Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học một số kiến thức phần “Điện học - Điện từ học" Vật lí trung học phổ thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:246

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án "Phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học một số kiến thức phần “Điện học - Điện từ học" Vật lí trung học phổ thông" là nghiên cứu đề xuất và áp dụng các biện pháp dạy học để phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí trung học phổ thông.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học một số kiến thức phần “Điện học - Điện từ học" Vật lí trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN NGỌC ANH PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC PHẦN “ĐIỆN HỌC - ĐIỆN TỪ HỌC” VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN NGỌC ANH PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC PHẦN “ĐIỆN HỌC - ĐIỆN TỪ HỌC” VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 9140111 Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC NGHỆ AN - 2022
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số liệu, các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả luận án Nguyễn Ngọc Anh
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo - nhà khoa học PGS. TS. Nguyễn Đình Thước, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và thực hiện thành công đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô giáo PGS. TS. Phạm Thị Phú, PGS. TS. Hà Văn Hùng, PGS. TS. Nguyễn Thị Nhị, TS. Nguyễn Lâm Đức về những ý kiến đóng góp bổ ích, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ giảng viên của Trường Đại học Vinh đã luôn nhiệt tình hỗ trợ, cũng như tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận án. Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn Ban giám hiệu trường THPT Lê Quảng Chí và Sở Giáo dục - Đào tạo Hà Tĩnh đã quan tâm, tạo điều kiện để tôi hoàn thành chương trình học tập và nghiên cứu của mình trong thời gian qua. Cuối cùng, xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, các em học sinh và người thân trong gia đình đã quan tâm, động viên, khích lệ cũng như tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, tháng 8 năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Ngọc Anh
iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN TT CHỮ CÁI VIẾT TẮT GIẢI NGHĨA 1 BTTN Bài tập thí nghiệm 2 GV Giáo viên 3 HS Học sinh 4 HV Hành vi 5 MĐ Mức độ 6 PATN Phương án thí nghiệm 7 THPT Trung học phổ thông 8 TNSP Thực nghiệm sư phạm
iv MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... ii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN ........................................................ iii MỤC LỤC ............................................................................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................... vii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH .................................................................. viii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................. 3 4. Giả thuyết khoa học .................................................................................. 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................ 3 6. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 3 7. Đóng góp mới của luận án ......................................................................... 4 8. Cấu trúc luận án ........................................................................................ 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................5 1.1. Các nghiên cứu về năng lực, năng lực thực nghiệm .................................. 5 1.1.1. Các nghiên cứu về năng lực .................................................................5 1.1.2. Năng lực thực nghiệm của học sinh phổ thông ....................................8 1.2. Dạy học vật lí phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh .................. 11 1.3. Những vấn đề tiếp tục cần nghiên cứu ................................................... 15 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG .............................................................16 2.1. Hoạt động học vật lí của học sinh ...............................................................16 2.1.1. Hoạt động học ....................................................................................16 2.1.2. Hoạt động học vật lí ở trường phổ thông ...........................................18 2.1.3. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí và trong dạy học vật lí ..............................................................................................................18 2.2. Năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông trong học tập Vật lí .......................................................................................................... 22 2.3. Cấu trúc năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông trong học tập môn Vật lí....................................................................................... 22
v 2.4. Thang đo năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông trong học tập vật lí ............................................................................................... 24 2.5. Thực trạng dạy học vật lí theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh ở trường trung học phổ thông ................................................... 27 2.5.1. Mục đích điều tra................................................................................28 2.5.2. Đối tượng điều tra ..............................................................................28 2.5.3. Phương pháp điều tra và thời gian điều tra ........................................28 2.5.4. Kết quả điều tra thực trạng .................................................................29 2.5.5. Nhận định kết quả điều tra .................................................................33 2.6. Biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông ....................................................................34 2.6.1. Định hướng xây dựng các biện pháp..................................................34 2.6.2. Biện pháp thứ nhất: Dạy học kiến thức mới theo phương pháp thực nghiệm vật lí .................................................................................................35 2.6.3. Biện pháp thứ hai: Sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí ......39 2.6.4. Biện pháp thứ ba: Tổ chức dạy học dự án, dạy học ngoại khoá và nghiên cứu khoa học có nội dung vật lí bồi dưỡng năng lực thực nghiệm ......43 2.6.5. Biện pháp thứ tư: Tổ chức kiểm tra, đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh ..................................................................................................49 Kết luận chương 2 ....................................................................................... 51 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG KẾ HOẠCH BÀI HỌC PHẦN “ĐIỆN HỌC - ĐIỆN TỪ HỌC” VẬT LÍ 11 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH......................................................................52 3.1. Một số đặc điểm của phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thông ............................................................................................ 52 3.2. Nội dung dạy học và mục tiêu chuẩn kiến thức kĩ năng phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thông .................................................. 53 3.2.1. Nội dung dạy học phần Điện học - Điện từ học .................................53 3.2.2. Chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương trình phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thông ..........................................................54 3.3. Mục tiêu dạy học phần “Điện học - Điện từ học” theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm .................................................................................. 58 3.4. Chuẩn bị điều kiện cần thiết để dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 .......................... 60 3.4.1. Chuẩn bị các thí nghiệm .....................................................................60 3.4.2. Chuẩn bị hệ thống bài tập thí nghiệm ................................................61
vi 3.5. Thiết kế các kế hoạch bài học phần Điện học - Điện từ học Vật lí 11 theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh .................................... 61 Kết luận chương 3 ..................................................................................... 104 CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ........................................................105 4.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm .......................................................... 105 4.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .......................................................... 105 4.3. Đối tượng, thời gian thực nghiệm sư phạm .......................................... 105 4.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ..................................................... 106 4.5. Thực nghiệm sư phạm vòng 1 ............................................................. 107 4.5.1. Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm .......................................107 4.5.2. Những thuận lợi, khó khăn thực nghiệm sư phạm vòng 1 và đề xuất cách khắc phục trong thực nghiệm sư phạm vòng 2 ..................................115 4.6. Thực nghiệm sư phạm vòng 2 ............................................................. 117 4.6.1. Kết quả định tính ..............................................................................117 4.6.2. Đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh qua biểu hiện hành vi ...120 4.6.3. Đánh giá kết quả định lượng ............................................................133 Kết luận chương 4 ..................................................................................... 138 KẾT LUẬN CHUNG ...........................................................................................139 NHỮNG CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN LUẬN ÁN .....141 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................142 PHỤ LỤC ............................................................................................................. PL1 PHỤ LỤC 1: PHIẾU ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG ..................................... PL1 PHỤ LỤC 2: TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐIỀU TRA ..................................... PL5 PHỤ LỤC 3: CHUẨN BỊ CÁC THÍ NGHIỆM ........................................ PL10 PHỤ LỤC 4: CHUẨN BỊ HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM ............... PL27 PHỤ LỤC 5: PHIẾU QUAN SÁT GIỜ DẠY .............................................. PL46 PHỤ LỤC 6: ĐỀ KIỂM TRA ....................................................................... PL62 PHỤ LỤC 7: BÁO CÁO SẢN PHẨM DỰ THI SÁNG TẠO KHOA HỌC KĨ THUẬT CỦA HỌC SINH ............................................................................ PL72 PHỤ LỤC 8: HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ............................. PL84
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo các năng lực thành tố ............ 24 Bảng 2.2. Bảng đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học Vật lí ........ 27 Bảng 2.3. Hoạt động xây dựng kiến thức mới theo phương pháp thực nghiệm .... 38 Bảng 2.4. Tương ứng giữa các hành động giải bài tập thí nghiệm với các kĩ năng thành tố của năng lực thực nghiệm ................................................................ 40 Bảng 4.1. Các bài học thực nghiệm ...................................................................... 107 Bảng 4.2. Các hành vi thực nghiệm trong các bài học ......................................... 107 Bảng 4.3. Kết quả đánh giá thực hiện nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi năng lực thực nghiệm của học sinh Nguyễn Thị Kh.Ng.................................... 120 Bảng 4.4. Kết quả đánh giá thực hiện nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi của năng lực thực nghiệm của học sinh Nguyễn Q. A ............................ 121 Bảng 4.5. Kết quả đánh giá thực hiện nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi năng lực thực nghiệm của HS Mai H. Đ. ................................................ 122 Bảng 4.6. Kết quả đánh giá thực hiện nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi năng lực thực nghiệm của HS Nguyễn T. M. .......................................... 123 Bảng 4.7. Thống kê mức độ đạt được hành vi năng lực thực nghiệm của HS khi học bài “Thực hành xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa” ............................................................................................................... 124 Bảng 4.8. Thống kê mức độ đạt được hành vi năng lực thực nghiệm của HS khi tham gia bài học “Bài tập về dòng điện trong kim loại” ................................ 125 Bảng 4.9. Thống kê mức độ đạt được hành vi năng lực thực nghiệm của HS khi tham gia bài học “Lực từ. Cảm ứng từ” ......................................................... 126 Bảng 4.10. Thống kê mức độ đạt được hành vi năng lực thực nghiệm của HS khi tham gia bài học “Suất điện động cảm ứng” .................................................. 127 Bảng 4.11. Thống kê mức độ đạt được hành vi năng lực thực nghiệm của HS qua bài học “Dự án chế tạo sản phẩm ứng dụng kiến thức phần điện học - điện từ học” .......................................................................................................... 128 Bảng 4.12. Thống kê mức độ đạt được hành vi năng lực thực nghiệm của HS qua bài học “Ngoại khóa vật lí” ........................................................................... 129 Bảng 4.13. Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ 1 qua các bài học .............. 129 Bảng 4.14. Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ 2 qua các bài học .............. 130 Bảng 4.15. Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ 3 qua các bài học .............. 131 Bảng 4.16. Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ 4 qua các bài học .............. 132 Bảng 4.17. Phân phối kết quả ............................................................................... 133 Bảng 4.18. Phân phối tần suất .............................................................................. 134 Bảng 4.19. Phân phối tần suất tích lũy ................................................................. 134 Bảng 4.20. Phân loại theo điểm kiểm tra.............................................................. 135 Bảng 4.21. Các thông số thống kê toán học ......................................................... 136
viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH Biểu đồ Trang Biểu đồ 2.1. Mức độ giáo viên vật lí sử dụng dạy học giải quyết vấn đề theo phương pháp thực nghiệm ...................................................................................... 30 Biểu đồ 2.2. Mức độ giáo viên vật lí tổ chức cho học sinh thiết kế chế tạo........... 30 thí nghiệm tự làm .................................................................................................... 30 Biểu đồ 2.3. Mức độ GV sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học Vật lí ........... 31 Biểu đồ 2.4. Mức độ giáo viên vật lí tổ chức cho học sinh nghiên cứu sáng tạo khoa học kĩ thuật .............................................................................................................. 31 Hình Hình 2.1. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm ....................................................... 23 Hình 2.2. Sơ đồ hoạt động học của học sinh theo phương pháp thực nghiệm vật lí 36 Hình 2.3. Phân loại bài tập thí nghiệm vật lí .......................................................... 42 Hình 4.1. Học sinh làm thí nghiệm bài “Lực từ. Cảm ứng từ” ............................ 109 Hình 4.2. Sản phẩm dự án 1 ................................................................................. 111 Hình 4.3. Sản phẩm dự án 2 ................................................................................. 112 Hình 4.4. Sản phẩm dự án 3 ................................................................................. 113 Hình 4.5. Đường phát triển năng lực của học sinh Nguyễn Thị Kh. Ng .............. 120 Hình 4.6. Đường phát triển năng lực của học sinh Nguyễn Q. A ........................ 121 Hình 4.7. Đường phát triển năng lực của học sinh Mai H. Đ............................... 122 Hình 4.8. Đường phát triển năng lực của học sinh Nguyễn T. M ........................ 123 Hình 4.9. Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ 1 qua các bài học ............. 130 Hình 4.10. Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ 2 qua các bài học ........... 131 Hình 4.11. Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ 3 qua các bài học ........... 132 Hình 4.12. Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ 4 qua các bài học ........... 133 Hình 4.13. Đồ thị phân bố tần suất ....................................................................... 134 Hình 4.14. Đồ thị phân bố tần suất tích lũy .......................................................... 135 Hình 3.1. Thí nghiệm tương tác tĩnh điện ......................................................... PL10 Hình 3.2. Thí nghiệm pin điện hóa .................................................................... PL11 Hình 3.3. Mắc nguồn điện thành bộ .................................................................. PL12 Hình 3.4. Thí nghiệm điện trở của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ ................ PL13
ix Hình 3.5. Thí nghiệm dòng nhiệt điện ............................................................... PL13 Hình 3.6. Thí nghiệm khảo sát dòng điện qua đi-ôt phát quang ....................... PL15 Hình 3.7. Mô hình la bàn từ kim khâu .............................................................. PL16 Hình 3.8. Thí nghiệm tương tác từ của dòng điện thẳng và kim nam châm ..... PL17 Hình 3.9. Mô hình nam châm điện .................................................................... PL19 Hình 3.10. Thí nghiệm tương tác giữa hai dòng điện thẳng dài ........................ PL20 Hình 3.11. Thay ampe kế của bộ thí nghiệm lực từ .......................................... PL21 Hình 3.12. Mô hình động cơ điện một chiều ..................................................... PL22 Hình 3.13. Thí nghiệm từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt ...................................................................................................... PL23 Hình 3.14. Thí nghiệm phát hiện lực Lorentz ................................................... PL25 Hình 3.15. Dụng cụ thí nghiệm đo thành phần nằm ngang từ trường Trái đất . PL26 Hình 3.16. Mạch điện đo công suất cực đại ...................................................... PL28 Hình 3.17. Mạch điện đo điện trở ...................................................................... PL29 Hình 3.18. Mạch điện nguồn điện ..................................................................... PL30 Hình 3.19. Mạch điện các đèn sáng nhất và sáng đều ....................................... PL32 Hình 3.20. Sơ đồ mạch điện .............................................................................. PL33 Hình 3.21. Sơ đồ mạch điện xác định điểm đầu điểm cuối dây điện ................ PL35 Hình 3.22. Sơ đồ mạch điện so sánh hai điện trở .............................................. PL35 Hình 3.23. Phương án thí nghiệm xác định các cực của nguồn ........................ PL36 Hình 3.24. Phương án thí nghiệm xác định các điện trở ................................... PL37 Hình 3.25. Phương án xác định bộ nguồn ......................................................... PL38 Hình 3.26. Thí nghiệm với bình điện phân ....................................................... PL39 Hình 3.27. Phương án thí nghiệm xác định hệ số chỉnh lưu của đi-ôt .............. PL40 Hình 3.28. Thí nghiệm dòng điện trong chất điện phân .................................... PL41 Hình 3.29. Bố trí hai thanh ................................................................................ PL43 Hình 3.30. Sơ đồ mạch điện về hiện tượng tự cảm ........................................... PL44
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cuộc cách mạng khoa học và công nghệ phát triển nhanh như vũ bão. Giáo dục đứng trước một thử thách lớn, khi tri thức của loài người ngày một tăng lên nhanh chóng nhưng những tri thức mới cũng nhanh lạc hậu. Thị trường lao động đòi hỏi ngày càng cao về năng lực nghề nghiệp. Người lao động phải có năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề một cách sáng tạo trong những tình huống thay đổi. Sống và làm việc trong thế giới hiện đại, đòi hỏi con người phải có những năng lực chung và năng lực chuyên môn, năng lực học tập suốt đời. Chương trình giáo dục truyền thống tập trung vào kiến thức đã bộc lộ những điều bất cập như quá tải về kiến thức, giảng dạy theo lối truyền thụ một chiều, nặng về lí thuyết mang tính hàn lâm, hạn chế tính năng động tự chủ và sáng tạo của người học, không đáp ứng được nhu cầu giải quyết các tình huống thực tiễn và khả năng làm việc của người học. Những công trình nghiên cứu quốc tế về giáo dục đã chứng tỏ trên thế giới có rất nhiều người gọi là những ”người mù chữ chức năng”, nghĩa là những người đã lĩnh hội được kiến thức, kĩ năng trong nhà trường nhưng không có khả năng sử dụng các kiến thức, kĩ năng đó vào cuộc sống hàng ngày. Những người mù chữ chức năng khó có việc làm, chỗ đứng trong xã hội hiện đại. Chính vì thế, nhà trường phải tập trung dạy người học biết sử dụng kiến thức, kĩ năng đã biết vào việc giải quyết những vấn đề thực tiễn có ý nghĩa đối với người học. Tóm lại, nhà trường cần phát triển những năng lực của người học [75]. Chương trình dạy học định hướng năng lực với mục tiêu học tập theo quy định kết quả đầu ra mong muốn của quá trình dạy học. Kết quả học tập mong muốn được mô tả chi tiết có thể quan sát, đánh giá được năng lực của người học, nhấn mạnh năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng của người học. Chương trình dạy học phát triển năng lực luôn đặt ra câu hỏi: Biết làm gì từ những kiến thức, kĩ năng đã có? Tuy nhiên nếu vận dụng một cách thiên lệch, không chú ý đầy đủ tới nội dung dạy học thì có thể dẫn tới các lỗ hổng tri thức cơ bản và tính hệ thống của tri thức. Lần đầu tiên trong lịch sử giáo dục phổ thông ở Việt Nam đã xây dựng chương trình giáo dục phát triển phẩm chất và năng lực của người học “Chương trình giáo dục phổ thông Chương trình tổng thể” (2018) [14]. Chương trình phát triển năng
2 lực của các môn học trong đó có môn Vật lí ở trường THPT. Dạy học như thế nào để đạt được mục tiêu chung và mục tiêu riêng của môn học Vật lí theo chương trình 2018 là những vấn đề mới và khó trong nhận thức lí luận dạy học phát triển năng lực, cũng như trong việc vận dụng các phương pháp dạy học tích cực để thiết kế, tổ chức dạy học vật lí phát triển năng lực và đánh giá năng lực của HS, đòi hỏi cần phải được tiếp tục nghiên cứu nghiêm túc trong môi trường giáo dục Việt Nam. Nội dung môn Vật lí THPT chủ yếu là kiến thức vật lí học cổ điển và một số kiến thức vật lí học hiện đại, đó là những kiến thức giúp cho HS học tốt các môn như Hoá học, Sinh học, Toán học, Địa lí. Kiến thức vật lí trung học phổ thông là cơ sở khoa học của các ngành kĩ thuật và công nghệ. Vật lí ở trường THPT chủ yếu là vật lí thực nghiệm. Những kiến thức vật lí được xây dựng đều dựa vào thí nghiệm hoặc được kiểm tra bằng thí nghiệm. Để HS kiến tạo tri thức mới, hiểu sâu nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức giải quyết những vấn đề thực tiễn có ý nghĩa thì tốt nhất tổ chức hoạt động nhận thức của HS bằng chính phương pháp mà các nhà vật lí học đã dùng trong nghiên cứu vật lí, một trong các phương pháp đó là phương pháp thực nghiệm. Đây cũng chính là phương pháp tạo nhiều điều kiện để phát triển năng lực thực nghiệm của HS. Trong đào tạo và bồi dưỡng GV vật lí phổ thông đã đặt vấn đề coi trong vận dụng các phương pháp nhận thức vật lí vào dạy học vật lí trên phương diện lí luận cũng như thực hành. Với nhiều lí do khác nhau việc vận dụng phương pháp thực nghiệm vào môn Vật lí còn tồn tại nhiều khó khăn, hạn chế và chưa đạt được như yêu cầu giáo dục phát triển phẩm chất và năng lực. Trong chương trình môn Vật lí THPT, nội dung kiến thức phần “Điện học - Điện từ học” có nhiều ứng dụng trong thực tế của cuộc sống, kĩ thuật và công nghệ. Nội dung kiến thức “Điện học - Điện từ học” có tính trừu tượng và khó nghiên cứu đối với HS. Vấn đề đặt ra là cần phải phát triển năng lực thực nghiệm của HS để họ có thể tích cực tự lực kiến tạo tri thức mới và vận dụng tri thức, giải quyết vấn đề bằng con đường thực nghiệm. Với những lí do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học một số kiến thức phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí trung học phổ thông” làm luận án tiến sĩ.
3 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đề xuất và áp dụng các biện pháp dạy học để phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí trung học phổ thông. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Dạy học vật lí ở trường THPT theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm của HS. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 THPT. 4. Giả thuyết khoa học Nếu đề xuất được các biện pháp tổ chức hoạt động học tập, rèn luyện giải quyết vấn đề bằng phương pháp thực nghiệm và vận dụng các biện pháp đó vào quá trình dạy học phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thông thì sẽ phát triển được năng lực thực nghiệm của học sinh. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1. Nghiên cứu năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí. 5.2. Nghiên cứu hoạt động dạy học vật lí ở trường phổ thông theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm của HS. 5.3. Nghiên cứu thực trạng dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí ở trường THPT. 5.4. Nghiên cứu đề xuất các biện pháp dạy học vật lí phát triển năng lực thực nghiệm của HS. 5.5. Áp dụng các biện pháp dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của HS (nhiệm vụ 5.4) vào quá trình dạy học phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 THPT. 5.6. Thực nghiệm sư phạm ở trường THPT. 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1. Phương pháp lý thuyết Nghiên cứu những tài liệu liên quan đến đề tài, phân tích - tổng hợp những nội dung khoa học, xây dựng cơ sở lý luận phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí ở trường THPT.
4 6.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế Dùng phiếu để điều tra, dự giờ, xem giáo án, phỏng vấn - trao đổi với GV và HS. 6.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Tổ chức dạy học thực nghiệm các kế hoạch bài học đã biên soạn, sử dụng các biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm đã đề xuất vào quá trình dạy học ở trường THPT để kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài. 6.4. Phương pháp thống kê toán học Xử lí các số liệu kết quả điều tra và kết quả TNSP bằng công cụ toán học thống kê. 7. Đóng góp mới của luận án 7.1. Về mặt lí lý luận - Xây dựng được khái niệm năng lực thực nghiệm, cấu trúc năng lực thực nghiệm và thang đo năng lực thực nghiệm của HS trong học tập vật lí ở trường THPT. - Đề xuất 4 biện pháp dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí ở trường THPT. 7.2. Về mặt thực tiễn - Chuẩn bị 18 thí nghiệm dạy học phần “Điện học - Điện từ học” THPT, trong đó cải tiến 03 thí nghiệm và có 03 thí nghiệm tự làm (xem trang 61 của luận án và Phụ lục 3). - Xây dựng hệ thống 26 BTTN làm công cụ để rèn luyện và đánh giá năng lực thực nghiệm của HS trong quá trình dạy học phần “Điện học - Điện từ học” THPT. - Thiết kế được 06 tiến trình dạy học phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 theo định hướng phát triển năng lực thực nghiệm của HS (xây dựng một video clip tiết dạy xây dựng kiến thức mới bài học “Lực từ. Cảm ứng từ”). - Có 01 sản phẩm dạy học dự án, dự thi sáng tạo khoa học kĩ thuật của HS đạt giải Nhì cấp tỉnh Hà Tĩnh. 8. Cấu trúc luận án Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận, Tài liệu tham khảo, Phụ lục, nội dung luận án gồm có 4 chương sau: Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Chương 2. Cơ sở lí luận và thực tiễn về phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông. Chương 3. Xây dựng kế hoạch bài học phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh. Chương 4. Thực nghiệm sư phạm.
5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Các nghiên cứu về năng lực, năng lực thực nghiệm 1.1.1. Các nghiên cứu về năng lực a. Khái niệm năng lực Trong các tài liệu nghiên cứu có nhiều định nghĩa khác nhau về năng lực. Có thể phân thành các nhóm sau: - Nhóm thứ nhất coi năng lực thuộc phạm trù khả năng. Theo OECD (tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế thế giới), năng lực là khả năng đáp ứng một cách có hiệu quả những yêu cầu phức tạp trong một bối cảnh cụ thể [90]. Denyse Trembley coi “Năng lực là khả năng hành động hiệu quả bằng sự cố gắng dựa trên nhiều nguồn lực”. Theo F. E. Weinert: “Năng lực là tổng hợp các khả năng và kỹ năng sẵn có hoặc học được cũng như sự sẵn sàng của HS nhằm giải quyết những vấn đề nảy sinh và hành động một cách có trách nhiệm, có phê phán để đi đến giải pháp” [10]. - Nhóm thứ hai coi năng lực thuộc phạm trù hoạt động hoặc đặc điểm, phẩm chất, thuộc tính cá nhân: Theo P. A. Rudik: “Năng lực là tính chất tâm - sinh lý của con người chi phối quá trình tiếp thu các kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo cũng như hiệu quả thực hiện một hoạt động nhất định” [9, tr. 236]. Từ định nghĩa này, khái niệm năng lực bao gồm các điều kiện tâm sinh lý chi phối các hoạt động của con người. A. G. Covaliop định nghĩa: “Năng lực là tập hợp hoặc tổng hợp những thuộc tính của cá nhân con người, đáp ứng những nhu cầu lao động và đạt được những kết quả cao” [9, tr. 236]. N. X. Laytex cho rằng: “Năng lực là thuộc tính tâm lí của cá nhân đảm bảo điều kiện để hoàn thành tốt đẹp những loại hoạt động nhất định”. Các định nghĩa trong nhóm thứ hai coi năng lực là đặc tính, phẩm chất, thuộc tính của con người, đúng hơn coi năng lực là khả năng hoạt động. Đặc trưng của năng lực là bộc lộ ở hoạt động (thể hiện kỹ năng trong một lĩnh vực cụ thể), hoạt động mang lại hiệu quả, chất lượng, thành công.
6 Các nghiên cứu năng lực ở Việt Nam Ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu về năng lực và giáo dục phát triển năng lực, các kết quả nghiên cứu của các tác giả, nhóm tác giả, chúng ta có thể kể đến các kết quả nghiên cứu của các tác giả đó như Nguyễn Ngọc Bích (2000) [9], Hoàng Hoà Bình (2015) [10], Nguyễn Lăng Bình - Đỗ Hương Trà - Nguyễn Phương Hồng - Cao Thị Thặng (2010) [11], Nguyễn Lâm Đức (2016) [18], Đặng Thành Hưng (2012) [30], Nguyễn Lan Phương (2015) [55], Phạm Thị Phú - Nguyễn Đình Thước (2019) [54], Phạm Hữu Tòng (2004) [67], Đỗ Hương Trà - Nguyễn Văn Biên - Tưởng Duy Hải - Phạm Xuân Quế - Dương Xuân Quý (2019) [72],... Tiếp thu quan niệm về năng lực ở các nước có nền giáo dục phát triển và các ý kiến của đội ngũ chuyên gia giáo dục trong nước, Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Chương trình Giáo dục phổ thông Chương trình tổng thể đã xác định: "Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí... thực hiện thành công một hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể" [14, tr. 36]. Như vậy, năng lực là một thuộc tính tâm lí phức hợp, là sự hội tụ của nhiều yếu tố như kiến thức, kĩ năng, thái độ, thực hiện hoạt động và có trách nhiệm. Các chuyên gia trên các lĩnh vực giáo dục trong và ngoài nước đã định nghĩa về năng lực có khác nhau về cách diễn đạt, nhưng nội hàm của năng lực đều thể hiện những đặc điểm chung như năng lực là thuộc tính cá nhân,khả năng của mỗi người qua hoạt động và rèn luyện mới có năng lực, năng lực của mỗi cá nhân quyết định khả năng thực hiện giải quyết vấn đề thực tiễn trong một lĩnh vực cụ thể. Ta thấy giữa người này và người khác có những năng lực khác nhau. Các dấu hiệu khác biệt về năng lực đó là: - Khác biệt trong khuynh hướng hoạt động. Khuynh hướng là dấu hiệu đầu tiên của hình thành năng lực. Biểu hiện ở nguyện vọng và ý muốn của con người đối với hoạt động nhất định. Ví dụ như trong lĩnh vực hội họa, âm nhạc, toán học, vật lí,… rõ ràng, khuynh hướng cho biết tiền đề bẩm sinh nhất định đối với năng lực trong hoạt động nào đó. - Khác biệt trong nhịp độ hoạt động đối với từng người. Người có năng lực về một hoạt động thuộc lĩnh vực nào đó nếu bắt tay vào thực hiện sẽ dễ dàng hơn và kết
7 quả sẽ tốt hơn nhiều so với người không có năng lực về: + Số lượng và chất lượng của kết quả hoạt động. + Tính chất độc lập và sáng tạo trong hoạt động. Năng lực đòi hỏi phải có các kiến thức, kĩ năng cũng như quan điểm và thái độ mà cá nhân để có thể vận dụng giải quyết thành công trong các vấn đề thực tiễn, tình huống cụ thể. b. Cấu trúc năng lực Cho đến nay cấu trúc năng lực đang được xây dựng theo hai hướng: - Hướng thứ nhất: cấu trúc năng lực theo nguồn hợp thành. Theo cách này, năng lực là sự kết hợp giữa ba thành tố: thái độ (attitude) + kĩ năng (skills) + kiến thức (knowledge). Người ta gọi hướng xây dựng thứ nhất là cấu trúc năng lực theo mô hình ASK. - Hướng thứ hai: xây dựng cấu trúc năng lực theo các năng lực thành tố. Năng lực = Hợp phần (các lĩnh vực chuyên môn) + Thành tố (năng lực bộ phận) + Hành vi (tạo nên thành tố) [10], [54, tr. 11-13]. c. Các loại năng lực Việc phân loại năng lực là một vấn đề phức tạp. Tùy thuộc vào quan điểm tiếp cận năng lực mà người ta chia năng lực thành các dạng thức khác nhau. Cho đến nay, có thể thấy năng lực được phân thành hai loại đó là năng lực chung/cốt lõi (general competence) và năng lực cụ thể/chuyên biệt (specific competence) [14], [54]... - Năng lực chung là năng lực cơ bản thiết yếu để con người có thể sống và làm việc bình thường trong xã hội. Năng lực chung được hình thành và phát triển do từ nhiều môn học/nhiều lĩnh vực. - Năng lực cụ thể/chuyên biệt là năng lực được hình thành thông qua và phát triển trong một lĩnh vực hoặc một môn học nào đó. Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí (2018), xác định năng lực chung, năng lực chuyên biệt môn Vật lí đó là: Năng lực chung: (1) Năng lực tự chủ và tự học; (2) Năng lực giao tiếp và hợp tác; (3) Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Năng lực cụ thể/chuyên biệt môn Vật lí: (1) Năng lực nhận thức vật lí; (2) Năng lực tìm hiểu hiện thực khách quan dưới góc độ vật lí; (3) Năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng vật lí vào thực tiễn [15].
8 Xác định các năng lực chung và năng lực cụ thể/chuyên biệt trong giáo dục/đào tạo ở các cấp học, bậc học có cấp độ khác nhau. Nó còn phụ thuộc vào các giá trị đạo đức, văn hóa và các quy ước xã hội, phụ thuộc vào khả năng hữu ích của năng lực đó với cộng đồng, hoàn cảnh gia đình và xã hội, phụ thuộc vào yêu cầu phát triển trong một giai đoạn cụ thể, nhất là yêu cầu phát triển nguồn nhân lực nhằm đáp ứng thị trường lao động, trình độ khoa học - kỹ thuật và công nghệ của mỗi quốc gia. Chính vì thế mà việc xác định hệ thống năng lực chung và năng lực riêng trong chương trình giáo dục phổ thông ở mỗi nước hết sức đa dạng và phong phú [13], [54, tr. 17-21]. 1.1.2. Năng lực thực nghiệm của học sinh phổ thông Theo R. Josephy (1986), đánh giá hoạt động thực nghiệm trong vật lí thông qua OCEA theo quy trình: Lập kế hoạch (thiết kế thí nghiệm, làm sáng tỏ vấn đề), Thực hiện (quan sát, thao tác, thu thập dữ liệu), Diễn giải (xử lí dữ liệu, đưa ra suy luận, dự đoán và giải thích), Giao tiếp (báo cáo, nhận thông tin) [86]. Tác giả coi hoạt động thực nghiệm vật lí là điều kiện, môi trường để hình thành năng lực thực nghiệm. Quy trình hoạt động thực nghiệm nêu trên đòi hỏi các hành động trí tuệ - thực tiễn. Theo Nico Schreiber, Heike Theyßen và Horst Schecker (2009), năng lực thực nghiệm là năng lực đặc thù được hình thành thông qua môn Vật lí. Khi HS giải BTTN luôn phải vận dụng tổng hợp các kiến thức lí thuyết, kết hợp các khả năng hoạt động trí óc và thực hành các vốn hiểu biết về vật lí, kĩ thuật và thực tế đời sống. Vì vậy, có thể dùng các BTTN để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS [93]. Tác giả coi năng lực thực nghiệm là năng lực đặc thù của môn Vật lí, khả năng hoạt động trí tuệ - thực hành và sử dụng BTTN làm phương tiện/công cụ để rèn luyện, phát triển năng lực thực nghiệm. Theo tác giả Phạm Hữu Tòng: “Năng lực thực nghiệm với tư cách là một năng lực nhận thức khoa học, được hiểu là năng lực nghĩ ra PATN khả thi cho phép đề xuất hoặc kiểm tra những giả thuyết hay phỏng đoán khoa học và thực hành được thí nghiệm thành công để từ đó rút ra các kết luận cần thiết (chứ không phải chỉ đơn thuần là năng lực thao tác thí nghiệm, hiểu theo nghĩa là năng lực thực hiện được các thao tác bằng tay, quan sát, đo đạc)” [67, tr. 126]. Như vậy, năng lực thực nghiệm vật lí là năng lực giải vấn đề theo phương pháp
9 thực nghiệm vật lí, bao gồm hai mặt: mặt hoạt động tư duy (đầu óc) và mặt hoạt động thể chất (tay chân, giác quan). Các tác giả Phạm Thị Phú và Nguyễn Đình Thước coi “Năng lực thực nghiệm là tổ hợp kĩ năng, kiến thức và thái độ của chủ thể, cho phép chủ thể giải quyết vấn đề bằng phương pháp thực nghiệm” [54, tr. 164]. Theo định nghĩa này, năng lực thực nghiệm cũng là năng lực thực hiện giải quyết vấn đề theo phương pháp thực nghiệm. Xaypaseuth Vylaychit (2019) định nghĩa “Năng lực thực nghiệm là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo với các thuộc tính tâm lí như hứng thú, niềm tin, ý chí để thực hiện thành công các nhiệm vụ thực nghiệm, năng lực thực nghiệm bao gồm xác định mục đích thí nghiệm, thiết kế PATN (bao gồm lựa chọn công cụ thí nghiệm, dự kiến cách tiến hành và thu thập số liệu trong quá trình thực nghiệm), tiến hành được thí nghiệm (lắp ráp, bố trí tiến hành thí nghiệm, thu thập kết quả thí nghiệm, xử lí được số liệu và đánh giá được kết quả)” [76, tr. 14]. Định nghĩa này chỉ ra khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo với các thuộc tính tâm lí thực hiện thí nghiệm theo một mục đích nhất định; các nhiệm vụ thực nghiệm được thể hiện tiến trình thực hiện các hành động thí nghiệm của HS, phù hợp dạy học phát triển năng lực thực nghiệm vật lí của HS ở trường trung học cơ sở. Có thể nhận thấy, các nhà nghiên cứu về năng lực thực nghiệm vật lí đã diễn đạt khái niệm năng lực thực nghiệm có khác nhau nhưng cùng chung nội hàm là khả năng sử dụng kiến thức, kĩ năng và thuộc tính tâm lí của cá nhân để thực hiện nhiệm vụ giải quyết vấn đề bằng phương pháp thực nghiệm. Dạy học phát triển năng lực thực nghiệm vật lí của HS đã và đang được coi trọng thể hiện trong chương trình giáo dục phổ thông ở nước ngoài và trong nước: • Chương trình giáo dục phổ thông của các nước trên thế giới, đặc biệt ở các nước có nền giáo dục phát triển đã sớm đưa ra tiêu chuẩn/chuẩn quốc gia về kiến thức, kĩ năng, thái độ cho môn Vật lí cũng như các môn học khác. Trong môn Vật lí, kiến thức về phương pháp nhận thức vật lí nói chung và phương pháp thực nghiệm nói riêng được coi là kiến thức vật lí. Kiến thức về phương pháp thực nghiệm, các kĩ năng thực nghiệm yêu cầu HS phải đạt được theo chuẩn của chương trình. Chẳng hạn, nghiên cứu chất lượng học các môn tự nhiên của HS phổ thông ở 20 nước khác nhau [90] người ta dùng các câu hỏi, bài tập để kiểm tra, đánh giá các kiến thức, kĩ năng như: