Sử dụng phần mềm mô phỏng hỗ trợ dạy và học kiến thức về hạt nhân nguyên tử vật lý 12 nâng cao theo hướng phát huy tích cực nhận thức của học sinh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ………… PHẠM VĂN SƠN SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỖ TRỢ DẠY VÀ HỌC KIẾN THỨC VỀ “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ - VL 12 NÂNG CAO” THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

…………

PHẠM VĂN SƠN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỖ TRỢ DẠY VÀ HỌC KIẾN THỨC VỀ “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ - VL 12 NÂNG CAO” THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC

NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Thái nguyên, năm 2010

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

…………

PHẠM VĂN SƠN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỖ TRỢ DẠY VÀ HỌC KIẾN THỨC VỀ “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ - VL 12 NÂNG CAO” THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC

THAI NGUYEN UNIVERSITY PEDAGOGICAL UNIVERSITY

…………

PHAM VAN SON

USE SIMULATION SOFTWARE TO SUPPORT TEACHING AND LEARNING KNOWLEDGE OF NUCLEAR PHYSICS 12 ADVANCED TOWARDS PROMOTING AWARENESS OF

THE FOCUS AREA STUDENTS

Major: Physics Teaching Methods

CODE: 60.14.10

MASTER'S THESIS SCIENCE EDUCATION

HOW THE SCIENCE: DOCTORAL TRAN DUC VUONG

Thai nguyen, 2010

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 8

I Lý do chọn đề tài 8

II Mục đích nghiên cứu 10

III Đối tượng nghiên cứu 10

IV Giả thuyết khoa học 10

V Nhiệm vụ nghiên cứu 10

VI Giới hạn đề tài 10

VII Phương pháp nghiên cứu 10

VIII Đóng góp của đề tài 11

IX Cấu trúc luận văn 11

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 14

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 14

1.1 Tính tích cực nhận thức 15

1.1.1 Khái niệm tính tích cực 15

1.1.2 Biểu hiện của tính tích cực 16

1.1.3 Các mức độ của tính tích cực 18

1.1.4 Các biện pháp phát huy tính tích cực của HS 19

1.2 Phần mềm mô phỏng trong dạy học vật lý 22

1.2.1 Khái niệm phần mềm mô phỏng 22

1.2.1.1 Khái niệm mô phỏng nhờ máy tính 22

1.2.1.2 Khái niệm phần mềm mô phỏng 23

1.2.2 Các loại phần mềm mô phỏng trong dạy học vật lý 23

1.2.2.1 Phần mềm mô phỏng chính xác hay mô phỏng định lượng 23

1.2.2.2 Phần mềm mô phỏng không chính xác hay mô phỏng định tính 24

1.2.3 Vai trò của phần mềm mô phỏng đối với dạy học vật lý 26

1.2.3.1 Mô phỏng nhằm trực quan hóa đối tượng nghiên cứu 26

1.2.3.1.1 Đặc điểm các hiện tượng, quá trình vật lý cần mô phỏng 26

1.2.3.1.2 Khả năng minh họa, mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lý bằng máy vi tính có phần mềm mô phỏng 26

1.2.3.1.3 So sánh việc mô phỏng, minh họa các hiện tượng, quá trình vật lý bằng phần mềm mô phỏng và bằng máy chiếu phim dương bản, phim hoạt hình 27

1.2.3.2 Mô phỏng nhằm đưa ra các giả thuyết khoa học theo con đường lý thuyết 28

1.2.3.2.1 Khả năng có thể đi sâu vào các mối quan hệ có tính bản chất của các hiện tượng, quá trình vật lý nhờ mô phỏng bằng máy vi tính 28

1.2.3.2.2 Các bước trong quá trình đưa ra các dự đoán, giả thuyết về hiện tượng, quá trình vật lý mới, tìm ra kiến thức mới (trạng thái, mối quan hệ, quy luật mới…) bằng con đường lý thuyết nhờ phần mềm mô phỏng 29

1.3 Lý luận dạy học 31

1.3.1 Các phương pháp dạy học vật lý ở trường phổ thông 31

1.3.1.1 Các phương pháp dạy học hiểu theo nghĩa rộng 31

1.3.1.2 Trong thực tiễn dạy học vật lý ở trường phổ thông hiện nay 32

1.3.2 Các phương pháp dạy học tích cực 33

1.3.2.1 Phương pháp thuyết trình 34

1.3.2.2 Phương pháp đàm thoại 35

1.3.2.3 Phương pháp dạy học theo nhóm 37

1.3.3 Phối hợp các phương pháp dạy học 38

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 40

Chương 2: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TRONG THIẾT KẾ MỘT SỐ GIÁO ÁN PHẦN “HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ - VL 12 NÂNG CAO” 40

2.1 Khái quát về kiến thức phần “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” 40

2.1.1 Vị trí của phần “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” 40

2.1.2 Yêu cầu cần đạt được khi học phần “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” 41

2.1.2.1 Về kiến thức 41

2.1.2.2 Về kỹ năng 42

2.1.2.3 Về thái độ tình cảm 42

2.1.3 Cấu trúc chương “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” 43

2.1.4.Sơ đồ cấu trúc chi tiết chương “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” 45 2.2 Thực trạng dạy học “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” phần theo phương pháp truyền thống 46

2.2.1.Ưu điểm 46

2.2.2 Nhược điểm 46

2.3 Xây dựng tiến trình dạy học một số bài trong phần “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” với sự trợ giúp của các phần mềm mô phỏng 46

2.3.1 Xây dựng tiến trình dạy học Bài 53: Phóng xạ 47

2.3.1.1 Mục tiêu 47

2.3.1.2 Chuẩn bị 47

2.3.1.3 Dự kiến bảng ghi 49

2.3.1.4 Tổ chức hoạt động giảng dạy 51

2.3.2 Xây dựng tiến trình dạy học Bài 54: Phản ứng hạt nhân 64

2.3.2.1 Mục tiêu 64

2.3.2.2 Chuẩn bị 64

2.3.2.3 Dự kiến bảng ghi 66

2.3.2.4 Tổ chức hoạt động dạy học 67

2.3.3 Xây dựng tiến trình dạy học Bài 56: Phản ứng phân hạch 76

2.3.3.1 Mục tiêu 76

2.3.3.2 Chuẩn bị 77

2.3.3.3 Dự kiến bảng ghi 78

2.3.3.4 Tổ chức hoạt động dạy học 79

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 88

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 89

3.1 Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 89

3.1.1 Mục đích 89

3.1.2 Nhiệm vụ 89

3.2 Đối tượng, nội dung, phương pháp TNSP 90

3.2.1 Đối tượng 90

3.2.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 90

3.2.3 Phương pháp thực nghiệm 91

3.3 Những thuận lợi và khó khăn khi tiến hành TNSP 92

3.3.1 Những thuận lợi 92

3.3.2 Những khó khăn 92

3.4 Phương pháp đánh giá kết quả TNSP 92

3.4.1 Phân tích định tính dựa trên theo dõi hoạt động của HS trong giờ học.92 3.4.2 Phân tích kết quả định lượng dựa trên kết quả bài kiểm tra 93

3.4.3 Khống chế các tác động ảnh hưởng đến kết quả TNSP 93

3.5 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 95

3.5.1 Công tác chuẩn bị 95

3.5.1.1 Chọn các bài TNSP 95

3.5.1.2 Lên lịch dạy TNSP 95

3.5.2 Diễn biến quá trình thực nghiệm sư phạm 95

3.6 Kết quả và xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm 99

3.6.1 Yêu cầu chung về việc xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm: 99

3.6.2 Kết quả thực nghiệm sư phạm 101

3.6.3 Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm 105

KẾT LUẬN CHƯƠNG III 106

KẾT LUẬN CHUNG 108

1 KẾT LUẬN 108

2 HẠN CHẾ CỦA LUẬN VĂN 109

3 KIẾN NGHỊ 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC 1 PHIẾU PHỎNG VẤN GIÁO VIÊN 115

PHỤ LỤC 2: PHIẾU PHỎNG VẤN HỌC SINH 118

PHỤ LỤC 3: NỘI DUNG ĐỀ KIỂM TRA 120

PHỤ LỤC 4: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM 123

CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

Viết tắt Viết đầy đủ

Bảng 3.3: Thống kê biểu hiện tính tích cực của HS

Bảng 3.4 : Kết quả bài kiểm tra

Bảng 3.5: Tổng hợp xếp loại kiểm tra

Bảng 3.6: Phân phối tần suất kết quả kiểm tra

Biểu đồ 1: Biểu đồ xếp loại kiểm tra

Đồ thị 1: Đồ thị đường phân bố tần suất

MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thời đại mà cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật và công nghệ đang diễn ra hết sức mạnh mẽ, nó tạo ra cơ sở mới cho sự phát triển của của xã hội, nâng cao đời sống con người Để theo kịp sự phát triển của khoa học và công nghệ, để hòa nhập được với nền kinh tế tri thức thì

sự nghiệp giáo dục cũng phải đổi mới nhằm tạo ra những con người mới có

đủ trình độ kiến thức, năng động, giàu tính sáng tạo, tự lực tự chủ Với yêu cầu đó, ngành giáo dục của chúng ta phải đổi mới toàn diện về: mục tiêu giáo dục, về chương trình sách giáo khoa và đặc biệt là về phương pháp dạy học

Văn kiện đại hội đảng lần thứ X của ban chấp hành trung ương đảng

khóa IX đã khẳng định “…đổi mới phương pháp dạy và học, phát triển tư duy

sáng tạo và năng lực đào tạo của người học, làm chủ kiến thức, tránh nhồi nhét, học vẹt, học chay…”[6]

Điều 28 luật giáo dục qui định “…phương pháp giáo dục phổ thông

phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng môn học, lớp học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại hứng thú học tập cho học sinh…” [7]

Vật lý là một môn học mang tính chất đặc thù, hầu hết tri thức được tìm

ra bằng thực nghiệm Do đó trong dạy học vật lý, việc áp dụng các phương pháp dạy học thực nghiệm, phương pháp mô hình gắn liền bài giảng với thực tiễn cuộc sống hàng ngày là nhiệm vụ quan trọng Tuy nhiên trong nhiều phần vật lý phổ thông các thiết bị thí nghiệm còn thiếu, cũ lên việc áp dụng phương pháp thực nghiệm và mô hình gặp nhiều khó khăn, nhiều hiện tượng khó có thể quan sát bằng mắt thường Nhất là một số phần kiến thức không thể làm thí nghiệm thực tế để kiểm chứng, với những phần này giáo viên thường dạy

chay hoặc kiến thức được đưa ra dưới dạng thông báo, do đó học sinh khó có thể pháp huy tính tích cực, tự chủ của mình Khắc phục những khó khăn trên, người ta luôn tìm cách sử dụng và phối hợp các phương tiện dạy học sao cho hiệu quả nhất, phát huy được tính tích cực chiếm lĩnh tri thức của học sinh

Những năm gần đây, khoa học công nghệ có sự phát triển mạnh mẽ đặc biệt là công nghệ thông tin Những thành tựu của nó được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như xã hội, kinh tế, khoa học kỹ thuật và cả trong giáo dục

Chủ trương của bộ giáo dục và đào tạo trong những năm học gần đây là “đẩy

mạnh việc ứng dụng công nghệ thông tin vào trong giảng dạy và học tập” Do

đó Chỉ thị 22/2005/CT-BGD và ĐT của bộ trưởng bộ Giáo Dục và Đào Tạo

về nhiệm vụ của toàn ngành trong năm học 2005-2006 đã nêu: “Tiếp tục đổi

mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học; tăng cường ứng dụng CNTT trong các hoạt động của nhà trường, nhất là ứng dụng trong giảng dạy và học tập…” [1] Dạy học với sự giúp đỡ của máy tính cùng các phần mềm đã khắc

phục được những khó khăn mà phương pháp dạy học truyền thống trước đây chưa giải quyết được

Tìm hiểu thực tế giảng dạy kiến thức về “Hạt nhân nguyên tử - VL 12

nâng cao” ở trường phổ thông, chúng tôi thấy phần này có nhiều kiến thức

cần phải nghiên cứu bằng thực nghiệm, nhưng đa số các thí nghiệm rất khó hoặc không thể thực hiện được trong điều kiện nước ta, đa phần là giáo viên chỉ dạy chay, không có thí nghiệm từ đó sẽ dẫn đến học sinh thụ động trong việc chiếm lĩnh tri thức

Xuất phát từ lý do đó, tôi chọn đề tài “Sử dụng phần mềm mô phỏng hỗ

trợ dạy và học kiến thức về “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” theo

hướng phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh”

II Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu việc sử dụng phần mềm mô phỏng hỗ trợ dạy và học kiến

thức về “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” theo hướng phát huy tính

tích cực nhận thức của học sinh

III Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy và học vật lí ở trường phổ thông

Nghiên cứu hiệu quả sử dụng phần mềm mô phỏng hỗ trợ dạy và học

kiến thức “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” theo hướng phát huy tính

tích cực nhận thức của học sinh

IV Giả thuyết khoa học

Nếu sử dụng một cách hợp lý các thí nghiệm mô phỏng thì sẽ phát huy

tính tích cực nhận thức của học sinh khi học phần “Hạt nhân nguyên tử - VL

12 nâng cao”

V Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu lí luận dạy học theo quan điểm hiện đại

Nghiên cứu lí luận phát huy tính tích cực của học sinh

Nghiên cứu lí luận sử dụng phần mềm mô phỏng và vận dụng trong dạy học vật lý

Điều tra thực trạng dạy học phần “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao”

Soạn một số tiến trình dạy học với sự giúp đỡ của phần mềm mô phỏng

trong dạy học phần: “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao”

Thực nghiệm sư phạm

VI Giới hạn đề tài

Nghiên cứu sử dụng phần mềm mô phỏng hỗ trợ dạy và học kiến thức

về “Hạt nhân nguyên tử - VL 12 nâng cao” theo hướng phát huy tính tích

cực nhận thức của học sinh

VII Phương pháp nghiên cứu

Phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu các tài liệu về lí luận dạy học vật lí làm cơ sở định hướng cho quá trình nghiên cứu: vấn đề phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh, lí luận về phần mềm mô phỏng trong dạy học

- Điều tra khảo sát thực tế: Dự giờ, trao đổi trực tiếp với giáo viên để nắm được tình hình giảng dạy, tổ chức dạy học, dùng bài kiểm tra để làm cơ

sở đánh giá mức độ nhận thức của học sinh

- Thực nghiệm sư phạm: Đánh giá hiệu quả của giáo án đã soạn, từ đó chỉnh sửa, bổ xung và hoàn thiện

- Sử dụng phương pháp thống kê toán học để phân tích, xử lí số liệu

VIII Đóng góp của đề tài

Làm rõ tiến trình nhận thức khoa học xây dựng một kiến thức vật lý ở

trường phổ thông, cụ thể vận dụng vào dạy và học kiến thức về “Hạt nhân

nguyên tử - VL 12 nâng cao” từ đó thiết kế tiến trình dạy học theo hướng

phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh

Thông qua việc thiết kế tiến trình dạy học các kiến thức cụ thể làm sáng

tỏ cở sở lí luận của việc tổ chức dạy học theo hướng phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh dưới sự hỗ trợ của các phần mềm mô phỏng

IX Cấu trúc luận văn

2 Phần mềm mô phỏng trong dạy học vật lý

a Khái niệm phần mềm mô phỏng

b Các loại phần mềm mô phỏng trong dạy học vật lý

c Vai trò của phần mềm mô phỏng đối với dạy học vật lý

3 Lí luận dạy học

a Các phương pháp dạy học

b Phối hợp các phương pháp dạy học

Chương 2: Thiết kế một số giáo án phần “Hạt nhân nguyên tử -

VL 12 nâng cao” với sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng

1 Khái quát về kiến thức phần “Hạt nhân nguyên tử - VL 12

2 Thực trạng dạy học phần “Hạt nhân nguyên tử - VL 12

nâng cao” theo phương pháp truyền thống

a Ưu điểm

b Nhược điểm

3 Thiết kế một số giáo án phần “Hạt nhân nguyên tử - VL 12

nâng cao” với sự trợ giúp của các phần mềm mô phỏng

1 Bài 53: Phóng xạ

2 Bài 54: Phản ứng hạt nhân

3 Bài 56: Phản ứng phân hạch

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trên thế giới, vấn đề “ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí” đã được

nhiều nhà lí luận dạy học quan tâm trong đó có việc sử dụng các “phần mềm dạy học” Các tác giả Vincentas Lamanauskas, Rytis Vilkonis đã tiến hành nghiên cứu soạn bài giảng online Đồng thời các tác giả cũng nêu nên lợi ích khi sử dụng phần mềm ứng dụng trong dạy học vật lí (như diễn tả được bản chất của các quá trình, mô phỏng các quá trình khó có thể quan sát trên thực tế…)

Trong nước, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu trong các tạp chí nghiên cứu giáo dục của các tác giả như Lê Công Triêm, Phạm Xuân Quế, Quách Tuấn Ngọc, Mai Văn Trinh… về việc sử dụng phần mềm trong dạy học

vật lí Như: Lê Công Triêm (2002), “Sự hỗ trợ của MVT đối với hệ thống

Mutimedia trong dạy học”, Tạp chí giáo dục, tháng 3 [30]; Phạm Xuân Quế

(2002), “Đổi mới nội dung và phương pháp dạy học Vật lí phổ thông với sự hỗ

trợ của MVT và phần mềm dạy học”, Tạp chí giáo dục, số 27, tr 31 [17]; Mai

Văn Trinh- Nguyễn Ngọc Lê Nam, “Mô phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học

Vật lí ở trường trung học phổ thông”, Số 189, Kì 1, tháng 5/2008 [31], Phạm

Xuân Quế - Nguyễn Thị Thu Hà: “Xây dựng thí nghiệm ảo dạy học nội dung

“Nghiên cứu chuyển động rơi tự do Xác định gia tốc rơi tự do” thuộc chương trình đào tạo giáo viên vật lý” Tạp chí giáo dục số 184 kỳ 2 tháng 2/2008 [22],

Nguyễn Xuân Thành: “Sử dụng máy vi tính và video trong dạy học các dạng

chuyển động cơ học”, tạp chí khoa học sư phạm số 3/2001, Trường ĐHSP Hà

Nội, tr 26 [25] …Trong công trình của mình, các tác giả đều nhấn mạnh vai trò quan trọng của việc sử dụng các phần mềm trong dạy học hiện nay và việc ứng dụng nó một cách có hiệu quả vào quá trình dạy học

Một số luận văn thạc sĩ cũng đề cập đến việc sử dụng phần mềm trong

dạy học Vật lí như: Lăng Đức Sĩ “Nghiên cứu xây dựng và sử dụng phần

mềm mô phỏng nhằm hỗ trợ dạy học một số kiến thức trong chương “Dao động điện Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 hiện hành, Luận văn thạc sĩ

Trường ĐHSP Hà Nội 2004 [23]; Trần Thị Nhàn “Sử dụng một số phần mềm

dạy học kết hợp với thí nghiệm thực khi dạy phần “Điện tích- Điện trường” (SGK Vật lí 11 nâng cao) nhằm phát huy tính tích cực, tự lực nhận thức của học sinh.” Luận văn thạc sĩ Trường ĐHSP Thái Nguyên 2009 [15]; Vương

Thị Kim Yến với đề tài “Tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS trong dạy

học Vật lí ở trường THPT với sự hỗ trợ của MVT và PMDH” Luận văn thạc sĩ

khoa học giáo dục ĐHTN [34] Trong luận văn của mình, tác giả Hà Thị Thu

đi xây dựng tiến trình dạy học một số bài chương “Các dụng cụ quang học”

có sử dụng PMDH

Tuy vậy cho tới nay việc sử dụng các phần mềm dạy học trong đó có các phần mềm mô phỏng vào dạy học chưa được các giáo viên quan tâm nhiều nhất là một số kiến thức khó có thể làm thí nghiệm thực tế

1.1 Tính tích cực nhận thức [10], [12], [13], [15], [26], [33], [34]

1.1.1 Khái niệm tính tích cực

Tính tích cực là một tập hợp các hoạt động nhằm chuyển biến vị trí của người học từ thụ động sang chủ động, từ đối tượng tiếp nhận tri thức sang chủ động tìm kiếm tri thức để nâng cao hiệu quả học tập

Tính tích cực nhận thức là trạng thái hoạt động nhận thức của HS đặc trưng ở khát vọng học tập, sự cố gắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình nắm vững kiến thức Tính tích cực nhận thức vừa là mục đích hoạt động vừa

là vừa là phương tiện, vừa là điều kiện để đạt được mục đích, vừa là kết quả của hoạt động Tính tích cực nhận thức chính là phẩm chất, sự cố gắng của mỗi cá nhân Đối với HS đòi hỏi phải có những nhân tố tích cực lựa chọn thái

độ đối với đối tượng nhận thức, đề ra cho mình mục đích, nhiệm vụ cần giải quyết sau khi đã lựa chọn đối tượng, cải tạo đối tượng trong hoạt động giải quyết các vấn đề sau này

Theo quan điểm triết học, tính tích cực nhận thức thể hiện thái độ cải tạo của chủ thể nhận thức đối với đối tượng nhận thức, nghĩa là con người không chỉ hiểu được các qui luật của tự nhiên, xã hội mà còn nghiên cứu cải tạo chúng phục vụ lợi ích của con người

Nói chung, tính tích cực là trạng thái hoạt động của các chủ thể, nghĩa là của người hành động Vậy tính tích cực nhận thức là trạng thái hoạt động của HS, đặc trưng bởi khát vọng học tập, cố gắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình nắm vững kiến thức

Tính tích cực của HS có mặt tự phát và mặt tự giác:

+ Mặt tự phát của TTC nhận thức là những yếu tố tiềm ẩn, bẩm sinh thể hiện ở tính tò mò, hiếu kỳ, hiếu động linh hoạt và sôi nổi trong hành vi mà ở trẻ đều có với các mức độ khác nhau

+ Mặt tự giác của TTC là trạng thái tâm lý mà TTC có mục đích và đối tượng rõ rệt Do đó có hoạt động để chiếm lĩnh đối tượng đó, thể hiện ở óc quan sát, tính phê phán trong tư duy, trí tò mò khoa học

1.1.2 Biểu hiện của tính tích cực [10], [12], [34]

Trong học tập, HS chỉ có thể chiếm lĩnh được kiến thức và phát triển được tư duy của mình khi họ tích cực hoạt động nhận thức Hoạt động nhận thức là nhiệm vụ xuyên suốt trong quá trình học tập của HS Thông qua hoạt động nhận thức, HS chiếm lĩnh được kiến thức và năng lực tư duy cũng đồng thời được phát triển

Để phát hiện xem HS có tích cực hoạt động nhận thức không, ta dựa vào các biểu hiệu sau:

+ HS có chú ý học tập không? Có hăng hái tham gia vào các hoạt động học tập không?

+ Có hoàn thành nhiệm vụ được giao không?

+ Có ghi nhớ tốt những điều đã học không?

+ Có hiểu bài không? Có thể trình bày lại nội dung bài học theo ngôn ngữ riêng không?

+ Có vận dụng được những kiến thức đã học vào thực tiễn không? + Có đọc thêm, làm thêm các bài tập khác không?

+ Thực hiện yêu cầu của thày giáo tối thiểu hay tối đa?

+ Tích cực nhất thời hay thường xuyên liên tục?

+ Tốc độ học tập có nhanh không?

+ Có hứng thú trong học tập không hay vì một ngoại lực nào đó mà phải học?

+ Có quyết tâm, có ý chí vượt khó khăn trong học tập không?

+ Có sáng tạo trong học tập không?

Trong hoạt động học tập nói chung, trong hoạt động học Vật lí nói riêng, tính tích cực hoạt động nhận thức của HS thường thể hiện ở:

+ Hoạt động trí tuệ: tập trung suy nghĩ để trả lời câu hỏi nêu ra, kiên trì tìm cho được lời giải hay của một bài toán khó

+ Hoạt động chân tay: say sưa lắp ráp tiến hành và quan sát thí nghiệm Hai hình thức biểu hiện này thường đi kèm nhau, tuy có lúc biểu hiện riêng lẻ với những dấu hiệu thường thấy như sau: HS khao khát tự nguyện tham gia trả lời các câu hỏi của GV, bổ sung các câu trả lời của bạn và thích được phát biểu ý kiến của mình trước vấn đề nêu ra; hay thắc mắc và đòi hỏi giải thích cặn kẽ những vấn đề trình bày chưa rõ; chủ động vận dụng linh hoạt những kiến thức, kĩ năng đã có để nhận thức các vấn đề mới; mong muốn được đóng

góp với thầy, với bạn những thông tin mới nhận từ các nguồn kiến thức khác nhau có thể vượt ra ngoài phạm vi bài học

Ngoài ra GV còn có thể nhận thấy ở những biểu hiện về mặt cảm xúc của học sinh như: thờ ơ hay hào hứng, phớt lờ hay ngạc nhiên, hoan hỉ hay buồn chán trước một nội dung nào đó của bài học G I Sukina còn phân biệt những dấu hiệu nhận biết của tính tích cực của HS theo các tiêu chí sau:

+ Tập trung chú ý vào vấn đề đang học

+ Kiên trì làm xong bài tập

+ Không nản trước những tình huống khó khăn

+ Thái độ phản ứng khi trống báo hết giờ

Thông qua những biểu hiện về tính tích cực của HS trong quá trình nhận thức mà giáo viên có thể nhận ra những hạn chế của mình trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Từ đó tìm cách khắc phục những hạn chế mắc phải

1.1.3 Các mức độ của tính tích cực [12], [13], [26]

Tuỳ theo việc huy động và mức độ huy động các chức năng tâm lý nào

mà người ta phân ra mức độ tích cực khác nhau Trong tài liệu hướng dẫn tự bồi dưỡng cho giáo viên vật lý THPT, tiến sĩ Nguyễn Văn Khải chia ra làm 3 loại như sau:

- Tính tích cực tái hiện (Bắt chước): Chủ yếu dựa vào trí nhớ và tư duy

tái hiện HS tích cực bắt chước hoạt động của GV, của bạn bè Ở đây HS cũng phải có sự tập trung, sự gắng sức của thần kinh và cơ bắp

- Tính tích cực tìm tòi (Tìm tòi): Đặc trưng bằng sự bình phẩm, phê phán,

tìm tòi, tích cực về mặt nhận thức, óc sáng kiến, lòng khao khát hiểu biết, hứng thú học tập HS tìm cách độc lập giải quyết vấn đề nêu ra, mò mẫm những cách giải khác nhau để tìm ra lời giải hợp lý nhất

- Tích cực sáng tạo (Sáng tạo): Là mức độ cao nhất của tính tích cực đặc

trưng bằng sự khẳng định con đường riêng của mình, không giống những con đường mà mọi người đã thừa nhận, đã trở thành chuẩn mực, để đạt được mục đích HS cố tìm ra cách giải mới, độc đáo, tìm ra hướng phát triển của bài toán hoặc cố gắng lắp đặt các thí nghiệm mới để chứng minh nội dung của bài học Dĩ nhiên mức độ sáng tạo của HS là có hạn, nhưng đó chính là mầm mống để phát triển sáng tạo sau này

1.1.4 Các biện pháp phát huy tính tích cực của HS [12], [32]

Phát huy tính tích cực nhận thức không phải là vấn đề mới Từ thời cổ đại các nhà sư phạm tiền bối như Khổng Tử, Aristot đã từng nói đến tầm quan trọng to lớn của việc phát huy tính tích cực chủ động của HS và đã nói lên nhiều biện pháp, phát huy tính tích cực nhận thức

Trong thế kỷ XX, các nhà giáo dục Đông, Tây đều tìm kiếm con đường tích cực hoá hoạt động dạy học Đó là tư tưởng của các nhà giáo dục nổi tiếng như: B.P Êxipôp, I Xamova, M.A.Danikop (Liên Xô), Okon (Ba Lan), Skinner (Mỹ)… Ở Viện Nam các nhà lý luận dạy học như GS Hà Thế Ngữ,

GS Đặng Vũ Hoạt… cũng đã viết nhiều về tính tích cực hoạt động nhận thức

Gần đây, tư tưởng dạy học tích cực đã là một chủ trương quan trọng của ngành giáo dục nước ta, đã được giới thiệu rộng rãi trên các báo và tạp chí khoa học chuyên ngành

Các biện pháp phát huy TTC nhận thức của HS được phản ánh trong các công trình nghiên cứu xưa và nay có thể tóm lược như sau:

+ Nói lên ý nghĩa lí thuyết và thực tiễn, tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu

+ Nội dung dạy học phải mới, nhưng không quá xa lạ với HS mà cái mới phải liên hệ, phát triển cái cũ và có khả năng áp dụng trong tương lai

Kiến thức phải có tính thực tiễn, gần gũi với sinh hoạt, suy nghĩ hàng ngày, thỏa mãn nhu cầu nhận thức của HS

+ Phải dùng các phương pháp dạy học đa dạng: nêu vấn đề, thí nghiệm, thực hành, so sánh, tổ chức thảo luận, xêmina và phối hợp chúng với nhau

+ Kiến thức phải được trình bày trong dạng động, phát triển và mâu thuẫn với nhau, tập trung vào những vấn đề then chốt, có lúc diễn ra một cách đột ngột, bất ngờ

+ Sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại để kích thích hứng thú học

+ Kích thích TTC qua thái độ, cách ứng xử giữa GV và HS

+ Phát triển kinh nghiệm sống của HS trong học tập qua các phương tiện thông tin đại chúng và các hoạt động xã hội

+ Tạo không khí đạo đức lành mạnh trong lớp, trong trường, tôn vinh

sự học nói chung và biểu dương những HS có thành tích học tập tốt

+ Có sự động viên, khen thưởng từ phía gia đình và xã hội

Trong thời gian tới nên điều chỉnh công tác nghiên cứu và chỉ đạo vấn đề TTC hóa hoạt động nhận thức của HS theo một số hướng cơ bản sau:

+ Nghiên cứu phương pháp nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức sáng tạo chứ không dừng lại mức độ tái hiện như hiện nay

+ Phát huy sức mạnh bản chất của người học, mà theo K.Mark đó là: trí tuệ, tâm hồn và ý chí Đặc biệt là sức mạnh tâm hồn (hứng thú, xúc cảm ) là điều lâu nay chưa được chú ý đúng mức

+ Phối hợp chặt chẽ và khoa học hơn nữa giữa các thày giáo, các nhà quản lí, các nhà văn hóa và phụ huynh HS

Tuy nhiên, để phát huy tối đa TTC nhận thức của học sinh, người giáo viên phải có kế hoạch tổ chức chặt chẽ, thể hiện trong các nhiệm vụ sau :

+ Phát huy tối đa hoạt động tư duy tích cực của học sinh

+ Tiến hành dạy học ở mức độ thích hợp với trình độ của HS

+ Tạo không khí thuận lợi cho HS đến lớp học, làm cho HS thích được đến lớp, yêu môn học, chờ đợi môn học

+ Ứng dụng kiến thức vào thực tiễn, tạo niềm tin vào khoa học cho HS, kích thích óc sáng tạo của HS trong học tập

Về phía HS, để phát huy được tính tích cực HS cũng phải cần có những điều kiện sau :

+ Có phương tiện kỹ thuật vật chất tối thiểu cho học tập

+ Có kiến thức, kỹ năng cơ bản, biết cách khắc phục khó khăn và có niềm tin vào năng lực bản thân

+ Phải ý thức được nhiệm vụ cũng như mục đích học tập của bản thân, tạo được hứng thú học tập cá nhân

+ Phải biết tiến hành các thao tác tư duy : Phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa…và các suy luận logic : Quy nạp, diễn dịch,…để rút ra kết luận

+ Biết tự kiểm tra, đánh giá kết quả học tập từ đó tự điều chỉnh quá trình học tập cho phù hợp

+ Được học tập trong môi trường sư phạm thuận lợi

1.2 Phần mềm mô phỏng trong dạy học vật lý [9], [13], [19], [20], [33] 1.2.1 Khái niệm phần mềm mô phỏng

1.2.1.1 Khái niệm mô phỏng nhờ máy tính [9], [13]

Mô phỏng bao gồm sự mô hình hóa các hệ thống tự nhiên hay xã hội

và cho mô hình vận động nhằm hiểu được sâu sắc chức năng của hệ thống thông qua việc lựa chọn ra các đặc điểm hay các hành vi đặc thù của của các đối tượng và việc sử dụng các phương pháp gần đúng và các tiên đề đơn giản trong khi mô phỏng Mô phỏng nhờ máy tính (computersimulation) là xây dựng một mô hình đối tượng thật trên máy tính giúp cho việc nghiên cứu hoạt động của đối tượng đó, với việc thay đổi các biến số của mô hình, giúp ta dự đoán về hành vi của đối tượng

Mô phỏng nhờ máy tính đã trở thành một bộ phận hữu hiệu của việc

mô hình hóa nhiều đối tượng, hệ thống trong tự nhiên, như trong vật lý, hóa học, sinh học cùng như nhiều hệ thống trong xã hội như kinh tế, khoa học xã hội và trong kỹ thuật, để nắm được sâu sắc, đánh giá về mặt bản chất các đối tượng Ngày nay, mô phỏng bằng máy tính là một phần hết sức cần thiết đối với lĩnh vực vật lý cơ bản và ứng dụng

Mô phỏng nhờ máy tính theo quan điểm của lý luận dạy học hiện đại là một phương pháp nhận thức Nó xuất phát từ các tiên đề hay các mô hình được viết dưới dạng toán học hoặc xuất phát từ các mối quan hệ định tính giữa các đại lượng vật lý thông qua vận dụng các phần mềm cài đặt ở máy vi tính giải quyết các vấn đề sau:

- Mô phỏng, minh họa các hiện tượng, quá trình vật lý một cách trực quan và chính xác để dễ quan sát và nghiêm cứu

- Mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lý để qua đó đưa ra các dự đoán, giả thuyết về các hiện tượng, về quá trình vật lý mới, tìm ra kiến thức

mới (trạng thái, mối quan hệ, quy luật mới…) bằng con đường nhận thức lý

thuyết

1.2.1.2 Khái niệm phần mềm mô phỏng [19]

Phần mềm mô phỏng là một trong các phần mềm được sử dụng nhiều nhất trong dạy học nói chung và trong dạy học Vật lí nói riêng

Phần mềm mô phỏng (simulation software) được định nghĩa là một chương trình được viết ra bởi ngôn ngữ lập trình, được cài đặt và chạy trên máy vi tính, giúp cho người học có hình ảnh trực quan về vấn đề cần nghiên cứu, đồng thời cũng có thể tương tác để đưa ra các dự đoán, các giả thiết về hiện tượng, về quá trình vật lý mới chưa được nghiên cứu, từ đó tìm ra kiến thức mới

Phần mềm mô phỏng tác giả dùng trong luận văn được dowload miễm phí tại trang Wed : http://phet.colorado.edu Đây là một trang wed mở , cung cấp cho giá o viên toàn thế giới kho phần mềm mô phỏng rất lớn về tất cả các môn học trong đó có môn vật lí

1.2.2 Các loại phần mềm mô phỏng trong dạy học vật lý [19], [20], [33]

Trong dạy học vật lý, có rất nhiều phần mềm mô phỏng như: mô phỏng bằng Plash, mô phỏng bằng Paxcal, mô phỏng bằng Java…nhưng có thể phân loại phần mềm mô phỏng thành hai loại cơ bản sau

1.2.2.1 Phần mềm mô phỏng chính xác hay mô phỏng định lượng

Đây là loại xuất phát từ các tiên đề hay các mô hình (các phương trình hay các nguyên lý…) được viết dưới dạng toán học (một cách định lượng) hoặc từ các mối quan hệ có tính chất định tính giữa các đại lượng vật lý thuộc đối tượng nghiên cứu, thông qua vận dụng các phương pháp tính toán trên mô hình nhờ máy vi tính như vậy được gọi là mô phỏng định lượng hay mô phỏng chính xác vì sự mô phỏng này dựa trên các phương trình, nguyên lý vật lý… được viết dưới dạng toán học Trong loại mô phỏng này, các đối tượng

mô phỏng “biến đổi” tuân theo đúng các phương trình, nguyên lý vật lý Một

số ví dụ về phần mềm mô phỏng chính xác:

- Dựa trên sự biến đổi của cường độ dòng điện xoay chiều i, hiệu điện thế xoay chiều u, đặc điểm của các linh kiện điện tử như cuộn cảm, cuộn dây không thuần cảm, tụ điện, điện trở thuần mà ta mô phỏng sự biến đổi của các đại lượng này trên máy vi tính đồng thời cũng có thể giúp học sinh giải các bài toán điện xoay chiều cũng như 1 chiều

- Dựa trên các phương trình về sự biến đổi của hệ thống 3 từ trường

do 3 dòng điện xoay chiều của dòng 3 pha gây ra mà ta mô phỏng từ trường quay của động cơ không đồng bộ ba pha trên máy vi tính

- Dựa vào các phương trình về sự biến đổi của khoảng cách từ vật và ảnh đến thấu kính với tiêu cự của thấu kính mà ta mô phỏng được ảnh của vật tạo bởi thấu kính, từ đó giải được các bài toán dạng này

- Dựa trên phương trình mối quan hệ giữa số hạt nhân ban đầu và số hạt nhân còn lại sau khoảng thời gian t mà ta mô phỏng được định luật phóng

xạ trong phản ứng hạt nhân…

1.2.2.2 Phần mềm mô phỏng không chính xác hay mô phỏng định tính

Loại phần mềm mô phỏng này dựa trên các mối quan hệ định tính của các đại lượng vật lý, nhờ các phần mềm mà mô phỏng các mối quan hệ đó gọi là phân mềm mô phỏng không chính xác hay phần mềm mô phỏng định tính Loại phần mềm mô phỏng định tính này được sử dụng trong các trường hợp:

- Không cần thiết phải mô phỏng chính xác

- Việc mô phỏng chính xác không cho phép với các lý do khác nhau như: không biết được mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng vật lý cần

mô phỏng hoặc có biết được thì việc lập trình mô phỏng cũng hết sức khó khăn, mất nhiều thời gian

Một số ví dụ về phần mềm mô phỏng không chính xác

- Mô phỏng quan hệ giữa vận tốc chuyển động nhiệt của phân tử khí với nhiệt độ Ở nhiệt độ càng cao, vận tốc chuyển động nhiệt của các phân tử càng lớn

- Mô phỏng về sự biến đổi số đường cảm ứng từ gửi qua tiết điện khung dây dẫn kín

- Mô phỏng quá trình phóng xạ của một hạt nhân

- Mô phỏng phản ứng dây truyền trong phản ứng phân hạch…

Như vậy, ta có hai loại mô phỏng: mô phỏng chính xác và mô phỏng không chính xác Trong dạy học, các chương trình máy tính mô phỏng định lượng gọi là phần mềm mô phỏng định lượng, các chương trình mô phỏng định tính gọi là phần mềm mô phỏng định tính Ứng với từng loại phần mềm mô phỏng, trong dạy học vật lý, người ta sử dụng chúng với mục đích khác nhau

Phần mềm mô phỏng định lượng có thể sử dụng nhằm hai mục đích:

- Minh họa các hiện tượng, quá trình, trạng thái vật lý…của đối tượng nghiên cứu không thể quan sát hay khó tưởng tượng một cách trực quan để học sinh hình dung đúng, chính xác hiện tượng, quá trình, mối quan hệ …vật

lý cần nghiên cứu

- Mô phỏng các hiện tượng, quá trình, trạng thái…vật lý của đối tượng nghiên cứu trong phạm vi mà phương pháp nghiên cứu lý thuyết hay phương pháp nghiên cứu thực nghiệm chưa thể nghiên cứu được (vì một lý do nào đó) để dự đoán các hiện tượng, quá trình, trạng thái… vật lý mới

Phần mềm mô phỏng định tính trong dạy học vật lý chỉ nhằm mục đích minh họa các hiện tượng, quá trình, trạng thái vật lý…của đối tượng nghiên cứu không thể quan sát hay khó tưởng tượng một cách trực quan, qua đó giúp học sinh hình dung đúng hiện tượng, quá trình, mối quan hệ… vật lý cần nghiên cứu

Về thực chất, mô phỏng chính xác hay không chính xác không phải là đặc điểm quan trọng của một phần mềm mô phỏng trong dạy học vật lý mà mục đích của việc mô phỏng mới là đặc điểm quan trọng

1.2.3 Vai trò của phần mềm mô phỏng đối với dạy học vật lý [9], [13], [19], [20], [33], [35]

1.2.3.1 Mô phỏng nhằm trực quan hóa đối tượng nghiên cứu

1.2.3.1.1 Đặc điểm các hiện tượng, quá trình vật lý cần mô phỏng

Không phải quá trình vật lý nào xảy ra trong tự nhiên cũng dễ dàng quan sát Đối với một số hiện tượng như: chuyển động của chiếc thuyền, đoàn tàu thì việc quan sát để xác định vị trí của chúng ứng với từng thời điểm hay quãng đường đi ứng với từng khoảng thời gian trôi qua là không khó khăn Nhưng cũng có những quá trình trong tự nhiên không thể quan sát bằng mắt thường để xác định các đại lượng cần thiết được vì quá trình đó diễn ra quá nhanh hay quá chậm hoặc quá nguy hiểm cho người quan sát Điều đó gây khó khăn trong việc nghiên cứu tìm ra quy luật của chúng Các quá trình có thể kể đến như: chuyển động rơi tự do, chuyển động ném ngang của một vật, quá trình phân rã hạt nhân, sự phóng xạ…Một trong các giải pháp có thể hỗ trợ cho việc nghiên cứu các quá trình đó hiệu quả hơn là sử dụng máy vi tính

có cài đặt các phần mềm mô phỏng

1.2.3.1.2 Khả năng minh họa, mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lý bằng máy vi tính có phần mềm mô phỏng

Với các chức năng ưu việt của nó, máy vi tính có cài đặt sẵn phần mềm

mô phỏng có khả năng mô phỏng trực quan và chính xác bằng các mô hình ký hiệu các hiện tượng hay quá trình vật lý trong tự nhiên Tuy nhiên khả năng

mô phỏng phụ thuộc vào hai yếu tố:

- Trước hết là phụ thuộc mức độ nhận thức của người nghiên cứu về quy luật phản ánh hiện tượng, quá trình vật lý Các quy luật này được mô tả bằng các phương trình, hệ phương trình toán lý

- Sau đó là phụ thuộc vào khả năng của người lập trình, sử dụng ngôn ngữ máy tính để phản ánh lại các quy luật đó chính xác đến chừng nào

Điều quan trọng trong việc sử dụng phần mềm mô phỏng cài đặt trên máy tính để mô phỏng các hiện tượng, các quá trình vật lý là các nhà lý luận dạy học, các giáo viên phải có được ý tưởng rõ rệt của việc sử dụng phần mềm mô phỏng để giải quyết vấn đề gì, mà nếu thiếu nó thì sẽ không thể có hiệu quả cao hay gặp nhiều khó khăn trong dạy học vật lý

1.2.3.1.3 So sánh việc mô phỏng, minh họa các hiện tượng, quá trình vật lý bằng phần mềm mô phỏng và bằng máy chiếu phim dương bản, phim hoạt hình

Để minh họa các hiện tượng, quá trình vật lý khó quan sát, người ta có thể sử dụng phương pháp chiếu phim dương bản, phim hoạt hình Phim dương bản hay phim hoạt hình cũng như phần mềm mô phỏng, chúng đều có thể “co” hay “giãn” các quá trình, các hiện tượng vật lý nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu các quá trình đó Tuy nhiên, trong phim hoạt hình, mức độ co hay giãn như thế nào đã được hãng sản xuất phim chế tạo định trước Giáo viên hay học sinh khi dùng phim đó trong tình huống dạy học cụ thể của mình thì không thể thay đổi được Song ở phần mềm mô phỏng thì điều đó lại hoàn toàn có thể làm được Các phần mềm mô phỏng được cài đặt sẵn trong máy, do đó ta có thể dễ dàng thay đổi mức độ co giãn của các quá trình, thay đổi các thông số sao cho việc nghiên cứu trở lên dễ dàng nhất

Mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm mô phỏng còn có những ưu điểm khác nữa Khi mô phỏng các hiện tượng, quá trình bằng phần mềm mô

phỏng, giáo viên và học sinh có thể dừng lại tại một thời điểm bất kỳ để nghiên cứu, xác định các đại lượng tức thời…Về mặt trang thiết bị, việc mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng chỉ cần có một máy vi tính – thiết bị đang rất phổ biến ở các trường phổ thông Ngoài ra ta cần có đĩa mềm (disk) hoặc đĩa CD, DVD hay thẻ nhớ, ổ cứng, USB… để lưu trữ các phần mềm cũng như các file dữ liệu Ngày nay, dung lượng các thiết bị lưu trữ có thể lên tới hàng nghìn GB lên việc lưu trữ hết sức đơn giản, tiện lợi Mặt khác với sự phát triển của công nghệ hình ảnh như 3D, HD, full HD…làm cho hình ảnh mô phỏng trở lên rõ nét và dễ quan sát hơn Con đối với việc chiếu phim hoạt hình thì công cụ phức tạp hơn, tốn kém, việc lưu trữ và sử dụng mất nhiều thời gian

1.2.3.2 Mô phỏng nhằm đưa ra các giả thuyết khoa học theo con đường

có thể tạo điều kiện cho người nghiên cứu đi sâu vào và tìm ra các mối quan

hệ có tính bản chất của các hiện tượng, quá trình vật lý Nhờ các phần mềm (ví dụ như các chương trình cơ bản: Pascal, C++, Java…và các chương trình ứng dụng do người nghiên cứu viết ra) được cài đặt sẵn trong máy tính có thể giúp giáo viên và học sinh thực hiện nhanh chóng, tương đối tốt các tính toán

lý thuyết Thêm vào đó, máy vi tính có khả năng hiển thị các kết quả tính toán, xử lý số liệu dưới nhiều dạng khác nhau tạo điều kiện cho người nghiên cứu dễ phát hiện ra mối liên hệ chứa bên trong

Ta có thể hình dung khả năng này như sau: để giải quyết một vấn đề nào đó đặt ra trong bài học vật lý, giáo viên và học sinh sử dụng một số tiên

đề hay mô hình vật lý, tiến hành các suy luận, tính toán trên lý thuyết đó Nhưng do công cụ toán học còn thiếu nên không thể đạt được kết quả nghiên cứu cuối cùng – kết quả cần đạt được Do vậy, dưới sự hỗ trợ của máy tính có cài đặt sẵn phần mềm ngươi học sẽ tìm ra kết quả Kết quả này máy tính biểu thị dưới dạng số, biểu bảng, đồ thị hay các hình ảnh động, mô hình động Từ

đó cho phép ta dự đoán sự tồn tại của các mối quan hệ mới có tính quy luật trong hiện tượng, quá trình vật lý đang nghiên cứu

Như vậy, việc tìm ra các mối quan hệ mới có tính chất giả thuyết này là trên cơ sở mô hình hóa các đối tượng nghiên cứu, sau đó mô phỏng và tính toán các hệ đó về phương diện tính toán lý thuyết Kết quả này có thể được chấp nhận hay không phải kiểm tra bằng thực nghiệm Điều đó cũng giống việc kiểm tra bằng thực nghiệm đối với các kết luận đã suy ra theo con đường

lý thuyết Các kết luận đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm sẽ được dùng

để giải thích và tiên đoán các hiện tượng liên quan

1.2.3.2.2 Các bước trong quá trình đưa ra các dự đoán, giả thuyết về hiện tượng, quá trình vật lý mới, tìm ra kiến thức mới (trạng thái, mối quan hệ, quy luật mới…) bằng con đường lý thuyết nhờ phần mềm mô phỏng

Trong quá trình đưa ra các giả thuyết, dự đoán về hiện tượng, quá trình vật lý mới, tìm ra kiến thức vật lý mới bằng con đường lý thuyết nhờ phần mềm mô phỏng, các bước tiến hành tuần tự như sau:

- Giống như mọi con đường nhận thức, quá trình nhận thức tìm ra kiến thức mới bằng con đường lý thuyết ở đây bắt đầu từ “vấn đề” Để giải quyết vấn

đề, cần phải xây dựng những tiên đề, mô hình vật lý (hoặc sử dụng các tiên đề,

mô hình vật lý đã có), chúng được mô tả dưới dạng biểu thức toán học

- Sau khi đã có mô hình, nhờ lập trình trên máy tính ta tiến hành các suy luận logic, tính toán lí thuyết trên mô hình đó và hiện thị kết quả tính toán

dưới dạng trực quan nhất để tạo điều kiện rút ra các kết luận có tính giả thuyết

về mối quan hệ mới có tính quy luật của hiện tượng hay quá trình nghiên cứu

- Kiểm tra các kết luận bằng thực nghiệm để xác nhận tính đúng đắn của chúng

- Sử dụng các kết luận đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm để giải thích và tiên đoán các hiện tượng liên quan

Mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng còn được gọi là thí nghiệm trên máy tính vì nó có nhiều điểm chung giống thí nghiệm thật Điều này được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 1.1: So sánh mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng và thí nghiệm thật

nghiên cứu

Thay đổi giá trị các đại lượng để đo giá trị các đại lượng khác trong thí nghiệm, từ đó thu thập số liệu

Thay đổi giá trị các biến số để đo giá trị các biến số khác (thuộc

mô hình) nhờ phần mềm mô phỏng, từ đó thu thập số liệu

Phân tích xử

lý số liệu

Đưa ra dự đoán khoa học hay kiểm chứng một giả thuyết

Đưa ra dự đoán khoa học hay minh họa, mô phỏng một mối quan hệ, quy luật

Như vậy mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng xuất phát từ các tiên đề hay các mô hình được viết dưới dạng toán học hoặc xuất phát từ các mối quan

hệ định tính giữa các đại lượng, thông qua vận dụng các phần mềm cài đặt ở

máy vi tính để minh họa các hiện tượng, quá trình một cách trực quan, dễ quan sát, nghiên cứu hoặc để dự đoán về sự tồn tại một trạng thái, mối quan

hệ có tính quy luật mới trong hiện tượng, quá trình nghiên cứu bằng cách cho các biến số, các đại lượng trong các phương trình mô tả hay mô hình thay đổi Các kết quả rút ra khi nghiên cứu trên các mô hình thông qua các phần mềm

mô phỏng là các kết quả rút ra trong điều kiện lý tưởng Trong dạy học vật lý,

để xây dựng lên các phần mềm mô phỏng, người ta hay dùng các phần mềm như Pascal, Visual Basic, C++… Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của internet khiến cho nhiều phần mềm mô phỏng được viết bằng các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng như Plash, Java, dung lượng của các phần mềm này khá nhỏ lên ta có thể đưa lên mạng (upload) chia sẻ cho mọi người hay tải về máy tính cá nhân

1.3 Lý luận dạy học [10], [12], [13], [15], [26], [32], [34]

1.3.1 Các phương pháp dạy học vật lý ở trường phổ thông [13]

1.3.1.1 Các phương pháp dạy học hiểu theo nghĩa rộng

Theo lý luận dạy học, quá trình dạy học được xem như là một quá trình kết hợp biện chứng giữa hoạt động dạy của giáo viên với hoạt động học của

học sinh Do đó, bất cứ một phương pháp dạy học nào cũng là “một hệ thống

các hoạt động có định hướng của giáo viên nhằm tổ chức hoạt động nhận thức

và hoạt động thực hành của học sinh, đảm bảo cho học sinh nắm vững nội dung trí dục và đạt được các mục tiêu dạy học đã đề ra” Nói cách khác, các

phương pháp dạy học là cách thức tổ chức hoạt động có tổ chức và tác động lẫn nhau giữa giáo viên và học sinh nhằm đạt được các mục tiêu dạy học đề ra

Lịch sử phát triển của lí luận dạy học chứng tỏ rằng đã có nhiều ý kiến phân loại phương pháp dạy học theo cách này hay cách khác tùy theo cách chọn dấu hiệu đặc trưng làm cơ sở để phân loại Trong những năm gần đây, cùng với việc đề cao nhiệm vụ phát triển khả năng sáng tạo của học sinh khi

dạy các môn học ở trường phổ thông, người ta đã chú ý đến phân loại phương pháp dạy học dựa vào đặc trưng hoạt động của giáo viên và học sinh Ví dụ như M.N Scatkin và I.Ilecnen (Nga) đã phân ra 5 phương pháp dạy học đó là:

1 Phương pháp thông báo, thu nhận

2 Phương pháp tái hiện

3 Phương pháp trình bày nêu vấn đề

4 Phương pháp tìm kiếm từng phần hay phương pháp Ơrixtic

5 Phương pháp nghiên cứu

1.3.1.2 Trong thực tiễn dạy học vật lý ở trường phổ thông hiện nay

Trong thực tiễn dạy học vật lý ở trường phổ thông hiện nay đã hình thành nhiều phương pháp dạy học vật lý khác nhau Trong đa số các trường hợp, các phương pháp này có thể được tóm lại theo 3 dấu hiệu chung nhất:

1 Nguồn kiến thức

2 Đặc trưng hoạt động của giáo viên

3 Đặc trưng hoạt động của học sinh

Ba dấu hiệu này xuất phát từ việc xem dạy học như là hai mặt của một quá trình thống nhất Trong đó nguồn kiến thức được xem như gắn liền với hoạt động của học sinh và giáo viên Phân loại theo nguồn kiến thức và sự thống nhất hoạt động của giáo viên và học sinh là đơn giản và thuận tiện trong thực tế vì nó cho phép lựa chọn các phương pháp tùy theo đặc điểm nội dung của tài liệu học tập và các nhiệm vụ dạy học vật lý

Theo cách phân loại trên, các phương pháp dạy học vật lý có thể được chia thành ba nhóm: nhóm phương pháp dùng lời, nhóm phương pháp trực quan, nhóm phương pháp thực hành

Trong nhóm phương pháp dùng lời, người giáo viên hình thành kiến thức cho học sinh dùng phương tiện chính là lời nói, đôi lúc có thể dùng thí nghiệm hoặc các phương tiện trực quan để minh họa, đàm thoại…và cũng có

thể diễn giảng thông qua các phương tiện thông tin đại chúng như các nhóm phương tiện truyền thanh, truyền hình, video… Hoạt động của học sinh trong nhóm này chủ yếu biểu hiện ở việc lắng nghe, tư duy và tham gia vào các hoạt động dưới sự tổ chức của giáo viên

Trong nhóm phương pháp trực quan, việc biểu diễn các hiện tượng, đối tượng cần nghiên cứu đóng vai trò cơ bản, giáo viên dùng lời nói trong trường hợp này để tổ chức hoạt động quan sát và tư duy logic của học sinh, làm chính xác hóa các tri giác của học sinh Việc sử dụng các thí nghiệm biểu diễn, các phần mềm mô phỏng, các file video…thực chất là người giáo viên đã sử dụng phương pháp trực quan

Trong nhóm phương pháp thực hành, học sinh thực hiện các thí nghiệm thực hành, các thí nghiệm quan sát và quan sát ngoài lớp học, giải bài toán vật

lý Hoạt động của giáo viên tập trung vào tổ chức hoạt động của học sinh, giúp học sinh thảo luận, rút ra kết luận

1.3.2 Các phương pháp dạy học tích cực [12], [13], [32]

Thực hiện dạy học tích cực không có nghĩa là gạt bỏ các PPDH truyền thống Trong hệ thống các PPDH quen thuộc từ trước tới nay đã có nhiều phương pháp dạy học tích cực Lý luận dạy học đã chỉ rõ, về mặt hoạt động nhận thức thì phương pháp thực hành “tích cực” hơn phương pháp trực quan, phương pháp trực quan “sinh động” hơn phương pháp thuyết trình Như vậy muốn dạy và học tích cực thì cần phát triển phương pháp thực hành, phương pháp trực quan theo kiểu tìm tòi từng phần hoặc nghiên cứu phát hiện, nhất là đối với bộ môn Vật lí

Đổi mới PPDH cần kế thừa, phát huy những mặt tích cực của hệ thống các PPDH đã quen thuộc, đồng thời học hỏi, vận dụng một số PPDH mới, phù hợp với hoàn cảnh, điều kiện dạy học ở từng khu vực, từng trường

Môi trường học tập mới khuyến khích hình thành thói quen tự học và tự đánh giá của HS, thói quen học cả đời Hướng thay đổi từ “Thày giáo chỉ đạo toàn bộ quá trình học tập của HS” sang “Huấn luyện viên tổ chức hoạt động học tập sáng tạo của HS”

Từ những nhận xét trên, tác giả thấy nên quan tâm tới một số phương pháp dạy học tích cực dưới đây:

1.3.2.1 Phương pháp thuyết trình

Phương pháp thuyết trình là một phương pháp dạy học trong đó GV dùng lời nói, chữ viết để trình bày, giảng giải nội dung bài học, còn HS chủ

yếu thụ động nghe, nhìn, ghi chép, tái hiện và ghi nhớ nội dung bài học

Phương pháp thuyết trình gồm các bước sau:

- Bước 1: Đặt vấn đề

Mục đích của việc này là nhằm thu hút sự chú ý của HS và tạo tâm thế học tập, thiết lập mối quan hệ giữa kiến thức cũ và kiến thức mới, đồng thời giới thiệu mục tiêu của bài học

Cách đặt vấn đề có thể là dựa vào kiến thức, vốn sống, kinh nghiệm đã

có của HS hoặc dựa vào các tư liệu về lịch sử phát triển khoa học Vật lí, hoặc dựa vào hiện tượng thực tế có liên quan…

kiến thức, tiết kiệm thời gian Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là HS thụ động, việc truyền thụ kiến thức dễ mang tính áp đặt

Do vậy, khi sử dụng phương pháp này, cần chú ý các điểm sau:

+ Lời giảng của GV phải đủ to, rõ, không vi phạm các qui luật lôgic + Tốc độ vừa phải, có định hướng ghi chép, theo dõi của HS

+ Biết dừng đúng lúc với thời gian hợp lí

+ Nội dung bài thuyết trình phải lôgic

+ Tư thế, tác phong và cách diễn đạt của GV phải hấp dẫn, lôi cuốn HS

1.3.2.2 Phương pháp đàm thoại

PP đàm thoại là PP trong đó GV đặt ra một hệ thống câu hỏi, HS trả lời hay trao đổi với GV hoặc tranh luận với các thành viên trong lớp, qua đó HS sẽ củng cố, ôn tập kiến thức cũ, tiếp thu được kiến thức mới Trong hệ thống câu hỏi, ngoài các câu hỏi chính còn có những câu hỏi phụ để gợi ý khi HS gặp khó khăn Người ta thường chia ra hai dạng đàm thoại chính là:

+ Đàm thoại tái hiện: các câu hỏi, vấn đề do GV đặt ra đòi hỏi HS nhớ, tái hiện lại kiến thức, kinh nghiệm đã có thì có thể giải quyết được Loại này chủ yếu dùng để ôn tập, củng cố kiến thức

+ Đàm thoại gợi mở hay vấn đáp tìm tòi: Trong vấn đáp tìm tòi GV luôn đóng vai trò chỉ đạo, điều khiển hoạt động của HS Hệ thống câu hỏi của

GV giữ vai trò chỉ đạo, định hướng hoạt động nhận thức của HS Trật tự lôgic của câu hỏi góp phần hướng dẫn HS từng bước phát hiện ra bản chất của sự vật, qui luật của hiện tượng, của các quá trình Vật lí

Muốn nâng cao hiệu quả của PP vấn đáp tìm tòi, GV cần đầu tư nâng cao chất lượng của các câu hỏi Giảm bớt các câu hỏi có yêu cầu thấp về mặt nhận thức (chỉ đòi hỏi tái hiện kiến thức), tăng dần số câu hỏi có yêu cầu cao

về mặt nhận thức (câu hỏi có sự thông hiểu và sáng tạo trong vận dụng kiến

thức để trả lời, cũng như đòi hỏi cả sự phân tích, hệ thống hoá, khái quát hoá…kiến thức)

Loại câu hỏi thứ hai có tác dụng kích thích tư duy tích cực của HS Tuy nhiên, cũng không nên xem thường loại câu hỏi thứ nhất, vì không tích luỹ kiến thức đến một mức độ nhất định nào đó thì khó mà tư duy sáng tạo

Dưới đây là một số kĩ năng đặt câu hỏi theo các mức độ nhận thức tăng dần của Bloom

1) Câu hỏi Biết: Ứng với mức độ lĩnh hội 1 “nhận biết”

Mục tiêu của loại câu hỏi này là để kiểm tra trí nhớ của HS về các dữ liệu, số liệu, các định nghĩa, tên tuổi, địa điểm,

2) Câu hỏi Hiểu: Ứng với mức độ lĩnh hội 2 “thông hiểu”

Mục tiêu của loại câu hỏi này là để kiểm tra cách HS liên hệ, kết nối các dữ liệu, số liệu, tên tuổi, địa điểm, các định nghĩa…

3) Câu hỏi Vận dụng: Ứng với mức độ lĩnh hội “vận dụng”

Mục tiêu của loại câu hỏi là để kiểm tra khả năng áp dụng các dữ liệu, các khái niệm, các quy luật, các phương pháp… vào hoàn cảnh và điều kiện mới

4) Câu hỏi Phân tích: Ứng với mức độ lĩnh hội “phân tích”

Mục tiêu của loại câu hỏi này là để kiểm tra khả năng phân tích nội dung vấn đề, từ đó đi đến kết luận, tìm ra mối quan hệ hoặc chứng minh một luận điểm

5) Câu hỏi Tổng hợp: Ứng với mức độ lĩnh hội “tổng hợp”

Mục tiêu của câu hỏi loại này là để kiểm tra xem HS có thể đưa ra những

dự đoán, giải quyết vấn đề, đưa ra câu trả lời hoặc đề xuất có tính sáng tạo

6) Câu hỏi Đánh giá: Ứng với mức độ lĩnh hội “đánh giá”

Mục tiêu của loại câu hỏi này là kiểm tra xem HS có thể đóng góp ý kiến và đánh giá các ý tưởng, giải pháp,… dựa vào những tiêu chuẩn đã đề ra

Kết luận: hiệu quả kích thích tư duy HS khi đặt câu hỏi ở mức độ nhận thức thấp hay cao sẽ phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của HS Sẽ hoàn toàn

vô tác dụng nếu GV đặt câu hỏi khó để HS không có khả năng trả lời được

Và mặt khác, thật không có nghĩa nếu đặt câu hỏi quá dễ đối với khả năng của

HS GV cần có nhận xét, động viên ngay những câu hỏi, trả lời đúng cũng như câu hỏi trả lời chưa đúng Nếu tất cả HS đều trả lời sai thì GV cần đặt câu hỏi đơn giản hơn để HS có thể trả lời được vì HS chỉ có hứng thú học khi họ thành công trong học tập

1.3.2.3 Phương pháp dạy học theo nhóm

Theo cách dạy này, lớp học được chia thành nhiều nhóm nhỏ, mỗi nhóm từ 4 đến 6 HS Tuỳ vào mục đích sư phạm và vấn đề học tập mà GV phân nhóm cho thích hợp Nhóm được duy trì ổn định hoặc thay đổi theo từng tiết học, các nhóm được giao cùng một nhiệm vụ hoặc giao những nhiệm vụ khác nhau Trong mỗi nhóm có nhóm trưởng, nhóm trưởng chịu trách nhiệm phân chia công việc cho các nhóm viên thực hiện một phần công việc của nhóm Trong thực hiện công việc, các thành viên trong nhóm làm việc tích cực và tạo không khí thi đua với các nhóm khác GV cần có biện pháp để tạo

ra không khí thi đua này Kết quả làm việc của mỗi nhóm sẽ đóng góp vào kết quả chung của cả lớp Mỗi nhóm sẽ trình bày kết quả của mình trước toàn lớp

và các nhóm có thể trao đổi, tranh luận với nhau về kết quả của nhóm khác cũng như kết quả của nhóm mình

Tiến trình dạy học theo nhóm (có thể là một phần tiết học, một tiết học…) gồm những bước sau:

- Bước 1: GV làm việc chung với cả lớp

+ Nêu vấn đề, xác định nhiệm vụ nhận thức

+ Tổ chức các nhóm, giao nhiệm vụ cụ thể cho từng nhóm

+ Hướng dẫn tiến trình hoạt động cho từng nhóm

- Bước 2: HS làm việc theo nhóm