Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong dạy học chương Dòng điện trong các môi trường Vật lí 11 trung học phổ thông

Chia sẻ: Buctranhdo Buctranhdo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến là xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm trong dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” Vật lí 11 trung học phổ thông góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh, qua đó nâng cao chất lượng dạy học Vật lí ở trường phổ thông.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong dạy học chương Dòng điện trong các môi trường Vật lí 11 trung học phổ thông

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG” VẬT LÍ 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG BỘ MÔN VẬT LÝ NGHỆ AN - 2021
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT THANH CHƯƠNG 1 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG” VẬT LÍ 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG BỘ MÔN VẬT LÝ TÁC GIẢ: NGUYỄN QUÂN SỰ TỔ: LÝ – HÓA – SINH – CÔNG NGHỆ NĂM THỰC HIỆN: 2020 - 2021 ĐIỆN THOẠI: 0967288507 NGHỆ AN - 2021
LỜI CAM ĐOAN Năm học 2020 - 2021, tôi viết sáng kiến kinh nghiệm và tôi đã chọn đề tài: Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” Vật lí 11 trung học phổ thông làm đề tài nghiên cứu. Tôi xin cam kết sản phẩm này là của cá nhân tôi tham khảo các tài liệu và tổng hợp viết nên không sao chép SKKN của người khác để nộp. Nếu nhà trường và tổ chuyên môn phát hiện ra tôi sao chép của ai hay có sự tranh chấp về quyền sở hữu thì tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước ban chuyên môn về tính trung thực của lời cam đoan này. Thanh Chương, ngày 1/2/2021 Người viết SKKN
MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích và kế hoạch nghiên cứu 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 5. Phương pháp nghiên cứu 3 6. Dự kiến đóng góp sáng kiến kinh nghiệm 4 II. PHẦN NỘI DUNG 5 2.1. Năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập Vật lí 5 2.1.1. Khái niệm năng lực 5 2.1.2. Năng lực thực nghiệm của học sinh 5 2.1.3 Các biểu hiện năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập Vật lí 7 2.2. Sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí nhằm góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm 9 2.2.1. Thí nghiệm Vật lí 9 2.2.2. Phân loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí 10 2.2.3. Vai trò của thí nghiệm vật lí trong dạy học phát triển NLTN cho học sinh 12 2.3. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí 14 2.3.1. Nguyên tắc xây dựng thí nghiệm 14 2.3.2. Quy trình xây dựng thí nghiệm 14 2.3.3. Quy trình dạy học bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh 15 2.4. Đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học với thí nghiệm vật lí 18 2.4.1. Các phương thức đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập Vật lí 18 2.5. Thực trạng về dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” theo định hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh 20 2.5.1. Mục tiêu và phương pháp điều tra 20 2.5.2. Phân tích kết quả điều tra 21
2.6. Phân tích mục tiêu, nội dung dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” 24 2.6.1. Mục tiêu dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” 24 2.6.2. Nội dung dạy học “Dòng điện trong các môi trường” 26 2.7. Xây dựng thí nghiệm trong dạy học vật lí bồi dưỡng năng lực thực nghiệm 26 2.7.1. Xây dựng thí nghiệm kiểm chứng “Điện trở suất kim loại tăng theo nhiệt độ” 26 2.7.2. Xây dựng thí nghiệm hiện tượng nhiệt điện 28 2.7.3. Xây dựng thí nghiệm điện phân 28 2.8. Sử dụng thí nghiệm đã xây dựng dạy học một số kiến thức chương “Dòng điện trong các môi trường” bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh 30 2.8.1. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Dòng điện trong kim loại” 30 2.8.2. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Dòng điện trong chất điện phân” 39 2.9.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm 39 2.9.2. Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 40 2.9.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 40 2.9.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm 42 * Hiệu quả của biện pháp đề tài đã đề xuất 47 III. KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 1 PHỤ LỤC 2 PHỤ LỤC 3 PHỤ LỤC 4 PHỤ LỤC 5
CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh NL Năng lực NLTN Năng lực thực nghiệm PPDH Phương pháp dạy học SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông TN Thí nghiệm TNg Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sự phạm SKKN Sáng kiến kinh nghiệm ĐG Đánh giá
PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vật lí là một bộ môn khoa học thực nghiệm, việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông không chỉ là công việc bắt buộc, mà nó còn là một trong những phương pháp quan trọng nâng cao chất lượng dạy học. Tác dụng của thí nghiệm vật lí là tạo ra sự trực quan cho học sinh và cũng chính vì thế mà sự cần thiết của TN trong dạy học vật lí còn được quy định bởi tính chất của quá trình nhận thức của học sinh dưới sự dạy nhọc của GV. Thông qua TN vật lí, ta có thể thu nhận được tri thức mới. Phương tiện dạy học có chức năng tạo điều kiện cho học sinh nhận thức chính xác, sâu sắc kiến thức, đồng thời phát triển NL và hình thành nhân cách của học sinh. Trong quá trình dạy học nói chung và dạy học VL nói riêng, phương tiện dạy học đã chứng tỏ vai trò to lớn của mình ở tất cả các khâu: tạo động cơ, hứng thú học tập của học sinh, cung cấp các cứ liệu TNg nhằm khái quát hoá hoặc kiểm chứng các kiến thức về các khái niệm, định luật VL, mô phỏng các hiện tượng, quá trình VL vi mô, đề cập các ứng dụng của các kiến thức VL trong đời sống và kỹ thuật; sử dụng trong việc ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá kiến thức, kỹ năng của học sinh; hỗ trợ việc kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng... Như vậy, phương tiện dạy học hỗ trợ hoạt động của GV và học sinh ở tất cả các pha của tiến trình giải quyết nhiệm vụ nhận thức. Hiện nay, mặc dù các phòng TN ở các trường phổ thông đã được trang bị thiết bị dạy học tối thiểu, nhưng vẫn còn những khó khăn như: nhiều dụng cụ TN chưa chính xác, nhân viên quản lí TN thì không chuyên trách về môn học nên việc chuẩn bị TN cho một tiết học trên lớp là rất khó khăn. Từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài: Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong dạy học chương “ Dòng điện trong các môi trường” Vật lí 11 trung học phổ thông làm đề tài nghiên cứu. 2. Mục đích và kế hoạch nghiên cứu Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm trong dạy học chương “Dòng điện 1
trong các môi trường” Vật lí 11 trung học phổ thông góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh, qua đó nâng cao chất lượng dạy học Vật lí ở trường phổ thông. Kế hoạch nghiên cứu TT Thời gian Nội dung công việc Sản phẩm - Chọn đề tài sáng kiến Tháng 9/2020 đến kinh nghiệm 1 Bản đề cương chi tiết. tháng 10/2020 - Đăng ký với tổ CM. - Đọc tài liệu - Tập hợp tài liệu lí Từ tháng 10/2020 đến - Khảo sát thực trạng. thuyết. 2 tháng 11/2020. - Số liệu khảo sát đã - Tổng hợp số liệu. xử lí. -Nộp đề cương SSKN về - Bản đề cương đầy đủ 3 Cuối tháng 11/2020 Sở GD &ĐT - Trao đổi với đồng - Tập hợp ý kiến đóng Từ tháng 12/2020 đến nghiệp để đề xuất biện góp của đồng nghiệp. 4 pháp, các sáng kiến. tháng 1/2021 - Kết quả thử nghiệm. - Áp dụng thử nghiệm. - Viết báo cáo. - Bản nháp báo cáo. Từ tháng 1/2021đến 5 - Xin ý kiến của đồng - Tập hợp ý kiến đóng tháng 02/2021. nghiệp. góp của đồng nghiệp. Từ tháng 02/2021 đến - Hoàn thiện bản báo - Bản báo cáo chính 6 3/2021 cáo. thức. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu - Hoạt động dạy học và TN hỗ trợ dạy và học trong chương trình Vật lí 11 trung học phổ thông. - Năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông trong học tập môn Vật lí. + Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng các thí nghiệm hỗ trợ hoạt động dạy và học; Tổ chức hoạt động học một số kiến thức chương “Dòng điện trong các môi trường” trong chương 2
trình Vật lí 11 trung học phổ thông. - Học sinh lớp 11 ở một số trường phổ thông trong tỉnh Nghệ An. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 1) Nghiên cứu lí luận về dạy học phát triển NL thực nghiệm của HS; vai trò của thí nghiệm Vật lí ở trường trung học phổ thông trong việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh; Nghiên cứu thực trạng về sử dụng thí nghiệm trong dạy học kiến thức về “Dòng điện trong các môi trường”, theo định hướng dạy học phát triển năng lực cho học sinh. 2) Xây dựng, hoàn thiện các thí nghiệm và sử dụng chúng vào thiết kế tiến trình dạy học góp phần phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học một số kiến thức về “Dòng điện trong các môi trường”. 3) Đề xuất sử dụng bộ công cụ đánh giá mức độ phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong tiến trình dạy học có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng. 4) Thực nghiệm sư phạm, nhằm đánh giá tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm và tiến trình dạy học về khả năng phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. 5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu các tài liệu về lí luận dạy học môn Vật lí có sử dụng thí nghiệm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh để xây dựng cơ sở lí luận của sáng kiến. - Nghiên cứu thực tiễn dạy học: Sử dụng các phiếu điều tra thu thập thông tin về thực trạng dạy và học Vật lí có sử dụng thí nghiệm, phát triển năng lực học sinh ở trường trung học phổ thông. - Phương pháp thực nghiệm khoa học: Chế tạo, hoàn thiện và thử nghiệm thí nghiệm; Tổ chức dạy thực nghiệm ở trường trung học phổ thông. Đánh giá tính khả thi của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông. - Thống kê toán học: Sử dụng các ứng dụng thống kê, phân tích kết quả thực nghiệm để từ đó đánh giá tính khả thi của đề tài nghiên cứu. 3
6. Dự kiến đóng góp sáng kiến kinh nghiệm - Về nghiên cứu lí luận: Bổ sung và làm sáng tỏ cơ sở lí luận về dạy học với thí nghiệm theo hướng bồi dưỡng năng lực người học. - Đề xuất quy trình sử dụng thí nghiệm, hỗ trợ hoạt động dạy và học kiến thức mới nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. Bộ công cụ đánh giá mức độ phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông trong học tập môn Vật lí có sử dụng thí nghiệm. - Xây dựng và đưa vào sử dụng 3 bộ thí nghiệm thực dạy và học kiến thức về: Dòng điện trong kim loại và chất điện phân, hỗ trợ dạy học nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. - Xây dựng được tiến trình dạy và học 2 nội dung kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và dòng điện trong chất điện phân”, có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh. - Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho giáo viên khi dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” Vật lí 11 trung học phổ thông. 4
II. PHẦN NỘI DUNG 2.1. Năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập Vật lí 2.1.1. Khái niệm năng lực Phạm trù năng lực (NL) được hiểu theo nhiều cách khác nhau, có nhiều thuật ngữ được sử dụng cùng nghĩa NL như: Competence; Ability; Efficiency... chúng mang hàm ý chỉ NL hành động, được dùng nhiều nhất là Competence có nghĩa là: có khả năng thực hiện thành công một công việc nào đó. Chương trình giáo dục phổ thông mới (2018), NL được định nghĩa:“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 loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể”. Trong định nghĩa trên, NL có các thuộc tính sau: + NL là thuộc tính của cá nhân. + NL được coi là khả năng của cá nhân khi đối diện với những vấn đề mới, những tình huống chưa từng giải quyết. + NL được bộc lộ ra bên ngoài thông qua các biểu hiện về kiến thức, kĩ năng (hành vi) trong và sau khi giải quyết các vấn đề học tập. 2.1.2. Năng lực thực nghiệm của học sinh Trong đề tài này, NLTN của HS trong học tập VL là người học huy động kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm đã có thực hiện thao tác tư duy lí thuyết và thực nghiệm/thực hành để tìm câu trả lời cho vấn đề; qua đó người học thu nhận được kiến thức, kĩ năng mới. Bối cảnh NLTN Kiến thức (tình huống) + Nhận thức vật lí + Kiến thức khoa học + Cá nhân + Tiến trình nhận thức + Địa phương theo con đường TNg Thái độ + Quốc gia + Vận dụng kiến thức, kĩ + Hứng thú với khoa học + Toàn cầu năng đã học + Trách nhiệm bảo vệ môi trường Hình 1.1. Cấu trúc năng lực thực nghiệm 5
Đặc trưng của NLTN gắn với khả năng hành động, vì vậy HS phải nhận ra được, giải thích được, thực hiện được, vận dụng được kiến thức VL vào thực tiễn, bối cảnh thực chứ không dừng lại ở mức độ hiểu. Kĩ năng thực hành đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển NLTN cho người học. Do đó, trong quá trình bồi dưỡng NLTN cho HS, GV cần chú ý đến việc phát triển các kĩ năng thực hành cho HS trong tiến trình dạy học. Trong nghiên cứu này đề xuất các thành tố của NLTN trong dạy học VL như sau: nhận thức vật lí; tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí (tiến trình phương pháp TNg); vận dụng kiến thức kĩ năng đã học. Cụ thể như sau: - Nhận thức VL: 1/Nhận biết và nêu được các đối tượng, khái niệm, hiện tượng, quy luật, quá trình VL; 2/Trình bày được các hiện tượng, quá trình VL và đặc điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình VL; 3/Sử dụng được thuật ngữ khoa học, kết nối được thông tin, lập được dàn ý khi đọc và trình bày các văn bản khoa học; 4/So sánh, lựa chọn, phân loại, phân tích được các hiện tượng, quá trình VL theo các tiêu chí khác nhau. 5/Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật và hiện tượng. - Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí (tiến trình khoa học): 1/Đề xuất vấn đề liên quan đến vật lí; 2/Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết; 3/Lập kế hoạch thực hiện bằng TNg; 4/Thực hiện kế hoạch bằng việc tiến hành các TN kiểm chứng; 5/Viết, trình bày báo cáo và thảo luận; 6/Ra quyết định và đề xuất ý kiến, giải pháp. - Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học: 1/Giải thích, chứng minh được một vấn đề thực tiễn; 2/Đánh giá, phản biện được ảnh hưởng của một vấn đề thực tiễn; 3/ Thiết kế được mô hình, lập được kế hoạch, đề xuất và thực hiện được một số phương pháp hay biện pháp mới. Việc chia NLTN ra các thành tố, các thành phần có tính tương đối, bởi một NL thành tố lại bao gồm nhiều NL thành phần; giữa các NL thành tố, các NL thành 6
phần còn có sự lồng ghép, giao thoa với nhau trong tiến trình học tập. 2.1.3 Các biểu hiện năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập Vật lí * Biểu hiện năng lực Vật lí của học sinh Theo chương trình môn Vật lí trong Chương trình giáo dục phổ thông mới 2018, NL Vật lí của học sinh gồm ba năng thành phần với những biểu hiện cụ thể như sau (bảng 1.1): Bảng 1.1. Biểu hiện năng lực vật lí của học sinh Năng lực Biểu hiện của học sinh thành phần + Nhận biết và nêu được các đối tượng, khái niệm, hiện tượng, quy luật và quá trình VL; Trình bày được các hiện tượng, quá trình VL; đặc điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình VL bằng các hình thức biểu đạt như: nói, viết, đo, tính, vẽ, lập sơ Nhận thức VL đồ, biểu đồ. + So sánh, lựa chọn, phân loại, phân tích được các hiện tượng, quá trình VL theo các tiêu chí khác nhau; Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng. + Nhận ra điểm sai và chỉnh sửa được nhận thức hoặc lời giải thích; Đưa ra được những nhận định phê phán có liên quan đến chủ đề thảo luận. + Nhận ra được một số ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân. + Nhận ra và đặt được câu hỏi liên quan đến vấn đề; Phân tích được bối cảnh để đề xuất được vấn đề nhờ kết nối tri thức, kinh nghiệm đã có và dùng ngôn ngữ của mình để biểu đạt vấn đề đã đề xuất. + Phân tích vấn đề để nêu được phán đoán; Xây dựng và phát biểu được giả thuyết cần tìm hiểu; Xây dựng được khung logic Tìm hiểu thế nội dung tìm hiểu; Lựa chọn được phương pháp thích hợp giới tự nhiên (quan sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn, tra cứu tư liệu); dưới góc độ Vật + Lập được kế hoạch triển khai tìm hiểu; Tìm hiểu được một lí số hiện tượng, quá trình, gần gũi trong đời sống và trong thế 7
giới tự nhiên theo tiến trình; + Sử dụng được các chứng cứ khoa học để kiểm tra các dự đoán, lí giải các chứng cứ, rút ra các kết luận; + Thu thập, lưu giữ được dữ liệu từ kết quả tổng quan, thực nghiệm, điều tra; đánh giá được kết quả dựa trên phân tích, xử lí các dữ liệu bằng các tham số thống kê đơn giản; + So sánh được kết quả với giả thuyết; giải thích, rút ra được kết luận và điều chỉnh khi cần thiết; Sử dụng ngôn ngữ, hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt được quá trình và kết quả tìm hiểu; + Viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu; Hợp tác được với đối tác bằng thái độ tích cực và tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích cực và giải trình, phản biện, bảo vệ được kết quả tìm hiểu một cách thuyết phục; + Đưa ra được quyết định xử lí cho vấn đề đã tìm hiểu; Đề xuất được ý kiến khuyến nghị vận dụng kết quả tìm hiểu, nghiên cứu, hoặc vấn đề nghiên cứu tiếp. + Giải thích, chứng minh được một vấn đề thực tiễn; Đánh giá, phản biện được ảnh hưởng của một vấn đề thực tiễn. Vận dụng kiến + Thiết kế được mô hình, lập được kế hoạch, đề xuất và thực thức, kĩ năng hiện được một số phương pháp hay biện pháp mới. đã học + Nêu được giải pháp và thực hiện được một số giải pháp để bảo vệ thiên nhiên, thích ứng với biến đổi khí hậu; Có hành vi, thái độ hợp lí nhằm phát triển bền vững. Ngoài ra, thông qua quá trình dạy học VL sẽ góp phần hình thành và phát triển 3 NL chung và các NL ứng với các môn học khác. * Biểu hiện năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập môn Vật lí Nghiên cứu biểu hiện NL của học sinh, phương pháp sử dụng TN trong dạy học phát triển NLTN cho học sinh và phạm vi nghiên cứu của sáng kiến, thì biểu hiện NLTN của học sinh trong học tập môn Vật lí như bảng 1.2. Bảng 1.2. Biểu hiện năng lực thực nghiệm của học sinh trong học môn Vật lí 8
NL Biểu hiện của học sinh thành phần + Mô tả và giải thích được các TN Vật lí và hiện tượng diễn ra trong tự nhiên. + Giải thích được mối quan hệ nhân quả giữa các đại lượng cần Mô tả và giải đo và phát biểu được mối quan hệ đó. thích các TN, + Giải thích được nguyên nhân sai số, các kết quả trong các TN hiện tượng VL học tập. + Mô tả và giải thích được các ứng dụng kĩ thuật có liên quan đến kiến thức Vật lí. + Nhận ra vấn đề (câu hỏi) khoa học có thể nghiên cứu, phát Thiết kế và biểu được vấn đề. Nêu giả thuyết khoa học. thực hiện giải + Suy ra được hệ quả có thể kiểm tra bằng TN pháp theo tiến + Thiết kế được phương án TN khả thi; trình khoa học + Lựa chọn được dụng cụ phù hợp với phương án TN; VL + Biết lắp ráp, tiến hành TN. + Thu thập thông tin thu được cốt lõi theo từng nhiệm vụ. Báo cáo, trình + Trình bày được kết quả TN. bày kết quả + Biết phân tích, tính toán kết quả từ các dữ liệu TN. việc thực hiện + Biết sử dụng kết quả TN để biện luận tính đúng đắn của kết giải pháp luận khoa học (kiến thức Vật lí mới). Giải quyết vấn đề được trình bày ở trên có thể theo hai cách: 1/ Giải quyết vấn đề bằng suy luận lí thuyết, kiểm tra bằng TNg (sử dụng TN nghiên cứu kiểm chứng); 2/ Giải quyết vấn bằng con đường TNg (sử dụng TN). Do đó, việc lựa chọn, sắp xếp các biểu hiện NLTN của học sinh trong học tập Vật lí phụ thuộc vào cách thức sử dụng TN trong hoạt động giải quyết vấn đề (thực hiện giải pháp). 2.2. Sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí nhằm góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm 2.2.1. Thí nghiệm Vật lí 9
Trong nghiên cứu khoa học nói chung, đặc biệt trong nghiên cứu VL thì TN đóng vai trò hết sức quan trọng, sau đây là những luận điểm về TN VL. * Thí nghiệm trong nghiên cứu Vật lí Trong nghiên cứu khoa học Vật lí làm TN là sự tác động có chủ định, của con người vào đối tượng của thực tại khách quan. Thông qua phân tích các yếu tố và điều kiện mà trong đó đã diễn ra các tác động và kết quả của các tác động, ta có thể thu được tri thức mới. Cách thức phối hợp hai hoạt động hợp lý gọi là phương pháp nghiên cứu Vật lí bằng con đường TNg. * Thí nghiệm trong dạy học Vật lí Khác với TN của nhà khoa học, TN trong dạy học Vật lí được sử dụng với tư cách là một công cụ sư phạm hơn là vai trò của một TN tìm tòi - phát minh khoa học. Các TN này, phục vụ cho một mục đích Sư phạm nào đó của GV, là phương tiện trực quan, đơn giản hóa quá trình Vật lí, hỗ trợ cho học sinh định hướng tư duy, khái quát hóa, tìm ra những dấu hiệu bản chất bên trong sự vật, hiện tượng Vật lí. Rèn luyện kiến thức, kĩ năng cho học sinh thông qua việc hướng dẫn các em, kiểm chứng hay “phát minh lại” các định luật, quy luật Vật lí mà loài người (thầy giáo) đã biết. 2.2.2. Phân loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí TN trong dạy học Vật lý THPT thường có ba loại: TN biểu diễn; TN thực tập; bài tập TN. * Thí nghiệm biểu diễn Thí nghiệm biểu diễn thường được GV sử dụng ở trên lớp, để hỗ trợ học sinh trong học kiến thức mới hoặc củng cố, mở rộng kiến thức, kĩ năng. TN biểu diễn gồm ba loại: a) Thí nghiệm mở đầu: sử dụng trong hoạt động tạo tình huống có vấn đề, gây hứng thú, nhu cầu nhận thức, hỗ trợ học sinh xác định vấn đề cần nghiên cứu. b) Thí nghiệm nghiên cứu: là TN được sử dụng trong tiến trình dạy học xây dựng kiến thức mới hoặc kiểm chứng lại một định luật, hiện tượng Vật lí, gồm hai loại: TN nghiên cứu khảo sát và TN nghiên cứu kiểm chứng. TN nghiên cứu khảo 10
sát, là TN cung cấp những cứ liệu TNg, để kiểm tra hệ quả suy ra từ giả thuyết (dự đoán), xác nhận sự đúng/sai của dự đoán; TN nghiên cứu kiểm chứng, là TN nhằm kiểm chứng lại những kết quả đã được xây dựng dựa trên suy luận bằng lí thuyết, để khẳng định sự chính xác của các kết quả này [13]. c) Thí nghiệm củng cố kiến thức: là TN sử dụng các kiến thức VL học sinh đã được học để mô tả biểu hiện của kiến thức VL trong tự nhiên, các ứng dụng trong sản xuất, đời sống hàng ngày, qua đó củng cố, làm sâu sắc kiến thức đã học, bồi dưỡng NL vận dụng kiến thức VL vào thực tiễn cho học sinh. * Thí nghiệm thực tập TN thực tập là loại TN do học sinh tự tiến hành, trên lớp học, trong phòng TN với sự tự lực làm việc cao hoặc ngoài nhà trường, dưới hình thức bài tập ở nhà để củng cố, mở rộng kiến thức. TN thực tập gồm có hai loại: a) Thí nghiệm trực diện: là loại TN do học sinh thực hiện trên lớp, sử dụng chủ yếu trong tiến trình dạy học xây dựng kiến thức mới được thực hiện dưới dạng TN khảo sát hoặc minh họa. TN trực diện có thể tổ chức đồng loạt theo nhóm nhỏ hoặc cá thể. b) Thí nghiệm thực hành: TN có thể có nội dung định tính hay định lượng, để kiểm nghiệm lại các định luật, các qui tắc đã học. Do được tiến hành sau khi học sinh đã học xong một chương, một phần của chương trình, nên TN thực hành Vật lí thường có nội dung phong phú, mỗi bài TN thực hành thường từ 2 đến 3 tiết, với cùng một nội dung hay với các nội dung khác nhau. Khi tiến hành các TN thực hành học sinh phải tự lực thực hiện các giai đoạn của quá trình TN, thực hiện nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép đo, xử lí nhiều số liệu để kiểm chứng lại các kết luận trong giờ học kiến thức mới. Vì vậy, TN thực hành có nhiều tác dụng trong việc rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo cho học sinh. TN thực hành có thể được tổ chức dưới một trong hai hình thức là TN thực hành đồng loạt và TN thực hành cá thể. Với TN thực hành đồng loạt, tất cả các nhóm học sinh tiến hành những TN như nhau với dụng cụ giống nhau theo cùng một mục đích. Với TN thực hành cá thể có thể có nhiều phương án khác nhau, trong đó các nhóm học sinh tiến hành TN về những đề tài khác nhau với các dụng cụ khác nhau nhằm đạt được những mục đích khác 11
nhau hoặc về cùng một đề tài theo cùng một mục đích nhưng với các dụng cụ, phương pháp đo khác nhau, nhằm giải quyết các nhiệm vụ khác nhau. * Bài tập thí nghiệm Là một loại bài tập mà GV giao cho từng học sinh hoặc nhóm học sinh thực hiện ở nhà. BTTN có vai trò quan trọng trong dạy học phát triển NL sáng tạo, NL phương pháp nghiên cứu Vật lí, NL vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Các BTTN được học sinh tiến hành trong điều kiện không có sự trợ giúp, kiểm tra trực tiếp của GV. Vì vậy, loại TN này, đòi hỏi học sinh phải có tính tự lực, tự giác, sáng tạo cao. Khi thực hiện BTTN, học sinh phải sử dụng những dụng cụ thông dụng trong đời sống, các vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền để chế tạo dụng cụ TN. Chính việc làm này, đã tạo cơ hội cho học sinh phát huy khả năng sáng tạo của mình trong thiết kế chế tạo và sử dụng TN. Mặt khác, học sinh phải tự biết kết hợp giữa suy luận lí thuyết và tiến hành TNg mới có thể thu được những số liệu cần thiết để giải quyết nhiệm vụ học tập, qua đó, phát triển NL sáng tạo, NL phương pháp nghiên cứu Vật lí cho học sinh. 2.2.3. Vai trò của thí nghiệm vật lí trong dạy học phát triển NLTN cho học sinh Chu trình sáng tạo khoa học được V.G. Razumôpxki đề xuất gồm 4 giai đoạn (hình vẽ 1.2). Theo chu trình này, nhà khoa học phải quan sát hiện tượng Vật lí xảy ra trong tự nhiên hoặc làm TN phát hiện ra vấn đề cần nghiên cứu (sự kiện khởi đầu), từ đó xây dựng mô hình giả thuyết trừu tượng (giả thuyết); suy luận rút ra các hệ quả có thể kiểm tra được bằng TN. Mô hình giả định trừu Các hệ quả có thể kiểm tượng tra được Những sự kiện khởi đầu TN kiểm tra Hình 1.2. Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki 12
Sau đó, tiến hành TNg kiểm tra hệ quả đó. Nếu những kết quả kiểm tra bằng TNg, phù hợp với hệ quả suy ra từ giả thuyết, thì giả thuyết được xác nhận là đúng đắn, nó trở thành nguồn tri thức mới, lí thuyết mới. Nếu những kết quả thu được từ TNg không phù hợp với những hệ quả rút ra từ giả thuyết thì phải xem xét lại mô hình giả thuyết, chỉnh lí lại hoặc sửa đổi nó và lặp lại chu trình nghiên cứu. Chu trình sáng tạo khoa học không khép kín, mà luôn được mở rộng cùng với sự phát triển của khoa học. Khác với nhà khoa học, để phát triển NLTN của mình, học sinh không thể tự mình thực hiện được chu trình sáng tạo như các nhà khoa học đã làm, mà cần có sự hỗ trợ của GV và thiết bị TN. Vì vậy, TN trong dạy học phát triển NLTN Vật lí cho học sinh có vai trò như sau: a) Hỗ trợ học sinh xây dựng dự đoán (giả thuyết khoa học) Thông thường, đối tượng nghiên cứu nằm ngoài “vùng phát triển gần” của phần lớn học sinh, nếu không có sự hỗ trợ có thể dẫn đến những suy đoán ngộ nhận, dự đoán vu vơ, nêu dự đoán không có căn cứ khoa học, thậm chí học sinh rơi vào tình trạng bế tắc. Với sự hỗ trợ của TN, học sinh quan sát được những dấu hiệu định tính, bước đầu suy đoán về mối quan hệ nhân quả giữa các đại lượng Vật lí, từ đó, khái quát hóa xây dựng mô hình giả thuyết, nêu ra được dự đoán có căn cứ khoa học. b) Phương tiện kiểm tra sự đúng đắn của dự đoán bằng thực nghiệm Dự đoán tuy đã có căn cứ khoa học, nhưng không chắc chắn vì không được suy ra từ những kiến thức đã biết. Muốn biết dự đoán có chính xác hay không, phù hợp với thực tại khách quan hay không? thì bắt buộc phải làm các TN để kiểm tra. Khi kết quả TN phù hợp với dự đoán, thì điều dự đoán hay giả thuyết đó trở thành chân lí, kiến thức khoa học. Nếu không phù hợp, thì phải sửa đổi dự đoán hoặc xây dựng dự đoán mới. TN thường không kiểm tra trực tiếp dự đoán mà kiểm tra gián tiếp hệ quả suy ra từ dự đoán. Một dự đoán có thể được suy luận ra nhiều hệ quả trong các điều kiện khác nhau. Khi chúng ta kiểm tra bằng TN được nhiều hệ quả thì điều dự đoán càng có giá trị cao. Vì tính đa dạng của dự đoán và mới mẻ, nên 13
TN để kiểm tra dự đoán cũng là mới mẻ, chưa từng có. Tính mới của TN kiểm tra thể hiện ở nhiều mặt: như thiết kế phương án TN; lựa chọn dụng cụ lắp ráp TN; sử dụng phương tiện, thiết bị dạy học mới; sử dụng phương pháp thu thập dữ liệu, đo lường mới... 2.3. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí 2.3.1. Nguyên tắc xây dựng thí nghiệm Trong dạy học VL ở trường phổ thông, TN được sử dụng với tư cách là một phương tiện dạy học, phục vụ cho một mục đích sư phạm nào đó của GV, làm dụng cụ cho học sinh tập nghiên cứu, tìm tòi và khám phá khoa học. Do đó, xây dựng TN cần đảm bảo các nguyên tắc cơ bản sau: a) Phù hợp với chương trình dạy học, trình độ nhận thức của học sinh: Theo chương trình VL phổ thông mới (2018), Để phát triển NLTN cho học sinh các thiết bị TN phải thực hiện được các phép đo chính xác, khả thi. b) Đảm bảo dạy học phát triển NLTN cho học sinh: Cần phải đa dạng hoá các hoạt động học và luyện tập của học sinh qua hệ thống các TN từ đơn giản đến phức tạp, phù hợp với mức độ hình thành kiến thức, kĩ năng phát triển NLTN cho học sinh. c) Đảm bảo tính thực tiễn, khả thi: TN phải đảm bảo tính sư phạm, thẩm mĩ, khoa học, chính xác, có độ ổn định cao, cho kết quả rõ ràng, dễ quan sát, làm TN trong thời gian ngắn, an toàn khi sử dụng; Chế tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ lắp ghép, giá thành hợp lí, đáp ứng được mục tiêu dạy học. 2.3.2. Quy trình xây dựng thí nghiệm Bước 1:Tìm hiểu thực tế sử dụng và nhu cầu TN ở trường phổ thông Điều tra, phỏng vấn GV và học sinh, dự giờ, quan sát hoạt động dạy và học ở trường phổ thông, theo định hướng dạy học phát triển NL, phân tích tìm ra những ưu điểm, hạn chế của các thiết bị TN, cách thức sử dụng chúng ở trường phổ thông, nhu cầu cần thiết phải xây dựng, hoàn thiện thiết bị TN nào? Dự kiến phương án xây dựng và sử dụng TN. Bước 2: Xây dựng thí nghiệm Thu thập thông tin liên quan đến thiết bị của các bài TN dự kiến xây dựng. 14