Xây dựng và sử dụng thí nghiệm ảo phần dao động cơ vật lý 12 bằng phần mềm macromedia flash nhằm nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh

Trong chương trình Vật lí lớp 12 thì chương Dao động cơ có nhiều hiện tượng Vật lí phức tạp, thậm chí khó thực hiện trong điều kiện thực tế, các thí nghiệm đòi hỏi phải sử dụng những dụn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN HUY THÁI

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO

PHẦN DAO ĐỘNG CƠ, VẬT LÍ 12 BẰNG PHẦN MỀM MACROMEDIA FLASH NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC

THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI – 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN HUY THÁI

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO

PHẦN DAO ĐỘNG CƠ, VẬT LÍ 12 BẰNG PHẦN MỀM MACROMEDIA FLASH NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC

THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LI CHUYÊN NGÀNH: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

i

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới:

Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc Gia Hà Nội, các Khoa và các phòng chức năng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn

Thầy giáo hướng dẫn: TS Phạm Kim Chung đã tận tình chỉ dẫn, giúp

đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Toàn thể gia đình và anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016

Tác giả

ii

DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

CNTT Công nghệ thông tin

CSVC Cơ sở vật chất

DHVL Dạy học Vật lí

ĐHQGHN Đại học Quốc gia Hà Nội

GD&ĐT Giáo dục và Đào tạo

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu 4

5 Vấn đề nghiên cứu 4

6 Giả thuyết khoa học 4

7 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 5

8 Đóng góp mới của đề tài 5

9 Phương pháp nghiên cứu 5

10 Cấu trúc của luận văn 6

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7

1.1 Thí nghiệm Vật lí và vai trò trong dạy học ở trường phổ thông 7

1.1.1 Thí nghiệm Vật lí và đặc điểm của thí nghiệm Vật lí 7

1.1.2 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT 8

1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông 17

1.1.4 Một số yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lí trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực của học sinh THPT 18

1.1.5 Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm 19

1.2 Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học Vật lí 20

1.2.1 Khái niệm kĩ năng 20

1.2.2 Sự hình thành và phát triển kĩ năng 20

1.2.3 Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh trong dạy học Vật lí ở trường THPT 22

1.2.4 Các cấp độ phát triển kĩ năng thí nghiệm của học sinh 26

1.2.5 Các giai đoạn phát triển kĩ năng 29

1.3 Năng lực thực nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường THPT 31

iv

1.3.1 Khái niệm về năng lực thực nghiệm: 31

1.3.2 Cấu trúc của năng lực thực nghiệm 32

1.3.3 Năng lực chuyên biệt môn Vật lí 33

1.3.4 Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm Vật lí cho học sinh 35

1.4 Vai trò của thí nghiệm thực hành trong rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí ở trường THPT 39

1.4.1 Thí nghiệm thực hành Vật lí 39

1.4.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí ở trường THPT 40

1.5 Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí 43

1.5.1 Khái niệm phần mềm dạy học 43

1.5.2 Những yêu cầu chung đối với phần mềm dạy học 44

1.5.3 Phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí 47

1.6 Thực trạng của việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí ở trường THPT 49

1.6.1 Mục đích tìm hiểu 49

1.6.2 Nội dung tìm hiểu 50

1.6.3 Phương pháp tìm hiểu 50

1.6.4 Kết quả tìm hiểu 50

1.7 Kết luận chương 1 53

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ẢO HỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍ CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VẬT LÍ 12, BAN CƠ BẢN THPT 54

2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học bài thí nghiệm thực hành Chương Dao động cơ 54

2.1.1 Vị trí của bài thí nghiệm thực hành trong chương Dao động cơ 54

2.1.2 Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành Chương Dao động cơ 55

2.1.3 Nội dung bài thực hành: “Khảo sát các định luật thực nghiệm của 56 2.1.4 Những khó khăn khi làm bài thí nghiệm thực hành Chương Dao động

v

cơ 65

2.2 Đề xuất các giải pháp xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dao động cơ 66

2.2.1 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình tự học, tự nghiên cứu ở nhà của học sinh (Hỗ trợ tìm kiếm và trao đổi thông tin) 67

2.2.2 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo (Hỗ trợ thực hiện Quy trình) 67

2.2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình kiếm tra, đánh giá 68

2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực 69

2.3.1 Ý tưởng xây dựng phần mềm 69

2.3.2 Xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo bằng Macromedia 70

2.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dao động cơ 74

2.4.1 Các bước tổ chức thí nghiệm thực hành với sự hỗ trợ của thí nghiệm Vật lí ảo 74

2.4.2 Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Khảo sát thực 78

2.5 Kết luận chương 2 82

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 83

3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 83

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 83

3.1.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 83

3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 84

3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 84

3.2.2 Phương thức tổ chức quá trình thực nghiệm sư phạm 84

3.3 Kết quả thực nghiệm sư phạm 88

3.3.1 Phân tích định tính 88

3.3.2 Phân tích kết quả định lượng 91

vi

3.4 Hiệu quả của biện pháp đề tài đã đề xuất 94

3.5 Kết luận chương 3 96

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 97

1 Kết luận 97

2 Khuyến nghị 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

PHỤ LỤC 100

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho học sinh

THPT trong dạy học Vật lí 23

Bảng 1.2 Các cấp độ mục tiêu nhận thức 27

Bảng 1.3 Các cấp độ mục tiêu kĩ năng tâm vận 27

Bảng 1.4 Thang đánh giá sự thực hiện (PRS.) 28

Bảng 1.5 Các cấp độ mục tiêu kĩ năng thí nghiệm của học sinh trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông 29

Bảng 1.6 Thống kê kết quả phiếu khảo sát ở học sinh THPT Phổ Yên 51

Bảng 3.1 - Bảng thống kê điểm số 91

Bảng 3.2 - Bảng thống kê số học sinh đạt từ điểm x i trở xuống (Bảng tần suất luỹ tích hội tụ lùi) 90

Bảng 3.3 - Các tham số thống kê 92

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo V.G Razumôpxki 9

Hình 2.1 Bộ thiết bị thí nghiệm 58

Hình 2.2: Đồng hồ đo thời gian hiện số, cổng quang điện và sơ đồ nguyên lý cổng quang điện dùng nghiên cứu chuyển động của con lắc đơn 59

Hình 2.3 Đồng hồ đo thời gian hiện số 63

Hình 2.4: Câu hỏi trắc nghiệm liên quan đến bài thí nghiệm thực hành 71

Hình 2.5: Bảng lựa chọn dụng cụ thí nghiệm trong phần mềm 72

Hình 2.6: Thực hiện thí nghiệm trong phần mềm 74

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ kết hợp thí nghiệm ảo và thí nghiệm thật trong thực hành thí nghiệm Vật lí phổ thông 75

Hình 3.1 Đồ thị các đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi 92

Môn Vật lí là môn học không thể thiếu các bài thí nghiệm, đặc biệt là các bài thí nghiệm thực hành của học sinh, bởi Vật lí cũng như một số môn học khác, là một môn khoa học thực nghiệm Việc nắm vững mục đích, cơ sở lý thuyết liên quan đến các thí nghiệm, các kĩ năng lắp ráp cũng như các thao tác khi tiến hành thí nghiệm có ý nghĩa rất lớn Nó góp phần quan trọng trong quá trình tổ chức các hoạt động nhận thức tích cực và tự lực của học sinh Đồng thời, thí nghiệm Vật lí còn tạo ra và nâng cao hứng thú học tập cho học sinh, tạo cho học sinh niềm tin khoa học bằng những kiến thức đã thu nhận được trong quá trình học

Trong những năm trở lại đây, phòng thí nghiệm ở các trường phổ thông

đã được trang bị một cách khá đầy đủ về số lượng thiết bị thí nghiệm, nhưng vẫn còn nhiều khó khăn cần phải khắc phục, như nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa đảm bảo yêu cầu, cán bộ quản lý thí nghiệm thì không chuyên nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp còn nhiều khó khăn Đồng thời, mỗi tiết học chỉ diễn ra trong thời gian 45 phút, không đủ để thực hiện hoàn chỉnh một bài thực hành Vật lí, gây trở ngại cho cả thày và trò Trong mỗi giờ thực hành Vật lí, thời gian chủ yếu dành cho thao tác giới thiệu và lắp ráp

2

thiết bị nên thời gian để đo đạc và xử lý kết quả còn lại rất ít Muốn có nhiều thời gian hơn, người thày phải dành thời gian để chuẩn bị trước cho bài thực hành trước khi lên lớp Để làm được điều này thì các bài thực hành Vật lí cần được bố trí trong các phòng chuyên môn riêng biệt để mỗi khi có tiết thí nghiệm thực hành, học sinh chỉ cần lên phòng học chuyên môn và tiến hành các thao tác đo đạc, tính toán Tuy nhiên, hiện nay có rất ít các trường phổ thông được trang bị phòng học chuyên môn nên giáo viên vẫn phải mang các thiết bị, đồ dùng thí nghiệm lên lớp học để hướng dẫn cũng như cho học sinh làm thí nghiệm thực hành Điều này dẫn đến thiết bị thí nghiệm có thể bị hỏng hóc, bị lỗi trong quá trình vận chuyển, khiến cho chất lượng quá trình dạy và học còn nhiều hạn chế Nhiều khi do phân phối chương trình, có nhiều lớp cùng tiến hành bài thực hành, mà số lượng bộ dụng cụ có hạn, nên phải lùi thời gian thực hành lại, dẫn tới hiệu quả giảng dạy giảm sút Một lý do nữa là, bài thực hành được chia làm 2 tiết, tiết 1 nêu ra cơ sở lý thuyết, giới thiệu dụng cụ, các phương án, các bước thực hành; tiết 2 sẽ cho học sinh thực hành, thu thập số liệu, xử lý số liệu Tiết 1 chỉ có giới thiệu dụng cụ thí nghiệm và học sinh chỉ quan sát thí nghiệm thì không thể hiểu phương án thí nghiệm, cũng như nắm vững các bước tiến hành thí nghiệm Điều đó sẽ dẫn tới khi làm thí nghiệm thực hành, học sinh có thể thu được các số liệu xa rời thực tế Hiện nay, việc ứng dụng CNTT đã góp phần khắc phục những khó khăn cho giáo viên khi lên lớp, nâng cao hứng thú học tập cho học sinh khi làm bài thực hành Đồng thời CNTT cũng làm phong phú thêm các bài thí nghiệm thực hành, thí nghiệm biểu diễn, tạo điều kiện cho học sinh tiếp cận với công nghệ hiện đại, với nhiều loại hình thí nghiệm, loại hình kiểm tra trực tiếp trên máy tính từ đó nâng cao chất lượng giảng dạy của giáo viên cũng như việc học tập của học sinh

Có rất nhiều phần mềm tin học được sử dụng trong quá trình dạy học, trong đó phần mềm Macromedia Flash là phần mềm có khả năng lập trình đa phương tiện, có khả năng xử lý hình ảnh cũng như video rất tốt Nó có khả

3

năng chạy tốt trên cả máy tính cá nhân và mạng Internet nên được sử dụng ngày càng nhiều để phát triển các phần mềm dạy học Có thể dùng phần mềm

Macromedia Flash để lập trình thí nghiệm ảo dựa trên các thí nghiệm thực sẽ

góp phần giải quyết các khó khăn và nâng cao được chất lượng dạy học Vật lí hiện nay

Trong chương trình Vật lí lớp 12 thì chương Dao động cơ có nhiều hiện tượng Vật lí phức tạp, thậm chí khó thực hiện trong điều kiện thực tế, các thí nghiệm đòi hỏi phải sử dụng những dụng cụ đo mà học sinh chưa được rèn luyện các kĩ năng sử dụng Vì vậy, để tiến hành các thí nghiệm trong phần này, học sinh gặp phải nhiều khó khăn

Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng và

sử dụng thí nghiệm ảo phần Dao động cơ - Vật lí 12 bằng phần mềm Macromedia Flash nhằm nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh”

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ dạy học Vật lí nhằm nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh qua các bài thí nghiệm thực hành chương Dao động cơ - Vật lí 12, ban Cơ bản THPT

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về vai trò của thí nghiệm Vật lí trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh ở các trường THPT

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về thí nghiệm ảo và những yêu cầu đối với thí nghiệm ảo

- Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản THPT) đáp ứng các yêu cầu cơ bản của thí nghiệm thực hành hiện nay (đòi hỏi nâng cao tính tích cực, tự lực của học sinh trong khi chuẩn bị, tiến hành và sử dụng các thí nghiệm Vật lí phổ thông)

- Nghiên cứu việc sử dụng hiệu quả các thí nghiệm Vật lí ảo đã xây dựng trong quá trình dạy bài thực hành chương Dao động cơ

4

- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các

bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo và các tiến trình dạy học đã xây dựng

4 Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu

 Khách thể:

- Quá trình dạy và học thí nghiệm thực hành có sử dụng thí nghiệm Vật

lí ảo trong các bài của chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản THPT) của giáo viên và học sinh lớp 12 trường THPT Phổ Yên – Thị xã Phổ Yên – Thái Nguyên

5 Vấn đề nghiên cứu

Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau:

- Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản THPT) như thế nào để đáp ứng các yêu cầu cơ bản của thí nghiệm thực hành Vật lí hiện nay ?

- Việc sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trong quá trình dạy bài thực thành thí nghiệm Vật lí trong chương Dao động cơ như thế nào để có hiệu quả

và đúng mục đích ?

6 Giả thuyết khoa học

Xây dựng các phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo tương tự như thí nghiệm thật cả về hình ảnh, quy trình, thao tác thí nghiệm và thiết kế tiến trình dạy học có sự kết hợp giữa thí nghiệm Vật lí ảo và thí nghiệm thật hướng tới các mục tiêu về kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cần hình thành ở học sinh Từ đó nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí

5

7 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Về nội dung nghiên cứu:

- Sử dụng phần mềm Macromedia Flash để xây dựng thí nghiệm ảo trong bài thí nghiệm thực hành của chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản THPT)

- Sử dụng thí nghiệm ảo để dạy tiết thực hành thí nghiệm Vật lí chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản THPT)

8 Đóng góp mới của đề tài

- Về lý luận Đề tài phát triển lý luận về rèn luyện kĩ năng thí nghiệm Vật

lí cho học sinh THPT

- Về ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu có thể được vận dụng vào việc

rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh THPT môn Vật lí

9 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu lý luận về thí nghiệm

trong dạy và học Vật lí ở trường THPT; lý luận về thí nghiệm ảo, các yêu cầu đối với thí nghiệm ảo

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn (điều tra, quan sát, chuyên gia ):

+ Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học thí nghiệm thực hành trong chương Dao động cơ

+ Tham khảo các ý kiến của các chuyên gia giáo dục, chuyên gia tin học

về xây dựng và sử dụng thí nghiệm thực hành Vật lí ảo

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm:

Tiến hành dạy song song lớp thực nghiệm và lớp đối chứng Một lớp sử dụng các thiết bị thí nghiệm thật của phòng thí nghiệm và một lớp sử dụng bài thí nghiệm thực hành ảo kết hợp với thiết bị thí nghiệm thật

- Phương pháp thống kê toán học: nhằm phân tích, đánh giá kết quả

thực nghiệm sư phạm

6

10 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, nội dung bản luận văn được chia thành ba chương:

Chương 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2 Xây dựng và sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành

Vật lí chương Dao động cơ – Vật lí 12, ban Cơ bản THPT

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới [5, tr 76]

Theo một số định nghĩa thì thí nghiệm là:

- Một sự thử nghiệm trong điều kiện có thể kiểm soát được nhằm minh hoạ cho một chân lí đã biết, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học, xác định tính hiệu quả của cái gì đó mà chưa được xác nhận

- Một sự thử nghiệm hay một quá trình trong điều kiện có thể kiểm soát được nhằm kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học hay đưa ra một phát hiện mới

Thí nghiệm Vật lí có các đặc điểm sau:

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập một cách có chủ định sao cho thông qua quá trình thí nghiệm, có thể trả lời được các câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được các giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết

Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ, bao gồm đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động

- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng nào đó, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát theo như

dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần

và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc

- Đặc tính có thể lặp lại của thí nghiệm Tức là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau, khi bố trí lại hệ thống thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm thì hiện tượng, quá trình Vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như các lần thí nghiệm trước đó [7, tr 56-61]

Trong nghiên cứu khoa học nói chung, đặc biệt trong nghiên cứu vật lí thì thí nghiệm đóng vai trò hết sức quan trọng

Các định nghĩa này đề cập đến các nội dung sau:

- Mục đích của thí nghiệm (kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết, đưa

ra một phát hiện mới hay minh hoạ cho một qui luật đã biết)

- Đặc điểm của hoạt động thí nghiệm (sự thử nghiệm hay một quá trình trong điều kiện có thể kiểm soát được)

- Trong các định nghĩa trên, nội hàm đầy đủ của hoạt động gọi là thí nghiệm với tư cách là một quá trình chưa được chú ý trình bày

1.1.2 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT

1.1.2.1 Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lý luận nhận thức

Xu hướng dạy học hiện đại coi kiến thức về phương pháp hoạt động là một loại kiến thức cơ bản, quan trọng, đó là kiến thức công cụ Học tập vật lí tốt nhất là dùng chính phương pháp nhận thức của Vật lí (Phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình), tổ chức quá trình học tập của học sinh tương

tự với quá trình nghiên cứu của các nhà khoa học

Con đường nhận thức Vật lí cũng đã được nhiều nhà Vật lí chỉ ra như Newton, A.Einstein, M.Planck, M.Born V.G Razumôpxki đã khái quát

9

thành chu trình nhận thức như sau: Từ việc khái quát những sự kiện xuất phát

đi đến xây dựng mô hình trừu tượng giả định (có tính chất như một giả thuyết); từ mô hình dẫn đến việc rút ra hệ quả lý thuyết (bằng suy luận lôgíc hay suy luận toán học); Để rồi, những hệ quả lý thuyết ấy sẽ được kiểm tra bằng thực nghiệm

+ Nếu thực nghiệm phù hợp với những hệ quả trên thì mô hình giả thuyết là đúng và đó là cơ sở để giải thích thực tế

+ Nếu thực nghiệm không xác định những hệ quả lý thuyết ấy thì hoặc làm mô hình lý thuyết không phù hợp hoặc tìm ra giới hạn áp dụng cho mô hình giả thuyết

Chu trình nhận thức khoa học này được V.G Razumôpxki khái quát

bằng sơ đồ như trên hình 1.1 [5]

Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo V.G Razumôpxki [5]

Do mỗi mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một mặt của thực tế nên khi

ta mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc ta gặp những sự kiện thực nghiệm mới không thể giải thích được bằng mô hình cũ, lúc này ta phải bổ sung, chỉnh lý mô hình cũ cho phù hợp hoặc thậm chí phải bỏ đi để xây dựng một mô hình mới cho một chu trình mới của quá trình nhận thức Như vậy, chu trình nhận thức khoa học không khép kín mà được mở rộng dần dần, làm giàu thêm kiến thức khoa học và cũng nhờ đó mà con người ngày càng tiếp cận gần hơn với chân lý khách quan

Tương ứng với chu trình sáng tạo khoa học, đối với việc xây dựng một

Mô hình giả định

trừu tƣợng

Các hệ quả lôgíc

Thí nghiệm kiểm tra Những sự kiện

khởi đầu

10

kiến thức vật lí cụ thể thì tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề được mô tả như sau:"đề xuất vấn đề - suy đoán giải pháp - khảo sát lí thuyết hoặc thực nghiệm - kiểm tra, vận dụng kết quả"

- Đề xuất vấn đề: Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng

hi vọng có thể tìm tòi, xây dựng được Diễn đạt nhu cầu đó thành câu hỏi

- Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát cho phép đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được để đi tới cái cần tìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra mà nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm

- Khảo sát lí thuyết hoặc thực nghiệm: Vận hành mô hình rút ra kết luận lôgíc về cái cần tìm hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lượm dữ liệu cần thiết và xem xét, rút ra kết luận về cái cần tìm

- Kiểm tra, vận dụng kết quả: xem xét khả năng chấp nhận được của các kết quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích /tiên đoán các

sự kiện và xem xét sự phù hợp của lí thuyết và thực nghiệm Xem xét sự cách biệt giữa kết luận có được nhờ suy luận lí thuyết với kết luận có được từ các

dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung, sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khi chưa có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi xây dựng cái cần tìm

Sự xây dựng tri thức khoa học như trên không phải là công việc chỉ của riêng một nhà khoa học mà là một quá trình mang tính xã hội Nhận thức của mỗi cá nhân, thành viên xã hội, tiến triển trong sự tương tác xã hội và xung đột xã hội - nhận thức Kết quả nghiên cứu của mỗi cá nhân nhà khoa học có

sự hỗ trợ của người khác Kết quả đó được thông báo và trải qua sự tranh luận, phản bác, bảo vệ trong cộng đồng các nhà khoa học Nhờ đó kết quả

có thể khám phá ra được những kiến thức mới

Quá trình hoạt động nhận thức Vật lí thường diễn ra những hành động phổ biến sau:

- Quan sát hiện tượng Vật lí xảy ra rồi từ đó phân tích nó được thành những hiện tượng đơn giản, xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng

và tìm ra những dấu hiệu đặc trưng, bản chất của sự vật, hiện tượng

- Tìm ra những tính chất chung; mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng

- Mô hình hoá những sự kiện quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lý tưởng để sử dụng chúng làm công cụ tư duy

- Đo đạc các đại lượng Vật lí, tìm ra mối quan hệ dưới dạng hàm số giữa các đại lượng Vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học

- Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định; giải thích một hiện tượng thực tế

- Xây dựng một giả thuyết, từ giả thuyết suy ra hệ quả

- Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết (hệ quả)

- Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định luật Vật lí

- Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được Đánh giá kết quả hành động

- Tìm phương pháp chung để giải quyết một loạt các vấn đề tương tự Cuối cùng, mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác, được sắp xếp theo một trình tự xác định Ứng với mỗi thao tác trong những điều kiện

cụ thể là những phương tiện, công cụ thích hợp

12

Những thao tác phổ biến trong quá trình nhận thức Vật lí là:

- Thao tác vật chất:

+ Nhận biết bằng giác quan

+ Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, hơ nóng, làm biến dạng, cọ xát,

+ Sử dụng các dụng cụ đo

+ Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị )

+ Thu thập tài liệu, ghi nhận số liệu thực nghiệm

+ Thay đổi các điều kiện thí nghiệm, điều chỉnh

- Thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, quy nạp, diễn dịch,

Tùy thuộc vào vốn hiểu biết của con người, khối kiến thức đã có về đối tượng cần nghiên cứu mà thí nghiệm có những vai trò quan trọng khác nhau Trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, thí nghiệm có các vai trò sau:

+ Thí nghiệm là phương tiện để học sinh thu nhận tri thức Khi học sinh hoàn toàn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng như là một phương tiện để phân tích hiện thực khách quan thông qua quá trình thiết lập đối tượng nghiên cứu một cách chủ quan như: thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả quan sát và đo đạc được từ thí nghiệm để từ đó thu nhận những kiến thức đầu tiên

về đối tượng cần nghiên cứu

+ Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức mà học sinh đã thu được Trong nhiều trường hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức học sinh đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác Nhờ vậy, học sinh sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn

+ Thí nghiệm là phương tiện học sinh vận dụng những tri thức đã tiếp thu được vào thực tiễn Trong quá trình vận dụng các tri thức lý thuyết vào

13

việc thiết kế, vận dụng, học sinh sẽ gặp phải những khó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật hoặc các lý do khách quan khác Khi đó thí nghiệm được sử dụng như một phương tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn

+ Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lí Thí nghiệm Vật lí đặc biệt đóng vai trò quan trọng đối với các phương pháp nhận thức phổ biến trong nghiên cứu Vật lí, đó là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình, cụ thể như sau:

- Phương pháp thực nghiệm, là phương pháp thu thập các sự kiện trong

những điều kiện được tạo ra một cách đặc biệt (tạo ra kinh nghiệm mới, lý thuyết mới để khẳng định những mối liên hệ dự kiến sẽ có trong những điều kiện mới) đảm bảo cho sự thể hiện tích cực, chủ động của các hiện tượng, sự kiện nghiên cứu

Phương pháp thực nghiệm khoa học là một trong các phương pháp cơ bản trong nghiên cứu khoa học Song chỉ được sử dụng khi và chỉ khi đặt ra bài toán làm sáng tỏ các mối liên hệ, sự phụ thuộc, giữa các hiện tượng nghiên cứu và sự thể hiện các giả định, kiểm định các giả thuyết.Có 3 điều kiện để sử dụng phương pháp thực nghiệm khoa học:

+ Biết được chính xác những yếu tố nào ảnh hưởng đến sự nảy sinh và diễn biến của các hiện tượng nghiên cứu

+ Xác định được những nguyên nhân của các hiện tượng do vạch ra được các điều kiện ảnh hưởng

+ Lặp lại thí nghiệm nhiều lần tuỳ theo ý muốn và như vậy sẽ thu được, tích luỹ được những tài liệu định lượng mà từ đó có thể phán đoán về tính điển hình hay ngẫu nhiên của các hiện tượng nghiên cứu

Phương pháp thực nghiệm được chia ra gồm 4 giai đoạn:

1- Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời

2- Đề xuất giả thuyết

- Phương pháp mô hình, là một phương pháp khoa học để nghiên cứu

các đối tượng, các quá trình … bằng cách xây dựng các mô hình của chúng (các mô hình này bảo toàn các tính chất cơ bản được trích ra của đối tượng đang nghiên cứu) và dựa trên mô hình đó để nghiên cứu trở lại đối tượng thực Phương pháp mô hìnhgồm 4 giai đoạn:

1- Thu thập các thông tin về đối tượng gốc Ở giai đoạn này các thông tin

về đối tượng gốc thường được thu thập nhờ thí nghiệm, qua thí nghiệm có thể loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tìm ra các thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc

2- Xây dựng mô hình Căn cứ trên các thông tin thuộc tính và mối quan

hệ bản chết của đối tượng gốc, ta xây dựng nên mô hình cho đối tượng Nếu

mô hình là vật chất người ta sẽ phải tiến hành các thí nghiệm thực với nó 3- Thu thập các thông tin trên mô hình để suy ra các hệ quả lý thuyết 4- Kiểm tra lại hệ quả trên đối tượng gốc Trong giai đoạn này, thông qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được trên mô hình với những kết quả thu được trên vật gốc, kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút

ra giới hạn áp dụng của mô hình [5], [7]

1.1.2.2 Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lý luận dạy học

Theo quan điểm của lý luận dạy học, thí nghiệm có các vai trò sau:

+ Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học như: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức,

Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, thí nghiệm cung cấp một cách có hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó quy nạp, khái quát hoá, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới

Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng

cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá và vận dụng) kiến thức, kỹ năng của học sinh Những thí nghiệm loại này được tiến hành ngay ở mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập, các tiết ôn tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, trong các giờ ngoại khoá

ở lớp, ở nhà

Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của học sinh Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong quá trình thí nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích hiện tượng Vật lí hay quá trình Vật lí diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm ), học sinh sẽ chứng

tỏ những kiến thức về hiện tượng Vật lí đang đề cập, kiến thức về phương pháp và cả kỹ năng của bản thân mình

Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của học sinh, giáo viên cần có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm ở nhiều mức độ yêu cầu khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp Mức độ tự lực của học sinh trong quá trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí

và cuộc sống muôn màu muôn vẻ để tạo cho học sinh hứng thú nhận thức Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo về Vật lí của học sinh Bởi vì thí nghiệm luôn có mặt trong quá trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình Vật lí, soạn thảo khái niệm, định luật Vật lí, xây dựng các thuyết Vật lí, đề cập các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của các kiến thức đã học

+ Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập Vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

+ Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh

+ Thí nghiệm là phương tiện giúp đơn giản hoá và trực quan các kiến thức trong dạy học Vật lí

Do thí nghiệm Vật lí là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật

lí nên thông qua mối quan hệ với các quá trình thí nghiệm, học sinh sẽ được làm quen và vận dụng có ý thức các phương pháp nhận thức này Các kiến thức về phương pháp mà học sinh lĩnh hội được có ý nghĩa quan trọng, mở rộng vượt qua khỏi giới hạn môn Vật lí sang các môn học khác, lĩnh vực khác

17

1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông

Thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông được chia ra các loại thí nghiệm sau đây:

- Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên: là loại thí nghiệm do giáo viên tiến hành, học sinh là người quan sát Loại thí nghiệm này giữ vị trí hàng đầu trong hệ thống thí nghiệm Vật lí phổ thông Trong quá trình thực hiện, người giáo viên tái tạo lại các hiện tượng Vật lí qua đó giúp người học khảo sát mối liên hệ giữa các hiện tượng khi tiến hành nghiên cứu một lý thuyết nào đó Loại thí nghiệm này được giáo viên sử dụng phổ biến trong các bài giảng Với việc làm sống lại trước mắt học sinh những hiện tượng cần nghiên cứu, loại thí nghiệm này nếu được tiến hành hợp lý sẽ giúp học sinh tiếp thu kiến thức dễ dàng hơn và tiếp thu một cách có căn cứ khoa học

Căn cứ theo mục đích dạy học, thí nghiệm biểu diễn có thể được phân loại như sau:

+ Thí nghiệm mở đầu: Loại thí nghiệm này được tiến hành vào đầu giờ học nghiên cứu lý thuyết mới nhằm tạo ra tình huống có vấn đề làm nảy sinh mâu thuẫn giữa trình độ kiến thức đã có và nhu cầu hiểu biết hiện tượng mới, kích thích tính tò mò, gây hứng thú học tập cho học sinh

+ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, quá trình Vật lí: Là loại thí nghiệm được dùng để hình thành kiến thức mới, nhằm đưa ra mối quan hệ bản chất giữa các hiện tượng Vật lí Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà người ta có thể phân thành hai loại: thí nghiệm nghiên cứu khảo sát và thí nghiệm minh họa Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát được tiến hành nhằm đi đến một luận đề khái quát, một định luật hay một quy tắc trên cơ sở khái quát những kết quả rút ra

từ thực nghiệm Thí nghiệm minh họa là thí nghiệm sau khi giáo viên đã hướng dẫn học sinh đưa ra kết luận, định luật, quy tắc bằng cách suy luận lý thuyết, sau đó dùng thí nghiệm kiểm chứng lại những nhận định ấy Thí nghiệm loại này được sử dụng khi thí nghiệm nghiên cứu khảo sát khó thực hiện do phức tạp, mất nhiều thời gian, số liệu không đầy đủ, chính xác

18

+ Thí nghiệm củng cố: Được thực hiện ở cuối tiết học, có thể giúp đào sâu kiến thức cho học sinh, giúp học sinh ghi nhớ chính xác, chắc chắn bài giảng, rèn luyện kỹ năng cho học sinh Đồng thời thông qua đó giáo viên kiểm tra được mức độ tiếp thu bài giảng của học sinh

- Thí nghiệm thực tập Vật lí là loại thí nghiệm do chính học sinh thực

hiện ở mức độ độc lập, tích cực khác nhau dưới sự hướng dẫn, chỉ đạo của giáo viên Thí nghiệm thực tập về Vật lí gồm các loại sau:

+ Thí nghiệm trực diện:

Là loại thí nghiệm mà dưới sự hướng dẫn của giáo viên trong quá trình nghiên cứu tài liệu mới, mỗi học sinh tiến hành những quan điểm ngắn, những thí nghiệm mà trên cơ sở đó rút ra kết luận hoặc minh hoạ lý thuyết

+ Thí nghiệm thực hành Vật lí:

Là loại thí nghiệm được tiến hành sau khi học xong một chương, một phần của chương trình Thí nghiệm thực hành thường có nội dung có thể là định tính hay định lượng, song chủ yếu là kiểm nghiệm các định luật, các quy tắc Vật lí hoặc đo các đại lượng Vật lí

+ Thí nghiệm và quan sát Vật lí ở nhà:

Đây là hình thức thí nghiệm tổng hợp được tiến hành ngoài lớp học do học sinh độc lập tiến hành không có sự kiểm soát của giáo viên, là một dạng hoạt động tự lực của học sinh, có tính độc lập và sáng tạo cao

Tóm lại, hệ thống thí nghiệm trên đây dù thực hiện dưới hình thức nào, phương pháp nào thì thí nghiệm Vật lí cũng đóng một vai trò to lớn trong quá trình dạy và học Vật lí

1.1.4 Một số yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lí trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực của học sinh THPT

- Thí nghiệm phải trình bày quá trình xảy ra của hiện tượng Vật lí cần nghiên cứu một cách ổn định và chính xác (tức là thí nghiệm đó phải thành công ngay và xảy ra như nhau trong các điều kiện giống nhau…)

19

- Trong thí nghiệm phải cho phép (tạo điều kiện) cho người nghiên cứu (học sinh) quan sát, thu thập đầy đủ các thông tin cần thiết về quá trình, hiện tượng Vật lí cần nghiên cứu để có thể hỗ trợ việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh Giáo viên đóng vai trò là người hướng dẫn học sinh cách thu thập thông tin vì các em còn ít kinh nghiệm

1.1.5 Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm

Trong những năm trước đây, hoạt động thực hành thí nghiệm vẫn được thực hiện cách thức: Bài thực hành được chia ra thành 02 tiết theo phân phối chương trình của Bộ giáo dục, trong đó 01 tiết người học được tổ chức hướng dẫn nghiên cứu mục đích, cơ sở lý thuyết, đồng thời đưa ra phương án thí nghiệm Từ đó được hướng dẫn thực hiện các thao tác tiến hành thí nghiệm thực hành Sau đó có 01 tiết người học được trực tiếp tiến hành các thao tác thí nghiệm thực hành trên các dụng cụ thí nghiệm theo các phương án đã được đưa ra và lựa chọn trong tiết học thứ nhất Điều này gây ra không ít khó khăn cho người học vì thao tác thí nghiệm thực hành còn chưa được nhuần nhuyễn trong tiết thứ nhất nhưng phải trực tiếp tiến hành thao tác đo đạc trong tiết thứ 2, dẫn đến kết quả của quá trình thí nghiệm thực hành không đạt hiệu quả cao, đôi khi quá trình thí nghiệm thực hành còn không thành công Với lý

do đó, cần phải đổi mới cách thức tổ chức hoạt động thí nghiệm thực hành, cần phải tiến hành hoạt động này một cách có hiệu quả Vừa để người học lĩnh hội được mục đích cũng như cơ sở của hoạt động thí nghiệm thực hành, vừa để người học nắm chắc các phương pháp cũng như thao tác trong quá trình tiến hành thí nghiệm thực hành Người giáo viên lúc này chỉ đóng vai trò

là người hỗ trợ, đứng phía sau, đưa ra những gợi ý để người học tự tìm tòi, vận dụng vốn kiến thức, hiểu biết của mình để thiết kế phương án và tiến hành theo phương án đã được thống nhất và đưa ra trong tập thể Đó là xu hướng mới trong tổ chức hoạt động thí nghiệm thực hành và đang ngày càng trở nên phổ biến

20

1.2 Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học Vật lí

1.2.1 Khái niệm kĩ năng

“Kĩ năng là khả năng ứng dụng tri thức khoa học vào thực tiễn; khả năng vận dụng những kiến thức trong một lĩnh vực nào đó vào thực tế”.[10]

“Kĩ năng (và cả năng lực) là khả năng học được, rèn luyện được nhằm thực hiện hành động có kết quả được dự định trước và thường với chi phí thấp nhất về thời gian, sức lực hay cả hai” [11] Ở định nghĩa này, cả mặt

năng lực hiểu theo nghĩa của Tâm lí học lẫn mặt năng lực về thực hiện hành động đều được chú ý Quan điểm này cũng được tác giả Đặng Thành Hưng

bàn đến trong các nghiên cứu của mình Theo Đặng Thành Hưng: “Kĩ năng

chính là hình thái kép của cả hai loại năng lực: năng lực – Ability – theo nghĩa Tâm lí học và Competency - năng lực thực hiện hành động (Performance) Vì vậy, kĩ năng có bản chất tâm lí nhưng có hình thức vật chất

là hành vi hoặc hành động”

Ngoài ra, còn có một số định nghĩa khác về kĩ năng, các định nghĩa này bao hàm thêm các nghĩa như: kĩ năng có nguồn gốc cơ sở dựa trên kiến thức, được hình thành và phát triển qua huấn luyện, kinh nghiệm; thông qua nỗ lực

suy nghĩ, ví dụ như: “Kĩ năng là khả năng, năng lực để làm tốt việc gì đó,

dựa trên kiến thức, sự luyện tập và khả năng tự nhiên; là sự thành thạo và sự khéo léo trong khi thực hiện”

Các định nghĩa về kĩ năng ở trên đề cập đến khái niệm kĩ năng với các đặc điểm chung, các đặc điểm cơ bản của khái niệm, đó là tính chất hai mặt của kĩ năng, mặt năng lực hiểu theo nghĩa của Tâm lí học và mặt năng lực về thực hiện hành động Các mặt năng lực này dựa trên cơ sở là kiến thức, khả năng tự nhiên Kĩ năng được phát triển dựa trên luyện tập cả về lĩnh vực trí tuệ lẫn chân tay

1.2.2 Sự hình thành và phát triển kĩ năng

Hệ thống kĩ năng không đơn thuần là kĩ năng thực hiện các thao tác hoạt động chân tay mà còn cả kĩ năng hoạt động trí tuệ, nhờ những kĩ năng này mà sinh viên có thể áp dụng các phương pháp hoạt động trí tuệ từ đối tượng này sang đối tượng khác, nhận thức và biến đổi chúng

21

Kĩ năng có cơ sở dựa trên kiến thức, xuất phát từ cấu trúc kĩ năng: hiểu

mục đích, biết cách thức đi đến kết quả và hiểu những điều kiện để triển khai cách thức đó Để hình thành kĩ năng, cần có kiến thức làm cơ sở cho việc hiểu biết, luyện tập từng thao tác riêng rẽ cho đến khi thực hiện được một hành động theo mục đích, yêu cầu Những thao tác cụ thể cần được luyện tập nhiều lần mới quen và ghi nhớ được, khi cần thì đã biết cách thao tác chúng

Nghiên cứu về phát triển kĩ năng, quan điểm của Piaget cũng đồng nhất với quan điểm của Vưgôtxki về sự phát triển tri thức, kĩ năng Sự phát triển này diễn ra qua các giai đoạn, các giai đoạn là chung cho tất cả mọi người, điều khác biệt là ở tốc độ nhanh chóng trong sự xuất hiện của các giai đoạn, mỗi giai đoạn bắt nguồn từ giai đoạn trước sát nhập và làm biến đổi giai đoạn

đó và chuẩn bị cho giai đoạn sau Tuy các kĩ năng trong giai đoạn trước còn sót lại nhưng vai trò của nó trong tổ chức thì thay đổi

Có những kĩ năng hình thành không cần luyện tập, cần biết vận dụng hiểu biết và kĩ năng tương tự đã có thể chuyển sang thực hiện các hành động mới Đây mới là yêu cầu là biết làm (kĩ năng bậc thấp), cần luyện tập và bổ sung kiến thức để mỗi hành động được thực hiện một cách thật hoàn hảo, linh hoạt

Ban đầu, sinh viên có thể thực hiện được kĩ năng nào đó, ở mức độ tối thiểu (không thành thạo) Cùng với thời gian và nhờ sự hướng dẫn của giảng viên và giáo viên hướng dẫn thực hành, họ nắm được và thực hiện được kĩ năng mà không cần phải suy nghĩ nhiều (thành thạo)

Sự vận dụng kiến thức dễ dàng hay khó khăn tùy thuộc vào khả năng nhận dạng kiểu nhiệm vụ, bài tập, tức là tìm kiếm, phát hiện những thuộc tính

và quan hệ vốn có trong nhiệm vụ hay bài tập để thực hiện một mục đích nhất định, vì thế, sự hình thành kĩ năng trong dạy học chịu ảnh hưởng của các yếu

tố sau:

22

- Nội dung của bài tập hay nhiệm vụ đặt ra được cụ thể hóa hay bị che phủ bởi những yếu tố phụ làm chệch hướng đến sự hình thành kĩ năng Ví dụ: Phát triển kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học VL đối với SV sư phạm không phải là đặt ra nhiệm vụ tiến hành TN như thế nào, kết quả TN chính xác như thế nào?, mà nhiệm vụ đặt ra đối với SV là lựa chọn TN gì?, thực hiện với mục đích dạy học gì?, cần tổ chức dạy học với các TN như thế nào?

- Tâm thế, thói quen và năng lực tự học cũng ảnh hưởng đến sự hình thành kĩ năng Tạo tâm thế thuận lợi trong học tập cũng giúp cho sinh viên dễ dàng trong việc hình thành kĩ năng Tự học, tự điều chỉnh đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng học tập, quá trình tự học, tự điều chỉnh liên quan đến tự quan sát, tự quyết định và tự đánh giá Việc rèn luyện cho sinh viên có được phương pháp, kĩ năng, ý chí tự học, biết linh hoạt vận dụng kiến thức vào tình huống mới sẽ tạo cho họ lòng ham học, khơi dậy tiềm năng vốn có của mỗi con người, phát huy nội lực, làm cho kết quả học tập nhân lên, đồng thời sớm thích ứng với cuộc sống, lao động và cộng đồng

- Khả năng khái quát đối tượng một cách toàn thể Ví dụ quá trình sinh viên sư phạm thực hành TNVLPT, đối tượng ở đây không phải là thí nghiệm

mà là dạy học với các thí nghiệm Đòi hỏi sinh viên nhận thức tổng quát từ mục đích của thí nghiệm, lập kế hoạch thí nghiệm, đặc biệt là lập kế hoạch và triển khai bài học với các thí nghiệm

1.2.3 Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh trong dạy học Vật lí ở trường THPT

Theo cấu trúc chương trình giáo dục phổ thông, môn Vật lí, quan điểm xây dựng chương trình là coi trọng kiến thức về phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí học như phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình Yêu cầu rèn luyện cho học sinh những kĩ năng như quan sát hiện tượng Vật lí trong tự nhiên, trong đời sống hoặc trong các thí nghiệm, sử dụng được các dụng cụ đo phổ biến của Vật lí, biết lắp ráp và tiến hành các thí nghiệm Vật lí đơn giản, thu thập và xử lý thông tin thu được để rút ra kết luận, đề ra các dự

Bảng 1.1 Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho học sinh

THPT trong dạy học Vật lí

STT Kĩ năng thiết kế thí nghiệm Kĩ năng tiến hành thí nghiệm

1 Xác định mục đích thí nghiệm

2 Đề xuất phương án thí nghiệm Sử dụng dụng cụ, thiết bị thí nghiệm,

lắp ráp thí nghiệm theo sơ đồ

3 Xây dựng sơ đồ, bố trí thiết bị thí

nghiệm

Tiến hành thí nghiệm đảm bảo hiện tượng Vật lí xảy ra và quan sát được rõ ràng quá trình, hiện tượng

4

Xác định cách trình bày số liệu

bằng bảng, đồ thị dưới dạng khác

nhau để làm nổi bật dấu hiệu bản

chất, mối quan hệ có tính qui luật

Quan sát và thu thập các số liệu hay các dấu hiệu bản chất của quá trình Vật lí nghiên cứu

hiện tượng, quá trình Vật lí quan sát

được hay các số liệu thu thập được

24

Các kĩ năng cụ thể trong bảng 1.2 được mô tả chi tiết như sau:

A Nhóm kĩ năng thiết kế thí nghiệm:

A1 Kĩ năng xác định mục đích thí nghiệm

Mục đích thí nghiệm là những vấn đề khoa học cần nghiên cứu, được đặt

ra và phải được giải quyết sau khi tiến hành xong thí nghiệm Kết quả cụ thể của hoạt động này thường là hình thành nên kiến thức mới (hay ở mức sâu, rộng hơn), kĩ năng mới (hoặc trình độ kĩ năng ở bậc cao hơn), thái độ, tình cảm mới (hay sâu sắc hơn) Ngoài ra, từng bài thí nghiệm, từng giai đoạn dạy học có thể có những mục đích riêng Mục đích thí nghiệm cần phải trả lời được các câu hỏi:

+ Yêu cầu của bài thí nghiệm là làm gì (để đo, xác định hay chứng minh, giải thích,…) với đối tượng nào ?

+ Mối quan hệ giữa các hiện tượng cần nghiên cứu với các vấn đề có liên quan như thế nào ?

A2 Kĩ năng thiết kế phương án thí nghiệm

Việc thiết kế phương án thí nghiệm đi liền với việc xây dựng quy trình tiến hành thí nghiệm là xác định trình tự thao tác với các dụng cụ thí nghiệm, bao gồm:

- Quy trình lắp đặt dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ đã lập

- Quy trình thao tác sao cho có thể quan sát rõ hiện tượng, số liệu cần đo

và loại bỏ những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của thí nghiệm

Đồng thời, trong việc xây dựng các quy trình này cũng đòi hỏi nhận biết những mối nguy hiểm trong quá trình thực hiện thao tác với các dụng cụ thí nghiệm (dòng điện, tia laser, tia phóng xạ, hóa chất, nitơ lỏng…) để đảm bảo

an toàn dụng cụ thí nghiệm và con người

A3 Kĩ năng xây dựng sơ đồ, bố trí thiết bị thí nghiệm

Kĩ năng này thể hiện ở việc thực hiện các hoạt động sau:

+ Đọc và hiểu sơ đồ lý thuyết

+ Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm phù hợp

Kĩ năng này thể hiện ở sự thực hiện các hành động sau:

+ Trình bày một vấn đề (viết, nói)

+ Trình bày vấn đề bằng đồ thị, hoặc bằng biểu bảng

A5 Kĩ năng phân tích, xử lý số liệu để tìm ra dấu hiệu bản chất, mối liên

hệ có tính qui luật trong hiện tượng, quá trình nghiên cứu

Kĩ năng này thể hiện ở sự thực hiện các hành động sau:

+ Tính trung bình các đại lượng, tính sai số và làm tròn kết quả thu được

từ thí nghiệm

+ Đối chiếu, so sánh giữa kết quả thực nghiệm và lý thuyết

+ Xác định sai số; phân biệt được sai số do phương án và sai số do dụng

cụ, tìm biện pháp làm giảm sai số

+ Xử lý biểu bảng, vẽ đồ thị (nếu có), từ đồ thị biết rút ra quy luật liên hệ giữa các đại lượng và điều kiện xảy ra hiện tượng

A6 Kĩ năng vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng, quá trình Vật lí quan sát được hay các số liệu thu thập được

Kĩ năng này gồm có:

+ Viết bài báo cáo thí nghiệm hoàn chỉnh

+ Giải thích hiện tượng Vật lí nghiên cứu

B Nhóm kĩ năng tiến hành thí nghiệm

B1 Kĩ năng lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ

Thông thường các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm trong các bài thực hành được xây dựng đặt sẵn Học sinh chỉ sử dụng các dụng cụ và các thiết bị đó để tiến hành thí nghiệm Chỉ khi thay đổi điều kiện thí nghiệm, học sinh cần biết tháo lắp những bộ phận nhỏ có liên quan đến sự thay đổi điều kiện đó

26

Các thao tác tháo lắp dụng cụ thí nghiệm mà học sinh cần đạt:

+ Biết lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ

+ Tháo lắp được các bộ phận của dụng cụ khi cần thay đổi điều kiện thí nghiệm

+ Biết bố trí, sắp đặt các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm cho phù hợp về nguyên tắc lý thuyết và về vị trí không gian

B1 Kĩ năng tiến hành thí nghiệm để đảm bảo hiện tượng xảy ra và quan sát rõ quá trình, hiện tượng Vật lí cần nghiên cứu

Kĩ năng này thể hiện ở chỗ:

+ Tiến hành thí nghiệm đúng các thao tác, các bước

+ Khả năng xác định đại lượng cần đo, đa ̣i lượng phải giữ nguyên, không thay đổi trong quá trình làm thí nghiệm

+ Dự đoán kết quả thí nghiê ̣m

+ Điều chỉnh các dụng cụ và thiết bị đo trong quá trình tiến hành thí nghiệm để hiện tượng, quá trình xảy ra rõ ràng và sai số thấp

+ Xác định góc độ để quan sát toàn bộ quá trình hiện tượng Vật lí xảy ra + Phát hiện và xử lí những sự cố bất thường trong lúc tiến hành thí

nghiê ̣m (đối với những thí nghiê ̣m nguy hiểm, phức tạp)

B3 Kĩ năng quan sát và thu thập dấu hiệu bản chất của quá trình Vật lí nghiên cứu hay các số liệu thí nghiệm

Kĩ năng này thể hiện ở sự thực hiện các hành động sau:

+ Chọn mốc, chọn vật chỉ thị

+ Lựa chọn phương pháp đo, phương pháp khảo sát

+ Chọn góc độ quan sát, đọc số liệu trên dụng cụ đo

+ Quan sát và nhận xét được các biểu hiện trên dụng cụ đo

1.2.4 Các cấp độ phát triển kĩ năng thí nghiệm của học sinh

Các cấp độ mục tiêu và sự thực hiện tương ứng với các cấp độ mục tiêu được các nhà tâm lý học Bloom và Harrow đưa ra, được mô tả một cách cụ thể trong Bảng 1.2 và Bảng 1.3

27

Bảng 1.2 Các cấp độ mục tiêu nhận thức

Nhớ Mô tả, nhắc lại được sự việc, sự kiện

Thông hiểu Trình bày, giải thích được nội dung của sự kiện, tính

chất đặc trưng của sự vật, sự kiện

Vận dụng Sử dụng kiến thức, kĩ năng trong trường hợp chung

vào trường hợp riêng

Phân tích Phát hiện, phân biệt các chi tiết, bộ phận cấu thành của

thông tin hay tình huống

Tổng hợp Khái quát được trường hợp riêng lẻ để đưa ra kết luận

chung, kết hợp các bộ phận để tạo ra một dạng mới

Đánh giá Phân tích, so sánh một giải pháp (phương án, cơ cấu )

với các giải pháp khác

Bảng 1.3 Các cấp độ mục tiêu kĩ năng tâm vận

1 Bắt chước Quan sát hoạt động và cố gắng làm lại Thực hiện công

việc một cách rập khuôn, máy móc

2 Làm được

Thực hiện theo sự hướng dẫn khái quát hơn là quan sát Thực hiện công việc như hướng dẫn nhưng còn nhiều thao tác, động tác thừa

3 Làm chính xác

Độc lập thực hiện thao tác đúng, chính xác ở mức độ thành thạo mà không cần hướng dẫn, hầu như không có thao tác, động tác thừa

4 Làm biến hóa

Kết hợp nhiều thao tác theo trình tự một cách thuần thục trong hoàn cảnh mới Thực hiện công việc chuẩn xác trong các hoàn cảnh và điều kiện khác nhau

5 Làm thuần thục Thực hiện công việc với độ chính xác, tốc độ cao, một

cách tự nhiên, đòi hỏi ít sự cố gắng về thể chất và trí tuệ

28

Các thang cấp độ trên được sử dụng để đánh giá kĩ năng đơn lẻ của người học theo từng giai đoạn trong quá trình thực hành thí nghiệm Có sáu bậc đánh giá cấp độ kĩ năng thực hiện từ thấp đến cao được mô tả trong Bảng 1.4

Bảng 1.4 Thang đánh giá sự thực hiện (PRS.)

4 Thực hiện được công việc với tốc độ và chất lượng cao,

không cần sự giám sát và trợ giúp nào

5

Thực hiện được công việc với tốc độ và chất lượng cao, có sáng kiến và tính thích nghi với các tình huống, vấn đề đặc biệt

6

Thực hiện được công việc với tốc độ và chất lượng cao, có sáng kiến và tính thích nghi để có thể hướng dẫn người khác thực hiện công việc đó

Căn cứ vào các kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí, các cấp độ mục tiêu nhận thức Bloom và cấp độ mục tiêu tâm vận của Harrow và thang đánh giá sự thực hiện (PRS), các cấp độ mục tiêu kĩ năng thí nghiệm trong dạy học Vật lí được mô tả cụ thể ở bảng 1.5

Tái tạo (nhớ, hiểu): Mô tả

lại được một phương án thiết

sự trợ giúp nào

3

Sáng tạo (Phân tích, tổng

hợp, đánh giá): Cải tiến phần

lớn hoặc tự thiết kế phương

án mới phù hợp với tình

huống mới, có nhiều biến đổi

Làm thuần thục, biến hoá

Thực hiện được hành động, thao tác theo thiết kế với tốc độ và chất lượng cao, có sáng kiến và tính thích nghi với tình huống mới, có nhiều biến đổi

1.2.5 Các giai đoạn phát triển kĩ năng

Kĩ năng có cơ sở dựa trên kiến thức, xuất phát từ cấu trúc kĩ năng: hiểu

mục đích, biết cách thức đi đến kết quả và hiểu những điều kiện để triển khai cách thức đó Để hình thành kĩ năng, cần có kiến thức làm cơ sở cho việc hiểu biết, luyện tập từng thao tác riêng rẽ cho đến khi thực hiện được một hành động theo mục đích, yêu cầu Những thao tác cụ thể cần được luyện tập nhiều lần mới quen và ghi nhớ được, khi cần thì đã biết cách thao tác chúng

Có những kĩ năng hình thành không cần luyện tập, nếu biết vận dụng hiểu biết và kĩ năng tương tự đã có thể chuyển sang thực hiện các hành động

30

mới Đây mới là yêu cầu là biết làm (kĩ năng bậc thấp), cần luyện tập và bổ sung thêm kiến thức để mỗi hành động được thực hiện một cách thật hoàn hảo, linh hoạt

Ban đầu, học sinh có thể không biết thực hiện kĩ năng, chỉ hiểu ở mức

độ tối thiểu (không thành thạo) Cùng với thời gian và nhờ sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh nắm được và thực hiện hiện kĩ năng mà không cần phải suy nghĩ nhiều (thành thạo)

Những hoạt động có kế hoạch sau sẽ góp phần phát triển kĩ năng:

a Trình diễn

Trong giai đoạn đầu, học sinh có hiểu biết về kĩ năng cần rèn luyện Giáo viên cần trình diễn thật chính xác từng bước, học sinh ghi nhớ, lặp lại những gì họ nhìn thấy lần đầu Hầu hết các kĩ năng đều cần có bản hướng dẫn thực hành

b Thực hành từng bước

Đối với các quy trình, giáo viên thực hiện vài bước kĩ năng đó Sau đó học sinh làm lại những bước này một cách chính xác Người giáo viên kiểm tra tất cả các bước học sinh đã thực hiện đúng chưa rồi mới tiếp tục chuyển sang các thao tác tiếp theo Lặp lại trình tự đó cho đến khi hoàn thành quy trình Quá trình này hực hiện cho đến khi học sinh chỉ cần sử dụng bản hướng dẫn thực hành cũng có thể thực hiện đúng

c Thực hành có hướng dẫn

Học sinh làm việc độc lập hoặc làm việc thành từng nhóm dưới sự giám sát chặt chẽ của giáo viên cho đến khi có thể thực hiện thành công công việc một cách “an toàn”

31

giáo viên cần cho học sinh trình diễn lại kĩ năng đó Thực hành định kì có thể giúp học sinh thực hiện công việc như một thói quen

f Các hoạt động thực hiện dự án hoặc giải quyết vấn đề:

Sau khi học xong một nhóm kĩ năng, giáo viên cần đưa các hoạt động thực hiện dự án hoặc giải quyết vấn đề Những hoạt động này đòi hỏi học sinh phải lựa chọn những kĩ năng cần thiết, sau đó điều chỉnh hoặc áp dụng chúng theo yêu cầu Đôi khi yêu cầu học sinh thực hiện kĩ năng trong những điều kiện bất thường Những hoạt động này mô phỏng càng gần với công việc thực

tế các tốt, chúng đem lại cho học sinh lòng tự tin

1.3 Năng lực thực nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường THPT

1.3.1 Khái niệm về năng lực thực nghiệm:

Năng lực thực nghiệm được định nghĩa là “khả năng vận dụng những kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng, thái độ và hứng thú để hành động một cách phù hợp và có hiệu quả trong các tình huống đa dạng của cuộc sống”

Từ khái niệm năng lực và khái niệm thực nghiệm, có thể định nghĩa: Năng lực thực nghiệm là khả năng vận dụng phối hợp kiến thức, kỹ năng, thái

độ vào trong các điều kiện ngoại cảnh (khách quan) khác nhau để giải quyết các vấn đề thực tiễn một cách có hiệu quả nhất

Xét theo sự chuyên môn hóa, năng lực gồm có hai loại: năng lực chung

và năng lực chuyên biệt Năng lực chung là những năng lực cần thiết cho nhiều hoạt động khác nhau, năng lực chuyên biệt là những năng lực có tính chuyên môn nhằm đáp ứng nhu cầu của một lĩnh vực chuyên biệt nào đó

NLTN Vật lí là một trong những năng lực chuyên biệt của bộ môn Vật

lí NLTN Vật lí có thể hiểu là khả năng vận dụng các kiến thức, kỹ năng thực nghiệm trong lĩnh vực Vật lí cùng với thái độ tích cực để giải quyết các vấn

đề đặt ra trong thực tiễn Đó có thể là khả năng lý giải được một hiện tượng Vật lí, thực hiện thành công một TN Vật lí, hay khả năng chế tạo các dụng cụ thí nghiệm hoạt động dựa trên các nguyên tắc Vật lí để phục vụ cuộc sống