Tổ chức dạy học chủ đề stem một số kiến thức chương sóng ánh sáng vật lí 12 trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH NGUYỄN ĐỨC VINH TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SĨNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THƠNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH NGUYỄN ĐỨC VINH TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SĨNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN ĐĂNG THUẤN Thành phố Hồ Chí Minh – 2021 LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân Số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố, sử dụng cơng trình nghiên cứu TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 Tác giả Nguyễn Đức Vinh XÁC NHẬN XÁC NHẬN CỦA KHOA VẬT LÍ CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Đăng Thuấn LỜI CẢM ƠN Lời em gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô giảng viên khoa Vật lí – Trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy cô môn Phương pháp giảng dạy vật lí ứng dụng tận tình dạy trang bị cho em kiến thức cần thiết suốt thời gian ngồi ghế giảng đường, làm tảng cho em hồn thành luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS Nguyễn Đăng Thuấn tận tình hướng dẫn em suốt thời gian học tập trình làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, em học sinh trường THCS – THPT Hoa Sen, ThS Nguyễn Y Phụng, thầy Nguyễn Cảnh Công giúp đỡ, hỗ trợ tạo điều kiện tốt để tiến hành thực nghiệm sư phạm Xin chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 Tác giả Nguyễn Đức Vinh MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Giả thuyết khoa học Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu khoa học 10 6.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận 10 6.2 Phương pháp điều tra, quan sát thực tiễn 10 6.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 10 Đóng góp đề tài 10 Cấu trúc đề tài 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM 11 1.1.1 Thuật ngữ STEM 11 1.1.2 Giáo dục STEM 11 1.1.3 Mục tiêu giáo dục STEM 13 1.1.4 Chủ đề giáo dục STEM 14 1.1.5 Phân loại chủ đề STEM 16 1.2 Phát triển lực vật lí học sinh theo định hướng giáo dục STEM 17 1.2.1 Khái niệm lực vật lí học sinh 17 1.2.2 Cấu trúc lực vật lí học sinh giáo dục STEM 18 1.2.3 Biện pháp phát triển lực vật lí học sinh dạy học theo định hướng giáo dục STEM 20 1.2.4 Tiêu chí đánh giá lực vật lí học sinh 21 1.3 Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM 25 CHƯƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM CHƯƠNG "SÓNG ÁNH SÁNG" 2.1 Phân tích nội dung chương "Sóng ánh sáng" (Vật lí 12 bản) theo định hướng STEM 33 2.1.1 Cấu trúc chương 33 2.1.2 Mục tiêu chương 34 2.1.3 Phân tích nội dung kiến thức chương theo định hướng STEM 36 2.2 Xây dụng số chủ đề dạy học chương "Sóng ánh sáng" - Vật lí 12 trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM 45 2.2.1 Chủ đề STEM 1: Mơ hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng 45 2.2.2 Chủ đề STEM 2: Máy quang phổ lăng kính 67 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 92 3.2 Đối tượng nội dung thực nghiệm sư phạm 92 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 92 3.2.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 92 3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 92 3.4 Những thuận lợi khó khăn trình thực nghiệm sư phạm 93 3.5 Diễn biến thực nghiệm sư phạm 93 3.6 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 102 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 PHỤ LỤC 122 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các lĩnh vực giáo dục STEM 12 Bảng 1.2 Cấu trúc biểu lực vật lí 19 Bảng 1.3 Tiêu chí đánh giá lực vật lí học sinh dạy học STEM 21 Bảng 2.1 Cấu trúc nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” (Vật lí 12 bản) 32 Bảng 2.2 Mục tiêu kiến thức chương “Sóng ánh sáng” (Vật lí 12 bản) 33 Bảng 2.3 Phân tích nội dung liên quan theo định hướng STEM chủ đề “Mơ hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng” 46 Bảng 2.4 Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề “Mơ hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng” 49 Bảng 2.5 Ma trận khái quát kế hoạch dạy học chủ đề “Mô hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng” 49 Bảng 2.6 Bảng đánh giá lực vật lí học sinh sau học xong chủ đề “Mô hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng” 61 Bảng 2.7 Bảng đánh giá q trình học tập chủ đề “Mơ hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng” 64 Bảng 2.7.1 Bảng phụ: Đánh giá thiết kế sản phẩm chủ đề “Mơ hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng” 65 Bảng 2.7.2 Bảng phụ: Đánh giá mơ hình sản phẩm chủ đề “Mơ hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng” 66 Bảng 2.8 Phân tích nội dung liên quan theo định hướng STEM chủ đề “Máy quang phổ lăng kính” 69 Bảng 2.9 Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề “Máy quang phổ lăng kính” 71 Bảng 2.10 Ma trận khái quát kế hoạch dạy học chủ đề “Máy quang phổ lăng kính 71 Bảng 2.11 Bảng đánh giá lực vật lí học sinh sau học xong chủ đề “Máy quang phổ lăng kính” 83 Bảng 2.12 Bảng đánh giá trình học tập chủ đề “Máy quang phổ lăng kính” 87 Bảng 2.12.1 Bảng phụ: Đánh giá thiết kế sản phẩm chủ đề “Máy quang phổ lăng kính” 88 Bảng 2.12.2 Bảng phụ: Đánh giá mơ hình sản phẩm chủ đề “Máy quang phổ lăng kính” 89 Bảng 3.1 Kết thu lực vật lí học sinh chủ đề “Mơ hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng” 102 Bảng 3.2 Thang đánh giá định lượng lực vật lí học sinh 106 Bảng 3.3 Tiêu chí đánh giá mức độ đạt lực vật lí học sinh 112 Bảng 3.4 Biểu lực vật lí hai học sinh cụ thể 112 Bảng 3.5 Bảng quy đổi điểm dựa biểu lực vật lí học sinh 118 DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Tiêu chí xây dựng chủ đề STEM 14 Sơ đồ 1.2 Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM 26 Sơ đồ 1.3 Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề giáo dục STEM 27 Sơ đồ 2.1 Ý tưởng xây dựng chủ đề “Mơ hình thí nghiệm giao thoa ánh sáng 46 Sơ đồ 2.2 Ý tưởng xây dựng chủ đề “Máy quang phổ lăng kính” 68 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.1 Giáo viên triển khai tổ chức nhóm 94 Hình 3.2 Học sinh đại diện nhóm phát biểu vấn đề 95 Hình 3.3 Học sinh phân tích vấn đề 95 Hình 3.4 Nhóm làm việc với tài liệu hướng dẫn, ghi nhận kiến thức 96 Hình 3.5 Học sinh đại diện nhóm trình bày kiến thức 96 Hình 3.6 Nhóm tổng hợp ý tưởng, phác thảo vẽ thiết kế 97 Hình 3.7 Các nhóm tiến hành chế tạo sản phẩm 98 Hình 3.8 Học sinh đại diện nhóm trình bày kết vận hành sản phẩm, khó khăn lúc tiến hành thực sản phẩm 98 Hình 3.9 Phiếu học tập học sinh Trương Như Ý 99 Hình 3.10 Phiếu học tập học sinh Phạm Quang Thiện 100 Hình 3.11 Bản thiết kế nhóm 101 Hình 3.12 Bản thiết kế nhóm 101 Hình 3.13 Mơ hình sản phẩm nhóm 101 Hình 3.14 Mơ hình sản phẩm nhóm 102 PHỤ LỤC 125 PHIẾU HỌC TẬP CHỦ ĐỀ STEM 1: MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM GIAO THOA ÁNH SÁNG TT Họ tên Vai trò Nhiệm vụ Tổ chức thảo + Thống ý Trưởng nhóm + + + luận; tưởng; Lên kế hoạch; Triển khai kế hoạch; Giám sát, đánh giá; + Điều phối, hỗ trợ thành viên + Quan sát, ghi chép trình thảo luận; + Tổng hợp ý tưởng thành Thư ký viên; + Tạo quản lí hờ sơ học tập; + Giám sát tiến độ, đôn đốc thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên 126 Họ tên: Lớp: Nhóm: Ngày: Xác định vấn đề PHIẾU HỌC TẬP SỐ Câu 1: Đối tượng cần tìm hiểu chủ đề gì? Trả lời: Câu 2: Tình lịch sử được đặt gì? Trả lời: Câu 3: Ánh sáng có tính chất sóng hay hạt? Trả lời: Câu 4: Tính chất sóng ánh sáng được thể bằng tượng gì? Trả lời: Câu 5: Làm để kiểm chứng được tính chất sóng ánh sáng? Trả lời: Từ kết quả, em cho biết vấn đề cần giải dự án gì? 127 Họ tên: Lớp: Nhóm: Ngày: Nghiên cứu kiến thức PHIẾU HỌC TẬP SỐ Câu 1: Hiện tượng giao thoa ánh sáng gì? Trả lời: Câu 2: Mô tả thí nghiệm Thomas Young Trình bày kết thí nghiệm Trả lời: Câu 3: Khoảng vân gì? Viết công thức xác định khoảng vân Trả lời: Câu 4: Làm để đo được bước sóng ánh sáng nhờ tượng giao thoa? Trả lời: Câu 5: Ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng khoảng nào? Trả lời: 128 Họ tên: Lớp: Nhóm: Ngày: Câu 6: Điều kiện xảy tượng giao thoa ánh sáng? Trả lời: Câu 7: Tại nhìn ánh sáng mặt trời phản xạ bong bóng xà phịng, váng dầu ta thấy có vân màu sặc sỡ? Trả lời: Câu 8: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng có khoảng cách giữ hai khe mm Khoảng cách từ hai khe đến 1,2 m Người ta đo được khoảng vân I 0,36 mm Tính bước sóng ánh sáng Trả lời: 129 Lựa chọn thiết kế BẢN THIẾT KẾ SẢN PHẨM Mô tả cấu tạo sản phẩm: Giải thích nguyên lí hoạt động sản phẩm: Các nguyên liệu dụng cụ sử dụng: Các bước thực hiện: Ý kiến góp ý từ nhóm bạn: Ý kiến đóng góp từ giáo viên: Đề xuất chỉnh sửa: 130 Chế tạo thử nghiệm sản phẩm PHIẾU BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CHỦ ĐỀ STEM: MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM GIAO THOA ÁNH SÁNG - Khoảng cách hai khe hẹp: a= - Độ xác thước milimét: ∆= - Số khoảng vân đánh dấu: n= Lần đo ∆𝑫 D ∆𝒍 l Trung bình a) Tính giá trị trung bình bước sóng:  = a.L n.D KẾ HOẠCH THỰC HIỆN MƠ HÌNH SẢN PHẨM Tên thành viên Cơng việc thực Thời gian hồn thành Đánh giá Hoàn thành tốt 131 Hoàn thành Chưa hoàn thành Ghi Trình bày sản phẩm đánh giá PHIẾU ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM Câu 1: Kết vận hành sản phẩm Trả lời: Câu 2: Đánh giá kết nhóm Trả lời: Câu 3: Đánh giá kết từ nhóm khác Trả lời: Câu 4: Định hướng cải tiến sản phẩm Trả lời: Câu 5: Tự đánh giá thân sau học xong chủ đề Trả lời: 132 PHIẾU HỌC TẬP CHỦ ĐỀ STEM 2: MÁY QUANG PHỔ LĂNG KÍNH TT Họ tên Vai trò Nhiệm vụ Tổ chức thảo luận Trưởng nhóm Thư ký Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên 133 Thống ý tưởng Lên kế hoạch Triển khai kế hoạch Giám sát, đánh giá Điều phối, hỗ trợ thành viên Quan sát, ghi chép trình thảo luận; Tổng hợp ý tưởng thành viên; Tạo quản lí hờ sơ học tập; Giám sát tiến độ, đôn đốc thành viên Họ tên: Lớp: Nhóm: Ngày: Xác định vấn đề PHIẾU HỌC TẬP SỐ Câu 1: Đối tượng quan sát chủ đề gì? Trả lời: Câu 2: Tình vấn đề được đặt gì? Trả lời: Câu 3: Bằng cách để xác định được thành phần cấu tạo Mặt trời xa xơi? Trả lời: Câu 4: Dụng cụ để phân tích chùm sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc? Trả lời: Câu 5: Hiện tượng xảy chiếu chùm sáng vào quang phổ lăng kính? Trả lời: Từ kết quả, em cho biết vấn đề cần giải dự án gì? 134 Họ tên: Lớp: Nhóm: Ngày: Nghiên cứu kiến thức PHIẾU HỌC TẬP SỐ Câu 1: Công dụng máy quang phổ? Trả lời: Câu 2: Trình bày cấu tạo máy quang phổ lăng kính Trả lời: Câu 3: Quang phổ vạch phát xạ gì? Điều kiện để có quang phổ vạch phát xạ? Đặc điểm quag phổ vạch phát xạ gì? Trả lời: Câu 4: Quang phổ liên tục gì? Điều kiện để có quang phổ liên tục? Đặc điểm quang phổ liên tục gì? Trả lời: 135 Câu 5: Quang phổ hấp thụ gì? Trình bày cách tạo quang phổ hấp thụ Đặc điểm quang phổ hấp thụ gì? Trả lời: Câu 6: Hãy nêu cơng dụng phép phân tích quang phổ Trả lời: 136 Lựa chọn thiết kế BẢN THIẾT KẾ SẢN PHẨM Mô tả cấu tạo sản phẩm: Giải thích nguyên lí hoạt động sản phẩm: Các nguyên liệu dụng cụ sử dụng: Các bước thực hiện: Ý kiến góp ý từ nhóm bạn: Ý kiến đóng góp từ giáo viên: Đề xuất chỉnh sửa: 137 Chế tạo thử nghiệm sản phẩm KẾ HOẠCH THỰC HIỆN MƠ HÌNH SẢN PHẨM Đánh giá Tên thành viên Công việc thực Thời gian hoàn thành Hoàn thành tốt 138 Hoàn thành Chưa hoàn thành Ghi Trình bày sản phẩm đánh giá PHIẾU ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM Câu 1: Kết vận hành sản phẩm Trả lời: Câu 2: Đánh giá kết nhóm Trả lời: Câu 3: Đánh giá kết từ nhóm khác Trả lời: Câu 4: Định hướng cải tiến sản phẩm Trả lời: Câu 5: Tự đánh giá thân sau học xong chủ đề Trả lời: 139