1.3.5. Sử dụng công cụ đánh giá NLTN ở trường Phổ thông
Một đánh giá công bằng phải thể hiện rõ ràng những gì sẽ và không được đánh giá. Mục đích của chúng ta không phải là lừa gạt hoặc bẫy HS hoặc để cho họ biết trước về đánh giá. Cả nội dung đánh giá và cách đánh giá tính điểm phải được công bố công khai có nghĩa là HS biết nội dung và tiêu chí được đánh giá và thường thì trước khi giảng. Khi HS biết những gì sẽ được đánh giá, thì các em có thể xác định được nên học hay tập trung phần nào. Khi biết tiêu chí tính điểm, HS hiểu hơn về những sự khác biệt định tính là GV đang tìm thông qua khả năng của HS. Một cách để giúp HS hiểu được đánh giá là cho họ biết kế hoạch đánh giá, các câu hỏi mẫu, mẫu bài làm và kết quả của các HS khóa trước.
Việc đánh giá năng lực là việc làm mới, nhưng nếu phân tích rõ ràng nội hàm các khái niệm và bóc tách chúng thành những thành tố kiến thức, kỹ năng, thái độ quen thuộc thì ta hoàn toàn có thể đánh giá được.
Cách đánh giá công cụ phổ biến nhất là sử dụng phương pháp chuyên gia. Chuyên gia là những người hiểu rõ về nội hàm các năng lực cần được đánh giá đồng thời phải biết được kỹ thuật xây dựng công cụ đánh giá. Sau khi đạt được sự đồng thuận của các chuyên gia về độ giá trị, độ tin cậy và độ phân biệt của các công cụ để đánh giá thử nghiệm. Trên cơ sở đánh giá thử nghiệm sẽ thay đổi, chỉnh sửa, bổ sung công cụ.
1.4. Thực tiễn việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT bằng việc sử dụng thí nghiệm mở việc sử dụng thí nghiệm mở
Có thể nói Vật lý học là cơ sở, là nền tảng của đa số các ngành kỹ thuật và các quá trình sản xuất. Trong xã hội ngày nay, với sự bùng nổ của khoa học, công nghệ làm ra những sản phẩm có năng suất cao, tiết kiệm sức lao động cho con người. Sự phát triển đó đòi hỏi người lao động phải làm chủ được công nghệ. Nghĩa là họ phải hiểu rõ và có khả năng thao tác, vận hành, sửa chữa các thiết bị kỹ thuật. Với những học sinh có NLTN Vật lý sẽ luôn tự tin, sẵn sàng và chủ động hơn trong việc tìm hiểu. Các học sinh sẽ có khả năng tiếp cận và có trực giác nhạy bén hơn với các tình huống thực tế. Đặc biệt với Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm thì NLTN càng đóng vai trò quan trọng. Việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh sẽ góp phần giúp các em liên hệ các kiến thức lý thuyết vào thực tiễn đời sống, giúp các em mở rộng vốn hiểu biết và phát triển toàn diện hơn.
Thực tế, đã có những đề tài nghiên cứu trước đây về việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua việc sử dụng thí nghiệm mở hoặc bằng những phương pháp có liên quan như:
- “Xây dựng chuyên đề thí nghiệm mở để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh THPT chuyên”, Tạp chí Giáo dục, số đặc biết tháng 11/2013,1-6 của TS. Nguyễn Văn Biên (2013).
- Luận văn thạc sĩ “Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học chương “Cảm ứng điện từ”, Vật lý 11 THPT” của tác giả Đinh Anh Tuấn, Đại học Vinh (2015).
- Luận văn thạc sĩ “ Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, Vật lý 10 ban cơ bản” của tác giả Phan Minh Tiến, Đại học Sư phạm TPHCM (2012)
- Luận văn thạc sĩ “Xây dựng và sử dụng công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học phần Cơ học Vật Lý 10” của tác giả Trần Nhật Linh, Đại học Sư phạm Hà Nội (2015).
Tuy vậy tôi nhận thấy, dù đã có những nghiên cứu về việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua các chương “Cơ học”, “Cảm ứng điện từ”, “Quang học”,… nhưng vẫn chưa có nghiên cứu nào cho việc sử dụng thí nghiệm mở vào việc dạy học chương “Chất khí” Vật lý 10, cơ bản. Tôi cũng đã tham khảo các nghiên cứu, tìm hiểu những cách tổ chức dạy học, đánh giá năng lực thực nghiệm cho học sinh từ các nghiên cứu trên, cùng với đó tôi kế thừa và phát triển thành những ý tưởng của bản thân và đưa ra cách vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở vào dạy học chương “Chất khí”, Vật lý 10 cơ bản nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. Đây là cơ sở để tôi xây dựng luận văn này.
1.5. Kết luận
Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh là điều vô cùng cần thiết, nó không chỉ giúp học sinh yêu thích các kiến thức Vật lý mà còn thể hiện khả năng tự lực phát hiện vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp và trình bày kết quả. Đó chính là những thành tố cơ bản của năng lực giải quyết vấn đề. Nói một cách khác, tổ chức dạy học cho học sinh vận dụng quy trình thí nghiệm mở không chỉ giúp học sinh hình thành và phát triển năng lực thực nghiệm mà còn giúp phát học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề.
Để đánh giá một cách khách quan hơn việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh, song song với việc tổ chức dạy học cho học sinh vận dụng quy trình thí nghiệm mở, việc xây dựng các Rubric đánh giá năng lực thực nghiệm cũng rất quan trọng. Rubric góp phần công khai hóa nhận định về năng lực và kết quả học tập của mỗi HS, nhóm HS và tập thể lớp, tạo cơ hội cho HS phát triển kĩ năng tự đánh giá, giúp HS nhận ra sự tiến bộ của mình, khuyến khích động viên việc học tập.
Giúp cho GV có cơ sở thực tế để nhận ra những điểm mạnh và điểm yếu của mình, tự hoàn thiện hoạt động dạy, phấn đấu không ngừng nâng cao chất lượng, hiệu quả dạy học.
TỔNG KẾT CHƯƠNG 1
Nói tóm lại nội dung chương này đã trình bày cơ sở lý luận và thực tiễn về việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh bằng việc vận dụng thí nghiệm mở thông qua chương Chất khí Vật lý 10 cơ bản.
Như đã trình bày, NLTN được cấu trúc từ nhiều khía cạnh nhỏ liên quan đến thực nghiệm như:
+ Năng lực xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán, giả thuyết. + Năng lực thiết kế các phương án thí nghiệm.
+ Năng lực tiến hành phương án thí nghiệm đã thiết kế. + Năng lực xử lý, phân tích và trình bày kết quả.
+ Năng lực cải tiến, chế tạo công cụ…
Tiến hành chuyên đề thí nghiệm mở với 4 mức độ mở tăng dần để phát triển các thành tố năng lực thực nghiệm cho học sinh cùng với đó đánh giá sự phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh một cách khách quan nhất để đưa ra các phương án tối ưu trong chuyên đề bằng cách xây dựng Rubric.
Từ những cơ sở lý luận đó, tôi đã tiến hành xây dựng và tổ chức dạy học cho học sinh sử dụng thí nghiệm mở đồng thời xây dựng các công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm của HS, nội dung cụ thể được trình bày ở chương II của Luận văn này.
CHƯƠNG II: VẬN DỤNG QUY TRÌNH SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM MỞ Ở TỪNG BÀI CỦA CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10, CƠ BẢN
2.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm trong chương “Chất khí” và phương án sử dụng thí nghiệm mở cho từng bài phương án sử dụng thí nghiệm mở cho từng bài
2.1.1. Nội dung của chương
Chương “Chất khí” theo chương trình Vật lý 10 THPT ban cơ bản hiện hành bao gồm 5 tiết lý thuyết, 2 tiết bài tập và 1 tiết kiểm tra. Nội dung của 5 tiết lý thuyết là:
Tiết 1: Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí Tiết 2: Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle-Mariotte Tiết 3: Quá trình đẳng tích. Định luật Charles
Tiết 4, 5: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng- Quá trình đẳng áp
2.1.2. Kiến thức, kĩ năng của chương
Trong quá trình học tập chương “Chất khí”, học sinh cần có được những kiến thức và kĩ năng sau:
➢ Kiến thức:
− Phát biểu được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí. − Nêu được các đặc điểm của khí lý tưởng.
− Phát biểu được các định luật Boyle-Mariotte, Charles. − Nêu được nhiệt độ tuyệt đối là gì.
Kiến thức về dụng cụ thí nghiệm, kiến thức về năng lực thực nghiệm − Nêu được các thông số p, V, T xác định trạng thái của một lượng khí. − Viết được phương trình trạng thái của khí lý tưởng.
➢ Kỹ năng:
- Kỹ năng quan sát, giải thích hiện tượng, lập luận logic, đưa ra hệ quả giả thuyết. - Kỹ năng đề xuất phương án thí nghiệm.
- Kỹ năng chế tạo và cải tiến thiết bị thí nghiệm. - Kỹ năng làm việc nhóm.
2.1.3. Các mức độ thí nghiệm mở được áp dụng và các thí nghiệm sẽ xây dựng để hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho tiết học. hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho tiết học.
- Tôi dự định vận dụng quy trình thí nghiệm mở vào các tiết dạy như sau: • Bài 28: Cấu tạo chất-Thuyết động học phân tử chất khí (Mức độ mở 1). • Bài 29: Quá trình đẳng nhiệt-Định luật Boyle-Mariotte (Mức độ mở 1 và 2). • Bài 30: Quá trình đẳng tích-Định luật Charles (Mức độ mở 3).
• Bài 31: Phương trình trạng thái khí lý tưởng (Mức độ mở 4).
- Để có thể chuẩn bị tốt nhất cho thực nghiệm thì việc chuẩn bị sẵn các dụng cụ thí nghiệm và các phương án hỗ trợ cho học sinh cũng rất quan trọng vì vậy tôi đã chuẩn bị:
+ Dụng cụ thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của vận tốc, áp suất chất khí vào nhiệt độ cho bài Cấu tạo chất -Thuyết động học phân tử chất khí.
+ Các thí nghiệm định tính, định lượng kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte. + Các phương án thí nghiệm định tính, định lượng kiểm chứng định luật Charles.
2.2. Vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT. cho học sinh THPT.
2.2.1. Các phương án và thiết bị hỗ trợ học sinh chuẩn bị cho các tiết học sử dụng thí nghiệm mở. thí nghiệm mở.
Như đã trình bày ở chương 1 trong phần cơ sở lý luận về thí nghiệm mở tôi đã trình bày 4 mức độ mở và việc vận dụng quy trình thí nghiệm mở vào dạy học các kiến thức trong chương “Chất khí”. Để phục vụ cho thực nghiệm vận dụng quy trình sử dụng thí nghiệm mở với 4 mức độ thí nghiệm mở được nâng dần lên tôi đã chuẩn bị các thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học được chia đều ra các bài trong chương “Chất khí” Vật lý 10 cơ bản và vận dụng chúng một cách phù hợp.
➢ Trong khóa luận này tôi chỉ xây dựng cho học sinh tiến hành thí nghiệm đến mức độ mở 3 để phù hợp với năng lực cũng như trình độ của học sinh. Để chuẩn bị tốt nhất cho thực nghiệm tôi đã nghiên cứu và sưu tầm được các thí nghiệm nhằm vận
dụng chúng vào các bài học sao cho phù hợp nhất với học sinh THPT được trình bày dưới đây:
2.2.1.1. Thí nghiệm chứng minh vận tốc của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ (xây dựng với mức độ mở 1). nhiệt độ (xây dựng với mức độ mở 1).
- Mục đích thí nghiệm: Chứng minh vận tốc của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Dụng cụ thí nghiệm
+ Xi-lanh có pit-tông bằng thủy tinh, trên pit-tông có áp kế khí loại 0,50.105 – 2,00.105 Pa.
+ Núm cao su dùng để bịt đầu dưới của xi-lanh. + 2 cốc đựng nước.
+ Nước lạnh (cỡ 10oC) và nước nóng (cỡ 80oC) - Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm:
+ Nới hãm vít phía sau xi-lanh, kéo pit-tông trong xi lanh đến một vị trí nhất định sao cho áp kế chỉ giá trị 1,10.105 Pa, cố định pit-tông lại.
+ Rót nước nóng (cỡ 80oC) vào cốc A và nước lạnh (cỡ 10oC) vào cốc B.
+ Đặt xi lanh vào cốc A, quan sát số chỉ trên đồng hồ áp kế, ta thấy số chỉ của áp kế tăng lên.
+ Sau khi số chỉ trên đồng hồ áp kế ổn định thì lấy xi lanh ra khỏi cốc A và đặt vào cốc B, lúc này số chỉ trên áp kế giảm xuống rất nhanh.
Hình 2. 1. Thí nghiệm đơn giản minh họa vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí
phụ thuộc vào nhiệt độ - Giải thích thí nghiệm:
Theo thuyết động học phân tử chất khí: Khi ta đặt xi-lanh vào cốc A, khí trong xi-lanh nóng lên, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn, do đó áp suất tăng. Lấy xi-lanh ra khỏi cốc A và đặt vào cốc B, nhiệt độ của khối khí trong xi- lanh giảm, các phân tử khí chuyển động chậm lại, ít va chạm vào thành bình, do đó áp suất giảm.
2.2.1.2. Thí nghiệm định tính minh họa định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 1).
- Mục đích thí nghiệm: Minh họa sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích trong quá trình đẳng nhiệt.
- Dụng cụ thí nghiệm:
+ Bơm tiêm y tế (không có mũi tiêm) có pit-tông. - Tiến hành thí nghiệm:
+ Dùng một ngón tay bịt vào đầu bơm tiêm, tay còn lại ấn từ từ pit-tông xuống hoặc kéo từ từ pit-tông lên? Hiện tượng gì xảy ra đối với ngón tay bịt ở đầu bơm tiêm? Giải thích hiện tượng này?
Cốc A Cốc B Cốc A Cốc B
- Trả lời: Càng ấn pit-tông xuống thì ngón tay bịt vào đầu bơm tiêm càng có xu hướng bị đẩy ra mạnh hơn và có xu hướng bị kéo lại khi kéo pit-tông lên.
- Giải thích: Khi ấn pit-tông xuống thì thể tích giảm, mật độ phân tử khí trong bơm tiêm tăng lên dẫn đến áp suất tăng. Khi pit-tông bị kéo ra, mật độ phân tử khí trong bơm tiêm giảm làm áp suất chất khí trong bơm tiêm giảm nên có xu hướng bị kéo vào trong (thực chất là bị đẩy vào).
2.2.1.3. Thí nghiệm định lượng kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte (mức độ mở 2).
➢ Thí nghiệm này được vận dụng ở mức độ mở 2, tôi đã chuẩn bị sẵn cho học sinh mục đích thí nghiệm và dụng cụ thí nghiệm. Nhiệm vụ của học sinh là đề xuất phương án thí nghiệm hợp lý và tiến hành thí nghiệm theo phương án được thống nhất.
- Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự thay đổi áp suất của khối khí theo thể tích của nó trong quá trình biến đổi đẳng nhiệt, trên cơ sở đó kiểm chứng định luật Boyle- Mariotte.
- Dụng cụ thí nghiệm:
+ Xi-lanh có pit-tông bằng thủy tinh (trong pit-tông có chứa một lượng dầu nhờn, mức dầu cao hơn 5mm so với lỗ hở nằm ở chính giữa thân của pit-tông) trên có ghi giá trị thể tích.
+ Áp kế khí 0,5.105 – 2,0.105 Pa.
+ Thanh trượt có vít hãm ở phía sau giá đỡ. + Chân đế trụ thép inox D10mm.
- Lắp ráp thí nghiệm
+ Lắp giá đỡ vào chân đế trụ thép, điều chỉnh độ cao của xi-lanh cách bàn khoảng 25 cm như hình sau
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Thay đổi thể tích chất khí bằng cách dịch chuyển pit-tông trong xi-lanh. + Giữ cho nhiệt độ không đổi bằng cách thao tác thật chậm.
+ Thực hiện với 3 lần với các giá trị khác nhau và ghi lại thể tích và áp suất của chất khí vào bảng.
+ Tính giá trị các tích số α=p.V và sai số tuyệt đối Δα. Từ đó rút ra mối liên hệ giữa áp suất p và thể tích V trong quá trình đẳng nhiệt.
P (105Pa) V (ml) α = p.V 𝚫𝛂 = |𝛂̅− 𝛂| Trung bình 𝛂̅ 𝚫𝛂̅̅̅̅ • Sai số tỉ đối: δ=𝚫𝛂̅̅̅̅