Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dự án về các ứng dụng kĩ thuật của nhiệt động lực học - Vật lí trung học phổ thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:236

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dự án về các ứng dụng kĩ thuật của nhiệt động lực học - Vật lí trung học phổ thông" được hoàn thành với mục tiêu nhằm Vận dụng tiến trình dạy học dự án về ứng dụng kĩ thuật của Vật lí và cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề của HS khi NCDA về ứng dụng kĩ thuật của Vật lí đã đề xuất, thiết kế tiến trình dạy học 02 dự án “Tủ lạnh gia đình”, “Động cơ Stirling” và rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của HS khi NC 02 dự án này nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của HS.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dự án về các ứng dụng kĩ thuật của nhiệt động lực học - Vật lí trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI DƯƠNG DIỆP THANH HIỀN BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC DỰ ÁN VỀ CÁC ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC - VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Hà Nội, 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI DƯƠNG DIỆP THANH HIỀN BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC DỰ ÁN VỀ CÁC ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC - VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Lí luận và PPDH bộ môn Vật lí Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hưng 2. TS. Nguyễn Anh Thuấn Hà Nội, 2023
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình khoa học nào khác. Hà nội, … tháng … năm 2023 Tác giả Dương Diệp Thanh Hiền
ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, cho em gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến tập thể hướng dẫn: Thầy PGS. TS Nguyễn Ngọc Hưng, Thầy TS Nguyễn Anh Thuấn đã tận tâm chỉ bảo, hướng dẫn, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến: Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, BCN Khoa Vật lí Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Trong thời gian học tập và nghiên cứu, tôi đã được rèn luyện, trao dồi về kiến thức chuyên môn và về năng lực nghiên cứu thông qua các buổi seminar bộ môn. Kết quả đạt được đó là nhờ sự chia sẻ nhiệt tình từ các Thầy, Cô trong tổ bộ môn Phương Pháp dạy học Vật lí, và các Anh/ Chị NCS. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy PGS. TS Phạm Xuân Quế, Thầy PGS. TS Nguyễn Văn Biên, Thầy TS Tưởng Duy Hải đã có nhiều hỗ trợ và góp ý giúp em hoàn thành luận án. Tôi cũng gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, BCN Khoa Sư Phạm, tổ bộ môn Sư phạm KHTN Trường Đại học Quy Nhơn đã tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ trong quá trình tôi thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các em HS, các Thầy/ Cô giáo các trường phổ thông ở thành phố Quy Nhơn đã hỗ trợ việc khảo sát và thực nghiệm sư phạm, giúp tôi hoàn thành nội dung của luận án. Và cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã ủng hộ, động viên và khích lệ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, … tháng … năm 2023 Tác giả Dương Diệp Thanh Hiền
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN ......................................................... vi DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG .......................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... viii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài ..................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ...........................................................................................2 3. Giả thuyết nghiên cứu .........................................................................................2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ..........................................................................................2 6. Các phương pháp nghiên cứu..............................................................................3 7. Đóng góp mới của luận án ..................................................................................3 8. Cấu trúc của luận án ............................................................................................4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................5 1.1. Nghiên cứu về dạy học dự án ...........................................................................5 1.2. Nghiên cứu về dạy học ứng dụng kĩ thuật của vật lí ......................................11 1.3. Nghiên cứu về bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề ...................................15 1.4. Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu ................................................................18 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC DỰ ÁN VỀ ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CỦA VẬT LÍ NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH............................................................19 2.1. Dạy học dự án ................................................................................................19 2.1.1. Khái niệm DHDA ................................................................................................ 19 2.1.2. Bản chất của DHDA ............................................................................................ 19 2.1.3. Cơ sở triết học và tâm lí học của DHDA........................................................... 20 2.1.4. Các giai đoạn của tiến trình DHDA ................................................................... 24 2.2. Dạy học ứng dụng kĩ thuật của vật lí theo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề .25 2.2.1. Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề khi nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật của vật lí........................................................................................................................................ 25
iv 2.2.2. Dạy học ứng dụng kĩ thuật của vật lí theo con đường 1 .................................. 26 2.3. Dạy học dự án về ứng dụng kĩ thuật của vật lí theo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề ...................................................................................................26 2.4. Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dự án về ứng dụng kĩ thuật của vật lí ...................................................................................34 2.4.1. Khái niệm về năng lực, năng lực giải quyết vấn đề.......................................... 34 2.4.2. Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề trong nghiên cứu dự án về ứng dụng kĩ thuật của vật lí ................................................................................................................. 35 2.4.3. Các công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong nghiên cứu dự án về ứng dụng kĩ thuật của vật lí............................................................................ 51 2.5. Khảo sát thực tế dạy học dự án về ứng dụng kĩ thuật của vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh ....................................................52 2.5.1. Mục đích khảo sát ................................................................................................ 52 2.5.2. Phương pháp và đối tượng khảo sát ................................................................... 52 2.5.3. Phân tích kết quả khảo sát ................................................................................... 53 2.6. Đề suất một số biện pháp nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dự án về ứng dụng kĩ thuật của vật lí ........................................... 62 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................64 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC HAI DỰ ÁN VỀ ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC..........................................65 3.1. Nội dung các kiến thức về nhiệt động lực học trong chương trình vật lí phổ thông ...............................................................................................................................65 3.2. Thiết kế tiến trình dạy học dự án “Tủ lạnh gia đình” ....................................66 3.2.1. Sự cần thiết của việc tổ chức cho học sinh nghiên cứu dự án “Tủ lạnh gia đình” ......................................................................................................................... 66 3.2.2. Mục tiêu dạy học dự án “Tủ lạnh gia đình” ...................................................... 67 3.2.3. Tiến trình nghiên cứu dự án “Tủ lạnh gia đình” ............................................... 67 3.3. Thiết kế tiến trình dạy học dự án “Động cơ Stirling” ....................................85 3.3.1. Sự cần thiết của việc tổ chức cho học sinh nghiên cứu dự án “Động cơ Stirling” .......................................................................................................................................... 85 3.3.2. Mục tiêu dạy học dự án “Động cơ Stirling”...................................................... 86 3.3.3. Tiến trình nghiên cứu dự án “Động cơ Stirling” .............................................. 87 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ......................................................................................103
v CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ........................................................104 4.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ...................................................................104 4.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ..................................................................104 4.3. Tiến hành thực nghiệm sư phạm ..................................................................104 4.3.1. Lựa chọn đối tượng thực nghiệm sư phạm ..................................................... 104 4.3.2. Phương pháp và kế hoạch thực nghiệm sư phạm ........................................... 105 4.3.3. Phương pháp thu thập, xử lí số liệu thực nghiệm ........................................... 105 4.4. Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm ......................................................106 4.4.1. Đánh giá định tính kết quả thực nghiệm sư phạm lần 1................................. 106 4.4.2. Đánh giá định tính kết quả thực nghiệm sư phạm lần 2................................. 111 4.4.3. Đánh giá định lượng kết quả hai lần thực nghiệm sư phạm .......................... 140 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ......................................................................................147 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT ..................................................................148 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................151 PHỤ LỤC ...................................................................................................................1 PHỤ LỤC 1: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC VÀ RUBRIC ĐÁNH GIÁ DỰ ÁN “TỦ LẠNH GIA ĐÌNH” .........................................................................................1 PHỤ LỤC 2: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC VÀ RUBRIC ĐÁNH GIÁ DỰ ÁN “ĐỘNG CƠ STIRLING” ......................................................................................33 PHỤ LỤC 3: TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THAM GIA DỰ ÁN .........58 PHỤ LỤC 4: TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH VC – CN ................................60 PHỤ LỤC 5: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CÁC KĨ THUẬT DẠY HỌC .............61 PHỤ LỤC 6: PHIẾU ĐIỀU TRA KHẢO SÁT ....................................................63
vi CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN STT Chữ viết tắt Ý nghĩa 1 CNg Công nghệ 2 CNg CT Công nghệ chế tạo 3 DHDA Dạy học dự án 4 DA Dự án 5 ĐCN Động cơ nhiệt 6 GV Giáo viên 7 GQVĐ Giải quyết vấn đề 8 HS Học sinh 9 NC Nghiên cứu 10 NC DA Nghiên cứu dự án 11 NL Năng lực 12 NL GQVĐ Năng lực giải quyết vấn đề 13 NTHĐ Nguyên tắc hoạt động 14 PPDH Phương pháp dạy học 15 TN Thí nghiệm 16 TB Thiết bị 17 TBKT Thiết bị kĩ thuật 18 TBTN Thiết bị thí nghiệm 19 THCS Trung học cơ sở 20 THPT Trung học phổ thông 21 ThNSP Thực nghiệm sư phạm 22 ƯDKT Ứng dụng kĩ thuật 23 VĐ Vấn đề 24 VC - CN Vật chất – chức năng
vii DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 1.1. Lịch sử phát triển của DA – DHDA...........................................................6 Bảng 1.2. Các NC về các giai đoạn của DHDA .........................................................9 Bảng 1.3. Các NC về các bước tham gia GQVĐ .....................................................17 Bảng 2.1. Khung NL GQVĐ sử dụng để đánh giá mức độ hành vi của HS ............41 Bảng 2.2. Khung NL GQVĐ sử dụng để đánh giá mức độ hành vi của HS ............45 Bảng 3.1. Yêu cầu cần đạt những nội dung kiến thức NĐLH trong chương trình VL phổ thông 2006. .........................................................................................................65 Bảng 3.2. Yêu cầu cần đạt về nội dung kiến thức NĐLH trong chương trình VL 2018 ...66 Bảng 4.1. Mã hóa nhóm HS thực nghiệm ..............................................................104 Bảng 4.2. Kế hoạch ThNSP lần 1 ...........................................................................106 Bảng 4.3. Kế hoạch ThNSP lần 2 ...........................................................................111 Bảng 4.4. Bảng mô tả quá trình chế tạo máy lạnh ..................................................122 Bảng 4.5. Bảng mô tả quá trình chế tạo động cơ Stirling .......................................122 Bảng 4.6. Bảng mô tả những VĐ kĩ thuật và giải pháp điều chỉnh của HS khi chế tạo động cơ Stirling theo CNg CT beta ...................................................................124 Bảng 4.7. Bảng mô tả những VĐ kĩ thuật và giải pháp điều chỉnh của HS khi chế tạo động cơ Stirling theo CNg CT gamma ..............................................................128 Bảng 4.8. Bảng mô tả những VĐ kĩ thuật và giải pháp điều chỉnh của HS khi chế tạo tủ lạnh theo CNg CT bằng phương pháp hóa hơi tác nhân ...............................133 Bảng 4.9. Bảng kết quả mức độ tổ hợp các chỉ số hành vi của HS ........................141 Bảng 4.10. Bảng kết quả mức độ tổ hợp các chỉ số hành vi của HS ......................141 trong lần ThNSP lần 2 .............................................................................................141 Bảng 4.11. Bảng kết quả mức độ tổ hợp các chỉ số hành vi của HS ......................142 Bảng 4.12. Bảng điểm kết quả tham gia DA của HS trong lần ThNSP lần 1 ........146 Bảng 4.13. Bảng điểm kết quả tham gia DA của HS trong lần ThNSP lần 2 ........146
viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ tiến trình NC ƯDKT của VL theo con đường 1. ...........................11 Hình 1.2. Sơ đồ tiến trình NC ƯDKT của VL theo con đường 2. ...........................12 Hình 1.3. Cập nhật, bổ sung NL GQVĐ trong đánh giá Pisa. .................................15 Hình 2.1. Tiếp cận các vấn đề trong DA học tập. ....................................................19 Hình 2.2. Đầu vào và đầu ra của DA học tập ...........................................................20 Hình 2.3. Lí thuyết cân bằng của J. Piaget ...............................................................22 Hình 2.4. Lí thuyết vùng phát triển gần của Lev Vygotsky .....................................23 Hình 2.5. Các giai đoạn của tiến trình DHDA .........................................................24 Hình 2.6. Tiến trình NC DA về ƯDKT của VL .......................................................29 Hình 2.7. Cấu trúc NL GQVĐ trong NC DA về ƯDKT của VL .............................37 Hình 2.8. Bản hiệu chỉnh hệ thống phân cấp nhận thức Bloom của Anderson và Krathwol ....................................................................................................................39 Hình 2.9. Thang tâm vận động năm cấp độ của Dave R.H. .....................................40 Hình 2.10. Sơ đồ sử dụng công cụ đánh giá NL GQVĐ của HS trong DHDA ......52 Hình 2.11. Đồ thị thể hiện mức độ về thực trạng dạy học .......................................53 các kiến thức “NĐLH” ở trường THPT ....................................................................53 Hình 2.12. Đồ thị thể hiện mức độ về việc sử dụng các PPDH nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ của HS ...........................................................................................................54 Hình 2.13. Đồ thị thể hiện mức độ đạt được các chỉ số hành vi ................................55 Hình 2.14. HS các trường và giới tính các em trong quá trình khảo sát ..................55 Hình 2.15. Đo hệ số Cronbach’s Alpha nhằm xác định giá trị thang đo..................56 Hình 2.16. Kết quả thống kê mô tả sử dụng để phân tích dữ liệu ............................57 Hình 2.17. Kết quả thống kê mô tả sử dụng để phân tích dữ liệu về sự ảnh hưởng của giới tính đến NL GQVĐ...........................................................................................58 Hình 2.18. Sử dụng Independent Samples T-test so sánh về mức độ các chỉ số hành vi NL GQVĐ của HS ở các trường ...........................................................................59 Hình 2.19. Mức độ tham gia các hình thức tổ chức dạy học tích cực của HS .........60 Hình 2.20. Mức độ tham gia hoạt động nhóm của HS .............................................60 Hình 2.21. Mức độ tham gia TK bài thuyết trình của HS ........................................60 Hình 2.22. Mức độ tham gia chế tạo thiết bị TN của HS .........................................61 Hình 2.23. Các hoạt động tìm kiếm thông tin của HS..............................................61 Hình 2.24. Nguyện vọng của HS khi học môn VL ..................................................61
ix Hình 4.1. Phân tích dữ liệu ThNSP ........................................................................105 Hình 4.2. Thiết kế NC ThNSP................................................................................106 Hình 4.3. Kế hoạch ThNSP lần 1 ...........................................................................108 Hình 4.4. Các biện pháp tác động trong các hoạt động ..........................................108 Hình 4.5. Kế hoạch ThNSP lần 2 ...........................................................................113 Hình 4.6. Các biện pháp tác động trong các giai đoạn ...........................................113 Hình 4.7. Kết quả thảo luận nhóm xây dựng câu hỏi theo QFT ............................114 Hình 4.8. HS thảo luận đề xuất thực hiện nhiệm vụ 1 của DA ..............................115 Hình 4.9. Kết quả thảo luận nhóm trong hoạt động NC kiến thức .........................116 Hình 4.10. Kết quả xây dựng sơ đồ tư duy về động cơ Stirling của nhóm ............117 trong hoạt động NC kiến thức .................................................................................117 Hình 4.11. Kết quả xây dựng sơ đồ tư duy về tủ lạnh của nhóm ...........................117 trong hoạt động NC kiến thức .................................................................................117 Hình 4.12. Bản phác thảo mô hình VC – CN về động cơ Stirling do cá nhân HS đề xuất ..........................................................................................................................119 Hình 4.13. Bản phác thảo mô hình VC – CN về tủ lạnh do cá nhân HS đề xuất ...119 .................................................................................................................................119 Hình 4.14. Bản phác thảo về TBKT do nhóm đề xuất ...........................................121 Hình 4.15. HS tham gia chế tạo thiết bị .................................................................136 Hình 4.16. HS thực hiện TN trên mô hình Tủ lạnh ................................................137 Hình 4.17. HS báo cáo và trình bày sản phẩm dự án .............................................137 Hình 4.18. Bản thuyết minh về mô hình Động cơ Stirling kiểu beta do HS xây dựng .................................................................................................................................138 Hình 4.19. Bản thuyết minh về mô hình Động cơ Stirling kiểu gamma do HS xây dựng .................................................................................................................................138 Hình 4.20. Bản thuyết minh về mô hình Tủ lạnh theo CNg hóa hơi tác nhân do HS xây dựng .................................................................................................................................139 Hình 4.21. Kết quả xử lí số liệu từ TN với mô hình Tủ lạnh để kiểm chứng định luật I NĐLH .................................................................................................................................139 Hình 4.22. Đồ thị biểu diễn mức độ đạt được trung bình về chỉ số hành vi của các HS tham gia DA ............................................................................................................142 Hình 4.23. Đồ thị biểu diễn mức độ đạt được trung bình về chỉ số hành vi của các HS trong lần ThNSP 1 ...................................................................................................143
x Hình 4.24. Đồ thị biểu diễn mức độ đạt được trung bình về chỉ số hành vi của các HS trong lần ThNSP 2 ...................................................................................................143 Hình 4.25. Mức đạt được về chỉ số hành vi NL GQVĐ của nhóm HE .................144 Hình 4.26. Mức đạt được về chỉ số hành vi NL GQVĐ của nhóm AC .................145
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hiện nay, giáo dục của Việt Nam đang chuyển dần từ việc nặng trang bị kiến thức sang việc bồi dưỡng, phát triển NL cho HS, phát triển khả năng tư duy, phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của người học [1]. Theo Luật Giáo dục số 43/2019/QH14, điều 29.1 [2] quy định về giáo dục phổ thông là nhằm phát triển toàn diện cho người học, phát triển NL cá nhân … Để có thể làm được việc này, thì trong dạy học nói chung và trong dạy học VL nói riêng cần đa dạng hóa các hình thức tổ chức hoạt động học tập của HS. Đặc biệt việc sử dụng các TN được chế tạo từ các vật liệu thông dụng mà HS dễ tìm kiếm trong cuộc sống hằng ngày trong dạy học sẽ kích thích được hứng thú, sở thích, nhu cầu của người học và sẽ giúp HS chủ động lĩnh hội tri thức một cách vững chắc, bền vững. Trong quá trình giảng dạy cũng như NC tài liệu và chương trình VL phổ thông [3], [4], [5], chúng tôi nhận thấy các kiến thức về NĐLH có rất nhiều ƯDKT trong đời sống và thực tế. Tuy nhiên, các nội dung kiến thức này khá trừu tượng [6], [7], [8] và HS luôn gặp khó khăn và sai lầm trong quá trình lĩnh hội tri thức. Cho nên, theo PPDH truyền thống HS gặp nhiều khó khăn khi lĩnh hội kiến thức. Thực tế ở trường THPT, khi dạy các kiến thức này GV chỉ chủ yếu sử dụng phương pháp đàm thoại, thuyết trình và hầu hết các kĩ năng mà GV muốn rèn luyện cho HS là vận dụng kiến thức để giải các bài tập trong sách giáo khoa. Nguyên nhân một phần là do TBTN phần này ở phổ thông còn hạn chế, một phần là GV chưa có khả năng thiết kế, sử dụng TN đơn giản trong dạy học, đặc biệt là không sử dụng PPDH và hình thức tổ chức dạy học tích cực (DHDA, tổ chức hoạt động ngoại khóa) khi dạy kiến thức liên quan đến ƯDKT cho nên không tạo được sự hứng thú trong học tập cũng như không phát triển NL GQVĐ của HS. ĐCN nói chung, Động cơ Stirling và Tủ lạnh gia đình nói riêng là những ƯDKT hết sức quan trọng của NĐLH trong đời sống và sản xuất. Trên thế giới đã có nhiều nhà khoa học NC và chế tạo các loại Động cơ Stirling và Tủ lạnh gia đình, tuy nhiên mô hình thiết kế phức tạp, đắt tiền và nặng về kĩ thuật nên chỉ phù hợp với TN biểu diễn của GV. Còn ở nước ta hiện nay, tuy có nhiều đề tài đề cập đến các loại ĐCN nhưng cũng rất nặng về kĩ thuật, không phù hợp khi sử dụng trong dạy học VL ở trường phổ thông. Cho nên việc thiết kế, chế tạo các loại Động cơ Stirling, Tủ lạnh gia đình từ các dụng cụ TN đơn giản, rẻ tiền và sử dụng trong dạy học VL phổ thông theo hướng bồi dưỡng NL của HS là hết sức cần thiết.
2 NC quá trình dạy học các ƯDKT thuộc kiến thức NĐLH nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ của HS thực sự hấp dẫn đối với chúng tôi, nó giúp cho tôi tích lũy, bổ sung thêm về kiến thức và đồng thời rèn luyện kĩ năng NC khoa học cần thiết. Hơn nữa, bản thân tôi đã NC và có được kết quả bước đầu về việc tổ chức dạy học các ƯDKT của NĐLH thông qua luận văn cao học “Tổ chức hoạt động ngoại khóa về chủ đề động cơ Stirling trong dạy học vật lí 10”. Chính vì những lí do trên nên chúng tôi đã chọn đề tài: “Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dự án về các ứng dụng kĩ thuật của nhiệt động lực học - vật lí trung học phổ thông” làm luận án NC của mình. 2. Mục đích nghiên cứu - Bổ sung, hoàn thiện tiến trình DHDA về ƯDKT của VL theo tiến trình GQVĐ và đề xuất cấu trúc NL GQVĐ tương ứng của HS khi NC DA về ƯDKT của VL. - Vận dụng tiến trình DHDA về ƯDKT của VL và cấu trúc NL GQVĐ của HS khi NCDA về ƯDKT của VL đã đề xuất, thiết kế tiến trình dạy học 02 DA “Tủ lạnh gia đình”, “Động cơ Stirling” và rubric đánh giá NL GQVĐ của HS khi NC 02 DA này nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ của HS. 3. Giả thuyết nghiên cứu Nếu tiến trình hoạt động của HS khi NC các ƯDKT của NĐLH diễn ra theo tiến trình DHDA đã đề xuất thì có thể bồi dưỡng được NL GQVĐ của HS. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ❖ Đối tượng nghiên cứu - NL GQVĐ của HS. - Tiến trình DHDA về ƯDKT của VL. ❖ Phạm vi nghiên cứu - Nội dung các ƯDKT của các kiến thức về NĐLH trong chương trình VL PT. - Cấu trúc NL GQVĐ của HS trong NCDA về ƯDKT của VL nói chung và ƯDKT của NĐLH nói riêng. - Tiến trình DHDA về ƯDKT của VL nói chung và về 02 ƯDKT của NĐLH (Tủ lạnh gia đình, Động cơ Stirling) nói riêng. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích NC đã đề ra, đề tài có các nhiệm vụ NC sau: - NC cơ sở lí luận về việc bồi dưỡng NL GQVĐ của HS trong học tập VL, về DHDA và về dạy học ƯDKT của VL theo tiến trình GQVĐ. Đây là cơ sở lí luận để
3 đề xuất tiến trình DHDA về ƯDKT của VL theo tiến trình dạy học GQVĐ và cấu trúc NL GQVĐ của HS trong NC DA về ƯDKT của VL. - NC nội dung các kiến thức về NĐLH trong chương trình VL lớp 10 (2006), trong chương trình VL lớp 12 (2018) và các ƯDKT của những kiến thức này để xác định các ƯDKT của NĐLH được lựa chọn làm chủ đề của các DA sẽ xây dựng. - Khảo sát thực tế dạy học các kiến thức về NĐLH ở một số lớp 10 ở các trường THPT trên địa bàn tỉnh Bình Định nhằm phát hiện những khó khăn, sai lầm phổ biến của HS khi học những kiến thức này, và việc tổ chức DHDA về ƯDKT của VL nói chung và về ƯDKT của NĐLH nói riêng. - Thiết kế tiến trình DHDA “Tủ lạnh gia đình” và DA “Động cơ Stirling” (được chọn làm các chủ đề của các DA) nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ của HS. - ThNSP các tiến trình dạy học 02 DA để sơ bộ đánh giá tính khả thi và hiệu quả của chúng đối với việc bồi dưỡng NL GQVĐ của HS. Từ đó, bổ sung và hoàn thiện các tiến trình dạy học 02 DA đã thiết kế. 6. Các phương pháp nghiên cứu Để thực hiện được các nhiệm vụ trên, những phương pháp NC sau đã được sử dụng: - Phương pháp NC lí thuyết: NC các tài liệu (sách báo, luận án, luận văn, …) liên quan đến đề tài để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài. - Phương pháp điều tra khảo sát thực tế dạy học bằng phiếu hỏi, phỏng vấn trực tiếp GV và HS, tham quan phòng TN ở một số trường THPT. - Phương pháp NC trong phòng TN: thử nghiệm chế tạo các mô hình VC – CN của Tủ lạnh gia đình, Động cơ Stirling và tiến hành các TN với các mô hình đã chế tạo. - Phương pháp ThNSP: để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các tiến trình dạy học 02 DA “Tủ lạnh gia đình” và “Động cơ Stirling” đối với việc bồi dưỡng NL GQVĐ của HS. - Phương pháp thống kê toán học: để xử lí các kết quả thu được trong điều tra, khảo sát thực tế dạy học và trong ThNSP. 7. Đóng góp mới của luận án - Đề xuất tiến trình NC DA về ƯDKT của VL theo 2 giai đoạn: Tìm hiểu TBKT và chế tạo, vận hành mô hình VC – CN của TBKT. Tiến trình NC DA đã được bổ sung họp lí một số nội dung ở từng giai đoạn và làm rành mạch, tách bạch hơn quá trình đề xuất giải pháp và quá trình thực hiện giải pháp khi GQ các VĐ trong tiến trình NC DA.
4 - Trên cơ sở tiến trình NC DA về ƯDKT của VL đã đề xuất, xây dựng cấu trúc tương ứng NL GQVĐ của HS khi NC DA về ƯDKT của VL. - Vận dụng tiến trình chung NC DA về ƯDKT của VL đã đề xuất và cấu trúc NL GQVĐ của HS khi NC DA về ƯDKT của VL đã xây dựng, thiết kế tiến trình dạy học 02 DA “Tủ lạnh gia đình” và “Động cơ Stirling” và rubric đánh giá NL GQVĐ của HS khi NC từng DA. Tiến trình dạy học 02 DA đã được ThNSP bước đầu cho thấy tính khả thi và hiệu quả của chúng đối với việc bồi dưỡng NL GQVĐ của HS. 8. Cấu trúc của luận án Luận án có 4 chương, cụ thể: Chương 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu. Chương 2. Cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học dự án về ứng dụng kĩ thuật của vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Chương 3. Thiết kế tiến trình dạy học dự án về ứng dụng kĩ thuật của nhiệt động lực học nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ của HS. Chương 4. Thực nghiệm sư phạm.
5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Nghiên cứu về dạy học dự án ❖ Thuật ngữ “Dự án” Khi NC về thuật ngữ DA thì có nhiều nhóm tác giả đưa ra các cách nhìn nhận khác nhau như: DA là một đề án, một dự thảo hay một kế hoạch cần được thực hiện theo các mục tiêu đã xác định [9]; DA là hoạt động trải nghiệm bị chi phối bởi các mục tiêu như đặt mục tiêu cho trải nghiệm, hướng dẫn quy trình của trải nghiệm và tạo động lực mạnh mẽ cho việc thực hiện trải nghiệm [10]; DA là tổng hợp của những VĐ, và việc thực hiện DA được tiến.hành trong một khoảng thời gian có hạn với.những nguồn lực nhất định (tài chính, nhân lực, trang TB, sự hiểu biết...) để đạt được mục tiêu cụ thể nhằm đáp ứng VĐ, giải quyết các nhu cầu mà các đối tượng thụ hưởng kì vọng [11]. Như vậy, có thể hiểu DA là tổng hợp các hoạt động trải nghiệm nhằm giải quyết các VĐ đặt ra và việc thực hiện DA phải được tiến hành trong khoảng thời gian có hạn, với nguồn lực cụ thể nhằm đáp ứng mục tiêu mà DA hướng tới. ❖ Thuật ngữ “Dạy học dự án” Thuật ngữ DHDA còn được biết đến với mô hình “Project-based learning” (PBL) có nghĩa là “Học tập dựa trên DA” hay “Học tập tiếp cận DA” với quan điểm là lấy HS làm trung tâm [12]. Ở Việt Nam, PBL được biết đến nhiều với tên gọi là “DHDA”. Mặc dù với tên gọi này, chữ “Dạy” đặt ở đầu nhưng cách hiểu không phải là đặt VĐ dạy làm trọng tâm, mà là lấy người học và việc học làm trọng tâm. Do thói quen cũng như sự biết đến nhiều về tên gọi DHDA của các nhà giáo dục ở Việt Nam nên trong luận án này, nhóm tác giả vẫn lấy tên gọi của PBL là “DHDA”. Khi NC về lịch sử xuất hiện và phát triển của DHDA, có thể khẳng định rằng nó không phải là một cách tiếp cận mới. Khổng Tử và Aristotle là những người ban đầu đề xướng học bằng cách làm. Dựa trên quan điểm đó, Socrates đã mô hình hóa cách học thông qua đặt câu hỏi, hỏi đáp và tư duy phản biện – điều này rất phù hợp trong các lớp học DA ngày nay [13]. DHDA được khởi xướng đầu tiên tại Viện JJ Rousseau ở Geneva vào năm 1912, nó dựa trên triết lí giảng dạy theo chủ nghĩa tiến bộ. Những người theo chủ nghĩa tiến bộ tin rằng, trẻ em có thể học tốt nhất bằng cách trải nghiệm và các hoạt động trong trải nghiệm có tính đến sự khác biệt của cá nhân, phù hợp với sở thích của người học và John Dewey là người tiên phong. Dewey không tán thành quan điểm truyền thống
6 về việc HS là người tiếp nhận kiến thức một cách thụ động. Thay vào đó, ông lập luận về những trải nghiệm tích cực chuẩn bị cho HS tiếp tục học hỏi về một thế giới năng động [14]. Như Dewey đã chỉ ra, “Giáo dục không phải là sự chuẩn bị cho cuộc sống; Giáo dục là chính cuộc sống” [15]. Bảng 1.1. Lịch sử phát triển của DA – DHDA. (Nguồn: Korkmaz và Kalaycı [15]) Thế kỉ 19 Thế kỉ 20 Thế kỉ 20 Thế kỉ 20 1886 1918 1950 1966 Sự xuất hiện DA được đề DA được đề cập như DA như là một thiết kế của thuật ngữ cập như một là một phương pháp chương trình giảng dạy. DA – NC của phương pháp tiếp cận - ảnh hưởng Đại học McMaster, 1966; John Dewey giảng dạy – NC của lí thuyết học tập, Đại học Maastricht, 1970; của William thuyết kiến tạo của Đại học Roskilde, 1972; Heard Piaget, Bruner và Đại học Aalborg, 1974 Kilpatrick. Vygotsky. Theo lịch sử phát triển của DHDA, thuật ngữ DA xuất hiện cùng với sự NC của John Dewey và nó được đề cập như là một phương pháp giảng dạy trong NC của Kilpatrick. Ông quan niệm rằng: “Quản lí DA là một cách giảng dạy dựa trên việc sử dụng các DA”[10]. Theo dòng thời gian, dưới sự ảnh hưởng của Lí thuyết học tập và Thuyết kiến tạo của Piaget, Bruner và Vygotsky, quản lí DA chuyển thành phương pháp tiếp cận DA. DHDA lần đầu tiên được áp dụng tại Đại học McMaster vào cuối những năm 1960 và sau đó, được giới thiệu tại các cơ sở Bắc Mĩ và Châu Âu trong những thập kỉ tiếp theo như là một phương án để thiết kế chương trình giảng dạy và phương pháp sư phạm để giáo dục các học viên. Tương tự, ở Hoa Kì, DHDA đã được chấp nhận là phương pháp giảng dạy tốt nhất trong các lĩnh vực khác, ngoài giáo dục nghề nghiệp và kĩ thuật [15]. Cho đến nay, có rất nhiều NC về DHDA và các quan điểm về DHDA cũng khác nhau. Có nhiều quan điểm cho rằng, DHDA là một hình thức dạy học hay mô hình dạy học, bởi khi thực hiện DA thì nhiều PPDH khác nhau được sử dụng, tiêu biểu như: DHDA là một hình thức của hoạt động học tập, nhấn mạnh vai trò của người học, trong đó người học xác định chủ đề làm việc, thống nhất nội dung làm việc, tự lập kế hoạch và tiến hành công việc để dẫn đến một sự kết thúc có ý nghĩa, có sản phẩm có thể trình ra được [16]; DHDA là một mô hình tổ chức học tập xung quanh
7 các DA để thực hiện giải quyết các nhiệm vụ phức tạp, dựa trên các câu hỏi hoặc VĐ mang tính thách thức, liên quan đến người học trong các hoạt động thiết kế, giải quyết VĐ, ra quyết định hoặc điều tra nhằm tạo điều kiện cho người học có cơ hội làm việc tự chủ trong thời gian dài và đỉnh cao là các sản phẩm hoặc bài thuyết trình thực tế [17]; DHDA là một mô hình giảng dạy, trong đó HS phải đối mặt với các VĐ thực tế và các VĐ mà họ coi là quan trong, xác định cách HS giải quyết các VĐ, tìm ra các giải pháp và có sự hợp tác với nhau [18]; DHDA là một hình thức tổ chức dạy học, trong đó dưới sự hướng dẫn của GV, HS tự lực giải quyết một nhiệm vụ học tập mang tính phức hợp không chỉ về mặt lí thuyết mà còn về thực hành và tạo ra sản phẩm có thể công bố, giới thiệu được [19]; DHDA là một mô hình dạy học lấy hoạt động học của HS làm trung tâm, qua đó HS sẽ hình thành kiến thức và kĩ năng từ quá trình HS giải quyết một bài tập tình.huống gắn với thực tiễn bằng những kiến thức theo nội dung môn học, đòi hỏi HS phải NC và thể hiện kết quả học tập của mình thông qua cả sản phẩm lẫn phương thức thực hiện [20]. Khi không phân biệt giữa mô hình và PPDH thì nhiều nhà khoa học quan niệm, DHDA là phương pháp DA, lúc này cần được hiểu theo nghĩa rộng, tức là PPDH phức hợp, tiêu biểu như: DHDA là một PPDH trong đó hướng tới hành động của người học, hành động phải có chủ ý, có mục đích, có sự nhiệt tình và được diễn ra trong môi trường xã hội [21]; DHDA là phương pháp do GV hỗ trợ và lấy HS làm trung tâm, trong đó HS học bằng cách đặt câu hỏi về sở thích và sự tò mò của mình [12]; DHDA là một phương pháp sư phạm nhằm chuẩn bị cho người học những kì vọng mới trong học tập bằng cách xây dựng, phát triển và thực hiện các DA phù hợp với nhu cầu của người học và cộng đồng. Thông qua đó, rèn luyện kĩ năng tư duy phản biện, giải quyết VĐ, làm việc nhóm, kĩ năng đàm phán, đạt được sự đồng thuận, phối hợp sử dụng CNg thông tin và tự chịu trách nhiệm về việc học của mình [22]. Như vậy, dù quan điểm DHDA là mô hình dạy học hay PPDH đi chăng nữa thì bản chất của DHDA vẫn không thay đổi – DA đóng vai trò như một công cụ để dạy những kiến thức và rèn luyện các kĩ năng quan trọng cho người học. Khi thực hiện các DA, HS sẽ làm nhiều việc hơn là ghi nhớ thông tin và họ cần học cách sử dụng các kĩ năng tư duy bậc cao và cách làm việc theo nhóm để hoàn thành DA [23]. Trong luận án này, chúng tôi quan niệm DHDA là một PPDH với quan điểm lấy HS làm trung tâm và đặc biệt nhắm vào sự hiểu biết và giải quyết các VĐ trong thực tế của HS. Thông qua các DA học tập sẽ tạo điều kiện cho HS trở thành những người chủ động và tự lực trong việc giải quyết các VĐ trong học tập, NC [24]. Với sự nhấn
8 mạnh vào sự tự định hướng trong học tập, tư duy phản biện và hợp tác, DHDA tạo ra một môi trường học tập trong đó HS xác định VĐ, đề xuất các giả thuyết, thu thập và phân tích dữ liệu, đồng thời đưa ra những đánh giá hoặc phản biện cho các giải pháp [25]. Đồng thời, DHDA được thiết kế với mục tiêu nhằm giúp HS [26]: (1) Xây dựng một cơ sở kiến thức sâu rộng và linh hoạt; (2) Phát triển các kĩ năng giải quyết VĐ hiệu quả; (3) Phát triển các kĩ năng học tập tự định hướng, học tập suốt đời; (4) Kĩ năng hợp tác trong hoạt động nhóm; (5) Có động cơ học tập thực chất, tự học. ❖ Những NC tiêu biểu về DHDA Những NC đầu tiên về DHDA phải kể đến nhà triết học John Dewey khi ông NC về hành vi học tập của trẻ em [27]. Ông lập luận rằng, trẻ em sẽ phát triển khả năng NC tài liệu nếu họ được tham gia vào các nhiệm vụ và giải quyết các VĐ thực tế, mô phỏng lại những gì mà các chuyên gia làm trong các tình huống thực tế. Dựa trên những NC của Dewey các nhà khoa học Bransford, Brown và Cock đã NC sâu sắc hơn về phong cách học tập của trẻ em dựa trên bốn ý tưởng khoa học cốt lõi [28]: (1) xây dựng môi trường học tập tích cực; (2) học tập tại chỗ; (3) tương tác xã hội; (4) công cụ nhận thức. Krajcik và cộng sự NC về các giai đoạn khi thực hiện DHDA, đã chỉ ra DHDA gồm năm giai đoạn chính [29] [30]: (1) (Driving Questions) DA bắt đầu bằng câu hỏi, một VĐ cần giải quyết; (2) (Situated Inquiry) HS khám phá câu hỏi bằng cách tham gia vào quá trình hỏi đáp xác thực, có định hướng giải quyết VĐ là nội dung trọng tâm của kiến thức môn học. Khi HS khám phá câu hỏi, họ đã học và áp dụng những kiến thức của môn học trong thực tiễn. (3) (Collaborations) HS, GV và cộng đồng cùng tham gia vào các hoạt động hợp tác để tìm ra giải pháp cho VĐ cần giải quyết. Điều này có nghĩa là có sự tham gia của chuyên gia và xã hội trong việc giúp đỡ HS giải quyết VĐ DA; (4) (Using Teachnology Tools to Support Learning) Trong quá trình tham gia DA, HS được sự hỗ trợ từ CNg nhằm giúp HS thực hiện các hoạt động mà vượt quá khả năng của bản thân. (5) (Creation of Artifacts) Kết quả cuối cùng của DA là một sản phẩm hữu hình. Đây là hiện vật được chia sẻ công khai, mà mọi người đều có thể xem và truy cập về quá trình thực hiện DA của nhóm HS. Ngoài ra, còn có nhiều NC tiêu biểu khác liên quan đến các giai đoạn của DHDA được trình bày ở bảng 1.2.