Tóm tắt 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:27

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 2
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: Tóm tắt 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 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 9140111 NGHỆ AN - 2022
Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Vinh Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được 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 2022 Có thể tìm luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Nguyễn Thúc Hào - Trường Đại học Vinh
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay cuộc cách mạng khoa học và công nghệ phát triển nhanh như vũ bão. Giáo dục đứng trước thử thách lớn khi tri thức của loài người ngày một tăng lên nhanh chóng nhưng cũng nhanh lạc hậu. Sống và làm việc trong thế giới hiện đại, đòi hỏi con người phải có những năng lực chung, năng lực chuyên môn và năng lực học tập suốt đời. Chương trình giáo dục truyền thống tập trung vào kiến thức đã bộc lộ những bất cập, không đáp ứng được nhu cầu giải quyết các tình huống thực tiễn và khả năng làm việc của người học. 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 học sinh (HS). Năm 2018 Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành Chương trình giáo dục phổ thông – Chương trình tổng thể, Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí. Với yêu cầu kết quả đầu ra phát triển năng lực của người học. Tuy nhiên dạy học như thế nào để đạt được mục tiêu chung và mục tiêu 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. Kiến thức vật lí trung học phổ thông (THPT) chủ yếu là kiến thức vật lí học cổ điển, là cơ sở khoa học của các ngành kĩ thuật và công nghệ. Kiến thức đó chủ yếu được xây dựng dựa vào thí nghiệm hoặc được kiểm tra bằng thí nghiệm. Trong dạy học, HS cần kiến tạo kiến thức mới, cũng như vận dụng các kiến thức đã học giải quyết những vấn đề thực tiễn có ý nghĩa. Dạy học tích cực, một trong những phương thức tốt nhất giáo viên (GV) 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. Trong đào tạo và bồi dưỡng GV vật lí phổ thông đã đặt vấn đề coi trọng vận dụng các phương pháp nhận thức vật lí vào dạy học vật lí trên phương diện lí luận cũng như thực hành. Tuy nhiên việc vận dụng phương pháp thực nghiệm vào môn học Vật lí còn tồn tại nhiều khó khăn, hạn chế và chưa đạt được như yêu cầu của giáo dục phát triển phẩm chất và năng lực HS. Chương trình môn Vật lí THPT, kiến thức phần “Điện học - Điện từ học” có những ứng dụng kĩ thuật, công nghệ. Vấn đề đặt ra là làm thế nào có thể phát triển năng lực thực nghiệm của HS ở phần này, cũng như tổ chức dạy học như thế nào để HS 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 nghiên cứu: “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” để làm luận án tiến sĩ.
2 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 học sinh 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 trung học phổ thông 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 trung học phổ thông. 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 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. 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.
3 6.4. Phương pháp thống kê toán học Xử lí các số liệu kết quả điều tra và kết quả thực nghiệm sư phạm 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 LA và Phụ lục 3). - Xây dựng hệ thống 26 bài tập thí nghiệm 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 Mở đầu (4 trang). Nội dung có 4 chương: Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu (11 trang). 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 (36 trang). 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 (53 trang). Chương 4. Thực nghiệm sư phạm (34 trang). Kết luận chung (2 trang). Tài liệu tham khảo (9 trang). Phụ lục (85 trang, có 8 Phụ lục).
4 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 Có nhiều định nghĩa về năng lực. Có thể phân thành các nhóm sau: - Nhóm thứ nhất: Năng lực thuộc phạm trù khả năng. - Nhóm thứ hai: Năng lực thuộc phạm trù hoạt động hoặc đặc điểm, phẩm chất, thuộc tính cá nhân. 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 còn gọi 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). c. Các loại năng lực - 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. 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). 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.
5 Theo Nico Schreiber, Heike they Ben, Horst Schreeker (2009), năng lực thực nghiệm là năng lực đặc thù được hình thành thông qua môn Vật lí. Khi giải bài tập thí nghiệm, HS 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 bài tập thí nghiệm để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS. 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 bài tập thí nghiệm làm phương tiện/công cụ để rèn luyện, phát triển năng lực thực nghiệm. Tác giả Phạm Hữu Tòng nêu: “Năng lực thực nghiệm với tư cách là một năng lực nhận thức khoa học, được hiểu là năng lực nghĩ ra phương án thí nghiệm (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)”. Như vậy, năng lực thực nghiệm vật lí là năng lực giải vấn đề theo phương pháp 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”. 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, tiến hành được thí nghiệm”. 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 trung học cơ sở. Có thể nhận thấy, các nhà nghiên cứu về năng lực thực nghiệm vật lí ở trong và ngoài nước 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 như của Hoa Kỳ, Anh, Cộng hòa liên bang Nga và 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
6 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. • Chương trình môn Vật lí THPT 2018, xác định năng lực khoa học trong mục tiêu giáo dục của môn Vật lí là năng lực vật lí, gồm ba thành phần: (1) Nhận thức vật lí, (2) Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí, (3) Vận dụng kiến thức kĩ năng vật lí vào thực tiễn. Chương trình môn Vật lí (2018) xác định các yêu cầu cần đạt về các kiến thức, kĩ năng trong đó có kiến thức và kĩ năng thực nghiệm đối với từng chủ đề. Như vậy, năng lực thực nghiệm thuộc thành phần thứ hai (2) của năng lực vật lí. Những nội dung nêu trên cho thấy chương trình môn Vật lí phổ thông ở các nước và Việt Nam đều coi trọng bồi dưỡng kiến thức, kĩ năng thực nghiệm của HS. 1.2. Dạy học vật lí phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh Từ những năm cuối thế kỉ XX, một trong các xu hướng phát triển các phương pháp dạy học vật lí ở trường THPT đó là tăng cường các phương pháp dạy học tích cực có tính đến dạy học nêu vấn đề, các bài tập sáng tạo, các bài tập thí nghiệm thực tập, phát triển việc mô hình hoá vật lí kĩ thuật ở trên lớp, trong các buổi ngoại khoá và giờ học tự chọn/hoạt động trải nghiệm, sáng tạo. Hoạt động học tập của HS được chú trọng theo hướng tích cực nhận thức, tự lực và sáng tạo. Kiến thức về phương pháp thực nghiệm, các kĩ năng thí nghiệm, các hành động được dùng phổ biến trong quá trình nhận thức vật lí theo phương pháp thực nghiệm của HS đã được thực hiện trong dạy và học ở các nước trên thế giới. Ở Việt Nam đã có nhiều kết quả nghiên cứu có ý nghĩa về lí luận và thực tiễn trong dạy học vật lí làm cơ sở để hình thành và phát triển năng lực thực nghiệm của HS. Có thể thấy một số hướng nghiên cứu chính sau đây: - Hướng thứ nhất: Bồi dưỡng các phương pháp nhận thức khoa học nói chung và phương pháp nhận thức thực nghiệm cho HS Các kết quả nghiên cứu có thể kể đến các tác giả như Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (2001), Nguyễn Thị Hồng Việt (1993), Phạm Thị Phú (1998), Nguyễn Văn Hòa (2002)… Bồi dưỡng phương pháp nhận thức thực nghiệm trong dạy học vật lí, giúp cho HS có khả năng nhận thức tích cực, có tri thức về phương pháp thực nghiệm vật lí, biết cách hoạt động giải quyết vấn đề theo con đường thực nghiệm. Nhờ đó HS có được kiến thức vật lí và các kĩ năng thực nghiệm. - Hướng thứ hai: Xây dựng và sử dụng các loại thí nghiệm thực (thí nghiệm có sẵn và thí nghiệm tự làm/tự tạo) theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS, phát triển các kĩ năng thí nghiệm vật lí Có công trình của các tác giả như Đặng Minh Chưởng (2011), Cao Tiến Khoa (2014), Hà Duyên Tùng (2014), Nguyễn Hoàng Anh (2015), Nguyễn Viết Thanh Minh (2016), Võ
7 Hoàng Ngọc (2008), Trần Thị Ngọc Ánh (2017)… Nghiên cứu sử dụng các thiết bị thí nghiệm được trang bị trong nhà trường và những thí nghiệm tự tạo trong hoạt động học tập vật lí của HS để giải quyết các vấn đề theo con đường thực nghiệm hoặc theo con đường lí thuyết thực hiện nhiệm vụ kiến tạo tri thức mới và vận dụng kiến thức, kĩ năng. Trong dạy học, HS có được tri thức phương pháp giải quyết vấn đề theo con đường thực nghiệm, hiểu sâu nội dung kiến thức và rèn luyện được các kĩ năng thực nghiệm như: thiết kế PATN, bố trí lắp ráp thí nghiệm, sửa chữa và chế tạo dụng cụ thiết bị thí nghiệm, sử dụng dụng cụ đo, quan sát diễn biến hiện tượng, ghi kết quả, tính toán sai số, kết luận và đánh giá. - Hướng thứ ba: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin, hiện đại hoá thí nghiệm thực, rèn luyện kĩ năng thu thập và xử lí thông tin một cách chính xác, hỗ trợ hoạt động nhận thức bằng con đường thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí Có các công trình nghiên cứu của các tác giả như Phạm Xuân Quế (2007), Trần Huy Hoàng (2006), Nguyễn Thị Nhị (2011)…Phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu theo hướng này, các công trình có ý nghĩa thiết thực hỗ trợ cho hoạt động nhận thức, rèn luyện các kĩ năng thực nghiệm như: phát hiện vấn đề, đề xuất dự đoán/giả thuyết, quan sát và mô tả hiện tượng, thực hiện thí nghiệm cho số liệu kết quả thí nghiệm, xử lí số liệu chính xác. Có thể thấy, các hướng nghiên cứu nêu trên đã có nhiều đóng góp tích cực đổi mới dạy học vật lí ở trường phổ thông trong nhiều thập niên vừa qua. Nhờ đó, qua hoạt động học tập vật lí, HS có được các kiến thức vật lí, các phương pháp nhận thức và các nhóm kĩ năng học tập trong đó có nhóm kĩ năng thực nghiệm vật lí. • Dạy học phần “Điện học - Điện từ học” chương trình vật lí trung học phổ thông theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm Dạy học vật lí phát triển năng lực thực nghiệm của HS trung học phổ thông là một vấn đề mới. Cho đến nay, chúng tôi chưa thấy các nghiên cứu trong và ngoài nước về dạy học phần “Điện học - Điện từ học” phát triển năng lực thực nghiệm của HS trung học phổ thông có tính hệ thống. 1.3. Những vấn đề tiếp tục cần nghiên cứu Các câu hỏi lớn đặt ra đối với chúng tôi cần giải quyết trong đề tài luận án: 1. Năng lực thực nghiệm của HS trung học phổ thông trong học tập vật lí có cấu trúc như thế nào? 2. Cần có những biện pháp nào để dạy học vật lí phát triển năng lực thực nghiệm của HS trung học phổ thông? 3. Phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí THPT phần “Điện học - Điện từ học” cụ thể như thế nào?
8 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 2.1. Hoạt động học vật lí của học sinh 2.1.1. Hoạt động học Khái niệm học có nội hàm rất rộng và có thể tiếp cận theo các lí thuyết học tập khác nhau, đó là: Theo thuyết hành vi: Học là sự thay đổi hành vi; Thuyết nhận thức: Học là giải quyết vấn đề; Thuyết kiến tạo: Học là tự kiến tạo tri thức. Hoạt động học là hoạt động đặc thù của con người nhằm tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm của loài người đã tích luỹ được đồng thời phát triển phẩm chất năng lực của người học. Học là việc tiếp thu những kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm nhằm sử dụng chúng giải quyết các vấn đề trong thực tiễn của người học. - Cấu trúc của hoạt động học: Theo lí thuyết hoạt động của A. N. Leonchiev, hoạt động học cũng như mọi hoạt động khác đều có cấu trúc tâm lí gồm 6 thành phần, có quan hệ và tác động lẫn nhau. Một bên là động cơ, mục đích, phương tiện - điều kiện, bên kia là hoạt động, hành động, thao tác. Lí thuyết hoạt động của A. N. Leonchiev đã và đang được vận dụng để giải quyết hàng loạt vấn đề lí luận và thực tiễn dạy học hiện đại. Học trong hoạt động, học bằng hoạt động mới có thể phát triển phẩm chất và năng lực của người học. - Đặc điểm của hoạt động học theo quan điểm hiện đại: + Hoạt động học hướng vào làm thay đổi chính bản thân của người học. + Hoạt động học phải thông qua hoạt động tự lực của bản thân để kiến tạo lại tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm trong kho tàng văn hoá của nhân loại, chiếm lĩnh chúng, sử dụng chúng giải quyết các vấn đề trong thực tiễn cuộc sống một cách sáng tạo. 2.1.2. Hoạt động học vật lí ở trường phổ thông Hoạt động học vật lí ở trường phổ thông là hoạt động nhận thức của HS nhằm lĩnh hội, tái tạo cho mình những kiến thức, kĩ năng, thái độ và năng lực vật lí mà loài người tích luỹ được trong khoa học vật lí. Hoạt động nhận thức vật lí có đặc thù riêng, nó vừa tuân theo quy luật nhận thức chung vừa phải phù hợp với đặc điểm khoa học vật lí. Trong dạy học vật lí, có thể tổ chức tiến trình học tập/hoạt động nhận thức của HS tương tự với quá trình nghiên cứu của các nhà vật lí đó là con đường tốt nhất để HS kiến tạo tri thức mới và vận dụng kiến thức đồng thời có được phương pháp nhận thức khoa học. Những phương pháp nhận thức vật lí thường dùng ở trường THPT là: phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự, phương pháp mô hình, phương pháp thí nghiệm lí tưởng. Giáo viên dạy cho HS cách học và HS học cách học trong hoạt động dạy học.
9 2.1.3. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí và trong dạy học vật lí 2.1.3.1. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí học • Phương pháp thực nghiệm trong vật lí học cổ điển Trong lịch sử vật lí, phải đến thế kỷ XVII, Galilei mới xây dựng được phương pháp thực nghiệm trên con đường nghiên cứu,khám phá thế giới tự nhiên, làm cho vật lí thực sự trở thành một khoa học độc lập. B. I. Spaski đã nêu lên thực chất của phương pháp thực nghiệm của Galilei. Dưới góc độ nhận thức luận, phương pháp thực nghiệm cần phải hiểu theo nghĩa rộng (nghĩa đầy đủ). Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí học cổ điển, gồm có các giai đoạn sau: (1) Đặt vấn đề trên cơ sở quan sát hoặc sự kiện thực nghiệm; (2) Đề xuất giả thuyết; (3) Suy ra hệ quả lô-gic từ giả thuyết; (4) Lập PATN để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả của giả thuyết; (5) Tiến hành thí nghiệm, xử lí kết quả; (6) Rút ra kết luận xác nhận hay bác bỏ giả thuyết. Phương pháp thực nghiệm đã được Newton và sau ông các nhà vật lí như Ohm, Foucault, Orsted, Faraday… vận dụng trong nghiên cứu, cùng với những phương pháp lí thuyết đã đưa Vật lí học phát triển trong lịch sử. • Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí học hiện đại Sau thập niên 50 của thế kỉ XX cho đến nay, các nhà vật lí thực nghiệm có được nhiều phương tiện, kĩ thuật, hiện đại để nghiên cứu như: máy gia tốc hạt, lò phản ứng hạt nhân, kĩ thuật chân không siêu cao, làm lạnh ở nhiệt độ thấp, kĩ thuật điện tử, các siêu máy tính,… Cho nên phương pháp thực nghiệm đã có sự thay đổi. Phương pháp thực nghiệm trong vật lí học hiện đại gồm các khâu: (1) Xây dựng PATN; (2) Thực hiện thí nghiệm thu thập kết quả; (3) Xử lí kết quả thí nghiệm. Người ta gọi đó là phương pháp thực nghiệm theo nghĩa hẹp. 2.1.3.2. Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí Kiến thức vật lí phổ thông chủ yếu là kiến thức vật lí cổ điển, HS được nghiên cứu tái tạo kến thức vật lí bằng phương pháp thực nghiệm vật lí, hoặc kiểm chứng lại lí thuyết bằng thực nghiệm. Phương pháp thực nghiệm (theo nghĩa rộng) gồm có các giai đoạn sau: Từ sự kiện khởi đầu → Làm nảy sinh vấn đề nghiên cứu (câu hỏi cần trả lời) → Đề xuất giả thuyết/dự đoán → Suy luận lô-gic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được bằng thí nghiệm → Thí nghiệm kiểm tra hệ quả. Trong chương trình môn Vật lí ở trường phổ thông, các bài học mà HS tham gia đầy đủ các giai đoạn theo phương pháp thực nghiệm không nhiều. Đó là những bài mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự phân tích quá phức tạp và có thể kiểm tra giả thuyết bằng những thí nghiệm đơn giản, sử dụng những dụng cụ đo lường mà HS đã quen thuộc. Nếu phối hợp phương pháp thực nghiệm với các phương pháp khác thì chúng ta cũng có thể tổ chức cho HS thực hiện được một số hành động của phương pháp thực nghiệm trong học tập vật lí theo các mức độ khác nhau.
10 2.2. Năng lực thực nghiệm của học sinh THPT trong học tập vật lí Dựa vào khái niệm năng lực và hoạt động nhận thức giải quyết vấn đề theo phương pháp thực nghiệm vật lí, chúng tôi đưa ra định nghĩa về năng lực thực nghiệm của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí như sau: Năng lực thực nghiệm là thuộc tính tâm lí cá nhân được hình thành, phát triển qua quá trình học tập, rèn luyện, cho phép chủ thể có khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và thái độ của mình để giải quyết vấn đề bằng phương pháp thực nghiệm đạt kết quả mong muốn trong điều kiện cụ thể. 2.3. Cấu trúc năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông trong học tập môn Vật lí Có thể nhận diện cấu trúc năng lực thực nghiệm theo hai hướng: theo nguồn hợp thành hoặc theo các năng lực thành tố. a) Cấu trúc năng lực thực nghiệm theo nguồn hợp thành là tổ hợp các thành tố kiến thức, kĩ năng và thái độ Năng lực thực nghiệm Kĩ năng Kiến thức + Thiết kế PATN + Kiến thức vật lí liên quan đến quá + Chế tạo dụng cụ trình cần khảo sát + Lựa chọn dụng cụ + Kiến thức về an toàn, về thiết bị + Bố trí thí nghiệm + Kiến thức về xử lí số liệu, sai số + Thực hiện thí nghiệm + Kiến thức về biểu diễn số liệu + Sử dụng dụng cụ đo: hiệu chỉnh dưới dạng bảng biểu, đồ thị dụng cụ đo, đọc số liệu + Sửa chữa các sai hỏng thông thường Thái độ + Quan sát diễn biến hiện tượng + Thái độ kiên nhẫn + Ghi lại kết quả và thu thập số + Thái độ trung thực liệu + Thái độ cẩn thận + Biểu diễn kết quả bằng bảng + Thái độ hợp tác biểu, đồ thị + Thái độ tích cực + Tính toán sai số + Kỷ luật lao động + Biện luận, trình bày kết quả. + Tự đánh giá cải tiến phép đo + Mô tả thí nghiệm và kết quả thí nghiệm Hình 2.1. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm [13] b) Cấu trúc cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo năng lực thành tố Dựa vào các giai đoạn của hoạt động giải quyết vấn đề theo phương pháp thực nghiệm, chúng tôi xây dựng cấu trúc năng lực thực nghiệm theo 8 năng lực thành tố, tương ứng với từng năng lực thành tố có các biểu hiện/chỉ số hành vi (xem Bảng 2.1).
11 Bảng 2.1. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo các năng lực thành tố Năng lực thành tố Biểu hiện hành vi Đặt được câu hỏi về hiện tượng tự nhiên: Hiện tượng diễn ra như thế nào? Điều kiện xẩy ra hiện tượng là gì? Những đại 1. Phát hiện vấn đề lượng nào mô tả được hiện tượng? Đo lường đại lượng đó như thế nào? Các đại lượng trong hiện tượng đó có mối quan hệ với nhau như thế nào? Vì sao lại có hiện tượng đó? 2. Đề xuất giả Nêu được ý tưởng giải quyết vấn đề/câu trả lời giả định cho thuyết/dự đoán vấn đề đặt ra. 3. Suy ra hệ quả lô- Suy luận lô-gic, suy luận toán học từ giả thuyết/dự đoán có gic hệ quả kiểm tra được bằng thí nghiệm. Thiết kế sơ đồ thí nghiệm, mô tả sơ đồ, dụng cụ vật liệu thí 4. Xây dựng PATN nghiệm, cách bố trí thí nghiệm, cách thu thập và xử lí số liệu kiểm tra thí nghiệm. Lựa chọn thiết bị, lắp đặt thí nghiệm, sử dụng dụng cụ đo 5. Bố trí thí nghiệm lường. 6. Thực hiện thí Thực hiện thí nghiệm đúng quy trình, đạt hiệu quả, bảo đảm nghiệm an toàn. Mô tả hiện tượng, đọc số liệu, ghi chép sắp xếp số liệu, tính 7. Thu thập xử lí số toán xử lí sai số đúng quy trình tương ứng với các thiết bị đo liệu đạc, quan sát. Nhận xét tính đúng đắn của giả thuyết/ý tưởng. Nêu kết luận 8. Rút ra kết luận trả lời cho vấn đề nghiên cứu; Bình luận, đánh giá về phương pháp giải quyết vấn đề. Chúng tôi sử dụng mô hình cấu trúc năng lực thực nghiệm theo các năng lực thành tố (Bảng 2.1), để thực hiện việc nghiên cứu phát triển năng lực thực nghiệm của HS trung học phổ thông trong môn Vật lí trong đề tài luận án. Có thể thấy năng lực thực nghiệm là sự kết hợp biện chứng giữa hoạt động tư duy và hoạt động thực nghiệm bằng tay chân, gắn lí thuyết với thực tiễn, gắn học với hành trong học tập vật lí của HS. 2.4. Thang đo năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông trong học tập vật lí Chúng tôi lấy các năng lực thành tố làm các tiêu chí, mỗi tiêu chí có các chỉ số hành vi được xếp theo 4 mức từ thấp đến cao như sau: Tiêu chí 1. Phát hiện vấn đề (đặt được câu hỏi cần nghiên cứu) MĐ1. Không đặt được câu hỏi hoặc đặt câu hỏi sai. MĐ2. Đặt được câu hỏi, có chỉnh sửa một vài từ nhờ sự hướng dẫn của GV.
12 MĐ3. Tự đặt được câu hỏi đúng mất nhiều thời gian. MĐ4. Tự đặt đúng câu hỏi một cách nhanh chóng, chính xác. Tiêu chí 2. Đề xuất giả thuyết/dự đoán (câu trả lời giả định cho vấn đề đặt ra) MĐ1. Có sự hướng dẫn của GV nhưng không đề xuất được giả thuyết/dự đoán hoặc đề xuất sai. MĐ2. Đề xuất được giả thuyết /dự đoán, có sự hướng dẫn của GV. MĐ3. Tự đề xuất được giả thuyết /dự đoán nhưng mất nhiều thời gian. MĐ4. Tự lực đề xuất được giả thuyết /dự đoán hoàn chỉnh, nhanh chóng. Tiêu chí 3. Suy ra hệ quả lô-gic (suy luận lô-gic, suy luận toán học từ giả thuyết/dự đoán có hệ quả kiểm tra được bằng thí nghiệm) MĐ1. Có sự hướng dẫn của GV nhưng không suy ra được hệ quả lô-gic hoặc suy luận sai. MĐ2. Suy ra được hệ quả lô-gic, có sự hướng dẫn của GV. MĐ3. Tự lực suy ra hệ quả lô-gic nhưng mất nhiều thời gian. MĐ4. Tự lực suy ra hệ quả lô-gic kiểm tra được bằng thí nghiệm nhanh chóng, chính xác. Tiêu chí 4. Đề xuất PATN kiểm tra giả thuyết/ dự đoán (thiết kế sơ đồ thí nghiệm, mô tả sơ đồ, dụng cụ vật liệu thí nghiệm, cách bố trí thí nghiệm, cách thu thập và xử lí số liệu thí nghiệm) MĐ1. Có sự trợ giúp của GV nhưng không đề xuất được PATN để kiểm tra giả thuyết/dự đoán hoặc đề xuất PATN không hợp lí. MĐ2. Đề xuất được PATN kiểm tra, có sự trợ giúp của GV. MĐ3. Đề xuất được PATN kiểm tra nhưng mất nhiều thời gian. MĐ4. Tự lực đề xuất được PATN kiểm tra một cách nhanh chóng, phù hợp với trang thiết bị thí nghiệm. Tiêu chí 5. Bố trí thí nghiệm (lựa chọn thiết bị, lắp đặt thí nghiệm, sử dụng dụng cụ đo lường) MĐ1. Có sự hướng dẫn của GV nhưng không bố trí được thí nghiệm hoặc bố trí sai. MĐ2. Bố trí được thí nghiệm nhưng cần sự hướng dẫn của GV ở một vài bước. MĐ3. Tự lực bố trí được thí nghiệm nhưng cần nhiều thời gian. MĐ4. Tự lực bố trí được thí nghiệm một cách nhanh chóng, chính xác. Tiêu chí 6. Thực hiện thí nghiệm (thực hiện thí nghiệm đúng quy trình, đạt hiệu quả, bảo đảm an toàn) MĐ1. Có sự hướng dẫn của GV nhưng chưa thực hiện được thí nghiệm hoặc thực hiện sai. MĐ2. Thực hiện thí nghiệm đạt kết quả dưới sự hướng dẫn của GV. MĐ3. Tự lực thực hiện thí nghiệm đúng quy trình, đạt kết quả nhưng cần nhiều thời gian. MĐ4. Tự lực thực hiện thí nghiệm đúng quy trình, đạt kết quả một cách nhanh chóng, chính xác. Tiêu chí 7. Thu thập xử lí số liệu (mô tả hiện tượng, đọc số liệu, ghi chép sắp xếp số liệu, tính toán xử lí sai số đúng quy trình tương ứng với các thiết bị đo đạc, quan sát) MĐ1. Có sự hướng dẫn của GV nhưng không thu thập xử lí số liệu được hoặc thu thập xử lí sai.
13 MĐ2. Có sự hướng dẫn của GV trong một vài khâu, thực hiện được việc mô tả hiện tượng, đọc số liệu, ghi chép sắp xếp số liệu, tính toán xử lí sai số đúng. MĐ3. Tự lực thực hiện được việc mô tả hiện tượng, đọc số liệu, ghi chép sắp xếp số liệu, tính toán xử lí sai số đúng nhưng mất nhiều thời gian. MĐ4. Tự lực thực hiện được việc mô tả hiện tượng, đọc số liệu, ghi chép sắp xếp số liệu, tính toán xử lí sai số đúng một cách nhanh chóng, chính xác. Tiêu chí 8. Rút ra kết luận (Nhận xét tính đúng đắn của giả thuyết/ý tưởng. Nêu kết luận trả lời cho vấn đề nghiên cứu; Bình luận, đánh giá về phương pháp giải quyết vấn đề) MĐ1. Có sự trợ giúp của GV nhưng không rút ra được kết luận hoặc rút ra kết luận sai. MĐ2. Nêu được kết luận trả lời cho vấn đề nghiên cứu, có bình luận đánh giá về phương pháp giải quyết vấn đề nội dung trình bày có chỗ GV phải giúp đỡ chỉnh sửa. MĐ3. Nhận xét được về tính đúng đắn của giả thuyết/ý tưởng. Nêu được kết luận trả lời cho vấn đề nghiên cứu, bình luận đánh giá về phương pháp giải quyết vấn đề đúng nhưng mất nhiều thời gian. MĐ4. Nhận xét được về tính đúng đắn của giả thuyết/ý tưởng. Nêu được kết luận trả lời cho vấn đề nghiên cứu, bình luận đánh giá về phương pháp giải quyết vấn đề một cách sâu sắc, thực hiện kết luận một cách nhanh chóng, đầy đủ. 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 2.5.1. Mục đích, đối tượng, thời gian điều tra Mục đích điều tra là để đánh giá thực trạng dạy học vật lí ở trường THPT theo hướng phát triển năng lực, năng lực thực nghiệm để đề xuất các biện pháp dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của HS. Điều tra gồm 105 GV giảng dạy vật lí ở 18 trường THPT ở 3 vùng miền thành thị, đồng bằng, miền núi và 845 HS lớp 11 THPT tỉnh Hà Tĩnh. Thời gian trong 2 năm học: 2017-2018 và 2018-2019. 2.5.2. Nhận định kết quả điều tra Từ kết quả điều tra, chúng tôi có một số nhận định chung như sau: - Trong quá trình dạy học vật lí ở trường THPT phương pháp thực nghiệm chưa được GV quan tâm đúng mức. - Một số thí nghiệm thực hành có thực hiện nhưng các hoạt động đặc thù như đề xuất giả thuyết/dự đoán, suy luận lô-gic, xây dựng PATN kiểm tra… chưa được chú ý quan tâm. - Có một số GV vật lí chưa sử dụng phối hợp phương pháp dạy học tích cực như dạy học giải quyết vấn đề với phương pháp thực nghiệm… - Dạy học vật lí chưa gắn kết với nghiên cứu sáng tạo khoa học kĩ thuật, trải nghiệm liên quan vật lí. - Giáo viên chưa sử dụng bài tập thí nghiệm làm bài tập kiểm tra đánh giá năng lực thực nghiệm của HS.
14 - HS thích thú học vật lí gắn với thí nghiệm, vì dễ hiểu hơn là chỉ học lí thuyết thuần tuý. Các hoạt động thực nghiệm của HS ít được GV quan tâm rèn luyện, nếu có chủ yếu tập trung một số em trong các đội tuyển dự thi HS giỏi. - Dạy học chủ yếu vẫn dùng các phương pháp truyền thống như thông báo, giảng giải, minh họa; tập trung vào việc ghi nhớ, tái hiện kiến thức... - Thiết kế các kế hoạch bài học và tổ chức hoạt động học của HS trên lớp của GV vật lí còn khó khăn, chưa đạt được theo các yêu cầu dạy học phát triển năng lực. 2.6. Biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông Những vấn đề lí luận và kết quả điều tra thực trạng dạy học vật lí ở trường THPT đã được trình bày ở trên là cơ sở khoa học và thực tiễn để chúng tôi đề đề xuất biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm của HS. 2.6.1. Định hướng xây dựng các biện pháp - Định hướng 1: Dạy học vật lí ở trường THPT theo hướng phát triển phẩm chất và năng lực HS. Các biện pháp phải hướng tới mục tiêu của môn học Vật lí THPT. - Định hướng 2: Các biện pháp phải góp phần biến quá trình dạy học môn Vật lí THPT thành một quá trình mở, dễ vận dụng, thích ứng với mọi đối tượng HS trong môi trường học tập khác nhau. - Định hướng 3: Các biện pháp phải tạo thành một chỉnh thể, có thể vận dụng trong quá trình dạy học các chương, các phần của chương trình môn Vật lí THPT, các biện pháp có thể vận dụng độc lập, linh hoạt không nhất thiết phải đồng bộ. 2.6.2 Biện pháp thứ nhất: Dạy học kiến thức mới theo phương pháp thực nghiệm vật lí Tiến trình dạy học kiến thức mới theo phương pháp nhận thức thực nghiệm vật lí theo các giai đoạn sau: Giai đoạn 1. Đặt vấn đề nhận thức. Giai đoạn 2. Xây dựng giả thuyết (dự đoán khoa học). Giai đoạn 3. Suy ra hệ quả lô-gic từ giả thuyết. Giai đoạn 4. Xây dựng và thực hiện PATN kiểm tra hệ quả lô-gic. Giai đoạn 5. Thực hiện thí nghiệm. Giai đoạn 6. Hợp thức hóa kiến thức mới. Giai đoạn 7. Vận dụng kiến thức. Dạy học xây dựng kiến thức mới theo phương pháp thực nghiệm vật lí là con đường hình thành cho HS cách học giải quyết vấn đề theo phương pháp thực nghiệm, bồi dưỡng các năng lực thành tố của năng thực nghiệm, qua đó phát triển năng lực thực nghiệm của HS. Trong thực tế dạy học theo phương pháp thực nghiệm có thể thực hiện toàn bộ các giai đoạn trên hoặc chỉ thực hiện một số giai đoạn. Trong đó cần quan tâm cả hoạt động tư duy
15 và hoạt động thực hành tay chân của HS. Đây là biện pháp quan trọng trong dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của HS. 2.6.3 Biện pháp thứ hai: Sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí “Bài tập thí nghiệm là bài tập mà việc giải nó đòi hỏi người học phải làm thí nghiệm để xác định một đại lượng vật lí hoặc nghiên cứu sự phụ thuộc giữa các thông số vật lí hoặc kiểm tra tính chân thực của lời giải lí thuyết”. Bài tập thí nghiệm là một phương tiện có thể được sử dụng trong các giai đoạn của tiến trình dạy học vật lí, có vai trò quan trọng là phát triển các năng lực thành tố của năng lực thực nghiệm. Sử dụng bài tập thí nghiệm để rèn luyện và đánh giá năng lực thực nghiệm của HS. Rèn luyện cho HS giải các bài tập thí nghiệm thường xuyên là cách tốt nhất để phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong học tập vật lí ở trường THPT. 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 Dạy học dự án, Ngoại khoá và Nghiên cứu khoa học có nội dung vật lí là ba hình thức trong các hoạt động trải nghiệm ở trường THPT, có nhiều thuận lợi trong việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. - Dạy học dự án Dạy học dự án là một hình thức dạy học hiện đại, trong đó HS dưới sự điều khiển và giúp đỡ của GV mà tự lực giải quyết một nhiệm vụ học tập mang tính phức hợp không chỉ về mặt lí thuyết mà đặc biệt về mặt thực hành, thông qua đó tạo ra các sản phẩm thực hành có thể giới thiệu, công bố được. - Dạy học ngoại khoá vật lí ở trường THPT Dạy học ngoại khóa là hoạt động giáo dục được tổ chức ngoài giờ học trên lớp theo chương trình môn học. Hoạt động ngoại khóa hỗ trợ cho giáo dục nội khoá (chính khóa). HS tự lực giải quyết các vấn đề thực tiễn/các bài tập thí nghiệm/ các dự án có nội dung tích hợp; HS làm việc độc lập kết hợp làm việc nhóm gắn với các hoạt động thực nghiệm. HS có điều kiện rèn luyện, phát triển năng lực thực nghiệm. - Nghiên cứu khoa học của HS trong dạy học vật lí THPT Tổ chức cho HS trung học phổ thông thực hiện các dự án nghiên cứu các đề tài khoa học, kĩ thuật là hoạt động học bổ ích. Nghiên cứu khoa học có thể một HS hay nhóm HS thực hiện với sự giúp đỡ hướng dẫn của GV. Trong hoạt động nghiên cứu khoa học HS phải tự lực trong việc tìm ra ý tưởng, nêu giả thuyết khoa học, tìm ra phương án kiểm tra giả thuyết. Học sinh tự lực làm thực nghiệm, qua trải nghiệm rèn luyện được đức tính cẩn thận, nhẫn nại. Đây là đức tính quý báu, cần có trong tiến hành các thí nghiệm vật lí. Trước các vấn đề thực nghiệm HS không thành công như ý tưởng, xuất hiện vấn đề cần giải quyết, từ đó giúp HS vượt qua được chính mình,
16 sáng tạo trong đề xuất PATN kiểm tra. Để dự án hoàn thành cần xử lý số liệu, trình bày báo cáo và thuyết trình kết quả, nhờ đó phát triển được năng lực thực nghiệm cũng như các năng lực khác của HS. 2.6.5. Biện pháp thứ tư: Tổ chức kiểm tra, đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh Đánh giá năng lực thực nghiệm vật lí cần phải đánh giá quá trình và đánh giá kết quả. Giáo viên cần phải xây dựng hệ thống câu hỏi/ bài tập thí nghiệm làm công cụ dạy học, rèn luyện và đánh giá năng lực thực nghiệm của HS. Giáo viên cần theo dõi quá trình HS giải quyết vấn đề theo phương pháp thực nghiệm trong tiến trình xây dựng kiến thức mới, giải bài tập thí nghiệm, thực hành thí nghiệm, thực hiện dự án, hoạt động ngoại khoá, nghiên cứu khoa học. Thông tin thu được bằng quan sát mức độ hành vi năng lực thực nghiệm HS đạt được, thể hiện qua phiếu học tập, hồ sơ học tập, thực hiện các hoạt động thực nghiệm. Kết hợp đánh giá quá trình và đánh giá kết quả bài kiểm tra viết, bài thực hành để nhận định về mức độ năng lực thực nghiệm của HS. Kết quả đánh giá tiến bộ về năng lực thực nghiệm của HS không những giúp cho GV kịp thời điều chỉnh kế hoạch bài học (giáo án) và tổ chức hoạt động dạy học, giúp đỡ HS rèn luyện, phát triển năng lực thực nghiệm mà còn giúp cho HS tự đánh giá khả năng giải quyết các vấn đề theo con đường thực nghiệm của bản thân trong học tập vật lí. Kiểm tra, đánh giá trên tinh thần động viên, tạo niềm tin cho HS trong học tập vật lí, xây dựng được động cơ học tập tích cực. Kết quả tổ chức kiểm tra, đánh giá năng lực thực nghiệm của HS theo thang đo đã được xây dựng (trong Chương 2) sẽ thúc đẩy phát triển năng lực thực nghiệm của HS. Kết luận chương 2 Năng lực thực nghiệm là một thành phần của năng lực vật lí, nó có vai trò quan trọng trong quá trình nghiên cứu vật lí của HS. Dạy học định hướng phát triển năng lực thực nghiệm trong môn Vật lí ở trường THPT góp phần phát triển các thành phần của năng lực vật lí và các năng lực chung. Chúng tôi xác định được: khái niệm năng lực thực nghiệm, cấu trúc của năng lực thực nghiệm, xây dựng thang đo năng lực để đánh giá sự tiến bộ các năng lực thành tố trong quá trình học tập, rèn luyện của HS. Dựa trên cơ sở lí luận khoa học và thực tiễn dạy học vật lí, chúng tôi đề xuất 04 biện pháp dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của HS. Đó là các biện pháp (1) Dạy học kiến thức mới theo phương pháp thực nghiệm vật lí; (2) Sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí; (3) 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; (4) Tổ chức kiểm tra, đánh giá năng lực thực nghiệm của HS. Các biện pháp này sẽ được vận dụng trong các bài học ở Chương 3.
17 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 3.1. Một số đặc điểm, nội dung dạy học và mục tiêu chuẩn kiến thức kĩ năng của phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thông Phần “Điện học - Điện từ học” chương trình Vật lí 11 THPT, bao gồm các chương: “Điện tích. Điện trường”, “Dòng điện không đổi”, “Dòng điện trong các môi trường”, “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ”. Kiến thức phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 THPT là những kiến thức phổ thông, cơ bản và phù hợp với quan điểm hiện đại. Nhiều nội dung có tính trừu tượng như các khái niệm: điện trường, điện thế, hiệu điện thế, cường độ dòng điện, suất điện động và điện trở trong của nguồn điện, năng lượng điện, từ trường, cảm ứng từ, lực từ, từ thông, hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ số tự cảm… Những kiến thức “Điện học - Điện từ học” Vật lí THPT có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống và các lĩnh vực kĩ thuật. Học sinh hiểu được nguyên tắc hoạt động của các thiết bị điện dân dụng như các linh kiện: điện trở, các loại tụ điện, cuộn cảm, đi-ôt, tran-zi- tô, nam châm điện… các thiết bị điện như rơ-le điện từ, cảm biến nhiệt độ, các loại động cơ điện một chiều… làm cơ sở để HS THPT có thể nghiên cứu sáng tạo khoa học kĩ thuật. 3.2. Mục tiêu dạy học phần “Điện học - Điện từ học” theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm Mục tiêu dạy học phần “Điện học - Điện từ học” phải đạt được theo chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương trình môn Vật lí. Học sinh phải biết vận dụng kiến thức, kĩ năng và kinh nghiệm bản thân chủ động tham gia kiến tạo nội dung kiến thức mới, giải quyết sáng tạo những vấn đề thực tiễn bằng con đường thực nghiệm có ý nghĩa. Dựa vào cấu trúc của năng lực thực nghiệm, có các năng lực thành tố và các biểu hiện hành vi tương ứng đã được xác định, trong dạy học phần “Điện học - Điện từ học”, tuỳ thộc nội dung học tập, GV cần trù định rèn luyện những năng lực thành tố cụ thể qua rèn luyện các hành vi tương ứng và bằng cách rèn luyện thường xuyên, lặp đi lặp lại mới có thể phát triển được năng lực thực nghiệm cuả HS. Thông qua hoạt động học và rèn luyện thực hiện các yêu cầu sau: (1) Năng lực phát hiện vấn đề/xác định vấn đề, yêu cầu HS: Đặt được các câu hỏi về hiện tượng tự nhiên liên quan đến hiện tượng điện học, hiện tượng điện từ học. Ví dụ: Đại lượng nào đặc trưng cho tác dụng lực mạnh yếu của điện trường? Đại lượng nào đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện? Cường độ dòng điện trong mạch chính phụ thuộc vào những đại lượng nào? Nguyên nhân của hiện tượng cực quang là gì? Dòng điện sinh ra từ trường vậy từ trường có sinh ra dòng điện hay không? Suất điện động cảm ứng xác định như thế nào?...
18 (2) Năng lực nêu giả thuyết/dự đoán, yêu cầu HS: Nêu ý tưởng để giải quyết vấn đề/câu trả lời giả định cho vấn đề đặt ra. Ví dụ: Các giả thuyết “Lực từ tỷ lệ thuận với tích số cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn, chiều dài dây dẫn, và sinα”; “Dòng điện cảm ứng sinh ra trong khung dây dẫn kín khi từ trường qua khung dây đó biến thiên”… (3) Năng lực suy luận lô-gic từ giả thuyết suy ra hệ quả có thể kiểm tra được bằng thí nghiệm, yều cầu HS: Sử dụng kiến thức, kết nối kinh nghiệm để xây dựng lập luận, suy ra hệ quả từ giả thuyết. Ví dụ: Với giả thuyết “Lực từ tỷ lệ thuận với tích số cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn đặt trong nó, chiều dài dây dẫn và sinα” nghĩa là F~I. ℓ. sinα ⇒ F F = B. I. ℓ. sinα ⇒ B = các từ trường khác nhau có cảm ứng từ B khác nhau… I.ℓ.sinα (4) Năng lực đề xuất PATN kiểm tra, yêu cầu HS: Mô tả sơ đồ, dụng cụ vật liệu; nêu cách bố trí thí nghiệm; mô tả các bước thực hiện thí nghiệm; nêu cách thu thập và xử lí số liệu thí nghiệm. (5) Năng lực bố trí thí nghiệm, yêu cầu HS: Sử dụng được các dụng cụ thí nghiệm phần “Điện học - Điện từ học”, biết lựa chọn thiết bị, lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ thiết kế, bố trí thí nghiệm để xẩy ra hiện tượng. (6) Năng lực thực hiện thí nghiệm kiểm tra, yêu cầu HS: Thực hiện thí nghiệm theo đúng quy trình, đạt kết quả; có kĩ năng quan sát, đọc số liệu, ghi chép sắp xếp số liệu. Cụ thể có kĩ năng thực hiện thí nghiệm về điện tích điện trường, dòng điện không đổi, dòng điện trong các môi trường, từ phổ, tương tác giữa nam châm với dòng điện, dòng điện với dòng điện, lực từ, cảm ứng điện từ, tự cảm... (7) Năng lực thu thập xử lí số liệu thí nghiệm, yêu cầu HS: Thu thập kết quả từ thí nghiệm, tính kết quả thí nghiệm và sai số của thí nghiệm. Ví dụ: Kết quả của các thí nghiệm: khảo sát suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa, thí nghiệm khảo sát hệ số chỉnh lưu của đi-ôt bán dẫn, thí nghiệm lực từ - cảm ứng từ, các BTTN định lượng… đều phải xử lí sai số các số liệu thí nghiệm. (8) Năng lực rút ra kết luận, yêu cầu HS: Nêu ý kiến nhận xét về tính đúng đắn của dự đoán/giả thuyết/ý tưởng; nêu kết luận trả lời cho vấn đề nghiên cứu; bình luận, đánh giá về kết quả giải quyết vấn đề. 3.3. 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 3.3.1. Chuẩn bị các thí nghiệm Ngoài việc phải chuẩn bị các thí nghiệm có sẵn đã được trang bị trong phòng thí nghiệm vật lí của nhà trường, theo yêu cầu của chương trình môn Vật lí lớp 11 phần “Điện học - Điện từ học”, chúng tôi chuẩn bị thêm 18 thí nghiệm (mỗi thí nghiệm đều được xác