Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “dao động cơ” vật lí 12 trung học phổ thông

13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM TÍCH CỰC HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH .... 41CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ S

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN ĐĂNG THUẤN

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” VẬT LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC

NGHỆ AN - 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN ĐĂNG THUẤN

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” VẬT LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 62 14 01 11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS MAI VĂN TRINH

NGHỆ AN - 2017

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì một công trình khoa học nào khác

Tác giả

Nguyễn Đăng Thuấn

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lí – Công nghệ và Bộ môn Phương pháp dạy học Vật lí Trường Đại học Vinh, và các trường THPT - nơi tiến hành thực nghiệm đề tài Luận án

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Mai Văn Trinh đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận án

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trong Khoa Vật lí – Công nghệ Trường Đại học Vinh đã dành nhiều thời gian góp ý cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thiện Luận án

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với bố, mẹ, vợ, con, gia đình, bạn

bè, và những người đã giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án này

Tác giả

Nguyễn Đăng Thuấn

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Danh mục các chữ viết tắt iii

Mục lục iv

Danh mục các bảng, biểu, đồ thị viii

Danh mục các hình ảnh ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” 5

1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài 5

1.2 Các nghiên cứu ở trong nước 7

1.3 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM TÍCH CỰC HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH 15

2.1 Tổ chức hoạt động dạy học vật lí theo định hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 15

2.1.1 Tổ chức hoạt động dạy học 15

2.1.2 Tính tích cực và tích cực nhận thức 25

2.1.3. Tổ chức dạy học vật lí như thế nào để tích cực hóa được hoạt động nhận thức của học sinh? 27

2.2 Thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí 29

2.2.1 Khái niệm thí nghiệm kết nối máy tính 29

2.2.2 Các thành phần của thí nghiệm kết nối máy tính 30

2.2.3 Vai trò, chức năng của thí nghiệm kết nối máy tính 32

2.2.4 Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí 35

2.2.5 Các yêu cầu về thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 39

Kết luận chương 2 41

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” NHẰM TÍCH CỰC HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH 43

3.1 Khảo sát thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí nghiệm kết nối máy tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 43

3.1.1 Mục đích khảo sát 43

3.1.2 Nội dung khảo sát 43

3.1.3 Phương pháp khảo sát 44

3.1.4 Đối tượng khảo sát 45

3.1.5 Thực trạng thiết bị thí nghiệm và thí nghiệm kết nối máy tính liên quan đến chương “Dao động cơ” 46

3.1.6 Thực trạng nhận thức của giáo viên, các nhà quản lí về tầm quan trọng của TN và TNKNMT nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 48

3.1.7 Thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí nghiệm kết nối máy tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 49

3.2 Quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 55

3.3 Phân tích nội dung dạy học “Dao động cơ” và xác định những thí nghiệm kết nối máy tính cần xây dựng 59

3.4 Phân tích một số thí nghiệm kết nối máy tính hiện có liên quan đến chương “Dao động cơ” 67

3.4.1 Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính Go!Motion của hãng Vernier 67

3.4.2 Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính của hãng Fourier Education 69

3.4.3 Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính của hãng Addestation 70

3.4.4 Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính của hãng Pasco 72

3.4.5 Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính Cassy của hãng LD-Didactic 73

3.4.6 Nhận xét 74

3.5 Chế tạo thiết bị kết nối máy tính ViLabs 76

3.5.1 Đặc tả về mặt kĩ thuật 76

3.5.2 Đặc tả các tính năng 82

3.5.3 Quy trình tiến hành thí nghiệm với thiết bị kết nối máy tính ViLabs 87

3.5.4 Các thử nghiệm đánh giá ổn định kết nối và sai số của cảm biến siêu âm SRF05 với thiết bị kết nối máy tính ViLabs 87

3.5.5 Đối chiếu thiết bị ViLabs với các yêu cầu của thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 89

3.6 Xây dựng một số thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao động cơ” nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 90

3.6.1 Thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát dao động điều hòa của CLLX 90

3.6.2 Thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát dao động điều hòa của CLĐ 93

3.6.3 Thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát dao động tắt dần 96

3.6.4 Thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát cưỡng bức – cộng hưởng cơ 99

3.7 Soạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ” nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 102

3.7.1 Xác định mục tiêu dạy học chương “Dao động cơ” 102

3.7.2 Ý tưởng sư phạm 102

3.7.3 Tiến trình dạy học bài “Dao động điều hòa” (tiết 1) 109

3.7.4 Tiến trình dạy học bài “Con lắc lò xo” 113

3.7.5 Tiến trình dạy học bài “Bài tập con lắc lò xo, con lắc đơn” 117

Kết luận chương 3 119

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 122

4.1 Mục đích, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 122

4.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 122

4.1.2 Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 122

4.1.3 Thời gian, địa điểm và công tác chuẩn bị thực nghiệm sư phạm 122

4.2 Định hướng đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 124

4.2.1 Bộ tiêu chí đánh giá tính khả thi của thiết bị kết nối ViLabs 124

4.2.2 Bộ tiêu chí đánh giá tính tích cực của học sinh 124

4.2.3 Đánh giá kết quả học tập qua bài kiểm tra kiến thức cuối chương 127

4.3 Phân tích, đánh giá định tính kết quả thực nghiệm sư phạm 128

4.3.1 TNSP vòng 1 và những điều chỉnh cho TNSP vòng 2 128

4.3.2 Đánh giá định tính 131

4.4.3 Đánh giá định lượng 135

Kết luận chương 4 142

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 143

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 145

TÀI LIỆU THAM KHẢO 145

PHẦN PHỤ LỤC 155

PHỤ LỤC 1: CÁC PHIẾU KHẢO SÁT VÀ KẾT QUẢ KHẢO SÁT 1

PHỤ LỤC 2: HỆ THỐNG CÁC TIÊU CHUẨN CỦA TN TRONG DHVL 16

PHỤ LỤC 3: CÁC TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ 17

PHỤ LỤC 4: CÁC PHIẾU HỌC TẬP CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ 31

PHỤ LỤC 5: PHIẾU QUAN SÁT GIỜ DẠY 44

PHỤ LỤC 6: ĐỀ KIỂM TRA CUỐI CHƯƠNG 1 46

PHỤ LỤC 7: HÀM TÍNH CÁC THAM SỐ THỐNG KÊ 50

PHỤ LỤC 8: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM 53

DANH MỤC CÁC BẢNG – BIỂU –ĐỒ THỊ

Trang

Bảng 2.1 Bảng mô tả mẫu khảo sát thực trạng 46

Bảng 3.1 Bảng nội dung kiến thức chương dao động cơ 60

Bảng 3.2 Bảng kết quả đo sai lệch siêu âm SRF 05 88

Bảng 3.3 Bảng mô tả sơ lược các hoạt động dạy học chương “Dao động cơ” 104

Bảng 4.1 Thông tin về lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 123

Bảng 4.2 Bảng ma trận đề kiểm tra chương “Dao động cơ" 127

Bảng 4.3 Bảng thống kê các tiêu chí đánh giá tính khả thi của TBTN 131

Bảng 4.4 Bảng thống kê các tiêu chí đánh giá tính tích cực của HS 132

Bảng 4.5 Bảng phân phối tần số điểm lớp TNg và ĐC 136

Bảng 4.6 Bảng phân phối tần số tích lũy 136

Bảng 4.7 Bảng các tham số thống kê 141

Đồ thị 3.1 Đồ thị thay đổi % sai lệch theo khoảng cách đo 88

Đồ thị 4.1a Đồ thị phân phối điểm số lớp ĐC1 và lớp TNg1 137

Đồ thị 4.1b Đồ thị phân phối tần suất lũy tích ĐC1 và lớp TNg1 137

Đồ thị 4.1c Đồ thị phân phối điểm số ĐC2 và lớp TNg2 138

Đồ thị 4.1d Đồ thị phân phối tần suất lũy tích ĐC2 và lớp TNg2 138

Đồ thị 4.1e Đồ thị phân phối điểm số ĐC3 và lớp TNg3 139

Đồ thị 4.1f Đồ thị phân phối tần suất lũy tích ĐC3 và lớp TNg3 139

Đồ thị 4.1g Đồ thị phân phối điểm số ĐC4 và lớp TNg4 140

Đồ thị 4.1h Đồ thị phân phối tần suất lũy tích ĐC4 và lớp TNg4 140

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ - HÌNH ẢNH

Trang

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ TNVL với sự hỗ trợ của máy vi tính 10

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ liên hệ kiến thức giữa hai hoạt động: dạy và học 18

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ các thành tố của hoạt động dạy học 20

Sơ đồ 2.3 Sơ đồ các thành tố của quá trình tổ chức hoạt động dạy học 23

Sơ đồ 2.4: Sơ đồ các thành phần của một thí nghiệm vật lí 31

Sơ đồ 2.5: Sơ đồ các thành phần của một thí nghiệm kết nối máy tính 32

Sơ đồ 3.1: Sơ đồ mô tả quy trình xây dựng và sử dụng TNKNMT trong dạy học vật lí nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh 59

Sơ đồ 3.2 Sơ đồ kiến thức chương dao động cơ 62

Sơ đồ 3.3 Sơ đồ kết nối các cụm phần cứng 79

Sơ đồ 3.4 Sơ đồ liên hết các cụm phần mềm của hệ thống điều khiển trung tâm 81

Hình 3.1 Cảm biến Go!Motion và giao diện phần mềm Logger Pro 68

Hình 3.2 Cảm biến Distance Sensor và giao diện phần mềm MiLab 69

Hình 3.3 Cảm biến Motion Sensor và giao diện phần mềm aMixer MGA 71

Hình 3.4 Cảm biến PASPORT Motion Sensor, thiết bị kết nối 850 Universal Interface và phần mềm PASCO Capstone 73

Hình 3.5 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát dao động của con lắc lò xo với cảm biến Laser Sensor S, thiết bị kết nối Sensor-Cassy và phần mềm Cassy Lab 2 74

Hình 3.6 Hình ảnh thực tế vi mạch Raspberry Pi 3 và sản phẩm hộp điều khiển trung tâm sau khi hoàn thiện 77

Hình 3.7 Cảm biến SRF 05 và hộp cảm biến hoàn thiện 78

Hình 3.8 Bảng cơ sở dữ liệu lưu lại thông tin lúc thực hiện thí nghiệm 80

Hình 3.9 Bảng cơ sở dữ liệu lưu lại giá trị cảm biến của thí nghiệm 80

Hình 3.10 Giao diện chính của phần mềm xử lí số liệu 82

Hình 3.11 Giao diện bảng số liệu 84

Hình 3.12 Giao diện thêm cột số liệu 84

Hình 3.13 Giao diện hiển thị đồ thị mới (ở đây là đồ thị tọa độ - thời gian) 85

Hình 3.14 Giao diện thêm hàm so sánh 85

Hình 3.15 Giao diện đồ thị khi đã thêm đồ thị chuẩn để so sánh 86

Hình 3.16 Hàm chuẩn trùng với hàm li độ x sau khi chỉnh các tham số 86

Hình 3.17 Bố trí TN đánh giá sai lệch 87

Hình 3.18 Bố trí thí nghiệm con lắc lò xo 90

Hình 3.19 Đồ thị li độ con lắc lò xo 91

Hình 3.20 Đồ thị li độ CLLX với hàm so sánh (phóng to một đoạn đồ thị) 91

Hình 3.21 Đồ thị li độ - vận tốc – gia tốc của CLLX 92

Hình 3.22 Bố trí thí nghiệm con lắc đơn 93

Hình 3.23 Đồ thị li độ con lắc đơn 93

Hình 3.24 Đồ thị li độ CLĐ với hàm so sánh 94

Hình 3.25 Đồ thị li độ - vận tốc – gia tốc của CLĐ 95

Hình 3.26 Bố trí thí nghiệm dao động tắt dần chậm 96

Hình 3.27 Đồ thị li độ dao động tắt dần chậm 96

Hình 3.28 Biên độ dao động tắt dần giảm theo hàm mũ 97

Hình 3.29 Đồ thị li độ - vận tốc của dao động tắt dần chậm 97

Hình 3.30 Bố trí thí nghiệm dao động tắt dần nhanh 98

Hình 3.31 Đồ thị li độ dao động tắt dần nhanh 98

Hình 3.32 Đồ thị li độ với hàm sin chuẩn cho thấy chu kì không đổi 98

Hình 3.33 Đồ thị li độ với biên độ giảm theo hàm mũ 99

Hình 3.34 Đồ thị li độ li độ với hàm sin chuẩn cho thấy chu kì không đổi 99

Hình 3.35 Bộ tạo dao động cưỡng bức 100

Hình 3.36 Sơ đồ thí nghiệm dao động cưỡng bức 100

Hình 3.37 Đồ thị li độ dao động cưỡng bức 101

Hình 3.38 Đồ thị li độ giai đoạn tăng dần tần số đến cộng hưởng 101

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Ngày nay, sự xuất hiện của máy vi tính và internet đã làm thay đổi một cách sâu sắc, toàn diện đời sống con người Những công nghệ hiện đại như giao tiếp từ xa, lưu trữ và xử lí những dữ liệu khổng lồ, chế tạo và sử dụng các công cụ tự động đã đem lại

sự phát triển vượt bậc của xã hội loài người Chính vì thế, đòi hỏi giáo dục phải tạo ra những con người không những có kiến thức chuyên môn và các kỹ năng nền tảng, mà còn phải biết tiếp cận và sử dụng các thành tựu khoa học hiện đại

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, các tri thức vật lí là nền tảng cho sự phát triển của khoa học và công nghệ, nhất là các công nghệ hiện đại, hỗ trợ sản xuất và đời sống,

vì vậy có vai trò quan trọng trong tổng thể quá trình giáo dục, đào tạo con người mới Điều này cũng dẫn đến yêu cầu cần thiết phải cải tiến các thí nghiệm, tăng cường vai trò của thí nghiệm (TN) trong từng đơn vị của kiến thức

Với sự xuất hiện của máy vi tính, các thiết bị đo đạc cảm biến và các bộ kết nối đã

mở ra một hướng đi mới, nâng cao chất lượng của các thí nghiệm nói chung và thí nghiệm vật lí trong dạy học nói riêng Các thiết bị cảm biến cho các kết quả đo tức thời với độ chính xác cao, đồng thời thông qua các bộ kết nối và phần mềm chuyên dụng cài đặt trên máy tính, dữ liệu được xử lí ngay lập tức, cho kết quả liên tục, thể hiện rõ bản chất của hiện tượng, nhất là những hiện tượng vật lí xảy ra nhanh, khó quan sát quy luật Các bộ thí nghiệm mà số liệu thu được nhờ cảm biến, thiết bị kết nối và được xử lí dữ liệu trên máy tính như vậy được gọi là thí nghiệm kết nối máy tính (TNKNMT)

Chương “Dao động cơ” lớp 12 vật lí trung học phổ thông đề cập đến những hiện tượng gần gũi, như dao động con lắc đơn, dao động của con lắc lò xo, nhưng thường lại xảy ra rất nhanh, khó quan sát và rất khó hình dung về bản chất Việc trình bày kiến thức chương này đa phần dựa trên các lập luận toán học, dẫn đến sự khô cứng trong việc chiếm lĩnh tri thức của học sinh Vì vậy nếu đưa vào sử dụng các bộ TNKNMT, sẽ làm cho các hiện tượng được quan sát một cách dễ dàng hơn và dễ hiểu hơn về mặt bản chất, tạo hứng thú và tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh Tuy vậy, vẫn còn những câu hỏi cần giải quyết, đó là: (1) Lựa chọn bộ TNKNMT cụ thể nào? Hay, (2) cần xây

dựng các bộ TNKNMT mới? Và (3) sử dụng như thế nào trong dạy học để có thể tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học?

Vì vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao động cơ” vật lí 12 trung học phổ thông”

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao động cơ” nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Quá trình dạy học vật lí ở trường THPT

+ Các bộ TNKNMT và khả năng ứng dụng của nó trong dạy học Vật lí

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Phần “Dao động cơ” vật lí 12 THPT (ban cơ bản)

4 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao động cơ” một cách hợp lí thì sẽ tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS

- Tìm hiểu thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí nghiệm kết nối máy tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

- Xây dựng một số thí nghiệm kết nối máy tính phục vụ dạy học chương “Dao động cơ” nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

- Soạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ” với các TNKNMT đã xây dựng nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các tiến trình dạy học với TNKNMT đã soạn thảo

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu giáo dục học, tâm lí học,

lý luận dạy học, các nghiên cứu khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Xây dựng và sử dụng các phiếu khảo sát, phỏng vấn GV và HS để tìm hiểu về thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí nghiệm kết nối máy tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

+ Xây dựng một số TNKNMT phục vụ cho việc tổ chức dạy học chương “Dao động cơ” – Vật lí 12 THPT

+ Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ” với TNKNMT nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức thực nghiệm sư phạm có đối chứng

để đánh giá tính khả thi của đề tài

- Phương pháp thống kê toán học: Xử lí kết quả khảo sát thực trạng và xử lí thống

kê kết quả thực nghiệm sư phạm để kiểm định giả thuyết khoa học bằng phần mềm Microsoft Excel phiên bản năm 2013

7 Kết quả và những đóng góp của luận án

Luận án đã góp phần làm sáng tỏ cơ sở lý luận của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS

Luận án đã chỉ ra được thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí nghiệm kết nối máy tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

Luận án đã chế tạo thành công bộ thiết bị kết nối máy tính (lấy tên là ViLabs), đồng thời xây dựng được 6 TNKNMT dùng dạy học chương “Dao động cơ”

Luận án đã soạn thảo 7 tiến trình dạy học chương “Dao động cơ” với các TNKNMT đã xây dựng nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS Các tiến trình dạy học đã được thực nghiệm có đối chứng khẳng định tính khả thi và hiệu quả của chúng trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông

8 Cấu trúc luận án

Luận án gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao động cơ”

Chương 2: Cơ sở lý luận của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

Chương 3: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương

“Dao động cơ” vật lí 12 trung học phổ thông nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

Chương 4: Thực nghiệm sư phạm

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG

THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG

DẠY HỌC VẬT LÍ PHỔ THÔNG

1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, các công cụ và phương tiện hỗ trợ ngày càng hiện đại tạo sự thay đổi cực kỳ lớn trong các hoạt động kinh tế xã hội nói chung và các ngành khoa học nói riêng Đặc biệt sự ra đời của máy vi tính, kèm theo đó

là sự phát triển bùng nổ của công nghệ thông tin đã mở ra một giai đoạn phát triển mới trong lịch sử nhận loại, ở đó một số hoạt động tay chân của con người được tự động hóa bởi các công cụ Trong vật lí học và trong dạy học vật lí, các ứng dụng kỹ thuật, công nghệ thông tin được quan tâm từ rất sớm và ngày càng thể hiện vai trò quan trọng

Ở Pháp, các nghiên cứu về việc phát triển học tập với sự hỗ trợ của máy vi tính và các thiết bị công nghệ đã có từ những năm 1970 Còn ở Mỹ, từ năm 1982, các trường học đã sử dụng các phần mềm dạy học như Basic, Logo và năm 1994, Internet đã được đưa vào ứng dụng trường học Tại Anh, dự án MEP (Microeletronics Education Program – Chương trình giáo dục vi điện tử) đã được triển khai từ những năm đầu thập

kỷ 80 của thế kỷ trước Chương trình tập trung vào hai hướng chính đó là sử dụng máy

vi tính với tư cách một phương tiện hỗ trợ cho dạy học, thực hiện cá thể hóa trong dạy học và đưa tin học vào nhà trường Tại Canada, cũng từ năm 1980, tổ chức SIMEQ đã tiến hành lắp máy tính trong các trường trung học để phục vụ cho việc dạy học Tại CHLB Đức, máy vi tính được đưa vào nhà trường từ năm 1984 với tư cách là phương tiện dạy học, bước đầu thông qua các chương trình phần mềm dạy học và tiến xa hơn trong sử dụng máy tính như công cụ hỗ trợ thí nghiệm vật lí Tại Australia, năm 1984 tổ chức NSCU (National Software Condination Unit) đã cung cấp chương trình giáo dục máy vi tính cho các trường trung học với nhiều phần mềm dạy học ở nhiều môn học Tại Hàn Quốc, Nhật Bản và một số nước Đông Nam Á như Singapore, Thái Lan,

cũng đã sớm đưa ứng dụng công nghệ thông tin và máy vi tính vào trường học phổ thông

từ những năm 90 của thế kỷ trước

Vấn đề sử dụng máy vi tính và cảm biến như là công cụ hỗ trợ thí nghiệm dạy học cũng bắt đầu được thảo luận trong khoa học từ khoảng thời gian này Có thể kể đến các nghiên cứu của Smith (1963), Messick và Rapaport (1964), Cooperband (1966), Johnson (1967), Kleinmuntz và McLean (1968), Aronson & Carlsmith (1969), Stang và O'Connell (1974) Trong bài viết “The effects of computerized experimentation on response variance” của Victor Rezmovic trên tạp chí Behavior Research Methods & Instrumentation (1977), tác giả đã đề cập những lợi ích của việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm thực như không phụ thuộc vào cảm xúc và kĩ thuật đo của người làm thí nghiệm, thu được nhiều số liệu nên giảm sai số ngẫu nhiên, tạo nhiều thời gian cho người nghiên cứu suy nghĩ vì giảm bớt thời gian đo và xử lí số liệu, tăng cường tư duy nhận thức thực nghiệm (experimental realism) [88]

Bắt đầu từ những năm 80, 90 của thế kỉ 20 và nhất là những năm đầu thế kỉ 21, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy vi tính và các ngôn ngữ lập trình, các nghiên cứu ứng dụng TNKNMT vào hỗ trợ thí nghiệm cụ thể và các đánh giá tác động sư phạm xuất hiện nhiều hơn, có thể kể đến các tác giả František Schauer (1984), Ahl David H (1983), Van Staden, J C (1987) [92], Ivo Kuřitka (2003), Nhưng đáng kể nhất về mặt thiết bị là sự xuất hiện một số công ty thiết bị giáo dục chuyên về cảm biến và TNKNMT như Vernier, Pasco, Fourier, Addestation, Leybold,

Liên quan đến các TNKNMT thuộc chương “Dao động cơ”, các hãng cung cấp các bộ TNKNMT chủ yếu sử dụng cảm biến siêu âm xác định vị trí, bên cạnh đó, một

số hãng có thêm cảm biến lực, cảm biến gia tốc, cảm biến góc xoay để hỗ trợ nghiên cứu quy luật dao động của vật Ví dụ như hãng Vernier cung cấp cảm biến siêu âm Go!Motion và phần mềm Logger Pro, hãng Passco cung cấp cảm biến siêu âm PASPORT Motion Sensor và phần mềm PASCO Capstone hoặc phần mềm MatchGraph! Software, hoặc hãng Leybold với bộ Cassy, Các nghiên cứu ứng dụng các sản phẩm này vào trường hợp tổ chức hoạt động dạy học cụ thể cũng đã được triển khai ở nhiều nước, cho các kết quả khả quan trong việc góp phần tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, nâng cao chất lượng dạy học Có thể kể đến các nghiên cứu của Kah-

Chye Tan [82], Li-jun [85], Shrivastava, A K [90], Các nghiên cứu ứng dụng này đã thiết kế được các phương án sử dụng các TNKNMT sẵn có vào dạy học các kiến thức vật lí cụ thể, cả ở bậc phổ thông lẫn đại học Ví dụ, nghiên cứu của Chye Tan [82] sử dụng bộ thiết bị kết nối máy tính của hãng Addestation vào dạy học các kiến thức điện học, nhiệt học Hay nghiên cứu của Li-jun [85] sử dụng bộ thiết bị cảm biến của hãng Pasco trong nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng âm,

Liên quan đến nội dung dao động cơ, cũng có một vài nghiên cứu sử dụng TN và TNKNMT trong dạy học Có thể kể đến nghiên cứu của Van Staden, J C và các cộng

sự, nghiên cứu dạy học dao động của con lắc đơn với TNKNMT, cụ thể là đưa ra các gợi ý của việc thiết kế các TNKNMT dạy học nội dung này như phân tích video, sử dụng cảm biến của hãng Vernier [92] Hoặc nghiên cứu của Shrivastava, A K và các cộng sự, nghiên cứu sử dụng cảm biến siêu âm dùng chip P89C51RD2 để khảo sát khoảng cách trong các chuyển động vật lí (bao gồm cả dao động) [90] Hoặc nghiên cứu của Kodejška, Č và các cộng sự ở Hà Lan, nghiên cứu các giải pháp thí nghiệm kết nối máy tính với giá rẻ trong dạy học vật lí [83]

Như vậy có thể thấy, các nghiên cứu của nước ngoài đã quan tâm rất sớm đến ứng dụng của máy tính trong dạy học nói chung và ứng dụng của máy tính trong hỗ trợ thí nghiệm vật lí nói riêng Các nghiên cứu đã xây dựng và sử dụng TNKNMT trong dạy học, cả trường hợp cụ thể của dao động cơ, theo cả hướng ứng dụng các TNKNMT sẵn

có, lẫn tìm các phương án kết nối máy tính khác để dạy học vật lí được tích cực hơn và khả thi hơn trong điều kiện của các trường Tuy nhiên, chưa có các nghiên cứu cụ thể phân tích và đánh giá các thiết bị TNKNMT sẵn có, đặc biệt là không có nghiên cứu nào

đề cập đến xây dựng và sử dụng TNKNMT trong dạy học chương “Dao động cơ” ở Việt Nam nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

1.2 Các nghiên cứu ở trong nước

Tại Việt Nam, cũng từ những năm 80 của thế kỷ trước, các nhà khoa học trong đó

đi đầu là Viện khoa học giáo dục đã nghiên cứu đưa chương trình tin học vào dạy ở các trường phổ thông Đồng thời sau đó cũng xuất hiện nhiều nghiên cứu lý luận về ứng dụng của máy vi tính trong dạy học Có thể kể đến công trình “Mấy quan điểm sử dụng máy tính điện tử như là công cụ dạy học” của các tác giả Nguyễn Bá Kim – Đỗ Thị

Hồng Anh (NXB Giáo dục – 1988); công trình “Cơ sở thiết kế các phần mềm dạy học trên máy vi tính” của tác giả Lê Công Triêm (1994); công trình “Một số điểm về cơ sở

lý luận dạy học của việc sử dụng máy tính điện tử” của tác giả Nguyễn Quang Lạc – Lê Công Triêm (1992) đăng trên tạp chí nghiên cứu khoa học giáo dục; công trình “Vai trò

mô phỏng bằng máy vi tính trong việc đưa ra kiến thức mới bằng con đường lý thuyết” của tác giả Phạm Xuân Quế (1999); công trình “Máy vi tính làm phương tiện dạy học” dùng trong đào tạo cao học tại trường Đại học Vinh của tác giả Nguyễn Quang Lạc – Mai Văn Trinh (2002); công trình “Sử dụng máy vi tính trong dạy học” của tác giả Lê Công Triêm (2005); các công trình “Giáo trình tin học trong dạy học Vật lí” (2006),

“Giáo trình sử dụng máy tính trong dạy học vật lí” (2007), “Giáo trình ứng dụng công nghệ thông tin trong tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo” (2007) của tác giả Phạm Xuân Quế; Các tác giả đã kì công xây dựng cơ sở lý luận vững chắc cho việc ứng dụng máy vi tính và công nghệ thông tin trong dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng theo một số hướng sau:

+ Hướng thứ nhất là ứng dụng công nghệ thông tin trong hệ thống quản lí giáo dục, xây dựng trường học thông minh (Smart School)

+ Hướng thứ hai là ứng dụng công nghệ thông tin trong hệ thống đào tạo từ xa, xây dựng hệ thống Elearning, trường học số

+ Hướng thứ ba là phát huy chức năng đa phương tiện, tính năng giao tiếp của máy

vi tính nhằm trực quan hóa, tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, phát triển các kỹ năng tư duy bậc cao, khả năng sáng tạo, kỹ năng giải quyết vấn đề, hợp tác nhóm, tăng cường cá thể hóa trong dạy học

+ Hướng thứ tư là ứng dụng trong thu thập và xử lí số liệu thí nghiệm, hỗ trợ thí nghiệm, điều khiển thí nghiệm

Các tác giả đặc biệt xem ứng dụng công nghệ thông tin như một hướng đi mới nhằm tích cực hóa hoạt động của học sinh trong dạy học góp phần nâng cao hiệu quả dạy học Tuy nhiên các tác giả cũng chỉ ra rằng để công nghệ thông tin có thể hỗ trợ tốt quá trình giáo dục trong nhà trường, người giáo viên cần chủ động lựa chọn phương pháp, lựa chọn phần mềm, ứng dụng thích hợp cho từng mục đích giáo dục cụ thể Nhất

là trong thiết kế và thi công từng bài dạy, từng nội dung kiến thức, từng thí nghiệm, từng

quá trình vật lí cần có những phần mềm, những ứng dụng phù hợp, những phương án

sử dụng công nghệ thông tin một cách tối ưu nhằm giúp học sinh tự lực nắm được kiến thức một cách sâu sắc, tạo cho các em niềm tin, hứng thú, say mê hơn trong học tập và nghiên cứu

Đề cập đến vai trò của máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm, trong quyển “Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông” tác giả Nguyễn Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng khi đề cập đến các chức năng cơ bản của máy vi tính

đã viết: “ Máy vi tính có khả năng tính toán, xử lí cực nhanh một khối lượng vô cùng lớn các phép tính với độ chính xác cao Máy vi tính có thể biến đổi cực kì nhanh chóng, chính xác các dữ liệu đã thu thập được, cho ra các kết quả được hiển thị dưới dạng chuẩn như: biểu bảng, biểu đồ, đồ thị tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu mà các phương tiện khác không thể làm được với chất lượng và thời gian như vậy Máy vi tính

có thể ghép nối với các thiết bị nghiên cứu khác để tạo thành một hệ thiết bị mới có chất lượng cao hơn hẳn thiết bị cũ Nhờ phần mềm, thông qua máy vi tính, các thiết bị có thể được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình đặt sẵn ” Hay “ việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí là một trong các ứng dụng đặc trưng nhất trong các ứng dụng của máy vi tính vào dạy học ” Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Trần Huy Hoàng với đề tài “Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học một số kiến thức cơ học và nhiệt học trung học phổ thông” – Đại học Vinh, cũng đề cập trực tiếp đến việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm Vật

lí Theo tác giả, máy vi tính có thể hỗ trợ TNVL với nhiều ưu điểm ở các mặt sau: + Thu thập và lưu trữ số liệu: Máy vi tính có thể thu nhập và lưu trữ dữ liệu dưới nhiều dạng khác nhau, có thể ghi lại đồng thời nhiều giá trị đo và thông qua các thiết bị cảm biến kết nối, nhiều đại lượng đo phức tạp được đo một cách đơn giản và tự động + Xử lí số liệu: Ưu điểm của xử lí số liệu bằng máy vi tính là nhờ các phần mềm chuyên dụng mà số liệu được xử lí theo nhiều cách như làm trơn, nội suy, ngoại suy, lập phương trình, tính sai số,

+ Biểu diễn số liệu: Nhờ khả năng đồ họa, máy vi tính có thể biểu diễn số liệu ở nhiều dạng khác nhau như đồng hồ hiện số, đồ thị, hình ảnh véc tơ, hình ảnh khối, thậm chí cả các hình ảnh chuyển động,

Tác giả cũng đề xuất sơ đồ một TNVL với sự hỗ trợ của máy vi tính như sau:

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ TNVL với sự hỗ trợ của máy vi tính Như vậy, có thể nói từ những năm 90 của thế kỉ trước, các nghiên cứu ở Việt Nam

đã bắt nhịp với thế giới, quan tâm và nghiên cứu các ứng dụng của máy vi tính vào dạy học nói chung và vào hỗ trợ thí nghiệm vật lí trong dạy học nói riêng Các nghiên cứu cũng đã xây dựng được hệ thống cơ sở lý luận của việc sử dụng máy vi tính vào hỗ trợ dạy học cũng như hỗ trợ thí nghiệm trong dạy học vật lí

Ngay sau đó, các nghiên cứu ứng dụng cũng đã xuất hiện, ban đầu chủ yếu tập trung ứng dụng các thiết bị thí nghiệm có sẵn được cung cấp bởi các hãng nước ngoài vào dạy học Có thể kể đến các công trình thuộc nhóm này như: (1) Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Mai Văn Trinh [64], sử dụng bộ thiết bị Cassy (của hãng Leybold, Đức) hỗ trợ các thí nghiệm dạy học trong các phần “Điện học” và “Cơ học” Vật lí phổ thông; (2) Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Trần Huy Hoàng [12], sử dụng phần mềm Datastudio lấy số liệu từ các bộ cảm biến tương thích thông qua bộ giao tiếp 750 của Pasco để xây dựng 7 thí nghiệm thực ở phần cơ nhiệt chương trình vật lí phổ thông (Thí nghiệm về chuyển động thẳng đều; thí nghiệm về chuyển động thẳng biến đổi đều; thí nghiệm về chuyển động rơi tự do; thí nghiệm về định luật III Niu tơn; thí nghiệm về dao động điều hòa của con lắc lò xo; thí nghiệm về định luật bảo toàn động lượng; thí nghiệm về đinh luật Bôilơ – Mariốt); (3) Luận văn thạc sĩ của tác giả Trần Bá Trình với

đề tài “Chế tạo bộ thí nghiệm về các định luật chất khí dùng cảm biến và tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học chương chất khí ở lớp 10 THPT”, Đại học sư phạm Hà Nội (2009), sử dụng bộ thiết bị ghép nối hiện số với các thiết bị cảm biến của hãng GQY – Trung Quốc để xây dựng phương án thí nghiệm mới nghiên cứu các định luật chất khí; (4) Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Ngọc Lê Nam với đề tài “Tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học Vật lí nhờ sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính (thể hiện qua chương Dòng điện trong

Máy vi tính và phần mềm

Màn hình hiển thị

các môi trường – lớp 11 THPT chương trình nâng cao)”, Đại học Vinh (2012), cũng nghiên cứu sử dụng bộ ghép nối hiện số GQY trên để xây dựng 5 thí nghiệm thực khảo sát dòng điện (trong kim loại khi nhiệt độ thay đổi và khi nhiệt độ không thay đổi, trong chất điện phân có cực dương tan và cực dương không tan, trong chất bán dẫn); (5) Luận văn thạc sĩ của tác giả Lê Hoàng Anh Linh với đề tài “Thiết kế bộ thí nghiệm cơ học dùng cảm biến sonar và sử dụng trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” lớp

10 trung học phổ thông”, Đại học sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (2013), sử dụng bộ thí nghiệm cảm biến Go!Motion của hãng Vernier thiết kế các thí nghiệm dạy học chương các định luật bảo toàn vật lí lớp 10; Các nghiên cứu này đã bước đầu thành công trong việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính xây dựng các thí nghiệm dạy học cụ thể, thiết kế được các tiến trình dạy học với các thí nghiệm đó, sử dụng vào chương trình dạy học ở Việt Nam, đồng thời đã tìm cách tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh hoặc phát huy tính sáng tạo, khả năng làm việc nhóm của học sinh, cho các kết quả đáng ghi nhận Tuy nhiên, các nghiên cứu đa phần chưa tách riêng và nghiên cứu độc lập hướng sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học mà chỉ nghiên cứu ở dạng một trong số các ứng dụng của máy tính vào dạy học vật lí, bên cạnh các ứng dụng khác như mô phỏng, xử lí video, thí nghiệm ảo, Việc phân tích ưu, nhược điểm và phương hướng cải tiến các thí nghiệm kết nối máy tính sẵn có đó vì thế cũng không được quan tâm đúng mức

Do tính đặc thù của chương trình dạy học ở Việt Nam, đồng thời do muốn khắc phục những hạn chế của các bộ thí nghiệm kết nối máy tính sẵn có của nước ngoài, những năm gần đây đã bắt đầu xuất hiện các nghiên cứu theo hướng cải tiến hoặc chế tạo mới các thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính, nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng trong dạy học ở Việt Nam Theo hướng này, có thể kể đến luận án tiến sĩ của tác giả Cao Tiến Khoa với đề tài “Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức chương “sóng cơ” - vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh”, Đại học sư phạm Hà Nội (2014) Trong đó, tác giả Cao Tiến Khoa đã xây dựng mới thiết bị tạo sóng nước có thể thay đổi tần số từ máy tính thông qua phần mềm lập trình LabView, nhằm hỗ trợ nghiên cứu thí nghiệm giao thoa sóng cơ – vật lí 12 THPT Sản phẩm của tác giả đã đi thẳng vào hướng thí nghiệm kết

nối máy tính Tuy nhiên mới giới hạn trong nội dung phần sóng cơ Hoặc các nghiên cứu bước đầu của nhóm tác giả Phạm Xuân Quế, Nguyễn Hoàng Phương (Đại học sư phạm Hà Nội), xây dựng và sử dụng các cảm biến lực với kết nối không dây hỗ trợ dạy học chương “Động lực học”, vật lí lớp 10 [39]

Chương “Dao động cơ”, đề cập đến dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng cơ, là những hiện tượng vật lí không trực quan quy luật (dao động điều hòa), do đó rất cần những nghiên cứu giúp học sinh

dễ dàng nhận thức trực quan các quy luật Từ trước đến nay, tại các trường phổ thông, các phòng thí nghiệm được trang bị hai bộ thí nghiệm (truyền thống) là bộ thí nghiệm biểu diễn dao động con lắc lò xo – con lắc đơn – dao động cưỡng bức, và bộ thí nghiệm thực hành khảo sát các quy luật dao động của con lắc đơn Đây là các bộ thí nghiệm đơn giản, dễ thực hiện, tuy nhiên chưa thể hiện được quy luật điều hòa, đồng thời chỉ mới xác định được thông số chu kì nhờ đồng hồ đo hiện số Một số thiết bị khác được cung cấp bởi nước ngoài (Đức), dùng bút lông hoặc thiết bị đánh tia lửa điện để ghi lại đồ thị dao động Năm 2011, luận án tiến sĩ của tác giả Dương Xuân Quý với đề tài “Xây dựng

và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập theo hướng phát triển hoạt động học tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học chương “Dao động cơ” ở lớp 12 trung học phổ thông”, Đại học sư phạm Hà Nội, đã chế tạo bộ ghi nhận đồ thị dao động bằng tương tác từ, giúp học sinh nhận thức trực quan quy luật điều hòa của dao động con lắc lò xo

và con lắc đơn, sau đó tác giả Dương Xuân Quý sử dụng phần mềm Excel tạo ra một hàm chuẩn, điều chỉnh khớp với hình ảnh đồ thị ghi nhận được để phát hiện hàm quy luật dao động Phương án này có ưu điểm là do sử dụng tương tác từ nên bút ghi không chạm trực tiếp vào bảng ghi đồ thị, từ đó hạn chế ma sát, khắc phục được nhược điểm của các phương án ghi đồ thị bằng bút lông hoặc thiết bị đánh tia lửa điện trước kia Tuy nhiên, đồ thị ghi nhận có dạng “giống hàm sin/cos”, đòi hỏi sự xác nhận bằng cách chụp ảnh rồi đưa lên máy tính so sánh như của tác giả Dương Xuân Quý đòi hỏi nhiều thời gian và công sức, chưa thuận lợi cho việc sử dụng trong một tiết học Vì lẽ đó, như đã phân tích ở trên, các hãng thiết bị nước ngoài, tập trung sử dụng cảm biến siêu âm để ghi nhận tọa độ của vật dao động rồi gửi lên máy vi tính xử lí bằng phần mềm Đây là giải pháp tối ưu trong nghiên cứu đồ thị, tìm ra quy luật điều hòa của các dao động

Các nghiên cứu của các tác giả ở Việt Nam được đề cập phía trên, khi sử dụng các

bộ có sẵn của nước ngoài, dù chưa trực tiếp nghiên cứu chương “Dao động cơ”, nhưng khi mô tả các chức năng của các bộ thí nghiệm kết nối máy tính, đã đề cập đến sử dụng

bộ thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát dao động điều hòa của con lắc lò xo hoặc con lắc đơn, như nghiên cứu tác giả Lê Hoàng Anh Linh với thiết bị của hãng Vernier Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào trực tiếp nghiên cứu sử dụng ở chương “Dao động cơ”, đặc biệt là nghiên cứu ứng dụng vào tổ chức dạy học chương này, cũng như chưa có nghiên cứu nào đề cập đến vấn đề cải tiến hoặc xây dựng mới các thí nghiệm kết nối máy tính dùng dạy học chương này

1.3 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Từ những kết quả tổng hợp và phân tích ở trên, có thể nhận xét rằng, vấn đề xây dựng và sử dụng TNKNMT trong dạy học vật lí nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS đã được nhiều nhà giáo dục trong và ngoài nước quan tâm và nghiên cứu Đặc biệt được quan tâm nhiều hơn sau khi các hãng thiết bị chế tạo thành công và cung cấp các TNKNMT dùng trong dạy học, như hãng Vernier, Pasco, Fourier, Addestation, LD-Didactic, Xu hướng này bắt khởi động từ những năm 80 của thế kỉ trước, nhưng bùng

nổ ở khoảng 10 năm trở lại đây, mang lại luồng gió mới trong tổ chức dạy học nói chung

và dạy học vật lí nói riêng

Kể từ đó, các nghiên cứu liên quan đến việc xây dựng và sử dụng TNKNMT trong dạy học vật lí chia thành hai hướng:

+ Nghiên cứu sử dụng các TNKNMT đã được xây dựng sẵn vào ứng dụng trong dạy học Các nghiên cứu này chủ yếu tìm hiểu các bộ TNKNMT đã được cung cấp sẵn rồi thiết kế các tiến trình dạy học cụ thể với bộ TNKNMT đó Các nghiên cứu tuy có khác nhau ở cách thức tiếp cận và ý tưởng sử dụng trong dạy học nhưng hầu hết đều đánh giá cao khả năng tích cực hóa nhận thức của học sinh bằng TNKNMT, giúp học sinh hiểu kiến thức một cách sâu sắc, tạo cho các em niềm tin, hứng thú, say mê hơn trong học tập và nghiên cứu

+ Nghiên cứu cải tiến hoặc xây dựng mới các TNKNMT trong dạy học Các nghiên cứu ở hướng này phân tích những hạn chế của các TNKNMT sẵn có trong việc dạy học cũng như tính khả thi, để cải tiến hoặc xây dựng mới các TNKNMT phù hợp Ở Việt

Nam, đã bắt đầu có những nghiên cứu độc lập theo hướng này như nghiên cứu của tác giả Cao Tiến Khoa, nhóm tác giả Phạm Xuân Quế, Mai Hoàng Phương

Liên quan đến chương “Dao động cơ”, các hãng thiết bị cung cấp nhiều giải pháp TNKNMT khảo sát các dao động cơ, nhưng nổi bật hơn vẫn là dùng cảm biến siêu âm, như bộ Go!Motion của hãng Vernier, bộ Distance sensor của hãng Fourier, Tuy có những sự khác nhau trong thiết kế thiết bị và xử lí số liệu, nhưng nhìn chung thiết bị kết nối máy tính của các hãng đều đáp ứng được cơ bản khảo sát dao động cơ Những nghiên cứu sử dụng các bộ TNKNMT này cũng đã xuất hiện ở nước ngoài, nhưng ở Việt Nam chưa có nghiên cứu nào cụ thể

Vấn đề cải tiến thí nghiệm khảo sát các dao động cơ ở Việt Nam cũng được một

số tác giả quan tâm nghiên cứu, chủ yếu tập trung vào cải tiến phương pháp ghi đồ thị, như tác giả Dương Xuân Quý với giải pháp dùng bút từ Tuy nhiên những cải tiến trên còn hạn chế Ngoài ra, chưa có một nghiên cứu nào ở Việt Nam nghiên cứu cải tiến và xây dựng mới TNKNMT trong dạy học chương “Dao động cơ”, nhất là nhằm mục đích tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh

Từ những nhận định đó, chúng tôi xác định các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu là:

 Cần phân tích rõ thêm ưu, nhược điểm của các TNKNMT trong dạy học vật lí

ở trường THPT Chỉ rõ ra các TNKNMT có vai trò như thế nào trong thực hiện các nhiệm vụ của dạy học vật lí ở trường THPT Đồng thời phân tích các TNKNMT có thể tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS như thế nào trong dạy học vật lí, chiếm lĩnh tri thức, phát triển các kĩ năng, hình thành và phát triển các năng lực

 Cần phân tích và nghiên cứu so sánh các TNKNMT sẵn có trên thị trường trong dạy học chương “Dao động cơ” Tập trung vào ưu, nhược điểm của từng thiết bị, khả năng đáp ứng yêu cầu giảng dạy ở bậc học phổ thông, chỉ ra những yếu tố cần khắc phục, phương hướng khắc phục, cải thiện hoặc cần chế tạo mới

 Cần điều tra, đánh giá cụ thể thực trạng dạy học vật lí ở trường THPT hiện nay với TNKNMT nhằm làm cơ sở cho việc nghiên cứu ứng dụng TNKNMT vào tổ chức dạy học vật lí ở trường THPT

Chương 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM TÍCH CỰC HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

2.1 Tổ chức hoạt động dạy học vật lí theo định hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

2.1.1 Tổ chức hoạt động dạy học

2.1.1.1 Hoạt động dạy học

Hoạt động dạy học là một hoạt động có từ rất sớm trong xã hội loài người Việc khúc chiết xem khái niệm hoạt động dạy học có nội hàm và ngoại diên như thế nào có nhiều điểm khác nhau giữa các trường phái nghiên cứu, và phụ thuộc vào quan điểm nghiên cứu Tuy nhiên, có thể thấy, hoạt động dạy học hiểu hoàn chỉnh phải bao gồm cả hai hoạt động tồn tại biện chứng, đó là hoạt động dạy và hoạt động học Hai hoạt động này làm lên quá trình dạy học, không thể tách rời

Bugelski lại nhấn mạnh đến vai trò của người học trong quá trình dạy học khi cho rằng: "Dạy thực ra là một chuyện "thần thoại" vì chẳng có một hành động/hoạt động nào trong hay của chính bản thân quá trình dạy cả" Ông lập luận, không ai dạy ai cái gì cả, anh ta chỉ có thể sắp xếp các điều kiện mà ở đó người học có thể học được Trong số các điều kiện được tạo ra như thế, quá trình học có diễn ra hay không là phụ thuộc phần lớn vào người học chứ không phải phụ thuộc vào người dạy hay quá trình dạy Mặc dù không đề cao vai trò của người dạy như Newcomb nhưng Bugelski vẫn cho rằng người dạy là những người "sắp xếp, tạo điều kiện thuận lợi" cho quá trình học diễn ra [78]

Brown và Atkins cho rằng "Dạy có thể là và nhìn chung là một nhiệm vụ đầy khó khăn, đòi hỏi khả năng trí tuệ, những thách thức về mặt xã hội, bao gồm tập hợp các kỹ năng có thể được hình thành, củng cố và nâng cao ở người dạy nhằm cung cấp các cơ hội, điều kiện thuận lợi cho quá trình học" [75] Do vậy, để tiến hành được một hoạt động dạy, người dạy cần phải có một sự chuẩn bị, đầu tư rất lớn không chỉ về mặt kiến thức chuyên môn mà còn chú trọng đến các kỹ năng cụ thể; có khả năng đối phó với những khó khăn; có sự cam kết về mặt xã hội

Bruner (1966) cho rằng: "Dạy là một sự nỗ lực để giúp đỡ hay tạo ra sự phát triển

ở người học" Sự phát triển ở đây bao gồm cả về thể chất lẫn tình thần; về thái độ lẫn hành vi; về kiến thức lẫn kỹ năng [77]

Bên cạnh đó, tác giả Lâm Quang Thiệp quan niệm "Dạy là việc giúp cho người học tự mình chiếm lĩnh những kiến thức, kỹ năng và hình thành hoặc thay đổi những tình cảm, thái độ" [56] Theo quan niệm này, dạy không phải là truyền thụ kiến thức một chiều, càng không phải cung cấp thông tin đơn thuần, mà chủ yếu là giúp cho người học

tự mình chiếm lĩnh kiến thức, kỹ năng, bồi dưỡng cảm xúc và hình thành thái độ Hoạt động học

Theo Brown, Bull và Pendlebury, "Học là một sự thay đổi về kiến thức, cách hiểu,

kỹ năng và thái độ thông qua quá trình nhận thức và suy nghĩ về quá trình nhận thức đó" [76] Sự thay đổi này là một quá trình hết sức phức tạp và phụ thuộc nhiều yếu tố Trong

đó, động cơ, niềm tin và nỗ lực của người học; sự khuyến khích và hỗ trợ của người dạy đóng vai trò quyết định đến mức độ thay đổi nông hay sâu của quá trình học Sự thay đổi nông ở đây có nghĩa là quá trình học chỉ dừng lại ở mức độ biết và hiểu những thông tin, sự kiện riêng lẻ Để đạt được mức độ thay đổi sâu hơn, người học cần phải có khả năng tạo ra mối liên hệ giữa kiến thức cũ và kiến thức mới và có khả năng vận dụng những kiến thức mới (hay sự thay đổi mới) đó vào những tình huống thực tiễn Ngoài

ra, để đạt được sự thay đổi sâu, người học còn cần phải được đặt trong một môi trường

mà ở đó có sự khuyến khích và hỗ trợ từ phía người dạy

Nhiều chuyên gia thì lại cho rằng "Học là một sự thay đổi trong hành vi của người học mà hành vi này có được là do việc nhận thức những thông tin, kiến thức mới và vận dụng chúng vào trong thực tiễn cuộc sống của mình" Các chuyên gia nhấn mạnh rằng,

để quá trình học diễn ra, người học cần phải tham gia một cách tích cực vào quá trình

xử lí và nhận thức thông tin Hay nói một cách ngắn gọn, học là một quá trình tư duy và hành động một cách tích cực Quá trình ở đây được hiểu là một loạt các hoạt động liên tục nhằm tạo ra những kết quả nhất định

Theo quan niệm của K Barry và L King, "Học là một quá trình thay đổi lâu dài

về mặt nhân cách, hay về dung lượng những cách ứng xử theo một khuôn mẫu sẵn có

Nó là kết quả của quá trình luyện tập, tiếp thu những kinh nghiệm lịch sử - xã hội" [72] Quá trình học chính là quá trình thu nhận kiến thức mới, và vận dụng chúng vào trong những tình huống thực tiễn, được thực tiễn cuộc sống kiểm nghiệm

Theo quan điểm tiếp cận thông tin, "Học là quá trình tự biến đổi mình và làm phong phú giá trị con người mình bằng cách thu nhận và xử lí thông tin lấy từ môi trường thông tin" Định nghĩa này hàm nghĩa rất rộng, gồm nhiều yếu tố: thu thập, ghi nhớ, tích luỹ, và xử lí thông tin (từ môi trường xung quanh), khả năng giải quyết vấn đề để tự biến đổi bản thân Học, theo định nghĩa này có cốt lõi là tự học, là quá trình phát triển nội tại bản thân người học

Còn Hiệp hội tâm lí học Mỹ (APA) cho rằng "Học có bản chất là một quá trình tích cực, nỗ lực, thống nhất từ bên trong bản thân người học nhằm thấu hiểu các thông tin và kinh nghiệm mới thông qua bộ lọc là nhận thức, tư duy và xúc cảm của cá nhân."

Từ những phân tích nêu trên, trong nghiên cứu này, chúng tôi hiểu hoạt động dạy học như sau:

Hoạt động dạy học là quá trình gồm hai hoạt động thống nhất biện chứng: Hoạt động dạy của GV và hoạt động học của HS Trong đó dưới sự tổ chức, điều khiển của

GV, người học tự giác, tích cực tự tổ chức, tự điều khiển hoạt động học tập của mình nhằm thực hiện những nhiệm vụ dạy học

Hoạt động dạy là một hoạt động đặc trưng của người GV nhằm tổ chức, điều khiển, tạo ra nhiều điều kiện và cơ hội cho quá trình học diễn ra một cách thuận lợi và đạt mục đích Hoạt động dạy không có nghĩa là người dạy rót những kiến thức sẵn có của mình vào đầu người học, mà phải tổ chức, sắp xếp các điều kiện, tạo ra các cơ hội thuận lợi

và điều khiển, kiểm soát quá trình học nhằm làm tăng thêm lượng kiến thức, kỹ năng và thay đổi thái độ, cách đánh giá hiện có của người học Kết quả cuối cùng của hoạt động

dạy là tạo điều kiện và thúc đẩy hoạt động học diễn ra trong một môi trường thuận lợi nhất Đồng thời, hoạt động dạy là tạo ra những quy trình, thao tác chỉ đạo hoạt động học nhằm hình thành ở người học các nhu cầu thường xuyên học tập, tìm tòi tri thức, rèn luyện kỹ năng, kích thích năng lực tư duy sáng tạo Hoạt động dạy định hướng cho người học trong việc tìm tòi, đào sâu kiến thức từ lượng thông tin phong phú và rộng lớn của

xã hội; hình thành thói quen tự kiểm tra, đánh giá hoạt động học của mình

Hoạt động học là một hoạt động tích cực, tự lực và sáng tạo của người học nhằm tạo ra sự thay đổi trong nhận thức, thái độ và kỹ năng trên cơ sở những kiến thức, thái

độ và kỹ năng hiện có của bản thân Hoạt động học là một quá trình thay đổi liên tục và tồn tại trong suốt cuộc đời của mỗi con người Hoạt động học chính là tạo ra sự thay đổi,

vì vậy, nếu người học không thay đổi, điều có nghĩa là chưa diễn ra hoạt động học Sự thay đổi ở đây, một mặt là sự gia tăng về kiến thức, mặt khác thể hiện người học có thái

độ tích cực hơn, đạt được những kỹ năng mới hay hoàn thiện những kỹ năng hiện có

Sự thay đổi đó có thể diễn ra ở lĩnh vực tình cảm, nhận thức hay tâm vận động Tuy nhiên, sự thay đổi về mặt nhận thức sẽ là mục tiêu cuối cùng của hoạt động học Nhờ có nhận thức, qua quá trình tích cực hoạt động, các hành vi, kỹ năng và thái độ của người học sẽ được điều chỉnh theo hướng ngày càng hoàn thiện hơn

Mối quan hệ giữa dạy và học

Dạy và học là hai hoạt động thống nhất biện chứng với nhau, là hai mặt của quá trình dạy học Tuy nhiên hai hoạt động này không đồng nhất Sự không đồng nhất đã được các nhà nghiên cứu phân tích và có thể hình dung qua sự khác nhau về lượng kiến thức trao đổi giữa GV và HS trong hoạt động dạy học, thể hiện qua sơ đồ sau:

Sơ đồ 2.0.1 Sơ đồ liên hệ kiến thức giữa hai hoạt động: dạy và học

Trong sơ đồ trên, luôn có một phần kiến thức kĩ năng người học đạt được ngoài những gì người dạy cung cấp Có hai lí do lí giải điều này: thứ nhất, nhu cầu về kiến thức của người học là vô tận và rất đa dạng trong khi nội dung chương trình học là hữu hạn Thứ hai, để thoả mãn nhu cầu học đa dạng và phong phú đó, người học không chỉ học ở trên lớp, học từ người dạy mà còn tự học, học từ nhiều nguồn thông tin khác nhau trong cuộc sống Phần kiến thức, kĩ năng mà người học có được vượt ngoài lượng kiến thức, kĩ năng người dạy cung cấp, có tác động không hề nhỏ đến hiệu quả hoạt động dạy học Nếu những kiến thức, kĩ năng thuộc phần này là những kiến thức kĩ năng đúng, phù hợp, nó sẽ kích thích quá trình học của học sinh tích cực Nhưng nếu kiến thức, kĩ năng này sai, nó cản trở quá trình nhận thức của học sinh Chính vì vậy, trong việc tổ chức hoạt động dạy học, người GV cần quan tâm đến vùng kiến thức này để tích cực hóa hoạt động của HS, nâng cao chất lượng hoạt động dạy học

2.1.1.2 Các thành tố của hoạt động dạy học

Để có thể tổ chức thành công hoạt động dạy học, cần tìm hiểu các thành tố cấu trúc nên hoạt động dạy học và mối quan hệ giữa các thành tố, từ đó mới có thể dễ dàng tổ chức, điều khiển và đem lại chất lượng giáo dục cao Theo chúng tôi, một hoạt động dạy học dù diễn ra ở hình thức hay mức độ nào cũng phải bao gồm 6 thành tố: Giáo viên (người dạy học); Học sinh (người học); Mục đích dạy học; Nội dung dạy học; Phương tiện, phương pháp và hình thức dạy học; Kết quả dạy học

Giáo viên (người dạy học), là chủ thể đóng vai trò tổ chức trong hoạt động dạy học Hay nói cụ thể hơn GV là người điều khiển, điều chỉnh, định hướng và giúp đỡ HS trong hoạt động học

Học sinh (người học), vừa là chủ thể vừa là khách thể đóng vai trò chủ động trong hoạt động dạy học Điều này có thể được hiểu là HS vừa đóng vai trò là người được giáo dục vừa đóng vai trò là chủ thể tự giáo dục Và chính vì thế mà ta có thể lí giải cho việc cùng một GV, cùng một môi trường mà kết quả dạy học lại khác nhau ở các đối tượng

HS khác nhau Cũng chính bởi đặc điểm này mà GV cần tìm cách và biết cách tích cực hóa hoạt động nhận thức của từng đối tượng HS

Mục đích dạy học là đích đến của hoạt động dạy học Ở mức độ hẹp, đó là những kiến thức, kĩ năng, thái độ của HS Còn ở mức độ rộng, đó là sự hoàn thiện dần nhân cách của HS, đáp ứng nhu cầu của xã hội

Nội dung dạy học, là hệ thống những kinh nghiệm xã hội được chọn lọc trong kho tàng kinh nghiệm của nhân loại, tạo nên nội dung hoạt động thống nhất cho GV và HS nhằm đạt được mục đích giáo dục nhất định

Phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức dạy học, là cách thức, phương tiện, hình thức hoạt động của GV và HS nhằm thực hiện những nhiệm vụ dạy học và đạt tới mục đích giáo dục đã định

Kết quả dạy học, là kết quả tổng hợp của toàn bộ hoạt động dạy học nhưng thể hiện tập trung nhất ở mức độ phát triển nhân cách của HS sau mỗi hoạt động dạy học Sáu thành tố trên không phải là các thành tố tồn tại độc lập, riêng biệt, mà tác động qua lại và quan hệ với nhau để tạo thành một chỉnh thể thống nhất Mối quan hệ giữa các thành tố dạy học này có thể hình dung bằng sơ đồ như sau:

Sơ đồ 2.0.2 Sơ đồ các thành tố của hoạt động dạy học

Trong đó, hai thành tố GV và HS là quan hệ song song tồn tại trong hoạt động dạy học Nếu chỉ có HS thì không có hoạt động dạy học mà chỉ có hoạt động tự học Nếu không có HS thì hoạt động dạy học không diễn ra Mục đích dạy học là thành tố định hướng hoạt động dạy học, từ hoạt động dạy của GV, hoạt động học của HS cho đến các thành tố nội dung, phương pháp, phương tiện, hình thức dạy học Kết quả dạy học suy

Giáo

Mục đích dạy học

PP, PT, HT dạy Nội dung dạy học

Kết quả dạy học

cho cùng cũng là kết quả của các hoạt động của GV và HS dưới sự định hướng của mục đích dạy học Tuy nhiên, ở khía cạnh nào đó, kết quả dạy học cũng tác động ngược lại đến sự thay đổi mục đích dạy học cho phù hợp với yêu cầu thực tiễn của xã hội Các thành tố nội dung dạy học, phương pháp – phương tiện – hình thức dạy học phần nhiều được lựa chọn bởi người tổ chức (GV, các nhà giáo dục), tùy vào các đối tượng HS khác nhau và tùy vào mục đích dạy học khác nhau

Với một mục đích dạy học cụ thể, sự sẵn sàng đáp ứng với chất lượng cao của bốn thành tố (giáo viên, học sinh, nội dung dạy học, phương pháp – phương tiện – hình thức dạy học) quyết định chất lượng của kết quả dạy học Muốn kết quả dạy học đạt chất lượng cao, bốn thành tố cần đáp ứng các yêu cầu sau:

+ Thành tố GV (người dạy học): Cần nắm rõ mục đích dạy học; Có kiến thức sâu

về nội dung dạy học; Có kĩ năng lựa chọn, sắp xếp nội dung phù hợp với đối tượng HS;

Có khả năng lựa chọn phương pháp, hình thức dạy học phù hợp; Có kĩ năng sử dụng phương tiện, lựa chọn phương tiện vào dạy học; Có kiến thức và kĩ năng tổ chức các hoạt động tích cực nhận thức cho HS

+ Thành tố HS (người học): Cần có kiến thức nền tảng đáp ứng các hoạt động học

do GV tổ chức; Cần có tâm thế tích cực, chủ động, tự lực chiếm lĩnh kiến thức; Cần có các kĩ năng tư duy, khả năng làm việc độc lập và làm việc nhóm tối thiểu, …

+ Thành tố nội dung dạy học: Cần phù hợp với mục đích dạy học; Có tính khoa học, logic và phù hợp với đặc điểm nhận thức của HS; Phải là kiến thức mới nhưng không được vượt quá khả năng nhận thức của HS, tức phải nằm trong vùng phát triển gần của HS

+ Thành tố phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức hoạt động dạy học: Cần phù hợp với nội dung dạy học và mục đích dạy học; Phương pháp dạy học cần tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, tăng cường các hoạt động tự lực của HS; Phương tiện dạy học phải đảm bảo sử dụng được, trực quan, hỗ trợ đắc lực cho các hoạt động dạy của GV và hoạt động học của HS; Phương tiện dạy học cần cải tiến liên tục, tiếp cận công nghệ hiện đại nhằm tăng cường hứng thú cho HS đồng thời giúp HS dễ dàng liên

hệ với các ứng dụng thực tiễn; Hình thức tổ chức dạy học cần phù hợp với mục đích, nội dung, phương tiện và điều kiện tổ chức

2.1.1.3 Tổ chức hoạt động dạy học

Tổ chức hoạt động dạy học được hiểu là hoạt động thiết kế, sắp xếp và thực hiện các hoạt động dạy học nhằm đạt được mục đích dạy học xác định Theo nghĩa đó, tổ chức hoạt động dạy học, tự bản thân cũng là một hoạt động, trong đó chủ thể hoạt động

là các GV, các nhà hoạch định chiến lược giáo dục, sử dụng các phương tiện, phương pháp, hình thức phù hợp nhằm tổ chức thành công hoạt động dạy học, giúp HS tích cực, chủ động thực hiện thành công các nhiệm vụ học tập, hoàn thiện và phát triển nhân cách, tức đạt kết quả dạy học với chất lượng cao Tổ chức hoạt động dạy học, như vậy, theo chúng tôi sẽ gồm các hoạt động cụ thể như sau:

Xác định mục đích tổ chức Cũng như nhiều hoạt động khác của con người, hoạt động dạy học là hoạt động mang tính mục đích Tùy vào mục đích khác nhau, tổ chức hoạt động dạy học có thể diễn ra rất khác nhau, nhưng không thể tồn tại một hoạt động dạy học được tổ chức mà không có mục đích rõ ràng Câu hỏi đặt ra là “Mục đích của hoạt động dạy học là gì?” Ở góc độ lý luận, mục đích của hoạt động dạy học là nhằm phát triển bản thân người học, tạo ra những con người đáp ứng mục tiêu nhất định của

xã hội Còn ở góc độ hẹp của hoạt động dạy học cụ thể, mục đích của hoạt động dạy học nhằm giúp người học chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng và hình thành thái độ tích cực cho người học Cũng chính vì vậy, mục đích của hoạt động dạy học mang tính xã hội Xác định hình thức tổ chức Mỗi mục đích giáo dục khác nhau, nội dung giáo dục khác nhau và ở những điều kiện cụ thể, cần có những hình thức tổ chức phù hợp, đạt hiệu quả Việc xác định hình thức dạy học còn tùy thuộc vào tâm sinh lí phát triển và điều kiện đáp ứng của người học Chúng ta có thể tổ chức hình thức lớp học cho bài học

lý thuyết, tổ chức hình thức học nhóm cho nội dung thực hành, hay tổ chức hình thức học ở nhà qua mạng cho các đối tượng đi làm và lớn tuổi, …

Xác định phương pháp (biện pháp) tổ chức Có hình thức tổ chức, nhưng không

có các biện pháp cụ thể thì chưa thể đảm bảo người học HĐNT hiệu quả Nếu chúng ta coi mục đích là hướng đi, hình thức tổ chức là lựa chọn phương tiện đi thì biện pháp tổ chức là các hoạt động cụ thể nhằm hiện thực hóa toàn bộ kế hoạch Nhiều nhà sư phạm rất coi trọng các biện pháp tổ chức cụ thể, và cho rằng, người tổ chức được chuẩn bị các biện pháp tổ chức tốt sẽ linh hoạt và thành công hơn trong tổ chức các HĐDH

Xác định phương tiện tổ chức Là những công cụ giúp người tổ chức thực hiện hoạt động dạy học Bao gồm rộng lớn từ chương trình, SGK, phòng học, trang thiết bị, thí nghiệm, … Các công cụ này không quyết định việc hoạt động dạy học có được diễn

ra hay không nhưng quyết định hoạt động dạy học diễn ra như thế nào, có hiệu quả không Người tổ chức cần được cung cấp hệ thống các phương tiện tổ chức, đồng thời phải có kiến thức, kĩ năng sử dụng thành thạo, hiệu quả các phương tiện này

Tiến hành tổ chức hoạt động Là thành tố của tổ chức hoạt động dạy học, tiến hành tổ chức hoạt động dạy học là giai đoạn thực làm của người tổ chức Ở đó, dựa vào

kế hoạch đã chuẩn bị (mục đích, hình thức, biện pháp, phương tiện), người tổ chức tiến hành tổ chức hoạt động dạy học Để hoạt động dạy học được tiến hành tốt, cần có một

kế hoạch tốt, nhưng, một kế hoạch chuẩn bị tốt vẫn chưa đảm bảo được quá trình tiến hành diễn ra hiệu quả Sự khác biệt giữa kế hoạch (do người tổ chức chuẩn bị) và thực

tế (người học hoạt động) luôn có thể dẫn đến tình trạng “không như kế hoạch”

Đánh giá và cải tiến hoạt động Một hoạt động dạy học luôn cần được đánh giá Quá trình đánh giá không chỉ được thực hiện bởi tổ chức độc lập mà còn được đánh giá bởi chính người tổ chức và đặc biệt, bởi chính người học Việc đánh giá như vậy giúp các hoạt động dạy học được cải tiến về chất lượng và hiệu quả cho các lần sau, đồng thời cũng là cơ hội để người tổ chức, lần người học hoàn thiện bản thân

Sơ đồ sau thể hiện các quan hệ giữa các thao tác trong tổ chức hoạt động dạy học:

Sơ đồ 2.0.3 Sơ đồ các thành tố của quá trình tổ chức hoạt động dạy học

Trong sơ đồ đó, mục đích phải được xác định đầu tiên, là mũi tên chỉ hướng, là định hướng cho các hoạt động khác Mục đích sẽ đạt được nhờ nền tảng là kế hoạch (bao gồm xác định hình thức tổ chức, các biện pháp tổ chức, các phương tiện) và được tiến hành bởi người tổ chức Quá trình đánh giá phải được thực hiện bao trùm, xuyên suốt quá trình tổ chức, tạo ra một vòng tròn cải tiến quá trình và hướng đến mục tiêu của hoạt động dạy học Mục đích của hoạt động dạy học là một mũi tên vượt ngoài vòng tròn đánh giá nhưng cũng có một phần nằm trong vòng tròn đánh giá, thể hiện việc đánh giá không loại trừ đánh giá mục đích xem có phù hợp hay không

và chủ ý của người tổ chức hoạt động dạy học

Chúng tôi thống nhất cách phân chia thành ba nhóm hình thức tổ chức dạy học như

đã được trình bày trong [24], [28], [29], [38], [54], [59], [61], [68]:

Nhóm 1: Các hình thức tổ chức hoạt động dạy học nhằm tìm tòi tri thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo bao gồm: lên lớp, xêmina, các buổi thực hành, các buổi học ở phòng thí nghiệm, thực hành học tập và thực hành sản xuất, bài tập nghiên cứu và luận văn tốt nghiệp, công tác độc lập của HS (tự học)

Nhóm 2: Các hình thức tổ chức hoạt động dạy học nhằm kiểm tra và đánh giá tri thức, kĩ năng, kĩ xảo bao gồm: kiểm tra, sát hạch, thi học kì, thi lên lớp, thi tốt nghiệp và bảo vệ luận văn tốt nghiệp

Nhóm 3: Các hình thức tổ chức hoạt động dạy học mang tính chất ngoại khóa bao gồm: các nhóm khoa học của học sinh, câu lạc bộ khoa học của học sinh, các hình thức phổ biến khoa học của học sinh, các hoạt động xã hội của học sinh và hội nghị học tập của học sinh

và phát triển nhanh hơn so với tính tích cực tự phát Vì vậy, hình thành và phát triển tính tích cực tự giác là một trong các nhiệm vụ chủ yếu của giáo dục, nhằm đào tạo những con người năng động, thích ứng và góp phần phát triển cộng đồng

Trong luận án này, chúng tôi hiểu tích cực là những biểu hiện của sự nỗ lực cá nhân (về thái độ, tình cảm, ý chí …) trong quá trình tác động đến đối tượng nhằm thu được kết quả cao nhất có thể

Tính tích cực nhận thức:

Trong các hoạt động của con người, hoạt động học tập là hoạt động đặc trưng và quan trọng nhất, giúp con người nhận thức thế giới xung quanh, lĩnh hội được những tri thức loài người đã tích luỹ được, đồng thời có thể nghiên cứu và tìm ra những tri thức mới cho khoa học Hoạt động này có thể diễn ra tự phát, nhưng phần lớn là hoạt động

tự giác và có tổ chức Tính tích cực trong các hoạt động học tập tự giác như vậy được gọi là tính tích cực nhận thức, đặc trưng ở khát vọng hiểu biết, cố gắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình chiếm lĩnh tri thức

Từ sự phân tích đó, tính tích cực nhận thức được chúng tôi hiểu là sự nỗ lực của

cá nhân trong học tập, nghiên cứu (về thái độ, tình cảm, ý chí …) làm cho nhân cách của chủ thể ngày càng phát triển và hoàn thiện

2.1.2.2 Biểu hiện của tích cực nhận thức

Trong quá trình học tập, tính tích cực của HS được bộc lộ qua rất nhiều biểu hiện

bề ngoài khác nhau Theo tác giả Thái Duy Tuyên [69], tích cực nhận thức của học sinh

có thể nhận ra nhờ các biểu hiện ở xúc cảm học tập, sự chú ý học tập, sự nỗ lực của ý chí, các hành vi và cả kết quả lĩnh hội kiến thức của học sinh, cụ thể là:

+ Xúc cảm học tập: Thể hiện ở niềm vui, sốt sắng thực hiện yêu cầu của giáo viên, hăng hái trả lời các câu hỏi của giáo viên; thích phát biểu ý kiến của mình trước vấn đề nêu ra, đặc biệt là đặt câu hỏi hoặc phản biện cho giáo viên về vấn đề học tập

+ Sự chú ý học tập: Thể hiện ở việc tập trung chú ý, lắng nghe, theo dõi mọi hành động tổ chức dạy học của giáo viên, ghi chép các nội dung dạy học đầy đủ hoặc theo ngôn ngữ riêng

+ Sự nỗ lực của ý chí: Thể hiện ở sự kiên trì, nhẫn nại, vượt khó khăn khi giải quyết nhiệm vụ học tập Kiên trì hoàn thành các bài tập, không nản lòng trước những tình huống khó khăn Có quyết tâm, có ý chí vươn lên trong học tập

+ Hành vi: Hăng hái tham gia vào mọi hình thức của hoạt động học tập; hay giơ tay phát biểu ý kiến, bổ sung các câu trả lời của bạn; ghi chép cẩn thận, đầy đủ; cử chỉ khẩn trương khi thực hiện các hành động tư duy; đóng góp những suy nghĩ, quan niệm mới, sáng tạo

+ Kết quả lĩnh hội: nhanh; đúng; tái hiện được khi cần; chủ động vận dụng được kiến thức, kỹ năng khi gặp tình huống mới để nhận thức những vấn đề mới

Ngoài những biểu hiện dễ nhận ra ở trên, còn có những biểu hiện về mặt cảm xúc khó nhận ra hơn như sự thờ ơ hay hào hứng; phớt lờ hay ngạc nhiên trước nội dung nào

đó của bài học hoặc khi thực hiện một yêu cầu học tập Các dấu hiệu này thường biểu hiện ở mức độ rất khác nhau ở mỗi học sinh, lộ rõ ở các lớp dưới và kín đáo hơn ở các lớp trên Việc chỉ ra các biểu hiện cụ thể của tích cực nhận thức ở học sinh như trên được chúng tôi lấy làm cơ sở để xây dựng các tiêu chí đánh giá tính tích cực

2.1.2.2 Các mức độ của tích cực nhận thức

Chúng tôi thống nhất chia tính tích cực nhận thức thành 3 mức độ, giống như trong các nghiên cứu của các tác giả Zvereva [34], Nguyễn Ngọc Lê Nam [36], Nguyễn Văn Khải [24], Phạm Xuân Quế [44], Thái Duy Tuyên [69] Ba mức độ đó là:

Mức độ 1: Tính tích cực bắt chước, tái hiện Xuất hiện do tác động kích thích bên ngoài (yêu cầu của GV), nhằm chuyển đối tượng từ ngoài vào trong theo cơ chế

“hoạt động bên ngoài và bên trong có cùng cấu trúc” Nhờ đó, kinh nghiệm hoạt động được tích luỹ thông qua kinh nghiệm của người khác Tái hiện và bắt chước là tính tích cực ở mức độ thấp Có thể GV thay đổi một chút dữ kiện là HS lúng túng không làm được Nhưng nó lại là tiền đề cơ bản giúp các em nắm được nội dung bài giảng để có điều kiện nâng tính tích cực lên mức cao hơn

Mức độ 2: Tính tích cực tìm tòi Xuất hiện cùng với quá trình hình thành khái niệm, giải quyết các tình huống nhận thức, tìm tòi các phương thức hành động trên cơ

sở có tính tự giác, có sự tham gia của động cơ, nhu cầu, hứng thú và ý chí của học sinh Mức độ tích cực này xuất hiện không chỉ do yêu cầu của GV mà còn hoàn toàn tự phát trong quá trình nhận thức Nó tồn tại không chỉ ở dạng trạng thái, cảm xúc mà còn ở dạng thuộc tính bền vững của hoạt động Ở mức độ này, tính độc lập cao hơn mức trên, cho phép học sinh tiếp nhận nhiệm vụ và tự tìm cho mình phương tiện thực hiện Ý thức tìm tòi giúp các em say mê đi tìm kiến thức mới, khai thác kiến thức đã học theo nhiều hướng khác nhau, kiểm tra lại những kiến thức đã học trước đó Ý thức tìm tòi là phẩm chất của trí tuệ Đó là sự độc lập trong tư duy, tự mình phát hiện ra vấn đề, tự mình xác định phương hướng và tìm cách giải đáp, tự mình kiểm tra, thử lại, đánh giá kết quả đạt được Đây cũng là tiền đề cơ bản của tính tích cực ở mức độ cao hơn: tích cực sáng tạo Mức độ 3: Tính tích cực sáng tạo Thể hiện khi chủ thể nhận thức tự tìm tòi kiến thức mới, tự tìm ra phương thức hành động riêng và trở thành phẩm chất bền vững của

cá nhân Đây là mức độ biểu hiện tính tích cực nhận thức cao nhất HS có tính tích cực sáng tạo sẽ có thể tìm được các kiến thức mới không nhờ vào sự gợi ý của người khác, thực hiện tốt các yêu cầu do GV đưa ra và có tính sáng tạo trong phương pháp Ở mức này, HS đã có khả năng tư duy phân tích, tổng hợp, khái quát hoá, tương tự … để tìm tòi phát hiện kiến thức mới

2.1.3 Tổ chức dạy học vật lí như thế nào để tích cực hóa được hoạt động nhận thức của học sinh?

Bên cạnh việc xây dựng hệ thống cơ sở lý luận của tính tích cực và tích cực nhận thức, nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu và đề cập đến các biện pháp tích cực hóa

hoạt động nhận thức của HS trong dạy học Ở khía cạnh này, có thể thấy các nghiên cứu chia làm hai hướng:

Ở hướng thứ nhất, một số nghiên cứu tìm cách tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS bằng việc sử dụng các phương pháp/chiến lược dạy học tích cực Trong đó nổi trội hơn hết là các nghiên cứu tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS bằng phương pháp dạy học “Nêu và giải quyết vấn đề” – một phương pháp dạy học dựa trên nguyên tắc đưa người học vào một vấn đề cần giải quyết với tâm thế chủ động rồi hướng dẫn người học bằng các kiến thức, kỹ năng sẵn có tích cực giải quyết vấn đề, thông qua đó người học chiếm lĩnh các tri thức, kỹ năng, đồng thời hình thành phương pháp nhận thức

và phát triển các nhóm kỹ năng tư duy, nhóm kỹ năng giải quyết vấn đề, là môt Có thể

kể đến các nghiên cứu của các nhà khoa học như A.V Muraviep [1], I.Lêcne [21], I.F Kharlamop [20], N.M Zvereva [34], Thái Duy Tuyên [70]; Đỗ Hương Trà [61],

Ở hướng thứ hai, một số nghiên cứu lại tập trung vào việc tìm và phân tích các biện pháp cụ thể nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS Các nghiên cứu này cho rằng, quá trình dạy học về bản chất đã là quá trình HS tự lực giải quyết vấn đề (dù chỉ là vấn đề học tập thuần túy), và không thể đảm bảo một hoạt động dạy học được tổ chức theo chiến lược giải quyết vấn đề nếu vẫn chưa thể đảm bảo HS sẽ hoạt động nhận thức tích cực Theo hướng này, có thể kể đến các nghiên cứu của Đặng Thành Hưng [19], Phạm Hữu Tòng [58], Trần Bá Hoành [13]; Nguyễn Kỳ [28]; … Ở đó, các tác giả cho rằng tính tích cực nhận thức của HS có thể được phát huy nhờ vào 3 biện pháp: Phân hóa nội dung học tập phù hợp với từng đối tượng HS; Hình thành và duy trì cảm xúc học tập tích cực của HS trong suốt giờ học; Sử dụng các PTDH đa dạng, hiện đại (các phương tiện nghe nhìn, các phần mềm dạy học, hỗ trợ từ máy vi tính)

Hoặc ở một số nghiên cứu ứng dụng, các biện pháp được đề xuất một cách cụ thể hơn như trong luận án của tác giả Cao Tiến Khoa [26], bao gồm các biện pháp:

+ Nói lên ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn, tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu; + Phải kích thích hứng thú nội dung (Nội dung dạy học phải mới, nhưng không quá xa lạ với HS, phải liên hệ, phát triển cái cũ và có khả năng áp dụng trong tương lai; Kiến thức dạy học phải có tính thực tiễn, gần gũi với sinh hoạt, suy nghĩ hàng ngày, thỏa mãn nhu cầu nhận thức của HS);