Phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm vật lí trong dạy học vật lí đại cương phần vật lí nguyên tử hạt nhân TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN THỊ KIỂM THU PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÍCH HỢP KIẾN THỨC CÁC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CỦA SINH VIÊN SƯ PHẠM VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG PHẦN “VẬT LÍ NGUYÊN TỬ HẠT NHÂN” Chun ngành: LÍ LUẬN VÀ PPDH BỘ MƠN VẬT LÍ Mã số: 14 01 11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC PGS.TS LÊ PHƯỚC LƯỢNG NGHỆ AN – 2021 Luận án hoàn thành Trường Đại học Vinh Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC PGS.TS LÊ PHƯỚC LƯỢNG Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường Địa điểm: Trường Đại học Vinh Thời gian: Vào hồi giờ, ngày tháng năm 2021 Có thể tìm luận án Thư viện Quốc gia Việt Nam, Thư viện Nguyễn Thúc Hào – Trường Đại học Vinh MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Ngày nay, với phát triển vũ bão khoa học, kĩ thuật công nghệ, tri thức lồi người tăng nhanh chóng Xu phát triển khoa học ngày tiếp tục phân hóa sâu, song song với tích hợp liên mơn, liên ngành ngày rộng Đề tài luận án lựa chọn xuất phát từ bốn lý Thứ nhất, cần thiết phải đổi phương pháp dạy học đại học theo hướng phát triển lực cho sinh viên Thứ hai, dạy học tích hợp lực quan trọng giáo viên nói chung giáo viên Vật lí nói riêng Thứ ba, dạy học theo chủ đề tích hợp xu hướng dạy học đại, việc áp dụng phương pháp dạy học theo chủ đề tích hợp góp phần bồi dưỡng cho sinh viên số lực bậc cao phân tích, so sánh, tổng hợp Cuối cùng, nội dung học phần Vật lí đại cương dành cho sinh viên sư phạm nội dung chương trình Vật lí THPT có liên hệ chặt chẽ với nhau, kiến thức khoa học tích hợp học phần Vật lí đại cương góp phần cho sinh viên triển khai dạy học tích hợp, đáp ứng yêu cầu đổi dạy học chương trình giáo dục phổ thơng năm 2018 Từ phân tích trên, chọn vấn đề: Phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên sinh viên sư phạm Vật lí dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” để làm đề tài nghiên cứu luận án Mục đích nghiên cứu Dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo hướng phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên sinh viên sư phạm Vật lí, góp phần bồi dưỡng lực dạy học tích hợp cho sinh viên chương trình đào tạo giáo viên Vật lí Trung học phổ thơng Đối tượng nghiên cứu Q trình dạy học Vật lí đại cương theo hướng phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên sinh viên sư phạm Vật lí Phạm vi nghiên cứu Dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” chủ đề tích hợp, phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí Giả thuyết khoa học Nếu dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo chủ đề tích hợp phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên sinh viên sư phạm Vật lí Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận thực tiễn giáo dục đại học nói chung đào tạo giáo viên Vật lí THPT nói riêng - Nghiên cứu lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí lực dạy học tích hợp giáo viên Vật lí trường THPT - Phân tích chương trình, nội dung dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” cho SV sư phạm Vật lí - Điều tra thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho SV sư phạm theo hướng phát triển lực dạy học tích hợp khoa sư phạm, trường đại học sư phạm - Phát triển chương trình học phần Vật lí đại cương theo hướng bồi dưỡng lực dạy học tích hợp mơn khoa học THPT cho SV sư phạm Vật lí - Nghiên cứu vận dụng dạy học tích hợp theo chủ đề dạy học Vật lí đại cương theo hướng phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí - Đánh giá lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” - Thực nghiệm sư phạm Phương pháp nghiên cứu 7.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận Nghiên cứu quan điểm đổi giáo dục đại học, lí luận dạy học đại học theo hướng phát triển lực nghề nghiệp cho SV 7.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Điều tra, khảo sát, phân tích đánh giá thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho SV sư phạm Vật lí theo hướng phát triển lực dạy học nói chung lực dạy học tích hợp mơn khoa học trường THPT 7.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm sư phạm kiểm chứng giả thuyết khoa học đề tài 7.4 Phương pháp thống kê tốn học Xử lí số liệu điều tra thực tiễn kết thực nghiệm sư phạm cơng cụ tốn học thống kê Những đóng góp luận án 8.1 Về mặt lí luận - Góp phần làm sáng tỏ sở lí luận phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên sinh viên sư phạm Vật lí q trình dạy học Vật lí đại cương Phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên điều kiện cần để bồi dưỡng lực dạy học tích hợp chương trình đào tạo giáo viên Vật lí Trung học phổ thông - Xây dựng cấu trúc lực dạy học tích hợp giáo viên Vật lí cấu trúc lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên; Xây dựng thang đo lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên sinh viên sư phạm Vật lí học tập Vật lí đại cương - Đề xuất quy trình xây dựng/thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề tích hợp Vật lí đại cương theo giai đoạn 8.2 Về mặt thực tiễn - Điều tra thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho sinh viên sư phạm Vật lí theo định hướng phát triển lực dạy học tích hợp - Thiết kế kế hoạch dạy học theo chủ đề tích hợp phần “Vật lí ngun tử hạt nhân” chương trình Vật lí đại cương theo định hướng phát triển lực tích hợp kiến thức khoa tự nhiên sinh viên sư phạm Vật lí CHƯƠNG TỔNG QUAN LỊCH SỬ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các nghiên cứu dạy học tích hợp 1.1.1 Các nghiên cứu nước Xavier Rogiers đánh giá tầm quan trọng dạy học tích hợp giáo dục sau “Nếu nhà trường quan tâm dạy cho học sinh khái niệm cách rời rạc nguy hình thành học sinh suy luận khép kín, hình thành người mù chức năng, nghĩa người lĩnh hội kiến thức khơng có khả sử dụng kiến thức hàng ngày” Các nước Mỹ, Anh, Rumani, Indonesia, Úc nghiên cứu hiệu phương pháp dạy học tích hợp lực giáo viên/sinh viên sư phạm Vật lí Laura Tugulea cộng nghiên cứu lực đặc thù giáo viên Vật lí Nhóm tác giả đề xuất học phần dạy học Vật lí đại cương có liên quan đến Vật lí (Physics-related optional subjects) Hóa học, Sinh học, Vật lí thiên văn, Vật lí Địa lý số học phần ứng dụng kiến thức Vật lí vào lĩnh vực khác bao gồm: Nguyên tắc Vật lí vận hành thiết bị máy móc, Vật lí y học thể thao, Vật lí khí hậu, Vật lí sử dụng lượng môi trường, học phần có mục tiêu đề cập đến mối quan hệ Vật lí đến vật, tượng sống, học phần gọi tên chung “Physics in other Sciences” Như nghiên cứu nước ngồi cho thấy dạy học tích hợp có ý nghĩa việc hình thành phát triển lực cho người học sinh viên Vật lí học số học phần có nội dung tích hợp để nâng cao kiến thức tích hợp khoa học 1.1.2 Các kết nghiên cứu Việt Nam Tác giả Phạm Xuân Quế, Nguyễn Văn Biên nghiên cứu lực hình thành dạy học tích hợp, quy trình dạy học tích hợp nhà trường Các tác giả Tưởng Duy Hải, Đỗ Hương Trà phân tích rủi ro xung quanh việc giáo viên trung học đào tạo để tổ chức dạy học đơn mơn mà chưa có kết hợp đào tạo liên môn bối cảnh nước ta triển khai dạy học tích hợp nhà trường, điều tiềm ẩn khả tự chủ giáo viên xử lí tình tích hợp có kiến thức môn học khác, chẳng hạn sinh viên sư phạm Vật lí tiếp cận với kiến thức Sinh học Hóa học Các tác giả Trần Trung Ninh, Đặng Thị Thuận An nghiên cứu khung lực dạy học tích hợp dành cho giáo viên trung học gồm có mức độ tiêu chí Tuy nhiên, tiêu chí chưa đề cập đến tiêu chí kiến thức tích hợp 1.2 Các nghiên cứu dạy học Vật lí đại cương theo định hướng bồi dưỡng lực nghề nghiệp lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên 1.2.1 Các nghiên cứu nước Tác giả Eric Brewe, Warren Christensen, Viviane Callier cho dạy học Vật lí đại cương cịn tập trung vào giải tốn, vận dụng dụng kiến thức vào thực tiễn 1.2.2 Các nghiên cứu nước Học phần “Vật lí ngun tử hạt nhân” có nội dung gắn liền với chương trình trung học phổ thông, tác giả Thái Khắc Định, Trần Quốc Hà, Tạ Hưng Quí phân chia học phần thành hai nội dung Vật lí nguyên tử Vật lí hạt nhân Tuy nhiên, nội dung dạy học có liên hệ thực tiễn để góp phần bồi dưỡng lực tích hợp khoa học cho SV tập phần cuối chương, dự án học tập, nội dung dạy học mang yếu tố liên ngành, vấn đề tích hợp có liên quan đến nghề nghiệp SV sư phạm nghiên cứu chưa đề cập đến chưa đề cập rõ ràng 1.3 Một số vấn đề tiếp tục nghiên cứu Thực đề tài luận án, cần tiếp tục nghiên cứu vấn đề sau: (1) Trong đào tạo giáo viên Vật lí trung học phổ thơng, để SV có lực dạy học tích hợp cần điều kiện, yếu tố nào? (2) Dạy học Vật lí đại cương nói chung dạy học phần “Vật lí ngun tử hạt nhân” nói riêng theo phương thức để bồi dưỡng lực dạy học tích hợp cho SV sư phạm Vật lí? CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Năng lực lực thành phần lực dạy học tích hợp 2.1.1 Năng lực Năng lực khả vận dụng kiến thức tổng hợp để giải vấn đề/tình học/bài tập cách có hiệu quả, lực sinh viên sư phạm Vật lí thể điều kiện sinh viên biết dựa vào chứng khoa học (chủ yếu khoa học tự nhiên) huy động để đánh giá tác động khoa học đến đời sống xã hội 2.1.2 Các lực thành phần lực dạy học tích hợp Trong phạm vi luận án này, chúng tơi đề xuất cấu trúc lực dạy học tích hợp bao gồm bốn lực thành phần (bảng 2.1) Bảng 2.1: Cấu trúc lực dạy học tích hợp theo lực thành phần biểu hành vi Năng lực thành phần Biểu hành vi/tiêu chí Năng lực nhận thức - Xác định lực chung, lực đặc thù môn dạy học tích hợp học Vật lí - Trình bày vấn đề lí luận dạy học tích hợp Năng lực tích hợp kiến - Phát vấn đề tích hợp thức khoa học tự - Tổng hợp kiến thức tích hợp - Tìm tịi, khám phá, xếp kiến thức khoa học liên nhiên quan đến vấn đề tích hợp - Thuyết trình, diễn đạt chủ đề tích hợp theo trình tự logic, xác - Đánh giá tác động khoa học đến đời sống, xã hội Năng lực thiết kế giáo - Xác định mục tiêu dạy học tích hợp án tổ chức hoạt động - Xây dựng kế hoạch (giáo án) dạy học tích hợp dạy học tích hợp - Sử dụng phương pháp, phương tiện dạy học hiệu Năng lực kiểm tra đánh - Thiết kế sử dụng công cụ đánh giá lực học giá lực dạy sinh dạy học tích hợp học tích hợp Bảng 2.1 lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên phát triển cho SV sư phạm Vật lí thơng qua tổ chức chủ đề dạy học tích hợp dạy học Vật lí đại cương nhằm góp phần bồi dưỡng lực dạy học tích hợp cho SV Vật lí 2.2 Năng lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên 2.2.1 Khái niệm lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên Năng lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên thuộc tính tâm lí, khả người học phát vấn đề tích hợp, huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, phương pháp nhận thức môn học/của khoa học tự nhiên để giải vấn đề liên quan đến lí thuyết khoa học vấn đề thực tiễn đời sống, khoa học, công nghệ dạy học Vật lí đạt hiệu Từ khái niệm lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên, chúng tơi cho lực hình thành cho SV thông qua giai đoạn tổ chức dạy học chủ đề tích hợp (hình 2.1) Hình 2.1 Các giai đoạn hình thành lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên 2.2.2 Cấu trúc lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên Dựa sở định nghĩa phân tích giai đoạn hình thành lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên, chúng tơi xác định khung lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên cho SV sư phạm Vật lí q trình dạy học Vật lí đại cương trình bày bảng 2.2 Bảng 2.2: Khung lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí dạy học Vật lí đại cương Năng lực thành phần Phát vấn đề tích hợp Biểu hành vi/tiêu chí Nhận diện vấn đề tích hợp, nhận mâu thuẫn từ vấn đề nêu, đặt câu hỏi xoay quanh vấn đề Tổng hợp kiến thức tích hợp Tìm kiếm thơng tin, huy động kiến thức liên quan thiết lập mối quan hệ kiến thức Vật lí với kiến thức khoa học tự nhiên Tìm tịi, khám phá, xếp Khám phá, lựa chọn, xếp nội dung kiến thức liên kiến thức khoa học liên quan đến vấn đề tích hợp, nghiên cứu giải vấn quan đến vấn đề tích hợp đề tích hợp, đưa câu trả lời tình gắn với thực tiễn cách xâu chuỗi thông tin thu thập Thuyết trình, diễn đạt chủ đề Sử dụng đúng, xác ngơn ngữ khoa học, phát tích hợp theo trình tự logic, biểu ý tưởng rõ ràng, mạch lạc xác Đánh giá tác động khoa Đánh giá tích cực, tiêu cực nghiên cứu khoa học học đến đời sống, xã hội đến đời sống, xã hội, hình thành kĩ sống 2.2.3 Thang đo lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên sinh viên sư phạm Vật lí Dựa khung lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên (bảng 2.2) Chúng đề xuất thang đo chi tiết mức độ lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí học tập Vật lí đại cương (bảng 2.3) Bảng 2.3: Thang đo lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên Năng lực thành phần Mức Điểm: 0-4,9 Phát Không vấn đề tích hợp Mức Mức Mức Điểm: 5,0-5,9 Điểm: 6,0-7,9 Điểm: 8,0-10 phát Phát Tự phát Tự phát hiện vấn vấn đề tích hợp hợp đề tích chưa cách đầy đủ đầy đủ phải nhờ vấn đề tích vấn đề tích hợp hướng dẫn Tổng hợp kiến Khơng thức tích hợp tổng Tổng hợp hợp Tổng hợp Tổng hợp kiến hợp kiến kiến thức kiến thức tích thức tích hợp, thức tích hợp tích hợp hợp, cịn thơng tin đầy cần hướng thiếu dẫn số đủ, giải thơng tin vấn đề giải vấn đề 12 CHƯƠNG XÂY DỰNG KẾ HOẠCH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP PHẦN “VẬT LÍ NGUYÊN TỬ HẠT NHÂN” THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÍCH HỢP KIẾN THỨC CÁC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CỦA SINH VIÊN SƯ PHẠM VẬT LÍ 3.1 Các chủ đề tích hợp nhằm phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học cho sinh viên sư phạm Vật lí Chúng tơi đề xuất dạy học kiến thức học phần” Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo chủ đề sau: Chủ đề Sự kích thích nguyên tử, phát quang số chất Chủ đề Tia X chẩn đốn hình ảnh tia X Chủ đề Thực phẩm chiếu xạ Chủ đề Phóng xạ đồng vị phóng xạ Chủ đề Ứng dụng Vật lí hạt nhân vào lĩnh vực đời sống 3.1 Tiến trình dạy học chủ đề “Tia X chẩn đốn hình ảnh tia X” a Mục tiêu chủ đề - Phân tích đề xuất câu hỏi để giải tình đặt chủ đề “Tia X chẩn đốn hình ảnh tia X” - Giải thích hoạt động ống Coolidgo ống Crookes, chế tạo tia X - Phát biểu phổ tia X gồm có hai thành phần: Phổ vạch phổ liên tục - Mô tả giải thích hiệu ứng Auger - Dự đốn nguyên tố hóa học có nguyên tử lượng lớn hấp thụ mạnh tia X - Đề xuất thí nghiệm kiểm chứng chất không tan ứng dụng chuẩn đốn dày mơ mềm - Tiến hành thí nghiệm nhận xét mối quan hệ tia X nguyên tố có nguyên tử lượng lớn, ngun tố có khối lượng lớn hấp thụ mạnh tia X b Ý tưởng sư phạm chủ đề Nghiên cứu giáo trình dành cho SV sư phạm Vật lí, tác giả Thái Khắc Định đề cập đến tia X phổ tia X [24] Các photon tia X mang đủ lượng ion hóa nguyên tử phá vỡ liên kết phân tử Điều làm cho trở thành loại xạ ion hố, gây hại cho mô sống thể Ứng dụng tia X kết hợp với số khám phá chất hóa học hấp thụ tia X tìm hiểu sâu dạy chủ đề tích hợp cho SV 13 Phân tích nội dung chương trình giáo dục phổ thơng chương trình giáo dục phổ thơng mơn Vật lí [14], [15] (chương trình có đề cập đến ứng dụng kiến thức Vật lí Y học), có chủ đề tích hợp “tia X” để dạy kiến thức tia X ứng dụng vào thực tiễn Chủ đề tạo hội cho SV vận dụng kiến thức nhiều lĩnh vực tia X (Vật lí), muối BaSO4 (Hóa học), chụp dày (Y sinh) thành phần nguyên tố tạo nên quan bên thể c Graph dạy học chủ đề Tia X Chụp X quang mô mềm thể người để chuẩn đoán số bệnh a Phát vấn đề tích hợp Tại mơ mềm mà tia X qua được? Có thể dùng hợp chất để tăng hấp thu tia X khơng? Làm em biết được? Có phải muối BaSO4 loại muối vô hại có lợi chuẩn đốn X quang khơng? Làm để em biết điều hay sai? b Tổng hợp kiến thức tích hợp Sự tạo thành tia X, tính chất tia X, ứng dụng tia X, phổ tia X Muối hấp thụ tia X: Thí nghiệm kiểm tra để đánh giá độ an toàn muối So sánh khác cấu tạo nguyên tố bên thể, rút kết luận muối hấp thụ tia X Đọc giáo trình, thảo luận nhóm, tra cứu thơng tin Mơ tả tia X tạo ống Coolidge ống Crookes Giải thích hình thành phổ tia X Cách tạo hình ảnh tia X Đọc phiếu thơng tin So sánh khả hấp thụ tia X số nguyên tố mô thể Rút nhận xét: muối có chứa Ba có Z=137, cao nguyên tố khác cấu tạo nên thể Đề xuất thí nghiệm để kiểm chứng độ an tồn muối dùng hỗ trợ chẩn đoán X quang Kết luận muối không tan nước axit nên bị đào thải ngồi qua hệ tiêu hóa, từ khơng gây hại cho người c Tịi tịi, khám phá, xếp liệu trả lời câu hỏi Muối có chứa Ba, nguyên tố có nguyên tử lượng cao hẳn nguyên tố tạo mơ mềm (hidro, carbon, nitrogen, oxygen) nên có khả hấp thu chùm tia X gấp nhiều lần mô mềm thể Việc ăn muối trước chụp X quang mơ mềm nhằm giúp tạo hình ảnh X quang rõ nét mô mềm thể, giúp bác sĩ chẩn đốn bệnh xác Đồng thời muối kết tủa nên dẽ bị thải ngoài, không gây nguy hiểm cho người ăn 14 d Thuyết trình e Đánh giá tác động khoa học đến đời sống xã hội Việc chẩn đốn mơ mềm thể kĩ thuật X quang y tế hoàn toàn khả thi phải dùng chất hóa học bổ trợ Tia X xuyên qua mô mềm lại bị hấp thu mạnh kim loại có khối lượng cao Các muối chứa kim loại không tốt cho người bị tổn thương bên mơ mềm, để lại vết mờ cho lần chuẩn đoán sau Tia X xạ có bước sóng ngắn nên dễ gây tổn hại tế bào lành f Kết luận Hiệu ứng Auger: Khi eletron chạm với electron lớp vỏ nguyên tử làm bật electron lõi khỏi nguyên tử, để lại lỗ trống Các electron lớp vỏ chuyển mức lấp đầy lỗ trống Trong trường hợp bình thường dịch chuyển phát xạ tia X Tuy nhiên số trường hợp phần lượng chuyển cho electron lớp vỏ khác làm bật electon khỏi nguyên tử Electron gọi electron Auger BaSO4 muối kim loại không tan nước dùng khám X quang ống tiêu hố chất khơng bị thể hấp thu không tác động tiết dịch dày, ruột Hình 3.1: Graph tiến trình dạy học chủ đề “Tia X chẩn đốn hình ảnh tia X d Lựa chọn hình thức tổ chức dạy học Căn vào graph tiến trình dạy học trình bày hình 3.1, bảng 3.2 mơ tả chi tiết hình thức tổ chức dạy học, phương tiện thời gian dạy học chủ đề Bảng 3.2: Bảng mơ tả hình thức, phương tiện thời gian tổ chức dạy học chủ đề Tiến trình Hình thức tổ chức Thời Phương tiện sử dụng gian (phút) Giới thiệu chủ đề Thuyết giảng Nêu câu hỏi dạng lựa chọn Phát vấn đề Video khoa học Câu hỏi trắc nghiệm Làm việc nhóm 10 Tổng hợp kiến Làm việc nhóm 30 thức tích hợp Tia X phổ tia X Giấy, bút, phiếu học tập tích hợp Giáo trình, giấy A4, sổ ghi chép Nêu câu hỏi so sánh thông Phiếu thơng tin tin đánh giá thơng tin Thí nghiệm BaSO4 BaSO4, que khuấy, dung 15 dịch axit loãng Tìm tịi, xếp Làm việc nhóm Lên ý 30 Giấy A0, bút liệu logic tưởng trình bày Trình bày SV trình bày trước lớp 40 Slide báo cáo ngắn Đánh giá tác động SV trình bày trước lớp 10 Slide báo cáo ngắn Thuyết giảng 10 Bảng khoa học với đời sống xã hội Kết luận giảng viên e Tiến trình dạy học cụ thể Hoạt động Phát vấn đề tích hợp Giảng viên mời SV xem video[100] Giảng viên: Hãy thảo luận nhận xét tia X dùng để chụp phận thể người Từ lựa chọn phương án số phương án sau đây: A Hiện bệnh viện, cơng nghệ chụp X quang để chẩn đốn tổn thương mô cứng xương cổ, bàn tay, bàn chân B Hiện bệnh viện, công nghệ chụp X quang để chẩn đốn tổn thương mơ mềm dày, ruột C Cả hai phương án sử dụng Mục đích câu hỏi nhiều lựa chọn để tạo hai ý kiến khác nhau, phương án A C Giảng viên: Câu trả lời C Giảng viên đề nghị nhóm SV chọn phương án A nêu lên “nghi vấn” câu trả lời C Giảng viên nêu “Câu trả lời câu C có mâu thuẫn với hiểu biết em tia X không? Nếu em cho có mâu thuẫn chỗ nào?” Giảng viên nhắc SV lấy giấy, bút, ghi nghi ngờ/thắc mắc chưa rõ Giảng viên mời bạn lên phát biểu, nhóm khác nhận xét Kết mong đợi từ SV: Tại mô mềm mà tia X qua được? Có thể dung chất hóa học để tăng hấp thu tia X khơng? Làm em biết được? Giảng viên tiếp tục giả sử tình huống: Anh M bị đau dày, uống thuốc lâu không khỏi, M bị nghi có khối u bênh dày Để chụp X quang dày cho anh M, bác sĩ cho bệnh nhân M ăn loại muối BaSO4, bệnh nhân N phòng với M chụp X quang xương lại khơng cần ăn chất này? Giải thích sao? 16 Giảng viên: Trước trả lời cho tình huống, em thảo luận với nhau, thiết lập một chuỗi câu hỏi xoay quanh tình này? Dự đốn câu trả lời SV: Có phải muối BaSO4 loại muối vơ hại có lợi chuẩn đốn X quang khơng? Làm em biết điều hay sai? Hoạt động Tổng hợp tài liệu tích hợp Hoạt động tìm hiểu tia X phổ tia X Giảng viên: SV đọc giáo trình, thảo luận nhóm Tìm thơng tin trả lời câu hỏi Tìm hiểu khái quát tia X Tia X khám vào năm nào? Ai người khám phá tia X? Vẽ sơ đồ mô tả hoạt động ống tạo tia X Bản chất tia X Nêu số công dụng tia X mà em biết Phổ tia X Giảng viên: Giới thiệu có hai loại phổ tia X phổ vạch phổ liên tục Giảng viên đề nghị SV đọc giáo trình, làm việc nhóm để trả lời câu hỏi Phổ liên tục tia X hình thành nào? Bước sóng nhỏ tia X tính cơng thức gì? Phổ vạch (cịn gọi phổ đặc trưng) hình thành nào? Hãy trình bày biểu thức xác định tần số phổ vạch tia X theo hệ thức Moseley Tính chất đâm xuyên tia X Giảng viên: Vẽ thang sóng điện từ, cho biết chất Vật lí tia X so sánh tính chất đặc trưng tia X so với số sóng điện từ khác (dựa vào thuyết lượng) Mục đích để SV hiểu tác dụng đâm xuyên mạnh tia X bước sóng ngắn đến mức nào, xếp thứ hai sau tia Gamma Bài tập củng cố: SV giải tập Giảng viên: SV nghiên cứu nội dung giáo trình, dụng cụ hỗ trợ tìm kiếm thơng tin điện thoại có kết nối internet: Hãy trình bày nguyên lý tạo ảnh máy chụp X quang dùng để chẩn đốn hình ảnh (lĩnh vực y tế) Hoạt động phân tích khả hấp thụ tia X thể Giảng viên: SV đọc phân tích phiếu thơng tin (hình 3.5), đề nghị SV dựa phiếu thông tin để rút nhận xét khả hấp thụ tia X 17 PHIẾU THÔNG TIN TRỢ GIÚP SV SO SÁNH SỰ HẤP THỤ TIA X GIỮA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ VÀ CÁC MƠ TRONG CƠ THỂ Các ngun tố cấu tạo nên phận thể người: C, H, O, N Xương: 11,6 - 13,8 10% Canxi (Z=20) Mơ mềm: 7,4 Chì (Z=82) hấp thụ tia X mạnh, nên dùng để che chắn chụp X quang Hình 3.5: Phiếu thơng tin trợ giúp SV so sánh khả hấp thụ tia X số nguyên tố mô thể Câu trả lời mong đợi từ SV: Trong thể, nguyên tố C, H, O, N nguyên tố có giá trị Z nhỏ, mơ mềm có Z khoảng 7,4 nên hấp thụ tia X (cho tia X qua), xương có giá trị Z cao nên xương cản tia X (hình ảnh xương X quang cho ta biết đó) Chì có giá trị Z lớn nên dùng để cản tia X Vậy thể, phận có giá trị Z lớn hấp thụ (cản) tia X cao ngược lại Hoạt động thí nghiệm kết tủa muối Hình 3.6: Dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng kết tủa muối BaSO4 SV quan sát tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm (hình 3.6) Giảng viên hỏi: Nếu cho muối vào nước nước chanh em quan sát gì? Dự đoán số SV trả lời kết tủa cốc, hai cốc số khác khơng biết mà nói có màu trắng đục Giảng viên đề nghị SV đề xuất cách tiến hành thí nghiệm kiểm tra a SV lý giải tượng quan sát trả lời câu hỏi “Muối BaSO4 có thực an tồn ăn khơng? Vì sao?” b Muối dùng có gốc kim loại gì? Khối lượng bao nhiêu? Khả hấp thụ tia X nhiều hay ít? Dựa vào đâu để em biết? SV thảo luận trả lời câu hỏi giảng viên Hoạt động 3: Tìm tịi, khám phá, xếp kiến thức khoa học liên quan đến vấn đề tích hợp 18 SV thiết kế câu trả lời: hình thức trình bày dùng cơng cụ bổ trợ giấy A0 BaSO4 muối kim loại không tan nước (qua thí nghiệm kết tủa axit) dùng khám X quang ống tiêu hoá chất không bị thể hấp thu không tác động tiết dịch dày, ruột Hoạt động 4: Trình bày đánh giá tác động khoa học đến đời sống, xã hội SV trình bày câu trả lời cho tình nêu lên trước đó, ghi lên giấy A0 Kết luận dựa vào chứng khoa học Dựa vào thang đo lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên bảng 2.3 mục tiêu, nội dung dạy học chủ đề Chúng đề xuất tiêu chí đánh giá theo lực thành phần cho SV (bảng 3.7), giảng viên đánh giá SV theo thang điểm 10, sau qui đổi thành mức độ lực từ thấp đến cao Bảng 3.7: Bảng tiêu chí đánh giá chủ đề “Tia X chẩn đốn hình ảnh tia X” Năng lực thành tố Biểu cụ thể Điểm (Nhóm 1) Năng lực phát Tia X tạo nào? vấn đề tích hợp Vì tia X lại xuyên qua mô mềm? Muối BaSO4 có thành phần đặc biệt để hấp thụ tia X? Ăn chất Hóa học có ảnh hưởng đến sức khỏe khơng? Làm khẳng định được? Năng lực tổng hợp Khái quát tia X kiến thức tích hợp Phổ tia X Cách tạo ảnh tia X y tế Các nguyên tố có Z lớn có khả hấp thụ tia X cao Muối dùng cho bệnh nhân muối kết tủa môi trường axit Đề xuất ý tưởng thực thí nghiệm Năng lực tìm tịi, Ba có Z lớn, muối kết tủa nên vừa khám phá, xếp hấp thụ mạnh tia X, vừa thải theo kiến thức khoa đường tiết Do đó, có tác dụng học liên quan đến chụp X quang dày gần vô hại 19 vấn đề tích hợp Thuyết trình, đánh Trả lời tự tin giá tác động Nêu chứng khoa học thuyết phục khoa học đến đời Muối BaSO4 dùng sống, xã hội trường hợp người bệnh bị loét dày, ruột Việc chẩn đốn tia X khơng phải tối ưu, tia X sóng điện từ thể gây tổn thương tế bào Kết luận chương Các chủ đề dạy học biên soạn có nội dung định hướng phát triển lực cho SV, đặc biệt chủ đề bắt đầu tình có vấn đề, SV chưa gặp phải học theo chương trình cũ, phương pháp truyền đạt tạo hấp dẫn cho SV, từ làm cho SV u thích có thêm động lực học tập học phần SV rèn luyện kĩ học tập đại hoạt động học tập xác định câu hỏi học (thông qua hoạt động tiếp nhận, theo dõi phân tích tình huống, phát biểu vấn đề xoay quanh tình huống), tổng hợp thơng tin tích hợp (thơng qua hoạt động phân tích phiếu thơng tin, làm thí nghiệm, truy cập trang web dạy học, vẽ sơ đồ cấu tạo giải thích hoạt động thiết bị), từ liệu thu thập được, yêu cầu SV đề xuất câu trả lời cho vấn đề tình huống/ nêu giả thuyết , chứng minh giả thuyết dẫn chứng khoa học cụ thể, có lập luận xâu chuỗi vấn đề tìm hiểu trước đó, thấy rằng, hoạt động học tập SV định hướng để phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên 20 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.1 Mục đích đối tượng thực nghiệm sư phạm Việc tổ chức thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng giả thuyết khoa học đề tài luận án: Nếu dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo chủ đề tích hợp phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí Chúng tơi chọn đối tượng TN sư phạm để tổ chức dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” SV ngành sư phạm Vật lí năm thứ Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại học Cần Thơ, TN tiến hành hai học kỳ tương ứng với hai vòng Kết TN sư phạm vòng sở để rút kinh nghiệm, chỉnh sửa hoàn thiện để tiến hành TN sư phạm vòng 4.2 Kết thực nghiệm sư phạm a) Kết định lượng Sau tổ chức TN sư phạm với việc dạy học theo chủ đề học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” Sau kết thúc TN sư phạm vịng 2, chúng tơi tiến hành cho SV nhóm làm kiểm tra Kết kiểm tra chấm xử lí theo lý thuyết thống kê trình bày bảng 4.1, 4.2 bảng 4.3 Bảng 4.1: Phân bố tần số điểm lớp thực nghiệm ĐC sau TN vòng Trường Lớp Xi 10 Tổng Đại học TN f 0 45 Cần Thơ ĐC f 9 45 Đại học Sư TN f 1 12 50 phạm TPHCM ĐC f 5 12 11 50 Bảng 4.2: Phân bố tần suất lũy tích hội tụ lùi lớp TN ĐC sau TN vòng Trường Lớp Xi Đại học TN wi 0,0 0,0 2,2 11,1 26,7 44,4 64,4 82,2 97,8 100 Cần Thơ ĐC wi 0,0 2,2 8,9 22,2 42,2 62,2 80,0 88,9 95,6 100 Đại học Sư TN wi 0,0 2,0 4,0 12,0 22,0 36,0 54,0 78,0 92,0 100 phạm TPHCM ĐC wi 0,0 4,0 12,0 22,0 32,0 56,0 78,0 90,0 100 100 10 21 Biểu đồ 4.1: Biểu đồ mơ tả tần suất tích lũy hội tụ lùi lớp TN ĐC Từ biểu đồ cho thấy chất lượng học tập nhóm lớp TN cao chất lượng nhóm lớp ĐC Trường Đại học Cần Thơ, lớp thực nghiệm có tổng số % điểm từ trở lên chiếm tới 35,6% số lớp đối chứng có 20% Điều xảy tương tự với Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, tổng số % điểm từ trở lên lớp thực nghiệm đối chứng 46% 28%  Kết số thống kê sau: Bảng 4.3: Bảng thống kê kết kiểm tra lớp TN ĐC Đại học Cần Thơ Đại học sư phạm TPHCM Lớp TN ĐC TN ĐC Điểm trung bình 6,71 5,96 7,00 6,06 Phương sai 3,03 3,46 3,67 3,53 Độ lệch chuẩn 1,74 1,86 1,92 1,88 p-value 0,0496031 0,0149604 Kết luận: Sự chênh lệch giá trị trung bình hai nhóm TN ĐC hai trường có ý nghĩa với độ tin cậy cao b) Kết thăm dò hiệu dạy học với chủ đề Bảng 4.4: Kết tự đánh giá lực SV sau học chủ đề lớp Năng lực thành phần SV tự đánh giá (%) Tăng Tăng nhiều Giữ Giảm nguyên Năng lực phát vấn đề tích hợp 82 14 Năng lực tập hợp kiến thức tích hợp 82 14 Năng lực tìm tịi, khám phá, xếp kiến thức khoa học liên quan đến vấn đề tích hợp Năng lực thuyết trình 79 17 11 43 46 Năng lực đánh giá tác động 14 75 11 22 khoa học đến đời sống xã hội c) Kết nghiên cứu trường hợp Bảng 4.5: Kết mức lực SV nghiên cứu trường hợp Lê Nguyễn Nhựt T Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Năng lực 1 2 3 Năng lực 2 3 Năng lực 3 Năng lực 2 3 Năng lực 3 3 Trần Mai T Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Năng lực 1 2 Năng lực 2 2 3 Năng lực 2 Năng lực 2 3 Năng lực 2 3 Danh A Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Năng lực 3 4 Năng lực 2 3 Năng lực 2 3 Năng lực 2 3 Năng lực 3 3 Võ Thị Ngọc H Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Năng lực 2 Năng lực 2 3 Năng lực 3 3 Năng lực 2 3 Năng lực 2 3 Thiềm Thị K Chủ đề 23 Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Năng lực 1 3 4 Năng lực 2 3 Năng lực 3 3 Năng lực 4 Năng lực 3 4 Nguyễn Ngọc H Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Năng lực 1 3 4 Năng lực 2 4 Năng lực 3 3 Năng lực 4 4 Năng lực 3 4 Bùi Hồng V Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Chủ đề Năng lực 4 Năng lực 3 4 Năng lực 3 4 Năng lực 3 4 Năng lực 3 4 Kết luận chương Sau phân tích kết thực nghiệm, rút kết luận sau Về lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên Việc đánh giá lực cho SV lớp thực nghiệm thang đo cho thấy SV đạt tiến đáng kể, mức độ tăng từ thấp đến cao Phân tích sản phẩm SV trình thực nghiệm cho thấy: SV có tham gia tích cực vào q trình thảo luận nhóm, lập kế hoạch, thiết kế sản phẩm theo yêu cầu giảng viên Về thái độ SV học tập chủ đề tích hợp SV thể ý, quan tâm đến nội dung chủ đề tích hợp SV tập trung thảo luận nhóm, tranh luận sôi đưa ý kiến trước tập thể lớp 24 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ • Kết luận chung Tác giả luận án hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu, đạt mục đích nghiên cứu đề tài Luận án có đóng góp mặt lí luận thực tiễn sau: Về mặt lí luận: - Góp phần làm sáng tỏ sở lí luận phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí q trình dạy học Vật lí đại cương Phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên điều kiện cần để bồi dưỡng lực dạy học tích hợp chương trình đào tạo giáo viên Vật lí THPT - Xây dựng cấu trúc lực dạy học tích hợp giáo viên Vật lí cấu trúc lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên; Xây dựng thang đo lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí học tập Vật lí đại cương - Đề xuất quy trình xây dựng/thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề tích hợp Vật lí đại cương theo giai đoạn Về mặt thực tiễn: - Đã điều tra thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho SV sư phạm Vật lí theo định hướng phát triển lực dạy học tích hợp - Thiết kế kế hoạch dạy học theo chủ đề tích hợp phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” chương trình Vật lí đại cương theo định hướng phát triển lực tích hợp kiến thức khoa tự nhiên SV sư phạm Vật lí • Kiến nghị - Phát triển chương trình Vật lí đại cương cho SV sư phạm Vật lí theo định hướng phát triển lực, cần quan tâm phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV phương thức dạy học theo chủ đề tích hợp Năng lực điều kiện cần để bồi dưỡng lực dạy học tích hợp SV sư phạm Vật lí đào tạo giáo viên Vật lí THPT - Đội ngũ giảng viên giảng dạy vật lí cho SV sư phạm, cần bồi dưỡng tự bồi dưỡng lực dạy học tích hợp khoa học 25 NHỮNG CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CƠNG BỐ Nguyễn Đình Thước, Trần Thị Kiểm Thu (2016), Tích hợp liên mơn nội dung dạy học Vật lí đại cương theo hướng phát triển lực nghề nghiệp cho sinh viên, Tạp chí Thiết bị Giáo dục, Số 132, Tr 25-26,50 Trần Thị Kiểm Thu (2017), Phân tích số chủ đề theo hướng tích hợp khoa học chương trình Vật lí đại cương dành cho sinh viên sư phạm, Tạp chí Thiết bị Giáo dục, Số 142, Tr 4-6 Trần Thị Kiểm Thu, Lê Phước Lượng, Phạm Thị Phú (2018), Thực trạng dạy học tích hợp liên mơn phát triển chương trình bồi dưỡng lực dạy học liên mơn cho sinh viên Vật lí Trường Đại học Cần Thơ, Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Vinh, Số 46, Tr 54-61 Trần Thị Kiểm Thu (2018), Thực trạng số biện pháp bồi dưỡng lực dạy học tích hợp cho sinh viên sư phạm Vật lí, Trường Đại học Cần Thơ, Tạp chí Giáo dục, Số 422, Tr 44-46 Trần Thị Kiểm Thu, Nguyễn Trường Long, Tăng Mỹ Linh (2018), Xây dựng thang đo đánh giá lực dạy học tích hợp dành cho sinh viên sư phạm Vật lí Trường Đại học Cần Thơ, Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, Số 29, Tr 105-110 Trần Thị Kiểm Thu (2018), Compose the topic of integration to foster the competence of integrating natural science knowledge for students of Cantho University’physics pedagogy with webquest method, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Vol.9 pp 97-102 Trần Thị Kiểm Thu, Nguyễn Đình Thước (2019), Thang đo lực tích hợp tri thức khoa học tự nhiên cho sinh viên sư phạm Vật lí Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Số 1, Tr 149-156 Trần Thị Kiểm Thu (2019), Compose “Food Irradiation” Topic to Foster the Competency of Integrating Natural Science Knowledge for Students of Cantho University’s Physics Pedagogy with Webquest_method, IOSR Journal of Research & Method in Education, Volume 9, Issue Ser II, pp 31-35 Trần Thị Kiểm Thu, Nguyễn Đình Thước (2019), Tổ chức dạy học Vật lí đại cương cho sinh viên sư phạm Vật lí theo định hướng bồi dưỡng lực dạy học tích hợp mơn khoa học tự nhiên Trường Trung học phổ thơng, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Số 4, Tr 186-197 10 Trần Thị Kiểm Thu (2019), Training pre-service teacher competency to integrate interdisciplinary knowledge to solve problems in practice through the integrated topic in general physics module,Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Vol 64, Issue 9, pp 200-210 ... dạy học Vật lí đại cương theo hướng phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên sinh viên sư phạm Vật lí Phạm vi nghiên cứu Dạy học phần ? ?Vật lí nguyên tử hạt nhân? ?? chủ đề tích hợp, phát. .. phát triển lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí Giả thuyết khoa học Nếu dạy học Vật lí đại cương phần ? ?Vật lí nguyên tử hạt nhân? ?? theo chủ đề tích hợp phát triển lực tích hợp. .. lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí - Đánh giá lực tích hợp kiến thức khoa học tự nhiên SV sư phạm Vật lí dạy học phần ? ?Vật lí nguyên tử hạt nhân? ?? - Thực nghiệm sư phạm