Khoá luận tốt nghiệp Đại học: Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương “Chất khí” Vật lý 10 cơ bản

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:152

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu các kiến thức dạy học chương “Chất khí” trong chương trình vật lý 10 cơ bản, các thí nghiệm cần thiết để sử dụng trong dạy học sử dụng thí nghiệm mở, các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, phương án hướng dẫn thí nghiệm cho học sinh. Tìm hiểu các bài tập thí nghiệm đánh giá được các thành phần năng lực thực nghiệm khác nhau. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khoá luận tốt nghiệp Đại học: Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương “Chất khí” Vật lý 10 cơ bản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH NGUYỄN NHẬT QUANG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH THPT BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10 CƠ BẢN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh- 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ NGUYỄN NHẬT QUANG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH THPT BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10 CƠ BẢN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ Mã số: 102 Chủ tích hội đồng Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện TS. Nguyễn Lâm Duy Th.S. Nguyễn Thanh Loan Nguyễn Nhật Quang Thành phố Hồ Chí Minh - 2018
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này, tôi đã nhận được sự quan tâm và giúp đỡ rất lớn từ quý Thầy, Cô và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến: Cô Th.S. Nguyễn Thanh Loan – người trực tiếp hướng dẫn về mặt chuyên môn, đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt những kinh nghiệm và giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Quý Thầy, Cô trường Đại học Sư phạm TPHCM, quý Thầy, Cô khoa Vật Lý và đặc biệt là quý Thầy, Cô tổ Vật Lý Đại Cương luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi có thể thực hiện các nghiên cứu phục vụ cho khóa luận. Ban giám hiệu, Quý Thầy, Cô giáo và các em Học sinh trường Trung Học Thực Hành ĐHSP TPHCM và trường THPT chuyên Lương Thế Vinh đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong việc điều tra, khảo sát và thực nghiệm sư phạm. Hỗ trợ tôi trong quá trình chuẩn bị các dụng cụ cho thực nghiệm. Cô Nguyễn Hoàng Trúc – người trực tiếp hướng dẫn thực tập, chỉ dẫn tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm Quý Thầy, Cô phản biện và hội đồng chấm khóa luận đã đọc và có những nhận xét cũng như góp ý quý giá cho khóa luận. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè luôn sát cánh bên tôi trong thời gian học tập, luôn động viên, ủng hộ và hỗ trợ về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa luận này trong điều kiện tốt nhất Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2018 Sinh viên NGUYỄN NHẬT QUANG i
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................i DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................ vii DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ viii DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ix MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài và tổng quan vấn đề nghiên cứu ................................................1 2. Đối tượng nghiên cứu..............................................................................................2 3. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................2 4. Giả thuyết khoa học ................................................................................................2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................................2 6. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................3 7. Đóng góp của đề tài ................................................................................................4 8. Cấu trúc khóa luận ..................................................................................................4 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG CHẤT KHÍ VẬT LÝ 10 CƠ BẢN ....... 5 1.1. Năng lực thực nghiệm .......................................................................................5 1.1.1. Khái niệm năng lực ..................................................................................5 1.1.2. Khái niệm năng lực thực nghiệm .............................................................6 1.2. Thí nghiệm mở trong dạy học Vật lý ................................................................9 1.2.1. Khái niệm thí nghiệm Vật lý ...................................................................9 1.2.2. Khái niệm cơ bản về thí nghiệm mở ......................................................12 ii
1.2.3. Cơ sở vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở trong dạy học Vật lý ...........................................................................................................................12 1.3. Phiếu hướng dẫn đánh giá năng lực thực nghiệm theo tiêu chí (Rubric) ........15 1.3.1. Khái niệm Rubric. ...................................................................................15 1.3.2. Phân loại Rubric......................................................................................16 1.3.3. Nguyên tắc thiết kế Rubric .....................................................................19 1.3.4. Quy trình thiết kế Rubric ........................................................................19 1.3.5. Sử dụng công cụ đánh giá NLTN ở trường Phổ thông ...........................21 1.4. Thực tiễn việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc sử dụng thí nghiệm mở .............................................................................................22 1.5. Kết luận ...........................................................................................................23 CHƯƠNG II: VẬN DỤNG QUY TRÌNH SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ Ở TỪNG BÀI CỦA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10, CƠ BẢN .................................. 25 2.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm trong chương “Chất khí” và phương án sử dụng thí nghiệm mở cho từng bài ......................................................25 2.1.1. Nội dung của chương ..................................................................................25 2.1.2. Kiến thức, kĩ năng của chương ...................................................................25 2.1.3. Các mức độ thí nghiệm mở được áp dụng và các thí nghiệm sẽ xây dựng để hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho tiết học. ...................................................................26 2.2. Vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. ..................................................................................................26 2.2.1. Các phương án và thiết bị hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho các tiết học sử dụng thí nghiệm mở. ......................................................................................................26 2.2.1.1. Thí nghiệm chứng minh vận tốc của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ (xây dựng với mức độ mở 1). .............................................27 iii
2.2.1.2. Thí nghiệm định tính minh họa định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 1). ......................................................................................................................28 2.2.1.3. Thí nghiệm định lượng kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 2). ................................................................................................................29 2.2.1.4. Các thí nghiệm định tính sử dụng để hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho tiết học ở mức độ mở 3 bài Định luật Charles. .......................................................31 2.2.1.5. Thí nghiệm định lượng kiểm chứng định luật Charles (mức độ mở 3). ...........................................................................................................................34 2.2.2. Xây dựng các phiếu học tập cho từng bài theo quy trình xây dựng thí nghiệm mở .........................................................................................................................36 2.2.2.1. Phiếu học tập cá nhân bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí (mức độ mở 1) ............................................................................................36 2.2.2.2. Phiếu học tập cá nhân bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle- Mariotte (mức độ mở 1 và 2) ............................................................................39 2.2.2.3. Phiếu học tập nhóm bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 2)...................................................................................................42 2.2.2.4. Phiếu học tập nhiệm vụ về nhà chuẩn bị cho bài Định luật Charles (mức độ mở 3) ............................................................................................................44 2.2.2.5. Phiếu học tập cá nhân bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (mức độ mở 3) ............................................................................................................45 2.2.2.6. Phiếu học tập nhóm bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (mức độ mở 3) .................................................................................................................47 2.2.3. Xây dựng Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh khi tiến hành dạy học vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở ............................................49 2.2.3.1. Xây dựng Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm ...............................49 iv
2.2.3.2. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí (mức độ mở 1) .................................................................59 2.2.3.3. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Quá trình đẳng nhiệt- Định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 1 và 2) .................................................60 2.2.3.4. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (mức độ mở 3) .....................................................................................62 2.3. Soạn thảo giáo án dạy học các bài chương “Chất khí” vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở. .................................................................................................64 2.3.1. Cấu trúc kiến thức chương Chất khí, Vật lý 10, cơ bản. ............................64 2.3.2. Giáo án dạy học sử dụng thí nghiệm mở bài “Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí” (Mức độ mở 1). ........................................................................65 2.3.3. Giáo án dạy học sử dụng thí nghiệm mở bài “Quá trinh đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte” (mức độ mở 1+2). ......................................................................75 2.3.4. Giáo án dạy học sử dụng thí nghiệm mở bài “Quá trình đẳng tích- Định luật Charles” (mức độ mở 3)........................................................................................89 Chương III. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ............................................................... 99 3.1. Mục đích thực nghiệm .......................................................................................99 3.2. Đối tượng thực nghiệm ......................................................................................99 3.3. Nhiệm vụ thực nghiệm ......................................................................................99 3.4. Nội dung thực nghiệm .......................................................................................99 3.4.1. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm ................................................................99 3.4.2. Chuẩn bị cho thực nghiệm ........................................................................100 3.4.3. Phương pháp thực nghiệm ........................................................................101 3.5. Tình hình phát triển năng lực thực nghiệm chương “Chất khí” Vật lý 10, cơ bản. .................................................................................................................................102 v
3.5.1. Nội dung điều tra ......................................................................................102 3.5.2. Phương pháp điều tra ................................................................................103 3.5.3. Kết quả điều tra .........................................................................................103 3.5.3.1. Thực trạng thiết bị thí nghiệm chương “Chất khí” ở các trường THPT đã khảo sát.......................................................................................................103 3.5.3.2. Về phương pháp dạy và những khó khăn trong việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh của giáo viên THPT với môn Vật Lý nói chung và chương “Chất khí” nói riêng ...........................................................................104 3.5.3.3. Về hoạt động học tập và tình hình phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh THPT với môn Vật Lý nói chung và đối với chương “Chất khí” nói riêng. ...............................................................................................................105 3.5.3.4. Nguyên nhân gây nên những khó khăn trong việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh và biện pháp khắc phục.........................................107 3.5.3.5. Các biện pháp khắc phục những khó khăn trên: ................................108 3.6. Kết quả thực nghiệm .....................................................................................109 3.6.1. Bài “Cấu tạo chất - Thuyết động học phân tử chất khí” ...........................109 3.6.2. Bài “Quá trình đẳng nhiệt - Định luật Boyle-Mariotte” ...........................111 3.6.3. Bài “Quá trình đẳng tích-Định luật Charles” ............................................114 3.6.4. Đánh giá sự phát triển NLTN của HS ......................................................118 3.6.5. Hình ảnh thí nghiệm của học sinh .............................................................127 KẾT LUẬN ................................................................................................................131 KIẾN NGHỊ VÀ MỞ RỘNG ĐỀ TÀI ....................................................................132 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................133 PHỤ LỤC...................................................................................................................163 vi
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐHSP Đại học Sư phạm SGK Sách giáo khoa THPT Trung Học Phổ Thông NLTN Năng lực thực nghiệm Nxb Nhà xuất bản GV Giáo viên HS Học sinh TN Thí nghiệm BTVN Bài tập về nhà TNSP Thực nghiệm sư phạm TPHCM Thành Phố Hồ Chí Minh TBTN Thiết bị thí nghiệm vii
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Những kiến thức, kỹ năng, thái độ cần có của NLTN ................................... 8 Bảng 1.2. So sánh thí nghiệm Vật lý của nhà nghiên cứu và thí nghiệm Vật lý của học sinh ................................................................................................................................ 10 Bảng 1.3. Rubric năng lực tiến hành thí nghiệm .......................................................... 19 Bảng 1.4. Tiêu chuẩn đánh giá một Rubric tốt............................................................. 21 Bảng 2.1. Rubric đánh giá năng lực xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán giả thuyết. .............................................................................................................51 Bảng 2.2. Rubric đánh giá năng lực thiết kế các phương án thí nghiệm .....................53 Bảng 2.3. Rubric đánh giá năng lực tiến hành các phương án TN đã thiết kế. ............56 Bảng 2.4. Rubric đánh giá năng lực xử lý, phân tích và trình bày. ..............................58 Bảng 2.5. Rubric đánh giá năng lực cải tiến và chế tạo dụng cụ. ................................59 Bảng 2.6. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử...........................................................................................................................60 Bảng 2.7. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cho bài Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte .......................................................................................................62 Bảng 2.8. Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm bài Quá trình đẳng tích-Định luật Charles ..........................................................................................................................64 Bảng 3.1. Kế hoạch TNSP..........................................................................................100 Bảng 3.2. Đánh giá sự phát triển NLTN của học sinh ...............................................125 viii
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Mức độ mở của thí nghiệm .......................................................................... 13 Hình 2. 1. Thí nghiệm đơn giản minh họa vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí .... 28 Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte. ............................ 30 Hình 2.3.Thí nghiệm định tính đơn giản minh họa định luật Charles ......................... 32 Hình 2.4. Thí nghiệm định tính đơn giản minh họa định luật Charles ........................ 32 Hình 2.5. Thí nghiệm định tính đơn giản minh họa định luật Charles ........................ 33 Hình 2.6. Bố trí dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles ............................ 35 Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc nội dung thuyết động học phân tử chất khí chương trình Vật lý 10, cơ bản .................................................................................................................. 64 Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc nội dung các định luật chất khí theo chương trình Vật lý 10, cơ bản ............................................................................................................................ 65 Hình 3.1. Dụng cụ kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte ở các trường THPT .........104 Hình 3.2. Học sinh tiến hành thí nghiệm định tính minh họa sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích khí ............................................................................................................127 Hình 3.3. Học sinh bố trí thí nghiệm..........................................................................127 Hình 3.4. Học sinh tiến hành thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte ......128 Hình 3.5. Học sinh tiến hành thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles ...................128 Hình 3.6. Học sinh xử lý và phân tích số liệu thu được .............................................129 Hình 3.7. Học sinh làm thí nghiệm biểu diễn minh họa định luật Charles ................129 ix
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài và tổng quan vấn đề nghiên cứu Thế giới đang ngày càng phát triển mạnh mẽ không ngừng về mọi mặt. Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu vẫn tồn tại nhiều khó khăn, những thách thức to lớn. Trong công cuộc xây dựng xã hội chủ nghĩa, công nghiệp hóa, hiện đại hóa, phát triển kinh tế xã hội thì con người là nhân tố quyết định. Nó đòi hỏi phải xây dựng nguồn nhân lực có trình độ, chất lượng chuyên môn cao. Đó phải là những con người có tri thức, năng động, sáng tạo, tự chủ, không ngừng học hỏi, sẵn sàng tham gia lao động sản xuất. Những con người ấy chỉ có thể được hình thành từ nền giáo dục tiên tiến và toàn diện. Trước những yêu cầu mới của thời đại, Bộ GD & ĐT đã xây dựng chương trình, chuẩn kiến thức giáo dục phổ thông với hệ thống các môn học phù hợp với những yêu cầu của sự phát triển, đảm bảo hoàn thành mục tiêu giáo dục. Trong đó bộ môn Vật lý cung cấp một hệ thống tri thức khoa học phong phú, đa dạng trên mọi lĩnh vực, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành thế giới quan duy vật biện chứng. Ngoài ra vật lý học còn làm nền tảng, cơ sở của rất nhiều ngành kĩ thuật ứng dụng khác, góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho HS. Các kiến thức vật lý được vận dụng vào cuộc sống, vào quá trình lao động sản xuất và trong kĩ thuật công nghệ. Đối với các môn khoa học thực nghiệm nói chung và môn Vật lý nói riêng thì tư tưởng chủ đạo của các sách giáo khoa Vật lý trung học phổ thông là nội dung, kiến thức mới được hình thành phần lớn thông qua các thí nghiệm, thực hành. Vì vậy, việc đổi mới đó gắn liền với việc phải tăng cường sử dụng thí nghiệm trong quá trình học tập để phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh. Tuy nhiên hiện nay, việc dạy thí nghiệm ở các trường THPT còn rất nhiều hạn chế như thời gian, dụng cụ dạy học, phương pháp để sử dụng thí nghiệm vào bài dạy. Điều này khiến học sinh không được tiếp xúc nhiều với các thí nghiệm Vật lý, không được kiểm chứng các định luật được học mà chủ yếu học sinh được nhận kiến thức suông, theo hình thức thông báo, ghi nhận và giảng giải. Học sinh sẽ thường thắc mắc và dễ hiểu lầm về các kiến thức được học. Mặt khác, năng lực thực nghiệm – một năng lực cực kì quan trọng đối với môn học Vật lý của học sinh còn rất nhiều hạn chế, sự hạn chế 1
đó thể hiện ở không chỉ về mặt thực hành mà còn cả về mặt kiến thức. Học sinh thường gặp lúng túng trong việc đề xuất phương án thí nghiệm, bố trí, tiến hành thí nghiệm…Vì vậy đòi hỏi phải có sự linh hoạt, tích cực của cả giáo viên và học sinh trong việc xây dựng các tiết dạy và học có sử dụng thí nghiệm. Việc sử dụng thí nghiệm với yêu cầu thí nghiệm được nâng dần lên, từ việc chỉ làm theo hướng dẫn của tài liệu, của giáo viên cho tới việc học sinh có thể tự đề xuất phương án, thí nghiệm, tự tiến hành thí nghiệm, tự chế tạo những dụng cụ thí nghiệm hỗ trợ cho việc học tập các kiến thức sẽ giúp học sinh có thể phát triển được năng lực thực nghiệm của mình. Với những lý do trên, tôi lựa chọn vấn đề “Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương “Chất khí” vật lý 10 cơ bản” làm đề tài nghiên cứu của mình. 2. Đối tượng nghiên cứu - Phương pháp sử dụng thí nghiệm mở thực nghiệm trong dạy học vật lý. - Hoạt động thực nghiệm của học sinh trong chương “Chất khí” Vật lý 10, cơ bản ở các trường THPT. 3. Phạm vi nghiên cứu - Nội dung: Đề tài phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh ở trường THPT bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương “Chất Khí”, Vật lý 10 cơ bản tại thành phố Hồ Chí Minh. - Địa bàn nghiên cứu: Trường Trung Học Thực Hành ĐHSP TPHCM và trường THPT chuyên Lương Thế Vinh - Đồng Nai 4. Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở vào dạy học chương “Chất khí” Vật lý 10, cơ bản thì sẽ góp phần phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ nghiên cứu cơ bản sau: 2
- Cơ sở lý luận về năng lực thực nghiệm của học sinh, về thí nghiệm mở, việc vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở trong dạy học Vật lý THPT. - Nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. - Nghiên cứu các kiến thức dạy học chương “Chất khí” trong chương trình vật lý 10 cơ bản, các thí nghiệm cần thiết để sử dụng trong dạy học sử dụng thí nghiệm mở, các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, phương án hướng dẫn thí nghiệm cho học sinh. - Tìm hiểu các bài tập thí nghiệm đánh giá được các thành phần năng lực thực nghiệm khác nhau. - Tìm hiểu thực trạng phát triển năng lực thực nghiệm môn Vật Lý của học sinh ở một số trường THPT nhằm làm rõ những khó khăn và nguyên nhân của những khó khăn ấy trong việc phát triển năng lực thực nghiệm và tổ chức hoạt động dạy học thí nghiệm cho học sinh. - Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính hiệu quả, ưu và nhược điểm của nghiên cứu trong việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh thông qua việc vận dụng thí nghiệm mở. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết và lý luận: + Tìm hiểu các tài liệu, các luận văn có liên quan đến việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật Lý THPT. + Tìm hiểu các bài báo, các nghiên cứu về việc sử dụng thí nghiệm mở trong dạy học Vật Lý THPT. + Tìm hiểu các luận văn có liên quan đến việc xây dựng công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. + Tìm hiểu các tài liệu về bài tập thí nghiệm Vật Lý. + Nghiên cứu các tư liệu về yêu cầu, nội dung, mục tiêu dạy học chương “Chất khí” Vật lý 10 cơ bản. - Nghiên cứu thực tiễn: quan sát khoa học, điều tra, phân tích và tổng kết kinh nghiệm: 3
+ Tìm hiểu thực trạng phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh THPT và rút ra những khó khăn cũng như phương án để giải quyết những khó khăn đó. - Thực nghiệm sư phạm: + Vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở vào các bài dạy khảo sát các định luật Chất khí, hướng dẫn học sinh trải nghiệm các mức độ mở nhằm phát triển năng lực thực nghiệm. + Đánh giá năng lực của học sinh thông qua công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm. + Thống kê lại sự phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh. 7. Đóng góp của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là nguồn tư liệu dạy học bổ sung cho chương “Chất khí”. Đồng thời, đây sẽ là cơ sở cho các đề tài nghiên cứu xây dựng và sử dụng hiệu quả thí nghiệm vào việc dạy học, cũng như cách đánh giá năng lực thực nghiệm cho học sinh trong tương lai. Đây cũng là cơ sở phương pháp để giáo viên sử dụng trong dạy học phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. 8. Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 3 chương: CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG CHẤT KHÍ VẬT LÝ 10, CƠ BẢN. CHƯƠNG II: VẬN DỤNG QUY TRÌNH SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ Ở TỪNG BÀI CỦA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10, CƠ BẢN. CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM. 4
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH BẰNG VIỆC VẬN DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ THÔNG QUA CHƯƠNG CHẤT KHÍ VẬT LÝ 10 CƠ BẢN 1.1. Năng lực thực nghiệm 1.1.1. Khái niệm năng lực Năng lực là một cấu trúc tâm lý rất phức tạp và có những đặc trưng riêng phù hợp với những yêu cầu của một hoạt động nhất định. Đề cập đến vấn đề năng lực, các nhà tâm lý học cho rằng chỉ một số năng lực có mầm mống di truyền các tư chất nhưng từ chỗ đó đến sự hình thành năng lực hoàn chỉnh, hình thành tài năng thiên tài, như từ mầm tới cây trổ hoa kết quả, còn rất xa. Nhưng tư chất phải được nuôi dưỡng và phát triển đúng “thì” bằng những hoạt động thích hợp, đúng “cách”, trong những môi trường thuận lợi mới trở thành năng khiếu. Tiếp đó phải rèn luyện có hệ thống để lĩnh hội hệ thống các tri thức, kĩ năng, thái độ, tình cảm, phẩm chất, ý chí… thích hợp, đồng bộ thì năng khiếu mới phát triển thành tài [5]. Khái niệm năng lực được hiểu theo nhiều cách khác nhau:. Năng lực (cũng tương tự như cường độ vector) nói lên người đó có thể làm gì, làm đến mức nào, làm với chất lượng ra sao. Thông thường người ta còn gọi là khả năng hay “tài” [5]; Là “những khả năng cơ bản dựa trên cơ sở tri thức, kinh nghiệm, các giá trị và thiên hướng của một con người được phát triển thông qua thực hành giáo dục” [5]. “Năng lực là tổ hợp của các thuộc tính độc đáo của cá nhân, phù hợp với những nhu cầu của một hoạt động nhất định, bảo đảm cho hoạt động đó hoạt động có kết quả [1]. Là “những đặc điểm tâm lý của nhân cách, là điều kiện chủ quan để thực hiện có kết quả một dạng hoạt động nhất định. Năng lực có quan hệ với kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo. Năng lực thể hiện ở tốc độ, chiều sâu, tính bền vững và phạm vi ảnh hưởng của kết quả hoạt động 5
ở tính sáng tạo, tính độc đáo của phương pháp hoạt động. Một số năng lực có thể đo được bằng trắc nghiệm” [14]. “Năng lực của học sinh là sự kết hợp hợp lý theo kiến thức, kĩ năng và sự sẵn sàng tham gia để cá nhân hành động có trách nhiệm và biết phê phán tích cực hướng tới giải pháp cho các vấn đề” (Weinet, 2001) [24]. Trong cuốn “Tâm lý học” (1995,nxb GD), GS.VS. Phạm Minh Hạc đưa ra khái niệm: “Năng lực bao gồm cả khái niệm như năng khiếu, khả năng, sở trường, tài… Nó cũng bao gồm cả năng lực tiềm năng và năng lực hiện thực, năng lực đơn giản và năng lực phức hợp (hay sự phức tạp) [5]. Năng lực có mối quan hệ mật thiết với tri thức và kĩ năng, kĩ xảo. Kĩ năng là phương thức vận dụng tri thức vào hoạt động thực hành đã được củng cố. Kĩ xảo là những hành động đã trở nên tự động hóa nhờ luyện tập. Tri thức, kĩ năng và kĩ xảo trong một lĩnh vực nào đó là điều kiện cần thiết để hình thành năng lực trong lĩnh vực ấy. Năng lực góp phần làm cho quá trình tiếp thu tri thức và kĩ năng, kĩ xảo diễn ra nhanh chóng và thuận lợi hơn. Từ các khái niệm tổng quát về năng lực như trên, ta có thể hiểu một cách đơn giản: Năng lực là khả năng thực hiện một cách có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong những tình huống khác nhau thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp; xã hội hay cá nhân trên cơ sở hiểu biết, kỹ năng, kỹ xảo và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động [12]. 1.1.2. Khái niệm năng lực thực nghiệm Trong dạy học Vật lý, phương pháp thực nghiệm được Spaki khái quát như sau: Xuất phát từ các quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng giả thuyết. Giả thuyết không đơn giản là sự tổng quát hóa các thí nghiệm đã được làm, nó chứa đựng cái gì đó mới mẻ, không sẵn có trong từng thí nghiệm. Bằng các phép suy luận logic và bằng toán học, nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới mà trước đó chưa biết đến. Những sự kiện và hệ quả mới đó lại được thực nghiệm kiểm tra và nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định giả thuyết, biến định luật thành một định luật Vật lý chính xác. 6
Theo nghĩa rộng, NLTN là “khả năng vận dụng những kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng, thái độ và hứng thú để hành động một cách phù hợp và có hiệu quả trong các tình huống đa dạng của cuộc sống” [8]. Theo một cách hiểu đơn giản, năng lực thực nghiệm là khả năng đề xuất phương án thí nghiệm khả thi, tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thể, thiết bị dụng cụ, quan sát, đo đạc) để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra (nó là một nhận định về một tính chất, một mối liên hệ, một nguyên lý nào đó, cho phép đề xuất một kết luận mới hoặc xác minh một giả thuyết, một phỏng đoán nào đó) [13]. NLTN là năng lực mà người học có thể hình thành và phát triển khi nghiên cứu các bộ môn khoa học, trong đó Vật lý là môn khoa học có khả năng phát triển tốt năng lực này. NLTN vật lý là khả năng vận dụng các kiến thức, kĩ năng thực hành trong lĩnh vực vật lý cùng với thái độ tích cực để giải quyết các vấn đề đặt ra trong thực tiễn [20]. Để lý thuyết Vật lý được dạy trong nhà trường trở nên hữu ích trong khoa học đời sống, vấn đề phát triển NLTN là rất cần thiết. Các năng lực chuyên biệt môn Vật lý nói chung và NLTN nói riêng, để có thể hình thành, phát triển và đánh giá là việc làm hết sức khó khăn và đòi hỏi cần có thời gian. Do đó, việc chia nhỏ NLTN thành các năng lực thành phần và xây dựng các mức độ năng lực khác nhau là rất cần thiết. Để làm rõ nội hàm của NLTN, ta cần chỉ ra được những kiến thức, kỹ năng, thái độ cần có nhằm mục đích làm nền tảng cho việc thể hiện, phát triển năng lực đó và sau đó xây dựng các công cụ đánh giá năng lực. 7
Năng lực thực nghiệm Kiến thức Kĩ năng Thái độ - Kiến thức vật lý liên - Xác định mục đích TN, thiết kế - Thái độ kiên nhẫn. quan đến vấn đề cần khảo phương án TN, chế tạo dụng cụ - Thái độ trung thực. sát. TN, lựa chọn dụng cụ TN, lắp ráp, - Thái độ tỉ mỉ. - Kiến thức về thiết bị, về bố trí dụng cụ TN, tiến hành TN. - Thái độ hợp tác. an toàn. - Thay đổi các đại lượng, sử dụng - Thái độ tích cực. - Kiến thức về xử lý số dụng cụ đo, hiệu chỉnh dụng cụ đo, liệu, kiến thức về sai số. đọc số liệu, sửa chữa các sai hỏng Kiến thức về biểu diễn số thông thường. liệu dưới bảng biểu, đồ thị. - Quan sát diễn biến hiện tượng, ghi lại kết quả, biểu diễn bằng bảng biểu, đồ thị, tính toán sai số. - Biện luận, trình bày kết quả. Bảng 1.1. Những kiến thức, kỹ năng, thái độ cần có của NLTN NLTN được cấu trúc từ nhiều khía cạnh nhỏ liên quan đến thực nghiệm như: + Năng lực xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán, giả thuyết. + Năng lực thiết kế các phương án thí nghiệm. + Năng lực tiến hành phương án thí nghiệm đã thiết kế. + Năng lực xử lý, phân tích và trình bày kết quả. + Năng lực cải tiến và chế tạo thiết bị. Để đánh giá các năng lực thành phần này ở học sinh, ta cần xây dựng các tiêu chí mà học sinh cần đạt được ở mỗi mức độ năng lực khác nhau: + Ở mức độ 1: GV mô tả một hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm, HS quan sát, mô tả lại được hiện tượng Vật lý và thực hiện được thí nghiệm theo mẫu hoặc theo một hướng dẫn chi tiết, cụ thể. 8
+ Ở mức độ 2: Với nhiệm vụ thí nghiệm hoặc vấn đề mà GV đưa ra, HS xác định được mục đích thí nghiệm.Từ các dụng cụ có sẵn, HS tự thiết kế và thực hiện các phương án thí nghiệm. Trình bày số liệu khoa học (lập bảng số liệu) và xử lý số liệu (tính toán các số liệu trung gian, sai số, trung bình, vẽ đồ thị…) + Ở mức độ 3: Dựa vào vấn đề hay nhiệm vụ thí nghiệm do GV đề ra, HS dựa vào hiểu biết đã có về hiện tượng để đề xuất các dự đoán và xây dựng giả thuyết. Ở mức độ này, HS thể hiện được khả năng sáng tạo trong việc hình dung các nguyên nhân, mối quan hệ chi phối hiện tượng, xây dựng các phương án thí nghiệm… Tuy nhiên, việc xem xét, đánh giá tính khả thi của các dự đoán và đề xuất vẫn cần tới sự trợ giúp của GV. + Ở mức độ 4: HS thể hiện được sự độc lập trong hoạt động thực nghiệm. HS tự phát hiện ra vấn đề, tự xác định mục đích từ nhiệm vụ thí nghiệm hay vấn đề HS tự phát hiện ra trong quá trình thực nghiệm. Tự xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm kiểm tra. Từ kết quả thí nghiệm, HS đánh giá đươc tính đúng đắn của các giả thuyết đưa ra hoặc bác bỏ giả thuyết. HS vận dụng tốt kiến thức để giải thích hay dự đoán một số hiện tượng trong thực tiễn, để nghiên cứu các thiết bị kỹ thuật. 1.2. Thí nghiệm mở trong dạy học Vật lý 1.2.1. Khái niệm thí nghiệm Vật lý Khi bàn về khái niệm “thí nghiệm” nói chung và “thí nghiệm Vật lý” nói riêng, cuốn Từ điển Tiếng Việt định nghĩa: “Thí nghiệm là làm thử theo những điều kiện, nguyên tắc đã được xác định để nghiên cứu, chứng minh...” [8]. “Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.” Theo tác giả Nguyễn Đức Thâm định nghĩa [15]. Từ các định nghĩa trên, ta thấy thí nghiệm Vật lý có một số đặc điểm sau: a) Tính mục đích và kế hoạch của thí nghiệm: một thí nghiệm bất kỳ được lập ra luôn phải nhằm tới một mục đích cụ thể nào đó và phải có một kế hoạch hành động. Mục 9