Tóm tắt Luận án tiến sĩ Khoa học giáo dục: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương Dòng điện trong các môi trường Vật lí 11 nhằm phát triển NLKH cho học sinh trung học phổ thông

Chia sẻ: Trần Văn Ha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm Xây dựng và đưa vào sử dụng 3 bộ thí nghiệm dạy và học kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11) phát triển NLKH cho học sinh. Xây dựng được tiến trình dạy và học 4 nội dung kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11), có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng nhằm phát triển NLKH cho học sinh.

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: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương Dòng điện trong các môi trường Vật lí 11 nhằm phát triển NLKH cho học sinh trung học phổ thông

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM LÊ CHÍ NGUYỆN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “DÕNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƢỜNG” VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Ngành: Lý luận và phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật lý Mã số: 9140111 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ THÁI NGUYÊN - 2019
Công trình được hoàn thành tại: TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS.TS NGUYỄN VĂN KHẢI 2. TS. CAO TIẾN KHOA Phản biện 1: ............................................................................................. Phản biện 2: ............................................................................................. Phản biện 3: ............................................................................................. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại: TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Vào giờ ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia; - Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên; - Thư viện Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên.
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Lê Chí Nguyện, “Khảo sát thực trạng dạy và học chương “Dòng điện trong các môi trường” theo tiếp cận phát triển năng lực khoa học cho học sinh (Vật lí 11)”, Tạp chí thiết bị giáo dục số 112, tháng 12/2014, trang 27, 28, 29.30. 2. Lê Chí Nguyện, “Một số cải tiến và phương án sử dụng bộ thí nghiệm “Dòng điện trong các môi trường” trong dạy học vật lí 11 nhằm tăng cường hoạt động tìm tòi - nghiên cứu của học sinh”, Tạp chí giáo dục số đặc biệt, tháng 3/1014. trang 151, 152, 144. 3. Lê Chí Nguyện, “Xây dựng khái niệm năng lực khoa học cho học sinh trong học tập vật lí ở trường trung học phổ thông”, Tạp chí giáo dục số 354, kì 2 tháng 3/2015 trang 56, 57, 58. 4. Lê Chí Nguyện, “Sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường THPT theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ và sáng tạo của học sinh”, Tạp chí giáo dục số đặc biệt, tháng 10/2015, trang 138, 139, 140. 5. Lê Chí Nguyên, “Sử dụng kết nối máy tính trong thí nghiệm về hiện tượng nhiệt điện (Vật lí 11) hỗ trợ dạy học phát triển năng lực khoa học cho học sinh”. Tạp chí thiết bị giáo dục số 126, tháng 2/2016, trang 90, 91, 92. 6. Lê Chí Nguyện, “Sử dụng kết nối máy tính trong thực hành khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điôt bán dẫn (Vật lí11) nhằm phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh”. Tạp chí giáo dục số đặc biệt tháng 4/2016, trang 105.106,107. 7. Nguyễn Văn Khải - Lê Chí Nguyện, “Đánh giá NLKH của học sinh khi dạy học một số kiến thức về “Dòng điện trong các môi trường”, (Vật lí 11). Tạp chí khoa học, ĐHSP Hà Nội, Volume 61, Number 8B, 2016, trang 272 - 278 8. Nguyễn Văn Khải - Lê Chí Nguyện, “Thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm thực hành đo hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện trong dạy học vật lí 11 nhằm phát triển năng lực khoa học cho học sinh”, Tạp chí khoa học ĐHSP - ĐHĐN, số 29B[03]/2018 - Hội thảo giảng dạy Vật lí toàn Quốc lần thứ IV.
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Năng lực khoa học của học sinh đã trở thành một vấn đề quan trọng của giáo dục, ở cấp quốc gia và quốc tế khi nhân loại đang đối mặt với những thách thức lớn trong việc cung cấp nước, thực phẩm, kiểm soát bệnh tật, tạo ra đủ năng lượng và thích nghi với biến đổi khí hậu (UNEP, 2012),[72]. Đối phó với tất cả những thách thức trên đòi hỏi mọi công dân phải có kiến thức khoa học. Vì vậy, ở các nước có nền giáo dục tiên tiến, khoa học là một yếu tố bắt buộc trong chương trình học từ mẫu giáo đến khi hoàn thành giáo dục phổ thông [72]. Theo chương trình giáo dục phổ thông (2018) môn Vật lí ở cấp Trung học phổ thông, thí nghiệm, thực hành đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc hình thành khái niệm, quy luật, định luật Vật lí. Vì vậy, bên cạnh việc sử dụng các mô hình Vật lý và Toán học, chương trình môn Vật lí chú trọng thích đáng đến việc hình thành năng lực tìm tòi khám phá các thuộc tính của đối tượng Vật lí thông qua các nội dung thí nghiệm, thực hành dưới các góc độ khác nhau.[2] Trong những năm qua, mặc dù các trường phổ thông của nước ta đã được trang bị các thiết bị thí nghiệm theo “Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu” của Bộ Giáo dục và Đào tạo, nhưng hiệu quả sử dụng chúng vẫn còn nhiều hạn chế. Trong đó, các thí nghiệm về “Dòng điện trong các môi trường” (Vật lí 11) hiện hành, số lượng thiết bị thí nghiệm thiếu; còn nhiều thí nghiệm định tính, một số phép đo dùng đồng hồ đa năng hiện số có độ chính xác không cao, khó sử dụng, chưa đáp ứng được yêu cầu dạy học phát triển năng lực. Vì vậy, cần phải hoàn thiện và xây dựng thêm các thí nghiệm với độ chính xác cao, thu thập và xử lí dữ liệu trong thời gian ngắn, tạo điều kiện nhiều hơn về thời gian cho các hoạt động tìm tòi - nghiên cứu, đa dạng hóa hình thức học tập. Vì những lí do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là:
2 “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” Vật lí 11 nhằm phát triển NLKH cho học sinh trung học phổ thông”. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực khoa học cho học sinh. 3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu + Đối tƣợng nghiên cứu - Hoạt động dạy học và thí nghiệm hỗ trợ dạy và học một số kiến thức về: “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” trong chương trình Vật lí lớp 11 THPT. - NLKH của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí + Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng, hoàn thiện thí nghiệm hỗ trợ hoạt động dạy và học; Tổ chức hoạt động học một số kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” trong chương trình Vật lí lớp 11 THPT. - Học sinh lớp 11 ở tỉnh Ninh Bình và thành phố Hà Nội. 4. Giả thuyết khoa học “Nếu xây dựng được các thí nghiệm và sử dụng chúng để thiết kế tiến trình dạy học phù hợp với lí luận phát triển năng lực trong dạy học một số kiến thức về “Dòng điện trong các môi trường”(Vật lí 11), thì NLKH của học sinh sẽ được phát triển”. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết - Nghiên cứu thực tiễn dạy học - Thực nghiệm khoa học - Thống kê toán học
3 6. Những đóng góp mới của luận án 6.1. Đóng góp về mặt lí luận - Xây dựng được 3 nguyên tắc xây dựng và 6 biện pháp sử dụng thí nghiệm hỗ trợ dạy học Vật lí phát triển NLKH cho học sinh THPT. - Xây dựng được quy trình sử dụng thí nghiệm, hỗ trợ hoạt động dạy và học kiến thức mới, thực hành thí nghiệm và giải bài tập thí nghiệm ở nhà phát triển NLKH cho học sinh. - Xây dựng được bộ tiêu chí đánh giá mức độ phát triển NLKH của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí có sử dụng thí nghiệm. 6.2. Đóng góp về mặt thực tiễn - Xây dựng và đưa vào sử dụng 3 bộ thí nghiệm dạy và học kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11) phát triển NLKH cho học sinh. - Xây dựng được tiến trình dạy và học 4 nội dung kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11), có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng nhằm phát triển NLKH cho học sinh. - Xây dựng được bộ tiêu chí đánh giá mức độ phát triển NLKH của học sinh trong và sau khi học 4 nội dung kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11). - Bằng những linh kiện bán dẫn phổ biến, rẻ tiền đã thiết kế và chế tạo được thiết bị thu thập và xử lí số liệu thí nghiệm với các phép đo tín hiệu nhỏ (mV), có độ chính xác cao, phù hợp với dạy học Vật lí phát triển NLKH cho học sinh ở trường THPT. 7. Cấu trúc của luận án Cấu trúc của luận án, ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận án gồm 4 chương: Chƣơng 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2: Cơ sở lí luận và thực tiễn Chƣơng 3: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” nhằm phát triển NLKH cho học sinh. Chƣơng 4: Thực nghiệm sư phạm
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH 1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài + Ở Hoa kỳ: Nhiều chu trình học tập khoa học khác nhau đã được đề xuất, kể từ khi Robert Karplus giới thiệu chu trình dạy học khoa học vào năm 1962. Carl J. Wenning (2011) giới thiệu chu trình mới về dạy học khoa học Vật lí “phỏng theo” phương pháp nghiên cứu khoa học, gồm 5 giai đoạn: quan sát, thao tác, khái quát, xác minh và áp dụng. [98, tr 8]. Theo tác giả dạy học theo chu trình 5 giai đoạn - “Có lẽ nó đơn giản và chặt chẽ hơn “bắt chước” các quá trình tổng thể của khoa học Vật lí sơ khai”. [98, tr 11]. + Ở các nước Châu Âu: Các năng lực được nêu trong “Khung trình độ châu Âu” để học tập suốt đời. Trên cơ sở đó, các quốc gia phát triển chương trình giáo dục của riêng mình, nhưng phải mô tả chuẩn đánh giá kết quả học tập theo “khung năng lực tham chiếu châu Âu” và phát triển một số công cụ đánh giá mới để hỗ trợ quá trình học tập [74, pp,7-8]. Chương trình đánh giá NLKH học sinh (viết tắt là PISA). là một chương trình nghiên cứu đánh giá chất lượng giáo dục của OECD và đang trở thành chương trình đánh giá NLKH học sinh trên toàn thế giới. Quan điểm về NLKH của PISA đã được áp dụng rộng rãi ở các nước Tây Âu. Trên cơ sở khung NLKH của PISA, ở một số nước đã phát triển, cụ thể hóa NLKH trong các môn học [4],[52]. Nga tham gia PISA từ chu kỳ 2003, 2006, 2009, 2012 và 2015. Những kết quả đánh giá của PISA là một phần của chương trình mục tiêu phát triển giáo dục của Liên bang. [78]. Nhiều nước Đông Âu đã tham gia PISA và sử dụng khung NLKH của PISA để xây dựng chuẩn NLKH của học sinh phổ thông. Công trình nghiên cứu của Razumốpxki (1975), về “Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh
5 trong quá trình dạy học Vật lí ” - NXB Mátxcơva, 1975, trình bày một cách sâu sắc cơ sở lí thuyết và thực nghiệm của vấn đề phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh trong học tập Vật lí đã và đang được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, kết quả giáo dục các môn khoa học chưa đạt đến mục tiêu mong muốn[79]. + Ở các nước Châu Á: Các hệ thống giáo dục ở Châu Á có những khác biệt giữa các thể chế chính trị và chuẩn mực văn hóa. Ở Nhật bản, khung NLKH của học sinh gồm ba loại kiến thức, kĩ năng: Kiến thức, kỹ năng nhận thức khoa học ; Kiến thức, kĩ năng về phương pháp nghiên cứu khoa học ; Khả năng tư duy / phán đoán / thể hiện của cá nhân [86], khung năng lực này tương đồng với khung NLKH trong PISA,[72,tr12]. Các nhà khoa học cho rằng: quốc gia của họ xếp hạng cao trong các kì đánh giá học sinh Quốc tế như PISA, TIMSS và PIRLS là hiệu quả của những cải cách gần đây về chương trình giáo dục và kiểm tra đánh giá. Các nghiên cứu về giáo dục khoa học và công nghệ ở một số trường học ở Singapore, Hồng Kông, và ở một số nước châu Á có thứ hạng cao trong đánh giá PISA, cho thấy: NLKH theo PISA đang được đặc biệt chú trọng trong phát triển chương trình giáo dục…[86], [87],[89]. 1.1.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam Ở Việt Nam, Nghiên cứu của Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường (2016) chỉ ra cấu trúc của năng lực chung là sự kết hợp của 4 năng lực thành tố: Năng lực chuyên môn; năng lực phương pháp; năng lực xã hội; năng lực cá thể. [34, tr 67]. Tác giả Vũ Trọng Rỹ - Phạm Xuân Quế (2015) nghiên cứu về “ Kiểm tra đánh giá kết quả học tập môn Vật lí của học ở trường phổ thông theo định hướng phát triển năng lực”, vận dụng cách đánh giá của PISA 2012 vào thiết kế đề thi/ kiểm tra NLKH Vật lí, nghiên cứu đã kết luận: “Vận dụng cách đánh giá của PISA là một hướng đổi mới kiểm tra đánh giá kết quả học tập môn Vật lí theo định hướng phát triển năng lực”, [50, tr,11].
6 1.2. NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC 1.2.1. Nghiên cứu ở nước ngoài + Ở Hoa kỳ: Các hãng chế tạo thiết bị thí nghiệm nổi tiếng như PASCO, YSI.v.v. đã cố gắng cải tiến thiết bị thí nghiệm theo các mục tiêu dạy học khoa học. Tuy nhiên, các thiết bị thí nghiệm thường cồng kềnh, khó di chuyển, thiết kế dưới dạng các bài thí nghiệm cụ thể. Nghiên cứu của Hofstein và Lunetta (1982) cho thấy xu hướng thiết kế thí nghiệm trong dạy học các môn khoa học ở Hoa kì đã hướng tới phát triển một số kĩ năng góp phần hình thành, phát triển NLKH cho học sinh nhưng chưa đáp ứng được yêu cầu dạy học[102]. + Ở Châu Âu: Những nghiên cứu của Jones (2003) về phát triển năng lực Vật lí - Khung đào tạo đại học tại Anh cho thấy: Ngày càng nhiều học sinh tốt nghiệp ra trường mà không hiểu biết cơ bản về các nguyên tắc Vật lí . Do đó, cần xem xét về sự hữu ích của các thí nghiệm và việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học hiện nay [85]. Việc dạy học với các thí nghiệm được lắp sẵn thành bộ, các phương pháp đo lường được chọn trước cho thấy, học sinh thiếu các kỹ năng thực nghiệm cần thiết để tự nghiên cứu[86]. + Ở các nước Châu Á Nghiên cứu của Junichiro Yasuda (2012), Wang,F. (2012) về “ Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của việc dạy học dựa trên tìm tòi với sự phát triển hiểu về bản chất của khoa học của học sinh” [20]; nghiên cứu của Hu, J. H., & Wang, L. (2009) về “Nghiên cứu đồ dùng dạy học của chương trình dạy học hóa học ở trường trung học phát triển khả năng phân tích khoa học của học sinh” [90] cho thấy thực tế dạy học khoa học còn hạn chế, các nghiên cứu sử dụng thí nghiệm trong các dự án đổi mới phương pháp dạy học phần lớn dừng lại ở dạy học thử nghiệm.[91,tr 25-26]. 1.2.2. Nghiên cứu ở Việt Nam Hiện nay nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông theo hai xu hướng: (1) Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo từ những vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm; (2) Ứng dụng tiến bộ của kĩ thuật số, xây dựng và sử dụng thí nghiệm có hỗ trợ của thiết bị vi tính.
7 1) Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo từ những vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm Để phát huy tính tự lực, sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập các thí nghiệm cần được chế tạo dưới dạng các Module để học sinh tự đề xuất phương án thí nghiệm, lựa chọn thiết bị, lắp ráp, thu thập và xử lí số liệu - phát triển NLKH cho học sinh. 2) Ứng dụng tiến bộ của kĩ thuật số, xây dựng và sử dụng thí nghiệm có hỗ trợ của thiết bị vi tính Các nghiên cứu có chung một nhận xét là: Sử dụng thí nghiệm Vật lí kết nối với thiết bị vi tính, kết quả phép đo có độ chính xác cao, tiết kiệm được thời gian trong thu thập, xử lí, trình bày số liệu, học sinh sẽ có nhiều hơn thời gian cho các hoạt động thảo luận, phân tích kết quả rút ra các kết luận khoa học. 1.3. NGHIÊN CỨU VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC VỀ “DÕNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƢỜNG”, VẬT LÍ 11 Ở nước ngoài, các công ty như PHYWE, EV, FESTO, LEYBOD của CHLB Đức; POSCO (Mỹ); ADDESTATION (Addest Technovation - Singgapo), đã sản xuất hàng loạt thiết bị thí nghiệm, đo lường, điều khiển tự động, kết nối với thiết bị vi tính thay thế phần lớn các thí nghiệm truyền thống trong nhà trường. Riêng thí nghiệm về “Dòng điện trong các môi trường”, PHYWE (2008), giới thiệu bốn thí nghiệm [98] Hạn chế của các thí nghiệm nhập khẩu từ nước ngoài là: giá thành cao, dụng cụ thí nghiệm khá cồng kềnh, khó thao tác, thí nghiệm lắp sẵn thành bộ, chủ yếu là thí nghiệm biểu diễn của giáo viên, phương án thí nghiệm không phù hợp với dạy học phát triển NLKH cho học sinh ở trường phổ thông. Vì vậy, các thí nghiệm này chưa đáp ứng được yêu cầu dạy học phát triển NLKH cho học sinh. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Các câu hỏi đặt ra cho nghiên cứu luận án là: (1) Tổ chức dạy học Vật lí như thế nào để phát triển được NLKH cho học sinh, trong đó có tính đến yếu tố đặc thù của bộ môn Vật lí, đó là phát huy được vai trò của thí nghiệm trong các hình thức tổ chức dạy học khác nhau?
8 (2) Cần xây dựng và sử dụng các thí nghiệm như thế nào để đảm bảo tính khả thi và tính hiệu quả trong việc phát triển NLKH cho học sinh THPT. (3) Việc đánh giá tính khả thi, hiệu quả về sự phát triển NLKH của học sinh trong dạy học Vật lí có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng sẽ được thực hiện như thế nào? Chƣơng 2 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 2.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM 2.1.1. Năng lực của học sinh Weinert (2001) định nghĩa: “Năng lực là những khả năng nhận thức và kĩ năng vốn có học được của các cá thể nhằm giải quyết các vấn đề xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ, ý chí, ý thức xã hội và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề trong những tình huống thay đổi một cách thành công và có trách nhiệm” [34 tr 67]. Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể (2018) định nghĩa:“Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí,... thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể” [1,tr 37]. Trong các định nghĩa nêu trên năng lực của học sinh được hình thành, phát triển nhờ sự kết hợp hai yếu tố đó là: tố chất và kiến thức, kĩ năng. Trên cơ sở phân tích nội hàm các khái niệm năng lực nêu trên, chúng tôi định nghĩa khái niệm năng lực như sau: Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, biểu hiện ở khả năng vận dụng các kiến thức, kĩ năng và thái độ vào giải quyết thành công một vấn đề, tình huống trong lĩnh vực hoạt động của cá nhân.
9 2.1.2. Năng lực khoa học của học sinh Trong nghiên cứu này chúng tôi chọn định nghĩa: “NLKH là khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng và thái độ vào giải quyết tình huống thực tiễn có liên quan đến khoa học” [72, tr 11,12] NLKH được xác định dưới dạng một tập hợp ba năng lực mà một cá nhân có năng lực khoa học cần thể hiện được đó là: (1) Giải thích các hiện tượng có khoa học (Explain phenomena scientifically);(2) Thiết kế và đánh giá các điều tra khoa học (Evaluate and Design Scientific Enquiry); (3) Trình bày các dữ liệu và bằng chứng một cách khoa học.(Interpret data and evidence scientifically)[72,tr7]. 2.2. CÁC BIỂU HIỆN NLKH CỦA HỌC SINH TRONG HỌC TẬP MÔN VẬT LÍ 2.2.1. Biểu hiện NLKH của học sinh theo PISA 2.2.2. Biểu hiện năng lực Vật lí của học sinh THPT. 2.2.3. Biểu hiện NLKH của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí Nghiên cứu so sánh những nét tương đồng về biểu hiện năng lực của học sinh trình bày trong PISA và Chương trình Vật lí mới (2018), chúng tôi lựa chọn các biểu hiện NLKH của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí như bảng 2.3 Bảng 2.3. Biểu hiện NLKH của học sinh THPT trong học môn Vật lí theo tác giả Năng lực Biểu hiện của học sinh thành phần + Giải thích được các hiện tượng Vật lí diễn ra tự nhiên và trong các thí nghiệm Vật lí; Giải thích + Giải thích được mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng đại lượng cần đo và biến số; Vật lí có + Giải thích được nguyên nhân sai số, các kết quả khoa học thí nghiệm nằm ngoài sự mọng đợi; + Giải thích được các ứng dụng kĩ thuật có liên quan đến kiến thức Vật lí. Đánh giá và + Nhận ra vấn đề (câu hỏi) khoa học có thể nghiên thiết kế một cứu, phát biểu được vấn đề. nghiên cứu + Nêu được giả thuyết/ dự đoán có khoa học khoa học Vật + Suy ra được hệ quả có thể kiểm tra bằng thí nghiệm lí + Thiết kế được phương án thí nghiệm khả thí;
10 + Lựa chọn được dụng cụ phù hợp với phương án thí nghiệm; Biết lắp ráp, tiến hành thí nghiệm trong khoảng thời gian hợp lí; Kết quả thí nghiệm nằm trong khoảng mong đợi; + Đánh giả được nguyên nhân và các sai số thí nghiệm. + Trình bày được kết quả thí nghiệm một cách khoa học. Phân tích, + Biết dựa vào hình dạng của đồ thị để giải thích/dự trình bày dữ đoán mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lí. liệu thí + Biết phân tích, tính toán kết quả từ các dữ liệu nghiệm Vật thí nghiệm. lí một cách + Biết giải thích các kết quả nằm ngoài khoảng khoa học mong đợi. + Biết sử dụng kết quả thí nghiệm để biện luận tính đúng đắn của kết luận khoa học (kiến thức Vật lí mới). Giải quyết vấn đề và sáng tạo là mọt đạc thù của hoạt đọng tìm hiểu khoa học [2, tr 32].Về mặt lí luận dạy học, giải quyết vấn đề trong học tập Vật lí có thể theo hai cách: (1) Giải quyết vấn đề bằng suy luận lí thuyết, kiểm tra bằng thực nghiệm (sử dụng thí nghiệm nghiên cứu kiểm chứng); (2) Giải quyết vấn bằng con đường thực nghiệm (sử dụng thí nghiệm nghiên cứu khảo sát) [23],[64]. Vì vậy, việc lựa chọn, xắp sếp các biểu hiện NLKH của học sinh trong học tập Vật lí phụ thuộc vào cách thức sử dụng thí nghiệm trong hoạt động giải quyết vấn đề. 2.3. SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NLKH CHO HỌC SINH THPT 2.3.1. Thí nghiệm Vật lí Thí nghiệm trong nghiên cứu Vật lí. Thí nghiệm trong dạy học Vật lí. 2.3.2. Phân loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí 2.3.2.1. Thí nghiệm biểu diễn Thí nghiệm mở đầu;Thí nghiệm nghiên cứu;Thí nghiệm củng cố kiến thức 2.3.2.2. Thí nghiệm thực tập Thí nghiệm trực diện; Thí nghiệm thực hành 2.3.2.3. Bài tập thí nghiệm (BTTN)
11 2.3.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học phát triển NLKH cho học sinh V.G. Razumôpxki đã khái quát hóa thành chu trình sáng tạo khoa học Vật lí gồm 4 giai đoạn (hình vẽ 2.1). Khác với nhà khoa học, để phát triển NLKH của mình, học sinh không thể tự mình thực hiện được chu trình sáng tạo như các nhà khoa học đã làm, mà cần có sự hỗ trợ của giáo viên và thiết bị thí nghiệm. Vì vậy, thí nghiệm trong dạy học phát triển NLKH Vật lí cho học sinh có vai trò như sau: 2.3.3.1. Hỗ trợ học sinh phát hiện vấn đề cần nghiên cứu (sự kiện khởi đầu) 2.3.3.2. Hỗ trợ họ c sinh xây dự ng dự đ oán (mô hình, giả đ ị nh trừ u tư ợ ng) 2.3.3.3. Là phương tiện kiểm tra sự đúng đắn của dự đoán (kiểm tra bằng thực nghiệm) 2.3.3.4. Là phương tiện thống nhất giữa lí thuyết và thực hành 2.4. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM PHÁT TRIỂN NLKH CHO HỌC SINH THPT 2.4.1. Nguyên tắc xây dựng thí nghiệm Nguyên tắc 1: Phù hợp với chương trình dạy học, trình độ nhận thức của học sinh + Nội dung nguyên tắc: Ở cấp THPT, phải có nhiều thiết bị thí nghiệm để thực hiện được các phép đo định lượng, chính xác, phát triển NLKH cho học sinh. + Thí dụ minh hoạ Nguyên tắc 2: Đảm bảo dạy học phát triển NLKH cho học sinh + Nội dung nguyên tắc: Xây dựng thí nghiệm phải có tính kế thừa, tính hệ thống, phù hợp với các mức độ hình thành, phát triển
12 các thành tố NLKH của học sinh. + Thí dụ minh hoạ Nguyên tắc 3: Đảm bảo tính thực tiễn, khả thi + Nội dung nguyên tắc: Thí nghiệm phải đảm bảo tính sư phạm, thẩm mĩ, khoa học, chính xác, có độ ổn định cao, cho kết quả rõ ràng, dễ quan sát, làm thí nghiệm trong thời gian ngắn, an toàn khi sử dụng; Phù hợp với xu hướng phát triển của khoa học & công nghệ; Chế tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ lắp ghép, giá thành hợp lí, đáp ứng được mục tiêu dạy học phát triển NLKH cho học sinh. + Thí dụ minh hoạ 2.4.2. Quy trình xây dựng thí nghiệm Bƣớc 1: Tìm hiểu thực tế sử dụng thí nghiệm ở trường THPT Bƣớc 2: Xây dựng thí nghiệm Bƣớc 3: Tiến hành thử nghiệm Bƣớc 4: Hoàn thiện thiết bị thí nghiệm 2.4.3. Quy trình sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh 2.4.3.1. Dạy học xây dựng kiến thức mới Trong nghiên cứu này, khi dạy kiến thức mới chúng tôi lựa chọn quy trình dạy học giải quyết vấn đề gồm 5 bước: Bƣớc 1: Làm xuất hiện vấn đề Bƣớc 2: Phát biểu vấn đề Bƣớc 3: Lập và thực hiện kế hoạch giải quyết vấn đề, tự đánh giá giải pháp Bƣớc 4: Rút ra kết luận ( hợp thức hóa kiến thức) Bƣớc 5: Vận dụng kiến thức mới. 2.4.3.2. Luyện tập thí nghiệm a) Sử dụng thí nghiệm thực hành Quy trình hướng dẫn học sinh thực hành thí nghiệm Bƣớc 2: Hướng dẫn học sinh thiết kế phương án thí nghiệm Bƣớc 3: Hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm Bƣớc 4: Hướng dẫn học sinh phân tích kết quả thí nghiệm và đánh giá kết quả thực hành của học sinh. b) Sử dụng bài tập thí nghiệm Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập thí nghiệm ở nhà. Bƣớc 1: Phân tích đề bài nêu giả thiết và kết luận Bƣớc 2: Lập kế hoạch giải bài tập thí nghiệm
13 Bƣớc 3: Tiến hành giải bài tập thí nghiệm Bƣớc 4: Báo cáo kết quả 2.5. CÁC BIỆN PHÁP SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NLKH CHO HỌC SINH 2.5.1. Biện pháp chung Biện pháp thứ 1: Dạy học thông qua tổ chức hoạt động cho học sinh Lí thuyết kiến tạo của Jean Piaget (1896 - 1983), người học luôn học được từ hành động của chính mình, chỉ có hoạt động của cá nhân con người mới nhận ra sự mất cân bằng nhận thức và tự tìm cách cân bằng nó [27]. Lí thuyết “Vùng phát triển gần” của L.Vygosky (1896 - 1934) cho rằng: Sự phát triển nhận thức có nguồn gốc xã hội, chủ yếu thông qua sử dụng ngôn ngữ, đặc biệt trong bối cảnh tương tác với người khác (giao tiếp). [34,tr 67] Các luận điểm nêu trên dẫn đến một biện pháp dạy học phát triển năng lực cho học sinh là, “Dạy học thông qua tổ chức hoạt động cho học sinh”. + Thí dụ minh hoạ Biện pháp thứ 2. Phối hợp các giai đoạn khác nhau của quá trình học tập Năng lực của học sinh được hình thành và phát triển từ nhiều năng lực thành tố. Thực tế dạy học cho thấy: Khi dạy học một nội dung kiến thức cụ thể, do hạn chế về thời gian, khả năng nhận thức của học sinh, trong một giai đoạn dạy học, giáo viên không thể phát triển đầy đủ được các thành tố năng lực, mà chỉ lựa chọn thành tố năng lực nào phù hợp với nội dung kiến thức, tập chung vào phát triển thành tố năng lực đó. Vì vậy, một trong các biên pháp dạy học phát triển năng lực cho học sinh cần là: “Phối hợp các giai đoạn khác nhau của quá trình học tập”. + Thí dụ minh hoạ Biện pháp thứ 3. Sử dụng các tình huống học tập gắn với thực tiễn Theo quan điểm của triết học Mác - Lênin, con người nhận thức thế giới khách quan nói chung và khoa học nói riêng tuân theo quy luật: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng tìm ra chân lí khách quan”. Mục tiêu của dạy học phát triển năng lực là dạy cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng vào giải quyết vấn đề thực tiễn [1], [2],[3], đối với học sinh, thực tiễn trong học tập môn
14 Vật lí là các hiện tượng trong tự nhiên liên quan đến kiến thức Vật lí và thực hành thí nghiệm. + Thí dụ minh hoạ 2.5.2. Biện pháp cụ thể Biện pháp thứ nhất: Sử dụng thí nghiệm phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh + Nội dung: Quá trình hình thành kĩ năng phải đi từ các kĩ năng đơn giản (kĩ năng lặp lại) đến các kĩ năng phức tạp - từ các giai đoạn cụ thể đến toàn bộ quá trình làm thí nghiệm [52],[68]: Lựa chọn dụng cụ có sẵn lắp đúng theo sơ đồ, thực hiện đúng các thao tác thí nghiệm; Đề xuất phương án, thiết kế thí nghiệm, tìm kiếm dụng cụ, thực hiện thành thục các thao tác thí nghiệm... + Vận dụng: Trong các tiến trình dạy học, giáo viên hướng dẫn học sinh sử dụng thí nghiệm theo 3 mức độ từ đơn giản đến phức tạp hoặc ngược lại. Ba mức độ sử dụng thí nghiệm (hình vẽ 2.7 ),[68]. Hình 2.7. Ba mức độ yêu cầu học sinh đề xuất phương án TN + Thí dụ minh hoạ Biện pháp thứ 2: Sử dụng thí nghiệm phù hợp với tiến trình phát triển năng lực cho học sinh + Nội dung: Lựa chọn hình thức và phương pháp sử dụng thí nghiệm phù hợp với mức độ phát triển NLKH của học sinh
15 Biện pháp thứ 3: Sử dụng thí nghiệm phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh trong học tập + Thí dụ minh hoạ 2.6. XÂY DỰNG BỘ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ NLKH CỦA HỌC SINH TRONG HỌC TẬP VẬT LÍ CÓ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM 2.6.1. Khái niệm đánh giá Quá trình đánh giá gồm ba khâu cơ bản có trình tự: Đo; Lượng giá; Đánh giá. 2.6.2. Các phƣơng thức đánh giá NLKH của học sinh trong học tập môn Vật lí 2.6.2.1. Đánh giá thông qua bảng kiểm quan sát Các bước tiến hành quan sát đánh giá: Bƣớc 1: Chuẩn bị + Xây dựng thang đánh giá Bƣớc 2: Tiến hành quan sát để thu thập dữ liệu + Quan sát trực tiếp: Sử dụng phiếu quan sát kết hợp với bảng tiêu chí, gán các điểm số theo từng tiêu chí cho nhóm hoặc cho cá nhân học sinh. Bƣớc 3: Phân tích và đánh giá kết quả quan sát Xếp loại NLKH cho học sinh theo 3 mức độ, tương ứng với điểm số: Mức 3 (điểm 5 - 6); Mức 2 (điểm 7 -8); Mức 1 (điểm 9-10). 2.6.2.2. Đánh giá đồng đẳng (quá trình hợp tác học tập) Bƣớc 1: Giáo viên chấm điểm cho các nhóm học sinh Bƣớc 2: Các thành viên trong nhóm đánh giá chéo nhau + Mỗi thành viên trong nhóm được nhận phiếu theo mẫu với các mức điểm tối đa như sau: STT Tiêu chí Điểm số 1 Hoàn thành 90 đến 100% công việc 9-10 điểm 2 Hoàn thành 70% đến 80% công việc công việc 7- 8 điểm 3 Hoàn thành 50% -60% công việc công việc 5- 6 điểm
16 4 Hoàn thành dưới 50% công việc 4 - 1 điểm 5 Không hoàn thành công việc 0 điểm Bƣớc 3: Giáo viên chấm điểm cho từng cá nhân học sinh 2.6.4. Lƣợng giá tiêu chí đánh giá NLKH của học sinh 2.6.4.1. Lượng giá NLKH của học sinh trong học kiến thức mới Bảng 2.8. Lƣợng giá NLKH của học sinh trong xây dựng kiến thức mới Năng lực thành tố Tiêu chí đánh giá Điểm số + Giải thích được hiện tượng Vật lí diễn ra trong thí nghiệm bằng ngôn ngữ vật lí và chỉ ra các Giải thích hiện quy luật Vật lí trong hiện tượng đó. tượng Vật lí có + Giải thích được nguyên nhân sai số, các kết khoa học quả thí nghiệm nằm ngoài sự mọng đợi; + Giải thích được các ứng dụng kĩ thuật liên quan đến kiến thức Vật lí. + Đặt ra những câu hỏi về một sự kiện vật lí, phát biểu được vấn đề + Nêu được giả thuyết/ dự đoán có khoa học, rút ra được hệ quả có thể kiểm tra được Đánh giá, thiết kế bằng thí nghiệm và thực hiện một + Đề xuất được phương án thí nghiệm khả thí; nghiên cứu khoa học Vật lí + Lựa chọn được dụng cụ thí nghiệm chính xác và phù hợp với phương án thí nghiệm; + Biết lắp ráp, tiến hành thí nghiệm trong khoảng thời gian hợp lí; Kết quả thí nghiệm nằm trong khoảng mong đợi; + Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức Vật lí. + Biết dựa vào hình dạng của đồ thị để giải thích/dự Phân tích, trình đoán mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lí. bày dữ liệu thí + Biết tính toán kết quả từ các dữ liệu thí nghiệm một cách nghiệm một cách chính xác. khoa học + Biết trình bày kết quả thí nghiệm có khoa học. + Biết giải thích các kết quả nằm ngoài khoảng mong đợi. + Biết sử dụng kết quả thí nghiệm để biện luận
17 tính đúng đắn của kết quả và rút ra các kết luận khoa học (kiến thức Vật lí mới). 2.6.4.2. Lượng giá NLKH của sinh học thực hành thí nghiệm 2.6.4.3. Lượng giá NLKH học sinh giải bài tập thí nghiệm. 2.7. ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG VỀ DẠY HỌC CHƢƠNG “DÕNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƢỜNG” Chúng tôi tiến hành điều tra thực tế sử dụng thí nghiệm trong dạy và học chương “Dòng điện trong các môi trường” (Vật lí 11), năm học 2014 - 2015, trên địa bàn tỉnh Ninh Bình và thành phố Hà Nội. 2.7.3.2. Về sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy và học Bảng 2.11. Thống kế tỷ lệ % về mức độ sử dụng thí nghiệm Mức độ sử dụng Phƣơng thức sử dụng Thƣờng Ít khi sử Không sử xuyên dụng dụng Thí nghiệm trong xây dựng kiến thức mới 15% 65% 20% Thí nghiệm thực hành trên phòng thí nghiệm 15% 85% 0% Bài tập thí nghiệm 5% 18% 77% Như vậy, phần lớn giáo viên ý thức được vai trò của thí nghiệm, nhưng chưa sử dụng thiết bị thí nghiệm theo đúng yêu cầu, nếu có sử dụng cũng ở mức độ biểu diễn, chứng minh, đặc biệt là thí nghiệm thực hành và bài tập thí nghiệm rất ít thực hiện. Hình thức tổ chức dạy học chủ yếu là dạy lí thuyết trên lớp, chưa kết hợp các hình thức sử dụng thí nghiệm trong dạy học. Giáo viên thường xem nhẹ việc dạy cho học sinh cách thức vận dụng kiến thức đã học vào giải thích, chứng minh các hiện tượng Vật lí thường gặp trong thực tiễn cuộc sống. Kết quả điều tra từ học sinh: Qua trao đổi trực tiếp và thu thập thông tin từ 186 phiếu hỏi, chúng tôi đã gửi 200 phiếu nhận được 186 phiếu) kết quả như sau: Qua kết quả điều tra đối với học sinh chúng tôi có một số nhận xét như sau: Việc tiếp thu kiến thức của học sinh rất thụ động, chủ yếu là ghi chép, làm bài tập, luyện thi trắc nghiệm. Mục tiêu học tập của các em là điểm số. Vì vậy, học sinh chỉ quan tâm đến các môn học theo tổ hợp môn