Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ rèn luyện kỹ năng thí nghiệm trong dạy học bài thí nghiệm thực hành phần quang hình học vật lí 11

Ngày nay, việc nghiên cứu các ứng dụng công nghệ thông tin là một giải pháp tốt giúp khắc phục những khó khăn cho giáo viên khi lên lớp, tạo hứng thú cho học sinh khi học bài thực hành,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHẠM VĂN BÌNH

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO

HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI – 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHẠM VĂN BÌNH

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO

HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM

TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học (bộ môn Vật lí)

Mã số: 60 14 01 11

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Chung

HÀ NỘI – 2014

i

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành:

Trường Đại học Giáo dục-Đại học Quốc Gia Hà Nội, Các Khoa và các phòng chức năng đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn

Thầy giáo hướng dẫn: TS Phạm Kim Chung đã tận tình chỉ dẫn, giúp

đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Gia đình và toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Hà Nội, tháng 11 năm 2014

Tác giả

ii

DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

CNTT Công nghệ thông tin

THPT Trung học phổ thông TLGK Tài liệu giáo khoa

TNSP Thực nghiệm sư phạm TNVL Thí nghiệm vật lí TNVLPT Thí nghiệm vật lí phổ thông

iii

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Danh mục những chữ viết tắt trong luận văn ii

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình vii

MỞ ĐẦU 1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu 4

5 Vấn đề nghiên cứu 4

6 Giả thuyết khoa học 4

7 Phạm vi nghiên cứu 4

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5

9 Phương pháp nghiên cứu 5

10 Cấu trúc của luận văn 5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7

1.1 Thí nghiệm Vật lí và vai trò trong dạy học ở trường phổ thông 7

1.1.1 Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí 7

1.1.2 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT 8

1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí ở phổ thông 15

1.1.4 Một số yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lí trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực của học sinh THPT 17

1.1.5 Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm 17

1.2 Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học Vật lí 20

1.2.1 Khái niệm kĩ năng 20

1.2.2 Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh trong dạy học Vật lí ở trường THPT 20

1.2.3 Các cấp độ phát triển kĩ năng thí nghiệm của học sinh 25

iv

1.2.4 Các giai đoạn phát triển kĩ năng 28

1.3 Vai trò của thí nghiệm thực hành trong rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT 29

1.3.1 Thí nghiệm thực hành Vật lí 29

1.3.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí ở trường THPT 31

1.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí 35

1.4.1 Khái niệm phần mềm dạy học 35

1.4.2 Những yêu cầu chung đối với phần mềm dạy học 36

1.4.3 Phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí 39

1.5 Thực trạng của việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT 43

1.5.1 Mục đích tìm hiểu 43

1.5.2 Nội dung tìm hiểu 43

1.5.3 Phương pháp tìm hiểu 43

1.5.4 Kết quả tìm hiểu 44

1.6 Kết luận chương 1 47

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ẢO

HỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍ PHẦN QUANG HÌNH HỌC

VẬT LÍ 11 CƠ BẢN THPT 48

2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 48

2.1.1 Vị trí của bài thực hành trong phần Quang hình học 48

2.1.2 Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 49

2.1.3 Nội dung bài TH “Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì” 50

2.1.4 Những khó khăn khi làm thực hành phần Quang hình học 57

2.2 Đề xuất các giải pháp xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành phần Quang hình học 58

2.2.1 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình tự học, tự nghiên cứu ở nhà của học sinh 58 2.2.2 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ làm quen với các

v

thiết bị thí nghiệm thực và xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí

nghiệm thực 60

2.2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình kiếm tra, đánh giá 61

2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang hình học 63

2.3.1 Ý tưởng xây dựng phần mềm 63

2.3.2 Xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo bằng Flash 65

2.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang hình học 74

2.4.1 Tổ chức thực hành TN với sự hỗ trợ của TN Vật lí ảo 74

2.4.2 Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ” 78

2.5 Kết luận chương 2 82

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 84

3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 84

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 84

3.1.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 84

3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 85

3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 85

3.2.2 Phương thức tổ chức quá trình thực nghiệm sư phạm 86

3.3 Kết quả thực nghiệm sư phạm 89

3.3.1 Phân tích định tính 89

3.3.2 Phân tích kết quả định lượng 92

3.4 Hiệu quả của biện pháp đề tài đã đề xuất 96

3.5 Kết luận chương 3 97

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

PHỤ LỤC 1 CÁC CÂU HỎI KIỂM TRA SỬ DỤNG TRONG PHẦN MỀM 103

PHỤ LỤC 2 PHIẾU CHUẨN BỊ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM 105

PHỤC LỤC 3 BẢNG TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM 110

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc trưng của phòng thí nghiệm Tái tạo và phòng TN tìm tòi 19

Bảng 1.2 Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho học sinh THPT trong dạy học vật lí 21

Bảng 1.3 Các cấp độ mục tiêu nhận thức 25

Bảng 1.4 Các cấp độ mục tiêu kĩ năng tâm vận 26

Bảng 1.5 Thang đánh giá sự thực hiện (PRS) 27

Bảng 1.6 Các cấp độ mục tiêu kĩ năng thí nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông 27

Bảng 1.7 Thống kê phiếu khảo sát ở học sinh THPT Lý Tử Tấn 45

Bảng 2.1 Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 49

Bảng 2.2 Bảng số liệu bài thực hành số 1 - phương án 1 55

Bảng 2.3 Bảng số liệu bài thực hành số 1 - phương án 2 57

Bảng 3.1 - Bảng thống kê điểm số 93

Bảng 3.2 - Bảng thống kê số hoc sinh đạt từ điểm xi trở xuống (Bảng tần suất luỹ tích hội tụ lùi) 93

Bảng 3.3 - Các tham số thống kê 94

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki 10

Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế phương án 1, bài thí nghiệm Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì 51

Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế phương án 2, bài thí nghiệm Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì 52

Hình 2.3 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh của vật qua thấu kính hội tụ 53

Hình 2.4 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì 54

Hình 2.5.Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh của vật qua thấu kính hội tụ 56

Hình 2.6 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì 56

Hình 2.7 Màn hình lựa chọn dụng cụ thí nghiệm 59

Hình 2.9 Màn hình kiểm tra kiến thức trước khi thực hiện phần thí nghiệm 62

Hình 2.10 Màn hình kiểm tra kiến thức lí thuyết 66

Hình 2.11 Hình ảnh các dụng cụ thí nghiệm đưa vào phần mềm 66

Hình 2.12 Màn hình thực hiện thí nghiệm với menu lựa chọn 71

Hình 2.13 Màn hình giới thiệu phần thực hành các phương án thí nghiệm 73

Hình 2.14 Các phần màn hình hiển thị kết quả 74

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ kết hợp thí nghiệm ảo và thí nghiệm thật trong thực hành thí nghiệm vật lí phổ thông 75

Hình 3.1 Đồ thị các đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi 93

đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới

Hiện nay, mặc dù các phòng thí nghiệm ở các trường phổ thông đã được trang bị một cách đầy đủ về số lượng trong các năm gần đây, nhưng vẫn còn những khó khăn như: nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa chính xác, nhân viên quản lí thí nghiệm thì không chuyên trách về môn học nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp là rất khó khăn Đồng thời, khi sử dụng các thí nghiệm dạy học trên lớp còn gặp trở ngại cho cả thầy và học trò vì mỗi tiết học ở trường phổ thông chỉ diễn ra trong thời gian 45 phút, một thời gian rất ngắn đối với bài thực hành Vật lí Trong mỗi bài thực hành Vật lí, việc giới thiệu và lắp ráp thiết bị mất nhiều thời gian, thời gian thực tế để tiến hành thí nghiệm rất ít Như vậy giáo viên phải mất rất nhiều thời gian cho việc chuẩn

bị trước một giờ lên lớp Hơn nữa số tiết dạy liền nhau ở các lớp khác nhau và điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách: một là, học sinh phải đi đến phòng chức năng thí nghiệm riêng biệt; hai là, các thầy cô phải di chuyển hệ

2

thống dụng cụ thí nghiệm tới các lớp học của học sinh Cả hai phương án này đều gây ra rất nhiều khó khăn vì không phải trường phổ thông nào cũng có đủ các phòng chức năng riêng cho các bộ môn hay phòng chức năng đủ điều kiện làm thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm có thể bị hỏng hóc do vận chuyển, chất lượng dạy và học bị hạn chế Nhiều khi có đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm,

có phòng chức năng nhưng việc đăng ký giờ dạy vẫn không thực hiện được vì đồng loạt nhiều lớp đăng ký, nhiều bộ môn đăng ký nên khi đến lượt làm thí nghiệm thì chương trình học đã đi qua rất lâu không có hiệu quả giảng dạy nữa Hơn nữa, bài thực hành thường được chia làm 2 tiết, tiết 1 dạy cơ sở lí thuyết, giới thiệu dụng cụ, các phương án, các bước thực hành; tiết 2 sẽ cho học sinh thực hành, thu thập số liệu, xử lí số liệu Nếu tiết 1 chỉ có giới thiệu dụng cụ thí nghiệm và học sinh chỉ quan sát thí nghiệm thì không thể tự bản thân học sinh có thể hiểu phương án thí nghiệm cũng như đưa ra phương án

và các bước tiến hành thí nghiệm Cũng như vậy, khi làm thí nghiệm cũng có những nhóm thu được số liệu xa rời thực tế

Ngày nay, việc nghiên cứu các ứng dụng công nghệ thông tin là một giải pháp tốt giúp khắc phục những khó khăn cho giáo viên khi lên lớp, tạo hứng thú cho học sinh khi học bài thực hành, giảm áp lực cho cả giáo viên và học sinh khi có tiết thực hành, góp phần làm phong phú thêm các bài thí nghiệm thực hành, thí nghiệm biểu diễn, tạo điều kiện cho học sinh tiếp cận với công nghệ hiện đại, với các loại hình thí nghiệm, loại hình kiểm tra trực tiếp trên máy tính nhằm mục đích nâng cao chất lượng giảng dạy của giáo viên cũng như việc học tập của học sinh

Phần mềm Flash CS3 có khả năng lập trình đa phương tiện, có khả năng chạy tốt trên cả các máy tính và mạng Internet đang rất được quan tâm trong việc phát triển các phần mềm dạy học Có thể dùng phần mềm Flash CS3 lập trình thí nghiệm ảo dựa trên các bộ thí nghiệm thực sẽ góp phần giải quyết các khó khăn và nâng cao được chất lượng dạy học vật lí hiện nay

3

Phần Quang hình học – Vật lí 11 Trung học phổ thông có nhiều thí nghiệm mà học sinh có thể tự lực tiến hành, thậm chí có thể tự thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm nếu có sự hướng dẫn chi tiết của giáo viên và các công cụ hỗ trợ, đặc biệt là các phần mềm trên máy tính

Với những lí do trên tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ rèn luyện kỹ năng thí nghiệm trong dạy học bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học Vật lí 11”

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo, các công cụ, thiết kế tiến trình dạy học Vật lí nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học - Vật lí 11 chương trình

cơ bản

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về vai trò của thí nghiệm Vật lí trong việc tổ

chức hoạt động nhận thức của học sinh ở các trường THPT

- Nghiên cứu cơ sở lí luận, yêu cầu đối với thí nghiệm ảo

- Ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong phần Quang hình học (Vật lí 11 Cơ bản THPT) đáp ứng các yêu cầu cơ bản của thí nghiệm thực hành vật lí hiện nay (đòi hỏi nâng cao tính tích cực, tự lực của học sinh trong khi chuẩn bị, tiến hành và sử dụng các thí nghiệm vật lí phổ thông)

- Nghiên cứu việc sử dụng hiệu quả các thí nghiệm vật lí ảo đã xây dựng

được trong quá trình dạy bài thực hành phần Quang hình học

- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các

bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo và các tiến trình dạy học đã xây dựng

- Đối tượng nghiên cứu:

Kĩ năng thí nghiệm của học sinh trong học tập Vật lí ở trường trung học phổ thông

5 Vấn đề nghiên cứu

Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau:

- Ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong phần Quang hình học như thế nào để đáp ứng các yêu cầu cơ bản của thực hành vật lí hiện nay?

- Việc sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trong quá trình dạy bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học như thế nào để có hiệu quả và đúng mục đích?

6 Giả thuyết khoa học

Xây dựng các phần mềm thí nghiệm vật lí ảo tương tự như thí nghiệm thật

cả vể hình ảnh các thiết bị, quy trình, thao tác thí nghiệm và thiết kế tiến trình dạy học kết hợp thí nghiệm Vật lí ảo và thí nghiệm thật hướng tới các mục tiêu

về kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cần hình thành ở học sinh từ đó nâng cao trình

độ kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí

9 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu lí luận về thí nghiệm

trong dạy và học Vật lí ở trường THPT; lí luận về thí nghiệm ảo, các yêu cầu đối với thí nghiệm ảo

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

+ Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học thí nghiệm thực hành trong phần Quang hình học

+ Tham khảo các ý kiến của các chuyên gia giáo dục, chuyên gia tin học

về xây dựng và sử dụng thí nghiệm thực hành Vật lí ảo

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm:

Tiến hành dạy song song lớp thực nghiệm và lớp đối chứng Một lớp sử dụng các thiết bị thí nghiệm thật của phòng thí nghiệm và một lớp sử dụng bài thí nghiệm thực hành vật lí ảo kết hợp với thiết bị thí nghiệm thật

- Phương pháp thống kê toán học: nhằm phân tích, đánh giá kết quả

thực nghiệm sư phạm

10 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn

dự kiến được trình bày trong 3 chương:

6

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành

Vật lí phần Quang hình học – Vật lí 11 Cơ bản THPT

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

động, ta có thể thu nhận được tri thức mới [7, tr 76]

Thí nghiệm Vật lí có các đặc điểm sau:

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết

Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu; phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động

- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác giữ không đổi

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như

dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu

- Đặc điểm đặc biệt quan trọng của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của đại lượng khác Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc

8

- Có thể lặp lại thí nghiệm Tức là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình Vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như

ở các lần thí nghiệm trước đó [9, tr 56-61]

1.1.2 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT

1.1.2.1 Nhiệm vụ cơ bản của dạy học Vật lí

Dạy học Vật lí là tổ chức, hướng dẫn cho học sinh thực hiện các hành động nhận thức Vật lí, để họ có thể tái tạo được kiến thức, kinh nghiệm xã hội (nhờ đó biến chúng thành tri thức của mình), đồng thời làm biến đổi bản thân học sinh, hình thành và phát triển những phẩm chất năng lực của họ Để thực hiện có hiệu quả mục đích này của hoạt động dạy và hoạt động học, người giáo viên nhất thiết phải nghiên cứu các hoạt động theo một trình tự logic của kiến thức phù hợp với tư duy nhận thức, hành động của học sinh Hơn nữa giáo viên phải chú ý tới từng đối tượng học sinh nói riêng để định ra những hành động phù hợp, đặc biệt là hành động để tạo ra những điều kiện thuận lợi giúp cho học sinh có thể thực hiện tốt các hành động học tập

Dạy học Vật lí (DHVL) ở phổ thông phải đảm bảo thực hiện tốt những nhiệm vụ cơ bản sau:

- Hình thành cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản (về khoa học và về phương pháp nghiên cứu khoa học Vật lí), vững chắc ở mức độ hiện đại

- Phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của học sinh

- Hình thành thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh

- Góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp và bảo vệ môi trường

Các nhiệm vụ trên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, được tiến hành trong quá trình DHVL Trên cơ sở hệ thống kiến thức Vật lí, đặc điểm của học sinh và nhiệm vụ của nhà trường THPT, giáo viên cần lựa chọn những

9

hình thức tổ chức và phương pháp dạy học phù hợp để thực hiện các nhiệm vụ

đó một cách tối ưu

1.1.2.2 Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lí luận nhận thức

Kế thừa những thành tựu của rất nhiều nhà khoa học trên con đường đi tìm chân lí, V.I Lênin đã khái quát hoá và đưa ra con đường nhận thức khoa học như sau: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, rồi từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức hiện thực khách quan” Như vậy thực nghiệm luôn

là cơ sở để bắt đầu quá trình nhận thức và đồng thời cũng nhờ thực nghiệm

mà quá trình nhận thức mới đi đến cái đích là thực tiễn khách quan

Đối với khoa học Vật lí, con đường nhận thức đó đã được nhiều nhà Vật

lí nổi tiếng như A.Einstein, M.Planck, phát biểu, tuy bằng nhiều cách khác nhau nhưng đều toát lên rằng quá trình nhận thức sáng tạo ấy diễn ra theo một chu trình: Từ việc khái quát những sự kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình trừu tượng giả định, có tính chất như một giả thuyết; Từ mô hình dẫn đến việc rút ra hệ quả lí thuyết hoặc bằng suy luận lôgíc hoặc bằng suy luận toán học;

để rồi, những hệ quả lí thuyết ấy sẽ được kiểm tra bằng thực nghiệm

- Nếu thực nghiệm phù hợp với những hệ quả trên thì mô hình giả thuyết

là đúng và đó là cơ sở để giải thích thực tế

- Nếu thực nghiệm không xác định những hệ quả lí thuyết ấy thì hoặc làm mô hình lí thuyết không phù hợp hoặc tìm ra giới hạn áp dụng cho mô hình giả thuyết

- Và đương nhiên xuất phát từ thực nghiệm người học phải tìm mọi cách

để chứng minh giả thuyết của mình và từ đó lại phát hiện những mâu thuẫn mới cần giả thuyết mới và người học lại kiểm chứng bằng thực tế,

Do mỗi mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một mặt của thực tế nên khi

ta mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc ta gặp những sự

10

kiện thực nghiệm mới không thể giải thích được bằng mô hình cũ, lúc này ta phải bổ sung, chỉnh lí mô hình cũ cho phù hợp hoặc thậm chí phải bỏ đi để xây dựng một mô hình mới cho một chu trình mới của quá trình nhận thức Như vậy, chu trình nhận thức khoa học không khép kín mà được mở rộng dần dần, làm giàu thêm kiến thức khoa học và cũng nhờ đó mà con người ngày càng tiếp cận gần hơn với chân lí khách quan

Chu trình nhận thức sáng tạo này theo Razumôpxki có thể được biểu

diễn bằng sơ đồ trên hình1.1 [7]

Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki

Trong hoạt động nhận thức Vật lí thường diễn ra những hành động phổ biến sau:

- Quan sát, phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản, xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng và tìm ra những dấu hiệu đặc trưng, bản chất của sự vật, hiện tượng

- Tìm ra các tính chất chung; mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các

khởi đầu

11

Vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học

- Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định; giải thích một hiện tượng thực tế

- Xây dựng một giả thuyết, từ giả thuyết suy ra hệ quả

- Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả)

- Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định luật Vật lí

- Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động Đánh giá kết quả hành động

- Tìm phương pháp chung để giải quyết một loạt các vấn đề

Cuối cùng, mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác, sắp xếp theo một trình tự xác định Ứng với mỗi thao tác trong những điều kiện cụ thể

là những phương tiện, công cụ thích hợp Những thao tác phổ biến cần dùng trong hoạt động nhận thức Vật lí là:

- Thao tác vật chất:

+ Nhận biết bằng giác quan

+ Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, hơ nóng, làm biến dạng, cọ xát

+ Sử dụng các dụng cụ đo

+ Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị )

+ Thu thập tài liệu, ghi nhận số liệu thực nghiệm

+ Thay đổi các điều kiện thí nghiệm, điều chỉnh

- Thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, quy nạp, diễn dịch

Vai trò của thí nghiệm trong mỗi giai đoạn nhận thức phụ thuộc vào vốn hiểu biết của con người, khối kiến thức đã có về đối tượng cần nghiên cứu Trong dạy học Vật lí ở phổ thông thí nghiệm có các vai trò sau:

+ Thí nghiệm là phương tiện để học sinh thu nhận tri thức:

12

Khi học sinh hoàn toàn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng như là một phương tiện phân tích hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập đối tượng nghiên cứu một cách chủ quan: thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lí kết quả quan sát, đo đạc được từ thí nghiệm để từ đó thu nhận những kiến thức đầu tiên về đối tượng cần nghiên cứu

+ Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức mà học sinh đã thu được

Trong nhiều trường hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức học sinh đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác Nhờ vậy, học sinh sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn

+ Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức học sinh đã thu được vào thực tiễn

Trong việc vận dụng các tri thức lí thuyết vào việc thiết kế, vận dụng, học sinh thường gặp nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật hoặc các lí do khách quan khác Khi đó thí nghiệm được sử dụng như một phương tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn

+ Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lí Thí nghiệm đặc biệt đóng vai trò quan trọng ở các phương pháp nhận thức phổ biến trong nghiên cứu Vật lí (phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình), cụ thể như sau:

- Phương pháp thực nghiệm (gồm 4 giai đoạn):

1-Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời

2-Đề xuất giả thuyết

3-Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgíc để rút ra hệ quả có thể kiểm tra

13

bằng thí nghiệm

4-Xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả đã rút

ra Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân thực, nếu không phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới Như vậy thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp mô hình (gồm 4 giai đoạn):

1-Thu thập các thông tin về đối tượng gốc Ở giai đoạn này các thông tin

về đối tượng gốc thường được thu thập nhờ thí nghiệm, qua thí nghiệm có thể loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tìm ra các thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc, đưa ra được mô hình phản ánh các mối quan hệ chính mà ta quan tâm

2-Xây dựng mô hình Nếu mô hình là vật chất người ta sẽ phải tiến hành các thí nghiệm thực với nó

3-Thu thập trên mô hình để suy ra các hệ quả lí thuyết

4-Kiểm tra hệ quả trên đối tượng gốc Trong giai đoạn này, thông qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được từ mô hình với những kết quả thu được trên vật gốc, kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụng của mô hình

1.1.2.3 Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lí luận dạy học

- Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức, kĩ năng mới; củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh

Việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề đặc biệt có hiệu quả trong giai đoạn đề xuất vấn đề cần nghiên cứu Các thí nghiệm được sử dụng để tạo tình huống có vấn đề thường là các thí nghiệm đơn giản, tốn ít thời gian chuẩn bị và tiến hành

14

Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, thí nghiệm cung cấp một cách có hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó khái quát hoá quy nạp, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới

Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng

cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá và vận dụng) kiến thức, kỹ năng của học sinh Những thí nghiệm loại này được tiến hành ngay ở mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập, các tiết ôn tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, trong các giờ ngoại khoá

ở lớp, ở nhà

Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của học sinh Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong quá trình thí nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích hiện tượng thí nghiệm, quá trình Vật lí diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lí kết quả thí nghiệm ), học sinh sẽ chứng tỏ những kiến thức về hiện tượng Vật lí đang đề cập, kiến thức về phương pháp,

và cả kỹ năng của mình nữa

Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của học sinh, giáo viên có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm với nhiều mức độ yêu cầu khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp Mức độ tự lực của học sinh trong quá trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí nghiệm theo bảng hướng dẫn chi tiết cho sẵn đến việc học sinh hoàn toàn tự lực trong tất

cả các giai đoạn của thí nghiệm

- Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo về Vật lí của học sinh Bởi vì thí nghiệm luôn có mặt

15

trong qúa trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình Vật lí, soạn thảo khái niệm, định luật Vật lí, xây dựng các thuyết Vật lí, đề cập các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của các kiến thức đã học

- Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập Vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện giúp đơn giản hoá và trực quan các kiến thức trong dạy học Vật lí

Do thí nghiệm Vật lí là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật

lí nên mối quan hệ với các quá trình thí nghiệm, học sinh sẽ được làm quen và vận dụng có ý thức các phương pháp nhận thức này Các kiến thức về phương pháp mà học sinh lĩnh hội có ý nghĩa quan trọng, mở rộng vượt qua khỏi giới hạn môn Vật lí sang các môn học khác, lĩnh vực khác

1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí ở phổ thông

- Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên:

Loại thí nghiệm này giữ vị trí hàng đầu trong hệ thống thí nghiệm Vật lí phổ thông, là loại thí nghiệm do giáo viên tiến hành, học sinh quan sát Dưới

sự chỉ đạo của giáo viên, từ các thí nghiệm giáo viên nhằm tái tạo lại các hiện tượng Vật lí qua đó giúp việc khảo sát mối liên hệ giữa chúng khi tiến hành nghiên cứu một lí thuyết nào đó

Đây là loại thí nghiệm được giáo viên rất hay dùng trong bài giảng Với việc làm sống lại trước mắt học sinh những hiện tượng cần nghiên cứu, loại thí nghiệm này nếu được tiến hành hợp lí sẽ giúp học sinh tiếp thu kiến thức

dễ dàng hơn và tiếp thu một cách có căn cứ khoa học

Căn cứ theo mục đích dạy học, thí nghiệm biểu diễn có thể được phân loại như sau:

+ Thí nghiệm mở đầu: Loại thí nghiệm này tiến hành ngay từ đầu giờ

16

nghiên cứu lí thuyết mới nhằm tạo ra tình huống có vấn đề thúc đẩy mâu thuẫn giữa trình độ kiến thức đã có và nhu cầu hiểu biết hiện tượng mới, kích thích tính tò mò, gây hứng thú học tập cho học sinh

+ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, quá trình Vật lí: Là loại thí nghiệm được dùng để hình thành kiến thức mới, nhằm đưa ra mối quan hệ bản chất giữa các hiện tượng Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà người ta có thể phân thành hai loại: thí nghiệm nghiên cứu khảo sát và thí nghịêm minh hoạ Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát được tiến hành nhằm đi đến một luận đề khái quát, một định luật hay một quy tắc trên cơ sở khái quát những kết quả rút ra

từ thực nghiệm tức là theo con đường quy nạp Thí nghiệm minh hoạ là thí nghiệm được tiến hành theo con đường diễn dịch, tức là sau khi giáo viên đã hướng dẫn học sinh đưa ra kết luận, định luật, quy tắc bằng cách suy luận lí thuyết, sau đó dùng thí nghiệm kiểm chứng lại những nhận định ấy Thí nghiệm loại này khi thí nghiệm nghiên cứu khảo sát khó thực hiện do phức tạp, mất nhiều thời gian, số liệu không đầy đủ, chính xác

+ Thí nghiệm củng cố: Được thực hiện ở cuối tiết học có thể đào sâu kiến thức cho học sinh, giúp học sinh nhớ chính xác, chắc chắn bài giảng, rèn luyện kỹ năng cho học sinh Đồng thời thông qua đó giáo viên kiểm tra được mức độ tiếp thu bài giảng của học sinh

- Thí nghiệm thực tập về Vật lí

Thí nghiệm thực tập về Vật lí là loại thí nghiệm do chính học sinh thực hiện ở mức độ độc lập tích cực khác nhau dưới sự hướng dẫn chỉ đạo của giáo viên Thí nghiệm thực tập về Vật lí gồm các loại sau:

+ Thí nghiệm trực diện:

Là loại thí nghiệm mà dưới sự hướng dẫn của giáo viên trong quá trình nghiên cứu tài liệu mới, mỗi học sinh tiến hành những quan điểm ngắn, những thí nghiệm mà trên cơ sở đó rút ra kết luận hoặc minh hoạ lí thuyết

+ Thí nghiệm thực hành Vật lí:

Tóm lại, trong hệ thống thí nghiệm trên đây ta thấy dù thực hiện dưới hình thức nào, phương pháp nào thì thí nghiệm Vật lí cũng đóng một vai trò

to lớn trong quá trình dạy và học Vật lí

1.1.4 Một số yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lí trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực của học sinh THPT

- Thí nghiệm phải trình bày quá trình, hiện tượng Vật lí cần nghiên cứu xảy ra một cách ổn định (thí nghiệm phải thành công ngay và xảy ra như nhau trong các điều kiện giống nhau…) và chính xác

- Trong thí nghiệm phải cho phép (tạo điều kiện) cho người nghiên cứu (học sinh) quan sát, thu thập đầy đủ các thông tin cần thiết về quá trình, hiện tượng Vật lí cần nghiên cứu để có thể hỗ trợ việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh cách thu thập thông tin vì các em còn ít kinh nghiệm

1.1.5 Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm

Trong khi nhiều người than phiền về phòng thí nghiệm “tái tạo” ở các nhà trường kém hiệu quả (Cookbook lab nghĩa đen là sách nấu ăn, tức phòng thí nghiệm kiểu này giống như dạy nấu ăn) Một câu hỏi đặt ra là: “cần tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm như thế nào để tăng cường sự sáng tạo của học sinh trong khi nghiên cứu các thí nghiệm nói chung và nghiên cứu sử

18

dụng thí nghiệm trong dạy học nói riêng?”

Từ những năm 1970, qua quan sát có hệ thống các hoạt động trong phòng thí nghiệm ở các trường đại học và trường phổ thông, các nhà khoa học

đã nhận thấy rằng hầu hết các phòng thí nghiệm theo kiểu tái tại (Cookbook), sinh viên và học sinh thực hiện theo quy trình hướng dẫn từng thao tác vì thế không rèn luyện kĩ năng nghiên cứu khoa học Việc nghiên cứu áp dụng mô hình phòng thí nghiệm theo mục đích tìm tòi (inquiry lab) được triển khai từ những năm 1980.Stewart (1988) cho rằng, học sinh được thiết kế thí nghiệm của mình, cách thức thực hiện trong phòng thí nghiệm quan trọng hơn là các báo cáo, dành thời gian lập kế hoạch và tổ chức tiến hành thí nghiệm quan trọng hơn là dành thời gian xác định thí nghiệm có cho kết quả chính xác hay không Hiện nay trên thế giới có hai mô hình phòng thí nghiệm: Phòng thí nghiệm tái tạo (Cookbook lab) và phòng thí nghiệm tìm tòi (Inquiry lab), cụ thể như sau:

- Phòng thí nghiệm tái tạo (Cookbook lab) là kiểu tổ chức hoạt động thực hành dựa trên kiểu hướng dẫn cụ thể từ việc xác định mục đích thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ, xây dựng phương án thí nghiệm, thu thập và xử lí

số liệu được trình bày cụ thể trong tài liệu hướng dẫn, học sinh chỉ cần nghiên cứu và thực hiện theo hướng dẫn sẽ thành công

- Phòng thí nghiệm theo định hướng tìm tòi (Inquiry lab) đòi hỏi khả năng sáng tạo, tìm tòi cho học sinh Các hoạt động khuyến khích học sinh tự thiết kế thí nghiệm gồm cả quy trình thao tác và xử lí số liệu, giúp học sinh làm chủ kiến thức vật lí, phát triển kĩ năng nghiên cứu, kĩ năng làm việc cộng tác Đặc trưng của phòng thí nghiệm “tái tạo” và phòng thí nghiệm “tìm tòi”

mô tả ở bảng dưới đây: (Bảng 1.1)

19

Bảng 1.1: Đặc trưng của phòng thí nghiệm Tái tạo và phòng TN tìm tòi

Phòng thí nghiệm Tái tạo

(Cookbook lab)

Phòng thí nghiệm tìm tòi (Inquiry lab)

- Thực hiện từng bước, huy động tối

thiểu trí óc của học sinh bởi những

hành vi máy móc, đúng theo quy tắc

- Học sinh thực hiện những thiết kế

thí nghiệm áp đặt, những biến nào

độc lập, biến nào phụ thuộc đã được

chỉ rõ

- Hiếm khi cho phép những học sinh

đương đầu và giải quyết sai lầm;

không cho phép những học sinh trải

qua mò mẫm hay bế tắc, không đẩy

mạnh sự phát triển của nhận thức

- Áp dụng thao tác không phù hợp với

quá trình nghiên cứu khoa học, chỉ ra

một quy trình đường thẳng không

thực tế

- Thực hiện các câu hỏi yêu cầu sử dụng kĩ năng tư duy bậc cao và độc lập và hoạt động

- Yêu cầu những học sinh thiết kế thí nghiệm của riêng mình; tự xác định, phân biệt, kiểm soát biến độc lập và biến phụ thuộc thích hợp, đẩy mạnh những kĩ năng tìm tòi khoa học

- Cho phép học sinh học từ những lỗi

và sai lầm của họ, cung cấp thời gian

và cơ hội cho học sinh khắc phục những lỗi đó

- Thực hiện công việc xác thực, phù hợp hơn với khoa học thực nghiệm; cho thấy rằng công việc của khoa học

là tự điều chỉnh

So sánh đặc trưng của hai mô hình phòng thí nghiệm cho thấy Với mô hình phòng thí nghiệm tái tạo, học sinh thực hiện thí nghiệm theo hướng dẫn chi tiết từng thao tác một, học sinh chỉ cần nghiên cứu kĩ tài liệu hướng dẫn, thực hiện chính xác các thao tác theo hướng dẫn là đảm bảo thành công mà ít cần sự có mặt của giáo viên hướng dẫn Với mô hình phòng thí nghiệm tìm tòi, mô hình này phụ thuộc mạnh mẽ vào sự có mặt của những giáo viên phòng thí nghiệm, những người thiết kế cho quá trình tìm tòi, yêu cầu giáo viên chuẩn bị bài giảng và phòng thí nghiệm cẩn thận

20

1.2 Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học Vật lí

1.2.1 Khái niệm kĩ năng

Kĩ năng là khả năng vận dụng những kiến thức trong một lĩnh vực nào

đó vào thực tế; kĩ xảo là khả năng đạt đến mức thuần thục; năng lực là khả

năng, điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên, sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó (Từ điển tiếng Việt)

Kĩ năng là khả năng của con người thực hiện các hoạt động nhất định

dựa trên việc sử dụng các kiến thức và kĩ xảo đã có Cơ sở tâm lí của kĩ năng

là sự hiểu biết mối liên hệ tương hỗ giữa mục đích hoạt động, các điều kiện hoạt động và các cách thức thực hiện hoạt động Nhờ quá trình luyện tập, một

định, có thể phân công được Như vậy, có thể hiểu: Kĩ năng là khái niệm chỉ

mức độ thành thạo (của chân, tay) khi thao tác lên một đối tượng vật chất nào

đó (kĩ năng hành động) Hay kĩ năng là khái niệm chỉ mức độ linh hoạt của

việc vận dụng một kiến thức vào việc giải một bài tập, một bài toán nào đó (kĩ năng trí tuệ)

1.2.2 Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh trong dạy học Vật lí ở trường THPT

Theo chương trình giáo dục phổ thông, môn vật lí, ban hành kèm theo Quyết định số 16/2006/QĐ-BGDĐT ngày 05 tháng 05 năm 2006 của Bộ

21

trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo, quan điểm xây dựng chương trình là coi trọng kiến thức về phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí học như phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình Yêu cầu rèn luyện cho học sinh những kĩ năng như quan sát hiện tượng vật lí trong tự nhiên, trong đời sống hoặc trong các thí nghiệm, sử dụng được các dụng cụ đo phổ biến của vật lí, biết lắp ráp và tiến hành các thí nghiệm vật lí đơn giản, thu thập và xử lí thông tin thu được để rút ra kết luận, đề ra các dự đoán đơn giản về các mối quan hệ hay bản chất của các hiện tượng hoặc quá trình vật lí, cũng như đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán đã đề ra [2, tr 5-7]

Trên cơ sở định nghĩa về kĩ năng và dựa trên các hoạt động cơ bản nhất của người nghiên cứu trong tiến trình thực hiện của một thí nghiệm, các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT có thể hai thành hai nhóm: kĩ năng thiết kế thí nghiệm và kĩ năng tiến hành thí nghiệm (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho học sinh THPT trong dạy học vật lí

STT Các kĩ năng thiết kế thí nghiệm Các kĩ năng tiến hành thí nghiệm

1 Xác định mục đích thí nghiệm

2 Đề xuất phương án thí nghiệm

Sử dụng dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, lắp đặt (lắp ráp) thí nghiệm theo sơ đồ

3 Xây dựng sơ đồ, bố trí thiết bị thí

nghiệm

Tiến hành thí nghiệm để đảm bảo xảy ra và quan sát rõ quá trình, hiện tượng

4

Xác định cách trình bày số liệu

dưới dạng bảng, đồ thị các dạng

khác nhau để làm nổi bật dấu hiệu

bản chất, mối quan hệ có tính qui

luật

Quan sát và thu thập dấu hiệu bản chất của quá trình vật lí nghiên cứu hay các số liệu (Đọc

số liệu chính xác)

các hiện tượng, quá trình vật lí

quan sát được hay các số liệu thu

thập được

Các kĩ năng cụ thể trong bảng 1.2 được mô tả chi tiết như sau:

A Nhóm kĩ năng thiết kế thí nghiệm:

A1 Kĩ năng xác định mục đích thí nghiệm

Mục đích thí nghiệm là những vấn đề khoa học cần nghiên cứu, được đặt

ra và phải được giải quyết sau khi thực hành xong thí nghiệm Kết quả cụ thể của hoạt động này thường là hình thành được kiến thức mới (hay ở mức sâu, rộng hơn), kĩ năng mới (hoặc trình độ kĩ năng ở bậc cao hơn), thái độ, tình cảm mới, hay sâu sắc hơn Ngoài ra, từng bài thí nghiệm, từng giai đoạn dạy học có thể có những mục đích riêng Mục đích thí nghiệm trả lời được câu hỏi:

- Yêu cầu của bài thí nghiệm là làm gì (đo, xác định, chứng minh, giải thích,…) với đối tượng nào?

- Mối quan hệ giữa các hiện tượng cần nghiên cứu với các vấn đề có liên quan như thế nào?

A2 Kĩ năng thiết kế phương án thí nghiệm

Việc thiết kế phương án thí nghiệm đi liền với việc xây dựng quy trình tiến hành thí nghiệm là xác định trình tự thao tác với các dụng cụ thí nghiệm, bao gồm:

- Quy trình lắp đặt dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ đã lập

- Quy trình thao tác tiến hành sao cho có thể quan sát rõ hiện

A3 Kĩ năng xây dựng sơ đồ, bố trí thiết bị thí nghiệm

Kĩ năng này thể hiện ở sự thực hiện các hành động sau:

- Đọc và hiểu sơ đồ lí thuyết

- Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm cho phù hợp

- Đọc và hiểu các kí hiệu, thông số kĩ thuật ghi trên dụng cụ, thiết bị

- Lắp đúng thí nghiệm theo sơ đồ lí thuyết với các dụng cụ đã chọn

A4 Kĩ năng trình bày hiện tượng quan sát được, trình bày số liệu dưới dạng bảng, đồ thị các dạng khác nhau để làm nổi bật dấu hiệu bản chất, mối quan hệ có tính qui luật

Kĩ năng này thể hiện ở sự thực hiện các hành động sau:

- Trình bày một vấn đề (viết, nói)

- Trình bày vấn đề bằng đồ thị, hoặc bằng biểu bảng

A5 Kĩ năng phân tích, xử lí số liệu để tìm ra dấu hiệu bản chất, mối liên

hệ có tính qui luật trong hiện tượng, quá trình nghiên cứu

Kĩ năng này thể hiện ở sự thực hiện các hành động sau:

- Tính trung bình các đại lượng, tính sai số và làm tròn kết quả thu được

từ thí nghiệm

- Đối chiếu, so sánh giữa kết quả thực nghiệm và lí thuyết

- Xác định sai số; phân biệt được sai số do phương án và sai số đo dụng

cụ, tìm biện pháp làm giảm sai số

- Xử lí biểu bảng, vẽ đồ thị (nếu có), từ đồ thị biết rút ra quy luật liên hệ giữa các đại lượng và điều kiện xảy ra hiện tượng

24

A6 Kĩ năng vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng, quá trình vật lí quan sát được hay các số liệu thu thập được

Kĩ năng này thể hiện ở sự thực hiện các hành động sau:

- Viết bài báo cáo thí nghiệm hoàn chỉnh

- Giải thích hiện tượng vật lí nghiên cứu

B Nhóm kĩ năng tiến hành thí nghiệm

B1 Kĩ năng lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ

Thông thường các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm trong các bài thực hành được xây dựng đặt sẵn Học sinh chỉ sử dụng các dụng cụ và các thiết bị đó để tiến hành thí nghiệm Chỉ khi thay đổi điều kiện thí nghiệm, học sinh cần biết tháo lắp những bộ phận nhỏ có liên quan đến sự thay đổi điều kiện đó

Các thao tác tháo lắp dụng cụ thí nghiệm mà học sinh cần đạt như sau:

- Tháo lắp được các bộ phận của dụng cụ khi cần thay đổi điều kiện thí nghiệm

- Biết lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ

- Biết bố trí, sắp đặt các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm cho phù hợp cả về nguyên tắc lí thuyết và cả về vị trí không gian

B1 Kĩ năng tiến hành thí nghiệm để đảm bảo xảy ra và quan sát rõ quá trình, hiện tượng vật lí cần nghiên cứu

Kĩ năng này thể hiện ở sự thực hiện các hành động sau:

- Tiến hành thí nghiệm đúng các thao tác, các bước

- Khả năng xác định đại lượng cần đo, đại lượng cần giữ nguyên, không thay đổi trong khi làm thí nghiệm

- Dự đoán trước kết quả thí nghiệm

- Điều chỉnh các dụng cụ và thiết bị đo trong quá trình tiến hành thí nghiệm để hiện tượng, quá trình xảy ra rõ và sai số thấp

- Xác định góc độ quan sát rõ và toàn bộ quá trình hiện tượng vật lí xảy ra

- Phát hiện và xử lí những sự cố bất thường trong lúc tiến hành thí

25

nghiệm (đối với những thí nghiệm nguy hiểm, phức tạp)

B3 Kĩ năng quan sát và thu thập dấu hiệu bản chất của quá trình Vật lí nghiên cứu hay các số liệu thí nghiệm

Kĩ năng này thể hiện ở sự thực hiện các hành động sau:

- Chọn mốc, chọn vật chỉ thị

- Lựa chọn phương pháp đo, phương pháp khảo sát

- Chọn góc độ quan sát, đọc số liệu trên dụng cụ đo

- Quan sát và nhận xét được các biểu hiện trên dụng cụ khi đo

1.2.3 Các cấp độ phát triển kĩ năng thí nghiệm của học sinh

Các nhà tâm lí học Bloom và Harrow đã chỉ rõ các cấp độ mục tiêu theo lĩnh vực nhận thức (cognitive domain) và lĩnh vực tâm vận (psychomotor domain) Các cấp độ mục tiêu và sự thực hiện tương ứng với các cấp độ mục tiêu được mô tả trong Bảng 1.3 và Bảng 1.4

Bảng 1.3 Các cấp độ mục tiêu nhận thức

Nhớ Mô tả, nhắc lại được sự việc, sự kiện

Thông hiểu Trình bày, giải thích được nội dung của sự kiện, tính chất đặc

trưng của sự vật, sự kiện Vận dụng Sử dụng kiến thức, kĩ năng trong trường hợp chung vào

trường hợp riêng Phân tích Phát hiện, phân biệt các chi tiết, bộ phận cấu thành của thông

tin hay tình huống Tổng hợp Khái quát được trường hợp riêng lẻ để đưa ra kết luận chung,

kết hợp các bộ phận để tạo ra một dạng mới Đánh giá Phân tích, so sánh một giải pháp (phương án, cơ cấu ) với

các giải pháp khác

2 Làm được Thực hiện theo sự hướng dẫn khái quát hơn là quan sát

Thực hiện công việc như hướng dẫn nhưng còn nhiều thao tác, động tác thừa

3 Làm chính xác Độc lập thực hiện thao tác đúng, chính xác ở mức độ thành

thạo mà không cần hướng dẫn, hầu như không có thao tác, động tác thừa

4 Làm biến hóa Kết hợp nhiều thao tác theo trình tự một cách thuần thục

trong hoàn cảnh mới Thực hiện công việc chuẩn xác trong các hoàn cảnh và điều kiện khác nhau

5 Làm thuần thục Thực hiện công việc với độ chính xác, tốc độ cao, một cách

tự nhiên, đòi hỏi ít sự cố gắng về thể chất và trí tuệ

Các thang cấp độ trên được áp dụng vào đánh giá kĩ năng đơn lẻ của người học theo từng giai đoạn trong quá trình luyện tập thực hành Khi đánh giá về kĩ năng thực hiện của người tốt nghiệp các khóa học, ở nhiều nước đã

sử dụng thang đánh giá sự thực hiện (Performmance Rating Scale – PRS) Có sáu bậc thể hiện cấp độ kĩ năng thực hiện từ thấp đến cao được mô tả trong Bảng 1.4

Kĩ năng thí nghiệm của học sinh có thuộc tính tổng hợp, liên quan đến

cả lĩnh vực nhận thức, tư duy (kĩ năng thiết kế) và lĩnh vực tâm vận (kĩ năng thực hiện), theo tôi, khi đánh giá kĩ năng này cần điều chỉnh, sắp xếp và áp dụng các thang đánh giá trên cho phù hợp với các nhóm kĩ năng đã xây dựng Căn cứ vào khái niệm kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí, các cấp độ mục tiêu nhận thức Bloom và cấp độ mục tiêu tâm vận của Harrow và thang đánh giá sự thực hiện (PRS), các cấp độ mục tiêu kĩ năng thí nghiệm trong dạy học vật lí được mô tả cụ thể ở bảng 1.6

3 Thực hiện được công việc, không cần sự giám sát và trợ giúp nào

4 Thực hiện được công việc với tốc độ và chất lượng cao, không cần sự giám sát và trợ giúp nào

5 Thực hiện được công việc với tốc độ và chất lượng cao, có sáng kiến và tính thích nghi với các tình huống, vấn đề đặc biệt

6 Thực hiện được công việc với tốc độ và chất lượng cao, có sáng kiến và tính thích nghi để có thể hướng dẫn người khác thực hiện công việc đó

Bảng 1.6 Các cấp độ mục tiêu kĩ năng thí nghiệm của học sinh

trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

Cấp

độ

Kĩ năng thiết kế (Thiết kế phương án)

Kĩ năng thực hiện (Thực hiện theo phương án đã thiết kế)

1 Tái tạo (nhớ, hiểu): Mô tả lại

được một phương án thiết kế đã

có trong tình huống nhất định

Làm được: Cố gắng thực hiện hành động, thao tác theo đúng phương án thiết kế trong tình huống nhất định một cách rập khuôn, máy móc, còn thao tác, động tác thừa, cần có sự giám sát và sự trợ giúp

2 Vận dụng: Cải tiến một phần

phương án thiết kế đã có phù

hợp với tình huống có biến đổi

Làm chính xác Độc lập thực hiện hành động, thao tác chính xác theo thiết kế, chất lượng cao mà không cần sự trợ giúp nào

3 Sáng tạo (Phân tích, tổng hợp,

đánh giá): Cải tiến phần lớn

hoặc tự thiết kế phương án mới

phù hợp với tình huống mới, có

nhiều biến đổi

Làm thuần thục, biến hoá

Thực hiện được hành động, thao tác theo thiết kế với tốc độ và chất lượng cao, có sáng kiến và tính thích nghi với tình huống mới, có nhiều biến đổi

28

1.2.4 Các giai đoạn phát triển kĩ năng

Kĩ năng có cơ sở dựa trên kiến thức, xuất phát từ cấu trúc kĩ năng: hiểu

mục đích, biết cách thức đi đến kết quả và hiểu những điều kiện để triển khai cách thức đó Để hình thành kĩ năng, cần có kiến thức làm cơ sở cho việc hiểu biết, luyện tập từng thao tác riêng rẽ cho đến khi thực hiện được một hành động theo mục đích, yêu cầu Những thao tác cụ thể cần được luyện tập nhiều lần mới quen và ghi nhớ được, khi cần thì đã biết cách thao tác chúng

Có những kĩ năng hình thành không cần luyện tập, nếu biết vận dụng hiểu biết và kĩ năng tương tự đã có thể chuyển sang thực hiện các hành động mới Đây mới là yêu cầu là biết làm (kĩ năng bậc thấp), cần luyện tập và bổ sung thêm kiến thức để mỗi hành động được thực hiện một cách thật hoàn hảo, linh hoạt

Ban đầu, học sinh có thể không biết thực hiện kĩ năng, chỉ hiểu ở mức

độ tối thiểu (không thành thạo) Cùng với thời gian và nhờ sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh nắm được và thực hiện hiện kĩ năng mà không cần phải suy nghĩ nhiều (thành thạo)

Những hoạt động có kế hoạch sau sẽ góp phần phát triển kĩ năng:

a Trình diễn

Trong giai đoạn đầu, học sinh có hiểu biết về kĩ năng cần rèn luyện Giáo viên cần trình diễn thật chính xác từng bước, học sinh ghi nhớ, lặp lại những gì họ nhìn thấy lần đầu Hầu hết các kĩ năng đều cần có bản hướng dẫn thực hành

b Thực hành từng bước

Đối với các quy trình, giáo viên thực hiện vài bước kĩ năng đó Sau

đó học sinh làm lại những bước này một cách chính xác Tiếp theo giáo viên kiểm tra xem tất cả các bước học sinh đã thực hiện đúng chưa rổi mới

29

tiếp tục Lặp lại trình tự đó cho đến khi hoàn thành quy trình Thực hiện cho đến khi học sinh chỉ cần sử dụng bản hướng dẫn thực hành cũng có thể thực hiện đúng

c Thực hành có hướng dẫn

Học sinh làm việc độc lập hoặc làm việc thành từng nhóm dưới sự giám sát chặt chẽ của giáo viên cho đến khi có thể thực hiện công việc một cách “an toàn”

f Các hoạt động thực hiện dự án hoặc giải quyết vấn đề:

Sau khi học xong một nhóm kĩ năng, giáo viên cần đưa các hoạt động thực hiện dự án hoặc giải quyết vấn đề Những hoạt động này đòi hỏi học sinh phải lựa chọn những kĩ năng cần thiết, sau đó điều chỉnh hoặc áp dụng chúng theo yêu cầu Đôi khi yêu cầu học sinh thực hiện kĩ năng trong những điều kiện bất thường Những hoạt động này mô phỏng càng gần với công việc thực

tế các tốt, chúng đem lại cho học sinh lòng tự tin

1.3 Vai trò của thí nghiệm thực hành trong rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT

1.3.1 Thí nghiệm thực hành Vật lí

Thí nghiệm thực hành Vật lí là loại thí nghiệm được tiến hành sau khi học xong một chương, một phần của chương trình Các bài thực hành được

30

chỉ định rõ ràng trong sách giáo khoa của phổ thông

Thí nghiệm thực hành là loại thí nghiệm học sinh thực hiện trên lớp hoặc trong phòng thực hành chức năng, trong đó học sinh phải phát huy tối đa tính

tự lực của bản thân Với loại hình thí nghiệm này, học sinh sẽ dựa vào hướng dẫn của giáo viên và sách giáo khoa mà tiến hành thí nghiệm, rồi viết báo cáo

thí nghiệm

Thí nghiệm thực hành Vật lí có thể có nội dung định tính hay định lượng, song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, các quy tắc, đo các đại lượng Vật lí, nghiên cứu cấu tạo, vận chuyển của các cơ chế máy móc

kỹ thuật

Do được tiến hành sau khi học sinh đã có những kiến thức lí thuyết về bài thí nghiệm nên thí nghiệm thực hành Vật lí thường có nội dung phong phú, thời gian dành cho mỗi bài thí nghiệm thực hành là 2 tiết học 45 phút đối với học sinh THPT và đòi hỏi thiết bị hoàn chỉnh về mọi phương diện (Trong phân phối chương trình, bài thí nghiệm chia làm 2 tiết, tiết đầu là tiết cung cấp cho học sinh kiến thức lí thuyết và hướng dẫn thực hành, tiết sau học sinh thực hành và viết báo cáo) Với loại thí nghiệm này, học sinh phải tự lực thực hiện các giai đoạn của quá trình thí nghiệm khi đã được hướng dẫn, thực hiện nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép đo, xử lí nhiều số liệu định lượng mới có thể rút ra các kết luận cần thiết

Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu mà thí nghiệm thực hành có thể

được tổ chức dưới một trong hai hình thức sau: Thí nghiệm thực hành đồng

loạt (tất cả các nhóm học sinh tiến hành những thí nghiệm như nhau với dụng

cụ giống nhau theo cùng một mục đích) hoặc Thí nghiệm thực hành cá thể với nhiều phương án khác nhau: các nhóm tiến hành thí nghiệm về những phương

án khác nhau của một bài thí nghiệm với các dụng cụ khác nhau nhằm đạt được những mục đích khác nhau, về cùng một bài học theo cùng một mục

31

đích nhưng với các dụng cụ (phương pháp đo) khác nhau hoặc cùng về một bài với cùng một dụng cụ nhưng nhằm giải quyết các nhiệm vụ khác nhau Thí nghiệm thực hành Vật lí được thực hiện nhằm những mục tiêu sau:

- Giúp học sinh nắm vững nội dung kiến thức một cách tự giác, tích cực

Do trực tiếp sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, lắp ráp và vận hành, quan sát hiện tuợng

- Rèn luyện cho học sinh kĩ năng, kĩ xảo trong việc sử dụng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và thói quen làm việc khoa học, trung thực, khách quan

- Thí nghiệm giúp cho học sinh áp dụng tri thức đã thu nhận vào thực tiễn, làm quen với các phương pháp nhận thức của khoa học Vật lí như quan

sát, đo lường, vạch kế hoạch nghiên cứu, đánh giá các kết quả đo luờng

- Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, rèn luyện kỹ năng sử dụng thí nghiệm trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

1.3.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật

lí ở trường THPT

Những vấn đề sẽ trình bày sau đây về thí nghiệm thực hành Vật lí ở THPT có thể hiểu theo hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành theo phương pháp hiện đang dùng ở các trường THPT được diễn ra trên lớp học hoặc trong phòng thí nghiệm chức năng, trong đó diễn ra sự tương tác thường xuyên giữa thầy - trò và các bạn Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành theo phương pháp này tiến hành thực hiện theo các giai đoạn sau:

* Giai đoạn chuẩn bị thí nghiệm thực hành

- Đối với giáo viên:

+ Cần tìm hiểu kỹ nội dung bài thí nghiệm thực hành để xác định rõ các nhiệm vụ đã giao cho học sinh và cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực hiện các nhiệm vụ đó