Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài "Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh" nhằm nghiên cứu xây dựng (thiết kế, chế tạo hoặc cải tiến) các TBTN phóng xạ và tổ chức dạy học một số kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) với những thiết bị thí nghiệm này để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của 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 thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ ANH ĐỨC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ (VẬT LÍ LỚP 12) THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học Bộ môn Vật lí Mã số: 9.14.01.11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI – 2022
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hưng (Trường Đại học Sư phạm Hà Nội) 2. TS. Trần Ngọc Chất (Trường Đại học Sư phạm Hà Nội) Phản biện 1: PGS.TS. Lê Thị Thu Hiền, Trường ĐH Giáo dục - ĐHQG Hà Nội Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Thị Nhị, Trường Đại học Vinh Phản biện 3: TS. Cao Tiến Khoa, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội vào hồi …..giờ … ngày … tháng… năm… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia Hà Nội Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 1. Le Anh Duc, Tran Ngoc Chat, and Nguyen Ngoc Hung. Evaluating experimental competence of 12th-grade students in Vietnam through teaching methods using radioactive experiments.1st international conference on innovation in learning instruction and teacher education, Conference proceedings, Hanoi National University of Education (HNUE), 2019. 2. Anh Duc Le, Quoc B Nguyen, Ngoc Chat Tran, and Ngoc Hung Nguyen. A remote- controlled detector system with Geiger–Müller counter. Physics Education 56(2), 025021, 2021. 3. Lê Anh Đức, Vũ Tá Quyền, Phạm Võ Trung Hậu, Đinh Công Minh và Nguyễn Phương Khả Trân. Khảo sát một số quan niệm về phóng xạ của sinh viên chuyên ngành vật lí. Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM, 18(5), 840, 2021. 4. Lê Anh Đức, Phạm Thiên Lộc và Trần Ngọc Chất. Thiết kế, chế tạo thiết bị phát hiện phóng xạ nhờ tia lửa điện sử dụng trong dạy học về phóng xạ alpha–beta. Kỉ yếu Hội nghị Giảng dạy Vật lí lần thứ 5, tháng 10, 2021. 5. Le Anh Duc, Nguyen Minh Duy, Nguyen Quoc B, Tran Ngoc Chat, and Nguyen Ngoc Hung. Improving the Wilson Cloud Chamber Using Peltier Chips. The Physics Teacher, 60(1), 62-65, 2022. 6. Lê Anh Đức, Trần Ngọc Chất, Nguyễn Ngọc Hưng. Xây dựng khung cấu trúc năng lực thực nghiệm vật lí tổng quát. Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM (Đã chấp nhận đăng)
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài - Chương trình Giáo dục Phổ thông được thực hiện từ năm 2018 có mục tiêu là hình thành, phát triển những phẩm chất tốt đẹp và các năng lực cần thiết cho HS. - Trong bộ môn vật lí nói riêng và các môn khoa học khác nói chung, khi tổ chức các hoạt động dạy học (DH), người GV phải chú trọng việc bồi dưỡng cho học sinh (HS) các năng lực (NL) đặc thù của bộ môn, đặc biệt là năng lực thực nghiệm (NLThN). - Trong chương trình vật lí THPT ở Việt Nam, không có TN nào được sử dụng trong dạy học các kiến thức liên quan đến phóng xạ. Phương pháp DH phần này chủ yếu là thông báo – tiếp nhận. Các TN phóng xạ (PX) có thể tạo ra cơ hội để các em HS có thể bộc lộ và được bồi dưỡng về NLThN. - Để hình thành và phát triển tất cả các thành tố của NLThN, không chỉ tổ chức cho HS tiến hành các TN với các TBTN có sẵn, mà cần tổ chức, hướng dẫn cho HS nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng các TBTN khi xây dựng và vận dụng kiến thức. Xuất phát từ những điều trình bày ở trên, tôi đã chọn đề tài “Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (vật lí lớp 12) theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng (thiết kế, chế tạo hoặc cải tiến) các TBTN phóng xạ và tổ chức dạy học một số kiến thức về PX (Vật lí lớp 12) với những TBTN này để bồi dưỡng NLThN của HS. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ❖ Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - NLThN của HS. - Tiến trình DH GQVĐ nói chung và tiến trình hướng dẫn HS xây dựng và sử dụng TBTN vật lí trong tiến trình DH GQVĐ nói riêng. ❖ Phạm vi nghiên cứu: - Nội dung các kiến thức vật lí về PX trong chương trình vật lí lớp 12 hiện hành và trong chương trình vật lí lớp 12 năm 2018. - Tiến trình DH GQVĐ một số kiến thức về PX và tiến trình hướng dẫn HS xây dựng và sử dụng các TBTN trong học tập những kiến thức này. - Cấu trúc của NLThN trong học tập những kiến thức PX. 4. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được các TBTN phóng xạ đáp ứng các yêu cầu của TBThN thực tập và sử dụng chúng trong tiến trình dạy học GQVĐ một số kiến thức về phóng xạ (Vật lí 12) thì có thể bồi dưỡng được năng lực thực nghiệm của HS. 5. Các nhiệm vụ nghiên cứu
2 Để đạt được mục đích nghiên cứu đã đề ra, đề tài có các nhiệm vụ nghiên cứu sau: - Nghiên cứu lí luận về DH vật lí bồi dưỡng NL nói chung và NLThN nói riêng, lí luận về việc xây dựng và sử dụng TBTN trong tiến trình DH GQVĐ. - Nghiên cứu chương trình, SGK vật lí 12 hiện hành và chương trình vật lí lớp 12 năm 2018 về PX của hạt nhân nguyên tử để xác định các nội dung kiến thức về PX và các thí nghiệm cần tiến hành trong DH các nội dung này. - Tìm hiểu thực tế việc DH các kiến thức về PX ở lớp 12 gồm: phương pháp dạy của GV, phương pháp học của HS, thực tế TBTN và phương pháp sử dụng TBTN trong dạy học các kiến thức về PX, các khó khăn trong dạy học về PX và những sai lầm phổ biến thường mắc phải của HS. - Soạn thảo tiến trình DH một số nội dung kiến thức theo tiến trình DH GQVĐ, trong đó có tiến trình hướng dẫn HS xây dựng các TBTN để tiến hành các TN về PX. - Thực nghiệm sư phạm (ThNSP) tiến trình DH các kiến thức đã soạn thảo để sơ bộ đánh giá tính khả thi và hiệu quả bồi dưỡng NLThN của tiến trình DH một số kiến thức về PX nói chung và tiến trình hướng dẫn HS xây dựng, sử dụng TBTN nói riêng. 6. Các phương pháp nghiên cứu Để hoàn thành các nhiệm vụ trên, những phương pháp nghiên cứu sau đã được sử dụng: - Phương pháp nghiên cứu lí thuyết - Phương pháp khảo sát thực tế - Phương pháp nghiên cứu trong phòng TN - Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Phương pháp thống kê toán học để xử lí các kết quả ThNSP thu được. 7. Những đóng góp của đề tài - Đã đề xuất cấu trúc của NLThN vật lí trong trường hợp phải thiết kế, chế tạo TBTN để thực hiện thí nghiệm. - Đã xây dựng (thiết kế, chế tạo) được 5 TBTN: Buồng sương sử dụng đá khô, buồng sương sử dụng sò nóng lạnh (chip Peltier), thiết bị phát hiện tia PX alpha-beta bằng tia lửa điện, đầu dò sử dụng ống đếm G-M, và hệ đầu dò điều khiển từ xa qua wifi. Các TBTN này dùng để tiến hành các TN: TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của sự PX, TN kiểm nghiệm một số đặc điểm của tia , TN kiểm nghiệm một số đặc điểm của tia , TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia , TN kiểm nghiệm nội dung định luật PX và TN minh hoạ nguyên tắc hoạt động của thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát hiện vị trí khuyết tật trong vật liệu/ vị trí tắc nghẽn trong đường ống. - Soạn thảo 3 tiến trình DH một số kiến thức về PX (Vật lí 12) theo tiến trình DH GQVĐ, trong đó có tiến trình hướng dẫn HS xây dựng và sử dụng các TBTN PX nhằm bồi dưỡng NLThN của HS.
3 - Vận dụng cấu trúc chung của NLThN đã đề xuất để xác định mục tiêu bồi dưỡng các hành vi của NLThN của HS khi nghiên cứu từng nội dung kiến thức về PX và xây dựng rubric đánh giá NLThN tương ứng. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Các nghiên cứu về năng lực 1.1.1. Định nghĩa năng lực Chương trình GDPT Tổng Thể năm 2018 đưa ra 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. 1.1.2. Qui trình xây dựng khung cấu trúc năng lực Theo tác giả Nguyễn Văn Biên, Đỗ Hương Trà, việc xác định cấu trúc NL sẽ bao gồm: - Thứ nhất: định nghĩa (mô tả nội hàm) NL. - Thứ hai: xác định các lĩnh vực, hợp phần và thành tố cấu thành nên NL đó. - Thứ ba: xác định các hành vi của mỗi thành tố. - Thứ tư: xác định mức độ chất lượng của các hành vi. 1.2. Các nghiên cứu về năng lực thực nghiệm 1.2.1. Khái niệm và cấu trúc năng lực thực nghiệm Tác giả Eickhorst và cộng sự đã cho rằng NLThN - “experimental competence” gồm các hành động: lập kế hoạch và thực hiện các TN nhằm làm rõ một câu hỏi vật lí, và đánh giá có ý nghĩa về kết quả, dữ liệu đã đạt được. Theo nhóm tác giả Metzger: NLThN được cấu trúc bởi các NL thành phần đề cập đến nhiều loại vấn đề khác nhau như quan sát, đo lường, tìm hiểu, nghiên cứu, đánh giá các biện pháp hoặc giải quyết vấn đề. Tài liệu của OCR đề cập đến kĩ năng thực hành - “practical skill” bao gồm các kĩ năng sau: lập kế hoạch cho TN, tiến hành, phân tích kết quả và kết luận. Nhóm tác giả Schreiber, Theyßen và Schecker cho rằng NLThN bao gồm các NL thành phần sau: Lập kế hoạch nghiên cứu, NL tiến hành TN, NL đánh giá. Tác giả Xayparseut Vylaychit định nghĩa: NLThN là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo với các thuộc tính tâm lí như hứng thú, niềm tin, ý chí để thực hiện thành công các nhiệm vụ thực nghiệm. Tác giả Nguyễn Văn Nghĩa đề xuất năng lực thực hành thí nghiệm, trong đó có các thành tố: Lập kế hoạch TN, tiến hành TN, xử lí, đánh giá kết quả TN và có thêm thành tố NL Thiết kế, chế tạo dụng cụ TN. Chúng tôi nhận thấy vị trí của thành tố “Thiết kế, chế tạo dụng cụ TN” ở sau thành tố “Xử lí, đánh giá kết quả TN” là chưa
4 thật sự phù hợp. Việc chế tạo dụng cụ TN mới phải được thực hiện trong quá trình thực hiện TN (trong trường hợp chưa có dụng cụ TN để thực hiện TN) chứ không phải sau khi đã thực hiện xong TN. 1.2.2. Một số nghiên cứu phương pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm + Tác giả Nguyễn Văn Biên đưa ra quy trình dạy học TN mở để bồi dưỡng NLThN của HS chuyên. + Tác giả Nguyễn Thị Nhị đề xuất một số biện pháp bồi dưỡng NLThN cho SV sư phạm ngành vật lí như: Tổ chức HĐDH các học phần có thực hành TN; tổ chức cho SV chế tạo các thiết bị, các dụng cụ TN; đổi mới cách thức kiểm tra đánh giá phù hợp. + Tác giả Xaypaseut Vylaychit đưa ra các biện pháp: Xây dựng nhiệm vụ học tập gắn liền với HĐ thực nghiệm nhằm phát triển NLThN của HS, xây dựng và hoàn thiện TBTN hỗ trợ HĐ thực nghiệm, tổ chức DH theo phương pháp DH giải quyết vấn đề trong DH các kiến thức mới và trong DH ƯDKT, xây dựng các bài tập TN và sử dụng nhiệm vụ gắn liền với HĐ giải bài tập TN. Tác giả Nguyễn Văn Nghĩa đề xuất các biện pháp bồi dưỡng NL thực hành TN của HS như: Sử dụng TN theo hướng bồi dưỡng NL thực hành TN cho HS; Tăng cường cho HS tìm hiểu các ứng dụng kỹ thuật của vật lí; Hướng dẫn HS chế tạo dụng cụ TN; Tăng cường các nội dung liên quan đến thực hành TN trong kiểm tra đánh giá. 1.3. Thiết bị thí nghiệm phóng xạ - các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ trên Thế giới 1.3.1. Nghiên cứu các TBTN phóng xạ từ các hãng sản xuất TBTN Qua nghiên cứu Catalogue của các hãng sản xuất TBTN như Phywe, Pasco, Leybold, Canberra... chúng tôi thu được kết quả về các TBTN PX như là buồng sương Wilson, ống đếm khí Geiger- Müller (G-M), đầu dò NaI, nguồn PX gamma, nguồn PX alpha-beta có hoạt độ thấp… Điểm chung của các bộ TBTN do các hãng thiết bị ở nước ngoài sản xuất là tích hợp nhiều chức năng, tuy nhiên nếu sử dụng những TBTN này trong DH thì chỉ đạt được mục đích bồi dưỡng NLThN cho HS ở một số thành tố nhất định; các bộ TN này bao gồm cả nguồn PX kèm theo, không bán ra khỏi nước sở tại và có giá thành cao. 1.3.2. Nghiên cứu việc sử dụng thí nghiệm phóng xạ trong dạy học ở một số nước trên Thế giới Đã có nhiều nghiên cứu tự chế tạo một số TBTN với chi phí thấp như: buồng ion hoá để nghiên cứu PX trong không khí, ống đếm Geiger- Müller để ghi nhận bức xạ ion hóa ở các vị trí khác nhau gần bề mặt Trái đất, buồng sương sử dụng nguồn lạnh là đá khô và các vật dụng phổ biến như ly thủy tinh, bể cá... Những bài báo này thiếu thông tin về các vấn đề có thể gặp phải khi chế tạo và tiến hành TN, cũng như các giải pháp khả thi để giải quyết những vấn đề đó.
5 1.4. Những vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu Từ những nội dung nghiên cứu tổng quan đề cập ở trên, một số vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu là: - Nghiên cứu bổ sung cấu trúc của NLThN, nhất là trong trường hợp HS được giao nhiệm vụ thiết kế, chế tạo TBTN để tiến hành các TN cần thiết. - Căn cứ vào chương trình GDPT môn vật lí lớp 12, xác định nội dung các kiến thức về PX mà HS cần học để xác định nội dung các TN cần tiến hành và các TBTN cần chế tạo được sử dụng để tiến hành các TN này. - Tiến trình hướng dẫn HS chế tạo một số TBTN về PX sao cho chúng đáp ứng được các yêu cầu đối với TBTN được sử dụng trong DH vật lí và bồi dưỡng được NLThN của HS. - Soạn thảo tiến trình DH từng kiến thức về PX theo tiến trình GQVĐ, trong đó có tiến trình hướng dẫn HS chế tạo TBTN và sử dụng TBTN để tiến hành TN cần thiết. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHÓNG XẠ TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH 2.1. Năng lực thực nghiệm 2.1.1. Định nghĩa năng lực thực nghiệm Dựa trên việc khảo cứu các định nghĩa về NLThN ở phần Tổng quan và định nghĩa Năng lực trong Chương trình tổng thể của Bộ GD&ĐT năm 2018, chúng tôi cụ thể hoá định nghĩa NLThN (năng lực thực hiện thí nghiệm): “Năng lực thực nghiệm là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính tâm lí như hứng thú, niềm tin, ý chí… để thực hiện thành công các nhiệm vụ thực nghiệm nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện hay bối cảnh cụ thể”. 2.1.2. Cấu trúc NLThN Dựa vào quá trình thực hiện thí nghiệm, cấu trúc NLThN bao gồm các thành tố sau đây: Xác định mục đích TN; thiết kế phương án TN; thực hiện TN; rút ra kết luận và cải tiến TN. Cấu trúc của NLThN cần được bổ sung thêm các chỉ số hành vi tương ứng với trường hợp chưa có TBTN có sẵn, HS cần thiết kế, chế tạo TBTN để thực hiện TN nhằm đạt được mục đích TN đã xác định. • Hai cơ sở để bổ sung các chỉ số hành vi mới cho cấu trúc NLThN: - Dựa vào quá trình tiến hành các hoạt động thực nghiệm của các nhà thực nghiệm. - Các khung cấu trúc NLThN từ các công trình đã nghiên cứu chưa có, hoặc chưa cụ thể hành vi chế tạo TBTN mới trong trường hợp không có sẵn TBTN.
6 Vì vậy, NLThN trong trường hợp chung có cấu trúc như sau: Bảng 2.1. Cấu trúc năng lực thực nghiệm Thành tố Chỉ số hành vi 1. Xác định NLThN1.1. Xác định được mục đích của TN mục đích TN NLThN2.1. Phân tích, xác định những kiến thức liên quan đến phương án TN NLThN2.2. Xác định được các TBTN cần sử dụng a) Nếu đã có TBTN có sẵn b) Nếu chưa có TBTN có sẵn để hoặc được cung cấp TBTN tiến hành TN để tiến hành TN NLThN2.3. Tìm hiểu các TBTN NLThN2.3. Tìm hiểu TBTN cần sử dụng qua các catalogue, tài có sẵn liệu, bài báo... NLThN2.4. Thiết kế TBTN cần chế NLThN2.4. Xác định được tạo 2.Thiết kế cách bố trí TN NLThN2.5. Chuẩn bị những vật liệu phương án TN cần thiết NLThN2.5. Dự kiến được NLThN2.6. Gia công các bộ phận các bước tiến hành TN của TBTN NLThN2.7. Lắp ghép các bộ phận thành TBTN theo thiết kế NLThN2.8. Bổ sung, sửa đổi các NLThN2.6. Xác định được chi tiết trong quá trình chế tạo cần thu thập được những dữ TBTN liệu TN định tính, hoặc định NLThN2.9. Xác định được cách bố lượng nào trí TN với TBTN mới này NLThN2.10. Dự kiến được các bước tiến hành TN
7 NLThN2.11. Xác định được cần thu thập được những dữ liệu TN định tính, hoặc định lượng nào NLThN3.1. Lắp ráp, bố trí các bộ phận NLThN3.2. Tiến hành TN 3. Thực hiện NLThN3.3. Sửa chữa, khắc phục được những sai hỏng trong quá TN trình TN NLThN3.4. Thu thập dữ liệu (định tính và định lượng) 4. Rút ra kết NLThN4.1. Xử lý dữ liệu luận và đánh NLThN4.2. Trình bày dữ liệu đã xử lý dưới dạng đồ thị giá quá trình NLThN4.3. Rút ra kết luận TN NLThN4.4. Đánh giá và đề xuất phương án cải tiến TN 2.1.3. Các mức độ của các chỉ số hành vi năng lực thực Những hành vi hoạt động trí óc (nói ra, viết ra, vẽ ra...) sẽ được phân theo thang SOLO (thang cấu trúc các kết quả học tập có thể quan sát được), chúng tôi phân thành 3 mức: - Mức 1 (Đơn cấu trúc): thực hiện hành vi đơn giản, cụ thể ở mức độ nhận thức thấp. - Mức 2 (Đa cấu trúc): có thể giải quyết một số vấn đề độc lập, rời rạc. HS có thể phân loại ý tưởng nhưng các ý tưởng lỏng lẻo, chưa kết hợp với nhau. - Mức 3 (Mối quan hệ): có thể hiểu mối quan hệ giữa một số khía cạnh và cách chúng có thể kết hợp với nhau để tạo thành một tổng thể. HS thực hiện được hành vi đầy đủ, chính xác. Những hành vi, hoạt động, thao tác tay chân sẽ được phân mức theo các mức độ của khung Dreyfus về việc thu nhận kĩ năng: - Mức 1 (Sơ khởi): Thực hiện các thao tác theo tuần tự khi có sự hướng dẫn, giám sát. - Mức 2 (Có kĩ năng): Thực hiện thao tác hành động chưa thuần thục nhưng không cần có sự hướng dẫn và đạt được chính xác nhất định. - Mức 3 (Thành thạo): Các thao tác hành động thuần thục và chính xác. 2.2. Thực trạng dạy học một số kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT và quan niệm của HS, SV về phóng xạ ở Việt Nam 2.2.1. Phương pháp dạy học và thực trạng thiết bị thí nghiệm để dạy học một số kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT Việt Nam - Nhiều GV không biết đến các TN PX, phương pháp dạy học chủ yếu là thuyết
8 trình, thông báo - tiếp nhận và hướng dẫn HS giải bài tập định lượng. - Kết quả phỏng vấn các HS về phương pháp, phương tiện và hình thức các GV thường sử dụng khi dạy các kiến thức PX cho thấy: GV chủ yếu thông báo, thuyết trình nội dung các kiến thức và HS tiếp nhận các nội dung kiến thức này để giải bài tập (chiếm 98,34%), một tỉ lệ thấp hơn chọn các câu trả lời GV có sử dụng hình ảnh, video hoặc tổ chức HĐ nhóm, HĐ tự học… trong quá trình DH kiến thức PX. - Theo Thông Tư Ban hành Danh mục tối thiểu thiết bị dạy học môn Vật lí, Hóa học, Sinh học, Tin học và Ngoại ngữ - Trường THPT chuyên (Số: 38/2011/TT- BGDĐT) chúng tôi thấy không có các TBTN PX. 2.2.2. Quan niệm sai về phóng xạ của HS, SV Việt Nam Qua việc khảo sát 505 SV đã học xong phóng xạ ở chương trình vật lí lớp 12, chúng tôi thấy: ▪ Về sự hiểu biết hay phân loại giữa PX và các loại bức xạ khác, hơn 42% số SV nghĩ rằng tia hồng ngoại và tia tử ngoại là tia PX, 72% SV cho rằng tia X là tia PX. ▪ 62% SV lựa chọn PX được phát ra từ các vật dụng hàng ngày như điện thoại, máy tính, lò vi sóng… ▪ 50% SV không phân biệt được sự khác biệt giữa hai khái niệm chiếu xạ và nhiễm PX. ▪ 92% SV cho rằng PX được ứng dụng trong sản xuất năng lượng HN và 211/505 SV cho rằng PX có ứng dụng trong hóa trị. 2.3. Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập trong dạy học vật lí 2.3.1. Vai trò và sự cần thiết của thí nghiệm TBTN vật lí có tầm quan trọng đặc biệt đối với DH vật lí. TBTN tạo điều kiện cho sự nghiên cứu có hệ thống, trực quan các hiện tượng, quá trình vật lí, cho phép hình thành các khái niệm, nghiên cứu các định luật một cách trực tiếp trên các đối tượng cần nhận thức và tạo điều kiện nghiên cứu các ƯDKT của vật lí. TBTN vật lí được chia thành hai loại: TBTN biểu diễn (được chế tạo để tiến hành các TN của GV) và TBTN thực tập (được chế tạo để tiến hành các TN của HS). TBTN thực tập có thể được HS sử dụng để tiến hành các TN ở các giai đoạn khác nhau của tiến trình DH GQVĐ, chính vì vậy TBTN thực tập có tác dụng bồi dưỡng NL của HS. 2.3.2. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí Quá trình xây dựng TBTN thực tập nhìn chung diễn ra theo các giai đoạn chung sau: - Xác định chức năng của TBTN thực tập cần xây dựng. - Tìm hiểu các TBTN cùng chức năng với TBTN cần xây dựng: • Nếu đã có TBTN thì cần phân tích ưu điểm, nhược điểm của TBTN. Từ đó xác định được cần cải tiến, hoàn thiện cái gì ? Và cải tiến, hoàn thiện như thế nào? • Nếu chưa có TBTN: Tìm hiểu các TBTN hiện có ở Việt Nam và trên Thế giới
9 có các chức năng, cấu tạo và hoạt động của TBTN cho phép tiến hành các TN đang quan tâm qua tài liệu, sách báo, catalogue, internet... - Thiết kế TBTN cần chế tạo dưới dạng bản vẽ. - Gia công các vật liệu, chế tạo các bộ phận, lắp ghép liên kết các bộ phận thành TBTN, và thử nghiệm, cải tiến TBTN. 2.4. Xây dựng và sử dụng TBTN thực tập trong tiến trình DH GQVĐ Sử dụng TBTN là hoạt động không thể thiếu được của tiến trình DH GQVĐ khi nghiên cứu các kiến thức vật lí mới và khi nghiên cứu các ƯDKT của vật lí. Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DH GQVĐ có thể diễn ra theo một trong hai con đường: Con đường lí thuyết và con đường thực nghiệm. Đối với trường hợp tiến trình xây dựng kiến thức vật lí mới không thể soạn thảo theo hai con đường nêu trên thì sẽ được xây dựng theo kiểu tìm hiểu lịch sử hình thành kiến thức vật lí. Luận án cũng sử dụng tiến trình nghiên cứu các ƯDKT của vật lí theo triến trình GQVĐ theo Con đường 1: Tìm hiểu bản thân TBKT, nguyên tắc cấu tạo, hoạt động của nó và đi tới làm sáng tỏ cơ sở vật lí của TBKT. 2.5. Các kiểu hướng dẫn HS trong quá trình xây dựng và sử dụng TBTN thực tập Trong quá trình HS xây dựng và sử dụng TBTN thực tập, để tạo cơ hội cho sự hình thành và phát triển NL nói chung và NLThN nói riêng của HS thông qua các hành động tìm tòi của HS thì trong tổ chức DH nên thực hiện kiểu hướng dẫn khái quát hóa chương trình hóa, cụ thể là: - Sự hướng dẫn ban đầu là hướng dẫn tìm tòi, nghĩa là đòi hỏi HS tự lực tìm tòi cách giải quyết nhiệm vụ đã đặt ra. - Nếu HS không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của GV là sự cụ thể hóa dần từng bước sự hướng dẫn khái quát hóa ban đầu (gợi ý thêm, chi tiết hóa dần). - Nếu HS vẫn không đáp ứng được thì sự hướng dẫn của GV chuyển dần sang kiểu hướng dẫn tái tạo. Khi cần thiết phải chuyển sang kiểu hướng dẫn tái tạo thì trước hết là sử dụng kiểu hướng dẫn tái tạo Angorit. - Nếu HS lại không đáp ứng được thì mới thực hiện sự hướng dẫn tái tạo đối với từng hành động, thao tác cụ thể, riêng rẽ của trình tự các hành động, thao tác đó. 2.6. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS Trong luận án chúng tôi sử dụng các biện pháp để bồi dưỡng NLThN của HS như sau: - Tổ chức dạy học các kiến thức PX theo kiểu dạy học GQVĐ (trong đó có các hoạt động hướng dẫn HS chế tạo TBTN để thực hiện TN và HS thực hiện TN với TBTN do GV chế tạo). - Sử dụng các kiểu hướng dẫn HS phù hợp trong quá trình hướng dẫn HS thiết kế, chế tạo TBTN và thực hiện TN: Từ hướng dẫn tìm tòi → hướng dẫn khái quát hoá → hướng dẫn tái tạo, tuỳ theo mức độ khó của hành vi và mức độ tự lực trong các nhiệm
10 vụ mà GV yêu cầu HS thực hiện. CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ 3.1. Phân tích mục tiêu dạy học các kiến thức về Phóng xạ, Vật lí lớp 12 Theo chương trình môn vật lí lớp 12 hiện hành và trong Chương trình môn vật lí 2018, nội dung các kiến thức PX đưa ra các yêu cầu cần đạt về năng lực được mô tả như sau: Bảng 3.1. Các yêu cầu cần đạt về năng lực trong dạy học các kiến thức phóng xạ Chương trình môn vật lí lớp 12 hiện Chương trình môn vật lí 2018 hành – Nêu được bản chất tự phát và ngẫu nhiên của sự phân rã phóng xạ. – Định nghĩa được độ phóng xạ, hằng số - Nêu được hiện tượng phóng xạ là gì, phóng xạ và vận dụng được liên hệ H = λN bản chất của các tia phóng xạ. – Vận dụng được công thức x = x0.e–t, với x - Phát biểu được định luật phóng xạ là độ phóng xạ, số hạt chưa phân rã hoặc tốc và viết được hệ thức của định luật này. độ số hạt đếm được. - Nêu được độ phóng xạ là gì, viết – Định nghĩa được chu kì bán rã. được công thức tính độ phóng xạ. – Mô tả được sơ lược một số tính chất của các - Nêu được ứng dụng của các đồng vị phóng xạ α, β và γ. phóng xạ. – Nhận biết được dấu hiệu vị trí có phóng xạ thông qua các biển báo. – Nêu được các nguyên tắc an toàn phóng xạ; tuân thủ quy tắc an toàn phóng xạ. Nội dung kiến thức phần “Phóng xạ” trong cả hai chương trình không có nhiều thay đổi. Theo chúng tôi, các yêu cầu về năng lực mà HS cần đạt được khi học các kiến thức phần này chỉ ở mức thấp nhất: định nghĩa được, mô tả được, nhận biết được, nêu được; vận dụng công thức để giải các bài tập định lượng. Những mục tiêu về bồi dưỡng NL của HS ở mức cao hơn như áp dụng, phân tích, đánh giá và sáng tạo không được đề cập. Do đó DH phần PX cần được bổ sung mục tiêu bồi dưỡng NL, nhất là mục tiêu bồi dưỡng NL GQVĐ, trong đó có NLThN. Bên cạnh đó, cần phải đưa những ƯDKT của các kiến thức về PX vào DH.
11 3.2. Nội dung các kiến thức về phóng xạ và các thí nghiệm về phóng xạ cần được tiến hành trong dạy học Bảng 3.2. Nội dung các kiến thức về PX và các thí nghiệm về PX tương ứng cần được tiến hành trong DH Các nội dung kiến thức PX TBTN PX cần sử dụng - Tính ngẫu nhiên của sự PX Đầu dò sử dụng ống đếm G-M + nguồn phóng xạ γ - Khả năng làm ion hoá môi trường, quãng Buồng sương hoặc TBTN phát hiện tia đường đi được và khả năng đâm xuyên của phóng xạ nhờ tia lửa điện + nguồn tia α phóng xạ α - Khả năng làm ion hoá môi trường, quãng Đầu dò sử dụng ống đếm G-M + nguồn đường đi được và khả năng đâm xuyên của PX β tia β - Khả năng đâm xuyên của tia γ Đầu dò sử dụng ống đếm G-M + nguồn PX γ - TN kiểm nghiệm biểu thức của định luật Đầu dò + nguồn PX γ có chu kì bán rã PX ngắn - TN minh hoạ nguyên tắc hoạt động của Đầu dò sử dụng ống đếm G-M + vật một số ƯDKT của các kiến thức về PX liệu bị khuyết tật bên trong + nguồn PX γ 3.3. Xây dựng các TBTN phóng xạ Việc tiến hành các TN về PX đòi hỏi phải có các TBTN tương ứng. Vì hiện nay, các TBTN về PX không có ở trường THPT nên trên cơ sở tìm hiểu các thông tin về những TBTN về PX đã có ở nước ngoài, phân tích tính khả thi của việc chế tạo chúng, chúng tôi đã nghiên cứu để thiết kế, chế tạo 5 TBTN. 3.3.1. Nguồn phóng xạ + Mẫu đất tự nhiên có chứa một lượng nhỏ đồng vị PX Uranium, Radium phát ra tia α và β. + Nguồn PX Stronti (Sr-90)/ phát tia β được mượn tại Trung tâm Hạt nhân Tp.HCM. + Nguồn PX γ (Co-60, Cs-137...) tại phòng TN vật lí HN của trường ĐH Sư phạm Tp.HCM. + Nguồn PX Technetium (Tc-99m) có chu kì bán rã 6h được mượn tại Bệnh viện 175, Tp. HCM để tiến hành TN kiểm nghiệm định luật PX. Các nguồn PX mà HS sử dụng trong các TN đều đã được kiểm định an toàn theo tiểu chuẩn của Việt Nam và Thế giới. 3.3.2. Buồng sương
12 a) Chức năng: Buồng sương dùng để ghi nhận và quan sát quĩ đạo (vết) của tia PX α, β; có thể dùng để tiến hành các TN kiểm nghiệm một số đặc điểm của tia  và tia  như: tính chất ion hoá, quãng đường đi được, khả năng đâm xuyên. b) Chế tạo buồng sương Buồng sương được chế tạo từ hộp thủy tinh hình trụ với bán kính đáy và chiều cao từ 5cm đến 7cm, có thể dùng hộp đựng thức ăn bằng thuỷ tinh có bán ở thị trường. Hình 3.1. Hình vẽ thiết kế buồng sương hoạt động bằng đá khô và buồng sương hoạt động bằng chip Peltier Với TBTN buồng sương, chúng ta có thể tiến hành TN kiểm nghiệm khả năng ion hóa của các tia , β dựa trên sự giải thích về nguyên lý hoạt động của buồng sương. Việc quan sát các vệt hơi của tia PX trong buồng cũng có thể ước lượng được quãng đường đi của tia  trong môi trường sương (khoảng vài cm). Cuối cùng, chúng ta có thể quan sát khả năng Hình 3.2. Hình ảnh vệt của tia PX bên đâm xuyên của tia  bằng cách đặt các tờ giấy trong buồng sương mỏng chắn các tia  ở bên trong buồng sương. 3.3.3. TBTN phát hiện tia phóng xạ alpha, beta nhờ tia lửa điện a) Chức năng: Phát hiện tia PX , β bằng cách tạo ra các tia lửa điện và tiếng nổ lách tách khi các tia , β chiếu vào TBTN. TBTN cao áp đánh lửa có thể thực hiện TN kiểm nghiệm tính đâm xuyên của hạt , TN kiểm nghiệm quãng đường đi của hạt  trong không khí. b) Chế tạo TBTN cao áp đánh lửa:
13 TBTN gồm các bộ phận sau: Pin (1) có điện áp đầu ra là 3,7V; công tắc để đóng ngắt TB; module tăng áp 50KV hay còn gọi là mạch tăng áp, module kích điện cao áp; điện cực dương và điện cực âm (Anốt và Catốt). Hình 3.3. TBTB cao áp đánh lửa 1. Pin 2. Module tăng áp 3. Công tắc 4. Catốt 5. Anốt 3.3.4. Đầu dò sử dụng ống đếm khí Geiger- Müller a) Chức năng: - Phát hiện và ghi đo tia PX γ, một số loại ống có thể ghi đo tia β. - TBTN này được sử dụng để tiến hành các TN sau: TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của sự PX; TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia β và tia γ; TN kiểm nghiệm biểu thức của định luật PX và TN minh họa nguyên tắc hoạt động của TBKT sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật trong vật liệu. b) Chế tạo đầu dò sử dụng ống đếm G-M: Đầu dò sử dụng ống đếm G-M được chúng tôi chế tạo gồm các bộ phận chính sau: ống đếm G-M (1), mạch điều khiển Arduino và mạch Multi-Funtion Shield (2), mạch tăng áp (3) và nguồn điện (có thể từ pin hoặc Adapter - 4). Hình 3.4. Các bộ phận của đầu dò sử dụng ống đếm G-M Để phù hợp với việc bảo quản và tiến hành TN, tất cả các bộ phận như hình trên được cho vào một chiếc hộp. Pin được thay thế bằng nguồn điện từ Adapter 9V.
14 Hình 3.5. Mặt trước và mặt sau của đầu dò sử dụng ống đếm G-M. 1. Ống đếm G-M; 2. Nắp đậy bảo vệ ống đếm; 3. Adapter 9V cấp nguồn cho đầu dò; 4. Màn hình hiển thị số đếm; 5. Các nút cài đặt thời gian; 6. Nút Reset đầu dò. Các TN và kết quả đạt được: ❖ TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia beta - Kết quả: Tia β có khả năng đâm xuyên tốt hơn tia , nó có khả năng xuyên qua các tấm vật liệu nhựa hay nhôm có bề dày 1mm. ❖ TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia gamma Kết quả: + Cường độ tia γ giảm dần khi tăng bề dày vật liệu che chắn. + Khả năng đâm xuyên của tia γ qua vật liệu không chỉ phụ thuộc vào độ dày của vật liệu, mà còn phụ thuộc vào chất làm vật liệu. + Tia γ có khả năng đâm xuyên lớn hơn rất nhiều so với tia α và β. ❖ TN kiểm nghiệm biểu thức định luật phóng xạ và các giá trị của hằng số phóng xạ, chu kì bán rã của chất phóng xạ Hình 3.6. Đồ thị hoạt độ PX H suy giảm theo thời gian của nguồn Tc-99m Khớp hàm biểu diễn định luật PX (H = 𝜆. 𝑁0 . 𝑒 −𝜆𝑡 ) vào đồ thị, thấy sự biến đổi của H theo thời gian t có dạng của hàm này. Đọc giá trị hằng số phân rã λ và chu kì bán rã T thu được từ đồ thị của TN, và đối chiếu với giá trị của λ và T của nguồn Tc-
15 99m, thấy chúng xấp xỉ nhau. λ=0,0000305 s-1 𝑙𝑛2 T= =22741,35 (s)=6,317 (h) λ ❖ TN minh họa nguyên tắc hoạt động của TBKT sử dụng tia gamma để phát hiện khuyết tật trong vật liệu Hình 3.7. Bố trí TN sử dụng tia γ phát hiện khuyết tật trong vật liệu. Kết quả: Có thể phát hiện được vị trí khuyết tật bên trong vật liệu bằng TN minh họa nguyên tắc hoạt động của TBKT sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu. Số lượng xung khi chùm tia  xuyên qua vị trí lỗ rỗng (khuyết tật) của khối sắt sẽ lớn hơn so với khi chùm tia  xuyên qua các vị trí khác không có khuyết tật. CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GQVĐ MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH LỚP 12 Tiến trình DH một số kiến thức về PX, trong đó có tiến trình xây dựng và sử dụng các TBTN theo tiến trình GQVĐ sẽ được trình bày, cụ thể là: - Tiến trình DH kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ” là sự vận dụng tiến trình DH GQVĐ có giai đoạn tìm hiểu cách thức GQVĐ đi tới kiến thức mới trong lịch sử nghiên cứu vật lí. - Tiến trình DH kiến thức “Định luật phóng xạ” là sự vận dụng tiến trình DH GQVĐ theo con đường lí thuyết. - Tiến trình DH ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia gamma để phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu” là sự vận dụng tiến trình DH GQVĐ ƯDKT của vật lí theo con đường 1. Ba tiến trình DH trên đều sẽ được trình bày theo cùng dàn ý: Tiến trình xây dựng kiến thức → Tiến trình DH cụ thể → Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình học tập kiến thức.
16 1. Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết • HS xác định được các loại tia PX (tia , tia β, và tia γ), phân biệt được bản chất và đặc điểm của từng loại tia PX. • HS xác định được mục đích TN: kiểm nghiệm một số đặc điểm của tia phóng xạ α và β. (NLThN1.1) 2. Thiết kế phương án TN kiểm nghiệm một số đặc điểm của các tia PX (tia PX  và β) • HS tìm hiểu các TBTN PX trên internet và xác định được một số TBTN: Buồng sương, đầu dò (có nhiều loại đầu dò: đầu dò sử dụng ống đếm G- M, đầu dò sử dụng ống đếm NaI...). (NLThN2.2, NLThN2.3) GV • HS thiết kế TBTN buồng sương dưới dạng bản vẽ. (NLThN2.4) hướng • HS chuẩn bị được một số vật liệu để chế tạo buồng sương. (NLThN2.5) dấn HS thiết kế và chế 3. Chế tạo TBTN buồng sương và thực hiện TN kiểm tạo buồng nghiệm một số tính chất của tia  và β sương để thực • HS gia công, lắp ráp buồng sương, thử nghiệm cho buồng sương hoạt hiện TN động. (NLThN2.6, NLThN2.7 ) • HS phát hiện sai hỏng và khắc phục, sửa chữa để tiếp tục tiến hành TN. (NLThN2.8) • HS giải thích được nguyên lý hoạt động của buồng sương. • HS đưa ra phương án TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia  với buồng sương và thực hiện được phương án này. (NLThN2.9, NLThN2.10, NLThN3.1, NLThN3.2) 4. Kết luận và cải tiến TN • HS rút ra các kết luận tính chất của tia . (NLThN4.3) • HS đưa ra những cải tiến buồng sương và TN. (NLThN4.4) Sơ đồ 4.1. Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ: “Hiện tượng phóng xạ - Các loại tia phóng xạ - Kiểm nghiệm một số đặc điểm của tia phóng xạ α” nhằm bồi dưỡng NLhTN của HS.
17 1. Thiết kế phương án TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia gamma • HS đưa ra phương án thiết kế TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia γ. (NLThN2.2) • HS tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lí hoạt động và cách sử dụng đầu dò sử dụng ống đếm G-M. (NLThN2.3) • HS vẽ được cách bố trí TN, dự kiến được các bước tiến hành TN và xác HS sử dụng đầu định dữ liệu cần thu thập. (NLThN2.4, NLThN2.5, NLThN2.6) dò (ống đếm G-M) và nguồn 2. Thực hiện TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của PX γ để tia gamma thực hiện TN • HS bố trí được TN. (NLThN3.1) • HS tiến hành TN. (NLThN3.2) • HS phát hiện sai hỏng và khắc phục, sửa chữa để tiếp tục tiến hành TN. (NLThN3.3) • HS thu thập được dữ liệu cần thiết, loại bỏ số liệu sai lệch. (NLThN3.4) 3. Rút ra kết luận và cải tiến TN • HS xử lí số liệu và vẽ đồ thị với các số liệu đã xử lí. (NLThN4.2) • HS rút ra kết luận về tính chất của tia γ. (NLThN4.3) • HS đưa ra phương án cải tiến TN. (NLThN4.4) 4. So sánh khả năng đâm xuyên của tia  với tia  và tia  • HS xem video TN khả năng đâm xuyên của tia β • HS rút ra so sánh về khả năng đâm xuyên của các loại tia PX. (NLThN4.3) Sơ đồ 4.2: Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ: “Kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia ” nhằm bồi dưỡng NLThN của HS.