Phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học một số kiến thức phần “điện học điện từ học” vật lý trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN NGỌC ANH PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC PHẦN “ĐIỆN HỌC - ĐIỆN TỪ HỌC” VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN NGỌC ANH PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC PHẦN “ĐIỆN HỌC - ĐIỆN TỪ HỌC” VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THƠNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Chuyên ngành: Lý luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số: 9140111 Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC NGHỆ AN - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng Các số liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực, khách quan chưa công bố công trình khoa học Tác giả luận án Nguyễn Ngọc Anh ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo - nhà khoa học PGS TS Nguyễn Đình Thước, người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực thành cơng đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô giáo PGS TS Phạm Thị Phú, PGS TS Hà Văn Hùng, PGS TS Nguyễn Thị Nhị, TS Nguyễn Lâm Đức ý kiến đóng góp bổ ích, giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn tập thể cán giảng viên Trường Đại học Vinh ln nhiệt tình hỗ trợ, tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận án Đồng thời, xin cảm ơn Ban giám hiệu trường THPT Lê Quảng Chí Sở Giáo dục - Đào tạo Hà Tĩnh quan tâm, tạo điều kiện để tơi hồn thành chương trình học tập nghiên cứu thời gian qua Cuối cùng, xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, em học sinh người thân gia đình quan tâm, động viên, khích lệ tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, tháng năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Ngọc Anh iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN TT CHỮ CÁI VIẾT TẮT GIẢI NGHĨA BTTN Bài tập thí nghiệm GV Giáo viên HS Học sinh HV Hành vi MĐ Mức độ PATN Phương án thí nghiệm THPT Trung học phổ thông TNSP Thực nghiệm sư phạm iv MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN .iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp luận án Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các nghiên cứu lực, lực thực nghiệm 1.1.1 Các nghiên cứu lực .5 1.1.2 Năng lực thực nghiệm học sinh phổ thông 1.2 Dạy học vật lí phát triển lực thực nghiệm học sinh 11 1.3 Những vấn đề tiếp tục cần nghiên cứu 15 CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 16 2.1 Hoạt động học vật lí học sinh .16 2.1.1 Hoạt động học 16 2.1.2 Hoạt động học vật lí trường phổ thông 18 2.1.3 Phương pháp thực nghiệm nghiên cứu vật lí dạy học vật lí 18 2.2 Năng lực thực nghiệm học sinh trung học phổ thông học tập Vật lí 22 2.3 Cấu trúc lực thực nghiệm học sinh trung học phổ thơng học tập mơn Vật lí 22 v 2.4 Thang đo lực thực nghiệm học sinh trung học phổ thông học tập vật lí 24 2.5 Thực trạng dạy học vật lí theo hướng phát triển lực thực nghiệm học sinh trường trung học phổ thông 27 2.5.1 Mục đích điều tra .28 2.5.2 Đối tượng điều tra 28 2.5.3 Phương pháp điều tra thời gian điều tra 28 2.5.4 Kết điều tra thực trạng .29 2.5.5 Nhận định kết điều tra .33 2.6 Biện pháp phát triển lực thực nghiệm học sinh dạy học vật lí trường trung học phổ thông 34 2.6.1 Định hướng xây dựng biện pháp 34 2.6.2 Biện pháp thứ nhất: Dạy học kiến thức theo phương pháp thực nghiệm vật lí .35 2.6.3 Biện pháp thứ hai: Sử dụng tập thí nghiệm dạy học vật lí 39 2.6.4 Biện pháp thứ ba: Tổ chức dạy học dự án, dạy học ngoại khố nghiên cứu khoa học có nội dung vật lí bồi dưỡng lực thực nghiệm .43 2.6.5 Biện pháp thứ tư: Tổ chức kiểm tra, đánh giá lực thực nghiệm học sinh 49 Kết luận chương 51 CHƯƠNG XÂY DỰNG KẾ HOẠCH BÀI HỌC PHẦN “ĐIỆN HỌC ĐIỆN TỪ HỌC” VẬT LÍ 11 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH 52 3.1 Một số đặc điểm phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thông 52 3.2 Nội dung dạy học mục tiêu chuẩn kiến thức kĩ phần “Điện học Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thông 53 3.2.1 Nội dung dạy học phần Điện học - Điện từ học .53 3.2.2 Chuẩn kiến thức, kĩ chương trình phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thơng 54 3.3 Mục tiêu dạy học phần “Điện học - Điện từ học” theo hướng phát triển lực thực nghiệm 58 3.4 Chuẩn bị điều kiện cần thiết để dạy học phát triển lực thực nghiệm học sinh phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 60 3.4.1 Chuẩn bị thí nghiệm 60 3.4.2 Chuẩn bị hệ thống tập thí nghiệm 61 3.5 Thiết kế kế hoạch học phần Điện học - Điện từ học Vật lí 11 theo vi hướng phát triển lực thực nghiệm học sinh 61 Kết luận chương 104 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 105 4.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 105 4.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 105 4.3 Đối tượng, thời gian thực nghiệm sư phạm 105 4.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 106 4.5 Thực nghiệm sư phạm vòng 107 4.5.1 Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm .107 4.5.2 Những thuận lợi, khó khăn thực nghiệm sư phạm vòng đề xuất cách khắc phục thực nghiệm sư phạm vòng 115 4.6 Thực nghiệm sư phạm vòng 117 4.6.1 Kết định tính 117 4.6.2 Đánh giá lực thực nghiệm học sinh qua biểu hành vi.120 4.6.3 Đánh giá kết định lượng 133 Kết luận chương 138 KẾT LUẬN CHUNG 139 NHỮNG CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN LUẬN ÁN .141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 142 PHỤ LỤC PL1 PHỤ LỤC 1: PHIẾU ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG PL1 PHỤ LỤC 2: TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐIỀU TRA PL5 PHỤ LỤC 3: CHUẨN BỊ CÁC THÍ NGHIỆM PL10 PHỤ LỤC 4: CHUẨN BỊ HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM .PL27 PHỤ LỤC 5: PHIẾU QUAN SÁT GIỜ DẠY PL46 PHỤ LỤC 6: ĐỀ KIỂM TRA .PL62 PHỤ LỤC 7: BÁO CÁO SẢN PHẨM DỰ THI SÁNG TẠO KHOA HỌC KĨ THUẬT CỦA HỌC SINH PL72 PHỤ LỤC 8: HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM PL84 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Cấu trúc lực thực nghiệm theo lực thành tố 24 Bảng 2.2 Bảng đo lực thực nghiệm học sinh dạy học Vật lí .27 Bảng 2.3 Hoạt động xây dựng kiến thức theo phương pháp thực nghiệm 38 Bảng 2.4 Tương ứng hành động giải tập thí nghiệm với kĩ thành tố lực thực nghiệm 40 Bảng 4.1 Các học thực nghiệm 107 Bảng 4.2 Các hành vi thực nghiệm học .107 Bảng 4.3 Kết đánh giá thực nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi lực thực nghiệm học sinh Nguyễn Thị Kh.Ng 120 Bảng 4.4 Kết đánh giá thực nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi lực thực nghiệm học sinh Nguyễn Q A 121 Bảng 4.5 Kết đánh giá thực nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi lực thực nghiệm HS Mai H Đ 122 Bảng 4.6 Kết đánh giá thực nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi lực thực nghiệm HS Nguyễn T M 123 Bảng 4.7 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS học “Thực hành xác định suất điện động điện trở pin điện hóa” .124 Bảng 4.8 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS tham gia học “Bài tập dòng điện kim loại” .125 Bảng 4.9 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS tham gia học “Lực từ Cảm ứng từ” 126 Bảng 4.10 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS tham gia học “Suất điện động cảm ứng” 127 Bảng 4.11 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS qua học “Dự án chế tạo sản phẩm ứng dụng kiến thức phần điện học điện từ học” 128 Bảng 4.12 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS qua học “Ngoại khóa vật lí” 129 Bảng 4.13 Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ qua học .129 Bảng 4.14 Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ qua học .130 Bảng 4.15 Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ qua học .131 Bảng 4.16 Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ qua học .132 Bảng 4.17 Phân phối kết .133 Bảng 4.18 Phân phối tần suất .134 Bảng 4.19 Phân phối tần suất tích lũy .134 Bảng 4.20 Phân loại theo điểm kiểm tra 135 Bảng 4.21 Các thông số thống kê toán học 136 vi Biểu đồ DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH Trang Biểu đồ 2.1 Mức độ giáo viên vật lí sử dụng dạy học giải vấn đề theo phương pháp thực nghiệm 30 Biểu đồ 2.2 Mức độ giáo viên vật lí tổ chức cho học sinh thiết kế chế tạo 30 thí nghiệm tự làm 30 Biểu đồ 2.3 Mức độ GV sử dụng tập thí nghiệm dạy học Vật lí 31 Biểu đồ 2.4 Mức độ giáo viên vật lí tổ chức cho học sinh nghiên cứu sáng tạo khoa học kĩ thuật 31 Hình Hình 2.1 Cấu trúc lực thực nghiệm 23 Hình 2 Sơ đồ hoạt động học học sinh theo phương pháp thực nghiệm vật lí 36 Hình 2.3 Phân loại tập thí nghiệm vật lí 42 Hình 4.1 Học sinh làm thí nghiệm “Lực từ Cảm ứng từ” 109 Hình 4.2 Sản phẩm dự án 111 Hình 4.3 Sản phẩm dự án 112 Hình 4.4 Sản phẩm dự án 113 Hình 4.5 Đường phát triển lực học sinh Nguyễn Thị Kh Ng 120 Hình 4.6 Đường phát triển lực học sinh Nguyễn Q A .121 Hình 4.7 Đường phát triển lực học sinh Mai H Đ .122 Hình 4.8 Đường phát triển lực học sinh Nguyễn T M .123 Hình 4.9 Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ qua học 130 Hình 4.10 Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ qua học 131 Hình 4.11 Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ qua học 132 Hình 4.12 Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ qua học 133 Hình 4.13 Đồ thị phân bố tần suất .134 Hình 4.14 Đồ thị phân bố tần suất tích lũy 135 Hình 3.1 Thí nghiệm tương tác tĩnh điện PL10 Hình 3.2 Thí nghiệm pin điện hóa PL11 Hình 3.3 Mắc nguồn điện thành PL12 Hình 3.4 Thí nghiệm điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ .PL13