Đề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông

Đề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thôngĐề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ

LÊ THỊ XUYẾN

ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP BỒI DƯỠNG NĂNG LỰCTHỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC

VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Hà Nội, 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ

LÊ THỊ XUYẾN

ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP BỒI DƯỠNG NĂNG LỰCTHỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC

VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN NGÀNH: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÍ

MÃ SỐ: 9.14.01.11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS PHẠM XUÂN QUẾ

Hà Nội, 2024

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trên bất kì công trình khoa học nào.

Hà Nội, tháng 2 năm 2024

Tác giả

Lê Thị Xuyến

LỜI CẢM ƠN

Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Phương pháp dạy học Vật lý, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Trong quá trình nghiên cứu, tôi đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các tập thể và cá nhân.

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn vô cùng sâu sắc tới PGS.TS Phạm Xuân Quế đã chỉ bảo, hướng dẫn tôi tận tình trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi xin được chân thành cảm ơn các thầy cô trong tổ Bộ môn Phương pháp dạy học Vật lý, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã chỉ bảo, góp ý giúp tôi hoàn thiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Khoa Vật lý, Trường ĐHSP Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các nhà Khoa học, các thầy cô giáo và các em học sinh ở các Trường THPT đã giúp tôi hoàn thiện khảo sát, thực nghiệm.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Trường ĐHSP Hà Nội 2, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lý, cùng toàn thể các thầy cô giáo Khoa Vật lý Trường ĐHSP Hà Nội 2, gia đình, đồng nghiệp, bạn bè, đã động viên về tinh thần và tạo điều kiện thuận lợi về thời gian để tôi hoàn thành luận án này.

Tác giả luận án

Lê Thị Xuyến

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

1.Lí do chọn đề tài 1

2.Mục đích nghiên cứu 3

3.Giả thuyết nghiên cứu 3

4.Nhiệm vụ nghiên cứu 3

5.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

6.Phương pháp nghiên cứu 4

7.Đóng góp mới của luận án 5

8.Cấu trúc luận án: 5

CHƯƠNG 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 7

1.1.Các nghiên cứu về cấu trúc của năng lực thực nghiệm 7

1.2.Các nghiên cứu về phát triển năng lực thực nghiệm 14

1.3.Các nghiên cứu về đánh giá năng lực thực nghiệm 17

TIỂU KẾT CHƯƠNG 1 22

CHƯƠNG 2 Xây dựng cấu trúc năng lực thực nghiệm của học sinh tronghọc tập vật lí ở trường trung học phổ thông 23

2.1.Quan niệm về năng lực 23

2.2.Quan niệm về năng lực thực nghiệm 24

2.3.Quan niệm về hoạt động thực nghiệm 25

2.4.Đề xuất các thành tố và chỉ số hành vi thuộc năng lực thực

nghiệm của học sinh trong học tập vật lí 31

2.5.Đề xất tiêu chí chất lượng của các chỉ số hành vi thuộc năng lực

thực nghiệm của học sinh trong học tập vật lí 32

2.6.Hoàn thiện khung năng lực thực nghiệm của học sinh trong học

tập vật lí dựa trên ý kiến chuyên gia 33

2.6.1.Xin ý kiến chuyên gia về khung năng lực thực nghiệm đã đề xuất 33

2.6.2 Điều chỉnh khung năng lực thực nghiệm sau khi xin thực hiện ý kiến chuyên gia 36

TIỂU KẾT CHƯƠNG 2 55

CHƯƠNG 3 Thực trạng về năng lực thực nghiệm của học sinh và dạyhọc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí 56

3.1.Khảo sát thực trạng dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của

học sinh 56

3.2.Xây dựng bài đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh 60

3.2.1.Nội dung bài đánh giá năng lực thực nghiệm 62

3.2.2. Điều chỉnh nội dung bài đánh giá sau khi xin ý kiến các bên liên quan và thử nghiệm nhóm nhỏ 64

3.3.Triển khai đánh giá 70

3.4.Phân tích kết quả đánh giá 72

TIỂU KẾT CHƯƠNG 3 82

CHƯƠNG 4 Đề xuất và thực nghiệm sư phạm các biện pháp bồi dưỡngnăng lực thực nghiệm của học sinh 83

4.1.Nguyên tắc đề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệmcho HS 83

4.2.Các biện pháp bồi dưỡng chỉ số hành vi của năng lực thực nghiệm 85

4.2.1. Biện pháp 1: Xây dựng nhiệm vụ thực nghiệm nằm trong vùng phát triển gần và dựa trên đặc trưng của từng chỉ số hành vi 85

4.2.2.Biện pháp 2: Sử dụng kiểu hướng dẫn khái quát chương trình hóa

tổ chức cho HS giải quyết các nhiệm vụ thực nghiệm 91

4.2.3.Biện pháp 3: Thực hiện quy trình bồi dưỡng hành vi theo hướng tổ

chức luyện tập các thao tác đơn lẻ đến luyện tập toàn bộ hành vi 93

4.3.Xác định các chỉ số hành vi cần bồi dưỡng 97

4.4.Bồi dưỡng chỉ số hành vi 2.4 99

4.4.1.Nội hàm và tiêu chí đánh giá chỉ số hành vi 2.4 99

4.4.2.Biện pháp bồi dưỡng chỉ số hành vi 2.4 102

4.4.3. Thực nghiệm sư phạm đánh giá hiệu quả khi bồi dưỡng chỉ số hành vi 2.4…… 104

4.5.Bồi dưỡng chỉ số hành vi 3.5 123

4.5.1.Nội hàm và tiêu chí đánh giá chỉ số hành vi 3.5 123

4.5.2.Biện pháp bồi dưỡng chỉ số hành vi 3.5 127

4.5.3. Thực nghiệm sư phạm đánh giá hiệu quả khi bồi dưỡng chỉ số

hành vi 3.5 129

TIỂU KẾT CHƯƠNG 4 146

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 147

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 149

TÀI LIỆU THAM KHẢO 150

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo Mayer (2007) 7

Bảng 1.2 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo NAEP (2008) 8

Bảng 1.3 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo HarmoS (2008) 9

Bảng 1.4 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm trong APU (1988) 9

Bảng 1.5 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo Schreiber et al (2009) 10

Bảng 1.6 Cấu trúc năng lực thực nghiệm theo nhóm tác giả thuộc ĐHSP Hà Nội 13Bảng 2.1 Liệt kê các hoạt động thực nghiệm 30

Bảng 2.2 Mục tiêu xin ý kiến chuyên gia 33

Bảng 2.3 Bảng thống kê kết quả định lượng cho 4 câu hỏi đầu của phiếu xin ý kiến chuyên gia 35

Bảng 2.4 Các thành tố và các chỉ số hành vi đã điều chỉnh 37

Bảng 2.5 Bảng mô tả cấu trúc hành vi NLTN của HS đã điều chỉnh 38

Bảng 2.6 Bảng mô tả tiêu chí chất lượng cho các chỉ số hành vi 47

Bảng 3.1 Bảng mô tả mục tiêu khảo sát tình trạng dạy học phát triển NLTN 56

Bảng 3.2 Bảng thống kê nhiệm vụ dạy học của GiV liên quan đến phát triển NLTN 59

Bảng 3.3 Đề xuất công cụ đánh giá các chỉ số hành vi của NLTN vật lí đối với HSPT 60

Bảng 3.4 Bảng mô tả tóm tắt, dụng cụ và các hình thức kiểm tra 63

Bảng 3.5 Bảng mô tả nội dung điều chỉnh đề và đáp án dựa trên góp ý của nhà

Bảng 3.8 Bảng mô tả mối liên hệ giữa phiếu viết và câu hỏi trong các đề 70

Bảng 3.9 Bảng mô tả các chỉ số hành vi không tương quan 73

Bảng 4.1 Bảng rà soát các mục tiêu để xác định các hành vi cần bồi dưỡng 98

Bảng 4.2 Bảng mô tả mức độ đánh giá các thao tác bên trong hành vi 2.4 100

Bảng 4.3 Bảng thống kê số lượng HS TNSP với hành vi 2.4 105

Bảng 4.4 Kế hoạch thực nghiệm bồi dưỡng hành vi 2.4 106

Bảng 4.9 Bảng thống kê số lượng HS TNSP với hành vi 3.5 129

Bảng 4.10 Bảng kế hoạch thực nghiệm sư phạm với hành vi 3.5 130

Bảng 4.11 Bảng thống kê số lượng HS đạt các mức của từng thao tác trong 3.5 144

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Mô hình phân tích kĩ năng giải quyết vấn đề bằng thực nghiệm 10

Hình 1.2 Mô hình mô tả quá trình thực nghiệm 11

Hình 2.1 Quy trình thực hiện dự án khoa học 26

Hình 2.2 Các biểu đồ thống kê số lượng chuyên gia đánh giá mức độ hợp lí của các diễn đạt cho từng tiêu chí chất lượng của các chỉ số hành vi 36

Hình 3.1 Biểu đồ mô tả phân bố nguồn sử dụng thí nghiệm 57

Hình 3 2 Biểu đồ mô tả tần suất GiV yêu cầu HS thực hiện các hành vi thuộc NLTN trong các giờ dạy Vật lý 57

Hình 3.3 Biểu đồ thống kê các loại giờ dạy vật lí GiV có yêu cầu HS thực hiện các hành vi của NLTN 58

Hình 3.4 Biểu đồ thống kê ý kiến đánh giá của GiV về mức độ khó khăn khi HS thực hiện các hành vi của NLTN 58

Hình 3.5 Quy trình xây dựng bài đánh giá NLTN của HS 62

Hình 3.6 Sơ đồ mô tả trình tự và công việc triển khai đánh giá 72

Hình 3.7 Biểu đồ so sánh điểm trung bình của các chỉ số hành vi 75

Hình 3.8 Ma trận xoay trong phép phân tích EFA 80

Hình 4.1 Quy trình tổ chức bồi dưỡng chỉ số hành vi 94

Hình 4.2 Sơ đồ thể hiện vai trò GiV và HS khi vân dụng các biện pháp đã đề xuất 96

Hình 4.3 Hình mô tả nhiệm vụ thăm dò 2.4 120

Hình 4.4 Sự tiến triển trong câu trả lời của HS Hg khi dùng thẻ hỗ trợ 120

Hình 4.5 Sự thay đổi mức trong các thao tác nhỏ của hành vi 2.4 123

Hình 4.6 Sản phẩm của 2 nhóm trong nhiệm vụ xử lí dữ liệu thô 143

Hình 4.7 Ví dụ minh họa cho một số câu trả lời phần xử lí sai số 144

MỞ ĐẦU 1 Lí do chọn đề tài

Đào tạo theo tiếp cận năng lực đang là mục tiêu tiếp cận của tất cả các nhà trường trong giai đoạn hiện nay Nền giáo dục thế giới đang hướng tới chuẩn bị nguồn nhân lực chất lượng cho tương lai chính là những người học có phẩm chất và năng lực tốt Đó cũng là lí do mà việc bàn bạc để xác định nội hàm của khái niệm năng lực và sự nỗ lực nghiên cứu nhằm đề xuất các biện pháp thích hợp phát triển năng lực cho người học đang được diễn ra hết sức sôi động trên các diễn đàn giáo dục Mỗi một quốc gia dựa trên những đặc trưng riêng về văn hóa, kinh tế, giáo dục, bối cảnh chính trị, …, trình độ riêng về khoa học kĩ thuật và các yêu cầu của từng giai đoạn phát triển sẽ ưu tiên xác định các hệ thống năng lực khác nhau trong mục tiêu đào tạo Giáo dục Việt Nam cũng có những quyết định cải cách căn bản, toàn diện nhằm đào tạo nguồn nhân lực cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước [2, 68], trong đó ngoài mục tiêu phát triển các năng lực chung thì giáo dục còn đặt mục tiêu phát triển các năng lực đặc thù, chuyên biệt trong từng môn học [6] Năng lực thực nghiệm là một trong những năng lực điển hình mà các nhà khoa học cần có trong nghiên cứu khoa học tự nhiên nói chung và trong nghiên cứu vật lí nói riêng [81] Lịch sử nghiên cứu vật lí cũng đã cho thấy sự phân nhánh giữa hai nhóm các nhà nghiên cứu trong vật lí là nhà vật lí lý thuyết và nhà vật lí thực nghiệm Nếu như các nhà vật lí lý thuyết nỗ lực trong việc xây dựng các mô hình lý thuyết nhằm khám phá và giải thích các hiện tượng, quá trình, quy luật vật lí Thì các nhà vật lí thực nghiệm lại đưa ra được các bằng chứng thuyết phục để kiểm nghiệm tính khả thi của các mô hình lý thuyết ấy hoặc khảo sát các tính chất mới của các hiện tượng vật lí Sự kết hợp của hai nhóm các nhà nghiên cứu tạo ra những thành tựu to lớn của vật lí ngày nay Nghiên cứu của Nugraha và cộng sự đã chỉ ra rằng: hoạt động thực nghiệm là hoạt động đặc trưng và bản chất khi học các môn Khoa học tự nhiên [96], hoạt động này được thực hiện có thể rèn cho học sinh kĩ năng xử lý khoa học, thái độ khoa học và cách suy nghĩ của các nhà Khoa học [95]; năng lực thực nghiệm góp phần tác động tới kết quả nắm vững tri thức môn học theo hướng nếu năng lực

thực nghiệm tốt tức là người học có khả năng tiếp thu thông tin tốt nên có thể nắm vững các vấn đề của môn học [97, 98] Còn theo Harlen, Mutlu và Temiz, năng lực nghiên cứu khoa học nói chung (trong đó bao gồm cả năng lực thực nghiệm) giúp học sinh có những kĩ năng quan trọng để hiểu và nghiên cứu cuộc sống xung quanh [71, 93] Vì thế nếu năng lực thực nghiệm ở học sinh được hình thành và phát triển tức là ta đã góp phần trang bị cho họ tư duy chuyên ngành và giúp họ luôn tự tin hành động, sẵn sàng giải quyết các vấn đề một cách độc lập [97], là nhịp cầu đưa họ đến gần hơn với thực tiễn, tạo nền móng cho họ dễ dàng thích ứng với cuộc sống công nghiệp hóa hiện đại hóa Và việc phát triển năng lực này trong dạy học vật lí ở các cấp là thực sự cần thiết [43] Hơn nữa, chương trình môn vật lí ban hành theo thông tư 32 năm 2018 [24] cũng chỉ ra một số biểu hiện cụ thể của năng lực thực nghiệm khi mô tả các biểu hiện của năng lực đặc thù được hình thành trong học tập vật lí ở trường phổ thông (ví dụ: sử dụng các chứng cứ khoa học để kiểm tra dự đoán, thực nghiệm, đánh giá được kết quả dựa trên phân tích, xử lí dữ liệu bằng các tham số thống kê đơn giản, ….) Do đó, việc phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong học tập vật lí ở trường phổ thông Việt Nam không những cần thiết mà còn có căn cứ về mặt pháp lí.

Trên thế giới việc nghiên cứu năng lực này cũng được tiến hành từ những năm cuối của thế kỉ 20 cho đến nay, và không chỉ nghiên cứu phát triển năng lực này cho HS mà còn cho cả các giáo viên dạy vật lí tương lai Các kết quả nghiên cứu rất đa dạng từ đề xuất mô hình năng lực thực nghiệm, tới nghiên cứu các biện pháp phát triển, và xây dựng công cụ đánh giá [52, 59, 70, 103, 109].

Ở Việt Nam những nghiên cứu về năng lực này cho đến nay mới bắt đầu được hình thành nhỏ lẻ trong nghiên cứu dạy học các môn khoa học tự nhiên riêng rẽ (vật lí, hóa học, sinh học) [1, 7, 8, 33] Vì vậy việc nghiên cứu về đánh giá hay phát triển năng lực này còn rất nhiều khía cạnh có thể tiếp tục bàn tới.

Những trình bày ở trên cho thấy việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh Việt Nam như thế nào là cần phải được nghiên cứu Vì vậy, luận án xác

định nội dung nghiên cứu là: “Đề xuất biện pháp bồi dưỡng năng lực thựcnghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông”.

2 Mục đích nghiên cứu

Dựa trên cơ sở lí luận và thực tiễn về năng lực thực nghiệm của HS trong học tập vật lí và các lí luận về dạy học phát triển năng lực đề xuất các biện pháp bồi dưỡng chỉ số hành vi của năng lực thực nghiệm cho HS trong học tập vật lí ở trường THPT.

3 Giả thuyết nghiên cứu

Nếu xác định được cấu trúc NLTN của HS trong học tập vật lí ở trường THPT, xác định được thực trạng NLTN của HS thì dựa trên các lí luận về tâm lí học phát tiển, lí luận về dạy học vật lí và lí luận về phát triển kĩ năng /hành vi có thể đề xuất được biện pháp bồi dưỡng các chỉ số hành vi thuộc NLTN của HS trong học tập vật lí ở trường THPT.

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu tổng quan liên quan tới vấn đề sau: + Tổng quan về xây dựng cấu trúc của NLTN.

+ Tổng quan về các biện pháp phát triển NLTN + Tổng quan về đánh giá NLTN của HS.

- Xây dựng cấu trúc của NLTN trong học tập vật lí đối với HS Việt Nam: + Phân tích hoạt động thực nghiệm của các nhà nghiên cứu vật lí, từ đó xác định cấu trúc của NLTN.

+ Xin ý kiến chuyên gia và thực hiện những điều chỉnh dựa trên ý kiến góp ý của các chuyên gia nhằm hoàn thiện cấu trúc NLTN đã đề xuất.

- Khảo sát thực trạng dạy học phát triển NLTN của HS ở một số trường PT - Xây dựng công cụ đánh giá NLTN trong học tập vật lí của HS lớp 10 THPT: + Từ cấu trúc đã xây dựng, cùng với nghiên cứu chương trình phần cơ học lớp 10, đề xuất công cụ đánh giá NLTN trong học tập vật lí đối với HS đã học xong phần cơ học lớp 10.

+ Xin ý kiến các bên liên quan và thử nghiệm trên nhóm nhỏ để điều chỉnh công cụ đã đề xuất.

+ Sử dụng công cụ để đánh giá NLTN của HS lớp 10 trong học tập vật lí ở trường PT Từ đó thấy được thực trạng và những khó khăn thiếu sót của HS trong khi thực hiện các hành vi của năng lực này.

- Hệ thống hóa về các cơ sở lí luận về tâm lí học phát triển, dạy học vật lí và về phát triển kĩ năng/hành vi để đề xuất biện pháp bồi dưỡng hành vi của NLTN của HS trong học tập vật lí.

- Thực nghiệm sư phạm đánh giá hiệu quả của các biện pháp đã đề xuất đối với một số hành vi.

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu5.1 Đối tượng nghiên cứu

NLTN của HS trong học tập vật lí ở trường phổ thông.

5.2 Phạm vi nghiên cứu

Tiến hành nghiên cứu và đề xuất các biện pháp nhằm bồi dưỡng hành vi của NLTN đối với HS học vật lí 10 ở Việt Nam.

6 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nghiên cứu, chúng tôi sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

+ Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Sử dụng phương pháp này nhằm tổng quan các nghiên cứu liên quan đến vấn đề nghiên cứu, đề xuất cấu trúc NLTN trong học tập vật lí đối với HS Đồng thời giúp chúng tôi đối sánh những phát hiện về khó khăn, thiếu sót của HS Việt Nam khi thực hiện các hành vi của NLTN với các kết quả nghiên cứu đã được chỉ ra trước đó Và giúp làm rõ nội hàm của các hành vi quan tâm phát triển.

+ Phương pháp khảo sát thực tiễn: Thông qua phiếu khảo sát và tham khảo giáo án của một số GiV để nắm bắt thực trạng dạy học phát triển NLTN trong dạy học Vật lí Thông qua bài kiểm tra và tiêu chí đánh giá nhằm đánh giá hiện trạng về NLTN của HS lớp 10.

+ Phương pháp xin ý kiến chuyên gia: Nhằm đánh giá tính giá trị của cấu trúc NLTN đã đề xuất, đánh giá độ tin cậy và giá trị của công cụ đánh giá NLTN.

+ Phương pháp thực nghiệm sư phạm: sử dụng nghiên cứu trường hợp nhằm đánh giá tính hiệu quả của các biện pháp phát triển một số hành vi của NLTN đã đề

+ Góp phần đề xuất cấu trúc NLTN trong học tập vật lí của HS Việt Nam dựa trên việc phân tích quy trình nghiên cứu khoa học và hoạt động của các nhà vật lí

+ Đánh giá thực trạng NLTN của HS lớp 10 tại thành phố Phúc Yên sau khi học song các kiến thức về cơ học; phát hiện các khó khăn thiếu sót của HS khi thực hiện các hành vi của NLTN.

+ Xây dựng các nhiệm vụ có thể hỗ trợ phát triển một số hành vi của NLTN: “Dự kiến các bước tiến hành thí nghiệm” và “Xử lí dữ liệu và biểu diễn kết quả” dựa trên đặc trưng của từng hành vi và những khó khăn thiếu sót của học sinh khi thực hiện tương ứng hành vi đó.

+ Bước đầu kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của các nguyên tắc và các biện pháp đã đề xuất qua thực nghiệm sư phạm.

Chương 2 Xây dựng cấu trúc năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập vật lí ở trường trung học phổ thông

Chương 3 Thực trạng về năng lực thực nghiệm của học sinh và dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí

Chương 4 Đề xuất và thực nghiệm sư phạm các biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo

Những công trình liên quan đến luận án đã được công bố Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các nghiên cứu về cấu trúc của năng lực thực nghiệm

Trên thế giới việc nghiên cứu năng lực thực nghiệm được triển khai từ những năm 90 của thế kỉ trước Chính vì vậy cũng có khá nhiều mô hình năng lực thực nghiệm được đưa ra từ các nghiên cứu của TIMSS (1997), APU (1988), Mayer (2007), HarmoS (2008), NAEP (2008), Schreiber et al (2009) [44, 72, 73, 88, 109, 111] Nhìn chung các nghiên cứu trên thế giới thường không đưa ra định nghĩa cụ thể về năng lực thực nghiệm mà tập trung hơn vào việc đưa ra mô hình năng lực thực nghiệm Các mô hình năng lực thực nghiệm được xây dựng chủ yếu dựa trên

hai hướng tiếp cận: tiếp cận “dựa trên các thành phần cơ sở” và tiếp cận “dựa trênquá trình”[67] Cấu trúc của các mô hình năng lực thực nghiệm khác nhau được

xác định thông qua sự khác nhau của các năng lực thành phần (của năng lực thực nghiệm) và sự mô tả rõ ràng các tiêu chí đánh giá các năng lực thành phần này Ở loại mô hình năng lực thực nghiệm được xây dựng theo tiếp cận “dựa trên các thành phần cơ sở”, thì các năng lực thành phần được xác định khác nhau bởi loại kiến thức khác nhau Các kiến thức khác nhau đó có thể là: kiến thức về bản chất của khoa học tự nhiên, các kiến thức phương pháp trong lĩnh vực khoa học tự nhiên và các kiến thức về kĩ năng thực hành (mô hình của Mayer (2007) [88]), cũng như sự hiểu biết về kĩ thuật (mô hình của NAEP [45]).

Bảng 1.1 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo Mayer (2007)

Kiến thức khoa học Nguyên tắc và phạm vi nghiên cứu Đánh giá ý nghĩa của các mô hình Khoa học và đời sống (xã hội)

Tư duy khoa học Xây dựng các câu hỏi và giả thuyết khoa học Lập kế hoạch tiến hành kiểm tra giả thuyết Đánh giá dữ liệu: toán học hóa

Giải thích các kết quả thực nghiệm

Quan sát, kiểm tra, mô tả, so sánh, xác định, thí nghiệm Sử dụng mô hình để đạt kiến thức

Kĩ năng thực hành Thực hiện các quan sát

Thu thập các bằng chứng hóa học/số đo của các phép đo vật lí Đảm bảo an toàn trong phòng thí nghiệm

Bảng 1.2 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo NAEP (2008)

Thiết kế hoặc xem xét các nghiên cứu khoa học

Tiến hành sử dụng các công cụ và kĩ thuật thích hợp để nghiên cứu khoa học

Xác định các biến cần đo từ mô hình lý thuyết

Sử dụng các dữ liệu thực nghiệm để kết luận hay loại bỏ lời giải thích hay dự đoán.

Sử dụng thiết kế công nghệ

Đề xuất và phản biện các giải pháp giải quyết vấn đề, đưa ra các tiêu chí và ràng buộc khoa học

Đảm bảo được tính khoa học trong thiết kế và lựa chọn các giải pháp thay thế

Áp dụng các nguyên tắc hay dữ liệu khoa học để dự đoán các tác động của các thiết kế công nghệ

Các cấu trúc năng lực kể trên có ưu điểm là chỉ ra được các lĩnh vực kiến thức liên quan có ảnh hưởng tới năng lực thực nghiệm, nhưng cần rõ ràng hơn nữa sự chi tiết hóa các chỉ số hành vi bên trong để thuận lợi hơn cho việc bồi dưỡng và đánh giá Với mô hình năng lực được xây dựng theo tiếp cận “dựa trên quá trình”, thì mỗi năng lực thành phần có sự khác biệt về quá trình thực nghiệm Ở đây có 3 nguyên tắc về sự khác biệt: Sự khác biệt về sự lựa chọn, sự khác biệt về trình tự (trật tự các bước) bên trong quá trình (mô hình HarmoS (2008) [73]) cũng như sự khác biệt của sự mở rộng quá trình (mô hình APU (1988a) [44]).

Bảng 1.3 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo HarmoS (2008)

Nhận thức về đối tượng Quan sát, mô tả, so sánh các hiện tượng cần nghiên cứu (sự

Tạo ra sự kiểm soát các quan sát, khám phá và các thiết bị

Tiến hành điều tra, nghiên cứu, thí nghiệm

Xác định các hệ quả từ những quan sát, những kiến thức đã có

Lập kế hoạch điều tra hoặc tiến hành thí nghiệm

Thu thập và phân tích các dữ liệu, xác định giả thuyết hay bác bỏ, rút ra kết luận.

Phản hồi về kết quả và phương pháp điều tra

Đánh giá và kết luận từ những nghiên cứu, thí nghiệm, điều tra.

Từ các câu hỏi, giả thuyết, phương án và các dụng cụ điều tra, thí nghiệm, khảo sát rút ra các cải tiến.

Bảng 1.4 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm trong APU (1988)

Sử dụng các thiết bị và các dụng cụ đo lường

Sử dụng các dụng cụ đo lường Ước tính các giá trị đo

Quan sát Tiến hành quan sát và giải thích

Giải thích và ứng dụng Giải thích thông tin thu được (đánh giá phạm vi áp dụng của các kiến thức đã có)

Áp dụng các khái niệm khoa học để tạo ra các thông tin mới có nghĩa (xây dựng giả thuyết)

Kế hoạch điều tra Lập kế hoạch cho từng bước điều tra Lập kế hoạch cho toàn bộ điều tra Hiệu quả điều tra Hiệu quả của toàn bộ điều tra.

Mô hình năng lực thực nghiệm thuộc hai nghiên cứu trên mô tả một cách tuyến tính các thành phần con bên trong, tuy nhiên những thành phần con này dường như tập trung nhiều hơn vào thành tố thực hiện so với thành tố lập kế hoạch Theo cách tiếp cận “dựa trên quá trình”, có lẽ một mô hình cấu trúc được chấp nhận

rộng rãi hơn cả là mô hình cấu trúc của Schreiber et al (2009) [109] từ việc cải biến mô hình của Klahr [76] và Hammann [70] Theo nhóm tác giả này thì năng lực thực nghiệm gồm 3 thành tố và 11 chỉ số hành vi, được phân chia theo thao tác thực hiện (xem bảng 1.5).

Bảng 1.5 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo Schreiber et al (2009)

Làm rõ câu hỏi nghiên cứu Lựa chọn thiết bị Trình bày dữ liệu Phát triển các câu hỏi Thiết lập bố trí thí nghiệm Diễn giải dữ liệu Xây dựng kì vọng Thực hiện đo Kết luận, câu trả lời Đưa ra giả thuyết Thu thập dữ liệu

Thiết kế một kế hoạch thử nghiệm Xử lý các vấn đề và các sai sót

Theo quan điểm của nghiên cứu này thì các thao tác bên trong của lập kế hoạch, thực hiện và đánh giá không nhất thiết phải được thực hiện theo một trình tự tuyến tính cụ thể Ví dụ, việc thiết kế kế hoạch thí nghiệm và các bước dẫn đến thực hiện thí nghiệm có thể đi theo hình xoắn ốc (một phần), có thể qua lại sửa đổi lẫn nhau để tạo ra một thử nghiệm hoàn thiện; việc xử lí các sai sót có thể ở chính quá trình thực hiện các phép đo, hay ở những diễn giải dữ liệu Vì vậy mô hình cấu trúc này khá phù hợp với mô hình về quá trình thực nghiệm khoa học được đưa ra bởi Murphy mà Gott (1984) [92], cũng phù hợp với mô hình phân tích năng lực giải quyết vấn đề thực nghiệm (dẫn theo [115]).

Hình 1.1 Mô hình phân tích kĩ năng giải quyết vấn đề bằng thực nghiệm

Hình 1.2 Mô hình mô tả quá trình thực nghiệm

Tuy nhiên, nhìn vào cấu trúc của Schreiber và cộng sự ta thấy, cấu trúc quan tâm nhiều hơn đến thành tố thực hiện thử nghiệm, thành tố thiết kế kế hoạch thử nghiệm có được đề cập nhưng còn đang thiếu sự cụ thể hóa bằng các hành vi cụ thể bên trong Ngoài ra nhóm nghiên cứu của Metzger và Gut cũng đề xuất mô hình năng lực thực nghiệm được cấu trúc theo các loại vấn đề thực nghiệm như nhiệm vụ quan sát, nhiệm vụ đo lường, nhiệm vụ điều tra, nhiệm vụ so sánh, nhiệm vụ kháo sát/nghiên cứu các mối quan hệ Tuy nhiên việc đánh giá tính hợp lệ của mô hình cho đến nay cũng chưa có công bố khẳng định một cách chắc chắn [68, 91] Nghiên cứu của Eickohorst và cộng sự là một trong những nghiên cứu hiếm hoi đưa ra định nghĩa về năng lực thực nghiệm: “Năng lực thực nghiệm là khả năng tiềm ẩn để lập kế hoạch bằng trực giác và thực hiện các thí nghiệm dựa trên quy tắc làm rõ ít nhất 1 câu hỏi vật lí, cũng như đánh giá dữ liệu thu được một cách có phương pháp Năng lực thực nghiệm được hiện thực hóa trong hoạt động khi có sẵn kiến thức chuyên môn cần thiết cho lĩnh vực chủ đề” [56] Theo cách định nghĩa này cấu trúc năng lực thực nghiệm cũng được xây dựng “dựa trên quá trình” nhưng có tính đến

vai trò của kiến thức chuyên môn, nghĩa là để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh cần phải chắc chắn rằng kiến thức chuyên môn đã được trang bị hoặc sẽ cần được được trang bị song hành Đặc biệt so với tất cả các nghiên cứu khác trên thế giới, nghiên cứu này khẳng định việc tạo ra giả thuyết không được tính là “một phần của năng lực thực nghiệm cốt lõi” Qua tìm hiểu các tài liệu trên thế giới chúng tôi thấy rằng đại đa số các nghiên cứu gần đây đi theo cách tiếp cận “dựa trên quá trình”, có lẽ với cách tiếp cận này việc làm rõ các thành phần bên trong năng lực thực nghiệm trở nên rõ ràng hơn và cũng sẽ tạo điều kiện thuận lợi hơn cho việc tổ chức dạy học phát triển và đánh giá năng lực này Nhưng hầu hết các nghiên cứu có sự tập trung nhiều hơn vào thành phần thực hiện, chưa phân định một cách tường minh các hành vi bên trong của thành phần lập kế hoạch.

Ở trong nước việc nghiên cứu về năng lực thực nghiệm cũng được triển khai ở nhóm các nhà nghiên cứu giáo dục học khi dạy và học các môn khoa học tự nhiên như Vật lý, Sinh học, Hóa học Có công trình nghiên cứu chỉ ra rằng năng lực thực nghiệm được xác lập bởi ba thành phần kiến thức, kĩ năng, thái độ (tác giả Đinh Anh Tuấn [31]) Chúng tôi cho rằng việc tiếp cận này là cứng nhắc và chưa thực sự khoa học vì: mục tiêu của dạy học phát triển năng lực không chỉ dừng lại ở việc trang bị cho người học kiến thức mà còn hướng tới tập dượt cho người học vận dụng kiến thức vào trong các bối cảnh khác nhau Khi người học vận dụng kiến thức, kĩ năng, thái độ để hành động thì năng lực của người học được hình thành và phát triển Do đó ta nên coi kiến thức, kĩ năng, thái độ là phương tiện để đạt năng lực Tác giả Nguyễn Ngọc Anh sử dụng diễn đạt của khái niệm năng lực được trình bày trong chương trình phổ thông tổng thể (ban hành theo thông tư 32 của Bộ GD&ĐT năm 2018) để diễn đạt khái niệm năng lực thực nghiệm của học sinh khi giải quyết vấn đề bằng phương pháp thực nghiệm Tác giả cũng đề xuất cấu trúc năng lực thực nghiệm gồm 8 năng lực thành tố: phát hiện vấn đề, đề xuất giả thuyết/ dự đoán, suy ra hệ quả logic, xây dựng phương án thí nghiệm kiểm tra, bố trí thí nghiệm, thực hiện thí nghiệm, thu thập xử lí số liệu, rút ra kết luận[1] Có thể thấy các thành tố và trình tự sắp xếp các thành tố năng lực mà tác giả đưa ra chính

là phỏng theo các giai đoạn giải quyết vấn đề bằng con đường thực nghiệm Nhưng nghiên cứu này chưa xác định được cụ thể các chỉ số hành vi bên trong của từng năng lực thành tố mà đề xuất 4 mức chất lượng khi xem xét mỗi năng lực thành tố là một tiêu chí để đánh giá Một số tác giả khác như Trương Xuân Cảnh [7], Nguyễn Tiến Lộc [16] thì cho rằng năng lực thực nghiệm gồm: năng lực hình thành giả thuyết thực nghiệm; năng lực thiết kế phương án thực nghiệm; năng lực tiến hành thực nghiệm và thu thập kết quả thực nghiệm; năng lực phân tích kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận Từ đó các tác giả cũng xác định các chỉ số hành vi bên trong và xác định các mức độ bồi dưỡng các năng lực thành phần của năng lực thực nghiệm Nghiên cứu khác của tác giả Lý Thị Thu Phương, của Xaypaseuth Vylaychit và Nguyễn Văn Biên xác định cấu trúc của năng lực thực nghiệm không những gồm bốn thành tố trên mà còn một thành tố nữa là thành tố “Chế tạo ứng dụng của thí nghiệm vào trong khoa học và đời sống”, các tác giả cũng xác định được 18 chỉ số hành vi tương ứng bên trong [4, 19, 32] Điểm hạn chế chung của các kết quả này là chưa chỉ ra được cơ sở của việc xác định các chỉ số hành vi , xác định các mức độ biểu hiện hay chưa có minh chứng về việc xin ý kiến chuyên gia về kết quả xác định đó Nhìn chung, dù có sự khác biệt lớn về chỉ số hành vi , song có thể nhận thấy là cấu trúc năng lực thực nghiệm mà các tác giả đã chỉ ra ở đây không phải là cấu trúc của năng lực thực hiện thí nghiệm Chính vì thế khi xây dựng cấu trúc của năng lực thực nghiệm nên quan tâm làm rõ cả các chỉ số hành vi thuộc các thành tố không phải là thành tố thực hiện thí nghiệm.

Bên cạnh đó, trong nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc ĐHSP Hà Nội, tuy vẫn diễn tả cấu trúc năng lực theo ba thành phần kiến thức, kĩ năng, thái độ và các chỉ số hành vi mới chỉ đang được liệt kê chưa được cấu trúc theo nhóm chặt chẽ nhưng có một điểm khác biệt đó là trong cấu trúc của năng lực thực nghiệm không bao hàm thành phần: đề xuất giả thuyết thực nghiệm [11] như bảng dưới đây:

Bảng 1.6 Cấu trúc năng lực thực nghiệm theo nhóm tác giả thuộc ĐHSP Hà Nội

- Kiến thức vật lí liên - Thiết kế phương án thí nghiệm - Kiên nhẫn.

liệu, kiến thức về sai số - Kiến thức về biểu diễn

- Sửa chữa các sai hỏng thông thường - Quan sát diễn biến hiện tượng - Ghi lại kết quả.

- Biểu diễn kết quả bằng bảng biểu, đồ thị - Tính toán sai số.

- Biện luận, trình bày kết quả - Tự đánh giá cải tiến phép đo.

- Trung thực - Tỉ mỉ - Hợp tác - Tích cực.

Với quan điểm “thực nghiệm là thực hiện thí nghiệm” và “năng lực thực nghiệm là năng lực thực hiện thí nghiệm”, tác giả Lê Anh Đức cũng đưa ra cấu trúc của năng lực thực nghiệm gồm có 4 thành tố và 11 chỉ số hành vi trong đó không bao gồm hành vi đề xuất giả thuyết [8] Đây có lẽ là điểm chúng tôi sẽ cần lưu tâm và xem xét kĩ hơn thành phần năng lực hình thành giả thuyết thực nghiệm có thuộc năng lực thực nghiệm vật lý hay không Theo chúng tôi khi xác định cấu trúc của năng lực thực nghiệm phải có sự thống nhất với nội hàm của năng lực thực nghiệm đồng thời phải đảm bảo sao cho việc phát triển và đánh giá năng lực này một cách khoa học và thuận lợi.

Vậy khi xác định cấu trúc của năng lực thực nghiệm nên tiếp cận theo quá trình nào, năng lực thực nghiệm có cấu trúc thế nào? Đây là vấn đề chúng tôi sẽ phải xác định trong cơ sở lí luận của luận án.

1.2 Các nghiên cứu về phát triển năng lực thực nghiệm

Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học ở trường phổ thông như thế nào luôn là câu hỏi được đặt ra và được nghiên cứu trong nhiều năm ở Việt Nam và trên thế giới.

Các tác giả Nguyễn Tiến Lộc và Đinh Anh Tuấn [16, 31] đã chỉ ra có thể phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh bằng cách tăng cường sử dụng thí nghiệm trong dạy học; tổ chức cho học sinh giải thích hiện tượng trong tự nhiên và chế tạo dụng cụ thí nghiệm dựa trên các nguyên tắc vật lí; tăng cường sử dụng dạy học nêu và giải quyết vấn đề, dạy học theo phương pháp thực nghiệm; đổi mới cách thức kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh Các tác giả này cũng đã sử dụng thí nghiệm tự thiết kế trong tiến trình dạy học theo phương pháp giải quyết vấn đề hoặc phương pháp mô hình để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh Tương tự như vậy tác giả Xaypaseuth Vylaychit cũng chế tạo các thiết bị thí nghiệm và đề xuất các nhiệm vụ phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trung học cơ sở tại Lào trong dạy học phần nhiệt học [33] với dạy học nêu và giải quyết vấn đề; tác giả Lê Anh Đức chế tạo thiết bị và xây dựng các tiến trình dạy học phần phóng xạ theo kiểu dạy học nêu và giải quyết vấn đề với việc lựa chọn các kiểu hướng dẫn khác nhau khi hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm [8] Việc cố gắng đặt học sinh vào tình huống có vấn đề trước khi họ tiến hành các bài thực hành bằng cách đưa trước các câu hỏi, các vấn đề cần suy nghĩ cho học sinh chuẩn bị cũng được xem như một biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm Tác giả Vũ Bảo (1986) [3] đã đề cập đến biện pháp này trong nghiên cứu của mình, khi tác giả đưa ra kinh nghiệm xây dựng quy trình dạy học hướng tới nâng cao chất lượng thực hành môn Vật lí nhằm phát huy tính tích cực, tư duy độc lập của học sinh trong các giờ thực hành thí nghiệm Ngoài ra các bài tập thực nghiệm cũng đã được đưa vào để phát triển năng lực thực nghiệm cho HS Ví dụ như nghiên cứu của tác giả Trương Xuân Cảnh [7] đã đề xuất sử dụng bài tập thực nghiệm trong dạy học môn sinh học ở trường phổ thông, trong nghiên cứu này quy trình xây dựng và sử dụng bài tập thực nghiệm để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh được đề cập khá chi tiết Tác giả Nguyễn Văn Biên [4] đề xuất việc xây dựng chuyên đề thí nghiệm mở để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT chuyên Trong nghiên cứu này các nhiệm vụ thực nghiệm được đặt ra theo hướng nâng cao mức độ phát triển năng lực thực

nghiệm của học sinh, tăng dần khả năng làm việc độc lập của học sinh Tác giả Nguyễn Ngọc Anh cũng đề xuất kết hợp việc sử dụng bài tập thí nghiệm với dạy kiến thức mới theo phương pháp thực nghiệm và tổ chức các dự án, ngoại khóa và nghiên cứu khoa học có nội dung vật lí[1] Bên cạnh đó, trong luận án của mình, tác giả Vũ Tiến Tình đề xuất nguyên tắc, quy trình sử dụng phương tiện trực quan và quy trình sử dụng phối hợp phương tiện trực quan với một số phương pháp dạy học tích cực để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong dạy học hóa học cho học sinh trung học cơ sở [26] Nghiên cứu về quy trình phát triển kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí, nhóm nghiên cứu của nhóm tác giả Phạm Xuân Quế [21] đã sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình vào hỗ trợ phát triển kĩ năng sử dụng thí nghiệm để nghiên cứu kiến thức vật lí Việc làm này giúp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho giáo viên tương lai mà lại tiết kiệm thời gian trên lớp, san sẻ các công việc cho giai đoạn tự học có hướng dẫn.

Nhóm nghiên cứu của Susan S Mathew và Joshua Earnest (2004) [87] đã đưa ra các biện pháp nâng cao năng lực thực nghiệm của sinh viên bằng việc cải thiện cấu trúc phòng thí nghiệm cũng như cách thức triển khai các nhiệm vụ học tập của sinh viên trong phòng thí nghiệm theo hướng đưa họ tiến gần hơn với tiếp cận nghề nghiệp Nghiên cứu đã chỉ ra rằng cấu trúc phòng thí nghiệm nên được thiết kế theo hướng tăng dần khả năng làm việc độc lập của sinh viên Do đó họ đề xuất sinh viên nên được tham gia lần lượt các phòng thí nghiệm theo phân loại sau: loại thông thường, loại khám phá, loại nghiên cứu, loại giải quyết vấn đề, loại dự án Họ cũng đề xuất các biện pháp cải tiến các nhiệm vụ trong phòng thí nghiệm bao gồm: sinh viên được lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm thay bằng bị định sẵn những gì cần dùng, sinh viên được yêu cầu tiến hành nhiều phương án thí nghiệm và đưa ra các so sánh, nên có những hình minh họa sắc nét về bộ phận và tác dụng của các dụng cụ thí nghiệm đặc biệt là các dụng cụ nhỏ để sinh viên dễ dàng tự học mà không cần trợ giúp của giáo viên, nên có những video tiến hành thí nghiệm được thực hiện bởi một người có kinh nghiệm để sinh viên có thể xem và tự đánh giá khả năng của

mình Tương tự như vậy thì nhóm của Kamilah Radin Salim cũng đưa ra giải pháp xây dựng các nhiệm vụ thí nghiệm tiếp cận dần với thực tế [39].

Theo chúng tôi việc tạo ra các nhiệm vụ từ đơn giản đến phức tạp là hết sức cần thiết trong giai đoạn giáo dục cơ bản đối với HS phổ thông Và những bài tập thực nghiệm, thí nghiệm mở là một gợi ý tốt để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh Trong giai đoạn hiện nay, cơ hội tiếp cận với máy tính và các phần mềm không còn là quá khó khăn nên chúng tôi xác định rằng việc tìm kiếm các công cụ hỗ trợ (như mô phỏng, thí nghiệm tương tác) để phát triển năng lực thực nghiệm nên được triển khai.

Qua những phân tích trên, chúng tôi thấy tất cả các biện pháp mà các tác giả đề xuất chưa thực sự quan tâm đến đặc trưng riêng của từng chỉ số hành vi của năng lực thành phần thuộc NLTN, hơn nữa cũng chưa quan tâm đến hiện trạng năng lực của HS trong việc lựa chọn và thực hiện các biện pháp thích hợp Như ta biết, để phát triển năng lực nào đó thì cần thông qua việc phát triển từng hành vi của năng lực đó Do đó trong nghiên cứu, chúng tôi quan tâm và tập trung vào hướng đề xuất các biện pháp dựa trên hiện trạng năng lực của HS và đặc trưng riêng của mỗi chỉ số hành vi.

1.3 Các nghiên cứu về đánh giá năng lực thực nghiệm

* Liên quan đến các nghiên cứu về đánh giá năng lực:

Có thể thấy rằng càng gần những năm gần đây càng có nhiều các công bố trong và ngoài nước về đánh giá năng lực của người học, cung cấp một cách đa dạng các thông tin cho người đọc Dưới đây, luận án điểm siết các điểm chính sau:

- Quan niệm về đánh giá năng lực: Các nghiên cứu chỉ ra rằng đánh giá năng lực chính là đánh giá khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng,… của người học khi giải quyết các nhiệm vụ học tập [13, 20] Đánh giá năng lực có thể dựa trên chuẩn đầu ra về năng lực hay tiến trình học tập của người học [20] Để thực hiện đánh giá năng lực, cần thu thập các bằng chứng xác thực liên quan đến các năng lực cần đánh giá Các bằng chứng đó sẽ xuất hiện khi học sinh làm, viết, vẽ, nói, hoặc tạo ra [15] - Các nguyên tắc khi tiến hành đánh giá năng lực: đảm bảo tính giá trị, đảm

bảo độ tin cậy, đảm bảo tính linh hoạt, đảm bảo tính công bằng, đảm bảo tính hệ thống, đảm bảo tính toàn diện, đảm bảo tính phát triển, đánh giá trong bối cảnh thực tiễn [20, 25].

- Quy trình thiết kế và thực hiện đánh giá năng lực gồm các bước: xác định rõ mục đích đánh giá, xác định bằng chứng cần thiết, phát triển phương pháp, công cụ đánh giá thích hợp, thu thập bằng chứng và đưa ra nhận định, báo cáo kết quả cho các bên liên quan [65].

- Các phương pháp đánh giá năng lực: phương pháp kiểm tra viết, phương pháp đánh giá thông qua vấn đáp, phương pháp đánh giá thông qua thực hành, phương pháp đánh giá thông qua quan sát [13].

- Các công cụ đánh giá năng lực: có thể sử dụng rất nhiều công cụ đánh giá như hồ sơ học tập, các câu hỏi/bài tập, rubric, bảng kiểm, ….

Như vậy để đánh giá được một năng lực nào đó, cần phải xác định được cấu trúc của năng lực đó, từ đó xác định được mục đích đánh giá, phải lựa chọn/xây dựng được các phương pháp, hình thức, công cụ đánh giá phù hợp Trong đó có thể lựa chọn phối kết hợp đa dạng các phương pháp, công cụ đánh giá, cũng như có thể tiến hành ở nhiều thời điểm đánh giá khác nhau.

* Liên quan đến đánh giá năng lực thực nghiệm: có đánh giá định hướng quá trình, có đánh giá định hướng sản phẩm Ở quy mô lớn, các đánh giá năng lực thực nghiệm thường chỉ dựa trên các sản phẩm của hoạt động thực nghiệm, chủ yếu là ghi chép trong phòng thí nghiệm (ví dụ như Stebler, Reusser, & Ramseier 1998, Ramseier, Labudde & Adamina 2011, Gut 2012, Shavelson 1999) [67, 103, 112, 115] Theo phân tích của Shavelson thì những ghi chép của HS trong phòng thí nghiệm có thể giúp phản ánh năng lực thực nghiệm của các HS [112] Chúng tôi cho rằng chỉ đánh giá dựa trên sản phẩm sẽ không cho chúng ta thấy được người học đã nỗ lực thế nào trong các hoạt động thuộc quá trình họ thực hiện thí nghiệm như: lắp ráp các dụng cụ/thiết bị thí nghiệm, hiệu chỉnh những dụng cụ thí nghiệm, thậm chí sửa chữa các dụng cụ thí nghiệm và thực hiện thu thập các dữ liệu thực nghiệm Khi tiến hành so sánh giữa sử dụng đánh giá quá trình và sử dụng đánh giá

kết quả với mỗi thành tố trong năng lực thực nghiệm thì nhóm tác giả Nico Schreiber1, Heike Theyßen1 and Horst Schecker [109, 110] chứng minh được rằng đánh giá sản phẩm (tức là đánh giá chỉ dựa vào ghi chép) có thể giúp đánh giá kĩ năng chuẩn bị và kĩ năng đánh giá dữ liệu thực nghiệm chứ không giúp đánh giá khả năng thực hiện các thí nghiệm Như vậy để đánh giá năng lực thực nghiệm nên có những cân nhắc trong việc lựa chọn sử dụng đánh giá quá trình hay sử dụng đánh giá kết quả hay kết hợp cả hai để có những nhận định chính xác Vậy lựa chọn hướng tiếp cận đánh giá như thế nào cũng là một vấn đề mà chúng tôi cần nghiên cứu để sao cho vừa đạt được chức năng đánh giá, nhưng cũng đồng thời chính là một hỗ trợ để những tác động đạt được hiệu quả cao hơn.

Về công cụ đánh giá có ba công cụ thường hay được sử dụng bao gồm: bài kiểm tra viết, bài kiểm tra dựa trên mô phỏng, bài kiểm tra thực hiện thí nghiệm thực Thông thường trong những đánh giá quy mô lớn người ta hay sử dụng bài kiểm tra viết để đánh giá NLTN của học sinh Nhưng ở các nghiên cứu chuyên sâu, các chuyên gia giáo dục đã cho thấy bài kiểm tra viết không thể giúp đánh giá chính xác NLTN của học sinh Ví dụ như nghiên cứu của Shavelson [112], nhóm của ông đã thu thập ba đầu điểm của mỗi học sinh bằng ba bài kiểm tra: bài kiểm tra viết, bài kiểm tra qua phần mềm mô phỏng, bài kiểm tra qua tiến hành thí nghiệm thực (chỉ đánh giá thông qua sản phẩm ghi lại trong phòng thí nghiệm chứ không đánh giá quá trình) Sau đó so sánh chúng với điểm chuẩn là điểm thực hành thí nghiệm được đánh giá bởi các quan sát trực tiếp của các chuyên gia Kết quả cho thấy điểm đánh giá những ghi chép lưu lại bên trong phòng thí nghiệm của học sinh đạt tương quan cao (r= 0.7) với điểm chuẩn, còn điểm đánh giá qua bài viết và điểm chuẩn đạt tương quan thấp (r= 0.46), tương quan giữa điểm đánh giá qua phần mềm mô phỏng và điểm chuẩn chỉ đạt r= 0.5 Trong một nghiên cứu khác, nhóm nghiên cứu của Nico Schreiber [52, 110] cũng sử dụng ba công cụ trên, người học sẽ hoạt động cùng với hai trong ba công cụ đó nhưng bắt buộc một trong số đó sẽ là tiến hành thí nghiệm thực Giống như Shavelson điểm chuẩn được chọn cũng là điểm tiến hành thí nghiệm thực Tuy nhiên không giống Shavelson các tác giả này lại quan tâm đến

quá trình tiến hành thí nghiệm Do đó các thao tác tiến hành thí nghiệm của sinh viên được quay video Còn với bài kiểm tra qua mô phỏng, những thao tác diễn ra trên màn hình cũng được ghi lại, họ thiết lập một thuật toán và thang điểm tương ứng để mã hóa các hành động của sinh viên Ban đầu họ kì vọng rằng bài kiểm tra viết sẽ có tương quan thấp với bài kiểm tra tiến hành thí nghiệm thực, ngược lại bài kiểm tra bằng mô phỏng sẽ có tương quan cao với bài kiểm tra tiến hành thí nghiệm thực Tuy nhiên kết quả phân tích lại cho thấy cả hai bài kiểm tra viết và mô phỏng đều có tương quan thấp với bài kiểm tra bằng thí nghiệm thực (r< 0.47; r< 0.55).

Các nghiên cứu đó cho thấy rằng mặc dù có mối tương quan khác nhau với bài kiểm tra thực hiện với thí nghiệm thực nhưng cả bài kiểm tra viết và mô phỏng đều không thể thay thế thí nghiệm thực trong việc đánh giá NLTN Theo chúng tôi, bài kiểm tra viết có thể giúp đánh giá các kiến thức về lý thuyết sai số, nêu tác dụng của các dụng cụ, nêu ý tưởng thiết kế phương án thí nghiệm nghĩa là chỉ có thể đánh giá các hành vi liên quan đến tư duy, nhưng không thể phản ánh được khả năng thao tác với các dụng cụ thực Tuy nhiên nếu sử dụng bài kiểm tra viết để đánh giá một vài thành tố nào đó của năng lực thực nghiệm thì cũng nên sử dụng các bài tập, câu hỏi dưới dạng tự luận, giải quyết nhiệm vụ, hạn chế sử dụng các câu hỏi trắc nghiệm khách quan Với bài kiểm tra bằng mô phỏng có thể phù hợp trong việc đánh giá ý tưởng thiết kế phương án thí nghiệm, lựa chọn và bố trí thí nghiệm, đánh giá kiến thức về xử lí sai số, nêu tác dụng của dụng cụ, giải thích kết quả nhưng những đòi hỏi về hiệu chỉnh dụng cụ thí nghiệm, kĩ thuật tiến hành các thao tác/các bước, cách đọc số liệu, cải biến, sữa chữa các dụng cụ thí nghiệm trong giai đoạn thực hiện thí nghiệm thì chỉ thí nghiệm thực mới giúp đánh giá chính xác Cũng cần phải thấy rằng việc đánh giá năng lực thực nghiệm bằng thí nghiệm thật, đặc biệt là với số lượng học sinh đông thì khá tốn kém (Neumann 2004) [94] và có thể gây tâm lí mệt mỏi cho cả người thi và người đánh giá.

Khi giải thích kết quả của mình, nhóm nghiên cứu của Nico schreiber [110] vẫn tin tưởng rằng bài kiểm tra mô phỏng có thể thay thế thí nghiệm thực nếu nó được thiết kế một cách tinh xảo Họ hoài nghi rằng kết quả tương quan thấp giữa bài

mô phỏng và thí nghiệm thực là do: năng lực thực nghiệm của học sinh không phải lúc nào cũng ổn định, nội dung kiến thức, nhiệm vụ đòi hỏi hoạt động thực nghiệm có sự chi phối, ảnh hưởng đến mức độ thể hiện năng lực thực nghiệm của học sinh Sự ảnh hưởng của nội dung vật lí đến kết quả đánh giá NLTN cũng được các nhà nghiên cứu khác khẳng định như Gott và Duggan (2002) [63] Điều đó có nghĩa là thiết kế công cụ đánh giá NLTN cần phải đảm bảo bám sát nội dung chương trình học tập của học sinh, cần thiết kế các câu hỏi phù hợp để đánh giá đúng mức độ của từng chỉ số hành vi Tuy vậy, như chúng tôi đã đưa ra nhận xét ở trên: việc sử dụng bài kiểm tra mô phỏng có thể đánh giá đầy đủ các hành vi liên quan đến tư duy nhưng chưa đánh giá được đầy đủ các hành vi tâm vận của học sinh.

Vậy câu hỏi đặt ra là ta sẽ kết hợp sử dụng các công cụ đánh giá trên như thế nào để tiết kiệm được chi phí và đánh giá đúng NLTN của học sinh Việt Nam?

TIỂU KẾT CHƯƠNG 1

Với mục tiêu đặt ra trong phần đặt vấn đề, chúng tôi đã phân tích và hệ thống các nghiên cứu trên theo ba mặt: những kết quả về nghiên cứu cấu trúc năng lực thực nghiệm, những kết quả nghiên cứu về biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm, những nghiên cứu về đánh giá năng lực thực nghiệm Từ đó làm bật ra các mối quan tâm và dự kiến những nội dung cần tiến hành nghiên cứu trong phạm vi của luận án.

Những phân tích ở trên cho thấy: Cấu trúc của năng lực thực nghiệm vật lí vẫn chưa có sự thống nhất cao giữa các nhà giáo dục về thành tố cấu tạo, các biện pháp phát triển năng lực này trong dạy học vật lí ở phổ thông vẫn còn rất chung chưa quan tâm đến đặc điểm riêng của từng chỉ số hành vi , các phương thức và công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm nói chung vẫn còn nhiều vấn đề cần xem xét và hoàn thiện Do đó những nghiên cứu liên quan tới phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trung học phổ thông ở Việt Nam cần phải được tiếp tục tiến hành nghiên cứu Trong phạm vi luận án, chúng tôi xác định cần phải nghiên cứu trả lời các câu hỏi sau:

- Có thể đề xuất mô hình về năng lực thực nghiệm vật lí có cấu trúc như thế nào để sử dụng trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông?

- Đối với học sinh Việt Nam trong thực trạng dạy và học ở Việt Nam thì những hành vi nào (trong cấu trúc năng lực thực nghiệm) trước tiên cần nghiên cứu đưa ra các biện pháp thích hợp để bồi dưỡng và việc đưa ra những biện pháp thích hợp đó cần dựa trên cơ sở khoa học nào? Đánh giá sự phát triển của những hành vi này như thế nào?

- Với mô hình năng lực đã xác định, có thể đánh giá năng lực thực nghiệm vật lí của học sinh như thế nào ứng với mục tiêu và điều kiện cụ thể của trường trung học phổ thông ở Việt Nam?

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CẤU TRÚC NĂNG LỰC THỰC NGHIỆMCỦA HỌC SINH TRONG HỌC TẬP VẬT LÍ Ở TRƯỜNG

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1 Quan niệm về năng lực

Nói về nội hàm của khái niệm năng lực với các góc độ tiếp cận khác nhau, các nhà nghiên cứu đã đưa đến các cách định nghĩa khác nhau về năng lực Tuy nhiên có hai phạm trù chính được sử dụng rộng rãi là xem xét năng lực như là tổ hợp của các thuộc tính tâm lí, phẩm chất và xem xét năng lực như là khả năng hoạt động Chẳng hạn theo Từ điển Tâm lý học (Vũ Dũng, 2008) [9] thì “năng lực là tập hợp các tính chất hay phẩm chất của tâm lý cá nhân, đóng vai trò là điều kiện bên trong, tạo thuận lợi cho việc thực hiện tốt một dạng hoạt động nhất định”; theo Từ điển Triết học (M.Rôdentan và P.IUĐin, 1976) [22] “Năng lực hiểu theo nghĩa rộng là những đặc điểm tâm lý của cá thể điều tiết hành vi của cá thể và là điều kiện cho hoạt động sống của cá thể” Đồng thời, quan điểm triết học cũng cho rằng năng lực của con người là sản phẩm của sự phát triển xã hội; trong chương trình GDPT tổng thể “năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể” [6]; theo Đại Từ điển Tiếng Việt (Nguyễn Như Ý, 1999) [34] thì “năng lực là khả năng đủ để thực hiện tốt một công việc”; theo Từ điển Giáo dục học (Bùi Hiền, 2013) [10] thì “năng lực là khả năng được hình thành hoặc phát triển cho phép một con người đạt thành công trong một hoạt động thể lực, trí lực hoặc nghề nghiệp” Theo Weinert (2001) [123], “năng lực là những khả năng nhận thức và kĩ năng vốn có hoặc học được của cá thể nhằm giải quyết các vấn đề xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ, ý chí, ý thức xã hội và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề trong những tình huống thay đổi một cách thành công và có trách nhiệm”.

Ta thấy rằng, mặc dù cách diễn đạt khác nhau nhưng các khái niệm này đều

chỉ ra năng lực được biểu hiện rất rõ qua phương thức hoạt động, quá trình thực hiện hoạt động và kết quả thực hiện hoạt động; năng lực có thể được quan sát, đánh giá và phát triển; đồng thời năng lực sẽ bị chi phối rất nhiều bởi bối cảnh, tình huống thực hiện hoạt động Ở trường phổ thông học sinh cũng thực hiện các hoạt động nhưng hoạt động ở đây là hoạt động học tập Các hoạt động học tập đó sẽ diễn ra trong các tình huống gắn liền với hoạt động dạy của người thầy Cũng cần phải hiểu tình huống, bối cảnh thực hiện hoạt động ở đây được tạo ra bởi các nhiệm vụ học tập, những tình huống này có thể không mới đối với nhân loại nhưng đòi hỏi phải là mới mẻ và gần gũi với học sinh để họ có thể vận dụng kiến thức, kĩ năng, thái độ và các thuộc tính cá nhân giải quyết các nhiệm vụ học tập Khi giải quyết được các nhiệm vụ học tập tức là học sinh đã giải quyết được vấn đề trong học tập và học sinh chỉ có được năng lực khi họ thực hiện hoạt động học tập Với nhận định trên, chúng tôi nhất trí với quan điểm của Griffin (2015) khi ông cho rằng: “Năng lực là một thuộc tính cá nhân tiềm ẩn chỉ có thể được suy luận từ việc quan sát về số lượng và mức độ mà một người thể hiện một tập hợp các kỹ năng liên quan đến

thuộc tính cá nhân của họ trong một loạt các bối cảnh” và năng lực có thể được phát

triển thông qua học tập hoặc đào tạo trong các bối cảnh liên quan [66] Do đó luận án

quan niệm rằng: năng lực của học sinh có thể được hiểu một cách khái quát nhưlà khả năng xác định mục đích, lập kế hoạch và thực hiện thành công một hoạtđộng học tập, cũng như đánh giá hoạt động học tập đó trong giải quyết nhiệm vụhọc tập nhất định mà nhờ áp dụng các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cánhân khác của họ Năng lực của học sinh được đánh giá thông qua phươngthức, quá trình và kết quả hoạt động học tập và việc đánh giá hoạt động đó củacá nhân học sinh khi giải quyết các vấn đề cần giải quyết trong học tập.

2.2 Quan niệm về năng lực thực nghiệm

Với cách hiểu năng lực như trên thì năng lực thực nghiệm của học sinh có

thể được hiểu một cách khái quát như là khả năng xác định mục đích, lập kếhoạch và thực hiện thành công một hoạt động thực nghiệm, cũng như đánh giáhoạt động thực nghiệm đó trong giải quyết nhiệm vụ học tập nhất định dựa trên

quá trình áp dụng các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác của họ.

Năng lực thực nghiệm của học sinh được đánh giá thông qua phương thức, quá trình và kết quả hoạt động thực nghiệm của cá nhân học sinh khi giải quyết các vấn đề cần phải tiến hành hoạt động thực nghiệm (trong đó bao gồm nhiều hành vi) Trong khái niệm năng lực thực nghiệm (NLTN), chúng tôi đưa vào thuật ngữ “hoạt động thực nghiệm” là bởi lẽ chúng tôi quan niệm rằng: trong quá trình phát triển, con người luôn luôn phải giải quyết các vấn đề xảy ra xung quanh cuộc sống Với mức độ sở hữu năng lực khác nhau thì cách thức và kết quả giải quyết cùng một vấn đề sẽ khác nhau Với các vấn đề khác nhau thì con người lại cần tới những loại năng lực khác nhau Năng lực nào thì sẽ tương ứng với loại hoạt động giải quyết vấn đề ấy Ví dụ: Năng lực thể chất sẽ liên quan đến hoạt động vận động, năng lực ngôn ngữ liên quan đến hoạt động sử dụng ngôn ngữ, …và như vậy, năng lực thực nghiệm sẽ có cơ hội hình thành và phát triển qua hoạt động đặc trưng là hoạt động thực nghiệm.

Vật lí là môn khoa học gắn liền với thực nghiệm Các quá trình hình thành các kiến thức vật lí như khái niệm, định luật, thuyết cũng như ứng dụng kĩ thuật của vật lí luôn gắn bó mật thiết với quá trình khảo sát thực nghiệm (dưới dạng thí nghiệm khảo sát hay thí nghiệm kiểm chứng) Vì vậy, trong dạy học vật lí, năng lực thực nghiệm là một năng lực đặc thù và việc phát triển năng lực này trong dạy học là hết sức quan trọng [118] [56].

Như vậy để xác định được cấu trúc của năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập vật lí ta cần xác định được hoạt động thực nghiệm bao gồm những thành phần nào, đặc biệt là cần quan tâm trong bối cảnh nghiên cứu vật lí và học tập vật lí ở trường phổ thông.

2.3 Quan niệm về hoạt động thực nghiệm

Để phát triển hay đánh giá NLTN thì cần phải xác định được các thành tố và các chỉ số hành vi bên trong [127] Do đó để xác định cấu trúc của NLTN bao gồm những thành phần gì chúng ta cần phải xem xét hoạt động thực nghiệm là gì.

Trước tiên cần phải tìm hiểu khái niệm “thực nghiệm” Theo Từ điển Tiếng

Việt (GS Hoàng Phê làm chủ biên): “thực nghiệm là tạo ra những biến đổi nào đó ở

sự vật để quan sát nhằm nghiên cứu những hiện tượng nhất định, kiểm tra một ýkiến hoặc gợi ra những ý kiến mới (nói khái quát)” [17] Bell cho rằng: “Nghiên

cứu thực nghiệm là một nghiên cứu khách quan, có kiểm soát để đạt được độ chính xác tối đa và có thể rút ra kết luận cụ thể liên quan đến một tuyên bố giả thuyết” [75] Điểm chung của hai định nghĩa này đều khẳng định thực nghiệm sẽ giúp kiểm chứng một giả thuyết, nhưng trong định nghĩa của Hoàng Phê ta còn thấy một ý nghĩa nữa của thực nghiệm đó là có thể gợi ra những phát hiện mới Vậy thực nghiệm sẽ là một hoạt động mang lại hai ý nghĩa hay chỉ một? Ta cũng biết rằng, năng lực thực nghiệm là một trong những năng lực điển hình cần có của các nhà khoa học trong nghiên cứu khoa học tự nhiên nói chung và trong nghiên cứu vật lí nói riêng [81], bởi lẽ thực nghiệm là một trong những phương pháp nhận thức quan trọng trong nghiên cứu vật lí và khoa học tự nhiên [113] [128] Vì thế chúng tôi sẽ phân tích từ chu trình nhận thức khoa học đến hoạt động nghiên cứu khoa học thực tiễn của các nhà vật lí để có thêm cơ sở xác định phạm vi diễn ra hoạt động thực nghiệm.

 Phân tích từ chu trình nhận thức khoa học [46]:

Hình 2.1 Quy trình thực hiện dự án khoa học

Có thể thấy khả năng xuất hiện hoạt động thực nghiệm ở các bước như sau: - Bước đặt câu hỏi: Bước đặt câu hỏi là bước khởi đầu cho hoạt động nghiên cứu khoa học [23] Nếu câu hỏi được đặt ra dựa trên sự khái quát hóa các quan sát thì hoạt động thực nghiệm đã được diễn ra Ví dụ: quan sát thấy khi nén nhẹ lò xo biến dạng, ngay sau khi ngừng tác dụng, lò xo có thể tự trở lại trạng thái ban đầu; khi ấn quả bóng, quả bóng bị biến dạng, ngay sau khi ngừng ấn thì quả bóng tự lấy lại hình dạng ban đầu Câu hỏi có thể đặt ra là: Tại sao các vật kể trên lại có thể tự lấy lại hình dạng ban đầu khi chúng bị biến dạng? Nếu câu hỏi được rút ra từ việc phân tích, thu thập các dữ kiện thí nghiệm thì hoạt động thực nghiệm đã diễn ra Nếu câu hỏi được rút ra từ những việc tổng hợp các nghiên cứu lý thuyết đã có thì lúc này hoạt động thực nghiệm không diễn ra Từ đó thấy rằng, trong bước này có thể có hoặc không diễn ra hoạt động thực nghiệm.

- Bước nghiên cứu tổng quan: Việc nghiên cứu tổng quan chủ yếu được thực hiện dựa trên phương pháp nghiên cứu tài liệu, sẽ giúp hạn chế được các sai lầm khi nghiên cứu [23] Khi này người nghiên cứu sẽ tổng hợp, phân tích các công trình liên quan để xem vấn đề đã được giải quyết đến đâu làm cơ sở cho việc xác định phạm vi nghiên cứu Hoạt động thực nghiệm không diễn ra ở đây.

- Bước xây dựng giả thuyết nghiên cứu: Giả thuyết chính là câu trả lời dự kiến cho câu hỏi nghiên cứu được đặt ra từ bước đầu tiên [23] Nếu giả thuyết này được xây dựng dựa trên sự suy luận logic các mô hình lý thuyết đã có thì hoàn toàn hoạt động thực nghiệm không diễn ra Nếu giả thuyết/dự đoán được xây dựng dựa trên sự hỗ trợ của các thí nghiệm thì hoạt động thực nghiệm đã diễn ra: Ví dụ đưa đoạn dây dẫn mang dòng điện vào trong lòng một nam châm hình chữ U sao cho dòng điện vuông góc với các đường cảm ứng từ, thì đoạn dây dẫn mang dòng điện bị kéo xuống, nếu đổi chiều dòng điện thì dòng điện bị đẩy lên, nếu dây dẫn dẫn đặt song song với đường sức từ thì đoạn dây dẫn không bị lực từ tác dụng Vậy có thể lực từ do nam châm tác dụng lên đoạn dây dẫn đặt trong từ trường phụ thuộc vào góc hợp bởi chiều dòng điện và chiều đường sức từ Cũng như bước đặt câu hỏi, bước đề xuất giả thuyết cũng có thể có hoặc không diễn ra hoạt động thực nghiệm.

- Bước kiểm chứng bằng thực nghiệm: Trong bước này ta phải tiến hành thiết kế, lựa chọn và thực hiện các phương án thực nghiệm để kiểm chứng giả thuyết Như vậy rõ ràng hoạt động thực nghiệm diễn ra ở bước này.

- Bước phân tích kết quả và kết luận: Đây là bước mà các dữ liệu thực nghiệm được thu thập, xử lí, phân tích để rút ra các kết luận cần thiết Hoạt động thực nghiệm cũng diễn ra ở bước này.

- Bước báo cáo: Các kết quả thực nghiệm được biểu diễn, bảo vệ và công bố đi kèm với các kết luận Vậy trong bước này hoạt động thực nghiệm cũng diễn ra.

Từ việc phân tích các bước của chu trình nhận thức khoa học, hoạt động thực nghiệm có thể bao gồm: thiết kế và thực hiện phương án thực nghiệm, thu thập, xử lí kết quả thực nghiệm để rút ra kết luận Tuy nhiên các phân tích trên cũng cho thấy, hoạt động thực nghiệm cũng diễn ra khi ta đặt ra các câu hỏi hoặc dự đoán từ các quan sát thực tiễn hoặc thí nghiệm Tức là mang cả 2 ý nghĩa (kiểm chứng một giả thuyết hoặc gợi ra những phát hiện mới).

 Phân tích từ thực tiễn nghiên cứu khoa học của những nhà vật lí:

- Nếu các nhà khoa học khái quát các sự kiện từ những thí nghiệm, từ các quan sát, khảo sát thực tế đặt ra vấn đề nghiên cứu, từ vấn đề nghiên cứu lại đề xuất các dự đoán và tiến hành các kiểm tra thực nghiệm, từ các thực nghiệm các thông tin được thu thập, xử lí và phân tích rút ra các kết luận, thì hoàn toàn hoạt động thực nghiệm diễn ra từ khi bắt đầu đến khi kết thúc Con đường nghiên cứu này là con đường thực nghiệm Những nhà khoa học có công trình điển hình theo con đường nghiên cứu này là Bôi-lơ, Ga-li-lê, Niu-tơn, [50]

- Khi các nhà khoa học phân thành nhóm các nhà vật lí lí thuyết và nhóm các nhà vật lí thực nghiệm thì: Các nhà vật lí lý thuyết thường làm nhiệm vụ xây dựng mô hình lý thuyết/giả thuyết, còn nhà vật lí thực nghiệm sẽ là người tiến hành kiểm chứng sự đúng đắn của các mô hình này (hoặc kiểm chứng sự đúng đắn của các hệ quả của mô hình) bằng các thí nghiệm [18] Có thể hiểu con đường này khác với con đường thực nghiệm ở chỗ hoạt động thực nghiệm diễn ra sau khi các giả thuyết được đưa ra nhờ các suy luận lý thuyết Vậy có hai câu hỏi đặt ra: Câu hỏi một, nếu

nhà thực nghiệm tiến hành suy luận trên một mô hình được nhà lý thuyết xây dựng ra các hệ quả có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm thì nhà thực nghiệm có phải đang đề xuất giả thuyết không? Ví dụ về trường hợp này như sau: Khi nhà vật lí lý thuyết đã sử dụng định luật I và định luật II Niu-tơn để tìm ra được biểu thức: