Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học phần “cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao (TT)

góp phần nâng cao hiệu quả DH phần này chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu đề tài: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy h

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN HOÀNG ANH

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO THEO HƯỚNG TÍCH CỰC HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

LỚP 12 NÂNG CAO PHẦN “CƠ HỌC”

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học môn Vật lý

Mã số : 62 14 01 11

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC

HUẾ - NĂM 2015

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học sư phạm - Đại học Huế

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS LÊ VĂN GIÁO

Phản biện 1: PGS TS Nguyễn Văn Biên

Phản biện 2: PGS TS Lê Phước Lượng

Phản biện 3: TS Trần Đức Vượng

Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Huế họp tại: số 3, đường Lê Lợi, thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên Huế

vào hồi …… giờ…… ngày…… tháng… năm 2015

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Trường Đại học sư phạm Huế

- Thư viện Quốc gia

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI, thế kỷ mà tri thức của con người được xem là yếu

tố quyết định đến sự phát triển của xã hội Để đáp ứng được sự phát triển ngày càng cao của xã hội thì nguồn lực về con người được xem là yếu tố quyết định, do đó điều này đặt ra cho ngành giáo dục nhiệm vụ là phải đào tạo ra những con người mới có đủ phẩm chất và năng lực; năng động và sáng tạo đáp ứng được với trình độ phát triển của xã hội Muốn vậy đòi hỏi ngành giáo dục phải có sự đổi mới một cách toàn diện về mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học (PPDH) theo hướng phát huy tính tích cực (TTC), tự lực và sáng tạo của học sinh (HS)

Mục tiêu của giáo dục phổ thông hướng tới là dạy học (DH) phải phát huy được TTC,

tự giác, chủ động và sáng tạo của HS Điều đó đã được cụ thể hóa tại điều 28 của Luật Giáo

Dục (2005): “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 lớp học, môn 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 niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”

Thực trạng DHVL ở các trường phổ hiện nay cho thấy, việc giảng dạy kiến thức vật lí cho

HS vẫn còn mang nặng thuyết trình, truyền thụ kiến thức một chiều, người dạy chỉ chú trọng giảng giải, minh họa và thông báo kiến thức có sẵn, còn HS chỉ ngồi nghe, tiếp thu kiến thức và ghi nhớ một cách thụ động, vẫn chưa chú trọng khai thác các phương tiện DH

và thí nghiệm (TN) trong DH Do đó, để nâng cao chất lượng giáo dục nhằm đào tạo thế hệ

HS trở thành những người lao động mới đáp ứng nguồn nhân lực cho sự nghiệp phát triển đất nước ttại Hội nghị lần thứ 8, Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa – hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế đã chỉ rõ:

“Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực…” Nghị quyết số 29-NQ/TW đã nhấn mạnh trong quá trình giáo dục phải phát huy TTC, chủ động và sáng tạo của HS, HS phải là chủ thể tích cực của quá trình nhận thức và chủ động trong việc chiếm lĩnh tri thức

Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, các kiến thức vật lí đều được rút ra từ những quan sát và TN Những định luật hay thuyết vật lí cũng chỉ trở thành kiến thức vật lí khi được thực nghiệm kiểm chứng Bởi vậy, trong dạy học vật lí (DHVL) ở trường phổ thông

TN luôn giữ một vai trò hết sức quan trọng, có tác dụng to lớn trong việc nâng cao chất lượng chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng của HS Mặt khác, sự cần thiết của TN trong DHVL ở trường phổ thông còn được quy định bởi quy luật nhận thức chung của con người mà Lênin

đã chỉ ra: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến trực quan sinh động”

Phần Cơ học vật lí 12 nâng cao là phần tương đối khó, các hiện tượng có tính trừu tượng, vì vậy cần phải được trực quan hóa trong quá trình dạy học (QTDH) Tuy nhiên, các thiết bị thí nghiệm (TBTN) ở phần này ở một số trường phổ thông còn hạn chế, do đó để

góp phần nâng cao hiệu quả DH phần này chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu đề tài: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Đề xuất quy trình tự tạo thí nghiệm và vận dụng quy trình đó vào tự tạo một số thí nghiệm phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao trung học phổ thông

Đề xuất quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo và vận dụng quy trình đó vào thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao trung học phổ thông theo hướng phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh

3 Giả thuyết khoa học

Nếu đề xuất được quy trình tự tạo thí nghiệm và quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo, trên cơ sở đó tự tạo các thí nghiệm và sử dụng vào tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí thì sẽ phát huy được tính tích cực nhận thức của học sinh trong học tập, qua đó nâng cao hiệu quả dạy học vật lí ở trường phổ thông

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu, đề tài cần thực hiện những nhiệm vụ sau:

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về HĐNT của HS trong DHVL

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc tích cực hóa HĐNT và việc sử dụng TNTT trong việc tích cực hóa HĐNT của HS trong DHVL

- Nghiên cứu đề xuất quy trình tự tạo TN

- Nghiên cứu đề xuất quy trình sử dụng TNTT tổ chức HĐNT cho HS trong DHVL

- Nghiên cứu thực trạng cơ sở vật chất, TBTN, thực trạng của việc xây dựng và sử dụng TNTT trong DHVL ở trường phổ thông

- Nghiên cứu nội dung, chương trình phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao THPT

- Nghiên cứu tự tạo một số TN trong phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao THPT

- Thiết kế tiến trình DH một số kiến thức phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao với sự hỗ trợ của TNTT

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm (TNSP) nhằm đánh giá tính hiệu quả của việc sử dụng TNTT trong DH theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS

5 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy và học vật lí ở trường phổ thông với việc sử dụng TNTT

6 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng và sử dụng TNTT vào DH một số kiến thức phần “Cơ học” vật

lí lớp 12 nâng cao

7 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu gồm: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết; Phương pháp nghiên cứu thực tiễn; Phương pháp thực nghiệm sư phạm; Phương pháp thống kê toán học

8 Những đóng góp mới của luận án

8.1 Về mặt lí luận

- Đã góp phần làm phong phú thêm cơ sở lý luận của việc sử dụng TNTT tổ chức

HĐNT cho HS trong DHVL, cụ thể là làm rõ hơn nội hàm của khái niệm TNTT và đã tiến hành phân loại TNTT, bao gồm: TNTT đơn giản; TNTT phức tạp và TNTT hiện đại

- Đề xuất được quy trình tự tạo TN, làm căn cứ cho việc tự tạo TN Quy trình này

được thực hiện theo 9 bước, đó là: Xác định mục tiêu DH; Nghiên cứu nội dung bài học; Tìm hiểu thực trạng cơ sở vật chất, TBTN; Đề xuất, lựa chọn phương án TN; Chuẩn bị các vật liệu, dụng cụ và linh kiện cần thiết; Gia công, chế tạo dụng cụ TN; Lắp ráp TN; Tiến hành TN và hoàn thiện TN

- Đề xuất được quy trình sử dụng TNTT tổ chức HĐNT cho HS trong DHVL Trong quy trình này đã chỉ ra việc sử dụng TNTT ở các giai đoạn khác nhau của QTDH, đó là: sử dụng TNTT trong đề xuất vấn đề, sử dụng TNTT trong giải quyết vấn đề và sử dụng TNTT trong củng cố, vận dụng kiến thức Điều đó đã giúp cho việc khai thác và sử dụng TNTT

trong DHVL phát huy được TTC nhận thức của HS

8.2 Về mặt thực tiễn

- Dựa vào quy trình tự tạo TN đã đề xuất, chúng tôi đã tiến hành thiết kế, chế tạo được

9 TN trong phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao, bao gồm: TN sóng dừng; TN ghi đồ thị dao động điều hòa; TN bảo toàn momen động lượng; TN khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn; TN momen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng đối với trục quay; TN momen động lượng của vật rắn đối với trục quay; TN giao thoa sóng; TN về hiện tượng cộng hưởng và TN sự phản xạ sóng

- Vận dụng quy trình sử dụng TNTT tổ chức HĐNT cho HS trong DHVL đã đề xuất và

các TN đã xây dựng, chúng tôi đã tiến hành thiết kế 7 tiến trình DH trong phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao Các tiến trình DH này nói chung và các TNTT nói riêng đã được tiến hành TNSP ở một số trường THPT trong tỉnh Đồng Tháp và bước đầu đã khẳng định được tính khả thi và hiệu quả của các TN này trong việc kích thích hứng thú học tập, phát huy TTC nhận thức của HS trong QTDH và góp phần nâng cao kết quả học tập của HS

9 Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, phần nội dung của luận án gồm 4 chương:

Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Cơ sở lí luận của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

Chương 3 Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí lớp 12 nâng cao phần “Cơ học”

Chương 4 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Những nghiên cứu về tự tạo thí nghiệm và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí

1.1.1 Những nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới, hiện nay người ta đang quan tâm đến ba xu hướng khai thác, sử dụng

TN và phương tiện trực quan trong DHVL, đó là: Xu hướng hiện đại hóa; Xu hướng đa phương tiện và nghiên cứu, khai thác và sử dụng TNTT

Trên thế giới, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng TNTT được quan tâm từ rất sớm bởi tính kinh tế và hiệu quả của nó trong DH Loại TN này bắt đầu được quan tâm bởi

các nhà giáo dục ở Canada, trong đó do tổ chức “Les petis desbrouillads” đi tiên phong, sau

đó phát triển đến nhiều nước khác như: Đức, Pháp, Mĩ, Trung Quốc, Rumani… Mục tiêu

của việc nghiên cứu là nhằm tạo ra và sử dụng các TN theo hướng tăng cường tính trực quan trong QTDH và rèn luyện kỹ năng thực hành TN cho HS thông qua những TN do HS

tự làm từ những vật liệu dễ tìm trong cuộc sống Tại Hội nghị quốc tế được tổ chức ở trường

Đại học Tổng Hợp Cairô, Ai Cập bàn về chuyên đề “Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền và sự minh họa trong dạy học vật lí”, đã có rất nhiều báo cáo đề cập đến vai trò và tiềm năng của

loại TN này trong DHVL ở trường phổ thông Ở khu vực Châu Á và Châu Đại Dương, vấn

đề tự làm đồ dùng DH được tiến hành với sự bảo trợ của UNESCO trong “Chương trình Canh Tân giáo dục để phát triển” dưới tiêu đề “Phát triển các thiết bị dạy học rẻ tiền”

Ở Đức, đã có nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu về TNTT như: Hans-Joachim Wilke;

D K Nachtigall; G Tronicke… Các tác giả này đã đầu tư nghiên cứu về loại TN này và đã công bố các kết quả nghiên cứu trong nhiều công trình khác nhau, chẳng hạn như

“Experimente mit Kunstoffflaschen” Klettverlag Stuttgart – Leipzig (2007); “Experimente 1&

2, Blechendose Klettverlag Stuttgart – Leipzig (2008) của Hans-Joachim Wilke và G Tronicke Hay “Qualitative experimente mit einfachen Mitteln, Uneversität Dortmund” (1996)

của các tác giả D K Nachtigall, J Dieckhufer, G Peters Trong các công trình nghiên cứu này các tác giả đã tự tạo và hướng dẫn cách sử dụng nhiều TN trong các phần khác nhau như: Cơ, Nhiệt, Điện, Quang… Hầu hết các TN trong đó là TNTT đơn giản làm từ những vật liệu dễ kiếm như: vỏ lon nước ngọt, vỏ chai nước khoáng… Ngoài ra, có nhiều tác giả như: J Duit, W Muler , Kamel Wassef; M El-Khishin; N.K Gobran cũng đã quan tâm nghiên cứu về vấn đề này

Xu hướng hiện nay không chỉ dừng lại ở những TNTT đơn giản mà người ta đang ngày càng quan tâm đến các TNTT phức tạp Tác giả Simon Fridrich Klaus, trong đề tài luận án tiến sĩ của mình đã tự tạo được một số TN để DH cho người khiếm thị và các TN này được chế tạo khá công phu và phức tạp

1.1.2 Những nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu của các

nhà giáo dục học, lí luận DH nghiên cứu về TNTT như: Nguyễn Thượng Chung, Phạm Đình Cương, Nguyễn Hùng Liễu, Lê Văn Giáo, Hà Văn Hùng - Lê Cao Phan, Nguyễn Ngọc Hưng, Đồng Thị Diện… Các tác giả đã nghiên cứu tự tạo TN và sử dụng TNTT vào những mục đích khác nhau: sử dụng TNTT như là một phương tiện để tích cực hóa HĐNT của HS; sử dụng TNTT vào việc phát hiện và khắc phục những quan điểm sai lệch của HS; sử dụng TNTT như là một phương tiện hỗ trợ trong tổ chức DH: DH kiến tạo, DH nhóm, DH dự án…

Trong công trình luận án “Nghiên cứu quan niệm của HS về một số khái niệm vật lí trong phần Quang học, Điện học và việc giảng dạy các khái niệm đó ở trường trung học cơ sở” của Lê Văn Giáo, tác giả đã nghiên cứu một cách có hệ thống cơ sở lí luận về quan

niệm của HS trong DH nói chung và quan niệm của HS về một số khái niệm trong phần Quang học, Điện học nói riêng Trong nghiên cứu này, tác giả đã xem TNTT là một trong những phương tiện trong việc phát hiện và khắc phục quan niệm sai lệch của HS trong

DHVL ở trường phổ thông Tác giả đã nghiên cứu tự tạo được 12 TN trong phần Quang học, Điện học và đã vận dụng các TN đó vào tiến trình DH khắc phục quan niệm sai lệch của HS, trong các tiến trình DH đó GV sử dụng các TNTT đã xây dựng để đặt vấn đề, làm bộc lộ quan niệm của HS, tiếp đó GV tiến hành TN để làm cho HS thấy sự vô lí của các quan niệm sai lệch của mình, trên cơ sở đó để hình thành quan niệm vật lí cho HS

Trong đề tài nghiên cứu “Một số biện pháp nâng cao chất lượng DH phần Dao động

và Sóng lớp 12 cho học viên lớn tuổi tại các trung tâm giáo dục thường xuyên”, tác giả Ngô

Quang Sơn đã đưa ra 3 biện pháp nâng cao chất lượng DHVL ở các trung tâm giáo dục

thường xuyên, đó là: Biên soạn tài liệu tự học có hướng dẫn và tài liệu tra cứu phần Dao động và sóng lớp 12; Tăng cường sử dụng các TN đơn giản tự làm và rèn luyện kĩ năng tự học cho học viên lớn tuổi Trong đó tác giả đã đặc biệt nhấn mạnh đến biện pháp tự tạo và

sử dụng TNTT trong DH, vì theo tác giả TN là phương tiện trực quan rất quan trọng trong DHVL Trong nghiên cứu của mình, tác giả đã thiết kế, chế tạo được 8 TN đơn giản trong phần Dao động và Sóng và đã vận dụng vào soạn thảo 6 bài tự học có hướng dẫn và một tài liệu tra cứu thuật ngữ vật lí thuộc phần Dao động và Sóng lớp 12

Trong DHVL, việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng TNTT theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS còn được quan tâm nghiên cứu bởi các tác giả Đồng Thị

Diện và Lê Cao Phan Trong công trình nghiên cứu “Xây dựng và sử dụng TN đơn giản trong DH Cơ học lớp 6 theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS” của Đồng

Thị Diện, tác giả đã nghiên cứu cơ sở lí luận của việc DHVL theo định hướng phát huy TTC nhận thức, sáng tạo của HS; vai trò của TN vật lí trong DH, đặc biệt là sự cần thiết của việc xây dựng và sử dụng TN đơn giản trong DHVL và vị trí của TN đơn giản trong tiến trình

DH GQVĐ Công trình nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo mới, cải tiến và hoàn thiện được 15 dụng cụ TN đơn giản thuộc phần Cơ học vật lí 6 Tác giả đã vận dụng cơ sở lí luận về sơ đồ lôgic của tiến trình khoa học GQVĐ khi xây dựng, kiểm nghiệm, ứng dụng một tri thức cụ thể và các TNTT đơn giản đã xây dựng vào thiết kế 6 tiến trình DH phần Cơ học vật lí 6 Trong tiến trình DH cụ thể, GV luôn định hướng giúp đỡ HS trong việc tiếp nhận nhiệm vụ học tập và giải quyết nhiệm vụ Sau mỗi tiết học, GV giao nhiệm vụ học tập về nhà cho HS tìm kiếm

nguyên vật liệu và tự đề xuất phương án TN liên quan đến nội dung kiến thức đã học

Tác giả Lê Cao Phan với công trình luận án “Xây dựng và sử dụng các TN vật lí tự làm nhằm tích cực hóa hoạt động học tập của HS trung học cơ sở”, đã nghiên cứu cơ sở lí luận

về vai trò của TN vật lí nói chung và TN tự làm nói riêng trong việc tích cực hóa hoạt động học tập vật lí của HS ở trường THCS Trong luận án, tác giả đã nghiên cứu xây dựng và đề xuất 26 TN tự làm với các nguyên vật liệu rẻ tiền và dễ tìm trong cuộc sống hằng ngày; đề xuất được 5 phương án tổ chức hoạt động học tập với các TN vật lí tự làm và thiết kế được

9 giáo án DH minh họa các phương án TN đã đề xuất theo hướng phát huy TTC nhận thức của HS trong DH Trong từng tiến trình DH cụ thể, GV liên tiếp tổ chức các tình huống học tập bắt buộc HS phải suy nghĩ trả lời, hoặc định hướng và giúp đỡ HS trong giải quyết nhiệm vụ học tập

Ngoài ra việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng TN theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS trong DHVL còn được quan tâm nghiên cứu bởi tác giả Huỳnh Trọng Dương Trong

công trình luận án “Nghiên cứu xây dựng và sử dụng TN theo hướng tích cực hóa HĐNT

của HS trong DH vật lí ở trường trung học cơ sở”, tác giả đã nghiên cứu cơ sở lí luận của

việc tích cực hóa HĐNT của HS trong DH nói chung và DHVL nói riêng; phân tích và chỉ

rõ vai trò của TN vật lí trong việc phát huy TTC trong HĐNT vật lí của HS Trong công trình nghiên cứu, tác giả đã đề xuất được 5 biện pháp sư phạm theo hướng tích cực hóa HĐNT vật lí của HS THCS; đề xuất được 6 biện pháp sử dụng TN trong DHVL theo hướng

tích cực hóa HĐNT của HS Tác giả đã xây dựng được 10 TN vật lí và tiến hành thiết kế

tiến trình DH một số kiến thức vật lí lớp 7, lớp 8 theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS thông qua các biện pháp sử dụng TN đã đề xuất Trong quá trình DHVL, TTC nhận thức và sáng tạo của HS được đánh giá thông qua trạng thái biểu hiện trên nét mặt của

HS như: hăng hái, không khí giờ học sôi động…

Trong DHVL, việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng TBTN theo hướng phát triển

HĐNT tích cực, sáng tạo của HS còn được quan tâm nghiên cứu bởi các tác giả: Nguyễn Anh Thuấn, Đặng Minh Chưởng, Dương Xuân Quý… Trong công trình luận án “Xây dựng

và sử dụng TBTN trong DH chương Sóng cơ học ở lớp 12 trung học phổ thông theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS” của Nguyễn Anh Thuấn, tác giả đã nghiên cứu

xây dựng và sử dụng TBTN trong DHVL theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS Trong công trình nghiên cứu, tác giả đã đề xuất được quy trình xây dựng TBTN và quy trình sử dụng TBTN trong DHVL Dựa vào quy trình xây dựng TBTN đã đề xuất, tác

giả đã xây dựng được 5 TBTN, đó là: kênh sóng nước; mô hình sóng ngang; TBTN về hiện tượng sóng trên các vật đàn hồi; khay sóng nước và nguồn âm dùng mạch IC trong DH

chương “Sóng cơ học” Với 5 TBTN đã xây dựng, tác giả đã tiến hành soạn thảo 4 giáo án

DH theo sơ đồ tiến trình GQVĐ khi xây dựng một kiến thức cụ thể theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS Trong quá trình tổ chức DH, sự phát triển TTC, sáng tạo

của HS được xem xét qua từng bài học cụ thể trong quá trình TNSP như: HS phát biểu dự đoán và đề xuất phương án TN kiểm tra dự đoán; HS dùng các từ ngữ chính xác hơn trong việc giải thích, đề xuất các phương án TN kiểm tra; GV hướng dẫn tổ chức HS tích cực tham gia vào quá trình xây dựng kiến thức…

Trong công trình luận án Xây dựng và sử dụng TBTN thực tập theo hướng phát triển hoạt động học tích cực, sáng tạo của HS trong DH chương “Dao Động Cơ” ở lớp 12 trường THPT của Dương Xuân Quý, tác giả đã nghiên cứu tổ chức DH GQVĐ theo hình

thức hoạt động nhóm theo hướng phát triển TTC nhận thức và phát triển năng lực sáng tạo của HS trong DHVL Trong đó tác giả đã xây dựng được 6 TBTN thực tập trong chương

“Dao động cơ”, bao gồm: TN con lắc lò xo nằm ngang; TN con lắc lò xo thẳng đứng; TN con lắc đơn; TN con lắc vật lí; TN tổng hợp dao động điều hòa và TN dao động cưỡng bức

Trong đó tác giả sử dụng các TBTN đã xây dựng và vận dụng tiến trình DH GQVĐ bằng con đường suy luận lí thuyết để tổ chức DH theo hình thức hoạt động nhóm, đã soạn thảo được 4 bài học tương ứng với 6 nội dung kiến thức trong chương “Dao động cơ” theo hướng phát triển TTC và năng lực sáng tạo của HS Trong các tiến trình DH kiến thức có sử

dụng TBTN thực tập, tác giả đều thực hiện theo sơ đồ đã đề xuất, đó là: làm nảy sinh vấn đề nghiên cứu; giải quyết vần đề và rút ra kết luận

1.2 Những vấn đề đặt ra cần giải quyết

Theo thời gian và cùng với sự phát triển của khoa học thì nội hàm của khái niệm TNTT được phát triển và mở rộng Ngày nay, TNTT không chỉ là những TNTT đơn giản,

rẻ tiền mà có thể là những TNTT phức tạp và có tính hiện đại Do đó để có thể hiểu đầy

đủ hơn về loại TN này trong DHVL nhằm khai thác và sử dụng có hiệu quả trong QTDH thì

trong nghiên cứu về TNTT cần phải làm rõ hơn về mặt nội hàm của khái niệm này và phân loại

Để việc tự tạo TN đảm bảo tính khoa học, tính sư phạm, tính khả thi và phát huy tốt vai trò của nó trong QTDH, nhất là trong việc tích cực hóa HĐNT của HS trong DHVL thì việc tự tạo TN và sử dụng vào tổ chức DH cần phải tuân theo một quy trình nhất định, do đó

cần phải nghiên cứu đề xuất được quy trình tự tạo TN và quy trình sử dụng TNTT vào tổ chức HĐNT cho HS trong QTDH Trên cơ sở quy trình đã đề xuất, vận dụng quy trình đó

vào tự tạo một số TN trong phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao và sử dụng vào tổ chức HĐNT cho HS trong DHVL Phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao là phần có nội dung kiến thức tương đối khó, có tính trừu tượng so với khả năng nhận thức của HS, vì vậy cần phải được trực hóa bằng TN Bên cạnh đó, các TBTN phần này ở trường phổ thông còn hạn chế Do

đó, việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng TNTT trong DH phần này là rất cần thiết, có tính khả thi Với hướng nghiên cứu này thì vấn đề đặt ra cho đề tài của luận án là phải giải quyết được những vấn đề sau đây:

- Cần phải làm rõ nội hàm của khái niệm TNTT và phân loại TNTT

- Đề xuất quy trình tự tạo TN và vận dụng quy trình đó vào tự tạo một số TN trong DH phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao

- Đề xuất quy trình sử dụng TNTT tổ chức HĐNT cho HS trong DHVL, vận dụng quy trình đó vào thiết kế tiến trình DH một số kiến thức phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO THEO HƯỚNG TÍCH CỰC HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

2.1 Hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí

2.1.1 Quá trình nhận thức của học sinh

HĐNT của HS trong DHVL cũng trải qua ba giai đoạn giống như quá trình nhận thức

của con người, đó là: Nhận thức cảm tính, nhận thức lý tính và nhận thức thực tiễn Ba giai đoạn này có mối quan hệ với nhau rất mật thiết Trong đó, nhận thức cảm tính là giai đoạn

đầu tiên của quá trình nhận thức, trong giai đoạn này giúp con người hình thành cảm giác, tri giác và biểu tượng về các sự vật, hiện tượng, làm cơ sở cho quá trình nhận thức tiếp theo

là nhận thức lý tính

Nhận thức lý tính còn gọi là tư duy, là giai đoạn phản ánh những thuộc tính bản chất

bên trong của sự vật hiện tượng, những mối quan hệ có tính quy luật và nhận thức lý tính

được thể hiện ở các hình thức như: khái niệm, phán đoán và suy luận Vì vậy, trong DHVL

để HS hiểu rõ bản chất của sự vật hiện tượng để đi đến một khái niệm, phán đoán, suy luận nào đó trong quá trình nhận thức thì bắt buộc HS phải luôn thực hiện các thao tác tư duy

như: phân tích, tổng hợp, so sánh… và các hành động nhận thức như: xác định bản chất của

sự vật hiện tượng, tìm nguyên nhân, xác định mối quan hệ

Giai đoạn cuối cùng của quá trình nhận thức, đó là nhận thức thực tiễn Nhận thức thực tiễn có vai trò kiểm nghiệm tri thức đã thu nhận được Như vậy, thực tiễn chẳng những

là điểm xuất phát của nhận thức, là yếu tố đóng vai trò quyết định đối với sự hình thành và phát triển của nhận thức mà còn là nơi nhận thức luôn hướng tới để kiểm nghiệm tính đúng đắn của nó Vì thế mà thực tiễn vừa là cơ sở, động lực, mục đích của nhận thức và là tiêu chuẩn để kiểm tra chân lý

Trong thực tế DH, các hiện tượng vật lí rất phong phú, đa dạng và phức tạp Vì vậy trong quá trình DHVL, để HS có thể tự lực hoạt động và chiếm lĩnh kiến thức, GV cần rèn

luyện cho HS các hành động nhận thức vật lí cụ thể, như: Quan sát hiện tượng tự nhiên, nhận biết đặc tính bên ngoài của sự vật, hiện tượng; Phân tích một hiện tượng phức tạp thành những hiện tượng đơn giản; Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng…

Trong HĐNT của HS luôn xảy ra hai thao tác, đó là: thao tác vật chất và thao tác tư duy Thao tác vật chất, đó là: Nhận biết bằng các giác quan; Sử dụng các dụng cụ đo; Làm

TN (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị)… và thao tác tư duy bao gồm: phân tích; tổng hợp;

so sánh; trừu tượng hóa; khái quát hóa; cụ thể hóa; suy luận quy nạp; suy luận diễn dịch và

suy luận tương tự

2.1.2 Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học giải quyết vấn đề

Trong QTDH để phát huy TTC nhận thức của HS, chúng tôi đã tìm hiểu tình huống có vấn đề trong dạy học vật lí, các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề

2.2 Tích cực hóa họat động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí

Trong QTDH để nâng cao chất lượng, hiệu quả DH và giúp GV nhận biết HS có tích cực hay không, chúng tôi đã nghiên cứu khái niệm TTC; Tích cực hóa hoạt động nhận thức, những biểu hiện của TTC nhận thức và các biện pháp phát huy TTC nhận thức của HS trong DHVL 2.3 Thí nghiệm tự tạo

Các tác giả H Joachim Schlichting, C Berthold, D Binzer, M Herfert, H Hilscher, J

Kraus, C Möller cho rằng: “Thí nghiệm tự tạo là những thí nghiệm được tạo ra với phương tiện chủ yếu là bàn tay với những vật liệu trong đời sống hằng ngày”

Theo tác giả Lê Cao Phan: “Thí nghiệm tự làm là thí nghiệm do giáo viên hoặc học sinh thực hiện bằng các nguyên vật liệu dễ tìm kiếm, rẻ tiền, sẵn có ở địa phương, phù hợp với hoàn cảnh của nhà trường và học sinh”

Còn tác giả Đồng Thị Diện thì cho rằng: “Thí nghiệm đơn giản là thí nghiệm mà việc chế tạo dụng cụ thí nghiệm đòi hỏi ít vật liệu, dễ chế tạo dụng cụ thí nghiệm và gia công các vật liệu; dễ bố trí, thao tác và không tốn nhiều thời gian”

Các định nghĩa trên tuy có nội hàm và cách diễn đạt khác nhau nhưng đều có những điểm chung là:

- Yếu tố quan trọng nhất của TNTT là làm bằng tay, bàn tay là phương tiện chủ yếu để tạo ra TN;

- Vật liệu dùng để thiết kế, chế tạo TN là những vật dụng phổ biến và dễ tìm kiếm trong đời sống hàng ngày

Theo thời gian và cùng với sự phát triển của khoa học thì nội hàm của khái niệm TNTT được phát triển và mở rộng Hiện nay, TNTT không chỉ là những TN đơn giản, rẻ tiền mà nó có thể là những TNTT phức tạp và có tính hiện đại Do đó, chúng ta có thể hiểu:

Thí nghiệm tự tạo là những thí nghiệm từ đơn giản đến phức tạp được tạo ra chủ yếu bằng tay từ những nguyên vật liệu, thiết bị, linh kiện phổ biến trong đời sống hằng ngày và được

sử dụng trong quá trình dạy học

2.3.2 Phân loại thí nghiệm tự tạo

2.3.2.1 Thí nghiệm tự tạo đơn giản

TNTT đơn giản là những TN được tạo ra từ những vật liệu, dụng cụ thông dụng dễ kiếm như: vỏ lon bia, vỏ chai nước khoáng, gỗ… TNTT đơn giản thường là những TN định tính Người ta cũng có thể gọi TNTT đơn giản là TN đơn giản, rẻ tiền

2.3.2.2 Thí nghiệm tự tạo phức tạp

TNTT phức tạp là những TN được tạo ra từ các dụng cụ thông dụng nhưng có quá trình gia công, chế tạo dụng cụ TN phức tạp hơn so với TNTT đơn giản

2.3.2.3 Thí nghiệm tự tạo hiện đại

TNTT hiện đại là những TN được tạo ra trong đó có sử dụng các thiết bị và linh kiện điện

tử hiện đại như: vi điều khiển, mạch điện tử, bo mạch, led 7 đoạn, pin mặt trời… Những TN này thường là những thiết bị tự động

2.3.3 Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo

- Việc bố trí và tiến hành TN đơn giản, không tốn nhiều thời gian

- Kết quả TN: rõ ràng, dễ quan sát, có sức hấp dẫn và kích thích hứng thú học tập của HS; Gần gũi với những hiện tượng trong đời sống hằng ngày

- Dễ thao tác: lắp ráp, tháo rời các bộ phận của dụng cụ TN

- Dễ vận chuyển, bảo quản và an toàn trong chế tạo cũng như trong quá trình tiến hành TN

- Phát huy tính tích cực, tự lực và rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS như: Đề xuất phương án TN; Bố trí TN; Tiến hành TN và xử lí kết quả TN; Thiết kế và chế tạo TN nhằm minh họa lại kiến thức đã thu nhận

 Hạn chế: Bên cạnh những ưu điểm, TNTT cũng có những hạn chế nhất định, đó là hạn chế về tính thẩm mĩ và độ bền Những hạn chế trên là do các dụng cụ TN được gia công thủ công và bằng tay, không được sản xuất theo dây chuyền công nghệ

2.3.4 Thí nghiệm tự tạo trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí

 Thí nghiệm tự tạo góp phần kích thích hứng thú học tập vật lí của học sinh

Trong hoạt động DH, TTC của HS có liên quan và chịu ảnh hưởng của các yếu tố như:

nhu cầu, động cơ và hứng thú Do đó trong DHVL, muốn kích thích được hứng thú học tập

của HS thì việc sử dụng TNTT vào tổ chức HĐNT cho HS phải tạo ra được sư ngạc nhiên bất ngờ, kết quả TN trái với dự đoán của các em HS thì khi đó các yếu tố tiềm ẩn của HS

như: tính tò mò, hiếu kì, hiếu động của HS sẽ bị tác động, qua đó sẽ kích thích được hứng

thú học tập vật lí của HS trong giờ học

Khi DH bài “Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định” vật lí lớp 12 nâng cao, GV có thể sử dụng TNTT để đề xuất vấn đề cần nghiên cứu nhằm kích thích

hứng thú học tập vật lí của HS như sau:

- GV giới thiệu dụng cụ TN, cách lắp đặt TN như (Hình 2.1a) và nêu các bước tiến hành

TN Sau đó, GV yêu cầu HS nêu dự đoán hiện tượng trước khi tiến hành TN

- HS nêu dự đoán hiện tượng TN xảy ra: Hai hộp tròn sẽ lăn xuống chân mặt phẳng nghiêng cùng lúc; Hộp tròn 1 sẽ lăn xuống chân mặt phẳng nghiêng trước hộp tròn 2; Hộp tròn 2 sẽ lăn xuống chân mặt phẳng nghiêng trước hộp tròn 1

- GV tiến hành TN cho HS quan sát hiện tượng, kết quả TN: Hộp tròn 1 lăn xuống chân mặt phẳng nghiêng trước hộp tròn 2 (Hình 2.1b), trái với dự đoán của nhiều HS và

gây ra cho các em sự ngạc nhiên bất ngờ, qua đó sẽ kích thích hứng thú học tập của các em

HS trong giờ học

 Thí nghiệm tự tạo là phương tiện phát huy tính tự lực và sáng tạo của học sinh

Trong QTDH để phát huy tính tự lực và sáng tạo của HS trong hoạt động học tập thì việc giao nhiệm vụ và hướng dẫn HS thiết kế, chế tạo TN nhằm kiểm chứng kiến thức đã thu nhận được là một hoạt động mang tính sáng tạo, đòi hỏi cao về tính tự giác, tự lực của

HS, do đó có tác dụng rất tốt trong việc tích cực hóa HĐNT của HS Việc thiết kế, chế tạo

TN đòi hỏi HS phải vận dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn trong việc tự đề xuất và lựa chọn phương án TN thích hợp, trên phương án TN đã chọn HS sẽ tìm kiếm các nguyên vật liệu, dụng cụ TN cần thiết; tự gia công, chế tạo dụng cụ TN theo phương án đã chọn; sau đó lắp ráp, tiến hành TN và giải thích hiện tượng TN Các hoạt động đó đều góp phần vào việc phát huy TTC nhận thức và rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS, làm tăng hứng thú học tập của HS và đặc biệt là đảm bảo niềm tin của HS đối với kiến thức vật lí Việc vận dụng kiến

Hình 2.1a.b TN momen quán tính phụ thuộc vào sự phân bố đối với trục quay

thức đã biết vào giải thích các kết quả TN đòi hỏi HS phải huy động các kiến thức đó ở nhiều phần khác nhau của chương trình vật lí Nhờ vậy, chất lượng kiến thức của HS được nâng cao

Đối với những TN do HS tự thiết kế, chế tạo thì khi tổ chức hoạt động DH trên lớp,

GV cần bố trí thời gian để HS trình bày trước lớp về kết quả đạt được

Chẳng hạn: Sau khi GV giao nhiệm vụ cho từng nhóm HS và hướng dẫn HS cách thiết

kế, chế tạo nhằm minh họa kiến thức “Momen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào sự phân

bố khối lượng đối với trục quay” Khi tổ chức hoạt động DH trên lớp, GV nên dành thời

gian để các nhóm HS báo cáo trước lớp về kết quả TN do các nhóm tự thiết kế và chế tạo

- Nhóm 1, nhóm 2 trình bày trước lớp về kết quả TN do nhóm tự thiết kế, chế tạo (Hình 2.2a; Hình 2.3a) Sau đó, tiến hành TN để minh họa kiến thức đã thu nhận và vận dụng kiến thức đã học vào giải thích hiện tượng TN (Hình 2.2b; Hình 2.3b)

 Thí nghiệm tự tạo góp phần rèn luyện kỹ năng thực hành cho học sinh

HĐNT vật lí có mối quan hệ rất chặt chẽ với kỹ năng thực hành và TN là một trong những phương tiện quan trọng trong việc phát huy TTC nhận thức, rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS trong DH khi HS có kỹ năng thực hành thì các em sẽ tham gia tích cực vào quá trình học tập trên lớp cũng như ở nhà Vì vậy trong DHVL, việc sử dụng TNTT vào tổ

chức hoạt động DH đòi hỏi tính tự lực của HS trong việc đề xuất phương án TN; lắp ráp, thao tác tiến hành TN; Xử lí kết quả TN; Sử dụng các dụng cụ đo Qua đó góp phần vào

việc rèn luyện kỹ năng thực hành TN cho HS

 Thí nghiệm tự tạo trong kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng kỹ xảo của học sinh

Trong DHVL, việc sử dụng TNTT để kiểm tra đánh giá kỹ năng thực hành vật lí của HS

dựa vào các tiêu chí sau: Xác định mục đích TN; Bố trí và tiến hành TN; Thu thập và xử lí kết quả TN; Đề xuất phương án TN

Việc kiểm tra đánh giá kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS có thể được tiến hành trên lớp hoặc hoạt động tự học ở nhà của HS Trong DHVL, nếu TNTT được sử dụng để kiểm tra đánh giá kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS trên lớp nên dựa

vào các tiêu chí sau: Quan sát và giải thích được hiện tượng kết quả TN xảy ra; Bố trí và thực

Hình 2.3a.b TN momen quán tính (nhóm 2 thiết kế, chế tạo) Hình 2.2a.b TN momen quán tính (nhóm 1 thiết kế, chế tạo)

hiện được TN theo sự hướng dẫn của GV; Đề xuất được phương án TN để kiểm tra kiến thức

đã thu nhận

Nếu TNTT được dùng để kiểm tra đánh giá kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn

của HS trong hoạt động tự học ở nhà nên dựa vào các tiêu chí sau: Đề xuất được phương án TN; Gia công, chế tạo được các dụng cụ TN; Trình bày được cách lắp ráp, tiến hành TN; Cách thu thập và xử lí kết quả TN

2.4 Tự tạo và sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí

- TNTT có thể được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của QTDH như: đề xuất vấn

đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức mới, củng cố và vận dụng kiến thức

- Kết quả của TNTT phải gắn liền với nội dung bài học, xuất hiện đúng lúc trong tiến trình DH, đồng thời kết quả TN phải được sử dụng cho mục đích DH một cách hợp lí, logic

và không gượng ép; Phải ngắn gọn, hợp lí và cho kết quả ngay nhằm đảm bảo về mặt thời gian của tiết học

- Tạo điều kiện cho HS phát huy được TTC nhận thức trong và ngoài giờ học thông qua việc đề xuất và lựa chọn phương án TN, thiết kế và chế tạo dụng cụ TN nhằm minh họa lại kiến thức đã thu nhận

 Về mặt thẩm mĩ

Các dụng cụ TNTT phải có kích thước đủ lớn, đảm bảo cho cả lớp quan sát nhằm giúp cho HS dễ theo dõi diễn biến của TN để có thể rút ra được những kết luận cần thiết; TN phải có màu sắc thích hợp và hình dáng đẹp đẽ lôi cuốn

sự chú ý của HS, đặc biệt là cần làm nổi bật bộ phận cần

quan sát

 Về mặt kinh tế

Các TNTT được xây dựng phải đảm bảo giá thành

không cao nhờ sử dụng các nguyên vật liệu, dụng cụ và

linh kiện có sẵn và dễ tìm trong cuộc sống hằng ngày

2.4.1.2 Quy trình tự tạo thí nghiệm trong dạy học vật lí

Qua nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy rằng quy

trình tự tạo TN có thể được thực hiện theo 9 bước sau:

Bước 1 Xác định mục tiêu dạy học; Bước 2 Nghiên

cứu nội dung bài học; Bước 3 Tìm hiểu thực trạng cơ

sở vật chất, thiết bị thí nghiệm; Bước 4 Đề xuất, lựa

chọn phương án thí nghiệm; Bước 5 Chuẩn bị các vật

Hoàn thiện thí nghiệm

Sơ đồ 2.1 Quy trình tự tạo TN