Luận án xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương “dõng điện trong các môi trường” vật lí 11 nhằm phát triển năng lực khoa học cho học sinh trung học phổ thông

MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Năng lực khoa học học sinh trở thành vấn đề quan trọng giáo dục, cấp quốc gia quốc tế nhân loại đối mặt với thách thức lớn việc cung cấp nƣớc, thực phẩm, kiểm soát bệnh tật, tạo đủ lƣợng thích nghi với biến đổi khí hậu (UNEP, 2012),[72] Nhiều vấn đề thực tiễn - nơi cá nhân phải đối mặt với định ảnh hƣởng khoa học - công nghệ đến sức khỏe nguồn cung cấp thực phẩm họ, nhƣ việc sử dụng hợp lý vật liệu, lƣợng cơng nghệ Đối phó với tất thách thức địi hỏi cơng dân phải có kiến thức khoa học Theo Ủy ban châu Âu, giải pháp cho vấn đề nan giải trị đạo đức liên quan đến khoa học công nghệ "không thể chủ đề tranh luận, trừ người trẻ tuổi có nhận thức định mặt khoa học" (European Commission, 1995), [72] Điều khơng có nghĩa “biến” tất ngƣời thành chuyên gia khoa học, mà lực khoa học có vai trị giác ngộ ngƣời việc đƣa lựa chọn ảnh hƣởng đến mơi trƣờng sống cộng đồng Với kiến thức khoa học - công nghệ dựa khoa học, đóng góp đáng kể vào sống ngƣời, xã hội nghề nghiệp cá nhân, hiểu biết khoa học - công nghệ yếu tố trung tâm việc chuẩn bị cho sống thiếu niên Vì vậy, nƣớc có giáo dục tiên tiến, khoa học yếu tố bắt buộc chƣơng trình Giáo dục từ mẫu giáo đến hồn thành giáo dục phổ thơng [72] Nghị số: 29-NQ/TW, ngày tháng 11 năm 2013 đổi toàn, diện giáo dục đào tạo rõ: “Đổi chương trình nhằm phát triển lực phẩm chất người học, tăng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn Đa dạng hóa nội dung, tài liệu học tập, đáp ứng yêu cầu bậc học, chương trình giáo dục, đào tạo Tiếp tục đổi mạnh mẽ phương pháp dạy học theo hướng đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo vận dụng kiến thức, kỹ người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo sở để người học tự cập nhật đổi tri thức, kỹ năng, phát triển lực Chuyển từ học chủ yếu lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, ý hoạt động ngoại khóa, nghiên cứu khoa học ” Theo chƣơng trình giáo dục phổ thơng (2018) mơn Vật lí cấp Trung học phổ thơng, thí nghiệm, thực hành đóng vai trị đặc biệt quan trọng việc hình thành khái niệm, quy luật, định luật Vật lí Vì vậy, bên cạnh việc sử dụng mơ hình Vật lí Tốn học, chƣơng trình mơn Vật lí trọng thích đáng đến việc hình thành lực tìm tịi khám phá thuộc tính đối tƣợng Vật lí thơng qua nội dung thí nghiệm, thực hành dƣới góc độ khác nhau.[2] Cùng với phát triển mạnh mẽ phƣơng tiện kĩ thuật số, thí nghiệm Vật lí kết nối với thiết bị vi tính ngày phát triển không lĩnh vực nghiên cứu khoa học Vật lí mà đƣợc sử dụng nhà trƣờng Các thí nghiệm kết nối với thiết bị vi tính cho phép thực đƣợc nhiều thí nghiệm với phép đo tín hiệu bé (mV) mà trƣớc kia, với thiết bị thí nghiệm truyền thống chƣa thực đƣợc, đặc biệt nghiên cứu khơng định tính mà mặt định lƣợng tƣợng Vật lí Việc thu thập, xử lí nhanh chóng, xác liệu, tiết kiệm thời gian tiến hành thí nghiệm ƣu điểm trội thí nghiệm kết nối với thiết bị vi tính Trong năm qua, trƣờng phổ thông nƣớc ta đƣợc trang bị thiết bị thí nghiệm theo “Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu” Bộ Giáo dục Đào tạo, nhƣng hiệu sử dụng chúng nhiều hạn chế Trong đó, thí nghiệm “Dịng điện mơi trường” (Vật lí 11) hành, số lƣợng thiết bị thí nghiệm thiếu; cịn nhiều thí nghiệm định tính, số phép đo dùng đồng hồ đa số có độ xác khơng cao, khó sử dụng chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu dạy học phát triển lực cho học sinh Vì vậy, cần phải hồn thiện xây dựng thêm thí nghiệm kết nối với thiết bị vi tính, có độ xác cao, thu thập xử lí liệu thời gian ngắn, tạo điều kiện nhiều thời gian cho hoạt động tìm tịi - nghiên cứu, đa dạng hóa hình thức học tập, chuyển phƣơng pháp khoa học thành phƣơng pháp tự học, phát triển lực khoa học cho học sinh Vì lí nêu trên, chọn đề tài nghiên cứu là: “Xây dựng sử dụng thí nghiệm dạy học chương “Dịng điện mơi trường” Vật lí 11 nhằm phát triển NLKH cho học sinh trung học phổ thơng” Mục đích nghiên cứu Xây dựng sử dụng thí nghiệm dạy học kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” Vật lí 11 nhằm phát triển lực khoa học cho học sinh Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu + Đối tƣợng nghiên cứu - Hoạt động dạy học thí nghiệm hỗ trợ dạy học số kiến thức về: “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” chƣơng trình Vật lí lớp 11 THPT - NLKH học sinh THPT học tập môn Vật lí + Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng, hồn thiện thí nghiệm hỗ trợ hoạt động dạy học; Tổ chức hoạt động học số kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” chƣơng trình Vật lí lớp 11 THPT - Học sinh lớp 11 tỉnh Ninh Bình thành phố Hà Nội Nhiệm vụ nghiên cứu 1) Nghiên cứu tổng quan dạy học phát triển lực, đánh giá NLKH học sinh trƣờng phổ thông 2) Nghiên cứu lí luận dạy học phát triển lực, đánh giá NLKH học sinh THPT học tập mơn Vật lí 3) Nghiên cứu vai trị thí nghiệm Vật lí trƣờng THPT việc phát triển NLKH cho học sinh 4) Nghiên cứu thực trạng sử dụng thí nghiệm dạy học kiến thức “Dịng điện mơi trường”, theo định hƣớng dạy học phát triển lực cho học sinh 5) Xây dựng, hồn thiện thí nghiệm sử dụng chúng vào thiết kế tiến trình dạy học góp phần phát triển NLKH cho học sinh dạy học số kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” 6) Xây dựng công cụ đánh giá mức độ phát triển NLKH học sinh tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm xây dựng 7) Thực nghiệm sƣ phạm, nhằm đánh giá tính khả thi thiết bị thí nghiệm tiến trình dạy học khả phát triển NLKH cho học sinh học số kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí 11) Giả thuyết khoa học “Nếu xây dựng thí nghiệm sử dụng chúng để thiết kế tiến trình dạy học phù hợp với lí luận phát triển lực dạy học số kiến thức “Dịng điện mơi trường”(Vật lí 11), NLKH học sinh phát triển” Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu tài liệu, luận án ngồi nƣớc lí luận dạy học Vật lí, có sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh để xây dựng sở lí luận luận án - Nghiên cứu thực tiễn dạy học: Sử dụng phiếu điều tra thu thập thông tin thực trạng dạy học Vật lí có sử dụng thí nghiệm, phát triển lực học sinh trƣờng THPT - Thực nghiệm khoa học: Chế tạo, hoàn thiện thử nghiệm thí nghiệm; Dạy thực nghiệm Sƣ phạm trƣờng THPT Đánh giá tính khả thi việc xây dựng sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH học sinh THPT - Thống kê toán học: Sử dụng phần mềm thống kê chuyên dụng, phân tích kết thực nghiệm để đánh giá tính khả thi luận án Những đóng góp luận án 7.1 Đóng góp mặt lí luận - Xây dựng đƣợc nguyên tắc xây dựng biện pháp sử dụng thí nghiệm hỗ trợ dạy học Vật lí phát triển NLKH cho học sinh THPT - Xây dựng đƣợc quy trình sử dụng thí nghiệm, hỗ trợ hoạt động dạy học kiến thức mới, thực hành thí nghiệm giải tập thí nghiệm nhà phát triển NLKH cho học sinh - Xây dựng đƣợc công cụ đánh giá mức độ phát triển NLKH học sinh THPT học tập mơn Vật lí có sử dụng thí nghiệm 7.2 Đóng góp mặt thực tiễn - Xây dựng đƣa vào sử dụng thí nghiệm dạy học kiến thức “Dịng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí 11) phát triển NLKH cho học sinh - Xây dựng đƣợc tiến trình dạy học nội dung kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí 11), có sử dụng thí nghiệm xây dựng nhằm phát triển NLKH cho học sinh - Xây dựng đƣợc công cụ đánh giá mức độ phát triển NLKH học sinh sau học nội dung kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí 11) - Bằng linh kiện bán dẫn phổ biến, rẻ tiền thiết kế chế tạo đƣợc thiết bị thu thập xử lí số liệu thí nghiệm với phép đo tín hiệu nhỏ (mV), có độ xác cao, phù hợp với dạy học phát triển NLKH cho học sinh trƣờng THPT Cấu trúc luận án Cấu trúc luận án, phần mở đầu, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận án gồm chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2: Cơ sở lí luận thực tiễn Chƣơng 3: Xây dựng sử dụng thí nghiệm dạy học kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” nhằm phát triển NLKH cho học sinh Chƣơng 4: Thực nghiệm sƣ phạm Chƣơng 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 nƣớc Ngày nay, khái niệm lực, mơ hình lực đánh giá lực học sinh dựa tiêu chuẩn trở thành phổ biến giáo dục đào tạo Từ năm 1950, nhà giáo dục Mỹ nhƣ Ralph W Tyler Benjamin S Bloom đề xuất quan điểm giáo dục cần dựa kết đầu (outcome-based education- OBE) chƣơng trình giáo dục cần xác định mục tiêu rõ ràng, định lƣợng đƣợc Giáo dục dựa lực (competency-based education -CBE) hay dựa kết đầu đƣợc phát triển trƣờng đại học vào đầu năm 1970 Gần 50 năm, dạy học dựa lực đƣợc áp dụng giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp giáo dục phổ thơng nhiều nƣớc giới Có nhiều định nghĩa khác khái niệm “năng lực”, khác biệt chủ yếu độ rộng nội hàm khái niệm Tùy theo quan điểm tiếp cận mà ngƣời ta chia lực thành dạng thức khác nhau, phổ biến cách phân loại lực chung lực chuyên biệt Năng lực đƣợc nhìn nhận cách chung lực thiết yếu để ngƣời sống làm việc xã hội, lực đƣợc hình thành phát triển nhiều môn học, liên quan đến nhiều môn học Tuy nhiên, môn học, lực đƣợc thu hẹp vào kiến thức, kỹ theo lĩnh vực khoa học chủ đề cụ thể Thế kỷ XXI, khoa học, kỹ thuật công nghệ tác động đến khía cạnh sống đại, yêu cầu giáo dục & đào tạo cung cấp lực lƣợng lao động sẵn sàng thích ứng với phát triển nhanh chóng khoa học - cơng nghệ Để đáp ứng phát triển nhanh chóng khoa học - công nghệ, chuyên gia, nhà khoa học giáo dục toàn giới, tập trung nghiên cứu đổi chƣơng trình giáo dục, chuyển từ chƣơng trình giáo dục tiếp cận nội dung sang giáo dục phát triển lực ngƣời học, đặc biệt trọng đến phát triển NLKH cho học sinh từ cấp phổ thông trung học Việc nghiên cứu xây dựng chƣơng trình, kiểm tra đánh giá NLKH học sinh phổ thơng nƣớc giới khái quát nhƣ sau: + Ở Hoa kỳ: Ở Hoa kỳ nghiên cứu xây dựng khung NLKH cho học sinh phổ thông để xây dựng tiêu chuẩn dạy học môn khoa học, đƣợc quan tâm từ năm 1990 Năm 2012, Ủy ban nghiên cứu khoa học quốc gia Hoa kỳ (National Research Council -NRC) tiếp tục phát triển khung NLKH học sinh sở kế thừa nghiên cứu trƣớc tìm cách xác định, mơ tả ý tƣởng cho giáo dục khoa học phổ thơng Điển hình nghiên cứu: “Khoa học cho tất người Mỹ “(Science for All Americans ) Hiệp hội tiến khoa học Hoa Kỳ (AAAS); “Tiêu chuẩn Giáo dục Khoa học Quốc gia năm 1996” (Benchmarks for Science Literacy) đƣợc phát triển NRC, kết nghiên cứu đƣợc sử dụng để phát triển tiêu chuẩn cho giáo dục khoa học Hoa kỳ [73, tr 1] Khung lực khoa học NRC theo ba hƣớng chính, cụ thể là: - Năng lực thực hành khoa học kỹ thuật - Các khái niệm xuyên suốt, thống nghiên cứu khoa học kỹ thuật thông qua ứng dụng chúng lĩnh vực khoa học - Ý tƣởng cốt lõi chƣơng trình giáo dục gồm bốn lĩnh vực: khoa học Vật lí; khoa học đời sống; trái đất khoa học vũ trụ; kỹ thuật, công nghệ ứng dụng khoa học [73,tr2] Về lực thực hành khoa học kỹ thuật, khung lực đề xuất thành tố: - Đặt câu hỏi (cho khoa học) xác định vấn đề (cho kĩ thuật) (Asking questions (for science) and defining problems (for engineering) - Phát triển sử dụng mơ hình (Developing and using models) - Lập kế hoạch thực điều tra, khảo sát (Planning and carrying out investigations) - Phân tích giải nghĩa liệu (Analyzing and interpreting data) - Sử dụng tƣ tốn học tính tốn (Using mathematics and computational thinking) - Giải thích (cho khoa học) thiết kế giải pháp (cho kỹ thuật) Constructing explanations (for science) and designing solutions (for engineering) - Tham gia tranh luận dựa chứng (Engaging in argument from evidence) - Thu thập, đánh giá truyền đạt thông tin (Obtaining, evaluating, and communicating information) [73,tr3] Nhiều chu trình học tập khoa học khác đƣợc đề xuất, kể từ Robert Karplus giới thiệu chu trình dạy học khoa học vào năm 1962 Carl J Wenning (2011) giới thiệu chu trình dạy học khoa học Vật lí “phỏng theo” phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, gồm giai đoạn: quan sát, thao tác, khái quát, xác minh áp dụng [98, tr 8] Wenning đề xuất chu trình giai đoạn nhƣ sau: + Quan sát (Observation) - Học sinh quan sát tƣợng thu hút quan tâm họ suy nghĩ tìm câu trả lời Học sinh mơ tả chi tiết họ nhìn thấy ví dụ tƣơng tự Nêu vấn đề cần tìm tịi - khám phá + Thao tác (Manipulation) - Học sinh đề xuất thảo luận ý tƣởng để tìm tòi - khám phá xây dựng cách tiếp cận nghiên cứu tƣợng họ quan sát đƣợc, lập kế hoạch thu thập liệu định tính định lƣợng, sau thực kế hoạch + Khái quát (Generalization) - Học sinh xây dựng nguyên tắc quy tắc cho tƣợng thấy cần thiết Học sinh cung cấp lời giải thích hợp lý tƣợng + Xác minh (Verification) - Học sinh dự đoán tiến hành kiểm tra cách sử dụng quy tắc chung bắt nguồn từ giai đoạn trƣớc + Áp dụng (Application) - Học sinh đƣa kết luận độc lập, dựa kết xác minh Các kết luận sau đƣợc áp dụng cho tình có phần (khơng hồn tồn) Chu trình học tập giai đoạn nhấn mạnh trọng vào hoạt động học học sinh hoạt động dạy giáo viên, tác giả áp dụng chu trình giai đoạn vào dạy thực nghiệm sƣ phạm, hƣớng dẫn học sinh “bắt chước” (mimics) cách mà nhà khoa học làm để dạy khoa học Vật lí cho học sinh bang Illinois (Mĩ) Theo tác giả dạy học theo chu trình giai đoạn - “Có lẽ đơn giản chặt chẽ “bắt chước” trình tổng thể khoa học Vật lí sơ khai” [98, tr 11] + Ở nước Châu Âu: Các quan niệm khung NLKH nƣớc Tây Âu giống nhau, ví dụ Đức, Thụy Sĩ Áo, khung NLKH chung môn khoa học tƣơng tự nhƣ Sự khác biệt thành tố NLKH ba quốc gia phần lớn liên quan đến nội dung kiến thức khoa học số mơn học cụ thể Ví dụ: Áo mơn Vật lí dùng cách truyền thống, phân chia kiến thức Vật lí theo: học, điện từ, nhiệt động lực học, quang học vật chất Ở Đức áp dụng cho ba môn khoa học lƣợng, vật chất, hệ tƣơng tác, Thụy Sĩ phân chia theo chủ đề: vật chất, hành tinh trái đất, lƣợng, thể ngƣời, thực vật động vật, hệ sinh thái, xã hội công nghệ [75, tr 52] Công bố nghiên cứu Sara Frank Bristow Susan Patrick (2014) nghiên giáo dục dựa lực cho thấy: 28 quốc gia thành viên Liên minh Châu Âu xác định việc hình thành phát triển lực để học tập suốt đời biện pháp quan trọng Châu Âu bối cảnh tồn cầu hóa chuyển đổi sang kinh tế tri thức Các lực học tập suốt đời kết hợp kiến thức, kỹ thái độ đƣợc coi cần thiết cho hoàn thành phát triển cá nhân Năng lực gồm lực thành phần lực thứ “Năng lực toán học lực khoa học công nghệ” (mathematical competence and basic competences in science and technology) Các lực đƣợc nêu “Khung trình độ châu Âu” để học tập suốt đời Trên sở đó, quốc gia phát triển chƣơng trình giáo dục riêng mình, nhƣng phải mơ tả chuẩn đánh giá kết học tập theo “khung lực tham chiếu châu Âu” phát triển số công cụ đánh giá để hỗ trợ q trình học tập, nhấn mạnh tính minh bạch chuẩn đánh giá cấp để quốc gia liên kết hệ thống đào tạo với [74, tr,7-8] Theo Xavier Roegiers (Pháp) dạy học tích hợp lực đƣợc phát triển thơng qua việc học sinh vận dụng kĩ vào giải tình học tập, tình đƣợc giáo viên xây dựng dựa nội dung môn học Nghĩa là, lực học sinh đƣợc hình thành phát triển nhờ vào việc em tự tích lũy kĩ (kĩ hoạt động, kĩ nhận thức, kĩ giao tiếp, kĩ tự phát triển ) sau giải thành cơng tình học tập Năng lực nêu nghiên cứu Xavier Roegiers gọi “năng lực nội môn” Thực tế, lực học sinh giải tình học tập khơng lực nội môn mà thƣờng dƣới dạng “năng lực liên môn” - lực dựa kiến thức đƣợc lĩnh hội thuộc nhiều môn học khác Đồng quan điểm với De Ketele, Xavier Roegiers cho rằng: dạy học (giáo dục) lực học sinh đƣợc phát triển theo hai mức độ, De Ketele gọi hai mức lƣc là: “năng lực bản” “năng lực đề cao” [52, tr113] Năng lực (năng lực tối thiểu, lực cốt lõi, lực …) lực bắt buộc học sinh phải làm chủ để có khả chuyển tiếp sang q trình học tập Một lực mang tính tƣơng đối q trình đào tạo khơng phải phạm vi đào tạo phổ cập, phạm vi đào tạo này, lực tối thiểu để học sinh giải vấn đề, tình học tập Năng lực đề cao lực hoàn cảnh thời điểm đào tạo, cho trƣớc khơng thật cần thiết cho q trình học 10 Phụ lục 2: LƠGIC CỦA TIẾN TRÌNH HƢỚNG DẪN HỌC SINH THỰC HÀNH KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIÔT Học sinh biết: Học sinh học lí thyết dịng điện chất bán dẫn; biết sử dụng thí nghiệm có kết nối với MVT Vấn đề cần nghiên cứu: Dịng điện chạy qua điơt bán dẫn tuân theo quy luật nào? - Vẽ đƣờng đặc tuyến Vôn - Ampe Đề xuất giải pháp: + Đƣờng đặc tuyến Vơn – Ampe điơt bán dẫn có dạng I = f(U), muốn vẽ đồ thị đƣờng đặc tuyến này, ta phải thiết kế thí nghiệm đo đƣợc giá trị I theo U tƣơng ứng Quan sát hình dạng đồ thị đƣờng Vơn – Ampe cho ta biết quy luật dòng điện qua điôt + Sự biến đổi I theo U bé (mV), cần có thêm thiết bị khuếch đại dịng điện kết nối thí nghiệm với MVT để thu thập số liệu, vẽ đồ thị Tiến hành thí nghiệm để thực giải pháp đề xuất: + Vẽ sơ đồ thí nghiệm giấy, thảo luận cách kết nối thí nghiệm với MVT (thay đồng hồ đo U I hai cảm biến đo U I tƣơng ứng); + Lựa chọn thiết bị lắp rắp tiến hành thí nghiệm; + Thực thí nghiệm: điều chỉnh biến trở để thay đổi gíá trị điện áp; kích chuột vào nút Ok – ghi liệu hình MVT để ghi giá trị dòng điện Đánh giá kết rút kết luận: + Học sinh báo cáo kết thí nghiệm (theo nhóm) phân tích, đánh giá kết thí nghiệm + Kết luận: Dịng điện chạy qua điôt bán dẫn chủ yếu theo chiều từ p đến n Điơt bán dẫn có tính chỉnh lƣu Nó đƣợc dùng để lắp mạch chỉnh lƣu biến điện xoay chiều thành chiều Hình 3.18 Lơgic tiến trình dạy học thực hành khảo sát đặc tính dẫn điện điơt bán dẫn Phụ lục 3: LƠGIC TIẾN TRÌNH HƢỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP THÍ NGHIỆM Học sinh biết: + Thí nghiệm sử dụng đèn LED quan sát đảo chiều dòng điện máy phát điện xoay chiều (lớp 9) + Dòng điên qua điôt bán dẫn theo chiều từ p sang n + Ngun lí mạch cầu chỉnh lƣu điơt Vấn đề cần nghiên cứu: Thiết kế, chế tạo thí nghiệm chứng minh: điơt dẫn điện theo chiều Đề xuất phƣơng án (giải pháp) + Vẽ sơ đồ cầu chỉnh luu điôt; Thay “Tải” sơ đồ SGK đèn LED phát quang để quan sát dòng điện sau chỉnh lƣu + Thiết kế chế tạo thí nghiệm: - Thí nghiệm 1: Quan sát đảo chiều dịng điện Thí nghiệm 2: Quan sát dịng điện xoay chiều chỉnh lƣu ½ chu kì Thí nghiệm 3: Quan sát dịng điện xoạy chiều chỉnh lƣu chu kì Thiết kế, chế tạo tiến hành thí nghiệm (giải tập): Các nhóm học sinh tìm kiếm vật liệu gồm: Máy phát điện xoay chiều; điôt làm mạch chỉnh lƣu; đèn LED phát sang màu xanh đỏ; bảng điện, dây nối để lắp thiết bị; chế tao thí nghiệm nêu thử nghiệm Báo cáo kết quả: Các nhóm học sinh báo cáo kết theo mẫu, với nội dung sau: Mục đích thí nghiệm; Phƣơng án thiết kế thí nghiệm; Chức thiết bị thí nghiệm; Thực thí nghiệm; Nhận xét kết thí nghiệm Hình 3.19 Tiến trình hướng dẫn học sinh giải tập thí nghiệm Phụ lục 4: PHIẾU HỌC TẬP Học kiến thức “Hiện tƣợng nhiệt điện” (Ghi kết thảo luận nhóm) HĐ1 Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu: Muốn biết đƣợc phụ thuộc vào Δt0C nhƣ nào? Cần phải tìm cách đo đại lƣợng nào? ……… HĐ 2: Nếu dự đoán mối quan hệ Δt0C HĐ3 Đề xuất phƣơng án thí nghiệm: dựa vào mơ hình thí nghiệm định tính, đề xuất phƣơng án thí nghiệm đo định lƣợng + Vẽ giải thích sơ đồ thí nghiệm định lƣợng + Chuyển đổi từ sơ đồ thí nghiệm định lƣợng sang phƣơng án thí nghiệm có kết nối với MVT HĐ4 Phân tích kết thí nghiệm, (từ đồ thị vẽ đƣợc nêu kết luận phụ thuộc vào Δt0C) Phụ lục 5: PHIẾU HỌC TẬP Thực hành đo hệ số nhiệt điện động (Ghi kết thảo luận nhóm) HĐ 1: Rút hệ quả: Từ công thức E = αT.(T2-T1) suy , (thí nghiệm cần đo đại lƣợng nào?) HĐ 2: Đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra hệ quả: (khảo sát theo chiều tăng T2 Nguồn nhiệt “máy nấu thiếc”) HĐ 3: Phân tích báo cáo kết thực hành (rút kết luận hệ số nhiệt điện động số; công thức E = αT.(T2-T1) tang hay giảm T2) Phụ lục 6: PHIẾU HỌC TẬP Thực hành khảo sát đặc tính chỉnh lƣu điơt bán dẫn (Ghi kết thảo luận nhóm) HĐ 1: Xác định mục đích thí nghiệm HĐ 2: Trình bày phƣơng án thí nghiệm + Vẽ giải thích sơ đồ thí nghiệm: (đo dịng thuận dòng ngƣợc) + Chuyển đổi phƣơng án thí nghiệm dung đồng hồ đa sang thí nghiệm kết nối với MVT (vẽ giải thích sơ đồ) HĐ 3: Phân tích báo cáo kết thực hành (sử dụng đƣờng đặc tuyến Vôn - Ampe để lập luận rút kết luận tính dẫn điện chiều điôt bán dẫn) Phụ lục 7: MẪU BÁO CÁO KẾT QUẢ GIẢI BÀI TẬP THÍ NGHIỆM Giải tập thí nghiệm (Báo cáo kết nhóm) ND 1: Phân tích đề nêu giả thiết, kết luận đề (mục đích giải tập, mục đích thí nghiệm) ND 2: Vẽ sơ đồ giải thích nguyên lí tập thí nghiệm (ngun lí mạch chỉnh lƣu mạch cầu điơt, phƣơng án thiết kế chế tạo thí nghiệm) ND 3: Báo cáo kết thực thí nghiệm + Thí nghiệm 1: Phát đảo chiều dịng điện (vẽ giải thích sơ đồ, thực thí nghiệm giải thich tƣợng diễn thí nghiệm) + Thí nghiệm 2: Phát dịng chỉnh lƣu ½ chu kì (vẽ giải thích sơ đồ, thực thí nghiệm giải thich tƣợng diễn thí nghiệm) + Thí nghiệm 3: Phát dịng chỉnh lƣu chu kì (vẽ giải thích sơ đồ, thực thí nghiệm giải thich tƣợng diễn thí nghiệm) ND 4: Sử dụng hình dạng đồ thị giải thích tính chất dịng điện trƣớc sau chỉnh lƣu Phụ lục 8: ĐỀ BÀI KIỂM TRA (KIỂU PISA) (thời gian làm 45 phút) (Trích dẫ n từ báo, tác giả Nguyễ n Vă n Khả i - Lê Chí Nguyệ n, Tạ p chí khoa họ c, Đ HSP Hà Nộ i, Volume 61, Number 8B, 2016, tr 272 - 278), [32] MÁY ĐO NHIỆT ĐỘ Hình 3.21:(1) đầu đo; (2) hiển thị nhiệt độ Hình 3.21 Mơ tả tình đề kiểm tra NLKH Hãy đọc thơng tin mơ tả ghi hình 3.21 để trả lời câu hỏi sau: Câu (1 điểm): Máy đo nhiệt độ 019 Trong máy hình 3.21a, phép đo nhiệt độ đƣợc quy đổi đo đại lƣợng đại lƣợng sau? Hãy khoanh tròn vào lựa chọn A Đo điện trở B Đo điện áp Câu (1 điểm): Máy đo nhiệt độ C Đo dịng điện 0129 Giải thích thơng tin “tính kĩ thuật” máy đo nhiệt độ ghi hình 3a Câu (2 điểm): Máy đo nhiệt độ 0129 Hãy khoanh tròn vào “Đúng” “Sai” tƣơng ứng với nhận định sau đây: Đây có phải nhận định việc sử dụng máy đo nhiệt độ Đúng hình 21a? Sai Có thể dùng máy đo hình 3.21a để đo nhiệt độ nóng chảy Đúng/Sai Vơnfram Có thể dùng máy đo hình 3.21a để đo nhiệt độ nóng chảy Kẽm Đúng/Sai Có thể dùng máy đo hình 3.21a để đo nhiệt độ phịng thí nghiệm Đúng/Sai Câu (6 điểm): Máy đo nhiệt độ 0129 Nêu tóm tắt phƣơng án thực nghiệm để xác định hệ số nhiệt điện động (T) cặp nhiệt điện dùng làm đầu đo máy đo nhiệt độ hình 3.21a Mục đích đánh giá câu hỏi Câu 1: Đánh giá khả tìm kiếm thơng tin từ nguồn tài liệu khác (internet) Câu 2: Đánh giá khả sử dụng kiến thức Vật lí để lí giải thông tin liên quan đến Khoa học & Công nghệ Câu 3: Đánh giá khả vận dụng kiến thức Vật lí vào thực tiễn Câu 4: Đánh giá khả giải vấn đề đƣờng thực nghiệm Hƣớng dẫn mã hóa (đáp án) Câu 1, (1 điểm) Câu 2, (1 điểm) Mức đầy đủ: Mức đầy đủ: Mã 1: B đo điện áp Mã 2: máy dùng “đầu đo” cặp nhiệt điện lọaị K, chế Khơng đạt: tạo hợp kim (NiCr-Niai) Vì vậy, máy có khả đo Mã 0: đáp án khác đƣợc nhiệt độ âm nhiệt độ cao đến 7500C với sai số từ Mã 9: không trả lời 0.75% đến 1% + 10C, sai số này, phụ thuộc vào giới hạn thang đo Máy sử dụng nhiều “đầu đo” loại K, để đo nhiệt độ với mức thang đo khác theo tùy chọn ngƣời sử dụng Mức không đầy đủ: Mã1: trả lời nhƣng thiếu khơng có giải thích Khơng đạt: Mã 0: trả lời không Mã 9: không trả lời Câu (2 điểm) Câu (6 điểm) Mức đầy đủ: Mức đầy đủ: Mã 2: Sai; Mã 2: Đúng; Đúng Theo công thức E = T.(T1-T2) Suy T = Mức không đầy đủ: E ; Sử T1  T2 Mã1: câu dụng thí nghiệm với mẫu đo đầu đo máy độ trả lời nhiệt độ, ta đo đƣợc giá trị E T1-T2; Thay vào Không đạt: công thức T = Mã 0: trả lời không Mã 9: không trả lời E đo đƣợc T T1  T2 Mức không đầy đủ: Mã 1: trả lời nhƣng thiếu khơng có giải thích Khơng đạt: Mã 0: trả lời không Mã 9: không trả lời Phụ lục 9: ĐỀ BÀI KIỂM TRA (thời gian làm 45 phút) Câu1 (4 điểm): Ngƣời ta làm thí nghiệm nhƣ sau: Nối cặp nhiệt điện đồng constantan với milivôn kế thành mạch kín Nhúng mối hàn thứ vào nƣớc đá tan, đầu thứ vào nƣớc sôi, milivônkế 4,25 mV a) Vẽ sơ đồ thí nghiệm b) Tính hệ số nhiệt điện động cặp nhiệt điện A 42,5 µV/K B 4,25 µV/K Câu (2 điểm): Hình dƣới mơ tả sơ đồ mắc điôt bán dẫn lớp chuyển tiếp p - n phân cực thuận chiều dòng điện I chạy qua điôt + A + B - D C Câu (2 điểm): Căn vào bảng số liệu dƣới đây, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc E vào (T1-T2) hai mối hàn cặp nhiệt điện sắt constantan Tính hệ số nhiệt điện động cặp nhiệt điện (T1-T2) (K) 10 20 30 40 50 60 70 E (mV) 0,52 1,05 1,56 2,07 2,62 3,10 3,64 Câu (2 điểm): Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lƣu dòng điện sử dụng điôt mắc thành mạch cầu chỉnh lƣu, ghi rõ chiều dịng điện chạy qua điôt qua điện trở tải Phụ lục 10: PHIẾU TRAO ĐỔI Ý KIẾN VỚI GIÁO VIÊN (Phiếu thu thập thông tin phục vụ cho nghiên cứu dạy học vật lí, theo định hướng phát triển lực học sinh, không đánh giá người cung cấp thông tin Kính mong Q thầy, trả lời xác câu hỏi nêu phiếu đánh dấu × vào lựa chọn câu hỏi.) Họ tên giáo viên: Trƣờng THPT Câu 1: Xin đ/c cho biết số lần tập huấn, Hội thảo dạy học mơn vật lí, theo định hƣớng dạy học phát triển lực cho học sinh Chƣa lần lần Nhiều lần Câu 2: Những khó khăn việc dạy học theo chủ đề “tích hợp” gì? Thiết bị thí nghiệm Khả nhận thức học sinh Kinh phí thời gian Lí khác: Câu 3: Hiện đ/c có hiểu biết dạy học phát triển lực học sinh nguồn thông tin nào? Qua trao đổi chuyên môn với đồng nghiệp Học lớp bồi dƣỡng thƣờng xuyên Đọc sách Câu 4: Những khó khăn việc dạy học phát triển lực cho học sinh gì? Hiểu biết giáo viên dạy học, lí luận dạy học kiểm tra/ đánh giá lực học sinh Chƣa hiểu rõ khái niệm lực học sinh học mơn vật lí Khơng có đủ trang thiết bị thí nghiệm Lí khác: Câu 5: Xin đ/c cho biết mức độ sử dụng loại thí nghiệm dạy học vật lí a) Thí nghiệm xây dựng kiến thức mới: Khơng sử dụng Sử dụng thí nghiệm đơn giản, dễ thực Sử dụng thí nghiệm theo SGK b) Thí nghiệm thực tập phịng thí nghiệm (thực hành): Khơng sử dụng Chỉ làm thí nghiệm đơn giản, dễ thực Thực thí nghiệm theo SGK c) Bài tập thí nghiệm (thí nghiệm nhà): Khơng sử dụng Sử dụng thí nghiệm đơn giản, dễ thực Sử dụng Trƣờng tổ chức cho học sinh tham gia thi sáng tạo kĩ thuật Câu 6: Đ/c thƣờng sử dụng thí nghiệm hoạt động tiến trình dạy học ? Làm xuất vấn đề Hỗ trợ học sinh nêu giả thuyết/ dự đoán Kiểm tra hệ suy từ giả thuyết Minh họa, chứng minh Sử dụng hoạt động nêu Câu 7: Theo đ/c sử đồng hồ đa số (trong “Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu” Bộ Giáo dục Đào tạo) để đo U I, có hạn chế liệt kế sau: Khó sử dụng Độ xác khơng cao Khơng đo đƣợc phép đo mà giá trị U I nhỏ (dƣới 0,5mV) Câu 8: Xin đ/c trả lời câu hỏi: Khi dạy học kiến thức dịng điện mơi trƣờng a) đ/c làm thí nghiệm nào? Hiện tƣợng nhiệt điện Dịng điện chân khơng Dịng điện chất khí Dịng điện chất điện phân Thực hành khảo sát dịng điện qua điơt bán dẫn b) Các khác đ/c khơng làm thí nghiệm? Khơng có dụng cụ thí nghiệm Làm nhiều thời gian Chƣa thành công Bài học dài khơng đủ thời gian Lí khác: Xin ý kiến đ/c vấn đề nêu hai nhận định sau: Câu 9: “Do hạn chế thời gian, sở vật chất, thiết bị thí nghiệm, nên học lớp giáo viên khơng thể thực thí nghiệm giai đoạn tiến trình dạy học mà lựa chọn khai thác giai đoạn nào, mức độ thành công tập trung rèn luyện kĩ giải vấn đề cho học sinh giai đoạn đó” Đúng Sai Ý kiến khác: Câu 10: “Do đề thi tuyển sinh vào đại học theo hình thức “trắc nghiệm”, từ việc xác định mục tiêu dạy học thực tiến trình dạy học lớp, giáo viên chủ yếu trình diễn, giảng giải cho đầy đủ nội dung kiến thức mà giáo viên cần dạy học sinh cần học Nghĩa là, trung tâm ý nội dung kiến thức” Đúng Sai Ý kiến khác: Xin chân thành cảm ơn Quý thầy, cô! Phụ lục 11: PHIẾU TRAO ĐỔI Ý KIẾN VỚI HỌC SINH (Phiếu thu thập thông tin phục vụ cho nghiên cứu dạy học vật lí, theo định hướng phát triển lực học sinh, không đánh giá người cung cấp thông tin Các em trả lời trung thực, xác câu hỏi nêu phiếu đánh dấu × vào lựa chọn câu hỏi) Họ tên học sinh: Trƣờng THPT Câu 1: Sau tốt nghiệp THPT em dự định dự tuyển vào đại học theo tổ hợp ngành nào? Hãy đánh dấu vào lựa chọn dƣới A0 A1 D1 Các mã ngành khác Câu 2: Những khó khăn em thƣờng gặp tiến hành thí nghiệm vật lí Thiếu thiết bị thí nghiệm Do làm thực hành không thƣờng xuyên Không hiểu rõ nguyên lí thí nghiệm Lí khác: Câu 3: Khi học mơn vật lí lớp 11, em đƣợc làm thí nghiệm lần? a) Thí nghiệm học kiến thức mới: Khơng đƣợc làm Ba lần Nhiều lần b) Thí nghiệm thực tập phịng thí nghiệm (thực hành): Khơng đƣợc làm Ba lần Nhiều lần c) Bài tập thí nghiệm (thí nghiệm nhà): Khơng đƣợc làm Ba lần Nhiều ba lần Câu 4: Khi sử đồng hồ đa số để đo U I, em thƣờng gặp khó khăn nào? Khó sử dụng Độ xác khơng cao Khơng đo đƣợc phép đo mà giá trị U I nhỏ (dƣới 0,5mV) Câu 5: Khi học kiến thức “Dòng điện mơi trường” (vật lí11), em đƣợc thực thí nghiệm nào? Hiện tƣợng nhiệt điện Dịng điện chất điện phân Dịng điện chân khơng Dịng điện chất khí Thực hành khảo sát dịng điện qua điơt bán dẫn Câu 6: Mục đích học tập mơn vật lí em gì? Học để có kiến thức sau làm việc Học để thi đại học Học theo yêu cầu thầy, cô, cha, mẹ Học để thi đƣợc điểm cao Theo em hai nhận định sau Đúng hay Sai Ý kiến em vấn đề nêu nhận định: Câu 7: “Do đề thi tuyển sinh vào đại học theo hình thức “trắc nghiệm”, dạy học mơn vật lí thầy, chủ yếu giảng giải, suy luận lí thuyết, cho đầy đủ nội dung kiến thức mà học sinh cần học” Đúng Sai Ý cá nhân em: Câu 8: “Đa số học sinh muốn làm thí nghiệm học vật lí, thiếu thời gian thiết bị thí nghiệm nên học vật lí có sử dụng thí nghiệm, em khơng thực hành thí nghiệm mà tự đọc thầy, giới thiệu, mơ tả thí nghiệm theo nội dung viết SGK” Đúng Sai Ý cá nhân em: Xin chân thành cảm ơn em! ... 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 nghiên cứu Vật lí Trong nghiên cứu khoa học Vật lí làm thí nghiệm tác động... cứu lí thuyết: Nghiên cứu tài liệu, luận án ngồi nƣớc lí luận dạy học Vật lí, có sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh để xây dựng sở lí luận luận án - Nghiên cứu thực tiễn dạy học: Sử. .. “Dịng điện mơi trường” Vật lí 11 nhằm phát triển NLKH cho học sinh trung học phổ thơng” Mục đích nghiên cứu Xây dựng sử dụng thí nghiệm dạy học kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” Vật lí 11