Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý: Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học chương “Mắt - Các dụng cụ quang” – Vật lí 11

Chia sẻ: Cẩn Ngữ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:115

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là Xây dựng và sử dụng các mô hình bằng phần mềm mô phỏng Yenka hỗ trợ dạy học chương " Mắt - Các dụng cụ quang" - Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề, kích thích hứng thú học tập cho học sinh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý: Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học chương “Mắt - Các dụng cụ quang” – Vật lí 11

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHAN THỊ NGỌC BÍCH SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA HỖ TRỢ DẠY HỌC CHƢƠNG “MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG” – VẬT LÍ 11 LUẬN V N THẠC S SƢ PHẠM VẬT LÍ H NỘI - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHAN THỊ NGỌC BÍCH SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA HỖ TRỢ DẠY HỌC CHƢƠNG “MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG” – VẬT LÍ 11 LUẬN V N THẠC S SƢ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: LÝ LUẬN V PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN VẬT LÝ) Mã số: 60 14 01 11 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Phạm Kim Chung H NỘI - 2015
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy giáo, cô giáo, các cán bộ ở Trường Đại học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội đã quan tâm giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và thực hiện đề tài luận văn này. Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn TS. Phạm Kim Chung đã tận tình hướng dẫn em thực hiện đề tài này. Hà Nội, 2015. Tác giả i
DANH MỤC CHỮ VI T TẮT CNTT Công nghệ thông tin CSVC Cơ sở vật chất DH Dạy học GD&ĐT Giáo dục và Đào tạo HS Học sinh KHKT Khoa học - kỹ thuật TLGK Tài liệu giáo khoa TN Thí nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm TNVL Thí nghiệm vật lí TNVLPT Thí nghiệm vật lí phổ thông TH Thực hành THPT Trung học phổ thông MTĐT Máy tính điện tử PTDH Phương tiện dạy học SGK Sách giáo khoa SP Sư phạm VL Vật lí ii
MỤC LỤC Lời cảm ơn ................................................................................................................... i Danh mục ch viết t t .................................................................................................ii Mục lục ...................................................................................................................... iii Danh mục các bảng ..................................................................................................... v Danh mục hình ........................................................................................................... vi MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN V THỰC TIỄN CỦA ĐỀ T I ....................... 5 1.1. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí ............................................................................................................................. 5 1.1.1. Khái niệm năng lực ........................................................................................... 5 1.1.2. Năng lực giải quyết vấn đề ................................................................................ 6 1.1.3. Dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí .......................................................... 7 1.1.4. Dạy học trải nghiệm và vận dụng trong dạy học các ứng dụng KHKT ............ 9 1.1.5. Tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí ................................................................................. 12 1.2. Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học các ƯDKT của vật lí ....................... 16 1.2.1. Sử dụng phần mềm Yenka trong dạy học vật lí hỗ trợ phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh ........................................................................................ 16 1.2.2. Nh ng chức năng cơ bản của phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học vật lí ........... 17 1.2.3. Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ DH các ứng dụng kĩ thuật của vật lí ......... 19 1.3. Đặc điểm phong cách học của học sinh Trung học phổ thông .......................... 23 1.3.1. Phong cách học ............................................................................................... 23 1.3.2. Dạy học theo phong cách học của học sinh .................................................... 25 1.4. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 30 CHƢƠNG 2: SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA HỖ TRỢ DẠY HỌC CHƢƠNG "MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG" – VẬT LÍ 11 ............................. 32 2.1. Nội dung kiến thức về ứng dụng kĩ thuật của vật lí chương “M t. Các dụng cụ quang” ....................................................................................................................... 32 2.1.3. Mục tiêu dạy học chương M t và các dụng cụ quang học .............................. 34 2.2. Tìm hiểu tình hình dạy học ở trường phổ thông ................................................ 35 iii
2.2.1. Mục đích tìm hiểu ........................................................................................... 35 2.2.5. Điều tra phong cách học của học sinh............................................................ 39 2.3. Xây dựng các mô hình bằng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học chương M t và các dụng cụ quang. .................................................................................................... 41 2.3.1. Xây dựng mô hình hỗ trợ dạy học bài m t ...................................................... 41 2.3.2. Xây dựng mô hình hỗ trợ dạy học bài Kính hiển vi và Kính thiên văn .......... 44 2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học ............................................................................... 46 2.4.1. Ý tưởng soạn thảo tiến trình dạy học .............................................................. 46 2.4.2. Xây dựng tiến trình dạy học từng bài cụ thể : ................................................. 48 2.5. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 74 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ......................................................... 75 3.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .................................................... 75 3.2. Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm ............................................. 75 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm (TNSP) ........................................................ 75 3.3. Phân tích bài kiểm tra ......................................................................................... 82 3.3.1. Phân tích định tính diễn biến các giờ học…………………………..76 3.3.2. Phân tích bài kiểm tra……………………………………………….82 3.3.3. Các thông số thống kê mô tả điểm số thực nghiệm sư phạm…………84 3.3.4. Hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo đối với việc phát triển hứng thú, năng lực giải quyết vấn đề, rèn luyện óc sáng tạo vật lý - kỹ thuật trong học tập của học sinh. .................................................................................................................... 86 3.4. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 88 K T LUẬN .............................................................................................................. 90 T I LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 92 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 94 iv
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Dạy học trải nghiệm và tổ chức theo các pha dạy học giải quyết vấn đề Ứng dụng kĩ thuật của vật lí ...................................................................................... 15 Bảng 2.1. Mục tiêu dạy học chương m t và các dụng cụ quang ............................... 34 Bảng 2.2. Tổng hợp phong cách học của học sinh.................................................... 40 Bảng 2.3. Kết quả điều tra khả năng tiếng Anh và tin học của học sinh .................. 41 Bảng 3.1. Bảng tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm ......................................... 83 Bảng 3.2. Các thông số thống kê mô tả lớp thực nghiệm và lớp đối chứng ............. 84 Bảng 3.3. Kiểm định sự khác nhau của các trung bình cộng - Independent Samples Test85 v
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Chu trình học tập trải nghiệm theo David Kolb .......................................... 9 Hình 1.2. Sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề. .......................................................................................... 14 Hình 1.3. Màn hình lựa chọn các chức năng của Yenka........................................... 17 Hình 1.4. Mô phỏng dao động con l c lò xo trên Yenka .......................................... 18 Hình 1.5. Mô hình đường đi của tia sáng qua thấu kính của Yenka ......................... 19 Hình 1.6. Mô hình đường truyền tia sáng và tạo ảnh qua thấu kính hội tụ. .............. 21 Hình 1.7. Mô hình đường truyền tia sáng và tạo ảnh qua thấu kính phân kì. ........... 21 Hình 1.8. Mô hình tạo ảnh trong máy ảnh ................................................................ 22 Hình 1.9. Mô hình thiết kế kính tiềm vọng ............................................................... 23 Hình 2.1.Mô hình m t thường nhìn vật ở xa ............................................................. 42 Hình 2.2.M t thường nhìn vật ở gần ......................................................................... 42 Hình 2.3. Mô hình m t cận........................................................................................ 43 Hình 2.4. Mô hình m t viễn ...................................................................................... 43 Hình 2.5. Mô hình kính hiển vi ................................................................................. 44 Hình 2.6. Mô hình thiết kế kính thiên văn đơn giản ................................................. 45 Hình 2.7. Mô hình thử nghiệm thiết kế kính thiên văn ............................................. 45 Hình 3.1. Hình ảnh thực nghiệm sư phạm học sinh làm việc với mô hình............... 78 Hình 3.2. Hình ảnh thực nghiệm sư phạm GV trao đổi với học sinh ....................... 78 Hình 3.3. Hình ảnh thực nghiệm sư phạm học sinh làm việc nhóm ......................... 79 Hình 3.4.Đồ thị tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm ........................................... 84 vi
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vật lí (VL) học ở trường THPT hiện nay chủ yếu là vật lí thực nghiệm, vì vậy việc lồng ghép các thí nghiệm (TN) vào trong các bài học VL là một biện pháp quan trọng nhằm nâng cao chất lượng dạy và học, góp phần tích cực trong việc truyền đạt kiến thức cho học sinh. Việc đổi mới nội dung và phương pháp trong dạy học VL phải g n liền với việc tăng cường sử dụng TN trong quá trình dạy học VL. Bên cạnh đó khối lượng kiến thức trong mỗi bài học lại tăng lên, hầu hết trong các bài đều có TN. Nếu dạy học theo phương pháp truyền thống thì sẽ không đủ thời gian. Ngoài ra hiện nay, mặc dù các phòng TN ở các trường phổ thông đã được trang bị một cách đầy đủ về số lượng, nhưng vẫn còn nh ng khó khăn mà mỗi tiết dạy đang phải kh c phục, nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa đạt yêu cầu, nhân viên quản lý thí nghiệm thì không chuyên nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp là rất khó khăn vì ra chơi chỉ có 5 đến 10 phút. Đồng thời, khi sử dụng các thí nghiệm dạy học trên lớp còn gặp trở ngại cho cả thầy và học trò vì mỗi tiết học ở trường phổ thông chỉ diễn ra trong thời gian 45 phút. Như vậy giáo viên phải mất rất nhiều thời gian cho việc chuẩn bị trước một giờ lên lớp. Hơn n a số tiết dạy liền nhau ở các lớp khác nhau và điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách: một là, học sinh phải đi đến phòng chức năng thí nghiệm riêng biệt; hai là, các thầy cô phải di chuyển hệ thống dụng cụ thí nghiệm tới các lớp học của học sinh. Cả hai phương án này đều gây ra rất nhiều khó khăn vì không phải trường phổ thông nào cũng có đủ các phòng chức năng riêng cho các bộ môn hay phòng chức năng đủ điều kiện làm thí nghiệm. Thiết bị thí nghiệm có thể bị hỏng hóc do vận chuyển, chất lượng dạy và học bị hạn chế. Nhiều khi có đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm, có phòng chức năng nhưng việc đăng ký giờ dạy vẫn không thực hiện được vì đồng loạt nhiều lớp đăng ký, nhiều bộ môn đăng ký nên khi đến lượt làm thí nghiệm thì chương trình học đã đi qua rất lâu không có hiệu quả giảng dạy n a Vậy nên rất khó để đáp ứng yêu cầu của bài học theo sách giáo khoa. Vì vậy, việc ứng dụng công nghệ thông tin trong các bài giảng là một giải pháp quan trọng 1
trong việc giảng dạy, giúp học sinh tiếp thu kiến thức một cách nhanh chóng, sâu s c, tin tưởng vào nh ng kiến thức mà mình chiếm lĩnh được, đồng thời tạo hứng thú học tập cho học sinh trong từng bài học. Phần mềm Crocodile đã được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, với nhiều tính năng ưu việt. Phần mềm này giúp giáo viên có thể tự mình thiết kế nh ng phương án thí nghiệm theo định hướng của mình. Việc sử dụng phần mềm Crocodile để thiết kế các mô hình thí nghiệm dựa trên các bộ TN thực, đồng thời vận dụng các phương pháp dạy học tích cực có thể phát triển năng lực phát triển tư duy và năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Nghiên cứu của C. Bostan (2011), Thí nghiệm vật lí với phần mềm Yaka (Physics experiments with Yenka software); Carmen Gabriela Bostan (2011) Xây dựng mô hình thí nghiệm vật lí bằng phần mềm Yenka và một số công trình khác như De Jong, T., (1999), (Học và hướng dẫn với phần mềm mô phỏng (Learning and Instruction with Computer Simulations”, Education & Computing), Alena Kovárová (2003) Ứng dụng đa phương tiên hỗ trợ dạy học vật lí (Multimedia Support for Teaching Physics); Ali Azar, Özlem Aydin Şengulec (2005) “Máy tính và Phòng thí nghiệm hỗ trợ giảng dạy Vật lý: Tác động về thành tích học tập và thái độ đối với Vật lí” (Computer-Assisted and Laboratory-Assisted Teaching Methods in Physics Teaching: The Effect on Student Physics Achievement and Attitude towards Physics).v.v. Đã đề cập đến việc xây dựng các mô hình thí nghiệm bằng Yen ka và crocodile physic và sử dụng trong dạy học vật lí. Tuy nhiên, việc sử dụng các mô hình thí nghiệm vẫn tập trung vào mô phỏng, minh họa các thí nghiệm mà chưa trở thành một phương tiện giúp học sinh trải nghiệm các thiết kế qua đó nâng cao năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Với nh ng lí do trên, tôi chọn nghiên cứu đề tài: “Sử dụng phần mềm Crocodile hỗ trợ dạy học chương “ M t. Các dụng cụ quang”- Vật lí 11” nhằm đưa ra giải pháp hỗ trợ dạy học bộ môn Vật lí. 2
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Xây dựng và sử dụng các mô hình bằng phần mềm mô phỏng Yenka hỗ trợ dạy học chương " M t. Các dụng cụ quang" - Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề, kích thích hứng thú học tập cho học sinh. 3. Giả thuyết khoa học của đề tài Xây dựng các mô hình thí nghiệm bằng phần mềm Yenka và sử dụng hỗ trợ tổ chức dạy học theo các pha của dạy học giải quyết vấn đề theo phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình trong dạy học chương "M t. Các dụng cụ quang" sẽ phát triển năng lực giải quyết vấn đề, kích thích hứng thú học tập cho học sinh. 4. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài 4.1. Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy và học nội dung kiến thức chương '' M t. Các dụng cụ quang" - SGK Vật lí 11. 4.2. Phạm vi nghiên cứu Sử dụng phần mềm Yenka xây dựng các mô hình hỗ trợ dạy học ứng dụng kĩ thuật của vật lí chương '' M t. Các dụng cụ quang" - SGK Vật lí 11, chương trình cơ bản (cụ thể các bài 31. M t, 32. Kính lúp, 33. Kính hiển vi, 32. Kính Thiên văn). 5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu vai trò, nguyên t c ứng dụng CNTT trong dạy học vật lí. - Nghiên cứu đặc điểm học tập của học sinh . - Nghiên cứu nội dung chương trình chuẩn kiến thức kĩ năng phần kiến thức chương “ M t. Các dụng cụ quang”- Vật lí 11. - Nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng phần mềm mô phỏng Yenka cho chương “M t . Các dụng cụ quang”. - Thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của phần mềm mô phỏng Yenka xây dựng được. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài 6.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu các tài liệu tâm lí học về đặc điểm của học sinh THPT 3
- Nghiên cứu các tài liệu lí luận dạy học, các luận văn, luận án liên quan đến đổi mới phương pháp dạy học theo hướng giải quyết vấn đề. - Nghiên cứu mục tiêu, nội dung, chương trình, sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo liên quan. 6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Nghiên cứu thực tiễn hoạt động dạy và học cho học sinh THPT. - Khảo sát phong cách học của học sinh tại trường THPT. - Nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng phần mềm mô phỏng Yenka cho chương “M t . Các dụng cụ quang”. 6.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm. - Thực nghiệm đối chứng kết quả học tập gi a quá trình học chương "M t. Các dụng cụ quang" của hai nhóm học sinh, một nhóm sử dụng phần mềm Yenka, một nhóm học theo phương pháp truyền thống. - Sử dụng phương pháp thống kê toán học để phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 7. Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu và kết luận, cấu trúc luận văn như sau: Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài Chương 2. Xây dựng mô hình thí nghiệm và sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học chương “ M t. Các dụng cụ quang”. Chương 3. Thực nghiệm sư phạm 4
CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN V THỰC TIỄN CỦA ĐỀ T I 1.1. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí 1.1.1. Khái niệm năng lực Khái niệm năng lực (competence) hiện được hiểu nhiều nghĩa khác nhau, tuỳ theo nh ng cách tiếp cận khác nhau, có thể hiểu: năng lực là khả năng thực hiện có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong nh ng tình huống khác nhau thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân trên cơ sở hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động. Đồng thời, nh ng yếu tố này phải quan sát, đo lường được và cho phép phân biệt được nh ng người có biểu hiện năng lực tốt nhất so với nh ng người khác. [10, tr. 190];[11] Để hình thành và phát triển năng lực cần xác định các thành phần và cấu trúc của chúng. Có nhiều loại năng lực khác nhau. Việc mô tả cấu trúc và các thành phần năng lực cũng khác nhau. Cấu trúc chung của năng lực hành động được mô tả là sự kết hợp của 4 năng lực thành phần: Năng lực chuyên môn, năng lực phương pháp, năng lực xã hội, năng lực cá thể. Trong chương trình giáo dục hiện nay của các nước thuộc OECD (Tổ chức Hợp tác và phát triển kinh tế), mô hình năng lực được phân chia thành hai nhóm chính, bao gồm các năng lực chung (general competence - còn gọi là năng lực chính, năng lực nền tảng) và các năng lực chuyên môn (specific competence - còn gọi là năng lực chuyên biệt). Nhóm năng lực chung: là nh ng năng lực cơ bản, thiết yếu để con người có thể sống và làm việc bình thường trong xã hội, được hình thành và phát triển qua nhiều môn học. Năm 2002, EU (Hội đồng châu Âu) đã thống nhất xác định hệ thống năng lực chung cho CTGD như: Giao tiếp bằng tiếng mẹ đẻ; Giao tiếp bằng tiếng nước ngoài; Công nghệ thông tin và truyền thông.v.v. 5
Nhóm năng lực chuyên môn : là nh ng năng lực riêng được hình thành và phát triển liên quan đến từng môn học cụ thể. Ví dụ: nhóm năng lực chuyên môn trong môn Toán bao gồm các năng lực: Giải quyết các vấn đề toán học; Lập luận toán học; Mô hình hóa toán học... 1.1.2. Năng lực giải quyết vấn đề Năng lực giải quyết vấn đề là khả năng của một cá nhân để sử dụng các quá trình nhận thức để đương đầu và giải quyết thực tế, tình huống liên ngành, giải pháp không phải là được vạch ra ngay lập tức rõ ràng và các kiến thức được áp dụng là không nằm trong một môn học duy nhất như đọc hiểu, toán học, khoa học hay các lĩnh vực khác. (Problem solving competency: This is an individual’s capacity to use cognitive processes to confront and resolve real, cross-disciplinary situations where the solution path is not immediately obvious and where the literacy domains or curricular areas that might be applicable are not within a single domain of mathematics, science and other domains. [12, pp. 30] Nh ng khái niệm về năng lực và năng lực giải quyết vấn đề đưa ra định nghĩa rất chung chung của việc giải quyết vấn đề . Cụ thể hơn, để phân tích năng lực giải quyết vấn đề dựa trên quá trình giải quyết một vấn đề. Năng lực giải quyết vấn đề một người thể hiện bởi hiệu suất trong việc xác định một vấn đề, tìm kiếm thông tin có liên quan, đánh giá khó khăn, phức tạp của vấn đề, vạch ra một kế hoạch với hành động thích hợp và thực hiện của nó. Qua nghiên cứu, tham khảo kinh nghiệm các nước phát triển, đối chiếu với yêu cầu và điều kiện giáo dục trong nước nh ng năm s p tới, các nhà khoa học giáo dục Việt Nam đã đề xuất định hướng chuẩn đầu ra về phẩm chất và năng lực của chương trình giáo dục trung học nh ng năm s p tới, trong đó có đề cập tới năng lực giải quyết vấn đề như sau: a) Phát hiện và làm rõ vấn đề: Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộc sống; phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống. 6
b) Đề xuất, lựa chọn giải pháp: Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến vấn đề; đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề; lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất. c) Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề: Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến vấn đề; đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề; lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất. [1], [ 8, tr.24]; 1.1.3. Dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí Các ứng dụng của các định luật, nguyên lý, hiệu ứng, ... Vật lí trong kỹ thuật và đời sống (gọi là các ứng dụng kỹ thuật) được hiểu là các đối tượng, thiết bị máy móc (hoặc hệ thống các đối tượng thiết bị máy móc) được chế tạo và sử dụng với mục đích nào đó trong kỹ thuật và đời sống mà nguyên t c hoạt động của chúng dựa trên các định luật, nguyên lý, hiệu ứng đó. Ví dụ: Máy ảnh, kính hiển vi, kính thiên văn, kính lúp, ... ứng dụng quy luật đường đi của các tia sáng qua lăng kính, gương, thấu kính (sự tạo ảnh qua lăng kính, gương, thấu kính). Xét một ứng dụng kĩ thuật trong đó không chỉ áp dụng các định luật Vật lí mà còn cần phải có nh ng đề xuất giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng Vật lí có hiệu quả cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuất. Để đạt được mục đích này khi nghiên cứu, học sinh không nh ng phải vận dụng nh ng định luật Vật lí vừa được thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp nh ng hiểu biết, nh ng kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác của Vật lí. Trong quá trình nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật, học sinh làm quen dần với việc tự lực chuyển nh ng kiến thức đã học (định luật, nguyên lý... Vật lí) vào tình huống mới (giải thích hoạt động của ứng dụng kĩ thuật hay đưa ra một dự án thiết kế ứng dụng kĩ thuật) thông qua hoạt động của học sinh như : Mô tả và giải thích bằng ngôn ng nói, viết; thực hiện các thao tác kĩ thuật từ mức đơn giản là l p ráp theo sơ đồ có sẵn đến mức cao hơn là tự đề xuất, chọn lựa phương án thiết kế tối ưu ứng dụng kỹ thuật. Qua đó góp phần làm tư duy ngôn ng , óc sáng tạo Vật lí - kỹ thuật của học sinh phát triển. Trong dạy học ứng dụng kỹ thuật của Vật lí thường sử dụng hai loại mô hình: mô hình vật chất chức năng và mô hình hình vẽ (mô hình ký hiệu): 7
+ Mô hình hình vẽ mô tả nh ng nét chính về cấu trúc của vật thể hay một cơ cấu kỹ thuật đã được lược bỏ nh ng chi tiết kỹ thuật không cần thiết (ví dụ : hình vẽ một máy ảnh, hình vẽ cách bố trí thí nghiệm về thấu kính...). Mô hình hình vẽ có thể đại diện cho vật gốc về một số mặt, nhờ thế mà có thể sử dụng mô hình để dự đoán và giải thích một số hiện tượng (chẳng hạn có thể sử dụng mô hình hình vẽ để dự kiến thiết kế một thiết bị quang học đòi hỏi đáp ứng được nh ng yêu cầu đã cho trước. Ví dụ : để quan sát vật từ rất xa phải dùng ống kính dài như kính thiên văn hoặc quan sát vật ở xa dùng ống kính ng n như ống nhòm. Dựa trên mô hình ta có thể thiết kế áng chừng. Tuy nhiên, mỗi mô hình chỉ phản ánh được một số tính chất nhất định của vật gốc. Bởi vậy mỗi mô hình đều có giới hạn ứng dụng của nó vì thế suy ra hệ quả lý thuyết có khi không hoàn toàn phù hợp với thực tiễn. Ví dụ : Mô hình đường truyền của tia sáng qua thấu kính mà không kể đến tính chất quang sai của thấu kính thì, nếu chỉ dựa trên mô hình ta có thể tạo ra được kính lúp, kính hiển vi có độ phóng đại lớn tuỳ ý. Nhưng nh ng thấu kính thực tế luôn gặp phải vấn đề quang sai hay hiện tượng nhiễu xạ do đó số phóng đại của các kính quang học có giới hạn. Cho nên khi sử dụng mô hình nếu có điều kiện giáo viên nên chỉ cho học sinh thấy nh ng giới hạn đó để tính nh ng trường hợp ngoại suy trên mô hình quá giới hạn ứng dụng dẫn đến nh ng sai lầm đáng tiếc không phù hợp thực tế. + Mô hình vật chất của ứng dụng kỹ thuật có thể hoạt động được như đối tượng gốc (thực hiện chức năng), được chế tạo để thay thế vật gốc mà nguyên t c hoạt động của nó dựa trên các định luật, nguyên lý, hiệu ứng, hiện tượng Vật lí (ví dụ : mô hình kính hiển vi, kính thiên văn...) có thể tách ra được nh ng yếu tố riêng biệt của đối tượng nghiên cứu giúp cho học sinh nhìn thấy được các đối tượng kỹ thuật mà thực tế thường bị che kín. Xuất phát từ sự phân tích về mặt bản chất của việc nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật trong dạy học Vật lí ở trên cho phép ta xác định: Việc nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật trong dạy học Vật lí ở các trường phổ thông có thể diễn ra theo hai con đường sau : 8
- Con đường thứ nhất: Trên cơ sở đã có sẵn ứng dụng kỹ thuật (thiết bị, máy móc...) nhiệm vụ của học sinh là nghiên cứu cấu tạo và giải thích nguyên t c hoạt động của các ứng dụng kỹ thuật trên cơ sở các định luật, nguyên lý... Vật lí đã biết. - Con đường thứ hai : Dựa trên các định luật, nguyên lý... Vật lí đã biết, nhiệm vụ của học sinh là đưa ra các phương án thiết kế một thiết bị nhằm giải quyết một yêu cầu kỹ thuật nào đó. [9] 1.1.4. Dạy học trải nghiệm và vận dụng trong dạy học các ứng dụng KHKT 1.1.4.1. Dạy học trải nghiệm David Kolb giới thiệu một mô hình học tập dựa trên trải nghiệm (experiential learning, thường được biết đến với cái tên Chu trình học tập Kolb) nhằm “quy trình hóa” việc học với các giai đoạn và thao tác được định nghĩa rõ ràng. Thông qua chu trình này, cả người học lẫn người dạy đều có thể cải tiến liên tục chất lượng cũng như trình độ của việc học. Đây là một trong số các mô hình được sử dụng rộng rãi nhất trong việc thiết kế chương trình học, thiết kế bài giảng, trong việc huấn luyện cũng như trong các hướng dẫn học tập cho các khóa học sau phổ thông. Chu trình học tập Kolb gồm bốn bước được mô tả như hình dưới đây: Hình 1.1. Chu trình học tập trải nghiệm theo David Kolb Trong đó, Kolb khuyến cáo trình tự của việc học theo mô hình học tập thực nghiệm cần tuân thủ trình tự của Chu trình, nhưng không nhất thiết phải khởi đầu từ bước nào trong Chu trình. Tuy nhiên Kolb dựa trên giả định quan trọng về việc học: 9
tri thức khởi nguồn từ kinh nghiệm, tri thức cần được người học kiến tạo (hoặc tái tạo) chứ không phải là ghi nhớ nh ng gì đã có. Cần vận dụng đúng Chu trình Kolb để có thể phát huy hiệu quả. Kolb và các nhà nghiên cứu khác đã đi xa hơn khi nhận thấy rằng, với sự lựa chọn điểm khởi đầu và thiên lệch sự tập trung vào một giai đoạn nào đó sẽ cho thấy phong cách học tập của từng người (hoặc từng môn học). Quan điểm cơ bản trong mô hình học tập dựa trên kinh nghiệm này là người học cần thiết phải phản tỉnh (reflect, từ khác: chiêm nghiệm) trên các kinh nghiệm của mình để từ đó khái quát hóa và công thức hóa các khái niệm để có thể áp dụng cho các tình huống mới có thể xuất hiện trong thực tế; sau đó các khái niệm này được áp dụng và kiểm nghiệm trong thực tế để thấy được sự đúng-sai, h u dụng-vô ích,v.v. ; từ đó lại xuất hiện các kinh nghiệm mới, và chúng lại trở thành đầu vào cho vòng học tập tiếp theo, cứ thế lặp lại cho tới khi nào việc học đạt được mục tiêu đề ra ban đầu. Dưới đây là mô tả chi tiết hơn về các bước trong Chu trình Kolb: + Kinh nghiệm Rời rạc (Concrete Experience) Người học có thể đã đọc một số tài liệu, tham dự bài giảng, xem một số video trên Internet về chủ đề đang học tập, hoặc đã thử làm thử theo hướng dẫn của một số bài giới thiệu nhập môn (tutorial) về chủ đề cần học, hoặc tự mình mò mẫm trong giây lát với máy móc trong phòng lab v.v. Tất các các yếu tố đó sẽ tạo ra các kinh nghiệm nhất định cho người học. Và chúng trở thành “nguyên liệu đầu vào” quan trọng của quá trình học tập. Tuy vậy, kinh nghiệm quan trọng nhất là nh ng kinh nghiệm mà các giác quan của con người có thể cảm nhận rõ ràng được (sensory experience). Thông thường, người học dạng “hời hợt” (surface learning) thường chỉ dừng lại ở các kinh nghiệm đó, ghi chép lại và chờ cho tới kì thi và kết thúc việc học. Theo gợi ý của Chu trình Kolb, đó mới chỉ là sự khởi đầu. 10
+ Quan sát có suy tƣởng (Reflective Observation) Người học cần có các phân tích, đánh giá các sự kiện và các kinh nghiệm đã có. Sự đánh giá này cần tự mình suy tưởng về các kinh nghiệm đó, xem cảm thấy thế nào, có hiểu được hay không, có thấy nó hợp lý hay không, có thấy nó đúng hay cảm thấy nó “có gì đó không ổn”, có quan điểm hay thực tế nào đi ngược lại với các kinh nghiệm mình vừa trải qua hay không, v.v. Đối với việc học, việc suy tưởng hàm ý sâu s c rằng ta phải luôn tự hỏi và tự trả lời “việc học có tiến triển tốt đẹp hay không?”, và thuần túy sử dụng trực giác để trả lời câu hỏi đó. Trong quá trình suy ngẫm, và xa hơn n a là ghi lại các suy tưởng ấy theo một cách tự nhiên và tự thân, ta sẽ rút ra được các bài học cũng như định hướng mới cho chặng đường học tập tiếp theo thú vị và hiệu quả hơn. Đối với việc dạy, nhà giáo sử dụng kĩ thuật tương tự áp dụng cho việc dạy của mình, và cho việc học của học trò để có được các phương án và hành động hiệu quả hơn. Một số hình thức suy tưởng (reflection) vận dụng sâu hơn các hình thức tra cứu, phân tích, tổng hợp từ nhiều nguồn, đưa ra các đánh giá về kinh nghiệm vừa trải qua. Khi suy tưởng, chúng ta sẽ “tham gia” sâu hơn vào quá trình, bản thân điều đó cũng đã giúp đỡ rất nhiều cho việc học tập. Với việc suy tưởng có chất lượng, ta sẽ có được các cải tiến, nâng cấp, điều chỉnh cho tiến trình phát triển của việc học tập. + Khái niệm hóa (Conceptualization) Sau khi có được quan sát chi tiết cộng với suy tưởng sâu s c, người học tiến hành khái niệm hóa các kinh nghiệm đã nhận được. Từ kinh nghiệm, ta có các khái niệm, “lí thuyết mới”. Bước này chính là bước quan trọng để các kinh nghiệm được chuyển đổi thành “tri thức”, hệ thống khái niệm và b t đầu lưu gi lại trong não bộ. Không có bước này, các kinh nghiệm sẽ không thể được nâng cấp và phát triển lên một tầm cao mới h u ích hơn mà chỉ là các trải nghiệm vụn vặt nhặt được trong tiến trình học tập hay thực hành. Giai đoạn khái niệm hóa kết thúc bằng việc ta lập một kế hoạch cho cách hành động tiếp theo trong thời gian tới. Thông thường giai đoạn này được tiếp nối giai đoạn trước (Quan sát có suy tưởng) một cách tự nhiên bằng việc trả lời cho các câu hỏi quan trọng trong quá trình quan sát và suy tưởng – có thể coi như kết luận 11
của toàn bộ quá trình suy tưởng, và giai đoạn tiếp theo sẽ là giai đoạn kiểm chứng kết luận đó có đúng hay không. + Thử nghiệm tích cực (Active Experimentation) Ở giai đoạn trước, người học đã có một bản “kết luận” được đúc rút từ thực tiễn với các luận cứ và suy tư được liên kết chặt chẽ. Bản kết luận đó có thể coi như một giả thuyết, và ta phải đưa vào thực tiễn để kiểm nghiệm. Việc này hết sức quan trọng trong việc hình thành nên tri thức thực sự. Theo Kolb và nh ng người theo đường lối tạo dựng (hay “kiến tạo” – constructivism), chân lí cần được lĩnh hội, hoặc kiểm chứng được. Đây là bước cuối cùng để chúng ta xác nhận hoặc phủ nhận các khái niệm từ bước trước. 1.1.4.2. Vận dụng dạy học trải nghiệm trong dạy học các ứng dụng KHKT Đối với việc học vật lí nói chung và dạy học ứng dụng KHKT của vật lí nói riêng , ta có thể có một ví dụ cho việc thực thi Chu trình Kolb như sau: Chu trình này yêu cầu người học có một kỉ luật trong việc học thông qua việc lên kế hoạch, hành động, phản tỉnh và liên hệ ngược trở lại các lý thuyết. Bước 1: Sau khi đọc tài liệu, thử làm người học đã có nh ng trải nghiệm ban đầu về vấn đề cần nghiên cứu. Bước 2: Thảo luận về cảm giác, quy trình và phối hợp có chỗ nào không ổn. Ghi lại các cảm nhận quan trọng, đọc lại giáo trình để xem mình làm có đúng không. Khi gặp chỗ không ổn thử tìm kiếm giải pháp cải thiện, tham khảo các thảo luận khác để rút ra kết luận. Ghi lại các suy tưởng đó. Bước 3: Phác thảo giải pháp, khái quát lại thành “Quy trình” Bước 4: Thực hiện theo quy trình đã đề xuất, và lặp lại Bước 1. 1.1.5. Tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí Các nghiên cứu gần đây phê bình mô hình Kolb, vốn ra đời từ 1984, là quá đơn giản, hoặc quá lí tưởng, hoặc có khi không khớp với thực tế học tập của sinh viên và có phần thiếu thực tiễn. 12