Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Tổ chức dạy học khám phá Thí nghiệm Vật lí đại cương nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:275

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Tổ chức dạy học khám phá Thí nghiệm Vật lí đại cương nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm" được hoàn thành với mục tiêu nhằm lí luận và thực tiễn về năng lực thực nghiệm, về dạy học khám phá trong dạy học Thí nghiệm Vật lí đại cương, đề xuất được quy trình tổ chức dạy học Thí nghiệm Vật lí đại cương theo DHKP và tiến trình dạy học khám phá Thí nghiệm Vật lí đại cương nhằm phát triển phát triển năng lực của sinh viên sư phạm.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Tổ chức dạy học khám phá Thí nghiệm Vật lí đại cương nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THANH LOAN TỔ CHỨC DẠY HỌC KHÁM PHÁ “THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA SINH VIÊN SƯ PHẠM Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học 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 Văn Biên 2. TS. Trần Ngọc Chất HÀ NỘI - 2023
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi và có trích dẫn đầy đủ các nguồn tham khảo. Các dữ liệu thu thập, xử lí dữ liệu, phân tích dữ liệu và những kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực, đảm bảo tính khách quan và chưa có bất kì ai công bố ở công trình nào khác. Hà Nội, ngày… tháng … năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Thanh Loan
ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành và với tất cả sự kính trọng nhất tới hai người thầy hướng dẫn khoa học đó là thầy PGS. TS. Nguyễn Văn Biên và thầy TS. Trần Ngọc Chất. Hai thầy cũng chính là người đã truyền cảm hứng, lan tỏa niềm khát khao say mê nghiên cứu khoa học và giảng dạy cho tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh tại trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Đặc biệt, tôi vô cùng biết ơn hai người thầy đáng kính đã tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo, hỗ trợ, động viên và có những góp ý quý báu trong suốt cả quá trình dài thực hiện luận án tiến sĩ của tôi. Tiếp đến, tôi xin phép gửi những lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS. Đỗ Hương Trà; PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hưng; PGS. TS. Phạm Xuân Quế; TS. Tưởng Duy Hải; và TS. Nguyễn Anh Thuấn; TS. Dương Xuân Quý; TS. Trần Bá Trình đã dành cho tôi nhiều thời gian, tâm sức, cho tôi nhiều ý kiến và nhận xét quý báu cho luận án tiến sĩ của tôi. Ngoài ra, tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Sau đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lí, tập thể các thầy cô tổ Phương pháp dạy học - Khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ, tạo điều kiện học tập tốt nhất để tôi hoàn thành luận án tiến sĩ. Qua đây, tôi xin cũng chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám Hiệu, Phòng Sau đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lí, các thầy cô tổ Vật lí đại cương- Khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, hỗ trợ, chia sẻ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành xong luận án tiến sĩ. Cuối cùng, tôi rất trân quý và xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, các anh chị em nghiên cứu sinh và đồng nghiệp đã đồng hành, giúp đỡ, sẻ chia, động viên, hỗ trợ tôi rất đắc lực và hết sức nhiệt tình trong suốt quá trình làm luận án tiến sĩ. Một lần nữa tôi xin gửi đến các quý thầy cô, đồng nghiệp, anh chị em nghiên cứu sinh, bạn bè và gia đình với tất cả lời cảm ơn chân thành và tốt đẹp nhất./. Hà Nội, ngày… tháng … năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Thanh Loan
iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ................................................................................................................i Lời cảm ơn.................................................................................................................. ii Mục lục ...................................................................................................................... iii Danh mục các chữ viết tắt ........................................................................................ vii Danh mục các bảng ................................................................................................. viii Danh mục các hình ......................................................................................................x MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..............................................................................3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..........................................................................3 4. Giả thuyết khoa học của đề tài ................................................................................4 5. Các nhiệm vụ nghiên cứu ....................................................................................... 4 6. Các phương pháp nghiên cứu .................................................................................4 7. Những đóng góp mới của luận án ...........................................................................5 8. Cấu trúc của luận án................................................................................................ 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................ 7 1.1. Các nghiên cứu về năng lực...............................................................................7 1.1.1. Định nghĩa năng lực ..................................................................................... 7 1.1.2. Cấu trúc năng lực ......................................................................................... 8 1.2. Các nghiên cứu về năng lực thực nghiệm ........................................................ 9 1.2.1. Định nghĩa năng lực thực nghiệm ................................................................ 9 1.2.2. Các nghiên cứu về cấu trúc năng lực thực nghiệm ....................................11 1.3. Các nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm ............................................................................................................12 1.3.1. Trên thế giới................................................................................................ 12 1.3.2. Ở Việt Nam .................................................................................................14 1.4. Các nghiên cứu về dạy học khám phá và thí nghiệm khám phá..................16 1.4.1. Trên thế giới ................................................................................................ 17 1.4.2. Ở Việt Nam .................................................................................................23 1.5. Các nghiên cứu về dạy học nội dung “Thí nghiệm Vật lí đại cương” ........23
iv 1.5.1. Trên thế giới ................................................................................................ 23 1.5.2. Ở Việt Nam ..................................................................................................24 1.6. Nhận định chung về thí nghiệm khám phá nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm ......................................................................25 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ........................................................................................ 27 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ TỔ CHỨC DẠY HỌC KHÁM PHÁ “THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA SINH VIÊN SƯ PHẠM .............29 2.1. Năng lực thực nghiệm ...................................................................................... 29 2.1.1. Định nghĩa năng lực thực nghiệm .............................................................. 29 2.1.2. Cơ sở đề xuất cấu trúc năng lực thực nghiệm ............................................29 2.1.3. Cấu trúc năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm ............................. 31 2.1.4. Các mức độ của các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm ........................ 35 2.2. Dạy học khám phá ............................................................................................ 44 2.2.1. Khái niệm dạy học khám phá .....................................................................44 2.2.2. Đặc điểm của dạy học khám phá ................................................................ 44 2.2.3. Thí nghiệm khám phá..................................................................................45 2.3. Vị trí, vai trò và đặc điểm “Thí nghiệm Vật lí đại cương” trong chương trình đào tạo cử nhân sư phạm Vật lí ở các trường Đại học Sư phạm .................... 46 2.3.1. Vị trí “Thí nghiệm Vật lí đại cương” trong chương trình đào tạo cử nhân sư phạm Vật lí ở các trường Đại học Sư phạm ...........................................46 2.3.2. Vai trò “Thí nghiệm Vật lí đại cương” trong chương trình đào tạo cử nhân sư phạm Vật lí ở các trường Đại học Sư phạm ...........................................48 2.3.3. Đặc điểm nội dung “Thí nghiệm Vật lí đại cương” ...................................49 2.4. Thực trạng dạy học “Thí nghiệm Vật lí đại cương” ở trường Đại học Sư phạm ................................................................................................................... 50 2.4.1. Mục đích khảo sát ........................................................................................ 50 2.4.2. Đối tượng khảo sát ...................................................................................... 50 2.4.3. Phương pháp khảo sát ................................................................................50 2.4.4. Công cụ đánh giá ........................................................................................ 50 2.4.5. Kết quả khảo sát và thảo luận ....................................................................50
v 2.5. Các nguyên tắc sư phạm nhằm phát triển năng lực thực nghiệm khi tổ chức dạy học “Thí nghiệm Vật lí đại cương” theo dạy học khám phá .............56 2.6. Các biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm khi tổ chức dạy học “Thí nghiệm Vật lí đại cương” theo dạy học khám phá ......................................64 2.7. Quy trình xây dựng chương trình “Thí nghiệm Vật lí đại cương” theo dạy học khám phá nhằm phát triển năng lực thực nghiệm ................................ 69 2.7.1. Giới thiệu sơ lược về mô hình ADDIE........................................................ 69 2.7.2. Quy trình xây dựng chương trình “Thí nghiệm Vật lí đại cương” theo mô hình ADDIE .......................................................................................... 70 2.8. Quy trình tổ chức dạy học “Thí nghiệm Vật lí đại cương” theo dạy học khám phá nhằm phát triển năng lực thực nghiệm ..............................................76 2.8.1. Quy trình tổ chức dạy học khóa học “Thí nghiệm Vật lí đại cương” theo dạy học khám phá nhằm phát triển năng lực thực nghiệm ........................... 79 2.8.2. Quy trình tổ chức dạy học từng bài thí nghiệm theo dạy học khám phá nhằm phát triển năng lực thực nghiệm .................................................................82 2.8.3. Tiến trình dạy học khám phá “Thí nghiệm Vật lí đại cương”......................... 86 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................ 87 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC KHÁM PHÁ “THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA SINH VIÊN SƯ PHẠM..................................................90 3.1. Xây dựng nội dung các bài thí nghiệm nhằm phát triển năng lực thực nghiệm theo dạy học khám phá .............................................................................90 3.1.1. Xây dựng các phương án và dụng cụ thí nghiệm ......................................90 3.1.2. Xây dựng các nhiệm vụ học tập ...............................................................111 3.2. Xây dựng tiến trình dạy học các bài thí nghiệm theo dạy học khám phá .......117 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ......................................................................................128 CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ........................................................130 4.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ...................................................................130 4.2. Thiết kế thực nghiệm sư phạm .....................................................................130 4.2.1. Đối tượng thực nghiệm và thời gian thực nghiệm sư phạm .....................130 4.2.2. Tiến trình thực nghiệm sư phạm ...............................................................132 4.2.3. Công cụ đánh giá và phương pháp xử lí dữ liệu ......................................134
vi 4.3. Kết quả thực nghiệm sư phạm lần 1.............................................................136 4.3.1. Kết quả nghiên cứu ...................................................................................136 4.3.2. Thảo luận ..................................................................................................140 4.3.3. Kết luận quá trình thực nghiệm sư phạm lần 1 ........................................143 4.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm lần 2 .............................................................144 4.4.1. Kết quả nghiên cứu ...................................................................................144 4.4.2. Thảo luận ..................................................................................................163 4.4.3. Kết luận quá trình thực nghiệm sư phạm lần 2 ........................................164 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ......................................................................................165 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT ..................................................................166 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN........ 169 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................170 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 1.PL
vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Từ viết đầy đủ 1 CĐR Chuẩn đầu ra 2 CQĐ Cổng quang điện 3 CSHV Chỉ số hành vi 4 DHKP Dạy học khám phá 5 ĐC Đối chứng 6 ĐH Đại học 7 ĐLBTĐL Định luật bảo toàn động lượng 8 ĐHSP Đại học Sư phạm 9 GDPT Giáo dục phổ thông 10 GV Giáo viên 11 HS Học sinh 12 LA Luận án 13 NL Năng lực 14 NLTN Năng lực thực nghiệm 15 NVHT Nhiệm vụ học tập 16 PATN Phương án thí nghiệm 17 PHT Phiếu học tập 18 PP Phương pháp 19 SV Sinh viên 20 SVSP Sinh viên sư phạm 21 THCS Trung học cơ sở 22 THPT Trung học phổ thông 23 TN Thí nghiệm 24 TNKP Thí nghiệm khám phá 25 TNSP Thực nghiệm sư phạm 26 TNVLĐC Thí nghiệm Vật lí đại cương 27 ThN Thực nghiệm 28 Tp.HCM Thành phố Hồ Chí Minh
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số nghiên cứu định nghĩa năng lực dựa trên “khả năng” .................7 Bảng 1.2. Một số nghiên cứu định nghĩa năng lực dựa trên “đặc điểm, phẩm chất, thuộc tính cá nhân” .........................................................................7 Bảng 1.3. Sự khác biệt của sinh viên sư phạm so với sinh viên kĩ thuật trong khái niệm năng lực thực nghiệm .......................................................... 10 Bảng 1.4. Các quan điểm về cấu trúc năng lực thực nghiệm.................................11 Bảng 1.5. Thống kê số lượng bài báo liên quan thí nghiệm khám phá .................19 Bảng 1.6. Các mức độ khám phá theo tác giả Hegarty-Hazel ............................... 21 Bảng 2.1. Cấu trúc năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm......................... 33 Bảng 2.2. Thành tố và tiêu chí chất lượng hành vi của năng lực thực nghiệm .....38 Bảng 2.3. Bảng tóm tắt các quan điểm của các tác giả về mức độ khám phá .......58 Bảng 2.4. Ba mức độ khám phá trong quy trình dạy học khám phá TNVLĐC ....60 Bảng 2.5. Đề xuất điều chỉnh chương trình Thí nghiệm Vật lí đại cương ............71 Bảng 2.6 Thiết kế nghiên cứu của phương pháp thực nghiệm ............................. 75 Bảng 3.1. Bảng mô tả tình trạng các dụng cụ thí nghiệm hiện có ....................... 91 Bảng 3.2. Bảng tóm tắt các bài TN cần mở về phương án và dụng cụ TN ...........92 Bảng 3.3. Dụng cụ thí nghiệm trong phương án thí nghiệm xác định suất căng mặt ngoài của chất lỏng bằng vòng kim loại .........................................96 Bảng 3.4. Dụng cụ thí nghiệm trong phương án thí nghiệm xác định suất căng mặt ngoài của chất lỏng bằng ống nhỏ giọt ...........................................98 Bảng 3.5. Dụng cụ thí nghiệm trong phương án thí nghiệm xác định tỷ số nhiệt dung phân tử của chất khí bằng cách làm nóng chất khí trong điều kiện đẳng tích/ đẳng áp ................................................................100 Bảng 3.6. Dụng cụ thí nghiệm trong phương án thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng bằng mô hình ván trượt ..............................104 Bảng 3.7. Dụng cụ thí nghiệm trong phương án thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng bằng phần mềm Tracker .............................106 Bảng 3.8. Dụng cụ thí nghiệm trong phương án thí nghiệm kiểm chứng lại ba định luật thực nghiệm của chất khí......................................................108
ix Bảng 3.9. Tổng kết những nội dung đã xây dựng mới và những nội dung đã khai thác cái có sẵn trong các bài thí nghiệm ......................................116 Bảng 4.1. Thống kê đầu vào của các lớp ThN và lớp ĐC ...................................130 Bảng 4.2. Thiết kế nghiên cứu thực nghiệm ........................................................131 Bảng 4.3. Phân chia độ khó của 9 bài thí nghiệm ................................................133 Bảng 4.4. Bảng kế hoạch đánh giá .......................................................................134 Bảng 4.5. Tổng kết sơ bộ về phân tích định tính của lớp ĐC và thực nghiệm ....149 Bảng 4.6. Kết quả điểm TB của các CSHVcủa nhóm thực nghiệm và ĐC .........150 Bảng 4.7. Thống kê số sinh viên đạt mức 1, mức 2, mức 3.................................155 Bảng 4.8. Kiểm định T-test trước và sau tác động của bài kiểm tra PLIC ..........158 Bảng 4.9. Trung vị về đánh giá mô hình, phương pháp và đề xuất các bước tiến hành TN của nhóm thực nghiệm và đối chứng ............................159 Bảng 4.10. Thống kê của điểm bài báo cáo thí nghiệm .........................................160 Bảng 4.11. Thống kê của điểm bài thi kết thúc học phần ......................................160 Bảng 4.12. Thống kê điểm của bài kiểm tra NLTN của nhóm ThN và ĐC ..........160 Bảng 4.13. Dữ liệu thống kê của lớp thực nghiệm 3 .............................................161 Bảng 4.14. Kiểm định Kolmogorov và Shapiro-Wilk của lớp thực nghiệm 3 ......161 Bảng 4.15. Thống kê dữ liệu Paired Samples T-test của lớp Thực nghiệm 3 .......163
x DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1. Sơ đồ tóm tắt cấu trúc luận án ............................................................... 6 Hình 1.1. Quy trình dạy học thí nghiệm mở ....................................................... 23 Hình 2.1. Quy trình xây dựng cấu trúc năng lực thực nghiệm của SVSP...........31 Hình 2.2. Các mức độ hành vi năng lực thực nghiệm .........................................36 Hình 2.3. Sơ đồ các nội dung và nhiệm vụ học tập ứng với hành vi 2.1 ............43 Hình 2.4. Sơ đồ vị trí TNVLĐC ..........................................................................48 Hình 2.5. Kết quả thống kê số % SV chọn thành tố được phát triển nhất ..........51 Hình 2.6. Kết quả thống kê số % SV chọn kiểu hướng dẫn tài liệu.................... 52 Hình 2.7. Kết quả thống kê số % SV chọn phương pháp dạy học được sử dụng trong TNVLĐC ..........................................................................53 Hình 2.8. Kết quả thống kê số % SV chọn mức độ yêu thích đối với dạy học khám phá .............................................................................................. 54 Hình 2.9. Các bước trong dạy học khám phá của tác giả Sokolowska ...............63 Hình 2.10. Các biện pháp phát triển NLTN khi tổ chức dạy học TNVLĐC theo dạy học khám phá ........................................................................68 Hình 2.11. Mô hình thiết kế giảng dạy ADDIE .................................................... 70 Hình 2.12. Sơ đồ hóa 5 giai đoạn xây dựng nội dung TNVLĐC.......................... 76 Hình 2.13. Quy trình Delphi 2 vòng......................................................................78 Hình 2.14. Quy trình tổ chức dạy học khám phá Thí nghiệm Vật lí đại cương ....81 Hình 2.15. Quy trình tổ chức dạy học từng bài thí nghiệm theo dạy học khám phá nhằm phát triển năng lực thực nghiệm .........................................85 Hình 2.16. Tiến trình dạy học khám phá Thí nghiệm Vật lí đại cương trong đó cột bên trái là các hoạt động học và cột bên phải các chỉ số hành vi trong cấu trúc năng lực thực nghiệm ......................................87 Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc các bài thí nghiệm trong TNVLĐC phần cơ- nhiệt tại trường Đại học Sư phạm Tp.HCM .................................................93 Hình 3.2. Bố trí thí nghiệm xác định suất căng mặt ngoài của chất lỏng bằng vòng kim loại ....................................................................................... 95
xi Hình 3.3. Bố trí thí nghiệm xác định suất căng mặt ngoài của chất lỏng bằng ống nhỏ giọt ......................................................................................... 98 Hình 3.4. Bố trí TN xác định nhiệt dung phân tử đẳng tích Cv của chất khí ....100 Hình 3.5. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt dung phân tử đẳng áp Cp của chất khí .100 Hình 3.6. Kết nối giữa Cobra 4 Sensor với nguồn điện (in) & cuộn dây nóng (out)..........................................................................................102 Hình 3.7. Hai vật va chạm xuyên tâm với nhau ................................................103 Hình 3.8. Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng ..........104 Hình 3.9. Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng bằng phần mềm Tracker .............................................................................105 Hình 3.10. Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte...................108 Hình 3.11. Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay-Lussac ........................108 Hình 3.12. Mặt trước* của vòng kim loại 1 (dày) ...............................................113 Hình 3.13. Mặt sau* của vòng kim loại 1 (mỏng) ..............................................113 Hình 3.14. Mặt trước* của vòng kim loại 2 (dày) ...............................................113 Hình 3.15. Mặt sau* của vòng kim loại 2 (mỏng) ..............................................113 Hình 3.16. Tấm chắn sáng 1 ................................................................................115 Hình 3.17. Tấm chắn sáng 2 ................................................................................115 Hình 3.18. Miếng nhựa........................................................................................115 Hình 3.19. Hai xe va chạm mềm .........................................................................115 Hình 3.20. Sơ đồ tiến trình dạy học khám phá bài 07 .........................................119 Hình 4.1. Thiết kế PATN xác định hệ số nhớt của chất lỏng của SV6 lớp ThN ....139 Hình 4.2. Thiết kế PATN kiểm chứng ĐLBTĐL của SV 8 lớp ThN....................139 Hình 4.3. Biểu đồ tiêu chí chất lượng các chỉ số hành vi NLTN của SV .........140 Hình 4.4. Nhật kí thí nghiệm của SV 32_2 khi tính toán sai ∆𝒗 của bài 5...........146 Hình 4.5. Nhật kí thí nghiệm của SV40_2 khi tính sai tần số góc bài 9 ...............146 Hình 4.6. Thao tác sai đo đường kính vòng kim loại của SV 14_2 ..................147 Hình 4.7. Thao tác đo khối lượng xe của SV 35_2 khi để con mã chưa đúng..147 Hình 4.8. Đề xuất cải tiến dụng cụ thí nghiệm của SV40_2 .............................147
xii Hình 4.9. Tiến hành thiết kế phương án 1 xác định gia tốc trọng trường của SV 19_2 .............................................................................................148 Hình 4.10. Tiến hành thiết kế phương án 1 xác định suất căng mặt ngoài của chất lỏng của SV 37,38_2 .................................................................148 Hình 4.11. Tiến hành thiết kế phương án 1 kiểm chứng định luật Boyle- Mariotte của SV 26_2 .......................................................................148 Hình 4.12. Tiến hành thiết kế phương án 2 kiểm chứng định luật Boyle- Mariotte của SV 26_2 .......................................................................148 Hình 4.13. Sơ đồ mạng nhện của nhóm thực nghiệm và đối chứng ...................150 Hình 4.14. Sơ đồ mạng nhện của nhóm thực nghiệm .........................................150 Hình 4.15. Sơ đồ mạng nhện của các thành tố trong nhóm thực nghiệm và ĐC....152 Hình 4.16. Tỉ lệ số lượng SV theo chất lượng hành vi trong thành tố 1. Xác định mục đích thí nghiệm qua 9 bài thí nghiệm ................................153 Hình 4.17. Số lượng SV theo chất lượng hành vi trong hành vi 3.1 ...................154 Hình 4.18. Tỉ lệ số lượng SV theo chất lượng hành vi trong hành vi 5.2 ...........155 Hình 4.19. Sơ đồ mạng nhện của SV 30, SV 31 và SV 35 phát triển ổn định ....156 Hình 4.20. Sơ đồ mạng nhện của SV 32_2, SV 36_2 và SV 37_2 phát triển hành vi ổn định ..................................................................................156 Hình 4.21. Sơ đồ mạng nhện của SV 39_2 và SV 40_2 có biểu hiện chưa ổn định...157 Hình 4.22. Sơ đồ mạng nhện của SV 41_2 có biểu hiện chưa ổn định ...............157 Hình 4.23. Điểm đánh giá mô hình của nhóm thực nghiệm (màu cam) và đối chứng (màu xanh) ..............................................................................159 Hình 4.24. Điểm đánh giá các bước tiến hành TN của nhóm thực nghiệm (màu cam) và đối chứng (màu xanh) ................................................159 Hình 4.25. Biểu đồ phân phối với đường cong chuẩn có dạng hình chuông ......161 Hình 4.26. Biểu đồ xác suất chuẩn (Normal Q-Q Plot) ......................................162 Hình 4.27. Biểu đồ đường lũy tích kết quả của 2 bài kiểm tra NLTN trước và sau tác động cho nhóm thực nghiệm .................................................162
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Ngày nay, do xã hội đang diễn ra sự thay đổi và phát triển không ngừng, điều này đặt ra một thách thức lớn đối với hệ thống giáo dục, đòi hỏi mục tiêu của giáo dục đồng thời trang bị cho người học kiến thức và kĩ năng với trang bị các năng lực cần thiết để đối mặt và giải quyết hiệu quả các thách thức và vấn đề phức tạp của xã hội hiện đại. Theo thông tư 32/2018/TT-BGDĐT về việc ban hành Chương trình giáo dục phổ thông (GDPT) mới, mục tiêu của GDPT là phát triển người học thành những người chủ động trong quá trình tiếp thu kiến thức cơ bản; khuyến khích sự linh hoạt và hiệu quả trong việc ứng dụng kiến thức vào thực tế cuộc sống và khuyến khích tinh thần tự học suốt đời; đồng thời, thúc đẩy sự đổi mới trong phương pháp giáo dục, tăng cường thực hành [1]. Theo tinh thần đổi mới chương trình GDPT 2018 của Bộ Giáo dục và Đào tạo, việc dạy học cần chú trọng vào phát triển năng lực (NL) của học sinh, thay vì tập trung vào truyền thụ kiến thức. Để đáp ứng tinh thần của chương trình, tất yếu việc đào tạo sinh viên sư phạm (SVSP) đòi hỏi cũng phải thay đổi theo để đáp ứng mục tiêu phát triển NL người học. Do đó, các trường Đại học đã và đang đổi mới phương pháp dạy học và đẩy mạnh tăng cường thêm các giờ thực hành nhằm phát triển năng lực thực nghiệm (NLTN) của SVSP. Trong việc giảng dạy môn Vật lí, một môn khoa học thực nghiệm, việc tìm kiếm những biện pháp nâng cao NLTN đóng một vai trò quan trọng và rất cần thiết ở các trường Sư phạm. Thực sự, việc phát triển NLTN rất cần thiết không thể thiếu và nó đã hoàn toàn đáp ứng chuẩn đầu ra của chương trình giáo dục đại học ngành sư phạm Vật lí giúp sinh viên (SV) không chỉ thực hiện các thí nghiệm (TN) đúng quy trình mà còn có thể đề xuất được phương án cải tiến TN một cách khoa học và phù hợp thực tiễn. Ngoài ra, khi SV được trang bị thật kĩ lưỡng các kiến thức về dạy học phát triển NLTN thì sẽ hỗ trợ rất nhiều cho SV sau khi ra trường tổ chức dạy học Vật lí ở trường phổ thông tốt hơn. Do tầm quan trọng của phát triển NLTN cho SV nên Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đưa 2 đề án được thể hiện rõ trong chương trình đào tạo giáo viên (GV). Chương trình đào tạo này bao gồm các nội dung như sau: “Đề án nghiên cứu năng lực các trường Sư phạm của chương trình ETEP” [2], “chuẩn nghề nghiệp đầu ra,” “Đề án chương trình vật lí 2020 nâng cao dạy học vật lí” [3], “tăng cường các phòng thí nghiệm thực hành”. Trong đề án chương trình vật lí 2020 có tăng cường đầu tư các phòng TN vật lí, đây là
2 điều kiện tốt nhằm phát triển NLTN của SV. Trong các đề án trên của Bộ Giáo dục và Đào tạo đã nghiên cứu và đưa ra các giải pháp phát triển NLTN của SV. NLTN của SV được hình thành và phát triển thông qua hoạt động thực nghiệm. Hoạt động thực nghiệm là sự kết hợp của hoạt động trí óc và hoạt động tay chân. Chính nhờ hoạt động thực nghiệm sẽ giúp SV tự tìm tòi, khám phá phát hiện và giải quyết vấn đề. Dạy học khám phá (DHKP) là một trong những phương pháp dạy học tích cực có thể tạo nhiều cơ hội tốt cho SV thể hiện bản thân thông qua tìm tòi, khám phá trải nghiệm con đường của các nhà khoa học trước đó. DHKP được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm trong giảng dạy ở trường Đại học, phản ánh qua số lượng bài báo ngày càng tăng nhiều trong thời gian gần đây. Một số nghiên cứu chứng tỏ, DHKP được áp dụng rộng rãi và có vai trò đặc biệt quan trọng trong các khóa học TN ở các trường Đại học, vì đây là những khóa học mà SV sẽ áp dụng quy trình nghiên cứu khoa học. Quy trình này giúp SV nghiên cứu và nhận thức: xác định mục đích nghiên cứu; xây dựng câu hỏi giả thuyết; lập kế hoạch nghiên cứu; thu thập dữ liệu; xử lí và phân tích dữ liệu; viết báo cáo kết quả nghiên cứu và thúc đẩy sự hiểu biết sâu sắc hơn [38], [39], [40], [41]. DHKP giúp SV nâng cao chất lượng học tập và hiệu quả hơn so với phương pháp dạy học truyền thống [42], [43], [44], [45], [46]; nâng cao kĩ năng TN [47], [48], [49], [50], [51], [52]. Ngoài ra, DHKP cũng phát triển tính tích cực của SV trong các học phần TN [53]. Bên cạnh các yếu tố khách quan vừa trình bày ở trên thì bản thân các giảng viên chúng tôi cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn trong quá trình giảng dạy tại trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM). Chẳng hạn như là chương trình dạy học Thí nghiệm Vật lí đại cương (TNVLĐC) tách dạy lí thuyết và thực hành ra thành hai học phần. Do đó, SV chưa có sự kết nối giữa lí thuyết đã học với các bước TN; đa phần SV được phát triển nhiều ở các kĩ năng: kĩ năng tiến hành TN, kĩ năng xử lí dữ liệu. Chúng tôi đã khảo sát thực trạng dạy học TNVLĐC tại khoa Vật lí của trường Đại học Sư phạm Tp.HCM cho SVSP Vật lí năm thứ hai của học kì 1 năm học 2020-2021 và kết quả đã cho thấy, có 51,43% SV chọn kĩ năng tiến hành TN được phát triển nhiều nhất; 36,23% SV cho rằng kĩ năng xử lí dữ liệu, phân tích đánh giá kết quả được phát triển nhiều. Tuy nhiên, SV vẫn còn rất yếu ở các kĩ năng cụ thể như kĩ năng lắp ráp TN; kĩ năng sử dụng các dụng cụ TN; và kĩ năng cải tiến, chế tạo dụng cụ TN SV làm không tốt và làm sai, thậm chí có một số SV không thể tiến hành TN theo tài liệu. Khảo sát đã cho thấy, có 71,53% SV chọn kĩ năng cải tiến, chế tạo dụng cụ không được phát triển nhất (thông tin khảo sát được trình bày cụ thể ở mục 2.4). Ngoài ra, thời gian SV
3 học giờ thực hành trên lớp vẫn còn ít (mỗi tuần học 5 tiết), số lượng phòng TN còn hạn chế, dụng cụ TN đơn giản, cũ kĩ chưa đáp ứng được nhu cầu học của SV. Đa phần các bài TN đều thiết kế sẵn, SV chỉ việc tiến hành TN theo tài liệu. Do đó, SV sẽ không thể phát triển được kĩ năng thiết kế phương án thí nghiệm (PATN). Điều này vô tình kìm hãm sự sáng tạo của SV và làm cho SV trở nên thụ động. Hơn thế nữa, SV chỉ đơn thuần học lí thuyết suông mà không biết áp dụng những kiến thức vào trong thực tế nên khi tiến hành thao tác TN vẫn còn gặp nhiều khó khăn và trở ngại. Đặc biệt, đa phần SV không thể lí giải được các bước tiến hành TN. Hơn thế nữa, chúng tôi nhận thấy rằng cách thức tổ chức dạy học hiện tại thường tập trung vào việc bồi dưỡng các kĩ năng thực hành và nâng cao nhận thức vật lí, việc chuẩn bị cho SV trải nghiệm quá trình tìm tòi, khám phá còn ít được quan tâm. Qua tất cả các phân tích trên, chúng tôi nhận thấy việc tổ chức dạy học TNVLĐC theo DHKP là định hướng phù hợp nhằm tạo cơ hội tốt cho SV có thể phát triển NLTN và một số phẩm chất như tính kiên trì, tính tự học, sự chu đáo, cẩn thận,…trong quá trình thực hiện TN. Chính vì vậy, chúng tôi xác định đề tài nghiên cứu của luận án (LA) là “Tổ chức dạy học khám phá “Thí nghiệm Vật lí đại cương” nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm.” 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Từ cơ sở lí luận và thực tiễn về NLTN, về DHKP trong dạy học TNVLĐC, đề xuất được quy trình tổ chức dạy học TNVLĐC theo DHKP và tiến trình DHKP TNVLĐC nhằm phát triển NLTN của SVSP. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Sự phát triển NLTN của SVSP trong học tập TNVLĐC theo DHKP. TNVLĐC1 là một loại hình TN và ở các trường Đại học có cách gọi tên khác nhau. Đối với trường Đại học Sư phạm Hà Nội, TNVLĐC được gọi tên là Thực hành cơ sở Vật lí. Đối với trường Đại học Sư phạm Tp.HCM và Đại học Sài Gòn, được gọi tên là TNVLĐC. - Phạm vi nghiên cứu: Quá trình học tập học phần TNVLĐC 1 (phần cơ- nhiệt) của SV năm thứ hai khoa Vật lí, trường Đại học Sư phạm Tp.HCM. 1 Lí do đưa phần này vào trong LA: để tránh sự nhầm lẫn giữa tên học phần và loại TN do đó chúng tôi đã mô tả thêm về các cách gọi tên khác nhau của TNVLĐC ở ba trường Đại học. Ngoài ra, chúng tôi nhấn mạnh việc triển khai tổ chức DHKP được áp dụng cho TNVLĐC chứ không chỉ dừng lại ở mức độ 1 học phần. Trong nghiên cứu này với điều kiện cho phép, chúng tôi chỉ có thể thực nghiệm sư phạm cho học phần TNVLĐC 1 ở trường Đại học Sư phạm Tp.HCM
4 4. Giả thuyết khoa học của đề tài Nếu đề xuất được quy trình cùng với tiến trình tổ chức dạy học TNVLĐC theo DHKP dựa trên cấu trúc NLTN của SVSP và thực hiện tổ chức dạy học như tiến trình đã thiết kế thì sẽ phát triển được NLTN của SVSP. 5. Các nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích nghiên cứu, LA có các nhiệm vụ chính như sau: - Tổng quan nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn DHKP trong dạy học TNVLĐC nhằm phát triển NLTN của SVSP. - Khảo sát thực trạng dạy học TNVLĐC nhằm phát triển NLTN của SVSP. - Đề xuất cấu trúc NLTN của SVSP với các chỉ số hành vi (CSHV) trong dạy học Vật lí và tiêu chí chất lượng hành vi phù hợp. - Xây dựng chương trình TNVLĐC theo DHKP với các mức độ khám phá tăng dần nhằm phát triển NLTN của SVSP. - Đề xuất quy trình tổ chức dạy học TNVLĐC theo DHKP. - Đề xuất tiến trình DHKP TNVLĐC. - Xây dựng dụng cụ TN của các bài TN thực hành trong dạy học TNVLĐC. - Xây dựng nhiệm vụ học tập (NVHT) với các mức độ khám phá tăng dần. - Xây dựng rubric và bảng kiểm đánh giá NLTN của SVSP. - Thực nghiệm sư phạm (TNSP) nhằm kiểm định giả thuyết khoa học của đề tài để từ đó rút ra kết luận và kiến nghị liên quan đến việc phát triển NLTN của SVSP trong dạy học TNVLĐC. 6. Các phương pháp nghiên cứu Để hoàn thành các nhiệm vụ trên, những phương pháp nghiên cứu sau đã được sử dụng trong đề tài: 6.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết Nghiên cứu các tài liệu về DHKP và các tài liệu về phát triển NLTN để phân tích, tổng hợp, khái quát hóa hệ thống lí luận nhằm: - Đề xuất cấu trúc NLTN của SVSP. - Xác định vai trò quan trọng của DHKP trong dạy học TNVLĐC để từ đó, đề xuất quy trình tổ chức dạy học TNVLĐC theo DHKP nhằm phát triển NLTN của SVSP. 6.2. Phương pháp khảo sát thực tiễn - Khảo sát thực trạng dạy học TNVLĐC cho SVSP qua hình thức bảng hỏi với 88 SVSP Vật lí năm thứ hai và 7 GV tổ Vật lí đại cương tại trường Đại học Sư phạm Tp.HCM.
5 - Khảo sát ý kiến của GV, SV về quy trình tổ chức dạy học TNVLĐC theo DHKP và tiến trình DHKP TNVLĐC thông qua hình thức bảng hỏi với 85 SVSP Vật lí năm thứ hai và 11 GV tổ Vật lí đại cương, tổ phương pháp dạy học Vật lí tại trường Đại học Sư phạm Tp.HCM. 6.3. Phương pháp chuyên gia Phương pháp chuyên gia được sử dụng để xin ý kiến tham vấn của các chuyên gia về cấu trúc NLTN của SVSP; quy trình cùng với tiến trình tổ chức DHKP trong dạy học TNVLĐC. Ý kiến của các chuyên gia được tổng hợp từ phiếu hỏi, phiếu phỏng vấn và thảo luận trong các buổi seminar về các kết quả LA. 6.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm TNSP kiểm định giả thuyết khoa học của đề tài với SVSP mới tiếp cận tiến trình tổ chức DHKP trong dạy học TNVLĐC. - TNSP lần 1 ghi nhận tính khả thi của tiến trình tổ chức và bước đầu đánh giá độ tin cậy của cấu trúc NLTN của SVSP. - TNSP lần 2 đánh giá tác động của quy trình tổ chức dạy học TNVLĐC theo DHKP và tiến trình tổ chức đối với sự phát triển NLTN của SVSP. 6.5. Phương pháp thống kê toán học: xử lí các kết quả TNSP thu được bằng phần mềm SPSS 20.0. 7. Những đóng góp mới của luận án - Về mặt lí luận: + Đề xuất được cấu trúc NLTN của SVSP bao gồm 5 thành tố, 22 CSHV với 3 mức độ chất lượng hành vi. + Đề xuất được 2 quy trình bao gồm: (1). Quy trình tổ chức dạy học khóa học TNVLĐC theo DHKP: Quy trình này mô tả cách thức tổ chức dạy học cho toàn khóa học gồm 4 bước thực hiện và định hướng tổ chức dạy học cho từng bài TN. (2). Quy trình tổ chức dạy học từng bài TN theo DHKP: Quy trình này mô tả chi tiết, cụ thể hóa cách thức xây dựng và tổ chức dạy học cho từng bài TN trong dạy học TNVLĐC thể hiện thông qua 3 giai đoạn. + Đề xuất được tiến trình DHKP TNVLĐC gồm 6 hoạt động chính. - Về mặt thực tiễn: + Xây dựng chương trình TNVLĐC theo DHKP trong đó: cấu trúc lại nội dung của các bài TN theo DHKP, xây dựng NVHT theo 3 mức độ khám phá, xây dựng thêm 6 PATN và các dụng cụ TN cho 4 bài TN (bài 02 xác định suất căng mặt
6 ngoài của chất lỏng (2 PATN); bài 04 xác định tỷ số nhiệt dung phân tử của chất khí (1 PATN); bài 07 kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng (ĐLBTĐL) (2PATN); bài 08 kiểm chứng lại ba định luật thực nghiệm của chất khí (1PATN). Trong bài 07 có đề xuất hai PATN gắn ứng dụng thực tế đó là chế tạo mô hình ván trượt và phân tích băng hình. Đồng thời, chúng tôi cũng đã cải tiến dụng cụ TN của 4 bài TN để đáp ứng mục tiêu phát triển NLTN, cụ thể ở các bài 01, bài 02, bài 03, bài 07), xây dựng công cụ đánh giá NLTN của SVSP gồm có các bảng rubric và bảng kiểm cho từng bài TN. + Xây dựng 9 tiến trình DHKP nhằm phát triển NLTN của SVSP. 8. Cấu trúc của luận án Bên cạnh phần mở đầu, kết luận chung và đề xuất, tài liệu tham khảo, những công trình khoa học liên quan đến LA đã được công bố và phụ lục. Cấu trúc của LA bao gồm tổng cộng 04 chương: Chương 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Chương 2. Cơ sở lí luận và thực tiễn về tổ chức dạy học khám phá “Thí nghiệm Vật lí đại cương” nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm Chương 3. Thiết kế tiến trình dạy học khám phá “Thí nghiệm Vật lí đại cương” nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm Chương 4. Thực nghiệm sư phạm Cấu trúc của LA được trình bày tóm tắt thông qua sơ đồ hình 1 như sau: Hình 1. Sơ đồ tóm tắt cấu trúc luận án
7 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Các nghiên cứu về năng lực 1.1.1. Định nghĩa năng lực Ngày nay, đa dạng quan điểm về NL có thể chia thành 3 xu hướng chính: 1.1.1.1. Năng lực là khả năng Nhiều tài liệu nước ngoài định nghĩa NL dựa vào khả năng (ability, capacity, possibility) thể hiện qua bảng 1.1 như sau: Bảng 1.1. Một số nghiên cứu định nghĩa năng lực dựa trên “khả năng” OECD2 [54] P. Quebec [55] T. Denyse [56] F. E. Weinert [57] NL là khả năng NL là khả năng sử NL là khả năng NL là sự kết hợp của người học đáp ứng dụng các kiến thức, hành động, đạt được các khả năng và kĩ các nhu cầu phức kĩ năng, thái độ, kinh thành công và tiến năng có sẵn hoặc học tạp bằng cách sử nghiệm và sự đam mê bộ dựa trên việc tập được cùng với sự sẵn dụng và huy động để hoàn thành công hợp và sử dụng hiệu sàng của người học để các nguồn lực xã việc một cách phù quả các nguồn lực giải quyết các vấn đề hội (bao gồm kĩ hợp và hiệu quả tổng hợp để giải phát sinh và thực hiện năng và thái độ) trong nhiều tình quyết các trường một cách có trách trong các tình huống khác nhau hợp đa dạng trong nhiệm, có sự phê phán huống cụ thể. trong cuộc sống. cuộc sống. để đạt được câu trả lời. Qua bảng 1.1, kết quả nghiên cứu cho thấy phần lớn các định nghĩa về NL của các tài liệu nước ngoài đều cho rằng NL là khả năng thực hiện hoạt động tương ứng và luôn luôn đi kèm theo sau là các cụm từ “thực hiện thành công,” “phù hợp và hiệu quả,” “hành động, đạt được thành công và tiến bộ,” “đạt được câu trả lời.” 1.1.1.2. Năng lực là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, và thuộc tính cá nhân Theo chương trình GDPT tổng thể 2018 của Bộ Giáo dục và Đào tạo đã định nghĩa NL như sau: “Năng lực là sự huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí... để thực hiện một loại công việc trong một bối cảnh nhất định” [4]. 1.1.1.3. Năng lực là đặc điểm, phẩm chất hoặc thuộc tính cá nhân Bảng 1.2. Một số nghiên cứu định nghĩa năng lực dựa trên “đặc điểm, phẩm chất, thuộc tính cá nhân” Từ điển Bách Từ điển tiếng Phạm Minh Trần Trọng Nguyễn Xuân khoa Việt Việt [6] Hạc [7] Thủy, Thức Nam [5] Nguyễn Quang [9] Uẩn [8] 2 Tổ chức các nước kinh tế phát triển