Xây dựng chương trình học phần “thí nghiệm vật lí” theo tiếp cận cdio nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho sinh viên

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - LÊ VŨ TRƯỜNG SƠN XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỌC PHẦN “THÍ NGHIỆM VẬT LÍ” THEO TIẾP CẬN CDIO NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO SINH VIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LUẬN VÀ PPDH BỘ MƠN VẬT LÍ Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - LÊ VŨ TRƯỜNG SƠN XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỌC PHẦN “THÍ NGHIỆM VẬT LÍ” THEO TIẾP CẬN CDIO NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO SINH VIÊN Ngành: Lý luận PPDH Bộ mơn Vật lí Mã số: 8.14.01.11 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM XUÂN QUẾ Đà Nẵng – Năm 2019 I LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu cá nhân tơi, hồn thành hướng dẫn giúp đỡ PGS.TS Phạm Xuân Quế, TS Nguyễn Quý Tuấn Thầy Cô giảng dạy, bạn học viên lớp học Các số liệu tài liệu trích dẫn luận văn trung thực Kết nghiên cứu không trùng với cơng trình cơng bố trước Tơi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan Tác giả luận văn Lê Vũ Trường Sơn II LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Xuân Quế, TS Nguyễn Quý Tuấn Thầy tận tình bảo, giúp đỡ, hướng dẫn tơi suốt q trình nghiên cứu đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Cơ giáo giảng dạy, thỉnh giảng tồn thể bạn học viên lớp cao học LL PPDH mơn Vật lí K36 trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng tận tình giảng dạy, góp nhiều ý kiến quý báu cho suốt trình học tập, nghiên cứu khoa học làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn BCN Khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Đà nẵng, Thầy dạy Thí nghiệm Vật lí bạn sinh viên trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình khảo sát thực nghiệm sư phạm Cuối xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè đồng nghiệp, người thân gia đình ln động viên, khích lệ tơi hồn thành luận văn Đà Nẵng, ngày 01 tháng 06 năm 2019 Tác giả Lê Vũ Trường Sơn III DANH MỤC VIẾT TẮT STT CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC CHỮ VIẾT ĐẦY ĐỦ CDIO Conceive – Design – Implement - Operate CĐR Chuẩn đầu ĐHBK – ĐHĐN GV KT-ĐG NL NLTN Năng lực thực nghiệm NLTP Năng lực thành phần SV 10 TNSP Thực nghiệm Sư phạm 11 TNVL Thí nghiệm Vật lí Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Giáo viên Kiểm tra – đánh giá Năng lực Sinh viên IV MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC VIẾT TẮT III TÓM TẮT ĐỀ TÀI VII DANH MỤC CÁC BẢNG IX DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IX MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Tổng quan vấn đề nghiên cứu Mục tiêu đề tài Giả thuyết khoa học Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM VÀ DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM THEO TIẾP CẬN CDIO 1.1 Năng lực thực nghiệm đánh giá lực thực nghiệm .6 1.1.1 Một số khái niệm 1.1.2 Cấu trúc 1.1.3 Biểu 1.1.4 Biện pháp phát triển 1.1.5 Phương pháp đánh giá NLTN 10 1.2 Dạy học theo tiếp cận CDIO 17 1.2.1 Bản chất luận điểm phương pháp tiếp cận CDIO 17 1.2.2 CĐR chương trình đào tạo theo tiếp cận CDIO 18 1.2.3 Phương pháp giảng dạy, học tập nhằm đáp ứng CĐR chương trình 19 1.2.4 Xác lập biểu đạt mục tiêu dạy học 20 1.2.5 Nguyên tắc dạy học 20 1.2.6 Quan điểm kỹ thuật đánh giá kết học tập 21 1.2.7 Chương trình đào tạo theo tiếp cận CDIO 24 1.3 Giới thiệu học phần “Thí nghiệm Vật lí” trường ĐHBK .26 1.3.1 Khái quát dạy TNVL trường ĐHBK - ĐHĐN 26 V 1.3.2 Giới thiệu NLTN SV dạy học học phần TNVL trường ĐHBK - ĐHĐN 28 1.3.3 Nguyên nhân hạn chế cách khắc phục 30 KẾT LUẬN CHƯƠNG 30 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỌC PHẦN “THÍ NGHIỆM VẬT LÍ” THEO TIẾP CẬN CDIO NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO SINH VIÊN 32 2.1 Chuẩn đầu 32 2.1.1 Kiến thức 32 2.1.2 Kĩ 32 2.1.3 Thái độ 32 2.2 Nội dung học phần 32 2.3 Tổ chức dạy học phát triển NLTN học phần TNVL 68 2.4 Tiến trình dạy học 75 2.4.1 Bài 2: Đo điện trở 75 2.4.2 Bài 3: Khảo sát từ trường ống dây dẫn thẳng 81 2.4.3 Bài 4: Đo chiết suất thủy tinh 81 2.4.4 Bài 5: Đo bước sóng laser He-Ne bề rộng khe hẹp 81 2.5 Đánh giá phát triển NLTN 81 KẾT LUẬN CHƯƠNG 82 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 83 3.1 Mục đích nhiệm vụ TNSP 83 3.1.1 Mục đích TNSP 83 3.1.2 Nhiệm vụ TNSP 83 3.2 Đối tượng nội dung TNSP 83 3.2.1 Đối tượng TNSP 83 3.2.2 Nội dung TNSP 83 3.3 Phương pháp thu thập thông tin xử lý thông tin .83 3.3.1 Phương pháp thu thập thông tin 83 3.3.2 Phương pháp xử lý thông tin 83 3.4 Diễn biến kết TNSP .84 3.5 Nhận xét vấn đề cần điều chỉnh sau TNSP 92 KẾT LUẬN CHƯƠNG 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .94 Kết luận 94 Kiến nghị 94 VI DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 99 PHỤ LỤC PL1 PHỤ LỤC 1: ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN PL1 PHỤ LỤC 2: PHIẾU KHẢO SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM PL12 PHỤ LỤC 3: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC PL20 PHỤ LỤC 4: RUBRIC ĐÁNH GIÁ NLTN CỦA TỪNG BÀI THÍ NGHIỆM PL43 PHỤ LỤC 5: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẪU PL81 VII TÓM TẮT ĐỀ TÀI XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỌC PHẦN “THÍ NGHIỆM VẬT LÍ” THEO TIẾP CẬN CDIO NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO SINH VIÊN Ngành: Lý luận PPDH Bộ mơn Vật lí Họ tên học viên: Lê Vũ Trường Sơn Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Xuân Quế; TS Nguyễn Quý Tuấn Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng Những kết luận văn: - Dựa sở lí luận chương chúng tơi nghiên cứu xây dựng thang đo đánh giá NLTN SV gồm NLTP 14 hành vi biểu hiện, với mức độ phân biệt - Dựa thang đo này, đánh giá thực trạng NLTN ban đầu SV, xác định nguyên nhân thực trạng đưa biện pháp phù hợp nhằm phát triển NLTN SV - Xây dựng chương trình học phần “Thí nghiệm Vật lí” theo tiếp cận CDIO (thống từ CĐR, nội dung giảng dạy đến phương pháp dạy học KT-ĐG) Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn: Kết TNSP bước đầu khẳng định chương trình học phần TNVL khả thi hiệu quả, chứng minh giả thuyết khoa học mà luận văn đề hồn tồn đắn Các kết nghiên cứu áp dụng dạy học trường ĐHBK – ĐHĐN tài liệu hữu ích cho GV tham khảo Hướng phát triển luận văn: - Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện sở lý luận việc xây dựng chương trình học phần “Thí nghiệm Vật lí” theo tiếp cận CDIO nhằm phát triển NLTN cho SV - Nghiên cứu hồn thiện quy trình tổ chức dạy học tiêu chí đánh giá NLTN SV Từ khóa: Thí nghiệm Vật lí Phát triển lực Năng lực thực nghiệm Mơ hình CDIO Chương trình mơn học Xác nhận giáo viên hướng dẫn Người thực đề tài PGS TS Phạm Xuân Quế Lê Vũ Trường Sơn VIII SUMMARY BUILDING SUBJECT PROGRAM “PHYSICS EXPERIMENT” ACCORDING TO CDIO APPROACH IN TO DEVELOPT EXPERIMENTAL COMPETENCE OF STUDENTS Major: Theory and method of teaching physics Full name of Master student: Le Vu Truong Son Supervisors: Assoc.Prof Dr.Sc Pham Xuan Que; Dr.Sc Nguyen Quy Tuan Training institution: The University of Da Nang – University of Science and Education The main results of the thesis: - Based on the theory presented in the 1st chapter we built scale to evaluate the student’s experimental competence consisted of four components and fourteen observable behaviors at four different levels - Based on this scale, we assessed the actual state of students' experimental competence, determined the cause of that state and proposed measures to develop this competence appropriately - Building subject program "physical experiment" according to CDIO approaching in to develop experimental competence of students The content of this program includes output standards, content of teaching methods and assessment The scientific and practical significance of the thesis: The results of pedagogical experiment have initially affirmed that the program is feasible and effective, proving the correctness of the proposed scientific hypothesis The research results are fully applicable in teaching at the university of DaNang – University of science and technology and is considered as useful references for lecture and teacher The development direction of dissertations: - Continue to study the complete theoretical basis of developing subject program “Physical experiment” according to CDIO approach for developing of student’s experimental competence - Research to improve the process of teaching and assessment criteria of student’s experimental competence Key words: Physics experiment Development of competence Experimental competence CDIO medel Subject program Supervior’s confirmation Assoc Prof Dr.Sc Pham Xuan Que Student Le Vu Truong Son PL86 Theo lý thuyết n0 (vòng/m) 75 85 100 120 B (mT) 0,47 0,53 0,63 0,75 0,8 0,75 0,71 0,7 B (mT) 0,63 0,6 0,61 0,53 0,47 0,5 0,52 0,45 0,4 0,3 20 50 80 110 140 Mật độ vòng dây (vòng\m) Thực nghiệm Lý thuyết Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cảm ứng từ B vào mật độ vòng dây Nhận xét: Cảm ứng từ B mật độ vòng dây tỉ lệ thuận với Giá trị thu từ thực nghiệm thấp so với lý thuyết 3.4 Xác định mật độ vòng dây n0 Thực nghiệm: Dựa vào đồ thị hình 2.1 ta có hệ số góc k = 0,1006 hệ số góc k đồ thị 𝜇𝜇𝑜 𝑛𝑜 Suy mật độ vòng dây: 𝒏𝒐 = 𝒌 𝝁𝝁𝒐 = 𝟎,𝟏𝟎𝟎𝟔 𝟒.𝟑,𝟏𝟒.𝟏𝟎−𝟕 = 80 (vịng/m) Lý thuyết: Ta có số vịng dây N = 30 vòng Chiều dài ống dây: L = 40 cm Suy mật độ vòng dây: 𝒏𝒐 = 𝑵 𝑳 = 𝟑𝟎 𝟒𝟎 = 75 (vòng/m) Nhận xét: Kết tính mật độ vịng dây thu từ thực nghiệm lý thuyết tương đối Nguyên nhân chênh lệch ống dây chưa rải BÀI 4: ĐO CHIẾT SUẤT CỦA BẢN THỦY TINH Mục đích thí nghiệm Xác định chiết suất thủy tinh PL87 Cơ sở lý thuyết n= 𝑑 𝑑1 Số liệu thí nghiệm, xử lí phân tích Độ xác thước trịn vít tiến chậm kính hiển vi: 0,001 (mm) Độ xác thước Panme: 0,05 (mm) Độ dày biểu kiến 𝑑1 (mm) Độ dày thực d (mm) Lần đo N 𝒍𝟎 l 𝒅𝟏 𝚫𝒅𝟏 k m d 𝚫𝐝 11 81 184 2,297 0,002 42 3,92 0,00 11 84 181 2,303 0,008 43 3,93 0,01 11 70 187 2,283 0,012 42 3,92 0,00 11 75 180 2,295 0,000 43 3,93 0,01 11 78 181 2,297 0,002 42 3,92 0,00 2,295 0,005 3,92 0,004 TB Giá trị trung bình sai số tuyệt đối trung bình d1 d d1 = 2,295 ± 0,005 (mm) d = 3,92 ± 0,004 (mm) Sai số tương đối trung bình chiết suất n 𝜀̅ = ̅̅̅̅ ∆𝑛 𝑛̅ = ̅̅̅̅ ∆𝑑 𝑑̅ + ̅̅̅̅̅̅ ∆𝑑1 ̅̅̅̅ 𝑑1 = 0,004 3,92 + 0,005 2,295 = 0,003 Giá trị trung bình chiết suất n 𝑑̅ 3,92 𝑑1 2,295 𝑛̅ = ̅̅̅̅ = = 1,71 Sai số tuyệt đối chiết suất n ̅̅̅̅ ∆𝑛 = 𝜀̅ 𝑛̅ = 0,003.1,71 = 0,005 ̅̅̅̅ = 1,71 ± 0,005 Vậy chiết suất n cần tìm là: n = 𝑛̅ ± ∆𝑛 BÀI 5: ĐO BƯỚC SÓNG LASER He-Ne VÀ BỀ RỘNG KHE HẸP Mục đích thí nghiệm - Xác định bước sóng laser He-Ne - Xác định bề rộng khe hẹp Cơ sở lý thuyết 2.1 Bước sóng laser He-Ne  il D PL88 2.2 Bề rộng khe hẹp b kD ak Số liệu thí nghiệm, xử lí phân tích 3.1 Bươc sóng laser He-Ne Độ xác thước kẹp: 0,05 (mm) Độ xác thước dây: (mm) Lần Lần Lần Trung bình Sai số TB i (mm) 1,065 1,055 1,060 1.060 0,003 d' (mm) 4823 4825 4825 4824 d (mm) 208 209 208 208 0,3 L (mm) 69,40 69,80 69,60 69,60 0,1 a (mm) 3,00 3,02 3,01 3,01 0,003 D = d + d' 5031 5034 5033 5032 10 ̅̅̅̅ ̅ ∆𝒂 Tính 𝒂 𝑓 𝑎̅ = 𝐿̅ ̅̅̅′ = 69,6 𝑑 − 𝑓2 Sai số tương đối: 𝜀𝑎 = ̅̅̅̅ ∆𝒂 ̅ 𝒂 = ̅̅̅̅ ∆𝑳 𝑳̅ + ̅̅̅̅̅ ∆𝒅′ ̅̅̅′ − 𝒇 ) (𝒅 𝟐 = 200 4824−200 0,1 69,6 + = 3,01 (mm) 4824−200 = 0,002 ̅̅̅̅ = 𝜀𝑎 𝑎̅ = 0,002.3,01 = 0,006 ∆𝒂 ̅̅̅ = 3,01 ± 0,006 (mm) Suy ra: a = 𝑎̅ ± ∆a ̅̅̅̅ ̅ ∆𝑫 Tính 𝑫 ̅ = 𝑑̅ + 𝑑̅′ = 208 + 4824 = 5032 (mm) 𝐷 Sai số tương đối: 𝜀𝐷 = ̅̅̅̅ ∆𝑫 ̅ 𝑫 = ̅̅̅̅ ∆𝒅 ̅ 𝒅 + ̅̅̅̅̅ ∆𝒅′ ̅̅̅ 𝒅′ = 0,3 208 + 4824 = 0,002 ̅ ± ̅̅̅̅ D= 𝐷 ∆D = 5032 ± 0,002 (mm) ̅̅̅̅ Tính 𝝀̅ ∆𝝀 Bước sóng tia laser : 𝜆 = 𝜀𝑘 = ̅̅̅̅ Δ𝜆 ̅ 𝜆 = 𝑖𝑎 𝐷 ̅̅̅ ̅̅̅̅ Δ𝑖 Δ𝑎 𝑖̅ + 𝜆̅ = 𝑎̅ 𝑖̅𝑎̅ ̅ 𝐷 + = ̅̅̅̅ Δ𝐷 ̅ 𝐷 = 0,003 1,060 1,060.3,01 5032,9 + 0,006 3,01 + 0,002 5032 = 0,005 = 633,9 (nm) ̅̅̅̅ = 𝜀𝑘 𝜆̅ = 0,005.633,9 = 3,2 (nm) ∆𝝀 Vậy bước sóng laser He-Ne cần tìm là: 𝝀 = 𝜆̅ ± ̅̅̅ ∆λ = 633,9 ± 3,2 (nm) PL89 3.2 Bề rộng khe hẹp Độ xác thước kẹp: 0,05 (mm) Độ xác thước dây: (mm) Bước sóng 𝝀 = 632,8 (nm) 𝒂𝟏 (mm) 𝒂𝟐 (mm) 𝒂𝟑 (mm) D (mm) Lần 22,10 42,50 60,10 4825 Lần 21,55 41,25 60,20 4826 Lần 21,35 41,50 60,40 4827 TB ̅̅̅̅̅ ∆𝒂𝒌 21,67 41,75 60,57 0,29 0,50 0,46 ̅ = 4826 𝑫 ̅̅̅̅ = 0,7 ∆𝑫 b (𝝁𝒎) 140,9 146,3 151,3 ̅ = 146,2 𝒃 Sai số tương đối 𝜀𝑏 = ̅̅̅̅ ∆𝑏 𝑏̅ = ̅̅̅̅̅̅ ∆𝑎𝑘 ̅̅̅̅ 𝑎𝑘 + ̅̅̅̅ ∆𝐷 ̅ 𝐷 = 0,29 21,67 + ̅̅̅̅ = εb b̅ = 0,03.146,2 = 4,4 Sai số tuyệt đối ∆b Vậy bề rộng khe hẹp cần tìn là: ̅ ± ̅̅̅̅ b=𝒃 ∆𝐛 = 146,2 ± 4,4 (𝝁𝒎) 0,50 41,75 + 0,46 60,57 + 0,7 4826 = 0,03 PL90 PL91 PL92 PL93 PL94 PL95 PL96 PL97 PL98 PL99 PL100 ... ba chương: Chương 1: Năng lực thực nghiệm dạy học phát triển lực thực nghiệm theo tiếp cận CDIO Chương 2: Xây dựng chương trình học phần “Thí nghiệm Vật lí” theo tiếp cận CDIO nhằm phát triển lực. .. lực thực nghiệm cho sinh viên Chương 3: Thực nghiệm sư phạm CHƯƠNG 1: NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM VÀ DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM THEO TIẾP CẬN CDIO 1.1 Năng lực thực nghiệm đánh giá lực thực. ..ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - LÊ VŨ TRƯỜNG SƠN XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỌC PHẦN “THÍ NGHIỆM VẬT LÍ” THEO TIẾP CẬN CDIO NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO SINH VIÊN