Luận án thiết kế tiến trình dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học chương “điện từ học

1 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Tốc độ phát triển nhanh KH công nghệ tạo nên kho tàng tri thức đồ sộ kỉ 21 tác động mạnh mẽ đến giáo dục quốc gia việc đổi cách dạy để ngƣời học tiếp nhận đƣợc tri thức KH nhân loại Giáo dục phổ thông quốc gia giới hƣớng đến mục tiêu phát triển phẩm chất lực ngƣời học, tạo nguồn nhân lực chất lƣợng cao có đủ khả phục vụ nghiệp phát triển kinh tế quốc gia Để đạt đƣợc mục tiêu giáo dục, nhiều quốc gia giới đầu tƣ nguồn lực để nghiên cứu phƣơng pháp, hình thức, kĩ thuật DH tích cực nhằm phát triển phẩm chất lực HS trƣờng phổ thông Việt Nam khơng nằm ngồi quốc gia Trong xã hội đại ngƣời lao động cần có tri thức, có phẩm chất lực để giải hiệu cơng việc đƣợc giao Muốn vậy, khả tự học, tự nghiên cứu cá nhân cần đƣợc trọng giáo dục trƣờng phổ thông Giáo dục phổ thông nƣớc ta đƣợc Đảng Nhà nƣớc quan tâm thƣờng xuyên liên tục qua nhiều thời kì biến đổi đất nƣớc Vấn đề nhận thấy văn kiện Đảng, sách ƣu tiên Nhà nƣớc cho giáo dục Nghị Hội nghị lần thứ BCH Trung ƣơng đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo nêu rõ quan điểm đạo [3]: “Giáo dục đào tạo quốc sách hàng đầu, nghiệp Đảng, Nhà nƣớc toàn dân Đầu tƣ cho giáo dục đầu tƣ phát triển, đƣợc ƣu tiên trƣớc chƣơng trình, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội” “Chuyển mạnh trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện lực phẩm chất ngƣời học Học đơi với hành; lí luận gắn với thực tiễn; giáo dục nhà trƣờng kết hợp với giáo dục gia đình giáo dục xã hội” Đồng thời, Nghị nhiệm vụ giải pháp: “Tiếp tục đổi mạnh mẽ phƣơng pháp dạy học theo hƣớng đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo vận dụng kiến thức, kĩ ngƣời 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 ngƣời học tự cập nhật đổi tri thức, kĩ năng, phát triển lực Chuyển từ học chủ yếu lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, ý hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học”; Điều 5, khoản Luật Giáo dục 2005 nêu rõ yêu cầu phƣơng pháp giáo dục [24]: “Phƣơng pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tƣ sáng tạo ngƣời học; bồi dƣỡng cho ngƣời học lực tự học, khả thực hành, lòng say mê học tập ý chí vƣơn lên” Nhƣ vậy, thấy định hƣớng rằng, phƣơng pháp giáo dục trƣờng phổ thông nhằm phát triển phẩm chất lực HS, NCKH hình thức dạy học khơng thể thiếu giáo dục trƣờng phổ thông Thực đạo trên, năm gần đây, Bộ GDĐT triển khai nhiều đợt tập huấn cho GV nhằm nâng cao chất lƣợng giáo dục trƣờng phổ thông Điều tác động mạnh đến nhận thức GV việc DH, kiểm tra đánh giá theo định hƣớng phát triển phẩm chất lực ngƣời học Tuy nhiên, GV trƣờng phổ thơng cịn gặp phải nhiều khó khăn việc xác định đƣợc thành phần, tiêu chí, mức độ phẩm chất lực HS, đặc biệt môn học KH tự nhiên có mơn Vật lí NLKH bao gồm NLTP nhƣ: Đặt câu hỏi nghiên cứu; nghiên cứu tổng quan; hình thành giả thuyết; rút hệ từ giả thuyết; thiết kế phƣơng án thực nghiệm; triển khai thực nghiệm; rút kết luận Dễ nhận thấy, NLTP NLKH chƣa xuất Chƣơng trình GDPT hành [7],[8] đƣợc đề cập dự thảo Chƣơng trình GDPT môn KH tự nhiên cấp THCS Các thi Bộ GDĐT tổ chức có tác động tích cực đến đổi PPDH, hình thức DH trƣờng phổ thơng Đặc biệt, thi KH kĩ thuật dành cho HS trung học đƣợc tổ từ năm 2012 lôi tham gia nhà KH, GV, phụ huynh tổ chức xã hội [74] Số lƣợng đăng kí dự thi số giải thƣởng dành đƣợc hội thi quốc tế tăng mạnh thể thành công lớn giáo dục đổi hình thức DH Tuy nhiên, đề tài NCKH cần tuân thủ thực theo giai đoạn quy trình NCKH, nhƣng quy trình NCKH chƣa thấy xuất DH trƣờng phổ thông, vấn đề cần sớm đƣợc khắc phục để giúp HS hiểu đƣợc quy trình NCKH, giai đoạn NCKH có giai đoạn “nghiên cứu tổng quan” để họ vận dụng vào giải vấn đề thực tiễn Vật lí học ngành KH nghiên cứu vận động vật chất để tìm quy luật vận động tự nhiên, tri thức KH vật lí đƣợc tìm thấy nhờ cơng trình NCKH Vì vậy, DH Vật lí trƣờng phổ thơng dạy cho HS đƣờng tìm tri thức KH, qua phát triển phẩm chất NLKH Tuy nhiên, DH Vật lí trƣờng phổ thơng thời điểm đa số GV chƣa quan tâm đến DH theo quy trình NCKH Kiến thức vật lí Chƣơng “Điện từ học” cấp THCS có nội dung quan trọng kho tàng tri thức nhân loại có ý nghĩa to lớn phát triển KH nhƣ phát triển xã hội lồi ngƣời, phát “cảm ứng điện từ” ngành Vật lí đƣợc phát triển mạnh mẽ, ứng dụng tri thức KH Điện tự học thúc đẩy xã hội lồi ngƣời tiến đến thời kì đại Nội dung kiến thức Điện từ học cấp THCS đƣợc bố trí Chƣơng với thời lƣợng 20 tiết mơn Vật lí lớp SGK hành cấu trúc thành 19 học [25] nhƣng chƣa thể mạch logic phát giải vấn đề tri thức KH, có khó khăn định DH phát triển NLKH HS Vì vậy, cần xếp lại nội dung kiến thức Điện từ học thành nhóm kiến thức tìm mạch logic phát triển nội dung kiến thức để cho, từ câu hỏi nghiên cứu mà giải đƣợc đầy đủ nội dung kiến thức có liên quan phạm vi Chƣơng trình GDPT cấp THCS Điện từ học kiến thức vật lí trừu tƣợng, từ trƣờng dạng vật chất không quan sát đƣợc trực tiếp mà nhận biết từ trƣờng thông qua từ phổ nhận biết đƣợc xuất dòng điện cảm ứng thông qua điện kế Tuy nhiên, dụng cụ TN phục vụ cho việc học tập theo nhóm cịn thiếu danh mục Thiết bị dạy học tối thiểu [4] Để phát triển đƣợc NLKH cho HS trình học tập nghiên cứu để phát tri thức Điện từ học cần thiết kế, chế tạo bổ sung số thiết bị TN phục vụ cho hoạt động học HS Việc đánh giá xếp loại kết học tập HS THCS đƣợc thực theo Thông tƣ 58/BGĐT [75], nhiên quy chế đánh giá kết học tập mà HS đạt đƣợc nội dung kiến thức mà chƣa có đánh giá phát triển lực HS trình học tập Thế nên, cần thiết phải xây dựng công cụ đánh giá NLKH HS để góp phần hồn thiện quy chế đánh giá kết học tập rèn luyện HS trƣờng phổ thông, đồng thời tháo gỡ khó khăn mà GV trƣờng phổ thơng gặp phải việc thực Nghị 29 Từ lí trên, chúng tơi triển khai nghiên cứu đề tài: Dạy học Vật lí theo quy trình nghiên cứu khoa học Chƣơng “Điện từ học” cấp trung học sở Mục đích nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề liên quan đến phƣơng pháp dạy học quy trình NCKH để thiết kế tiến trình dạy học dựa quy trình NCKH, có ý đƣa giai đoạn nghiên cứu tổng quan vào tiến trình dạy học Đồng thời, vận dụng tiến trình DH theo quy trình NCKH để tổ chức DH số kiến thức chƣơng “Điện từ học” cấp THCS nhằm giúp HS phát triển NLKH Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu giới hạn vận dụng tiến trình DH theo quy trình NCKH nội dung kiến thức Điện từ học cấp THCS (đã đƣợc cấu trúc lại thành ba học) thử nghiệm đối tƣợng HS THCS địa bàn thành phố Hà Nội Đối tƣợng khách thể nghiên cứu 4.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Quy trình NCKH, tiến trình DH theo quy trình NCKH - Các NLTP NLKH DH theo quy trình NCKH - Cơng cụ đánh giá NLKH HS học theo quy trình NCKH - Nội dung kiến thức Điện từ cấp THCS - Các TN thiết bị TN DH kiến thức điện từ học 4.2 Khách thể nghiên cứu - HS lớp lớp số trƣờng THCS địa bàn TP Hà Nội - GV số trƣờng THCS địa bàn TP Hà Nội 5 Giả thuyết khoa học Muốn phát triển đƣợc NLKH HS trƣờng phổ thơng cần tổ chức DH kiến thức KH theo đƣờng nghiên cứu nhà KH Nếu xây dựng đƣợc tiến trình DH dựa theo quy trình NCKH vận dụng vào DH kiến thức vật lí Điện từ học trƣờng THCS phát triển đƣợc NLKH HS Nhiệm vụ nghiên cứu 6.1 Hệ thống hóa sở lí luận, sở thực tiễn DH theo quy trình NCKH, DH phát triển NLKH giới Việt Nam 6.2 Điều tra thực trạng việc tổ chức DH theo quy trình NCKH nhằm phát triển NLKH HS trƣờng THCS 6.3 Xác định mức độ lực nhà KH mức độ lực HS giai đoạn quy trình NCKH để đề xuất NLTP, biểu hành vi NLKH mức độ biểu hành vi NLKH HS 6.4 Thiết kế tiến trình DH theo quy trình NCKH, có đƣa giai đoạn nghiên cứu tổng quan vào tiến trình DH nhằm phát triển NLKH HS 6.5 Xây dựng công cụ đánh giá NLKH HS học theo quy trình NCKH 6.6 Nghiên cứu nội dung kiến thức Điện từ học Chƣơng trình GDPT hành để xếp nội dung kiến thức Điện từ học thành nhóm kiến thức có liên quan cấu trúc lại thành học Trên sở đó, thiết kế logic hình thành kiến thức theo giai đoạn quy trình NCKH 6.7 Thiết kế tiến trình DH, hoạt động dạy học học theo quy trình NCKH nhằm phát triển NLKH HS Thiết kế TN chế tạo thiết bị TN tƣơng ứng với học 6.8 Trên sở cấu trúc NLKH, xây dựng công cụ để đánh giá mức độ đạt đƣợc NLKH HS học học Điện từ cấp THCS 6.9 TNSP nhằm đánh giá tính khả thi giả thuyết KH: Nếu áp dụng dạy học nội dung kiến thức Điện từ học cấp THCS theo quy trình NCKH đối tƣợng GV HS số trƣờng THCS mà thấy rằng, GV DH theo quy trình NCKH qua phát triển đƣợc NLKH tất HS trƣờng TNSP giả thuyết đề tài có tính khả thi phù hợp với thực tiễn DH Vật lí trƣờng THCS Việt Nam Phƣơng pháp nghiên cứu 7.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lí thuyết - Thu thập xử lí thơng tin văn đạo Đảng, nhà nƣớc Bộ GDĐT đổi toàn diện GDĐT để xác định hƣớng nghiên cứu phù hợp thực tiễn khách quan - Thu thập xử lí thơng tin cơng trình KH, ấn phẩm liên quan đến DH theo quy trình NCKH, NLKH HS, đánh giá phát triển NLKH HS để làm sở lí luận nhằm thiết kế tiến trình DH, hoạt động DH cơng cụ đánh giá NLKH - Phân tích mục tiêu, nội dung kiến thức Chƣơng “Điện từ học” Chƣơng trình GDPT hành cấp THCS cấp THPT để xếp lại nội dung kiến thức cho phù hợp với trình độ nhận thức HS THCS, đồng thời xây dựng logic hình thành kiến thức hợp lí với tiến trình DH theo quy trình NCKH 7.2 Phƣơng pháp điều tra thực trạng Xây dựng câu hỏi GV nhằm thu thập thơng tin DH theo quy trình NCKH thông qua nội dung điều tra: - Hiểu biết quy trình NCKH; - Thực trạng việc DH phát triển NLKH cho HS trƣờng THCS; - Những khó khăn DH phát triển lực 7.3 Phƣơng pháp chuyên gia Trao đổi, xin ý kiến chuyên gia lí luận PPDH, chuyên gia tâm lí giáo dục học số nội dung: - Tâm lí lứa tuổi HS THCS - Tiến trình DH kiến thức vật lí theo quy trình NCKH - Tiêu chí, biểu hiện, báo hành vi NLKH HS Cấu trúc NLKH, công cụ đánh giá NLKH - Nội dung kiến thức Điện từ học cấp THCS THPT, mạch logic phát triển kiến thức theo quy trình NCKH 7.4 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm - TNSP lần thứ để thu thập liệu nhằm điều chỉnh hồn thiện: tiến trình DH, nội dung tri thức HS cần đạt, NLKH, hình thức tổ chức dạy học, công cụ đánh giá NLKH HS - TNSP lần thứ hai để thu thập liệu phiếu phản hồi HS Xử lí số liệu theo mức độ báo hành vi HS đạt đƣợc NLKH nghiên cứu khám phá tri thức Điện từ học cấp THCS theo quy trình NCKH - Đánh giá phát triển NLKH đối tƣợng HS thông qua phiếu phản hồi ba học (đã đƣợc cấu trúc lại nội dung kiến thức so với SGK hành) Lấy kết học tập phiếu phản hồi Bài “Từ trƣờng nam châm vĩnh cửu” làm số liệu đánh giá khảo sát đầu vào NLKH HS, sau dùng số liệu kết học tập Bài “Từ trƣờng dòng điện” Bài “Cảm ứng điện từ” để so sánh với Bài 1, từ rút kết luận phát triển NLKH HS học theo quy trình NCKH - Tổng hợp kết đánh giá phát triển lực HS lớp khác nhau; trƣờng khác nhau; lứa tuổi khác nhau; GV dạy khác để đƣa kết luận tính đúng/sai giả thuyết đƣa 7.5 Phƣơng pháp thống kê toán học Sử dụng phần mềm Excel để xác định tỉ lệ % mức độ báo hành vi NLTP HS sau học xong ba học Sử dụng biểu đồ để so sánh đánh giá phát triển NLKH HS học theo quy trình NCKH Các đóng góp đề tài 8.1 Đề xuất tiến trình DH dựa theo quy trình NCKH gồm giai đoạn có giai đoạn nghiên cứu tổng quan 8.2 Đề xuất đƣợc cấu thành NLKH gồm 10 thành tố mức độ báo hành vi tƣơng ứng 8.3 Thiết kế công cụ đánh giá NLKH HS học theo quy trình NCKH 8.4 Thiết kế logic hình thành kiến thức Chƣơng “Điện từ học” cấp THCS gồm ba học: “Từ trƣờng nam châm vĩnh cửu”, “Từ trƣờng dòng điện” “Cảm ứng điện từ” theo tiến trình giai đoạn NCKH 8.5 Thiết kế hoạt động dạy hoạt động học theo giai đoạn quy trình NCKH học 8.6 Xây dựng ba công cụ đánh giá NLKH HS đạt đƣợc học ba Điện từ học cấp THCS 8.7 Thiết kế, chế tạo dụng cụ, thiết bị TN để TNSP DH theo quy trình NCKH ba học Điện từ học gồm: Tên thí nghiệm Tên Từ trƣờng TN tƣơng tác nam châm vĩnh cửu với: nam nam châm vĩnh cửu Số lƣợng châm; kim nam châm; sắt, mạt sắt kim loại, vật liệu khác Từ trƣờng TN kiểm tra dự đốn dịng điện có tính chất nhƣ dịng điện nam châm (hút sắt; hút đẩy nhau; tƣơng tác với nam châm từ phổ của dòng điện dây dẫn có hình dạng khác nhau) Cảm ứng điện từ TN xuất hiện tƣợng cảm ứng điện từ: sử dụng nam châm vĩnh cửu sử dụng nam châm điện Bộ TN sử dụng nam châm vĩnh cửu sử dụng nam châm điện để kiểm tra dự đoán độ lớn dịng điện cảm ứng phụ thuộc vào: góc hợp phƣơng đƣờng sức từ với diện tích cuộn dây; độ lớn từ trƣờng; diện tích cuộn dây; tốc độ thay đổi số đƣờng sức từ xuyên qua diện tích cuộn dây (thay đổi tốc độ góc hợp phƣơng đƣờng sức từ với diện tích cuộn dây; thay đổi tốc độ từ trƣờng; thay đổi tốc độ biến dạng diện tích cuộn dây) Chƣơng TỔNG QUAN CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 1.1.1.1 Trên giới - Quy trình nghiên cứu khoa học Quy trình NCKH (phƣơng pháp KH, phƣơng pháp NCKH hay tiến trình NCKH) đƣợc xuất từ lâu lịch sử phát triển KH Theo từ điển tiếng Anh quy trình NCKH “thủ tục đặc trƣng KH tự nhiên kể từ kỉ 17, bao gồm quan sát có hệ thống, xây dựng giả thuyết, thí nghiệm kiểm tra, đo lƣờng thí nghiệm, sửa đổi giả thuyết” [79] Hội đồng nghiên cứu Quốc gia Hoa Kì [61] cho rằng, quy trình NCKH đề cập tới cách thức khác mà nhà KH nghiên cứu giới tự nhiên đề xuất giải thích dựa chứng thu đƣợc từ nghiên cứu họ Theo Suchman [67], NCKH chủ động theo đuổi ý nghĩ liên quan đến trình thay đổi kinh nghiệm thành mảnh nhỏ hiểu biết Tất hoạt động quan sát, đƣa giả thuyết, làm thí nghiệm, kiểm tra giả thuyết giai đoạn NCKH Quan niệm quy trình NCKH phong phú phức tạp, nhiên tách hoạt động có tính chất chung Theo Garland [50] thì, tiến trình KH chu trình bao gồm giai đoạn: Thực quan sát; Suy nghĩ câu hỏi cần quan tâm; Hình thành giả thuyết; Phát triển dự đốn kiểm tra đƣợc; Thu thập liệu để kiểm tra dự đoán; Phát triển lí thuyết chung Theo I Ia Lec-ner, phƣơng pháp nghiên cứu khoa học (Исследовательский метод) gồm giai đoạn [73]: 1) Quan sát nghiên cứu kiện tƣợng; 2) Giải thích tƣợng chƣa hiểu đƣa vào nghiên cứu (đặt vấn đề); 3) Đƣa giả thuyết; 4) Xây dựng kế hoạch nghiên cứu; 5) Thực kế hoạch nghiên cứu bao gồm việc làm rõ mối liên hệ tƣợng nghiên cứu tƣợng khác; 6) Hình thành kết luận, giải thích; 7) Kiểm tra kết 10 luận; 8) Những kết luận thực tế ứng dụng cần thiết kiến thức thu nhận đƣợc Chu trình sáng tạo KH tự nhiên Razumopxki đề xuất nhƣ có tính chu trình khơng khép kín bao gồm giai đoạn [23]: Những kiện khởi đầu; Mơ hình giả định trừu tƣợng; Các hệ logic; Thí nghiệm kiểm tra Tóm lại, thấy, quy trình NCKH trình nhà KH phải tuân theo tiến hành hoạt động NCKH, góp phần định thành công hoạt động NCKH Có nhiều cách khác để mơ tả quy trình NCKH, nhƣng đƣa giai đoạn: Quan sát; Đặt câu hỏi nghiên cứu; Nghiên cứu tổng quan; Hình thành giả thuyết; Rút hệ từ giả thuyết; Thực nghiệm kiểm hệ quả; Xử lí liệu; Phân tích kết thực nghiệm; Rút kết luận; Báo cáo kết giả thuyết đúng, trƣờng hợp kết thực nghiệm khơng cần xây dựng lại giả thuyết thực lại giai đoạn DH dựa quy trình NCKH đƣợc xem PPDH [73], chiến lƣợc DH (teaching strategy) quan điểm DH [29],[9]? Đây vấn đề cần nghiên cứu nhà khoa học lí luận phƣơng pháp dạy học mơn Vật lí - Dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học Giáo dục KH phát triển sớm đƣợc coi trọng Hy Lạp cổ đại, nhiên kỉ XIX giáo dục chủ yếu cung cấp kiện yêu cầu ngƣời học phải ghi nhớ Đầu kỉ XX, John Dewey [49] cựu GV dạy mơn KH Hoa Kì phê phán cách DH này, ông cho rằng, KH nên đƣợc dạy nhƣ trình cách thức tƣ duy, môn học với kiện để ghi nhớ Dewey khuyến khích GV dạy KH thực việc DH nhƣ chiến lƣợc gồm bƣớc: trình bày vấn đề, hình thành giả thuyết, thu thập liệu trình thử nghiệm, xây dựng kết luận Trong tiến trình DH Dewey, HS tích cực tham gia học tập GV có vai trị ngƣời hỗ trợ hƣớng dẫn Ông cho rằng, vấn đề cần nghiên cứu phải liên quan đến kinh nghiệm HS khả trí tuệ HS: HS ngƣời học tích cực việc tìm kiếm câu trả lời, HS thêm vào kiến thức vào tri thức KH Để đạt đƣợc điều đó, HS phải 175 176 177 178 Phụ lục Phiếu học tập học sinh lớp trƣờng THCS Đoàn Kết 179 180 181 182 183 Phụ lục Phiếu học tập Bài học sinh lớp trƣờng THCS Hoàng Hoa Thám 184 185 186 187 188 189 ... tiễn 1.2.2 Thiết kế tiến trình dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 1.2.2.1 Khái niệm dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học Theo R Bybee [41] cho rằng: “DH theo quy trình NCKH lối tiếp... pháp dạy học quy trình NCKH để thiết kế tiến trình dạy học dựa quy trình NCKH, có ý đƣa giai đoạn nghiên cứu tổng quan vào tiến trình dạy học Đồng thời, vận dụng tiến trình DH theo quy trình. .. Nghị 29 Từ lí trên, triển khai nghiên cứu đề tài: Dạy học Vật lí theo quy trình nghiên cứu khoa học Chƣơng “Điện từ học? ?? cấp trung học sở Mục đích nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề