Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Chia sẻ: Nhiên Hà | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:224

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án với mục tiêu xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI MAI HOÀNG PHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN - VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI – 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI MAI HOÀNG PHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN - VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 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. PHẠM XUÂN QUẾ 2. TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG HÀ NỘI – 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình khoa học nào. Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2021 Tác giả luận án Mai Hoàng Phương
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được Luận án, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Ban Giám hiệu, Phòng Khoa học công nghệ, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí, quý thầy cô tổ lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí - 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. Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Vật lí, tổ lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí trường đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh thần và thời gian cho tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu. Ban giám hiệu, quý thầy cô và các em học sinh tại các trường: Trung học thực hành Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, THPT Nguyễn Thái Bình, THPT Võ Văn Kiệt, THCS-THPT Hoa Sen, đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tìm hiểu thực tiễn dạy học và triển khai thực nghiệm. Bằng cả tấm lòng và sự tôn kính của mình, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến Nhà giáo Nhân dân, PGS.TS. Phạm Xuân Quế, TS. Nguyễn Mạnh Hùng đã tận tâm hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ, khuyến khích tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Hà Nội, ngày 20 tháng 1 năm 2021 Tác giả luận án Mai Hoàng Phương
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ viii DANH MỤC CÁC BẢNG.........................................................................................ix DANH MỤC CÁC HÌNH ..........................................................................................ix DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ........................................................................................xi MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài .................................................................................................. 1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3 4. Giả thuyết khoa học ............................................................................................. 4 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................... 4 6. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 5 7. Những đóng góp của đề tài .................................................................................. 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 8 1.1. Các nghiên cứu về quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ............................ 8 1.2. Các nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề ................. 10 1.3. Các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn – Vật lí 10 ................ 12 1.4. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu ........................................................... 16 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH .............................................................. 17 2.1. Dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học vật lí .......................................... 17 2.1.1. Khái niệm dạy học dựa trên nghiên cứu ................................................. 17 2.1.2. Bản chất của dạy học dựa trên nghiên cứu ............................................. 17 2.1.3. Đặc điểm của dạy học dựa trên nghiên cứu ............................................ 18 2.1.4. Cơ sở tâm lí học, lí luận và thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu ........................................................................................................................... 19
iv 2.1.4.1. Cơ sở tâm lí học trong dạy học dựa trên nghiên cứu .......................19 2.1.4.2. Cơ sở lí luận trong dạy học dựa trên nghiên cứu .............................22 2.1.4.3. Cơ sở thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu .........................24 2.1.5. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu ......................................................................................................... 27 2.1.5.1. Phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu .................................................27 2.1.5.2. Đề xuất các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu ........................................................34 2.2. Quy trình tổ chức hoạt động dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh ......................................................................... 37 2.3. Vị trí của TNKNMT-TNTTTMH trong tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu 42 2.3.1. Khái niệm TNKNMT và TNTTTMH ..................................................... 43 2.3.2. Vị trí của TNKNMT và TNTTTMH trong tiến trình DH dựa trên nghiên cứu ..................................................................................................................... 45 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.......................................................................................... 45 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH VÀ THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”– VẬT LÍ 10 THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH ................................................................................................................ 47 3.1. Yêu cầu xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh ............. 47 3.2. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ................................................................ 48 3.2.1. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng thí nghiệm vật lí theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu .................................................................................... 48 3.2.2. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu .................................................................... 50
v 3.3. Quy trình xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh ............. 51 3.4. Xây dựng và hoàn thiện thí nghiệm kết nối máy tính và thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ...... 52 3.4.1. Sự cần thiết xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE và bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL ....................................... 52 3.4.2. Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE hỗ trợ dạy học vật lí ..... 56 3.4.2.1. Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE ...............................56 3.4.2.2. Các TN có thể tiến hành với TNTTTMH Phys-ISE ........................61 3.4.3. Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT.................................................................. 70 3.4.3.1. Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT...................................................70 3.4.3.2. Các TN có thể tiến hành với bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT ...........................................77 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.......................................................................................... 82 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” CÓ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ ĐÃ HOÀN THIỆN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH ................................................................................................................ 83 4.1. Phân tích nội dung kiến thức “Động lực học và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT ............................................................................................................. 83 4.1.1. Cấu trúc logic các kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT ............................................................................................... 83 4.1.2. Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 .................................................................................. 87 4.2. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 có sử dụng thí nghiệm kĩ thuật số đã hoàn thiện nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.. 94
vi 4.2.1. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu định luật III Newton ... 94 4.2.1.1. Tiến trình xây dựng kiến thức định luật III Newton ........................94 4.2.1.2. Tổ chức hoạt động dạy học định luật III Newton ............................97 4.2.1.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học định luật III Newton ....................................................................................103 4.2.2. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu ĐLBT động lượng .... 107 4.2.2.1. Tiến trình xây dựng kiến thức ĐLBT động lượng .........................107 4.2.2.2. Tổ chức hoạt động dạy học ĐLBT động lượng .............................111 4.2.2.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học ĐLBT động lượng .......................................................................................116 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4........................................................................................ 121 CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .......................................................... 122 5.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm............................................... 122 5.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm. ........................................................... 122 5.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm. .......................................................... 122 5.2. Tiến hành thực nghiệm sư phạm................................................................... 122 5.2.1. Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm. .................................................. 122 5.2.2. Quy trình thực nghiệm. ......................................................................... 123 5.2.3. Nội dung thực nghiệm. .......................................................................... 124 5.2.4. Chọn phương pháp thu thập và xử lí số liệu thực nghiệm. ................... 125 5.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ....................................................... 126 5.3.1. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 1.................... 126 5.3.2. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 2.................... 128 5.3.2.1. Phân tích định tính .........................................................................128 5.3.2.2. Phân tích định lượng ......................................................................140 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5........................................................................................ 146 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT .................................................................... 147 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ .................... 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 150 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 154
vii PHỤ LỤC 1 - Bảng khảo sát thực trạng ................................................................. 154 PHỤ LỤC 2 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật I Newton...... 169 PHỤ LỤC 3 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật II Newton .... 182 PHỤ LỤC 4 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu ĐLBT Cơ năng........... 197 PHỤ LỤC 5 - Một số hình ảnh triển khai TNSP .................................................... 210
viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Thứ tự Từ viết tắt Từ viết đầy đủ 1 DHDTNC Dạy học dựa trên nghiên cứu 2 DHVL Dạy học Vật lí 3 ĐLBT Định luật bảo toàn 4 GQVĐ Giải quyết vấn đề 5 GV Giáo viên 6 HS Học sinh 7 KT Kiến thức 8 KN Kĩ năng 9 NL Năng lực 10 NLGQVĐ Năng lực giải quyết vấn đề 11 NXB Nhà xuất bản 12 Phys-ISE Physics Interactive on the Screen Experiment 13 Phys-MBL Physics Microcomputer Based Lab 14 PPDH Phương pháp dạy học 15 SGK Sách giáo khoa 16 THCS Trung học cơ sở 17 THPT Trung học phổ thông 18 TN Thí nghiệm 19 TNKNMT Thí nghiệm kết nối máy tính 20 TNKTS Thí nghiệm kĩ thuật số 21 TNSP Thực nghiệm sư phạm 22 TNTTTMH Thí nghiệm tương tác trên màn hình 23 VL Vật lí
ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1. Bảng tiêu chí chất lượng năng lực giải quyết vấn đề ..............................32 Bảng 2. 2. Bảng kiểm quan sát NLGQVĐ của HS ...................................................33 Bảng 2. 3. Hình thức thu thập thông tin ở HS được sử dụng trong đánh giá............34 Bảng 3. 1. Các nút chức năng của TNTTTMH Phys-ISE.........................................59 Bảng 3. 2. Các nút chức năng “Thước chuẩn” ..........................................................59 Bảng 3. 3. Nút chức năng “Hệ trục tọa độ” ..............................................................60 Bảng 3. 4. Nút chức năng “Phân tích” .....................................................................60 Bảng 3. 5. Nút chức năng “Tính toán – Vẽ vec-tơ” ..................................................61 Bảng 3. 6. Bảng thiết bị và chức năng phần cứng.....................................................73 Bảng 3. 7. Các nút công cụ xử lí số liệu ...................................................................75 Bảng 3. 8. Chọn cổng kết nối và chọn tần số lấy mẫu ..............................................77 Bảng 4. 1. mục tiêu phát triển NLGQVĐ khi tổ chức dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn. .................................................94 Bảng 4. 2. Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức định luật III Newton ................95 Bảng 4. 3. Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức định luật III Newton ..............108 Bảng 5. 1. Danh sách HS trường THPT Võ Văn Kiệt. ...........................................124 Bảng 5. 2. Nội dung thực nghiệm sư phạm.............................................................124 Bảng 5. 3. Ba năng lực thành phần và bảy chỉ số hành vi ......................................125 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. 1. Các năng lực cốt lõi cần phát triển cho học sinh .....................................11 Hình 2. 1. Lí thuyết cân bằng của J. Piaget ...............................................................20 Hình 2. 2. Dạy học đi trước sự phát triển của L. Vygotxki ......................................20 Hình 2. 3. Chu trình sáng tạo khoa học (Theo V. G. Razumôpxki) .........................23 Hình 2. 4. Hiểu biết và sử dụng của GV về TNKNMT – TNTTTMH. ....................26 Hình 2. 5. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề ..................................................29
x Hình 3. 1. Giao diện chính của TNTTTMH Phys-ISE. ............................................58 Hình 3. 2. Nút chức năng “Thước chuẩn”.................................................................59 Hình 3. 3. Giao diện Nút chức năng “Hệ trục tọa độ” ..............................................59 Hình 3. 4. Giao diện Nút chức năng “Phân tích” ....................................................60 Hình 3. 5 Giao diện Nút chức năng “Tính toán – Vẽ vec-tơ” ...................................60 Hình 3. 6. Đoạn phim được sử dụng khi nghiên cứu định luật I Newton .................62 Hình 3. 7. Bảng số liệu và đồ thị của vật (đĩa) chuyển động theo thời gian .............62 Hình 3. 8. Đồ thị vận tốc của vật trước và sau va chạm ...........................................63 Hình 3. 9. Khảo sát chuyển động thẳng đều của viên bi trên thanh ray ...................64 Hình 3. 10. Bảng số liệu và đồ thị chuyển động thẳng đều của viên bi ....................64 Hình 3. 11. Kết quả TN ĐL III Newton sử dụng TNTTTMH Phys-ISE ..................65 Hình 3. 12 Kết quả TN ĐL BTĐL sử dụng TNTTTMH Phys-ISE ..........................67 Hình 3. 13. Bộ cảm biến Lực – Gia tốc kết nối máy tính không dây .......................73 Hình 3. 14. Giao diện TNKNMT PHYS-MBL hiển thị số liệu ................................74 Hình 3. 15. Sao chép dữ liệu từ bảng biểu sang chương trình bảng tính Excel ........75 Hình 3. 16. Thêm và chọn thiết bị Devices (Bluetooth) ...........................................76 Hình 3. 17. Chọn thiết bị H-C-2010-06-01 và nhập mã Pin 1234 ............................76 Hình 3. 18. Kết quả thí nghiệm xe động lực có gắn bộ cảm biến lực - gia tốc .........78 Hình 3. 19. Bố trí thí nghiệm xe động lực có gắn bộ cảm biến lực - gia tốc ............79 Hình 3. 20. Kết quả thí nghiệm ĐL II Newton .........................................................80 Hình 3. 21. Hai xe động lực có gắn hai cảm biến lực – gia tốc tác động kéo - nén .81 Hình 3. 22. Kết quả thí nghiệm ĐL III Newton ........................................................82 Hình 5. 1. Lớp bồi dưỡng chuyên đề và hướng dẫn sử dụng TNTTTMH..............123 Hình 5. 2. Các mức độ đạt được HV 1.1 của HS qua 4 kiến thức ..........................141 Hình 5. 3. Các mức độ đạt được HV 1.2 của HS qua 4 kiến thức ..........................142 Hình 5. 4. Các mức độ đạt được HV 1.3 của HS qua 4 kiến thức ..........................142 Hình 5. 5. Các mức độ đạt được HV 2.3 của HS qua 4 kiến thức ..........................143 Hình 5. 6. Các mức độ đạt được HV 3.1 của HS qua 4 kiến thức ..........................144
xi Hình 5. 7. Các mức độ đạt được HV 3.2 của HS qua 4 kiến thức ..........................144 Hình 5. 8. Các mức độ đạt được HV 3.3 của HS qua 4 kiến thức ..........................145 Hình 5. 9. Một số hình ảnh các hoạt động thực nghiệm .........................................211 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2. 1. Sơ đồ khái quát quy trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường lí thuyết theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ................................................40 Sơ đồ 2. 2. Sơ đồ khái quát quy trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường thực nghiệm theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ..............................................41 Sơ đồ 3. 1 Sơ đồ hệ thống thiết bị TNKNMT ...........................................................70 Sơ đồ 3. 2 Sơ đồ bộ cảm biến kết nối máy tính ........................................................71 Sơ đồ 4. 1 Sơ đồ logic kiến thức ĐLH chất điểm - Vật lí 10 ....................................84 Sơ đồ 4. 2 Sơ đồ logic kiến thức các ĐLBT - Vật lí 10 ............................................85 Sơ đồ 4. 3. Sơ đồ logic một số kiến thức quan trọng về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” ...........................................................................................86
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Giáo dục phổ thông nước ta đang thực hiện bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực của người học, nghĩa là từ chỗ quan tâm đến việc học của sinh học được cái gì đến chỗ quan tâm học sinh vận dụng được cái gì qua việc học. Để đảm bảo được điều đó, nhất định phải thực hiện thành công việc chuyển từ phương pháp dạy học theo lối "truyền thụ một chiều" sang dạy cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kĩ năng, hình thành năng lực và phẩm chất; đồng thời phải chuyển cách đánh giá kết quả giáo dục từ nặng về kiểm tra trí nhớ sang kiểm tra, đánh giá năng lực vận dụng kiến thức giải quyết vấn đề [6]. Đổi mới giáo dục được thể hiện trong nhiều văn bản như luật Giáo dục số 38/2005/QH11, Điều 28, mục số 2 quy định: "Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh" [32]; Nghị quyết hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kĩ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kĩ năng, phát triển năng lực. Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học” [1]. Chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2011 – 2020 ban hành kèm theo Quyết định 711/QĐ-TTg ngày 13/6/2012 của Thủ tướng Chính phủ chỉ rõ: "Tiếp tục đổi mới phương pháp dạy học và đánh giá kết quả học tập, rèn luyện theo hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo và năng lực tự học của người học" [39]. Dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng cần phải chú trọng đổi mới phương pháp dạy học sao cho vai trò tự chủ của học sinh trong hoạt động xây dựng kiến thức ngày một nâng cao, để từ đó năng lực giải quyết vấn đề của họ được bộc lộ
2 và ngày càng phát triển. Để đạt được điều đó, trong quá trình dạy học ở trường phổ thông cần phải tổ chức sao cho học sinh được tham gia vào quá trình hoạt động nhận thức phỏng theo hoạt động của các nhà khoa học, qua đó ngoài việc có thể giúp học sinh trang bị kiến thức cho mình, đồng thời còn tạo điều kiện cho họ được tập luyện hoạt động giải quyết vấn đề khoa học, rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề để sau này họ đáp ứng được những đòi hỏi cao trong thời kì mới. Kiến thức vật lí được hình thành và ứng dụng vào thực tiễn luôn luôn gắn liền với hoạt động giải quyết vấn đề của con người trong hoàn cảnh xác định. Do đó, phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh vừa là mục đích vừa là phương tiện trong nghiên cứu và dạy học vật lí ở trường phổ thông. Để đạt được mục tiêu đó, một trong những cách thức tổ chức học tập của học sinh là học tập dựa trên tìm tòi, nghiên cứu (inquiry- based learning) hay trong dạy học vật lí còn có thể gọi là học vật lí như nghiên cứu vật lí (research-based learning). Trong cách thức tổ chức học tập vật lí như trên thì càng yêu cầu áp dụng những thành tựu của khoa học, kĩ thuật, các thiết bị thí nghiệm và công nghệ thông tin vào quá trình dạy học theo “Phương pháp tích cực” lấy học sinh làm trung tâm nhằm giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề, rèn luyện thói quen và khả năng tự học, tinh thần hợp tác, kĩ năng vận dụng kiến thức vào những tình huống khác nhau trong học tập và trong thực tiễn, tạo niềm tin, niềm vui và hứng thú trong học tập. Từ việc nghiên cứu lí luận và điều tra thực tiễn về dạy học vật lí dựa trên nghiên cứu, dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong và ngoài nước đối với một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10. Chúng tôi nhận thấy mức độ khoa học của hoạt động GQVĐ của HS còn chưa cao, chưa tiếp cận với hoạt động nghiên cứu của nhà vật lí, thể hiện ở chỗ các quá trình, hiện tượng vật lí được đề cập đến trong dạy học vật lí ở một số chủ đề hiện nay bị giới hạn trong những quá trình, hiện tượng vật lí đặc biệt, điển hình là khi dạy học định luật III Newton, chỉ đề cập đến tương tác giữa hai vật đứng yên hay tương tác giữa hai vật chuyển động trên cùng một phương (mà chưa đề cập đến hiện tượng tổng quát: hai vật chuyển động đến từ hai phương chiều khác nhau, va chạm/ tương tác với nhau,
3 sau va chạm chuyển động theo hai phương khác nhau). Do đó, thí nghiệm kiểm chứng sự đúng đắn của định luật III Newton cũng chỉ thực hiện trong các trường hợp đặc biệt này. Vấn đề đặt ra ở đây là: Nếu định luật được rút ra khi nghiên cứu các trường hợp đặc biệt, rồi thí nghiệm cũng kiểm chứng trong trường hợp đặc biệt thì liệu định luật có thể đúng trong trường hợp tổng quát không (với con đường nghiên cứu khoa học như vậy)? Để khắc phục mức độ khoa học chưa cao của hoạt động học tập của học sinh thông qua giải quyết vấn đề, chúng tôi nhận thấy rằng chưa có những thiết bị thí nghiệm cho phép khảo sát đưa ra định luật hay kiểm chứng định luật III Newton trong trường hợp tổng quát. Điều đó đòi hỏi chúng tôi phải nghiên cứu xây dựng, hoàn thiện và sử dụng thí nghiệm, lựa chọn phương pháp dạy học và hình thức tổ chức học tập của học sinh một cách thích hợp và hiệu quả nhất. Những phân tích trên cho thấy, để có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức khoa học cao của học sinh trong học tập, đồng thời nâng cao hiệu quả dạy học thì việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (thí nghiệm kết nối máy tính, thí nghiệm tương tác trên màn hình) và lựa chọn các phương pháp dạy học, hình thức tổ chức thích hợp là vấn đề cấp thiết. Xuất phát từ những điều trình bày ở trên, chúng tôi lựa chọn và nghiên cứu đề tài “Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn của học sinh”. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ❖ Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - NLGQVĐ ở mức cao của học sinh theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu.
4 - Quy trình xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và TNTTTMH) trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn – Vật lí 10. ❖ Phạm vi nghiên cứu: - Phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 theo quan điểm học dựa trên nghiên cứu, trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh. - Trong luận án việc sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số được giới hạn ở việc sử dụng hai loại là thí nghiệm tương tác trên màn hình và thí nghiệm kết nối máy tính. 4. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được các thí nghiệm kĩ thuật số đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật, về mặt sư phạm và thiết kế được tiến trình sử dụng chúng theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu thì khi tổ chức sử dụng chúng trong dạy học có thể phát triển NLGQVĐ ở mức độ cao của học sinh. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu cơ sở lí luận về phát triển NLGQVĐ của học sinh theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu với việc sử dụng các phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức dạy học khác nhau trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức. - Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng và những thành phần, hành vi của NLGQVĐ ở mức cao mà học sinh cần hình thành và phát triển khi học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn. - Nghiên cứu thực tiễn dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 ở một số trường THPT bao gồm các thí nghiệm kĩ thuật số, các phương tiện CNTT phục vụ cho việc dạy học môn vật lí, hình thức và phương pháp mà giáo viên tổ chức hoạt động học tập cho học sinh khi dạy các kiến thức này. Từ đó, chúng tôi xác định thí nghiệm cần xây dựng, hoàn thiện
5 cũng như lựa chọn phương pháp và hình thức phù hợp được sử dụng trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức, nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh. - Xây dựng, hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và TNTTTMH) để sử dụng trong quá trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học, kĩ thuật và về mặt sư phạm đối với các loại thí nghiệm này. - Soạn thảo 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10, trong đó có sử dụng thí nghiệm đã xây dựng theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh. - Xây dựng rubric đánh giá NLGQVĐ ở mức cao của học sinh khi học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10. - Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã soạn thảo nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các tiến trình dạy học nói chung và của thí nghiệm đã xây dựng nói riêng, để từ đó, bổ sung, chỉnh sửa và hoàn thiện các tiến trình dạy học và thí nghiệm. TNSP cũng nhằm đánh giá tính hiệu quả của tiến trình dạy học, của thí nghiệm trong việc phát triển các mức độ hành vi NLGQVĐ ở mức cao của HS. 6. Phương pháp nghiên cứu ❖ Phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy và học dựa trên quan điểm nghiên cứu, lí luận phát triển NLGQVĐ của học sinh. - Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học và tổ chức hoạt động nhận thức của HS nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của HS. - Nghiên cứu cấu trúc nội dung, chương trình SGK Vật lí 10 hiện hành và cấu trúc nội dung vật lí 10 trong chương trình tổng thể 2018 để đánh giá và so sánh mức độ tương đồng về nội dung kiến thức. Từ đó xác định mức độ kiến thức, kĩ năng cần xây dựng và các mức độ hành vi GQVĐ ở mức cao của HS cần phát triển. ❖ Phương pháp điều tra, khảo sát và phỏng vấn
6 Điều tra thực tiễn dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn. Trong đó, có thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm, tổ chức hoạt động nhận thức của HS ở một số trường THPT thông qua tập huấn chuyên đề và phiếu hỏi. ❖ Phương pháp thực nghiệm sư phạm TNSP lần thứ nhất thu thập thông tin, dữ liệu nhằm điều chỉnh và hoàn thiện tiến trình dạy học đã thiết kế, thí nghiệm đã xây dựng, nội dung kiến thức HS cần đạt, hình thức tổ chức dạy và học và bộ công cụ đánh giá NLGQVĐ của HS. TNSP lần thứ hai thu thập thông tin, dữ liệu về phiếu phản hồi của HS. Phân tích thông tin và đánh giá dữ liệu theo mức độ chỉ báo hành vi của HS đạt được về NLGQVĐ khi nghiên cứu tìm tòi, khám phá một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 theo tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu. Đánh giá sự phát triển NLGQVĐ trên cùng một đối tượng HS thông qua phiếu học tập ở bốn nội dung kiến thức (Định luật I Newton, Định luật II Newton, Định luật III Newton và ĐLBT động lượng). Các dữ liệu thu thập qua các mức độ biểu hiện hành vi của từng nội dung kiến thức là cơ sở để rút ra kết luận về sự phát triển NLGQVĐ ở mức cao của HS khi học theo tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu. ❖ Phương pháp thống kê toán học được sử dụng trong quá trình xử lí các số liệu thực nghiệm. 7. Những đóng góp của đề tài - Đã đề xuất việc cần nâng cao tính khoa học của việc phát hiện và giải quyết vấn đề theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức vật lí. Các giải pháp đã đưa ra và đã được thực hiện bao gồm: ▪ Xây dựng được quy trình thiết kế thí nghiệm đáp ứng yêu cầu tổ chức dạy học Vật lí dựa trên nghiên cứu. ▪ Xây dựng và hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số nhằm tổ chức học tập phát hiện và giải quyết vấn đề dựa trên quan điểm nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn, TNKTS số gồm có: Phần mềm Phys-ISE hỗ trợ thí nghiệm tương tác trên màn hình; Bộ cảm biến
7 lực - gia tốc kết nối với máy tính không dây Phys-MBL (gồm 04 thí nghiệm tương tác trên màn hình và 03 thí nghiệm kết nối máy tính) khắc phục được những ưu, nhược điểm về các bộ thí nghiệm kĩ thuật số hiện có nhằm tổ chức dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề có hiệu quả hơn. Trên cơ sở xây dựng được TNTTTMH online, tiến trình dạy học một số kiến thức đã được áp dụng theo kiểu dạy học kết hợp (blended learning), góp phần hiện thực hóa thực hiện mục tiêu phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực GQVĐ ở mức cao đối với HS. - Soạn thảo được 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 có sử dụng TNKTS đã xây dựng theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển các hành vi biểu hiện của các năng lực thành phần của năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh. - Thực nghiệm sư phạm được 04 tiến trình dạy học đã soạn thảo, đánh giá được ưu điểm, nhược điểm của thí nghiệm kĩ thuật số (thí nghiệm tương tác trên màn hình, thí nghiệm kết nối máy tính) đã xây dựng và tính khả thi của 04 tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh.