Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí trong dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân”

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo hướng phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí, góp phần bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp cho sinh viên trong chương trình đào tạo giáo viên Vật lí Trung học phổ thông.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí trong dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân”

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ---------------------- TRẦN THỊ KIỂM THU PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÍCH HỢP KIẾN THỨC CÁC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CỦA SINH VIÊN SƯ PHẠM VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG PHẦN “VẬT LÍ NGUYÊN TỬ HẠT NHÂN” Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PPDH BỘ MÔN VẬT LÍ Mã số: 9 14 01 11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC 2. PGS.TS. LÊ PHƯỚC LƯỢNG NGHỆ AN – 2021
0 Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Vinh Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC 2. PGS.TS. LÊ PHƯỚC LƯỢNG Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường Địa điểm: Trường Đại học Vinh Thời gian: Vào hồi giờ, ngày tháng năm 2021 Có thể tìm luận án tại Thư viện Quốc gia Việt Nam, Thư viện Nguyễn Thúc Hào – Trường Đại học Vinh
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của khoa học, kĩ thuật và công nghệ, tri thức của loài người đang tăng nhanh chóng. Xu thế phát triển của khoa học ngày nay là tiếp tục phân hóa sâu, song song với tích hợp liên môn, liên ngành ngày càng rộng. Đề tài luận án được chúng tôi lựa chọn xuất phát từ bốn lý do chính đó là Thứ nhất, sự cần thiết phải đổi mới phương pháp dạy học đại học theo hướng phát triển năng lực cho sinh viên. Thứ hai, dạy học tích hợp là một năng lực rất quan trọng đối với giáo viên nói chung và giáo viên Vật lí nói riêng. Thứ ba, dạy học theo chủ đề tích hợp đang là một xu hướng dạy học hiện đại, việc áp dụng phương pháp dạy học theo chủ đề tích hợp có thể góp phần bồi dưỡng cho sinh viên một số năng lực bậc cao như phân tích, so sánh, tổng hợp. Cuối cùng, nội dung học phần Vật lí đại cương dành cho sinh viên sư phạm và nội dung chương trình Vật lí THPT có sự liên hệ chặt chẽ với nhau, kiến thức khoa học tích hợp trong học phần Vật lí đại cương góp phần cho sinh viên triển khai dạy học tích hợp, đáp ứng yêu cầu đổi mới dạy học chương trình giáo dục phổ thông năm 2018. Từ các phân tích trên, chúng tôi chọn vấn đề: Phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí trong dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” để làm đề tài nghiên cứu của luận án. 2. Mục đích nghiên cứu Dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo hướng phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí, góp phần bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp cho sinh viên trong chương trình đào tạo giáo viên Vật lí Trung học phổ thông. 3. Đối tượng nghiên cứu Quá trình dạy học Vật lí đại cương theo hướng phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí. 4. Phạm vi nghiên cứu Dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” bằng các chủ đề tích hợp, phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của SV sư phạm Vật lí. 5. Giả thuyết khoa học Nếu dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo các chủ đề tích hợp thì sẽ phát triển được năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí.
2 6. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận và thực tiễn giáo dục đại học nói chung và đào tạo giáo viên Vật lí THPT nói riêng. - Nghiên cứu năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của SV sư phạm Vật lí và năng lực dạy học tích hợp của giáo viên Vật lí ở trường THPT. - Phân tích chương trình, nội dung dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” cho SV sư phạm Vật lí. - Điều tra thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho SV sư phạm theo hướng phát triển năng lực dạy học tích hợp ở các khoa sư phạm, các trường đại học sư phạm. - Phát triển chương trình học phần Vật lí đại cương theo hướng bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp các môn khoa học ở THPT cho SV sư phạm Vật lí. - Nghiên cứu vận dụng dạy học tích hợp theo chủ đề trong dạy học Vật lí đại cương theo hướng phát triển năng lực tích hợp các kiến thức khoa học tự nhiên của SV sư phạm Vật lí. - Đánh giá năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của SV sư phạm Vật lí trong dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân”. - Thực nghiệm sư phạm. 7. Phương pháp nghiên cứu 7.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận Nghiên cứu quan điểm đổi mới giáo dục đại học, lí luận dạy học đại học theo hướng phát triển năng lực nghề nghiệp cho SV. 7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Điều tra, khảo sát, phân tích và đánh giá thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho SV sư phạm Vật lí theo hướng phát triển năng lực dạy học nói chung và năng lực dạy học tích hợp các môn khoa học ở trường THPT. 7.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm sư phạm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài. 7.4. Phương pháp thống kê toán học Xử lí các số liệu điều tra thực tiễn và kết quả thực nghiệm sư phạm bằng công cụ toán học thống kê. 8. Những đóng góp của luận án 8.1. Về mặt lí luận - Góp phần làm sáng tỏ cơ sở lí luận về phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí trong quá trình dạy học Vật lí đại cương.
3 Phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên là điều kiện cần để bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp trong chương trình đào tạo giáo viên Vật lí Trung học phổ thông. - Xây dựng cấu trúc năng lực dạy học tích hợp của giáo viên Vật lí và cấu trúc năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên; Xây dựng thang đo năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí trong học tập Vật lí đại cương. - Đề xuất quy trình xây dựng/thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề tích hợp trong Vật lí đại cương theo 5 giai đoạn. 8.2. Về mặt thực tiễn - Điều tra được thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho sinh viên sư phạm Vật lí theo định hướng phát triển năng lực dạy học tích hợp. - Thiết kế được 5 kế hoạch dạy học theo chủ đề tích hợp phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” trong chương trình Vật lí đại cương theo định hướng phát triển năng lực tích hợp kiến thức khoa tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí.
4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LỊCH SỬ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Các nghiên cứu về dạy học tích hợp 1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài Xavier Rogiers đánh giá tầm quan trọng của dạy học tích hợp trong giáo dục như sau “Nếu nhà trường chỉ quan tâm dạy cho học sinh các khái niệm một cách rời rạc thì nguy cơ sẽ hình thành ở học sinh các suy luận khép kín, sẽ hình thành những con người mù chức năng, nghĩa là những người đã lĩnh hội kiến thức nhưng không có khả năng sử dụng các kiến thức đó hàng ngày”. Các nước Mỹ, Anh, Rumani, Indonesia, Úc nghiên cứu về hiệu quả và phương pháp dạy học tích hợp và năng lực của giáo viên/sinh viên sư phạm Vật lí. Laura Tugulea và các cộng sự nghiên cứu về năng lực đặc thù của giáo viên Vật lí. Nhóm tác giả đề xuất các học phần dạy học Vật lí đại cương có liên quan đến Vật lí (Physics-related optional subjects) như Hóa học, Sinh học, Vật lí thiên văn, Vật lí trong Địa lý và một số học phần ứng dụng kiến thức Vật lí vào trong các lĩnh vực khác bao gồm: Nguyên tắc Vật lí trong vận hành thiết bị máy móc, Vật lí trong y học và thể thao, Vật lí khí hậu, Vật lí trong sử dụng năng lượng và môi trường, các học phần này có mục tiêu đề cập đến mối quan hệ Vật lí đến các sự vật, hiện tượng trong cuộc sống, các học phần này được gọi tên chung là “Physics in other Sciences”. Như vậy các nghiên cứu ở nước ngoài cũng cho thấy dạy học tích hợp có ý nghĩa trong việc hình thành và phát triển năng lực cho người học và sinh viên Vật lí cũng được học một số học phần có nội dung tích hợp để nâng cao kiến thức tích hợp các khoa học. 1.1.2. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam Tác giả Phạm Xuân Quế, Nguyễn Văn Biên nghiên cứu về năng lực được hình thành trong dạy học tích hợp, các quy trình dạy học tích hợp trong nhà trường. Các tác giả Tưởng Duy Hải, Đỗ Hương Trà đã phân tích rủi ro xung quanh việc giáo viên trung học được đào tạo để tổ chức dạy học đơn môn mà chưa có sự kết hợp đào tạo liên môn trong bối cảnh nước ta đang triển khai dạy học tích hợp trong nhà trường, điều này tiềm ẩn khả năng mất tự chủ của giáo viên khi xử lí các tình huống tích hợp có kiến thức của các môn học khác, chẳng hạn sinh viên sư phạm Vật lí ít được tiếp cận với kiến thức về Sinh học và Hóa học.
5 Các tác giả Trần Trung Ninh, Đặng Thị Thuận An đã nghiên cứu về khung năng lực dạy học tích hợp dành cho giáo viên trung học gồm có 4 mức độ và 9 tiêu chí. Tuy nhiên, các tiêu chí này chưa đề cập đến tiêu chí kiến thức tích hợp. 1.2. Các nghiên cứu về dạy học Vật lí đại cương theo định hướng bồi dưỡng năng lực nghề nghiệp và năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên 1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài Tác giả Eric Brewe, Warren Christensen, Viviane Callier cho rằng dạy học Vật lí đại cương hiện nay còn tập trung vào giải các bài toán, ít vận dụng dụng kiến thức vào thực tiễn. 1.2.2. Các nghiên cứu trong nước Học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” có những nội dung gắn liền với chương trình trung học phổ thông, các tác giả Thái Khắc Định, Trần Quốc Hà, Tạ Hưng Quí đã phân chia học phần thành hai nội dung chính Vật lí nguyên tử và Vật lí hạt nhân. Tuy nhiên, các nội dung dạy học có liên hệ thực tiễn để góp phần bồi dưỡng năng lực tích hợp các khoa học cho SV như các bài tập trong phần cuối chương, dự án học tập, nội dung dạy học mang yếu tố liên ngành, các vấn đề tích hợp có liên quan đến nghề nghiệp của SV sư phạm thì những nghiên cứu này chưa đề cập đến hoặc chưa đề cập rõ ràng. 1.3. Một số vấn đề tiếp tục nghiên cứu Thực hiện đề tài luận án, chúng tôi cần tiếp tục nghiên cứu các vấn đề sau: (1) Trong đào tạo giáo viên Vật lí trung học phổ thông, để SV có năng lực dạy học tích hợp cần những điều kiện, yếu tố nào? (2) Dạy học Vật lí đại cương nói chung và dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” nói riêng theo phương thức nào để bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp cho SV sư phạm Vật lí?
6 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Năng lực và các năng lực thành phần của năng lực dạy học tích hợp 2.1.1. Năng lực Năng lực là khả năng vận dụng kiến thức tổng hợp để giải quyết vấn đề/tình huống của bài học/bài tập một cách có hiệu quả, năng lực của sinh viên sư phạm Vật lí thể hiện trong điều kiện sinh viên biết dựa vào các chứng cứ khoa học (chủ yếu là khoa học tự nhiên) đã huy động để đánh giá những tác động của khoa học đến đời sống xã hội. 2.1.2. Các năng lực thành phần của năng lực dạy học tích hợp Trong phạm vi luận án này, chúng tôi đề xuất cấu trúc của năng lực dạy học tích hợp bao gồm bốn năng lực thành phần (bảng 2.1). Bảng 2.1: Cấu trúc năng lực dạy học tích hợp theo các năng lực thành phần và các biểu hiện hành vi Năng lực thành phần Biểu hiện hành vi/tiêu chí 1. Năng lực nhận thức về - Xác định được năng lực chung, năng lực đặc thù của môn dạy học tích hợp học Vật lí - Trình bày được những vấn đề lí luận về dạy học tích hợp 2. Năng lực tích hợp kiến - Phát hiện được vấn đề tích hợp thức các khoa học tự - Tổng hợp kiến thức tích hợp nhiên - Tìm tòi, khám phá, sắp xếp kiến thức các khoa học liên quan đến vấn đề tích hợp - Thuyết trình, diễn đạt chủ đề tích hợp theo trình tự logic, chính xác - Đánh giá tác động của khoa học đến đời sống, xã hội 3. Năng lực thiết kế giáo - Xác định mục tiêu dạy học tích hợp án và tổ chức hoạt động - Xây dựng kế hoạch (giáo án) dạy học tích hợp dạy học tích hợp - Sử dụng phương pháp, phương tiện dạy học hiệu quả 4. Năng lực kiểm tra đánh - Thiết kế và sử dụng bộ công cụ đánh giá năng lực học giá năng lực trong dạy sinh trong dạy học tích hợp học tích hợp Bảng 2.1 chỉ ra rằng năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên được phát triển cho SV sư phạm Vật lí thông qua tổ chức các chủ đề dạy học tích hợp trong dạy học Vật lí đại cương nhằm góp phần bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp cho SV Vật lí.
7 2.2. Năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên 2.2.1. Khái niệm năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên Năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên là thuộc tính tâm lí, khả năng của người học phát hiện được vấn đề tích hợp, huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng, phương pháp nhận thức của các môn học/của các khoa học tự nhiên để giải quyết vấn đề liên quan đến lí thuyết khoa học hoặc vấn đề thực tiễn trong đời sống, khoa học, công nghệ và dạy học Vật lí đạt được hiệu quả. Từ khái niệm năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên, chúng tôi cho rằng năng lực được hình thành cho SV thông qua các giai đoạn tổ chức dạy học chủ đề tích hợp (hình 2.1). Hình 2.1. Các giai đoạn hình thành năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên 2.2.2. Cấu trúc năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên Dựa trên cơ sở định nghĩa và phân tích các giai đoạn hình thành năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên, chúng tôi xác định khung năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên cho SV sư phạm Vật lí trong quá trình dạy học Vật lí đại cương được trình bày trong bảng 2.2. Bảng 2.2: Khung năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của SV sư phạm Vật lí trong dạy học Vật lí đại cương Năng lực thành phần Biểu hiện hành vi/tiêu chí Phát hiện được vấn đề tích hợp Nhận diện được vấn đề tích hợp, nhận ra được những mâu thuẫn từ vấn đề đã được nêu, đặt được câu hỏi xoay quanh vấn đề. Tổng hợp kiến thức tích hợp Tìm kiếm thông tin, huy động được các kiến thức liên quan và thiết lập mối quan hệ giữa kiến thức Vật lí với kiến thức các khoa học tự nhiên.
8 Tìm tòi, khám phá, sắp xếp Khám phá, lựa chọn, sắp xếp nội dung kiến thức liên kiến thức các khoa học liên quan đến vấn đề tích hợp, nghiên cứu giải quyết vấn quan đến vấn đề tích hợp đề tích hợp, đưa ra câu trả lời về tình huống gắn với thực tiễn bằng cách xâu chuỗi các thông tin đã thu thập được Thuyết trình, diễn đạt chủ đề Sử dụng đúng, chính xác ngôn ngữ khoa học, phát tích hợp theo trình tự logic, biểu ý tưởng rõ ràng, mạch lạc chính xác Đánh giá tác động của khoa Đánh giá tích cực, tiêu cực của nghiên cứu khoa học học đến đời sống, xã hội đến đời sống, xã hội, hình thành kĩ năng sống 2.2.3. Thang đo năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí Dựa trên khung năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên (bảng 2.2). Chúng tôi đề xuất thang đo chi tiết các mức độ của năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của SV sư phạm Vật lí trong học tập Vật lí đại cương (bảng 2.3). Bảng 2.3: Thang đo năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên Năng lực Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4 thành phần Điểm: 0-4,9 Điểm: 5,0-5,9 Điểm: 6,0-7,9 Điểm: 8,0-10 Phát hiện được Không phát Phát hiện được Tự phát hiện Tự phát hiện vấn đề tích hợp hiện được vấn vấn đề tích được nhưng được một cách đề tích hợp hợp nhưng chưa đầy đủ đầy đủ các phải nhờ sự các vấn đề tích vấn đề tích hợp hướng dẫn hợp Tổng hợp kiến Không tổng Tổng hợp Tổng hợp được Tổng hợp kiến thức tích hợp hợp được kiến được kiến thức kiến thức tích thức tích hợp, thức tích hợp tích hợp nhưng hợp, nhưng còn thông tin đầy cần sự hướng thiếu một số đủ, giải quyết dẫn thông tin mới được vấn đề có thể giải quyết được vấn đề
9 Tìm tòi, khám Không biết tìm Tìm tòi, khám Tìm tòi, khám Tìm tòi, khám phá, sắp xếp kiến tòi, khám phá, phá, lựa chọn, phá, lựa chọn, phá, lựa chọn, thức các khoa lựa chọn và sắp sắp xếp được sắp xếp các nội sắp xếp các nội học liên quan đến xếp nội dung, các nội dung dung để giải dung hợp lý, rõ vấn đề tích hợp sắp xếp lộn xộn nhưng phải quyết được các ràng, hoàn toàn các nội dung nhờ đến sự vấn đề nhưng chính xác hướng dẫn chưa hoàn toàn chính xác Thuyết trình, Không biết Thuyết trình, Thuyết trình, Thuyết trình, diễn đạt chủ đề thuyết trình, diễn đạt được diễn đạt ý diễn đạt ý tích hợp theo diễn đạt ý ý tưởng khi có tưởng đúng tưởng đúng, tự trình tự logic, tưởng khó hiểu gợi ý nhưng còn tin, có sáng tạo chính xác thiếu tự tin Đánh giá tác Không biết Đánh giá được Đánh giá được Đánh giá được động của khoa đánh giá, không các mặt hạn các mặt hạn chế các mặt hạn học đến đời sống thể nêu được chế và tích cực và tích cực của chế và tích cực xã hội mặt hạn chế và của khoa học khoa học tác của khoa học tích cực của tác động đến động đến đời tác động đến khoa học tác đời sống xã sống, đưa ra đời sống, đưa động đến đời hội nhưng phải bằng chứng ra bằng chứng sống xã hội có sự trợ giúp khoa học thuyết khoa học phục nhưng thuyết phục chưa đầy đủ đầy đủ 2.3. Dạy học theo chủ đề tích hợp 2.3.1. Khái niệm chủ đề tích hợp Chủ đề tích hợp là chủ đề có nội dung liên quan đến hai hay nhiều môn học hoặc lĩnh vực khoa học khác nhau. Những nội dung này có liên quan đến các vấn đề thời sự, những bài học gắn với thực tiễn, thể hiện được sự tổng hợp kiến thức của các môn học hay các lĩnh vực trên trong việc giải quyết các vấn đề của cuộc sống. 2.3.2. Dạy học theo chủ đề tích hợp Trong phạm vi luận án này, kế hoạch dạy học theo chủ đề tích hợp trong học phần Vật lí đại cương bao gồm 5 giai đoạn sau: (1) Mục tiêu chủ đề, (2) Ý tưởng sư phạm của chủ đề, (3) Graph tiến trình dạy học chủ đề, (4) Lựa chọn hình thức tổ chức dạy học, (5) Tiến trình dạy học cụ thể.
10 a. Mục tiêu chủ đề Xác định mục tiêu của chủ đề bao gồm kiến thức, kĩ năng mà SV phải đạt được, lĩnh hội được thông qua chủ đề và mục tiêu này được thể hiện theo từng giai đoạn dạy học phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học. b. Ý tưởng sư phạm của chủ đề Nêu lên các nội dung chứa trong chủ đề có liên hệ như thế nào về mặt thực tiễn, xuất phát từ vấn đề thời sự, những vấn đề đang được xã hội quan tâm hiện nay, những vấn đề có liên quan đến nghề nghiệp dạy học của SV như chủ đề trong chương trình môn học ở trường Trung học phổ thông, những vấn đề thời sự ấy có liên hệ với bài học trong chương trình Vật lí đại cương. c. Graph tiến trình dạy học chủ đề tích hợp Trong phạm vi luận án này, graph được dùng để thiết kế tiến trình dạy học chủ đề tích hợp theo hướng phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên trong dạy học phần Vật lí đại cương, đồng thời cũng là sơ đồ liên kết các nội dung kiến thức tích hợp các khoa học và cách thức tổ chức dạy học chủ đề tích hợp (hình 2.2). Nội dung Vật lí Những vấn đề sản xuất, đời sống xã hội có tính thời sự đại cương về khoa học và công nghệ Giai đoạn tiếp nhận nhiệm vụ: Xác định câu hỏi chính cho chủ đề Giai đoạn chuẩn bị: Tổng hợp kiến thức tích hợp liên môn có liên quan đến câu hỏi, phân tích các dữ liệu khoa học hướng đến câu hỏi bài học. Giai đoạn thực hiện: Xâu chuỗi các dữ liệu khoa học, kiến thức tích hợp để giải thích vấn đề, đưa ra câu trả lời cho bài học Giai đoạn phát biểu, thuyết Giai đoạn đánh giá tác động của trình về câu trả lời khoa học đến đời sống, xã hội Giai đoạn kết thúc chủ đề: Kết luận và rút ra nhận xét. Đánh giá kết quả học tập của SV Hình 2.8: Tiến trình dạy học chủ đề tích hợp trong dạy học Vật lí đại cương.
11 d. Lựa chọn hình thức tổ chức dạy học: Các giai đoạn hình thành năng lực cho SV cần phải có hình thức tổ chức học tập khác nhau, ví dụ làm thí nghiệm, thảo luận nhóm, làm việc cá nhân, tra cứu thông tin, thuyết trình… e. Tiến trình dạy học cụ thể: Mô tả chi tiết kế hoạch dạy học các chủ đề tích hợp. 2.4. Thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho sinh viên sư phạm Vật lí theo định hướng bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp 2.4.1. Thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho sinh viên sư phạm Vật lí a. Mục tiêu điều tra: Điều tra thực trạng bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp đặc biệt là bồi dưỡng năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên trong dạy học Vật lí đại cương cho SV sư phạm Vật lí. b. Đối tượng điều tra: 25 giảng viên và 176 SV các trường sư phạm có đào tạo SV sư phạm Vật lí. 2.4.2. Kết luận kết quả điều tra về dạy học Vật lí đại cương cho sinh viên sư phạm Vật lí theo định hướng bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp Chương trình Vật lí đại cương, đề cương môn học dành cho SV sư phạm Vật lí của các trường đại học đều xác định cụ thể mục tiêu theo chuẩn đầu ra hướng đến phát triển phẩm chất, năng lực của SV, đáp ứng chuẩn giáo viên Vật lí THPT. Tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên trong chương trình yêu cầu còn ở mức độ thấp (liên hệ, ứng dụng). Chưa quan tâm dạy học các chủ đề tích hợp. Các giảng viên và sinh viên phần lớn đồng tình với việc đưa dạy học theo chủ đề tích hợp vào trong chương trình dạy học Vật lí đại cương để tạo điều kiện cho sinh viên vận dụng kiến thức liên ngành để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, nâng cao năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên (một thành phần của năng lực dạy học tích hợp). Kết luận chương 2 - Năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên thực chất là năng lực vận dụng kiến thức tích hợp liên môn để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống. Bồi dưỡng cho SV năng lực này nhằm giúp SV áp dụng kiến thức tích hợp một cách hiệu quả khi triển khai xây dựng và tổ chức dạy học các chủ đề tích hợp nói chung, tích hợp STEM, STEAM nói riêng là những điểm mới nổi bật trong chương trình giáo dục phổ thông 2018. - Quy trình dạy học để bồi dưỡng năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên cho SV sư phạm được xây dựng ở chương 2 thích hợp với quá trình dạy học trên lớp bởi vì quy trình này giúp cho SV tham gia vào hầu hết các hoạt động học tập, SV tích cực, chủ động chiếm lĩnh kiến thức mới.
12 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG KẾ HOẠCH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP PHẦN “VẬT LÍ NGUYÊN TỬ HẠT NHÂN” THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÍCH HỢP KIẾN THỨC CÁC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CỦA SINH VIÊN SƯ PHẠM VẬT LÍ 3.1. Các chủ đề tích hợp nhằm phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học cho sinh viên sư phạm Vật lí Chúng tôi đề xuất dạy học các kiến thức học phần” Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo các chủ đề sau: Chủ đề 1. Sự kích thích nguyên tử, sự phát quang của một số chất. Chủ đề 2. Tia X và chẩn đoán hình ảnh bằng tia X. Chủ đề 3. Thực phẩm chiếu xạ. Chủ đề 4. Phóng xạ và các đồng vị phóng xạ. Chủ đề 5. Ứng dụng của Vật lí hạt nhân vào các lĩnh vực trong đời sống. 3.1. Tiến trình dạy học chủ đề “Tia X và chẩn đoán hình ảnh bằng tia X” a. Mục tiêu của chủ đề - Phân tích và đề xuất được bộ câu hỏi để giải quyết tình huống đặt ra của chủ đề “Tia X và chẩn đoán hình ảnh bằng tia X”. - Giải thích hoạt động của ống Coolidgo hoặc ống Crookes, cơ chế tạo ra tia X. - Phát biểu được phổ tia X gồm có hai thành phần: Phổ vạch và phổ liên tục. - Mô tả và giải thích được hiệu ứng Auger. - Dự đoán được các nguyên tố hóa học có nguyên tử lượng lớn sẽ hấp thụ mạnh tia X. - Đề xuất thí nghiệm kiểm chứng về chất không tan được ứng dụng trong chuẩn đoán dạ dày và mô mềm. - Tiến hành thí nghiệm và nhận xét đúng về mối quan hệ giữa tia X và các nguyên tố có nguyên tử lượng lớn, nguyên tố càng có khối lượng lớn thì càng hấp thụ mạnh tia X. b. Ý tưởng sư phạm của chủ đề Nghiên cứu giáo trình dành cho SV sư phạm Vật lí, tác giả Thái Khắc Định đề cập đến tia X và phổ tia X [24]. Các photon tia X khi mang đủ năng lượng có thể ion hóa nguyên tử và phá vỡ liên kết phân tử. Điều này làm cho nó trở thành một loại bức xạ ion hoá, do đó gây hại cho mô sống cơ thể. Ứng dụng tia X và kết hợp với một số khám phá về chất hóa học hấp thụ tia X sẽ được tìm hiểu sâu hơn khi dạy chủ đề tích hợp cho SV.
13 Phân tích nội dung chương trình giáo dục phổ thông mới và chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí [14], [15] (chương trình mới có đề cập đến ứng dụng kiến thức Vật lí trong Y học), có một chủ đề tích hợp “tia X” để dạy kiến thức về tia X và ứng dụng của nó vào thực tiễn. Chủ đề này tạo cơ hội cho SV vận dụng kiến thức của nhiều lĩnh vực như tia X (Vật lí), muối BaSO4 (Hóa học), chụp dạ dày (Y sinh) và các thành phần nguyên tố tạo nên các cơ quan bên trong cơ thể. c. Graph dạy học chủ đề Tia X Chụp X quang các mô mềm trong cơ thể người để chuẩn đoán một số bệnh a. Phát hiện vấn đề tích hợp Tại sao mô mềm mà tia X đi qua được? Có thể dùng 1 hợp chất nào đó để tăng sự hấp thu tia X không? Làm sao em biết được? Có phải muối BaSO4 là một loại muối vô hại và có lợi trong chuẩn đoán X quang không? Làm thế nào để em biết được điều này là đúng hay sai? b. Tổng hợp kiến thức tích hợp Sự tạo thành tia X, tính chất tia X, ứng dụng tia X, phổ tia X Muối hấp thụ tia X: Thí nghiệm kiểm tra để đánh giá độ an toàn của muối So sánh sự khác nhau giữa cấu tạo các nguyên tố bên trong cơ thể, rút ra được kết luận vì sao muối hấp thụ được tia X Đọc giáo trình, thảo luận Đọc phiếu thông tin Đề xuất thí nghiệm để nhóm, tra cứu thông tin So sánh khả năng hấp kiểm chứng độ an toàn Mô tả tia X tạo ra bằng thụ tia X giữa một số của muối dùng hỗ trợ ống Coolidge hoặc ống nguyên tố và các mô chẩn đoán X quang. Kết Crookes trong cơ thể luận được muối không Giải thích sự hình thành Rút ra nhận xét: muối tan trong nước và axit nên phổ tia X có chứa Ba có Z=137, sẽ bị đào thải ra ngoài qua Cách tạo ra hình ảnh tia cao hơn các nguyên tố hệ tiêu hóa, từ đó không X khác cấu tạo nên cơ thể gây hại cho người c. Tòi tòi, khám phá, sắp xếp dữ liệu và trả lời câu hỏi Muối có chứa Ba, nguyên tố này có nguyên tử lượng cao hơn hẳn các nguyên tố tạo ra mô mềm (hidro, carbon, nitrogen, oxygen) nên có khả năng hấp thu chùm tia X gấp nhiều lần mô mềm của cơ thể. Việc ăn muối này trước khi chụp X quang mô mềm nhằm giúp tạo ra hình ảnh X quang rõ nét về mô mềm trong cơ thể, giúp bác sĩ chẩn đoán bệnh chính xác hơn. Đồng thời muối kết tủa nên dẽ bị thải ra ngoài, không gây nguy hiểm cho người ăn.
14 d. Thuyết trình e. Đánh giá tác động của khoa học đến đời sống xã hội Việc chẩn đoán các mô mềm của cơ thể bằng kĩ thuật X quang trong y tế là hoàn toàn khả thi nhưng phải dùng chất hóa học bổ trợ. Tia X xuyên qua các mô mềm nhưng lại bị hấp thu mạnh bởi các kim loại có khối lượng cao. Các muối chứa kim loại này không tốt cho những người bị tổn thương bên trong mô mềm, có thể để lại vết mờ cho các lần chuẩn đoán sau. Tia X là bức xạ có bước sóng ngắn nên dễ gây tổn hại các tế bào lành. f. Kết luận Hiệu ứng Auger: Khi eletron và chạm với electron ở lớp vỏ trong nguyên tử và làm bật electron lõi này ra khỏi nguyên tử, để lại một lỗ trống. Các electron ở lớp vỏ kế tiếp sẽ chuyển mức và lấp đầy lỗ trống. Trong trường hợp bình thường thì sự dịch chuyển này sẽ phát ra bức xạ tia X. Tuy nhiên trong một số trường hợp thì phần năng lượng này sẽ được chuyển cho một electron ở lớp vỏ khác và làm bật electon này ra khỏi nguyên tử. Electron đó gọi là electron Auger. BaSO4 là một muối kim loại không tan trong nước được dùng trong khám X quang ống tiêu hoá do chất này không bị cơ thể hấp thu và cũng không tác động đối với sự tiết dịch của dạ dày, ruột. Hình 3.1: Graph tiến trình dạy học chủ đề “Tia X và chẩn đoán hình ảnh bằng tia X d. Lựa chọn hình thức tổ chức dạy học Căn cứ vào graph của tiến trình dạy học đã trình bày trên hình 3.1, bảng 3.2 mô tả chi tiết các hình thức tổ chức dạy học, phương tiện và thời gian dạy học chủ đề 2. Bảng 3.2: Bảng mô tả hình thức, phương tiện và thời gian tổ chức dạy học chủ đề Tiến trình Hình thức tổ chức Thời Phương tiện sử dụng gian (phút) Giới thiệu chủ đề Thuyết giảng 5 Video khoa học. Nêu câu hỏi dạng lựa chọn. Câu hỏi trắc nghiệm. Phát hiện vấn đề Làm việc nhóm 10 Giấy, bút, phiếu học tập. tích hợp Tổng hợp kiến Làm việc nhóm 30 thức tích hợp Tia X và phổ tia X Giáo trình, giấy A4, sổ ghi chép Nêu câu hỏi so sánh thông Phiếu thông tin tin và đánh giá thông tin Thí nghiệm về BaSO4 BaSO4, que khuấy, dung
15 dịch axit loãng Tìm tòi, sắp xếp Làm việc nhóm. Lên ý 30 Giấy A0, bút. dữ liệu logic tưởng trình bày Trình bày SV trình bày trước lớp 40 Slide báo cáo ngắn Đánh giá tác động SV trình bày trước lớp 10 Slide báo cáo ngắn của khoa học với đời sống xã hội Kết luận của Thuyết giảng 10 Bảng giảng viên e. Tiến trình dạy học cụ thể Hoạt động 1. Phát hiện vấn đề tích hợp Giảng viên mời SV xem một video[100] Giảng viên: Hãy thảo luận và nhận xét về tia X khi dùng nó để chụp các bộ phận trong cơ thể người. Từ đó hãy lựa chọn phương án đúng nhất trong số các phương án sau đây: A. Hiện nay trong các bệnh viện, công nghệ chụp X quang để chẩn đoán tổn thương các mô cứng như xương cổ, bàn tay, bàn chân. B. Hiện nay trong các bệnh viện, công nghệ chụp X quang để chẩn đoán tổn thương các mô mềm như dạ dày, ruột. C. Cả hai phương án trên đều được sử dụng. Mục đích của câu hỏi nhiều lựa chọn là để tạo ra hai ý kiến khác nhau, đó là phương án A hoặc C. Giảng viên: Câu trả lời là C. Giảng viên đề nghị nhóm SV chọn phương án A nêu lên “nghi vấn” ở câu trả lời C này. Giảng viên nêu “Câu trả lời đúng là câu C có mâu thuẫn với những hiểu biết của em về tia X không? Nếu em cho là có thì mâu thuẫn ở chỗ nào?” Giảng viên nhắc SV lấy giấy, bút, ghi các nghi ngờ/thắc mắc chưa rõ. Giảng viên mời 3 bạn lên phát biểu, các nhóm khác nhận xét. Kết quả được mong đợi từ SV: Tại sao mô mềm mà tia X đi qua được? Có thể dung chất hóa học nào đó để tăng sự hấp thu tia X không? Làm sao em biết được? Giảng viên tiếp tục giả sử một tình huống: Anh M bị đau dạ dày, mặc dù đã uống thuốc khá lâu nhưng không khỏi, M bị nghi có khối u bênh trong dạ dày. Để chụp X quang dạ dày cho anh M, bác sĩ cho bệnh nhân M ăn một loại muối BaSO4, trong khi bệnh nhân N cùng phòng với M chụp X quang xương thì lại không cần ăn chất này? Giải thích vì sao?
16 Giảng viên: Trước khi trả lời cho tình huống, các em thảo luận với nhau, thiết lập một hoặc một chuỗi các câu hỏi xoay quanh tình huống này? Dự đoán câu trả lời của SV: Có phải muối BaSO4 là một loại muối vô hại và có lợi trong chuẩn đoán X quang không? Làm sao em biết được điều này là đúng hay sai? Hoạt động 2. Tổng hợp tài liệu tích hợp Hoạt động tìm hiểu về tia X và phổ tia X Giảng viên: SV đọc giáo trình, thảo luận nhóm. Tìm thông tin trả lời các câu hỏi. Tìm hiểu khái quát về tia X 1. Tia X được khám ra vào năm nào? Ai là người khám phá tia X? 2. Vẽ sơ đồ và mô tả hoạt động của ống tạo ra tia X 3. Bản chất tia X. Nêu một số công dụng tia X mà em biết. Phổ tia X Giảng viên: Giới thiệu có hai loại phổ tia X là phổ vạch và phổ liên tục. Giảng viên đề nghị SV đọc giáo trình, làm việc nhóm để trả lời câu hỏi. 1. Phổ liên tục của tia X được hình thành như thế nào? Bước sóng nhỏ nhất tia X được tính bằng công thức gì? 2. Phổ vạch (còn gọi là phổ đặc trưng) được hình thành như thế nào? Hãy trình bày biểu thức xác định tần số phổ vạch tia X theo hệ thức Moseley. Tính chất đâm xuyên của tia X Giảng viên: Vẽ thang sóng điện từ, cho biết bản chất Vật lí của tia X và so sánh tính chất đặc trưng nhất của tia X so với một số sóng điện từ khác (dựa vào thuyết năng lượng). Mục đích là để SV hiểu tác dụng đâm xuyên mạnh của tia X là do bước sóng của nó ngắn đến mức nào, xếp thứ hai chỉ sau tia Gamma. Bài tập củng cố: SV giải các bài tập. Giảng viên: SV nghiên cứu nội dung trong giáo trình, các dụng cụ hỗ trợ tìm kiếm thông tin như điện thoại có kết nối internet: Hãy trình bày nguyên lý tạo ảnh của máy chụp X quang dùng để chẩn đoán hình ảnh (lĩnh vực y tế). Hoạt động phân tích khả năng hấp thụ tia X trong cơ thể Giảng viên: SV hãy đọc và phân tích phiếu thông tin (hình 3.5), đề nghị SV dựa trên phiếu thông tin để rút ra nhận xét về khả năng hấp thụ tia X.
17 PHIẾU THÔNG TIN TRỢ GIÚP SV SO SÁNH SỰ HẤP THỤ TIA X GIỮA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ VÀ CÁC MÔ TRONG CƠ THỂ 1. Các nguyên tố chính cấu tạo nên các bộ phận trong cơ thể người: C, H, O, N. 2. Xương: 11,6 - 13,8 vì 10% là Canxi (Z=20). 3. Mô mềm: 7,4. 4. Chì (Z=82) hấp thụ tia X rất mạnh, nên dùng để che chắn trong chụp X quang. Hình 3.5: Phiếu thông tin trợ giúp SV so sánh khả năng hấp thụ tia X giữa một số nguyên tố và các mô trong cơ thể Câu trả lời mong đợi từ SV: Trong cơ thể, các nguyên tố C, H, O, N là các nguyên tố có giá trị Z nhỏ, mô mềm có Z khoảng 7,4 nên không thể hấp thụ tia X (cho tia X đi qua), xương có giá trị Z cao nhất nên xương có thể cản tia X (hình ảnh xương trên X quang cho ta biết được đều đó). Chì có giá trị Z lớn nên dùng để cản tia X. Vậy trong cơ thể, bộ phận nào có giá trị Z càng lớn thì hấp thụ (cản) tia X càng cao và ngược lại. Hoạt động thí nghiệm kết tủa của muối. Hình 3.6: Dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng sự kết tủa của muối BaSO4 SV quan sát và tìm hiểu các dụng cụ thí nghiệm (hình 3.6). Giảng viên hỏi: Nếu cho muối vào nước hoặc nước chanh thì các em sẽ quan sát được gì? Dự đoán một số SV sẽ trả lời kết tủa một cốc, hai cốc hoặc một số khác có thể không biết mà sẽ nói nó có màu trắng đục. Giảng viên đề nghị SV đề xuất cách tiến hành thí nghiệm kiểm tra. a. SV hãy lý giải hiện tượng quan sát được và trả lời câu hỏi “Muối BaSO4 có thực sự an toàn khi ăn không? Vì sao?” b. Muối đang dùng có gốc kim loại gì? Khối lượng bao nhiêu? Khả năng hấp thụ tia X nhiều hay ít? Dựa vào đâu để em biết? SV thảo luận và trả lời các câu hỏi của giảng viên. Hoạt động 3: Tìm tòi, khám phá, sắp xếp kiến thức các khoa học liên quan đến vấn đề tích hợp
18 SV thiết kế câu trả lời: hình thức trình bày là dùng công cụ bổ trợ như giấy A0. BaSO4 là một muối kim loại không tan trong nước (qua thí nghiệm kết tủa trong axit) được dùng trong khám X quang ống tiêu hoá do chất này không bị cơ thể hấp thu và cũng không tác động đối với sự tiết dịch của dạ dày, ruột. Hoạt động 4: Trình bày và đánh giá tác động khoa học đến đời sống, xã hội SV trình bày câu trả lời cho tình huống nêu lên trước đó, ghi lên giấy A0. Kết luận dựa vào bằng chứng khoa học. Dựa vào thang đo năng lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên bảng 2.3 và mục tiêu, nội dung dạy học chủ đề 2. Chúng tôi đề xuất các tiêu chí đánh giá theo các năng lực thành phần cho SV (bảng 3.7), giảng viên đánh giá SV theo thang điểm 10, sau đó qui đổi thành 4 mức độ năng lực từ thấp đến cao. Bảng 3.7: Bảng tiêu chí đánh giá chủ đề “Tia X và chẩn đoán hình ảnh bằng tia X” Năng lực thành tố Biểu hiện cụ thể Điểm (Nhóm 1) Năng lực phát hiện 1. Tia X được tạo ra như thế nào? vấn đề tích hợp 2. Vì sao tia X lại xuyên qua được mô mềm? 3. Muối BaSO4 có thành phần đặc biệt nào để hấp thụ tia X? 4. Ăn một chất Hóa học như vậy có ảnh hưởng đến sức khỏe không? Làm sao có thể khẳng định được? Năng lực tổng hợp 1. Khái quát về tia X kiến thức tích hợp 2. Phổ tia X 3. Cách tạo ảnh bằng tia X trong y tế 4. Các nguyên tố có Z càng lớn thì có khả năng hấp thụ tia X càng cao 5. Muối dùng cho bệnh nhân là muối kết tủa trong môi trường axit. Đề xuất ý tưởng và thực hiện thí nghiệm Năng lực tìm tòi, Ba có Z lớn, muối của nó kết tủa nên nó vừa khám phá, sắp xếp hấp thụ mạnh tia X, vừa thải ra ngoài theo kiến thức các khoa đường bài tiết. Do đó, có tác dụng trong học liên quan đến chụp X quang dạ dày và gần như vô hại