Luận án tiến sĩ vật lý dạy học vật lí theo quy trình nghiên cứu khoa học chương “điện từ học” cấp trung học cơ sở

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, cơng bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn giáo dục Việt Nam Các kết chƣa đƣợc cơng bố nghiên cứu khác Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Nghiệp ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng, Khoa Vật lí, Bộ mơn Phƣơng pháp dạy học Vật lí Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội, Vụ Giáo dục Trung học Bộ Giáo dục Đào tạo, Ban Giám hiệu, giáo viên em học sinh trƣờng THCS địa bàn Hà Nội - nơi tác giả công tác, tiến hành nghiên cứu triển khai thực nghiệm đề tài khoa học tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành đƣợc luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Nhà giáo Nhân dân - PGS.TS Phạm Xuân Quế Nhà giáo Nhân dân - PGS.TS Nguyễn Văn Khải tận tình hƣớng dẫn, động viên, giúp đỡ tác giả suốt thời gian nghiên cứu để tác giả hồn thành cơng trình nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy, giáo Khoa Vật lí Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội dành nhiều thời gian tƣ vấn, đóng góp, bổ sung ý kiến để tác giả chỉnh sửa hoàn thiện luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp ngƣời giúp đỡ động viên tác giả thời gian nghiên cứu để hoàn thành đề tài khoa học Đặc biệt, tác giả xin gửi đến bố, mẹ kính yêu lời biết ơn sâu nặng đồng hành tác giả vƣợt qua gian truân, thử thách để tác giả bƣớc tiếp bƣớc đời Trân trọng cảm ơn Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Nghiệp iii MỤC LỤC Trang bìa LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH xii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ xiv MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 4 Đối tƣợng khách thể nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Các đóng góp đề tài 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 1.1.1.2 Ở Việt Nam 13 1.1.2 Tổng quan phát triển lực khoa học học sinh dạy học 17 1.1.2.1 Trên giới 17 1.1.2.2 Ở Việt nam 21 1.2 Cơ sở lí luận .23 1.2.1 Một số khái niệm 23 1.2.1.1 Khái niệm nghiên cứu khoa học học sinh trƣờng phổ thông 23 iv 1.2.1.2 Khái niệm quy trình nghiên cứu khoa học .24 1.2.1.3 Khái niệm lực khoa học học sinh phổ thông 26 1.2.2 Thiết kế tiến trình dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 26 1.2.2.1 Khái niệm dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 26 1.2.2.2 Chuyển quy trình nghiên cứu khoa học thành tiến trình dạy học 27 1.2.2.3 Sự khác nhà khoa học học sinh phổ thông nghiên cứu khoa học 28 1.2.3 Giải pháp đƣa giai đoạn “nghiên cứu tổng quan” vào tiến trình dạy học 31 1.2.3.1 Định nghĩa tổng quan .31 1.2.3.2 Mục đích đƣa giai đoạn “nghiên cứu tổng quan” vào tiến trình dạy học 31 1.2.3.3 Khó khăn đƣa “nghiên cứu tổng quan” vào tiến trình dạy học .33 1.2.3.4 Giải pháp đƣa giai đoạn “nghiên cứu tổng quan” vào tiến trình dạy học 33 1.2.4 Thiết kế hoạt động dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 35 1.2.4.1 Một số đặc điểm lứa tuổi học sinh trung học sở 35 1.2.4.2 Mục tiêu dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 36 1.2.4.3 Định hƣớng tổ chức hoạt động dạy hoạt động học theo quy trình nghiên cứu khoa học 38 1.2.4.4 Cấu trúc câu giả thuyết câu dự đoán 40 1.2.4.5 Một số lƣu ý dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 42 1.2.5 Vai trò, nguyên tắc, mức độ dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 43 1.2.5.1 Vai trị dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 44 1.2.5.2 Nguyên tắc dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 45 1.2.5.3 Các mức độ dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 46 1.2.6 Đánh giá lực khoa học học sinh học theo quy trình nghiên cứu khoa học 48 1.2.6.1 Biểu lực thành phần học sinh học theo quy trình nghiên cứu khoa học 48 v 1.2.6.2 Tiêu chí mức độ hành vi đánh giá lực khoa học học sinh 50 1.2.6.3 Bảng kiểm theo báo hành vi mức độ hành vi lực khoa học 51 1.3 Cơ sở thực tiễn 54 1.3.1 Nhận thức giáo viên chất dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 54 1.3.2 Thực trạng việc dạy học phát triển lực khoa học 55 1.3.3 Nhận thức giáo viên vai trò nghiên cứu khoa học dạy học Vật lí trƣờng trung học sở 56 1.3.4 Mức độ hiểu biết giáo viên quy trình nghiên cứu khoa học 57 1.3.5 Một số nguyên nhân ảnh hƣởng đến việc dạy học phát triển lực khoa học 58 1.3.6 Thực trạng lực khoa học học sinh số trƣờng trung học sở địa bàn Hà Nội 59 Kết luận Chƣơng 61 Chƣơng THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC THEO QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHƢƠNG “ĐIỆN TỪ HỌC” 62 2.1 Phân tích Chƣơng “Điện từ học” cấp THCS Chƣơng trình Giáo dục phổ thơng hành 62 2.1.1 Vị trí Chƣơng “Điện từ học” 62 2.1.2 Phân tích đặc điểm nội dung kiến thức Chƣơng “Điện từ học” 62 2.2 Lựa chọn xếp logic kiến thức “Điện từ học” .66 2.2.1 Sắp xếp logic học “Điện từ học” 66 2.2.2 Logic hình thành kiến thức từ trƣờng nam châm vĩnh cửu 67 2.2.3 Logic hình thành kiến thức từ trƣờng dịng điện 68 2.2.4 Logic hình thành kiến thức cảm ứng điện từ 69 2.3 Thiết kế thiết bị thí nghiệm 71 2.3.1 Lí thiết kế thí nghiệm 71 vi 2.3.1.1 Đối với “Từ trƣờng nam châm vĩnh cửu” 72 2.3.1.2 Đối với “Từ trƣờng dòng điện” 72 2.3.1.3 Đối với “Cảm ứng điện từ” 74 2.3.3 Thiết kế chế tạo thí nghiệm “Từ trƣờng dòng điện” 75 2.3.4 Thiết kế chế tạo thí nghiệm “Cảm ứng điện từ” 76 2.3.4.1 Cơ sở lí thuyết 76 2.3.4.2 Thiết kế chế tạo thí nghiệm nghiên cứu cảm ứng điện từ dùng nam châm vĩnh cửu 77 2.3.4.3 Thiết kế chế tạo thí nghiệm nghiên cứu cảm ứng điện từ dùng nam châm điện 81 2.4 Tiến trình dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 83 3.4.1 Bài Từ trƣờng nam châm vĩnh cửu 83 3.4.1.1 Mục tiêu nội dung tri thức học sinh cần đạt .83 3.4.1.3 Tổ chức hoạt động dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 84 3.4.1.4 Mục tiêu đánh giá lực khoa học học sinh 90 2.4.2 Bài Từ trƣờng dòng điện 93 2.4.2.1 Mục tiêu nội dung tri thức học sinh cần đạt .93 2.4.2.2 Mục tiêu phát triển lực khoa học học sinh 93 2.4.2.3 Tổ chức hoạt động dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 93 2.4.2.4 Mục tiêu đánh giá lực khoa học học sinh .100 2.4.3 Bài Cảm ứng điện từ 102 2.4.3.1 Mục tiêu nội dung tri thức học sinh cần đạt 102 2.4.3.2 Mục tiêu phát triển lực khoa học học sinh 102 2.4.3.3 Tổ chức hoạt động dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 103 2.4.3.4 Mục tiêu đánh giá lực khoa học học sinh .111 Kết luận Chƣơng 114 Chƣơng THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 115 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm .115 3.2 Nội dung thực nghiệm sƣ phạm .115 vii 3.2.1 Kết thực nghiệm sƣ phạm vòng 115 3.2.2 Nội dung thực nghiệm sƣ phạm vòng hai 116 3.3 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm vòng hai 116 3.3.1 Đối tƣợng triển khai thực nghiệm sƣ phạm .116 3.3.2 Quy trình thực nghiệm .117 3.3.3 Nội dung, công cụ phƣơng pháp thực nghiệm 118 3.4 Kết thực nghiệm vòng hai 118 3.4.1 Đánh giá định tính .118 3.4.1.1 Phƣơng pháp đánh giá 118 3.4.1.2 Kết thực nghiệm sƣ phạm 119 3.4.1.3 Phân tích kết 132 3.4.1.4 Kết luận .134 3.4.2 Đánh giá tiến học sinh .134 3.4.2.1 Phƣơng pháp đánh giá 134 3.4.2.2 Kết tiến phát triển lực khoa học HS 135 3.4.2.3 Kết luận .141 3.4.3 Đánh giá định lƣợng 141 3.4.3.1 Phƣơng pháp đánh giá 141 3.4.3.2 Đánh giá phát triển lực khoa học trƣờng thực nghiệm 141 3.4.3.3 Đánh giá phát triển lực khoa học học sinh lớp lớp 145 3.4.3.4 Đánh giá phát triển NLKH HS tham gia thực nghiệm 147 3.4.3.5 Kết luận .151 KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KHUYẾN NGHỊ 154 Kết luận .154 Đề xuất nghiên cứu đề tài 156 Khuyến nghị 156 3.1 Với Bộ Giáo dục Đào tạo 156 3.2 Với giáo viên trung học 157 viii CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .158 TÀI LIỆU THAM KHẢO .159 PHỤ LỤC 165 Phụ lục Một số hình ảnh triển khai thực nghiệm sƣ phạm 165 Phụ lục Chuẩn kiến thức kĩ Chƣơng Điện từ học Chƣơng trình Giáo dục phổ thông cấp THCS .166 Phụ lục Phiếu học tập Bài học sinh lớp trƣờng THCS Hoàng Hoa Thám 168 Phụ lục Phiếu học tập học sinh lớp trƣờng THCS Nguyễn Siêu 172 Phụ lục Phiếu học tập học sinh lớp trƣờng THCS Đoàn Kết 178 Phụ lục Phiếu học tập Bài học sinh lớp trƣờng THCS Hoàng Hoa Thám 183 ix DANH MỤC VIẾT TẮT Dạy học DH Giáo viên GV Giáo dục đào tạo GDĐT Giáo dục phổ thông GDPT Học sinh HS Khoa học KH Năng lực khoa học NLKH Năng lực thành phần NLTP Nghiên cứu khoa học NCKH Phƣơng pháp dạy học PPDH Sách giáo khoa SGK Trung học sở THCS Trung học phổ thơng THPT Thí nghiệm TN Thực nghiệm sƣ phạm TNSP x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Sự khác nhà khoa học học sinh phổ thông nghiên cứu khoa học 29 Bảng 1.2 Mục tiêu dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 36 Bảng 1.3 Năng lực thành phần cấu thành lực khoa học 49 Bảng 1.4 Bảng kiểm mức độ báo hành vi lực thành phần lực khoa học 51 Bảng 1.5 Số liệu nhận thức giáo viên chất dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học 54 Bảng 1.6 Thống kê kết khảo sát thực trạng dạy học phát triển lực khoa học giáo viên 55 Bảng 1.7 Kết nhận thức giáo viên vai trò nghiên cứu khoa học dạy học trường trung học sở 57 Bảng 1.8 Kết điều tra mức độ hiểu biết giáo viên quy trình nghiên cứu khoa học 58 Bảng 1.9 Kết khảo sát nguyên nhân ảnh hưởng đến dạy học phát triển lực khoa học cho học sinh giáo viên 58 Bảng 1.10 Kết khảo sát đầu vào lực khoa học học sinh trung học sở 59 Bảng 2.1 Sắp xếp logic học Điện từ học cấp trung học sở 66 Bảng 2.2 Bảng kiểm báo hành vi lực khoa học học sinh “Từ trường nam châm vĩnh cửu” 90 Bảng 2.3 Bảng kiểm báo hành vi lực khoa học học sinh “Từ trường dòng điện” 100 Bảng 2.4 Bảng kiểm báo hành vi lực khoa học học sinh “Cảm ứng điện từ” 111 Bảng 3.1 Thời gian địa điểm triển khai thực nghiệm 116 175 176 177 178 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