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 PHẦN “CƠ HỌC” VẬT LÍ LỚ
Trang 1ĐẠI 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 PHẦN “CƠ HỌC” VẬT LÍ
LỚP 12 NÂNG CAO
LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC
HUẾ - NĂM 2015
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 2ĐẠI 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 PHẦN “CƠ HỌC” VẬT LÍ
LỚP 12 NÂNG CAO
Chuyên ngành : Lý luận và Phương pháp dạy học môn Vật lí
LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS TS LÊ VĂN GIÁO
HUẾ - NĂM 2015
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tác giả luận án
Nguyễn Hoàng Anh
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một công trình nào khác
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 4Lời cảm ơn
Tác giả luận án
Nguyễn Hoàng Anh
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến
PGS.TS Lê Văn Giáo đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tác
giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc, Ban Đào
tạo Sau Đại học, Ban Giám Hiệu trường Đại học sư phạm,
Phòng Đào tạo Sau Đại học, Ban chủ nhiệm khoa Vật lí và tổ
bộ môn phương pháp giảng dạy Vật lí trường Đại học sư
phạm - Đại học Huế cùng qúi thầy, cô giáo ở các trường
THPT Thiên Hộ Dương, THPT Thành Phố Cao Lãnh, THPT
Đốc Binh Kiều, THPT Tháp Mười và THPT Lấp Vò 2 đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian thực
nghiệm sư phạm và hoàn thành luận án
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành
đến PGS.TS.Lê Công Triêm và PGS.TS.Trần Huy Hoàng
đã dành nhiều thời gian góp ý cho tác giả trong thời gian
nghiên cứu và hoàn chỉnh luận án
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp đã giúp đỡ và động viên tác giả trong suốt
thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 5DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 6MỤC LỤC
1 Lí do chọn đề tài 1
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 3
3 Giả thuyết khoa học 3
4 Nhiệm vụ nghiên cứu 4
5 Đối tượng nghiên cứu 4
6 Phạm vi nghiên cứu 4
7 Phương pháp nghiên cứu 4
8 Những đóng góp mới của luận án 5
9 Cấu trúc của luận án 6
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Những nghiên cứu về tính tích cực nhận thức của học sinh trong dạy học ở trường phổ thông 7
1.2 Những nghiên cứu về thí nghiệm tự tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí 11
1.2.1 Những nghiên cứu ngoài nước 11
1.2.2 Những nghiên cứu trong nước 13
1.3 Những vấn đề đặt ra cần giải quyết đối với luận án 22
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 24
2.1.1 Khái niệm 24
2.1.2 Hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí 24
2.1.2.1 Quá trình nhận thức của học sinh 24
2.1.2.2 Các hành động của học sinh trong nhận thức vật lí 26
2.1.2.3 Các thao tác trong hoạt động nhận thức vật lí 27
2.1.3 Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học giải quyết vấn đề 28
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 72.1.3.1 Tình huống có vấn đề trong dạy học vật lí 28
2.1.3.2 Các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí 29
2.2 Tích cực hóa họat động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí 31
2.2.1 Tính tích cực 31
2.2.2 Cơ sở của việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí 32
2.2.3 Những biểu hiện của tính tích cực nhận thức 34
2.2.4 Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức 35
2.3 Thí nghiệm tự tạo 36
2.3.1 Khái niệm 36
2.3.2 Phân loại thí nghiệm tự tạo 37
2.3.2.1 Thí nghiệm tự tạo đơn giản 38
2.3.2.2 Thí nghiệm tự tạo phức tạp 38
2.3.2.3 Thí nghiệm tự tạo hiện đại 38
2.3.3 Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo 39
2.3.4 Thí nghiệm tự tạo trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí 39
2.3.4.1 Thí nghiệm tự tạo góp phần kích thích hứng thú học tập vật lí của học sinh 40
2.3.4.2 Thí nghiệm tự tạo là phương tiện phát huy tính tự lực và sáng tạo của học sinh
41
2.3.4.3 Thí nghiệm tự tạo góp phần rèn luyện kỹ năng thực hành cho học sinh 42
2.3.4.4 Thí nghiệm tự tạo trong kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng kỹ xảo của học sinh 44
2.4 Quy trình tự tạo thí nghiệm và cách thức sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí 45
2.4.1 Quy trình tự tạo thí nghiệm 45
2.4.1.1 Các yêu cầu đối với việc tự tạo thí nghiệm 45
2.4.1.2 Quy trình tự tạo thí nghiệm trong dạy học vật lí 46
2.4.2 Cách thức sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí 52
2.4.2.1 Các yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm tự tạo 52
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 82.4.2.2 Cách thức sử dụng thí nghiệm tự tạo tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh
trong dạy học vật lí 53
2.5 Thực trạng dạy học phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao 58
2.5.1 Mục đích điều tra 59
2.5.2 Phương pháp điều tra 59
2.5.3 Kết quả điều tra 60
Kết luận chương 2 64
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO PHẦN “CƠ HỌC” 3.1 Đặc điểm phần “Cơ học” trong chương trình vật lí 12 nâng cao 66
3.2 Tự tạo các thí nghiệm trong phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao 70
3.2.1 Thí nghiệm sóng dừng 70
3.2.2 Thí nghiệm ghi đồ thị dao động điều hòa 80
3.2.3 Thí nghiệm bảo toàn momen động lượng 84
3.2.4 Thí nghiệm momen động lượng của vật rắn đối với trục quay 89
3.2.5 Thí nghiệm giao thoa sóng nước 91
3.2.6 Thí nghiệm khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn 95
3.2.7 Thí nghiệm momen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng đối với trục quay 100
3.2.8 Thí nghiệm hiện tượng cộng hưởng 105
3.2.9 Thí nghiệm sự phản xạ sóng 107
3.3 Tiến trình tổ chức dạy học một số kiến thức phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao với sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo 110
3.3.1 Tiến trình tổ chức dạy học bài “Phản xạ sóng Sóng dừng” 110
3.3.1.1 Tiến trình xây dựng kiến thức 110
3.3.1.2 Tiến trình dạy học kiến thức 112
3.3.2 Tiến trình tổ chức dạy học bài “Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định” 116
3.3.2.1 Tiến trình xây dựng kiến thức 116
3.3.2.2 Tiến trình dạy học kiến thức 117
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 93.3.3 Tiến trình tổ chức dạy học bài “Momen động lượng Định luật bảo toàn momen
động lượng” 122
3.3.3.1 Tiến trình xây dựng kiến thức 122
3.3.3.2 Tiến trình dạy học kiến thức (xem phụ lục) 123
Kết luận chương 3 123
CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.1 Khái quát về thực nghiệm sư phạm 125
4.2 Kết quả thực nghiệm sư phạm 131
Kết luận chương 4 146
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 148
TÀI LIỆU THAM KHẢO 151 PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1 Đơn xác nhận ………P1 PHỤ LỤC 2 Phiếu điều tra ………P5 PHỤ LỤC 3 Kết quả điều tra……… P10 PHỤ LỤC 4 Tiến trình tổ chức dạy học P14 PHỤ LỤC 5 Bảng thuyết minh của học sinh về thiết kế, chế tạo thí nghiệm P39 PHỤ LỤC 6 Đề kiểm tra P44 PHỤ LỤC 7 Một số hình ảnh thực nghiệm sư phạm P54
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 10DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Bảng thống kê các trường, GV và HS tham gia điều tra 59
Bảng 2.2 Kết quả điều tra về TBTN ở một số trường phổ thông 60
Bảng 2.3 Kết quả điều tra về phương pháp dạy học của GV 61
Bảng 2.4 Các mức độ sử dụng TN của GV trong DH 61
Bảng 2.5 Những khó khăn khi sử dụng TNTT trong DH 62
Bảng 2.6 Các mức độ sử dụng TNTT để kiểm chứng kiến thức trong DHVL 62
Bảng 3.1 Sóng dừng phụ thuộc vào chiều dài sợi dây 72
Bảng 3.2 Sóng dừng phụ thuộc vào lực căng của sợi dây 73
Bảng 3.3 Sóng dừng phụ thuộc vào tần số 73
Bảng 3.4 Sóng dừng phụ thuộc vào chiều dài sợi dây (bộ rung mô-tơ điện) 76
Bảng 3.5 Sóng dừng phụ thuộc tần số (bộ rung mô-tơ điện) 76
Bảng 3.6 Sóng dừng phụ thuộc vào lực căng dây (bộ rung mô-tơ điện) 77
Bảng 3.7 Giá trị biên độ và chu kì của con lắc lò xo được xác định từ TN 83
Bảng 3.8 Chu kì dao động của con lắc phụ thuộc vào chiều dài l của sợi dây 98
Bảng 3.9 Chu kì dao động của con lắc không phụ thuộc vào khối lượng m 99
Bảng 3.10 Chu kì dao động của con lắc không phụ thuộc vào góc lệch 100
Bảng 4.1 Các lớp đối chứng và thực nghiệm vòng 1 126
Bảng 4.2 Bảng thống kê sĩ số và kết quả học tập môn vật lí ở các lớp thực nghiệm và đối chứng vòng 1 127
Bảng 4.3 Các lớp đối chứng và thực nghiệm sư phạm vòng 2 127
Bảng 4.4 Bảng thống kê sĩ số và kết quả học tập môn vật lí ở các lớp thực nghiệm và đối chứng vòng 2 128
Bảng 4.5 Bảng thống kê điểm số của bài kiểm tra 15 phút 134
Bảng 4.6 Bảng các tham số thống kê thực nghiệm sư phạm vòng 1 134
Bảng 4.7 Bảng thống kê điểm số (xi) của bài kiểm tra 15 phút lần 1 140
Bảng 4.8 Bảng thống kê điểm số (xi) của bài kiểm tra 15 phút lần 2 140
Bảng 4.9 Bảng thống kê điểm số (xi) của bài kiểm tra 45 phút 140
Bảng 4.10 Bảng thống kê điểm số (xi) của 3 bài kiểm tra 141
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 11Bảng 4.11 Bảng phân phối tần suất của 3 bài kiểm tra 141 Bảng 4.12 Bảng phân phối tần suất lũy tích của 3 bài kiểm tra 141 Bảng 4.13 Bảng tổng hợp các tham số thống kê 144
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 12DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Hình ảnh sóng dừng trên sợi dây 26
Hình 2.2 TN bảo toàn momen động lượng 37
Hình 2.3 TN về định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt 38
Hình 2.4 TN về chuyển động bằng phản lực 38
Hình 2.5 Thiết bị theo dõi tự động năng lượng mặt trời 38
Hình 2.6a.b Kết quả TN momen quán tính 40
Hình 2.7a.b TN momen quán tính (nhóm 1 thiết kế, chế tạo) 41
Hình 2.8a.b TN momen quán tính (nhóm 2 thiết kế, chế tạo) 42
Hình 2.9a.b TN sự phản xạ sóng (HS thiết kế, chế tạo) 45
Hình 2.10 Phương án tự tạo TN sóng dừng 50
Hình 2.11a.b TN sóng dừng 51
Hình 2.12 Sóng dừng phụ thuộc vào chiều dài của sợi dây 51
Hình 2.13 Sóng dừng phụ thuộc vào lực căng dây của sợi dây 52
Hình 2.14 Sóng dừng phụ thuộc vào tần số 52
Hình 2.15a.b TN bảo toàn momen động lượng (khung quay quanh trục) 54
Hình 2.16a.b TN ghi đồ thị dao động điều hòa của con lắc lò xo 56
Hình 2.17 HS tiến hành TN với ghế xoay 57
Hình 3.1 Bộ nguồn dao động là động cơ với vòng lệch tâm 70
Hình 3.2 Phương án tự tạo TN sóng dừng (bộ rung mô-tơ điện) 74
Hình 3.3a.b TN sóng dừng (bộ rung mô-tơ điện) 75
Hình 3.4 Sóng dừng phụ thuộc vào chiều dài của sợi dây (bộ rung mô-tơ điện) 76
Hình 3.5 Sóng dừng phụ thuộc vào tần số (bộ rung mô-tơ điện) 77
Hình 3.6 Giải thích sự tạo thành sóng dừng trên sợi dây 79
Hình 3.7 Hình dạng sóng dừng ở những thời điểm khác nhau 79
Hình 3.8a.b TN ghi đồ thị dao động điều hòa 81
Hình 3.9a.b TN ghi đồ thị dao động điều hòa của con lắc lò xo 82
Hình 3.10 Đường biểu diễn đồ thị dao động của con lắc lò xo 82
Hình 3.11 TN ghế xoay 87
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 13Hình 3.12 HS tiến hành TN với ghế xoay 87
Hình 3.13a.b Tiến hành TN với người gỗ 88
Hình 3.14 Con quay dân gian 89
Hình 3.15 TN con quay 90
Hình 3.16ab Tiến hành TN với con quay 90
Hình 3.17a.b Chuyển động của con quay 90
Hình 3.18 TN giao thoa sóng nước 91
Hình 3.19 TN giao thoa sóng nước 92
Hình 3.20a.b Hiện tượng giao thoa sóng nước 93
Hình 3.21 Hiện tượng nhiễu xạ của sóng 93
Hình 3.22 Đường truyền của hai sóng từ hai nguồn dao động S1 và S2 đến M 94
Hình 3.23 Đồng hồ đo thời gian hiện số 96
Hình 3.24a.b Sơ đồ mạch xử lí trung tâm và mạch hiển thị 97
Hình 3.25a.b Sơ đồ mạch nguồn ổn áp 5V và mạch cảm biến hồng ngoại 97
Hình 3.26 TN khảo sát chu 98
kì dao động của con lắc đơn 98
Hình 3.27 Chu kì dao động của con lắc đơn khi chiều dài của con lắc thay đổi 98
Hình 3.28 Chu kì dao động của con lắc đơn khi khối lượng m của con lắc thay đổi 99
Hình 3.29a.b TN momen quán tính 101
Hình 3.30 Sự phân bố các thanh gỗ bên trong hộp 101
Hình 3.31a.b TN momen quán tính (hai hộp tròn) 102
Hình 3.32 Hợp lực tác dụng lên hộp tròn 102
Hình 3.33 Đĩa tròn và vành tròn 103
Hình 3.34a.b TN momen quán tính (đĩa tròn, vành tròn) 104
Hình 3.35 TN hiện tượng cộng hưởng 106
Hình 3.36a.b Hiện tượng cộng hưởng của con lắc đơn 106
Hình 3.37a.b TN sự phản xạ sóng 107
Hình 3.38a.b TNTT sự phản xạ sóng 108
Hình 3.39 Sự phản xạ sóng 109
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 14DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1 Các giai đoạn của DH GQVĐ 30
Sơ đồ 2.2 Mô tả quá trình đồng hóa điều ứng 33
Sơ đồ 2.3 Quy trình tự tạo thí nghiệm 49
Sơ đồ 2.4 Cách thức sử dụng TNTT tổ chức HĐNT cho HS trong DHVL 58
Sơ đồ 3.1 Cấu trúc nội dung phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao 66
Sơ đồ 3.2 Cấu trúc logic các kiến thức của chương“Động lực học vật rắn” 68
Sơ đồ 3.3 Cấu trúc logic các kiến thức của chương “Dao động cơ” 68
Sơ đồ 3.4 Cấu trúc logic các kiến thức của chương “Sóng cơ” 69
Sơ đồ 3.5 Các nội dung kiến thức có thể minh họa bằng TNTT 69
Sơ đồ 3.6 Tiến trình tổ chức HĐNT cho HS khi DH bài “Phản xạ sóng Sóng dừng” .112
Sơ đồ 3.7 Tiến trình tổ chức HĐNT cho HS khi DH bài “Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định” 117
Sơ đồ 3.8 Tiến trình tổ chức HĐNT cho HS khi DH bài “Momen động lượng Định luật bảo toàn momen động lượng” 123
Biểu đồ 4.1 Biểu đồ phân phối tần suất của 3 bài kiểm tra 141
Đồ thị 4.1 Đồ thị phân phối tần suất của 3 bài kiểm tra 141
Biểu đồ 4.2 Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích của 3 bài kiểm tra 142
.142
Đồ thị 4.2 Đồ thị phân phối tần suất lũy tích của 3 bài kiểm tra 142
Demo Version - Select.Pdf SDK
Trang 151 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, điều đó đã 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” [62] Vấn đề đổi mới PPDH,
tiếp tục được quán triệt trong Chiến lược phát triển Giáo dục giai đoạn từ năm
2001 - 2010, tại mục 5.2 đã ghi rõ: “Đổi mới và hiện đại hóa phương pháp giáo
dục Chuyển từ việc truyền thụ tri thức thụ động, thầy giảng, trò ghi sang hướng dẫn người học chủ động tư duy trong quá trình tiếp thu tri thức; dạy cho người học phương pháp tự học, tự thu nhận thông tin một cách có hệ thống và có tư duy phân tích, tổng hợp; phát triển năng lực cho mỗi cá nhân; tăng cường tính chủ động, tính
tự chủ của HS, sinh viên trong quá trình học tập…”[6]
Thực trạng DHVL ở các trường phổ hiện nay cho thấy, việc dạy học vật lí 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 đến việc 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
Demo Version - Select.Pdf SDK