ giấy để trẻ có thể hình dung một cách cụ thể, rõ ràng về các khái niệm điểm, đoạn thẳng hay đường thẳng
Giai đoạn thao tác hình thức (từ 11-12 tuổi)
Trẻ bắt đầu có suy nghĩ, thực hiện các thao tác tư duy mà không nhất thiết phải dựa trên vật cụ thể (tư duy hình thức). Tư duy hình thức này giải phóng suy luận khỏi nội dung. Trẻ có thể suy luận dựa trên các mệnh đề, các giả thuyết đơn giản, không còn phụ thuộc hoàn toàn vào đối tượng vật chất cụ thể.
__________
(1) Thao tác ở đây hiểu là thao tác tư duy.
4. Không gian cảm giác, không gian vật lí, không gian hình học
Nội dung mục này được tổng hợp từ Duroisin (2015), Berthelot và Salin (1992), BertyRene và Valérie (2006).
Trước hết cần lưu ý rằng, khái niệm KGVL ở đây được hiểu là KG của khoa học vật lí hay môn học Vật lí. Bởi vì, những phân tích dưới đây cho thấy, một số tác giả gọi KGCG
là KGVL, nhưng không phải theo nghĩa KGVL của khoa học hay môn Vật lí.
4.1. Khái niệm
a) Không gian cảm giác
Poincaré (1943), được trích dẫn bởi Berthelot và Salin, (1992) và Duroisin, (2015), định nghĩa KGCG (espace sensible) mà ông cũng gọi là KG thực (espace réel) như sau: “KGCG là KG lĩnh hội được bằng các giác quan, được xác định thông qua các KG thị giác, xúc giác và vận động, khi mà chủ thể tiếp xúc”; “KG này không đẳng hướng, không đồng nhất, cũng không vô hạn trong nhận thức của chủ thể”.
Tương tự, Chevallard (1990), trích dẫn bởi Berty-Rene, Valérie, (2006, p.74) cũng quan niệm: “KG cảm giác là KG bao hàm những đối tượng có thể nhận thức qua các giác quan”.
Trích đoạn sau của Duroisin (2015) cho thấy một số tác giả gọi KGCG là KGVL: KGCG, mà Labord (1998) gọi là KGVL, là đối tượng của tri giác trực tiếp, cũng có thể được nhận thức bằng các dụng cụ” (p.91).
“Các tác giả làm rõ rằng, tồn tại những khác biệt giữa các tình huống và vấn đề KG với các tình huống và vấn đề hình học. Họ chỉ ra rằng, những tình huống KG dựa trên KGVL, còn gọi là KGCG hay KG thực…” (p.97).
Trong mục b, chúng tôi sẽ giải thích vì sao có sự đồng nhất này.
b) Không gian vật lí
Chevallard (1990), trích dẫn bởi Berty-Rene và Valérie (2006, p.74) định nghĩa: “KGVL là không gian được thiết lập, là nơi ta có thể thao tác với các đối tượng được khái
niệm hóa (tia sáng, đường nhắm…)”.
Ví dụ: Tia sáng là một đối tượng của vật lí, đã thoát khỏi các đối tượng vật chất. Nó là một khái niệm do con người nghĩ ra (quan niệm hóa, khái niệm hóa) nhằm mô tả một tính chất chung (quy luật chung) của ánh sáng: Ánh sáng truyền theo đường thẳng, không phân
biệt đó là ánh nắng của Mặt Trời, ánh trăng hay ánh đèn…
“Đường truyền của ánh sáng biểu diễn bằng một đường thẳng có hướng gọi là tia sáng”
(Nguyen Ba Ngoc, 2018).
Như đã nói ở trên, KGVL ở đây là KG trong khoa học, môn học Vật lí. Do đó, cần thiết làm rõ khái niệm Vật lí để hiểu hơn KG này.
“Vật lí: Khoa học nghiên cứu những tính chất tổng quát của vật chất trong không gian và thời gian, và thiết lập các quy luật cho phép giải thích các hiện tượng tự nhiên” (Le petit Larousse, Edition Larousse – Bordas 1999).
Vật lí học (tiếng Anh: Physics, từ tiếng Hi Lạp cổ: φύσις có nghĩa là kiến thức về tự nhiên) là một môn khoa học tự nhiên tập trung vào nghiên cứu vật chất và chuyển động của nó trong không gian và thời gian, cùng với những khái niệm liên quan như năng lượng và lực.
(Wikipedia, 2019)
Vật lí học nghiên cứu những tính chất đơn giản và khái quát nhất của thế giới vật chất, những quy luật xác định cấu trúc của vật chất và vũ trụ dựa vào vật chất và năng lượng chứa trong vũ trụ. Các quy luật ấy không liên quan đến những biến đổi hóa học, mà liên quan đến các lực tồn tại giữa các vật và mối quan hệ tương hỗ giữa vật chất và năng lượng.
(Ministry of Education and Training, 2002)
Để phân biệt rõ hơn KGVL của khoa học vật lí với KGCG (cả khi nó được gọi là KGVL), ta phân tích những quan niệm sau:
Theo Laborde (1988), trích dẫn bởi Duroisin (2015, p.92): “KGVL chính là KGCG mà đối tượng tri giác trực tiếp cũng có thể nhận thức được bằng các công cụ”.
Theo Wikipedia (2019):
Thế giới cảm giác, theo nghĩa chặt, đơn giản là những gì có thể tiếp cận được bằng năm giác quan. Vật lí, theo Aristotle, là cái chứa trong chính nó một nguyên tắc chuyển động và đứng yên. […]. Thế giới cảm giác và thế giới vật lí chắc chắn có thể trùng khớp, nhưng thực ra ra định nghĩa của chúng không giống nhau.
Hai quan niệm trên cho thấy, về mặt vật chất, KGCG và KGVL có thể đồng nhất. Điểm khác biệt là ở chỗ, nếu cũng trong KGCG ấy, chủ thể tiếp cận nó, tìm hiểu nó, nghiên cứu nó qua sự khái niệm hóa các đối tượng, các quy luật… thì đó là KGVL (của khoa học vật lí). Chẳng hạn, trong KGCG này, chủ thể không còn tri giác trực tiếp ánh nắng, ánh đèn… chiếu qua kẽ lá như là những đối tượng riêng lẻ, mà kết hợp chúng vào một “tư tưởng tổng quát, trừu tượng” dưới khái niệm “tia sáng” (đường truyền của ánh sáng biểu diễn được bằng một đường thẳng có hướng), và đi tìm hiểu các tính chất của “đối tượng được khái niệm hóa” này, thì có thể nói chủ thể đang tiếp cận KGVL.
Những trích dẫn sau xác nhận thêm nhận định trên:
Chúng ta có thể nói rằng nhà vật lí thao tác trên các đối tượng thực. Nhưng, rất nhanh chóng, họ rời khỏi phạm vi thí nghiệm trên các đối tượng của thế giới thực để suy luận trên những đối tượng có bản chất rất khác như điện trở, đường biểu diễn nó đặc trưng cho áp lực – cường độ…
Ví dụ, từ “điện trở” không biểu thị cho đối tượng vật chất là “thành phần điện”, mà biểu thị lớp các đối tượng có đặc tính tuân theo định luật Ohm. Phân biệt các đối tượng thực với các đối tượng trừu tượng luôn là một khó khăn rất lớn, mà nhà vật lí thường lẫn lộn chúng”
(Malafosse, & Lerouge, 2001, p.10)
“Đó là hai thế giới phân biệt: Thế giới vật lí là cái gì đó diễn ra thường xuyên. Thế giới cảm giác, đó là những dữ liệu nhất thời của cảm giác, không thường xuyên”. (Russell, 2002). “Các quy luật của vật lí không gắn với thế giới thực mà với một thế giới lí tưởng hóa”. (Deleze, 2001, p.3).
c) Không gian Hình học
Chevallard (1990), trích dẫn bởi Berty-Rene, Valérie (2006, p.74) định nghĩa “KGHH
cũng là không gian được thiết lập, cấu thành từ các đối tượng như là điểm, đường thẳng, đường tròn, hình cầu…”.
Ta có thể hiểu rõ hơn phần nào sự khác biệt giữa ba loại KG trên, từ các minh họa sau đây (Perrin-Glorian và Godin, 2018, p.89).
Các hình trên minh họa bước chuyển từ sản phẩm của học sinh trong quá trình xử lí các tình huống, xuất phát từ tình huống khởi đầu là: Mô tả hành trình của Mặt Trời trong
một ngày. Mục tiêu cuối cùng là hình thành khái niệm góc với các nghĩa khác nhau, thông
qua việc nối khớp KGCG, KGVL và KGHH.
Thật ra, các hình minh họa trên là các mô hình (model) của 3 loại KG, chứ không phải là KG thực ban đầu. Nhưng phần nào làm rõ hơn những phân tích ở các mục trên.
Nguồn: Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM – ISSN: 1859-3100
Tập 16, Số 11 (2019): 745-756
Ảnh đại diện: Ban Tu thư (thanhdiavietnamhoc.com) thiết lập và chuyển sang tone màu sepia.
Nguồn ảnh:Trần Phú Điền, Lê Văn Tiến
Mời xem:
