Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương dòng điện trong các môi trường vật lí 11 nhằm phát triển năng lực khoa học cho học sinh trung học phổ thông tt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ CHÍ NGUYỆN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DỊNG ĐIỆN TRONG CÁC MƠI TRƯỜNG” VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Ngành: Lý luận phương pháp dạy học môn Vật lý Mã số: 9140111 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ THÁI NGUYÊN - 2019 Cơng trình hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN KHẢI TS CAO TIẾN KHOA Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Vào ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia; - Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên; - Thư viện Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Lê Chí Nguyện, “Khảo sát thực trạng dạy học chương “Dịng điện mơi trường” theo tiếp cận phát triển lực khoa học cho học sinh (Vật lí 11)”, Tạp chí thiết bị giáo dục số 112, tháng 12/2014, trang 27, 28, 29.30 Lê Chí Nguyện, “Một số cải tiến phương án sử dụng thí nghiệm “Dịng điện mơi trường” dạy học vật lí 11 nhằm tăng cường hoạt động tìm tịi - nghiên cứu học sinh”, Tạp chí giáo dục số đặc biệt, tháng 3/1014 trang 151, 152, 144 Lê Chí Nguyện, “Xây dựng khái niệm lực khoa học cho học sinh học tập vật lí trường trung học phổ thơng”, Tạp chí giáo dục số 354, kì tháng 3/2015 trang 56, 57, 58 Lê Chí Nguyện, “Sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí trường THPT theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ sáng tạo học sinh”, Tạp chí giáo dục số đặc biệt, tháng 10/2015, trang 138, 139, 140 Lê Chí Nguyên, “Sử dụng kết nối máy tính thí nghiệm tượng nhiệt điện (Vật lí 11) hỗ trợ dạy học phát triển lực khoa học cho học sinh” Tạp chí thiết bị giáo dục số 126, tháng 2/2016, trang 90, 91, 92 Lê Chí Nguyện, “Sử dụng kết nối máy tính thực hành khảo sát đặc tính chỉnh lưu điơt bán dẫn (Vật lí11) nhằm phát triển lực nghiên cứu khoa học cho học sinh” Tạp chí giáo dục số đặc biệt tháng 4/2016, trang 105.106,107 Nguyễn Văn Khải - Lê Chí Nguyện, “Đánh giá NLKH học sinh dạy học số kiến thức “Dịng điện mơi trường”, (Vật lí 11) Tạp chí khoa học, ĐHSP Hà Nội, Volume 61, Number 8B, 2016, trang 272 - 278 Nguyễn Văn Khải - Lê Chí Nguyện, “Thiết kế, chế tạo sử dụng thí nghiệm thực hành đo hệ số nhiệt điện động cặp nhiệt điện dạy học vật lí 11 nhằm phát triển lực khoa học cho học sinh”, Tạp chí khoa học ĐHSP - ĐHĐN, số 29B[03]/2018 - Hội thảo giảng dạy Vật lí tồn Quốc lần thứ IV MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Năng lực khoa học học sinh trở thành vấn đề quan trọng giáo dục, cấp quốc gia quốc tế nhân loại đối mặt với thách thức lớn việc cung cấp nước, thực phẩm, kiểm soát bệnh tật, tạo đủ lượng thích nghi với biến đổi khí hậu (UNEP, 2012),[72] Đối phó với tất thách thức địi hỏi cơng dân phải có kiến thức khoa học Vì vậy, nước có giáo dục tiên tiến, khoa học yếu tố bắt buộc chương trình học từ mẫu giáo đến hồn thành giáo dục phổ thơng [72] Theo chương trình giáo dục phổ thơng (2018) mơn Vật lí cấp Trung học phổ thơng, thí nghiệm, thực hành đóng vai trị đặc biệt quan trọng việc hình thành khái niệm, quy luật, định luật Vật lí Vì vậy, bên cạnh việc sử dụng mơ hình Vật lý Tốn học, chương trình mơn Vật lí trọng thích đáng đến việc hình thành lực tìm tịi khám phá thuộc tính đối tượng Vật lí thơng qua nội dung thí nghiệm, thực hành góc độ khác nhau.[2] Trong năm qua, trường phổ thông nước ta trang bị thiết bị thí nghiệm theo “Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu” Bộ Giáo dục Đào tạo, hiệu sử dụng chúng cịn nhiều hạn chế Trong đó, thí nghiệm “Dịng điện mơi trường” (Vật lí 11) hành, số lượng thiết bị thí nghiệm thiếu; cịn nhiều thí nghiệm định tính, số phép đo dùng đồng hồ đa số có độ xác khơng cao, khó sử dụng, chưa đáp ứng yêu cầu dạy học phát triển lực Vì vậy, cần phải hồn thiện xây dựng thêm thí nghiệm với độ xác cao, thu thập xử lí liệu thời gian ngắn, tạo điều kiện nhiều thời gian cho hoạt động tìm tịi - nghiên cứu, đa dạng hóa hình thức học tập Vì lí nêu trên, chúng tơi chọn đề tài nghiên cứu là: “Xây dựng sử dụng thí nghiệm dạy học chương “Dịng điện mơi trường” Vật lí 11 nhằm phát triển NLKH cho học sinh trung học phổ thơng” Mục đích nghiên cứu Xây dựng sử dụng thí nghiệm dạy học kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” Vật lí 11 nhằm phát triển lực khoa học cho học sinh Đối tượng, phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu - Hoạt động dạy học thí nghiệm hỗ trợ dạy học số kiến thức về: “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” chương trình Vật lí lớp 11 THPT - NLKH học sinh THPT học tập mơn Vật lí + Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng, hồn thiện thí nghiệm hỗ trợ hoạt động dạy học; Tổ chức hoạt động học số kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” chương trình Vật lí lớp 11 THPT - Học sinh lớp 11 tỉnh Ninh Bình thành phố Hà Nội Giả thuyết khoa học “Nếu xây dựng thí nghiệm sử dụng chúng để thiết kế tiến trình dạy học phù hợp với lí luận phát triển lực dạy học số kiến thức “Dòng điện mơi trường”(Vật lí 11), NLKH học sinh phát triển” Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết - Nghiên cứu thực tiễn dạy học - Thực nghiệm khoa học - Thống kê toán học Những đóng góp luận án 6.1 Đóng góp mặt lí luận - Xây dựng nguyên tắc xây dựng biện pháp sử dụng thí nghiệm hỗ trợ dạy học Vật lí phát triển NLKH cho học sinh THPT - Xây dựng quy trình sử dụng thí nghiệm, hỗ trợ hoạt động dạy học kiến thức mới, thực hành thí nghiệm giải tập thí nghiệm nhà phát triển NLKH cho học sinh - Xây dựng tiêu chí đánh giá mức độ phát triển NLKH học sinh THPT học tập mơn Vật lí có sử dụng thí nghiệm 6.2 Đóng góp mặt thực tiễn - Xây dựng đưa vào sử dụng thí nghiệm dạy học kiến thức “Dịng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí 11) phát triển NLKH cho học sinh - Xây dựng tiến trình dạy học nội dung kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí 11), có sử dụng thí nghiệm xây dựng nhằm phát triển NLKH cho học sinh - Xây dựng tiêu chí đánh giá mức độ phát triển NLKH học sinh sau học nội dung kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí 11) - Bằng linh kiện bán dẫn phổ biến, rẻ tiền thiết kế chế tạo thiết bị thu thập xử lí số liệu thí nghiệm với phép đo tín hiệu nhỏ (mV), có độ xác cao, phù hợp với dạy học Vật lí phát triển NLKH cho học sinh trường THPT Cấu trúc luận án Cấu trúc luận án, phần mở đầu, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận án gồm chương: Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lí luận thực tiễn Chương 3: Xây dựng sử dụng thí nghiệm dạy học kiến thức “Dịng điện kim loại chất bán dẫn” nhằm phát triển NLKH cho học sinh Chương 4: Thực nghiệm sư phạm Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH 1.1.1 Các nghiên cứu nước + Ở Hoa kỳ: Nhiều chu trình học tập khoa học khác đề xuất, kể từ Robert Karplus giới thiệu chu trình dạy học khoa học vào năm 1962 Carl J Wenning (2011) giới thiệu chu trình dạy học khoa học Vật lí “phỏng theo” phương pháp nghiên cứu khoa học, gồm giai đoạn: quan sát, thao tác, khái quát, xác minh áp dụng [98, tr 8] Theo tác giả dạy học theo chu trình giai đoạn - “Có lẽ đơn giản chặt chẽ “bắt chước” trình tổng thể khoa học Vật lí sơ khai” [98, tr 11] + Ở nước Châu Âu: Các lực nêu “Khung trình độ châu Âu” để học tập suốt đời Trên sở đó, quốc gia phát triển chương trình giáo dục riêng mình, phải mơ tả chuẩn đánh giá kết học tập theo “khung lực tham chiếu châu Âu” phát triển số công cụ đánh giá để hỗ trợ trình học tập [74, pp,7-8] Chương trình đánh giá NLKH học sinh (viết tắt PISA) chương trình nghiên cứu đánh giá chất lượng giáo dục OECD trở thành chương trình đánh giá NLKH học sinh toàn giới Quan điểm NLKH PISA áp dụng rộng rãi nước Tây Âu Trên sở khung NLKH PISA, số nước phát triển, cụ thể hóa NLKH mơn học [4],[52] Nga tham gia PISA từ chu kỳ 2003, 2006, 2009, 2012 2015 Những kết đánh giá PISA phần chương trình mục tiêu phát triển giáo dục Liên bang [78] Nhiều nước Đông Âu tham gia PISA sử dụng khung NLKH PISA để xây dựng chuẩn NLKH học sinh phổ thông Cơng trình nghiên cứu Razumốpxki (1975), “Phát triển lực sáng tạo học sinh trình dạy học Vật lí ” - NXB Mátxcơva, 1975, trình bày cách sâu sắc sở lí thuyết thực nghiệm vấn đề phát triển lực sáng tạo cho học sinh học tập Vật lí áp dụng nhiều nước giới có Việt Nam Tuy nhiên, kết giáo dục môn khoa học chưa đạt đến mục tiêu mong muốn[79] + Ở nước Châu Á: Các hệ thống giáo dục Châu Á có khác biệt thể chế trị chuẩn mực văn hóa Ở Nhật bản, khung NLKH học sinh gồm ba loại kiến thức, kĩ năng: Kiến thức, kỹ nhận thức khoa học ; Kiến thức, kĩ phương pháp nghiên cứu khoa học ; Khả tư / phán đoán / thể cá nhân [86], khung lực tương đồng với khung NLKH PISA,[72,tr12] Các nhà khoa học cho rằng: quốc gia họ xếp hạng cao kì đánh giá học sinh Quốc tế PISA, TIMSS PIRLS hiệu cải cách gần chương trình giáo dục kiểm tra đánh giá Các nghiên cứu giáo dục khoa học công nghệ số trường học Singapore, Hồng Kông, số nước châu Á có thứ hạng cao đánh giá PISA, cho thấy: NLKH theo PISA đặc biệt trọng phát triển chương trình giáo dục…[86], [87],[89] 1.1.2 Các nghiên cứu Việt Nam Ở Việt Nam, Nghiên cứu Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường (2016) cấu trúc lực chung kết hợp lực thành tố: Năng lực chuyên môn; lực phương pháp; lực xã hội; lực cá thể [34, tr 67] Tác giả Vũ Trọng Rỹ - Phạm Xuân Quế (2015) nghiên cứu “ Kiểm tra đánh giá kết học tập mơn Vật lí học trường phổ thông theo định hướng phát triển lực”, vận dụng cách đánh giá PISA 2012 vào thiết kế đề thi/ kiểm tra NLKH Vật lí, nghiên cứu kết luận: “Vận dụng cách đánh giá PISA hướng đổi kiểm tra đánh giá kết học tập mơn Vật lí theo định hướng phát triển lực”, [50, tr,11] 1.2 NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC 1.2.1 Nghiên cứu nước + Ở Hoa kỳ: Các hãng chế tạo thiết bị thí nghiệm tiếng PASCO, YSI.v.v cố gắng cải tiến thiết bị thí nghiệm theo mục tiêu dạy học khoa học Tuy nhiên, thiết bị thí nghiệm thường cồng kềnh, khó di chuyển, thiết kế dạng thí nghiệm cụ thể Nghiên cứu Hofstein Lunetta (1982) cho thấy xu hướng thiết kế thí nghiệm dạy học mơn khoa học Hoa kì hướng tới phát triển số kĩ góp phần hình thành, phát triển NLKH cho học sinh chưa đáp ứng yêu cầu dạy học[102] + Ở Châu Âu: Những nghiên cứu Jones (2003) phát triển lực Vật lí - Khung đào tạo đại học Anh cho thấy: Ngày nhiều học sinh tốt nghiệp trường mà không hiểu biết nguyên tắc Vật lí Do đó, cần xem xét hữu ích thí nghiệm việc sử dụng thí nghiệm dạy học [85] Việc dạy học với thí nghiệm lắp sẵn thành bộ, phương pháp đo lường chọn trước cho thấy, học sinh thiếu kỹ thực nghiệm cần thiết để tự nghiên cứu[86] + Ở nước Châu Á Nghiên cứu Junichiro Yasuda (2012), Wang,F (2012) “ Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng việc dạy học dựa tìm tịi với phát triển hiểu chất khoa học học sinh” [20]; nghiên cứu Hu, J H., & Wang, L (2009) “Nghiên cứu đồ dùng dạy học chương trình dạy học hóa học trường trung học phát triển khả phân tích khoa học học sinh” [90] cho thấy thực tế dạy học khoa học hạn chế, nghiên cứu sử dụng thí nghiệm dự án đổi phương pháp dạy học phần lớn dừng lại dạy học thử nghiệm.[91,tr 25-26] 1.2.2 Nghiên cứu Việt Nam Hiện nghiên cứu xây dựng sử dụng thí nghiệm dạy học Vật lí trường phổ thông theo hai xu hướng: (1) Xây dựng sử dụng thí nghiệm tự tạo từ vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm; (2) Ứng dụng tiến kĩ thuật số, xây dựng sử dụng thí nghiệm có hỗ trợ thiết bị vi tính 1) Xây dựng sử dụng thí nghiệm tự tạo từ vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm Để phát huy tính tự lực, sáng tạo học sinh q trình học tập thí nghiệm cần chế tạo dạng Module để học sinh tự đề xuất phương án thí nghiệm, lựa chọn thiết bị, lắp ráp, thu thập xử lí số liệu - phát triển NLKH cho học sinh 2) Ứng dụng tiến kĩ thuật số, xây dựng sử dụng thí nghiệm có hỗ trợ thiết bị vi tính Các nghiên cứu có chung nhận xét là: Sử dụng thí nghiệm Vật lí kết nối với thiết bị vi tính, kết phép đo có độ xác cao, tiết kiệm thời gian thu thập, xử lí, trình bày số liệu, học sinh có nhiều thời gian cho hoạt động thảo luận, phân tích kết rút kết luận khoa học 1.3 NGHIÊN CỨU VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC VỀ “DỊNG ĐIỆN TRONG CÁC MƠI TRƯỜNG”, VẬT LÍ 11 Ở nước ngồi, cơng ty PHYWE, EV, FESTO, LEYBOD CHLB Đức; POSCO (Mỹ); ADDESTATION (Addest Technovation Singgapo), sản xuất hàng loạt thiết bị thí nghiệm, đo lường, điều khiển tự động, kết nối với thiết bị vi tính thay phần lớn thí nghiệm truyền thống nhà trường Riêng thí nghiệm “Dịng điện mơi trường”, PHYWE (2008), giới thiệu bốn thí nghiệm [98] Hạn chế thí nghiệm nhập từ nước là: giá thành cao, dụng cụ thí nghiệm cồng kềnh, khó thao tác, thí nghiệm lắp sẵn thành bộ, chủ yếu thí nghiệm biểu diễn giáo viên, phương án thí nghiệm khơng phù hợp với dạy học phát triển NLKH cho học sinh trường phổ thơng Vì vậy, thí nghiệm chưa đáp ứng yêu cầu dạy học phát triển NLKH cho học sinh KẾT LUẬN CHƯƠNG Các câu hỏi đặt cho nghiên cứu luận án là: (1) Tổ chức dạy học Vật lí để phát triển NLKH cho học sinh, có tính đến yếu tố đặc thù mơn 11 2.3.2.3 Bài tập thí nghiệm (BTTN) 2.3.3 Vai trị thí nghiệm dạy học phát triển NLKH cho học sinh V.G Razumơpxki khái qt hóa thành chu trình sáng tạo khoa học Vật lí gồm giai đoạn (hình vẽ 2.1) Khác với nhà khoa học, để phát triển NLKH mình, học sinh khơng thể tự thực chu trình sáng tạo nhà khoa học làm, mà cần có hỗ trợ giáo viên thiết bị thí nghiệm Vì vậy, thí nghiệm dạy học phát triển NLKH Vật lí cho học sinh có vai trị sau: 2.3.3.1 Hỗ trợ học sinh phát vấn đề cần nghiên cứu (sự kiện khởi đầu) 2.3.3.2 Hỗ trợ học sinh xây dựng dự đốn (mơ hình, giả định trừu tượng) 2.3.3.3 Là phương tiện kiểm tra đắn dự đoán (kiểm tra thực nghiệm) 2.3.3.4 Là phương tiện thống lí thuyết thực hành 2.4 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM PHÁT TRIỂN NLKH CHO HỌC SINH THPT 2.4.1 Nguyên tắc xây dựng thí nghiệm Nguyên tắc 1: Phù hợp với chương trình dạy học, trình độ nhận thức học sinh + Nội dung nguyên tắc: Ở cấp THPT, phải có nhiều thiết bị thí nghiệm để thực phép đo định lượng, xác, phát triển NLKH cho học sinh + Thí dụ minh hoạ Nguyên tắc 2: Đảm bảo dạy học phát triển NLKH cho học sinh + Nội dung ngun tắc: Xây dựng thí nghiệm phải có tính kế thừa, tính hệ thống, phù hợp với mức độ hình thành, phát triển 12 thành tố NLKH học sinh + Thí dụ minh hoạ Nguyên tắc 3: Đảm bảo tính thực tiễn, khả thi + Nội dung nguyên tắc: Thí nghiệm phải đảm bảo tính sư phạm, thẩm mĩ, khoa học, xác, có độ ổn định cao, cho kết rõ ràng, dễ quan sát, làm thí nghiệm thời gian ngắn, an tồn sử dụng; Phù hợp với xu hướng phát triển khoa học & công nghệ; Chế tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ lắp ghép, giá thành hợp lí, đáp ứng mục tiêu dạy học phát triển NLKH cho học sinh + Thí dụ minh hoạ 2.4.2 Quy trình xây dựng thí nghiệm Bước 1: Tìm hiểu thực tế sử dụng thí nghiệm trường THPT Bước 2: Xây dựng thí nghiệm Bước 3: Tiến hành thử nghiệm Bước 4: Hồn thiện thiết bị thí nghiệm 2.4.3 Quy trình sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh 2.4.3.1 Dạy học xây dựng kiến thức Trong nghiên cứu này, dạy kiến thức lựa chọn quy trình dạy học giải vấn đề gồm bước: Bước 1: Làm xuất vấn đề Bước 2: Phát biểu vấn đề Bước 3: Lập thực kế hoạch giải vấn đề, tự đánh giá giải pháp Bước 4: Rút kết luận ( hợp thức hóa kiến thức) Bước 5: Vận dụng kiến thức 2.4.3.2 Luyện tập thí nghiệm a) Sử dụng thí nghiệm thực hành Quy trình hướng dẫn học sinh thực hành thí nghiệm Bước 2: Hướng dẫn học sinh thiết kế phương án thí nghiệm Bước 3: Hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm Bước 4: Hướng dẫn học sinh phân tích kết thí nghiệm đánh giá kết thực hành học sinh b) Sử dụng tập thí nghiệm Quy trình hướng dẫn học sinh giải tập thí nghiệm nhà Bước 1: Phân tích đề nêu giả thiết kết luận Bước 2: Lập kế hoạch giải tập thí nghiệm 13 Bước 3: Tiến hành giải tập thí nghiệm Bước 4: Báo cáo kết 2.5 CÁC BIỆN PHÁP SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NLKH CHO HỌC SINH 2.5.1 Biện pháp chung Biện pháp thứ 1: Dạy học thông qua tổ chức hoạt động cho học sinh Lí thuyết kiến tạo Jean Piaget (1896 - 1983), người học học từ hành động mình, có hoạt động cá nhân người nhận cân nhận thức tự tìm cách cân [27] Lí thuyết “Vùng phát triển gần” L.Vygosky (1896 - 1934) cho rằng: Sự phát triển nhận thức có nguồn gốc xã hội, chủ yếu thông qua sử dụng ngôn ngữ, đặc biệt bối cảnh tương tác với người khác (giao tiếp) [34,tr 67] Các luận điểm nêu dẫn đến biện pháp dạy học phát triển lực cho học sinh là, “Dạy học thông qua tổ chức hoạt động cho học sinh” + Thí dụ minh hoạ Biện pháp thứ Phối hợp giai đoạn khác trình học tập Năng lực học sinh hình thành phát triển từ nhiều lực thành tố Thực tế dạy học cho thấy: Khi dạy học nội dung kiến thức cụ thể, hạn chế thời gian, khả nhận thức học sinh, giai đoạn dạy học, giáo viên phát triển đầy đủ thành tố lực, mà lựa chọn thành tố lực phù hợp với nội dung kiến thức, tập chung vào phát triển thành tố lực Vì vậy, biên pháp dạy học phát triển lực cho học sinh cần là: “Phối hợp giai đoạn khác q trình học tập” + Thí dụ minh hoạ Biện pháp thứ Sử dụng tình học tập gắn với thực tiễn Theo quan điểm triết học Mác - Lênin, người nhận thức giới khách quan nói chung khoa học nói riêng tuân theo quy luật: “Từ trực quan sinh động đến tư trừu tượng tìm chân lí khách quan” Mục tiêu dạy học phát triển lực dạy cho học sinh khả vận dụng kiến thức, kĩ vào giải vấn đề thực tiễn [1], [2],[3], học sinh, thực tiễn học tập mơn 14 Vật lí tượng tự nhiên liên quan đến kiến thức Vật lí thực hành thí nghiệm + Thí dụ minh hoạ 2.5.2 Biện pháp cụ thể Biện pháp thứ nhất: Sử dụng thí nghiệm phù hợp với trình độ nhận thức học sinh + Nội dung: Quá trình hình thành kĩ phải từ kĩ đơn giản (kĩ lặp lại) đến kĩ phức tạp - từ giai đoạn cụ thể đến toàn trình làm thí nghiệm [52],[68]: Lựa chọn dụng cụ có sẵn lắp theo sơ đồ, thực thao tác thí nghiệm; Đề xuất phương án, thiết kế thí nghiệm, tìm kiếm dụng cụ, thực thành thục thao tác thí nghiệm + Vận dụng: Trong tiến trình dạy học, giáo viên hướng dẫn học sinh sử dụng thí nghiệm theo mức độ từ đơn giản đến phức tạp ngược lại Ba mức độ sử dụng thí nghiệm (hình vẽ 2.7 ),[68] Hình 2.7 Ba mức độ yêu cầu học sinh đề xuất phương án TN + Thí dụ minh hoạ Biện pháp thứ 2: Sử dụng thí nghiệm phù hợp với tiến trình phát triển lực cho học sinh + Nội dung: Lựa chọn hình thức phương pháp sử dụng thí nghiệm phù hợp với mức độ phát triển NLKH học sinh 15 Biện pháp thứ 3: Sử dụng thí nghiệm phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo học sinh học tập + Thí dụ minh hoạ 2.6 XÂY DỰNG BỘ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ NLKH CỦA HỌC SINH TRONG HỌC TẬP VẬT LÍ CĨ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM 2.6.1 Khái niệm đánh giá Quá trình đánh giá gồm ba khâu có trình tự: Đo; Lượng giá; Đánh giá 2.6.2 Các phương thức đánh giá NLKH học sinh học tập môn Vật lí 2.6.2.1 Đánh giá thơng qua bảng kiểm quan sát Các bước tiến hành quan sát đánh giá: Bước 1: Chuẩn bị + Xây dựng thang đánh giá Bước 2: Tiến hành quan sát để thu thập liệu + Quan sát trực tiếp: Sử dụng phiếu quan sát kết hợp với bảng tiêu chí, gán điểm số theo tiêu chí cho nhóm cho cá nhân học sinh Bước 3: Phân tích đánh giá kết quan sát Xếp loại NLKH cho học sinh theo mức độ, tương ứng với điểm số: Mức (điểm - 6); Mức (điểm -8); Mức (điểm 9-10) 2.6.2.2 Đánh giá đồng đẳng (quá trình hợp tác học tập) Bước 1: Giáo viên chấm điểm cho nhóm học sinh Bước 2: Các thành viên nhóm đánh giá chéo + Mỗi thành viên nhóm nhận phiếu theo mẫu với mức điểm tối đa sau: STT Tiêu chí Hồn thành 90 đến 100% cơng việc Hồn thành 70% đến 80% công việc công việc Điểm số 9-10 điểm 7- điểm 16 Hoàn thành 50% -60% cơng việc cơng việc Hồn thành 50% cơng việc Khơng hồn thành cơng việc 5- điểm - điểm điểm Bước 3: Giáo viên chấm điểm cho cá nhân học sinh 2.6.4 Lượng giá tiêu chí đánh giá NLKH học sinh 2.6.4.1 Lượng giá NLKH học sinh học kiến thức Bảng 2.8 Lượng giá NLKH học sinh xây dựng kiến thức Năng lực thành tố Giải thích tượng Vật lí có khoa học Tiêu chí đánh giá + Giải thích tượng Vật lí diễn thí nghiệm ngơn ngữ vật lí quy luật Vật lí tượng + Giải thích ngun nhân sai số, kết thí nghiệm nằm ngồi mọng đợi; + Giải thích ứng dụng kĩ thuật liên quan đến kiến thức Vật lí + Đặt câu hỏi kiện vật lí, phát biểu vấn đề Đánh giá, thiết kế thực nghiên cứu khoa học Vật lí Phân tích, trình bày liệu thí nghiệm cách khoa học + Nêu giả thuyết/ dự đốn có khoa học, rút hệ kiểm tra thí nghiệm + Đề xuất phương án thí nghiệm khả thí; + Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm xác phù hợp với phương án thí nghiệm; + Biết lắp ráp, tiến hành thí nghiệm khoảng thời gian hợp lí; Kết thí nghiệm nằm khoảng mong đợi; + Trình bày mối quan hệ kiến thức Vật lí + Biết dựa vào hình dạng đồ thị để giải thích/dự đốn mối liên hệ đại lượng Vật lí + Biết tính tốn kết từ liệu thí nghiệm cách xác + Biết trình bày kết thí nghiệm có khoa Điểm số 17 học + Biết giải thích kết nằm ngồi khoảng mong đợi + Biết sử dụng kết thí nghiệm để biện luận tính đắn kết rút kết luận khoa học (kiến thức Vật lí mới) 2.6.4.2 Lượng giá NLKH sinh học thực hành thí nghiệm 2.6.4.3 Lượng giá NLKH học sinh giải tập thí nghiệm 2.7 ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG VỀ DẠY HỌC CHƯƠNG “DỊNG ĐIỆN TRONG CÁC MƠI TRƯỜNG” Chúng tơi tiến hành điều tra thực tế sử dụng thí nghiệm dạy học chương “Dịng điện mơi trường” (Vật lí 11), năm học 2014 - 2015, địa bàn tỉnh Ninh Bình thành phố Hà Nội 2.7.3.2 Về sử dụng thiết bị thí nghiệm dạy học Bảng 2.11 Thống kế tỷ lệ % mức độ sử dụng thí nghiệm Phương thức sử dụng Thí nghiệm xây dựng kiến thức Thí nghiệm thực hành phịng thí nghiệm Bài tập thí nghiệm Mức độ sử dụng Thường Ít sử Khơng sử xun dụng dụng 15% 65% 20% 15% 85% 0% 5% 18% 77% Như vậy, phần lớn giáo viên ý thức vai trị thí nghiệm, chưa sử dụng thiết bị thí nghiệm theo u cầu, có sử dụng mức độ biểu diễn, chứng minh, đặc biệt thí nghiệm thực hành tập thí nghiệm thực Hình thức tổ chức dạy học chủ yếu dạy lí thuyết lớp, chưa kết hợp hình thức sử dụng thí nghiệm dạy học Giáo viên thường xem nhẹ việc dạy cho học sinh cách thức vận dụng kiến thức học vào giải thích, chứng minh tượng Vật lí thường gặp thực tiễn sống Kết điều tra từ học sinh: Qua trao đổi trực tiếp thu thập thông tin từ 186 phiếu hỏi, gửi 200 phiếu nhận 186 phiếu) kết sau: Qua kết điều tra học sinh chúng tơi có số nhận xét 18 sau: Việc tiếp thu kiến thức học sinh thụ động, chủ yếu ghi chép, làm tập, luyện thi trắc nghiệm Mục tiêu học tập em điểm số Vì vậy, học sinh quan tâm đến môn học theo tổ hợp môn xét tuyển vào đại học, mơn cịn lại học “đối phó”; Các kiến thức phương pháp nghiên cứu khoa học học sinh tiếp thụ mức độ thấp, chủ yếu suy luận lý thuyết, kiến thức liên quan đến thực nghiệm (nếu có) vận dụng trường hợp đơn giản; KẾT LUẬN CHƯƠNG Với mục đích nghiên cứu sở lí luận thực tiễn để thiết kế tiến trình dạy học phát triển NLKH cho học sinh THPT, chương tập chung nghiên cứu hai vấn đề bản: Vấn đề thứ nhất: Trên sở phân tích nội hàm khái niệm NLKH học sinh trình bày PISA Chương trình phổ thơng mới(2018), chúng tơi xây dựng ba thành tố học sinh THPT học tập mơn Vật lí: (1) Giải thích tượng Vật lí có khoa học; (2) Đánh giá, thiết kế thực nghiên cứu khoa học Vật lí; (3) Phân tích, trình bày liệu thí nghiệm cách khoa học Dựa ba NLKH thành tố, xây dựng công cụ đánh giá mức độ phát triển NLKH học sinh trình học thực nghiệm sư phạm (chương 3, 4) Vấn đề thứ hai: Phân tích, đánh giá kết khảo sát thực trạng sử dụng thí nghiệm dạy học Vật lí trường phổ thông đề xuất nguyên tắc xây dựng biện pháp sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh Chương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC VỀ "DỊNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI VÀ CHẤT BÁN DẪN" (VẬT LÍ 11), NHẰM PHÁT TRIỂN NLKH CHO HỌC SINH 19 3.1 Xây dựng số thí nghiệm phương án sử dụng dạy học kiến thức "dòng điện kim loại chất bán dẫn", phát triển NLKH cho học sinh 3.1.1 Thí nghiệm khảo sát định lượng tượng nhiệt điện 3.1.1.1 Sự cần thiết phải xây dựng thí nghiệm 3.1.1.2 Kết dạy thực nghiệm Hình 3.8 Kết thí nghiệm khảo sát tượng nhiệt điện Hình 3.9 Kết thực hành đo hệ số nhiệt điện động 20 Hình 3.8 kết thí nghiệm học sinh trường THPT Hoa Lư A (Ninh Bình) làm thực hành Hình 3.9 kết học sinh thực hành đo hệ số nhiệt điện động 3.1.2 Thí nghiệm khảo sát đặc tính chỉnh lưu điơt bán dẫn 3.1.2.1 Sự cần thiết phải xây dựng thí nghiệm 3.1.2.2 Kết dạy thực nghiệm Hình 3.15 kết thí nghiệm học sinh trường THPT Đinh Tiên Hồng (Ninh Bình) thực hành đo dịng điện thuận qua điơt Hình 3.15 Kết thí nghiệm đo dịng điện thuận Hình 16 kết thí nghiệm học sinh trường THPT Chu Văn An (Hà Nội) thực hành đo dịng điện ngược qua điơt Hình 3.16 Kết thí nghiệm đo dịng điện ngược 3.1.3 Bài tập thí nghiệm: “Sử dụng điôt bán dẫn đèn LED chế tạo thí nghiệm chứng minh tính chất dẫn điện chiều 21 điơt bán dẫn” (thí nghiệm nhà) 3.1.3.1 Sự cần thiết phải xây dựng thí nghiệm 3.1.3.2 Kết dạy thực nghiệm 3.2 Sử dụng thí nghiệm xây dựng vào dạy học kiến thức "dòng điện kim loại chất bán dẫn" (vật lí 11), phát triển NLKH cho học sinh 3.2.2 Sử dụng thí nghiệm thực hành đo hệ số nhiệt điện động cặp nhiệt điện khảo sát dòng điện qua điôt bán dẫn 3.2.2.1 Đo hệ số nhiệt điện động (αT) cặp nhiệt điện 3.2.2.2 Thực hành khảo sát dịng điện qua điơt bán dẫn 3.2.3 Sử dụng tập thí nghiệm: “Sử dụng điơt bán dẫn đèn LED chế tạo thí nghiệm chứng minh tính chất dẫn điện chiều điơt bán dẫn” (bài tập thí nghiệm nhà) 3.3 XÂY DỰNG BỘ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ NLKH CỦA HỌC SINH 3.3.1 Đánh giá NLKH học sinh học kiến thức 3.3.1.1 Thang đo NLKH thông qua đánh giá đồng đẳng (đánh giá học) Bảng 3.2: Tiêu chí giáo viên chấm điểm cho nhóm học sinh Năng lực thành phần Tiêu chí đánh giá + Giải thích ngun nhân xuất dịng nhiệt điện Giải thích (hiện tượng Dibec) tượng Vật lí có + Giải thích mục đích thí nghiệm khoa học + Giải thích diễn biến q trình Vật lí diễn thí nghiệm E phụ thuộc tuyến tính vào t0C + Từ cơng thức tính E, suy hệ kiểm tra thí nghiệm Đánh giá, thiết + Đề xuất phương án sử dụng nguồn nhiệt kế thực cách đo biến đổi nhiệt độ nguồn nhiệt nghiên cứu + Vẽ sơ đồ lắp rắp thí nghiệm đo E t C khoa học Vật + Biết cách chuyển đổi từ thí nghiệm với dụng cụ đo lường truyền thống sang thí nghiệm có kết nối với MVT lí + Thực thao tác thu thập số liệu thí nghiệm phần mềm MVT Phân tích + Biết sử dụng kết thí nghiệm để lập luận phụ Điểm số 0,5 0,5 1,5 1,5 1,5 0,5 22 thuộc tuyến tính E t0C liệu thí nghiệm + Biết dựa vào đồ thị hàm số bậc nhất, lập luận suy cách khoa học công thức E = T.(T1-T2) 3.3.2 Đánh giá NLKH học sinh thực hành thí nghiệm 3.3.2.1 Đánh giá NLKH học sinh thực hành đo hệ số nhiệt điện động 3.3.2.2 Đánh giá NLKH học sinh thực hành khảo sát dịng điện qua điơt bán dẫn 3.3.3 Đánh giá NLKH học sinh thông qua giải tập thí nghiệm nhà KẾT LUẬN CHƯƠNG Chúng tơi xây dựng hồn thiện ba thí nghiệm, sử dụng dạy học đơn vị kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” Vât lí 11 Tương ứng với hình thức tổ chức dạy học, chúng tơi xây dựng thang đo mức độ phát triển NLKH học sinh: (1) Thang đo NLKH thông qua đánh giá đồng đẳng; (2) Thang đo NLKH thơng qua thực hành thí nghiệm;(3) Thang đo NLKH thông qua tập kiểm tra; (4)Thang đo NLKH thơng qua giải tập thí nghiệm nhà Các thang đo này, sử dụng làm công cụ đánh giá NLKH học sinh sau dạy thực nghiệm sư phạm Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 23 Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn mức độ NLKH lớp học thực nghiệm Các NLKH thành phần “lượng giá” theo mức độ: Mức (9-10 điểm); Mức (7 đến điểm); Mức (5 đến điểm) Mức độ NLKH học sinh diễn giải thông qua đồ thị: Đồ thị hình biểu diễn mức NLKH học kiến thức (hiện tượng nhiệt điện); Đồ thị hình biểu diễn mức NLKH học sinh học thực hành (đo hệ số nhiệt điện động); Đồ thị hình biểu diễn mức NLKH học sinh học thực hành (khảo sát đặc tính chỉnh lưu điơt bán dẫn); Đồ thị hình biểu diễn mức NLKH học sinh giải tập thí nghiệm nhà (xem hình 4.1) Hình 4.2 đồ thị biểu diễn mức độ NLKH học sinh học thực nghiệm theo NLKH thành phần 24 + Thành phần NLKH thứ Kết đánh giá cho thấy thành phần NLKH thứ phát triển tương đối tốt + Theo dõi học sinh học qua hai vòng thực nghiệm nhận thấy, việc nêu giả thuyết/ dự đốn có khoa học; rút hệ kiểm tra thí nghiệm đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra hệ quả, học sinh gặp nhiều khó khăn học sinh nữ + Thành phần NLKH thứ phát triển tốt hai thành phần NLKH KẾT LUẬN CHƯƠNG Sau đợt học thực nghiệm mức độ NLKH học sinh đạt từ mức đến mức Điều này, bước đầu khẳng định đắn giả thuyết khoa học: “Nếu xây dựng thí nghiệm sử dụng chúng để thiết kế tiến trình dạy học phù hợp với lí luận phát triển lực dạy học số kiến thức dịng điện mơi trường”, (Vật lí 11) NLKH học sinh THPT nâng cao KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Một số kết đạt luận án Đối chiếu với mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài giải vấn đề sau đây: * Về mặt lí luận + Xây dựng ba thành tố NLKH học sinh THPT dạy học Vật lý có sử dụng thí nghiệm + Xây dựng nguyên tắc thiết kế, chế tạo, hồn thiện thí nghiệm biện pháp sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh trường THPT + Xây dựng công cụ đánh giá mức độ phát triển NLKH học sinh tiến trình dạy học Vật lí có sử dụng thí nghiệm * Về mặt thực tiễn: + Xây dựng đưa vào sử dụng ba thí nghiệm dạy học kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí11) phù hợp với tiến trình dạy học phát triển NLKH cho học sinh THPT + Xây dựng bốn tiến trình dạy học kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí 11) dạy thực nghiệm trường THPT đánh mức độ phát triển NLKH học sinh 25 + Xây dựng công cụ đánh giá phát triển NLKH học sinh sau học kiến thức “Dòng điện kim loại chất bán dẫn” (Vật lí 11) THPT + Bằng linh kiện bán dẫn phổ biến, rẻ tiền thiết kế chế tạo thiết bị thu thập xử lí số liệu thí nghiệm với phép đo tín hiệu nhỏ (mV), có độ xác cao, phù hợp với dạy học Vật lí trường THPT Một số hạn chế luận án + Phạm vi đối tượng thực nghiệm sư phạm hẹp (72 học sinh trường THPT) + Quá trình thu thập liệu đánh giá kết thực nghiệm sư phạm hạn chế số lượng công cụ quan sát chuyên dụng, khả bao quát hoạt động dạy học giáo viên học sinh Kết luận: Kết nghiên cứu đạt mục tiêu luận án: “Xây dựng sử dụng số thí nghiệm có kết nối với MVT dạy học số kiến thức “Dòng điện trong kim loại chất bán dẫn” Vật lí 11 phát triển NLKH cho học sinh THPT” Kiến nghị + Cần có thêm nghiên cứu thực nghiệm Sư phạm phạm vi rộng trường THPT kinh phí để nghiên cứu ứng dụng kết nghiên cứu vào dạy học trường THPT + Chương trình THPT sau năm 2019 với mơn khoa học thực nghiệm, sĩ số lớp học không 30 học sinh ... DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NLKH CHO HỌC SINH THPT 2.3.1 Thí nghiệm Vật lí Thí nghiệm nghiên cứu Vật lí Thí nghiệm dạy học Vật lí 2.3.2 Phân loại thí nghiệm dạy học Vật lí 2.3.2.1... trạng sử dụng thí nghiệm dạy học Vật lí trường phổ thơng đề xuất nguyên tắc xây dựng biện pháp sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh Chương XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC... dựng thí nghiệm 3.1.3.2 Kết dạy thực nghiệm 3.2 Sử dụng thí nghiệm xây dựng vào dạy học kiến thức "dòng điện kim loại chất bán dẫn" (vật lí 11) , phát triển NLKH cho học sinh 3.2.2 Sử dụng thí nghiệm