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