Phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học chương động lực học chất điểm vật lý lớp 10 THPT

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ cùng với sự bùng nổ thông tin đã làm cho kho tri thức của nhân loại tăng lên nhanh chóng. So với vài thập niên trước thì lượng kiến thức mà nhân loại hiện đang nắm giữ đã tăng lên một cách đáng kể và trong tương lai, lượng kiến thức đó còn tiếp tục tăng lên theo cấp số nhân. Bên cạnh đó, các phương thức tiếp cận kiến thức ngày càng trở nên đa dạng và phong phú. Điều này đã đặt ra cho giáo dục những nhiệm vụ mới, nặng nề và khó khăn hơn trong việc truyền thụ khối lượng kiến thức đồ sộ của nhân loại đến học sinh. Vì vậy, đổi mới giáo dục là một yêu cầu cấp bách của thực tiễn đặt ra cho tất cả các nước, trong đó có Việt Nam chúng ta. Đổi mới giáo dục là một trong những vấn đề đã và đang được Đảng và Nhà nước ta quan tâm một cách sâu sắc. Điều này thể hiện rõ trong các chủ trương, đường lối chính sách của Đảng và Nhà nước. Nghị quyết Trung ương VIII khóa XI của Đảng nêu rõ: “Phát triển giáo ục và đào tạo là nâng cao ân trí, đào tạo nhân lực, ồi ưỡng nhân tài. Chuyển mạnh quá trình giáo ục t chủ yếu trang kiến thức sang phát triển toàn iện năng lực và ph m chất người học. Học đi đôi với hành; lý luận gắn với thực tiễn; giáo ục nhà trường kết hợp với giáo ục gia đình và giáo ục ã hội.” [16] Luật giáo dục quy định: “Phương pháp giáo ục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư uy sáng tạo của người học; bồi ưỡng cho người học năng lực tự học, khả năng thực hành, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên” [38]. “Phương pháp giáo ục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của t ng lớp học, môn học; bồi ưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” [38]. Về việc ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học, Bộ Giáo dục và Đào tạo liên tục có những chỉ thị như: Chỉ thị về việc tăng cường giảng dạy và ứng dụng công nghệ thông tin vào trong ngành giáo dục giai đoạn 2001 – 2005 số 29/2001/CT – BGD&ĐT và Chỉ thị 55/2008 CT – BGDĐT về việc tăng cường giảng dạy , đào tạo và ứng dụng công nghệ thông tin vào trong ngành giáo dục giai đoạn 2008 -2012 số 55/2008/CT – BGD&ĐT. Trong đó nêu rõ: “Đ y mạnh ứng ụng công nghệ thông tin trong giáo ục và đào tạo ở tất cả các cấp học, ậc học, ngành học theo hướng sử ụng công nghệ thông tin như là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất cho đổi mới phương pháp giảng ạy, học tập ở tất cả các môn học” [6]. “Khuyến khích giáo viên, giảng viên soạn bài trình chiếu, bài giảng điện tử và giáo án trên máy tính. Khuyến khích giáo viên, giảng viên trao đổi kinh nghiệm giảng dạy qua website của các cơ sở giáo dục và qua Diễn đàn giáo dục trên Website Bộ” [7]. Về nhiệm vụ trọng tâm của giáo dục mầm non, giáo dục phổ thông, giáo dục thường xuyên, giáo dục chuyên nghiệp các năm học 2011 – 2012, 2013 – 2014, 2014 – 2015, Bộ Giáo dục và Đào tạo có chỉ thị: “Tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong đổi mới phương pháp ạy – học và công tác quản lý giáo dục ” [8]; “Tăng cường các hoạt động nhằm giúp học sinh vận dụng tốt kiến thức đã học vào giải quyết các vấn đề thực tiễn; Phát động sâu rộng cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học”[9]; “Tiếp tục triển khai đồng bộ các giải pháp đổi mới giáo dục phổ thông theo mục tiêu phát triển năng lực và ph m chất học sinh; nâng cao kỹ năng ngoại ngữ, tin học; rèn luyện năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn; phát triển năng lực sáng tạo và tự học. Tiếp tục triển khai đổi mới phương pháp ạy và học gắn với đổi mới hình thức, phương pháp thi, kiểm tra và đánh giá kết quả giáo dục theo hướng đánh giá năng lực người học; kết hợp đánh giá trong quá trình với đánh giá cuối kỳ, cuối năm học” [10]. Mục tiêu giáo dục trong thế kỷ XXI là: “Học để biết; học để làm; học để cùng chung sống, học để sống với người khác; học để làm người” [28], [33]. Với mục tiêu giáo dục này, trường học không chỉ là nơi truyền thụ kiến thức cho người học mà còn là nơi người học được rèn luyện và phát triển những phẩm chất cần thiết cho cuộc sống sau này. Từ các nhận định trên cho thấy giáo dục phải chú trọng đến sự phát triển của cá nhân, khuyến khích ý thức tự lực của người học. Tránh tình trạng dạy học theo kiểu “thầy đọc trò chép”, học thuộc lòng, máy móc. Học sinh phải là chủ thể của nhận thức, phải là người chủ động tiếp thu và làm nên kiến thức cho mình. Điều đó có nghĩa là, các em cần phải học phương pháp học, phương pháp tư duy và phải có năng lực tư duy để có thể tự học. Đồng thời giáo viên cần phải tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong đổi mới phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học. Ngoài ra, cần chuyển đổi mục tiêu kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh theo hướng đánh giá năng lực người học. Những định hướng chỉ đạo của Đảng và Nhà nước là đúng đắn, tuy nhiên quá trình thực hiện ở các cấp giáo dục, các cơ sở đào tạo, các trường còn những hạn chế, thiếu sót và bất cập. Điều này có thể thấy được thông qua nhận định của báo cáo của Ban chấp hành Trung ương Đảng khóa IX ngày 10 tháng 4 năm 2006 về phương hướng nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội 5 năm 2006 – 2010: “Chất lượng giáo dục còn nhiều yếu kém; khả năng chủ động, sáng tạo của học sinh, sinh viên ít được bồi ưỡng, năng lực thực hành của học sinh, sinh viên còn yếu. Chương trình, phương pháp ạy và học còn lạc hậu, nặng nề, chưa thật phù hợp” [2]. Vật lý học nghiên cứu các vận động cơ bản nhất của vật chất. Vật lý học đòi hỏi người nghiên cứu phải có kĩ năng quan sát tinh tế, phải khéo léo khi làm thí nghiệm, đồng thời phải có tư duy logic chặt chẽ và phải biết trao đổi, thảo luận để khẳng định chân lí [45], [49], [58]. Để học tốt môn Vật lý học sinh phải nắm vững hiện tượng vật lý, các nguyên lý, định luật vật lý; biết cách dự đoán các kết quả của các thí nghiệm vật lý hoặc các hiện tượng, biết vận dụng linh hoạt các kiến thức đã học trong các tình huống mới. Nghĩa là nếu học sinh nắm được các thao tác tư duy vật lý, thì sẽ học tập hiệu quả hơn. Ở trường phổ thông, bên cạnh việc tiếp thu các kiến thức cơ bản của vật lý, học sinh còn cần phải được làm quen và luyện tập với các phương pháp nghiên cứu của nhà vật lý để từ đó đạt được các kết quả tốt hơn trong học tập. Các nghiên cứu cũng chứng tỏ rằng phương pháp giảng dạy vật lý tốt nhất là áp dụng phương pháp nghiên cứu vật lý của các nhà khoa học vào dạy học [58], [83]. Ngoài phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình cũng là một phương pháp quan trọng trong nghiên cứu vật lý. Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính mà hiện nay máy tính đã giúp cho việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý trở nên đơn giản và trực quan hơn. Do đó, sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý sẽ góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học. Trong bậc học THPT, học sinh nghiên cứu phần cơ học trước tiên. Trong đó, các kiến thức trong chương Động lực học chất điểm là hết sức cơ bản và là cơ sở để học sinh nghiên cứu các phần khác của vật lý. Vì vậy, phát triển tư duy vật lý cho học sinh khi các em học phần cơ học là một việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa. Nó không những giúp cho học sinh học phần này hiệu quả hơn mà còn trang bị cho học sinh năng lực cần thiết để tiếp tục nghiên cứu các phần khác của vật lý học. Vì các lý do trên, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Phát triển tƣ duy vật lý cho học sinh thông qua phƣơng pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học chƣơng “Động lực học chất điểm” vật lý lớp 10 trung học phổ thông”. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng được bộ công cụ đánh giá mức độ tư duy vật lý của học sinh, nhờ đó mà đề xuất được các biện pháp phát triển tư duy vật lý của học sinh và quy trình sử dụng các biện pháp đó thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính.

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐỖ KHOA THÚY KHA

PHÁT TRIỂN TƯ DUY VẬT LÝ CHO HỌC SINH THÔNG QUA PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

VẬT LÝ LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC

Chuyên ngành lý luận và phương pháp dạy học bộ môn vật lý

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu ghi trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một công trình nào khác

Tác giả luận án

Đỗ Khoa Thúy Kha

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án này, trước hết tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy TS Phan Gia Anh Vũ và PGS TS Nguyễn Bảo Hoàng Thanh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành luận án này

Tôi trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Đại học Huế, Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Huế; Ban Đào tạo Sau Đại học – Đại học Huế, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế; Sở Giáo dục và Đào tạo Quảng Ngãi, Ban Giám hiệu và Tổ chuyên môn Trường THPT Trần Kỳ Phong, Trường THPT Số 1 Bình Sơn - Quảng Ngãi, Trường THPT Hai Bà Trưng và Trường THPT Gia Hội, Tp Huế đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tôi chân thành cảm ơn quý Thầy giáo, Cô giáo thuộc Khoa Vật lí, Trường ĐHSP – Đại học Huế, đã giảng dạy, giúp đỡ và đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu

Đồng cảm ơn quý Thầy giáo, Cô giáo và các em học sinh đã giúp tôi thực nghiệm đề tài tại Trường THPT Trần Kỳ Phong và Trường THPT Số 1 Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi

Tôi rất hạnh phúc, biết ơn và sẽ nỗ lực hơn nữa để xứng đáng với tình yêu thương, tin tưởng, động viên, hết lòng hỗ trợ của tất cả thành viên trong gia đình, người thân để tôi hoàn thành luận án này!

Huế, năm 2015 Tác giả luận án

Đỗ Khoa Thúy Kha

MỤC LỤC

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN 5

DANH MỤC CÁC BẢNG, ĐỒ THỊ 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ 7

PHẦN MỞ ĐẦU 8

1 Lý do chọn đề tài 8

2 Mục tiêu của đề tài 11

3 Giả thuyết khoa học 11

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 11

5 Đối tượng nghiên cứu 12

6 Phạm vi nghiên cứu 12

7 Phương pháp nghiên cứu 12

8 Những đóng góp mới của luận án 13

9 Cấu trúc luận án 14

PHẦN NỘI DUNG 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 15

1.1 Nghiên cứu về tư duy và phát triển tư duy trong dạy học nói chung 15

1.1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài về phát triển tư duy trong dạy học 15

1.1.2 Các nghiên cứu ở trong nước về phát triển tư duy trong dạy học 15

1.2 Nghiên cứu về phát triển tư duy trong dạy học vật lý 19

1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài về phát triển tư duy trong dạy học vật lý 19 1.2.2 Các nghiên cứu trong nước về phát triển tư duy trong dạy học vật lý 20

1.3 Nghiên cứu về việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý 22

1.3.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài về việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý 22

1.3.2 Các nghiên cứu trong nước về việc sử dụng phương pháp mô hình trong

dạy học vật lý 24

1.4 Vấn đề cần nghiên cứu của luận án 25

1.5 Kết luận chương 1 26

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN TƯ DUY VẬT LÝ CHO HỌC SINH THÔNG QUA VIỆC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH 28

2.1 Tư duy và tư duy vật lý 28

2.1.1 Tư duy 28

2.1.2 Tư duy vật lý 29

2.1.3 Các hoạt động tư duy vật lý 31

2.1.4 Các biểu hiện cơ bản của tư duy vật lý 37

2.1.5 Xây dựng các tiêu chí đánh giá mức độ tư duy vật lý 40

2.2 Phương pháp mô hình 46

2.2.1 Vận dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý 46

2.2.2 Các mức độ sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý 48

2.2.3 Sự hỗ trợ của máy tính đối với phương pháp mô hình 50

2.2.4 Vai trò của việc sử dụng phương pháp mô hình đối với việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh 53

2.3 Các biện pháp phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính 54

2.3.1 Tạo điều kiện cho học sinh tham gia tích cực vào các giai đoạn của phương pháp mô hình 54

2.3.2 Tăng cường cho học sinh áp dụng mô hình trong các tình huống mới 60

2.3.3 Tạo điều kiện cho học sinh sử dụng máy tính để xây dựng mô hình hoặc thiết kế các thí nghiệm mô phỏng 61

2.4 Quy trình phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính 62

2.4.1 Quy trình 62

2.4.2 Áp dụng quy trình trong các trường hợp cụ thể 66

2.5 Thực trạng về mức độ tư duy vật lý của học sinh THPT hiện nay và vấn

đề sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học

vật lý 69

2.5.1 Thực trạng về mức độ tư duy vật lý của học sinh THPT hiện nay 69

2.5.2 Thực trạng về vấn đề sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý 71

2.5.3 Một số nguyên nhân của thực trạng 73

2.6 Kết luận chương 2 74

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ VÀ PHÁT TRIỂN TƯ DUY VẬT LÝ CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM THEO THÔNG QUA VIỆC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH 78

3.1 Đặc điểm chương động lực học chất điểm chương trình Vật lý 10 THPT 78

3.2 Xây dựng công cụ đo mức độ tư duy vật lý của học sinh lớp 10 sau khi học phần cơ học 79

3.2.1 Nguyên tắc đo mức độ tư duy vật lý của học sinh lớp 10 THPT sau khi học phần cơ học 79

3.2.2 Bộ câu hỏi đánh giá mức độ tư duy vật lý của học sinh lớp 10 82

3.2.3 Đánh giá bộ công cụ đo mức độ tư duy của học sinh 97

3.3 Phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính khi dạy học một số kiến thức phần cơ học Vật lý lớp 10 Trung học phổ thông 99

3.3.1 Bài Định luật III Newton 99

3.3.2 Bài Hệ quy chiếu có gia tốc – Lực quán tính 101

3.4 Một số giáo án thuộc phần cơ học được thiết kế để phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính 104

3.4.1 Bài Định luật III Newton 104

3.4.2 Bài hệ quy chiếu quán tính 110

3.5 Kết luận chương 3 118

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 120

4.1 Thực nghiệm sư phạm vòng 1 120

4.1.1 Mục đích 120

4.1.2 Đối tượng và nội dung của thực nghiệm sư phạm 120

4.1.3 Phương pháp thực nghiệm 121

4.1.4 Kết quả thực nghiệm sư phạm 123

4.2 Thực nghiệm sư phạm vòng 2 126

4.2.1 Mục đích, nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm vòng 2 126

4.2.2 Đối tượng và nội dung của thực nghiệm sư phạm 126

4.2.3 Phương pháp thực nghiệm 127

4.2.4 Kết quả thực nghiệm sư phạm 128

4.4.3 Kiểm định giả thuyết thống kê 139

4.3 Kết luận chương 4 143

PHẦN KẾT LUẬN 144

1 Đánh giá kết quả đạt được 144

2 Hướng phát triển của luận án 146

3 Một số kiến nghị 146

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 147

TÀI LIỆU THAM KHẢO 148

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN

DANH MỤC CÁC BẢNG, ĐỒ THỊ

Trang

Bảng 4.1 Bảng thống kê điểm số của các bài kiểm tra 130

Bảng 4.2 Bảng phân phối tần suất 130

Bảng 4.3 Bảng phân phối tần suất lũy tích 130

Bảng 4.4 Bảng thống kê điểm số của các tiêu chuẩn 133

Bảng 4.5 Bảng thống kê điểm số của từng tiêu chí 134

Bảng 4.6 Bảng các tham số thống kê của bài kiểm tra đầu vào 136

Bảng 4.7 Bảng các tham số thống kê của bài kiểm tra đầu ra 137

Bảng 4.8 Bảng các tham số thống kê của hai bài kiểm tra của nhóm TN 138

Bảng 4.10 Bảng xác định đại lƣợng kiểm định của bài kiểm tra đầu vào giữa nhóm TN và nhóm ĐC 140

Bảng 4.11 Bảng xác định đại lƣợng kiểm định của bài kiểm tra đầu ra giữa nhóm TN và nhóm ĐC 140

Bảng 4.12 Bảng xác định đại lƣợng kiểm định kết quả kiểm tra của nhóm TN giữa bài kiểm tra đầu ra và bài kiểm tra đầu vào 142

Đồ thị 2.1 Đồ thị phân phối điểm đánh giá mức độ TDVL của HS 69

Đồ thị 2.2 Đồ thị phân phối điểm trung bình cho mỗi tiêu chí đánh giá mức độ TDVL của HS 70

Đồ thị 4.1 Đồ thị phân phối tần suất bài kiểm tra đầu vào 131

Đồ thị 4.2 Đồ thị phân phối tần suất của bài kiểm tra đầu ra 131

Đồ thị 4.3 Đồ thị phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra đầu vào 132

Đồ thị 4.4 Đồ thị phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra đầu ra 132

DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ

Trang

Hình 2.1 Mô hình khí lý tưởng 51

Hình 3.1 Hình ảnh đo thể tích nước 82

Hình 3.2 Hình ảnh các loại lực kế 83

Hình 3.3 Hình ảnh minh họa thí nghiệm của câu hỏi 5 83

Hình 3.4 Hình vẽ minh họa thí nghiệm đo lực quán tính 104

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ cấu trúc của PPMH 46

Sơ đồ 2.2 Quy trình phát triển TDVL cho HS thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MT 63

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ cùng với sự bùng nổ thông tin đã làm cho kho tri thức của nhân loại tăng lên nhanh chóng So với vài thập niên trước thì lượng kiến thức mà nhân loại hiện đang nắm giữ đã tăng lên một cách đáng kể và trong tương lai, lượng kiến thức đó còn tiếp tục tăng lên theo cấp số nhân Bên cạnh đó, các phương thức tiếp cận kiến thức ngày càng trở nên đa dạng và phong phú Điều này đã đặt ra cho giáo dục những nhiệm vụ mới, nặng nề và khó khăn hơn trong việc truyền thụ khối lượng kiến thức đồ sộ của nhân loại đến học sinh Vì vậy, đổi mới giáo dục là một yêu cầu cấp bách của thực tiễn đặt ra cho tất cả các nước, trong đó có Việt Nam chúng ta

Đổi mới giáo dục là một trong những vấn đề đã và đang được Đảng và Nhà nước ta quan tâm một cách sâu sắc Điều này thể hiện rõ trong các chủ trương, đường lối chính sách của Đảng và Nhà nước

Nghị quyết Trung ương VIII khóa XI của Đảng nêu rõ: “Phát triển giáo ục

và đào tạo là nâng cao ân trí, đào tạo nhân lực, ồi ưỡng nhân tài Chuyển mạnh quá trình giáo ục t chủ yếu trang kiến thức sang phát triển toàn iện năng lực

và ph m chất người học Học đi đôi với hành; lý luận gắn với thực tiễn; giáo ục nhà trường kết hợp với giáo ục gia đình và giáo ục ã hội.” [16]

Luật giáo dục quy định: “Phương pháp giáo ục phải phát huy tính tích cực,

tự giác, chủ động, tư uy sáng tạo của người học; bồi ưỡng cho người học năng lực tự học, khả năng thực hành, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên” [38]

“Phương pháp giáo ục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động,

sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của t ng lớp học, môn học; bồi ưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” [38]

Về việc ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học, Bộ Giáo dục và Đào tạo liên tục có những chỉ thị như: Chỉ thị về việc tăng cường giảng dạy và ứng dụng

công nghệ thông tin vào trong ngành giáo dục giai đoạn 2001 – 2005 số 29/2001/CT – BGD&ĐT và Chỉ thị 55/2008 CT – BGDĐT về việc tăng cường giảng dạy , đào tạo và ứng dụng công nghệ thông tin vào trong ngành giáo dục giai

đoạn 2008 -2012 số 55/2008/CT – BGD&ĐT Trong đó nêu rõ: “Đ y mạnh ứng ụng

công nghệ thông tin trong giáo ục và đào tạo ở tất cả các cấp học, ậc học, ngành học theo hướng sử ụng công nghệ thông tin như là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất cho đổi mới phương pháp giảng ạy, học tập ở tất cả các môn học” [6] “Khuyến khích giáo viên, giảng viên soạn bài trình chiếu, bài giảng điện tử và giáo án trên máy tính Khuyến khích giáo viên, giảng viên trao đổi kinh nghiệm giảng dạy qua website của các cơ sở giáo dục và qua Diễn đàn giáo dục trên Website Bộ” [7]

Về nhiệm vụ trọng tâm của giáo dục mầm non, giáo dục phổ thông, giáo dục thường xuyên, giáo dục chuyên nghiệp các năm học 2011 – 2012, 2013 – 2014,

2014 – 2015, Bộ Giáo dục và Đào tạo có chỉ thị: “Tăng cường ứng dụng công nghệ

thông tin trong đổi mới phương pháp ạy – học và công tác quản lý giáo dục ” [8];

“Tăng cường các hoạt động nhằm giúp học sinh vận dụng tốt kiến thức đã học vào

giải quyết các vấn đề thực tiễn; Phát động sâu rộng cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học”[9]; “Tiếp tục triển khai đồng bộ các giải pháp đổi mới giáo dục phổ thông theo mục tiêu phát triển năng lực và ph m chất học sinh; nâng cao

kỹ năng ngoại ngữ, tin học; rèn luyện năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn; phát triển năng lực sáng tạo và tự học Tiếp tục triển khai đổi mới phương pháp ạy

và học gắn với đổi mới hình thức, phương pháp thi, kiểm tra và đánh giá kết quả giáo dục theo hướng đánh giá năng lực người học; kết hợp đánh giá trong quá trình với đánh giá cuối kỳ, cuối năm học” [10]

Mục tiêu giáo dục trong thế kỷ XXI là: “Học để biết; học để làm; học để

cùng chung sống, học để sống với người khác; học để làm người” [28], [33] Với

mục tiêu giáo dục này, trường học không chỉ là nơi truyền thụ kiến thức cho người học mà còn là nơi người học được rèn luyện và phát triển những phẩm chất cần thiết cho cuộc sống sau này

Từ các nhận định trên cho thấy giáo dục phải chú trọng đến sự phát triển của

cá nhân, khuyến khích ý thức tự lực của người học Tránh tình trạng dạy học theo

kiểu “thầy đọc trò chép”, học thuộc lòng, máy móc Học sinh phải là chủ thể của nhận thức, phải là người chủ động tiếp thu và làm nên kiến thức cho mình Điều đó

có nghĩa là, các em cần phải học phương pháp học, phương pháp tư duy và phải có năng lực tư duy để có thể tự học Đồng thời giáo viên cần phải tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong đổi mới phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng

và hiệu quả dạy học Ngoài ra, cần chuyển đổi mục tiêu kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh theo hướng đánh giá năng lực người học

Những định hướng chỉ đạo của Đảng và Nhà nước là đúng đắn, tuy nhiên quá trình thực hiện ở các cấp giáo dục, các cơ sở đào tạo, các trường còn những hạn chế, thiếu sót và bất cập Điều này có thể thấy được thông qua nhận định của báo cáo của Ban chấp hành Trung ương Đảng khóa IX ngày 10 tháng 4 năm 2006 về

phương hướng nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội 5 năm 2006 – 2010: “Chất lượng

giáo dục còn nhiều yếu kém; khả năng chủ động, sáng tạo của học sinh, sinh viên ít được bồi ưỡng, năng lực thực hành của học sinh, sinh viên còn yếu Chương trình, phương pháp ạy và học còn lạc hậu, nặng nề, chưa thật phù hợp” [2]

Vật lý học nghiên cứu các vận động cơ bản nhất của vật chất Vật lý học đòi hỏi người nghiên cứu phải có kĩ năng quan sát tinh tế, phải khéo léo khi làm thí nghiệm, đồng thời phải có tư duy logic chặt chẽ và phải biết trao đổi, thảo luận để khẳng định chân lí [45], [49], [58] Để học tốt môn Vật lý học sinh phải nắm vững hiện tượng vật lý, các nguyên lý, định luật vật lý; biết cách dự đoán các kết quả của các thí nghiệm vật lý hoặc các hiện tượng, biết vận dụng linh hoạt các kiến thức đã học trong các tình huống mới Nghĩa là nếu học sinh nắm được các thao tác tư duy vật lý, thì sẽ học tập hiệu quả hơn Ở trường phổ thông, bên cạnh việc tiếp thu các kiến thức cơ bản của vật lý, học sinh còn cần phải được làm quen và luyện tập với các phương pháp nghiên cứu của nhà vật lý để từ đó đạt được các kết quả tốt hơn trong học tập Các nghiên cứu cũng chứng tỏ rằng phương pháp giảng dạy vật lý tốt nhất là áp dụng phương pháp nghiên cứu vật lý của các nhà khoa học vào dạy học [58], [83] Ngoài phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình cũng là một phương pháp quan trọng trong nghiên cứu vật lý Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính mà hiện nay máy tính đã giúp cho việc sử dụng phương pháp mô hình

trong dạy học vật lý trở nên đơn giản và trực quan hơn Do đó, sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý sẽ góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học

Trong bậc học THPT, học sinh nghiên cứu phần cơ học trước tiên Trong đó, các kiến thức trong chương Động lực học chất điểm là hết sức cơ bản và là cơ sở để học sinh nghiên cứu các phần khác của vật lý Vì vậy, phát triển tư duy vật lý cho học sinh khi các em học phần cơ học là một việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa Nó không những giúp cho học sinh học phần này hiệu quả hơn mà còn trang bị cho học sinh năng lực cần thiết để tiếp tục nghiên cứu các phần khác của vật lý học

Vì các lý do trên, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” vật lý lớp 10 trung học phổ thông”

2 Mục tiêu của đề tài

Xây dựng được bộ công cụ đánh giá mức độ tư duy vật lý của học sinh, nhờ đó

mà đề xuất được các biện pháp phát triển tư duy vật lý của học sinh và quy trình sử dụng các biện pháp đó thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính

3 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được các biện pháp phát triển tư duy vật lý của học sinh và đề xuất được quy trình sử dụng các biện pháp đó thông qua phương pháp mô hình với

sự hỗ trợ của máy tính và áp dụng chúng trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” vật lý lớp 10 Trung học phổ thông thì sẽ phát triển được tư duy vật lý của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện được mục tiêu đã đặt ra của đề tài, nhiệm vụ của đề tài được xác định là:

+ Nghiên cứu cơ sở lí luận về tư duy, tư duy vật lý và nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học với sự hỗ trợ của máy tính

+ Xây dựng các biện pháp phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua dạy học bằng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính

+Xây dựng công cụ đánh giá mức độ tư duy vật lý của học sinh trung học phổ thông

+ Nghiên cứu thực trạng về tư duy vật lý của học sinh trung học phổ thông hiện nay và việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý với sự hỗ trợ của máy tính

+ Xây dựng quy trình phát triển tư duy vật lý cho học sinh trong dạy học vật

lý thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính và thiết kế một số bài học thuộc chương động lực học chất điểm theo hướng sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính nhằm phát triển tư duy vật lý cho học sinh trung học phổ thông

+ Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm nghiệm giả thuyết và đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh trong dạy học

5 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy học chương động lực học chất điểm vật lý lớp 10 trung học phổ thông bằng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính theo hướng phát triển tư duy vật lý cho học sinh

6 Phạm vi nghiên cứu

Trong thời gian và khả năng cho phép, đề tài chỉ nghiên cứu việc phát triển

tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý chương “Động lực học chất điểm” lớp 10 trung học phổ thông với sự hỗ trợ của máy tính

7 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được tiến hành theo các phương pháp sau đây:

7.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh trong dạy học

Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý nói chung và chú trọng đến việc phát triển tư duy vật

lý cho học sinh

Nghiên cứu nội dung chương trình, sách giáo khoa lớp 10 để xác định mức

độ kiến thức cần xây dựng

7.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Thăm dò, trao đổi ý kiến với các đồng nghiệp và sử dụng phiếu điều tra đối với giáo viên và học sinh ở một số trường trung học phổ thông để nắm bắt thực trạng về một số vấn đề sau:

- Mức độ tư duy vật lý của học sinh ở các trường trung học phổ thông và việc

sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học môn vật lý

ở các trường trung học phổ thông hiện nay

- Khả năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn

7.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Tiến hành thực nghiệm sư phạm có đối chứng ở một số lớp trong một trường trung học phổ thông để kiểm tra tính khả thi; chỉnh lí tiến trình tổ chức phát triển tư duy vật lý cho học sinh trong dạy học; đánh giá tác động của quy trình đề ra

7.4 Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê toán học để kiểm định giả thuyết thống kê và đánh giá hiệu quả của các quy trình dạy học xây dựng được

8 Những đóng góp mới của luận án

8.1 Về mặt lí luận

- Làm rõ được khái niệm tư duy vật lý, các hoạt động tư duy vật lý, các biểu hiện của tư duy vật lý của học sinh trung học phổ thông, xây dựng được các tiêu chuẩn và các tiêu chí để đánh giá một cách định lượng mức độ tư duy vật lý của học sinh trung học phổ thông;

- Phân tích được vai trò của phương pháp mô hình đối với việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh và làm rõ được vai trò hỗ trợ của máy tính khi sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý;

- Đề xuất được các biện pháp phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý

ở trường phổ thông và đề xuất được quy trình phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính

9 Cấu trúc luận án

Mở đầu

Nội dung

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính

Chương 3: Đánh giá và phát triển tư duy vật lý cho học sinh khi dạy học chương “Động lực học chất điểm” thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính

Chương 4: Thực nghiệm sư phạm

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Nghiên cứu về tư duy và phát triển tư duy trong dạy học nói chung

1.1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài về phát triển tư duy trong dạy học

Phát triển tư duy là một vấn đề được nhiều nhà giáo dục trên thế giới quan tâm Các nghiên cứu về tư duy trong dạy học xuất hiện từ rất sớm Chẳng hạn như nhóm tác giả Bransford, Sherwood, Vye, và Rieser công bố bài báo “Teaching

thinking and problem solving” trên tạp chí American Psychologist năm 1986 [60],

tác giả Cotton nghiên cứu về “Teaching Thinking Skills” vào năm 1991 [63] Đề tài này cũng liên tục được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây Điển hình có một số nghiên cứu như “The Incorporation of Thinking Skills in the School Curriculum” của các tác giả Rahil Mahyuddin, Zaidatol Akmaliah Lope Pihie, Habibah Elias, Mohd Majid Konting (2004) [80]; “Thinking Through School: An Evaluation Pack” của các tác giả Echevarria, A và Leat, D (2007) [66]; “Teaching Creative Thinking Skills” của tác giả Nagamurali Eragamreddy (2013) [78]

Các nghiên cứu này đã chỉ ra tầm quan trọng của việc phát triển tư duy cho học sinh (HS) trong quá trình dạy học [60], [62] Đồng thời, các nghiên cứu trên cũng đã chỉ ra các biện pháp, mức độ phát triển tư duy cho HS trong dạy học [78] và đánh giá năng lực tư duy của HS ở trung học phổ thông (THPT) trong độ tuổi 16 –

18 tuổi [80]

Tuy nhiên, các nghiên cứu trên đây là những nghiên cứu về tư duy và phát triển

tư duy trong dạy học nói chung và nghiên cứu về phát triển các năng lực tư duy cơ bản

mà chưa đề cập đến việc phát triển các tư duy đặc thù của từng môn học cụ thể

1.1.2 Các nghiên cứu ở trong nước về phát triển tư duy trong dạy học

Nghiên cứu về tư duy và phát triển tư duy trong dạy học cũng là vấn đề được nhiều tác giả trong nước quan tâm và được đề cập đến trong hầu hết các môn học

Đối với môn hóa học, có một số đề tài nghiên cứu về tư duy và phát triển tư

duy như: “Phát triển năng lực nhận thức và tư uy cho học sinh thông qua bài tập

hóa học”, Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Lê Văn Dũng (2002), Trường Đại

học sư phạm Hà Nội và “Phát triển tư uy và rèn luyện kiến thức kỹ năng thực hành

hóa học cho học sinh trung học phổ thông qua các bài tập hóa học thực nghiệm”,

Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Cao Cự Giác (2007), Trường Đại học sư phạm Hà Nội [14] [17] Ở hai đề tài này, các tác giả đã nghiên cứu về khái niệm tư duy, khái niệm tư duy hóa học, quy luật hình thành và phát triển tư duy hóa học cho

HS THPT Nghiên cứu khẳng định: “Phát triển tư duy không chỉ gắn với việc khơi dậy ở các em những xúc cảm, tình cảm đặc biệt đối với quá trình và sản phẩm tư duy mà còn liên quan đến sự hình thành những thái độ tư duy đúng đắn như mong muốn sự thật, khao khát tìm kiếm cái mới, sẵn sàng đón nhận thách thức, sẵn sàng lí giải, tranh luận, cũng như tạo lập ở các em niềm tin vào chính mình”[17] Các nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng muốn phát triển tư duy cho HS chúng ta phải tìm được điểm xuất phát cho một hoạt động tư duy nghĩa là phải trả lời được câu hỏi: Khi nào thì HS bắt đầu tư duy? [17] Đồng thời nghiên cứu cũng đưa ra bốn dấu hiệu đánh giá tư duy phát triển: có khả năng tự lực chuyển các kiến thức, kĩ năng sang các tình huống mới; tái hiện nhanh chóng kiến thức, các mối liên hệ cần thiết để giải một bài toán nào đó, thiết lập nhanh chóng mối quan hệ giữa các sự vật hiện tượng;

có khả năng phát hiện cái chung của các hiện tượng khác nhau, sự khác nhau của các hiện tượng tương tự và có năng lực áp dụng kiến thức vào thực tế [14] Ở cả hai nghiên cứu trên, các tác giả đều đánh giá sự phát triển tư duy của HS một cách định tính Để khẳng định tính hiệu quả và khả thi của đề tài, các tác giả chỉ dựa vào quan sát giờ học và điểm kiểm tra kết quả học tập của HS sau khi thực nghiệm (TN) Ngoài ra, các tác giả cũng chưa đưa ra các biện pháp cụ thể để phát triển tư duy cho

HS trong dạy học cũng như chưa xây dựng quy trình phát triển tư duy cho HS và chưa xây dựng bộ công cụ để đo mức độ tư duy của HS trong quá trình dạy học

Đối với việc phát triển tư duy trong dạy học toán học có một số nghiên cứu như: Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Nguyễn Thanh Hưng (2009), Trường

Đại học Vinh: “Phát triển tư uy iện chứng của học sinh trong dạy học hình học ở

trường phổ thông” và luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Nguyễn Văn Thuận

(2004), Trường Đại học Vinh: “Góp phần phát triển năng lực tư uy logic và sử

dụng chính xác ngôn ngữ toán học cho học sinh đầu cấp trung học phổ thông trong dạy học đại số” [27] [47] Trong hai nghiên cứu này, các tác giả đã hệ thống hóa cơ

sở lí luận về tư duy và tư duy toán học trong đó nêu rõ khái niệm tư duy, đặc điểm, tác dụng và phân loại tư duy; khái niệm tư duy toán học, các thành phần của tư duy toán học, các loại hình của tư duy toán học; khái niệm tư duy biện chứng, sự cần thiết phải rèn luyện và phát triển tư duy biện chứng cho HS trong dạy học môn toán [27], [47] Đồng thời, các nghiên cứu này đã xây dựng được 7 biện pháp nhằm góp phần rèn luyện và phát triển tư duy biện chứng cho HS thông qua dạy học hình học

ở trường phổ thông Các biện pháp đó bao gồm [27]:

1 Làm cho HS biết cách xem xét các đối tượng toán học trong cả quá trình lịch sử phát triển của nó và xem xét đối tượng toán học một cách khách quan để thấy nguồn gốc ra đời, điều kiện tồn tại và bản chất của đối tượng

2 Làm cho HS biết cách xem xét các đối tượng toán học dưới nhiều khía cạnh khác nhau và xem xét các đối tượng toán học trong mối liên hệ với các đối tượng phi toán học có liên quan

3 Làm cho học sinh biết phát hiện những thay đổi từ sự biến đổi về lượng sang sự biến đổi về chất

4 Làm cho HS có khả năng xem xét đối tượng toán học trong sự mâu thuẫn

và thống nhất

5 Làm cho HS biết xem xét một đối tượng toán học đồng thời xem xét phủ định của đối tượng đó

6 Làm cho HS thấy được mỗi liên hệ giữa các kiến thức toán học với thực tiễn

7 Làm cho HS biết chú trọng các thao tác tư duy

Trong cả hai nghiên cứu trên, các tác giả chỉ đưa ra các biện pháp phát triển

tư duy một cách tổng quát và khá trừu tượng Điều này gây khó khăn không nhỏ cho

GV khi muốn áp dụng vào thực tế giảng dạy Đặc biệt các tác giả cũng chưa đề xuất các quy trình chung để phát triển tư duy biện chứng và tư duy logic cho HS, do đó

GV sẽ rất lúng túng khi tìm cách phát triển tư duy cho HS theo hướng của đề tài Ngoài ra, các tác giả cũng chưa chú trọng đến việc đánh giá năng lực tư duy của HS,

cụ thể là cả hai đề tài trên đều chưa đưa ra các tiêu chí để đánh giá mức độ tư duy của HS, chưa xây dựng công cụ để đo năng lực tư duy biện chứng và năng lực tư duy logic và sử dụng chính xác ngôn ngữ toán học của HS

Tại hội thảo “Một số vấn đề chung về xây dựng chương trình giáo dục phổ thông sau năm 2015”, phát triển tư duy và rèn luyện các kỹ năng tự học cho HS là một trong những vấn đề đang được các nhà giáo dục quan tâm Theo Đinh Quang Báo, HS phổ thông cần phải được hình thành và phát triển các năng lực chung và năng lực chuyên biệt trong đó có năng lực tư duy [1] Các tác giả khác như Đỗ Tiến Đạt, Mai Văn Hưng, Nguyễn Thành Thi, Trần Kiều, Nguyễn Đức Vũ… đều cho rằng chuẩn giáo dục phổ thông phải có chuẩn về năng lực tư duy nói chung và các năng lực tư duy chuyên biệt cho từng bộ môn [15], [26], [29], [57] Các nghiên cứu trên thống nhất rằng việc phát triển tư duy cho HS là bắt buộc đối với tất cả các môn học Ngoài ra, ở một số môn học như toán học, ngữ văn, hóa học, địa lí… thì còn phải phát triển tư duy đặc thù bộ môn cho HS Tuy nhiên các nghiên cứu này mới dừng lại ở mức độ đánh giá tầm quan trọng của việc phát triển tư duy cho HS trong dạy học mà chưa nghiên cứu đến các biện pháp, con đường cụ thể để có thể phát triển tư duy cho HS trong dạy học cũng như chưa nghiên cứu về vấn đề đánh giá năng lực tư duy nói chung và các năng lực tư duy đặc thù của HS nói riêng do

đó chưa có công trình nào đưa ra công cụ đánh giá sự phát triển tư duy của HS và chưa đề xuất quy trình và các biện pháp phát triển tư duy cho HS đặc biệt là các tư duy đặc thù của từng bộ môn

Có thể nói rằng, các nghiên cứu trong nước từ trước đến nay đều có sự chú ý đến việc phát triển tư duy cho HS trong quá trình dạy học, đặc biệt là các nghiên cứu định hướng cho việc xây dựng chương trình giáo dục phổ thông sau năm 2015 Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào đề xuất một quy trình cụ thể để phát triển tư duy cho HS và cũng chưa có nghiên cứu nào xây dựng bộ công cụ đánh giá tư duy của

HS ở trường THPT

1.2 Nghiên cứu về phát triển tư duy trong dạy học vật lý

1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài về phát triển tư duy trong dạy học vật lý

Phát triển tư duy cho HS là một trong những nhiệm vụ của GV trong quá trình dạy học Do đó, phát triển tư duy trong dạy học vật lý là nhiệm vụ không thể thiếu của các GV vật lý Trên thực tế đề tài này đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học và nhà giáo dục trên thế giới

Đã có một số công trình nghiên cứu về việc phát triển và bồi dưỡng năng lực

tư duy cho HS trong dạy học vật lý Điển hình là các nghiên cứu sau: “FCI

Normalized Gain, Scientific Reasoning Ability, Thinking in Physics, and Gender Effects” của nhóm tác giả Vincent P Coletta, Jeffrey A Phillips, and Jeff

Steinert;“Students' conceptual thinking and teachers' perceptions about their

classroom performance in Physics” của các tác giả Munir Khan, và Muhammad

Naseer Ud Din và “Teaching information evaluation an critical thinking skills in

physics classes” của nhóm tác giả Adriana Popescu, James Morgan (2007) [59],

Các kết quả nghiên cứu trên kết luận rằng: có thể rèn luyện để phát triển tư duy cho HS và trong quá trình dạy học vật lý cần chú trọng hơn nữa việc phát triển

tư duy cho HS [59] [71]

Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chưa đề cập đến các kỹ năng tư duy đặc thù cần thiết trong nghiên cứu Vật lý, chưa chỉ ra các biện pháp cụ thể có thể áp dụng để phát triển tư duy cho HS

1.2.2 Các nghiên cứu trong nước về phát triển tư duy trong dạy học vật lý

Về vấn đề tư duy trong dạy học vật lý, có Luận án Tiến sĩ Giáo dục học của tác giả Vũ Đào Chỉnh (1986) với đề tài “Phát triển tư uy học sinh ằng cách ồi

ưỡng cho họ phương pháp nhận thức của vật lý thông qua ạy quang hình học ở lớp 12 trường phổ thông trung học”, Trường Đại học Sư Phạm I Hà Nội Trong

luận án này, tác giả hệ thống hóa cơ sở lí luận về tư duy và phát triển tư duy của HS Tác giả khẳng định: “Một trong những nhiệm vụ cơ bản của việc dạy học vật lý là phát triển tư duy và hoạt động sáng tạo của HS” [12] Tác giả còn chỉ ra một số dấu hiệu của tư duy phát triển và sáng tạo, trong đó chỉ rõ năng lực tư duy thể hiện ở kết quả của các thao tác tư duy (phân tích, tổng hợp, trừu tượng hóa, cụ thể hóa, khái quát hóa, các suy diễn và hình thành các khái niệm vật lý); sự di chuyển kiến thức mới, áp dụng các phương pháp cách thức hoạt động trí tuệ đã thu nhận được vào các đối tượng và quá trình mới; sự tổ chức các hoạt động nhận thức (HĐNT) vật lý (gồm các bước: xác định vấn đề nghiên cứu, tạo lại các sự kiện để xây dựng giả thuyết; rút ra các hệ quả từ giả thuyết, kiểm tra lại bằng thực nghiệm; lập kế hoạch kiểm tra, chọn thiết bị thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm; so sánh kết quả thí nghiệm và kết quả rút ra từ giả thuyết); tính động của tư duy; tính mềm dẻo của tư duy và áp dụng kiến thức vào thực tế Trong nghiên cứu của mình, tác giả tiến hành bồi dưỡng các phương pháp nhận thức vật lý cho HS (phương pháp giả thuyết – thực nghiệm, mô hình hóa, hộp đen, thí nghiệm trực diện nghiên cứu và một số phương pháp đặc thù của phần quang hình học Kết quả TN của đề tài cho phép tác giả kết luận một cách định tính rằng “tư duy của HS đã có sự phát triển ở một số dấu hiệu, đôi khi còn chưa thật rõ nét” [12] Đây chính là thành công bước đầu trong việc phát triển tư duy của HS thông qua việc bồi dưỡng cho HS các phương pháp nhận thức vật lý Đề tài nghiên cứu này có thể làm cơ sở cho các nghiên cứu nhằm phát triển tư duy cho HS trong dạy học vật lý Kế thừa và phát triển kết quả nghiên

cứu của đề tài trên, Trịnh Thị Hải Yến đã nghiên cứu thành công đề tài “Sử dụng

phương pháp nhận thức (phương pháp mô hình) trong ạy học vật lý phổ thông nhằm phát triển tư uy học sinh”, luận án tiến sĩ giáo dục – tâm lí (1996), trường

Đại học Sư phạm Hà Nội Trong nghiên cứu của mình, tác giả tập trung nghiên cứu

phương pháp mô hình (PPMH) và áp dụng phương pháp này trong dạy học vật lý để phát triển tư duy cho HS Tuy nhiên trong nghiên cứu này, tác giả chưa chỉ ra vai trò của PPMH đối với việc phát triển tư duy của HS và chưa đánh giá hiệu quả phát triển tư duy cho HS khi sử dụng PPMH Cả hai nghiên cứu trên đều chưa đánh giá một cách định lượng sự phát triển tư duy của HS trong quá trình nghiên cứu và chưa làm nổi bật khả năng phát triển tư duy của HS khi sử dụng các phương pháp nhận thức khoa học cũng như chưa đề xuất quy trình phát triển tư duy của HS và không xây dựng công cụ để đánh giá sự phát triển tư duy của HS

Ngoài ra còn có một số luận văn Thạc sĩ nghiên cứu về việc phát triển tư duy

và tư duy vật lý (TDVL) trong dạy học vật lý ở trường phổ thông Điển hình có các

đề tài “Phát triển năng lực tư uy vật lý rèn luyện năng lực vận dụng kiến thức

thông qua hệ thống bài tập của phần “Dòng điện xoay chiều” trong chương trình lớp 12 THPT” của tác giả Phan Xuân Cát ; “Các bài tập cơ học để nâng cao chất lượng để rèn luyện và phát triển năng lực tư uy vật lý cho học sinh trung học cơ sở (THCS)” của tác giả Bùi Văn Phỏng; “Góp phần bồi ưỡng tư uy vật lý cho học sinh thông qua bài tập thí nghiệm phần tử trường và cảm ứng điện t lớp 11 THPT”

của tác giả Nguyễn Trọng Thạch; “Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm góp

phần bồi ưỡng tư uy sáng tạo cho học sinh (áp dụng cho chương “Dòng điện không đổi” vật lý 11 nâng cao)” của tác giả Bùi Danh Hào; “Xây dựng hệ thống câu hỏi đ nh hướng phát triển tư uy của học sinh trong dạy học chương” Dao động cơ” vật lý 12 chương trình cơ ản” của tác giả Đặng Xuân Hiệp Các đề tài trên đã

hệ thống hóa cơ sở lí luận về tư duy, TDVL: các đặc điểm của tư duy; các giai đoạn của quá trình tư duy; các thao tác và hành động TDVL phổ biến, đồng thời chỉ ra năm biện pháp phát triển tư duy cho HS trong dạy học vật lý (tạo nhu cầu, hứng thú, kích thích sự ham muốn hiểu biết của HS; xây dựng logic nội dung phù hợp với đối tượng HS; rèn luyện cho HS các thao tác tư duy, những hành động nhận thức phổ biến trong dạy học vật lý; dạy HS nhận thức theo các phương pháp nhận thức của các nhà vật lý và rèn luyện ngôn ngữ vật lý cho HS) [11], [20], [25], [25], [37], [43] Tất cả các đề tài trên đều đề cập đến khái niệm TDVL nhưng chưa chỉ ra các biểu hiện của TDVL, các biện pháp phát triển TDVL, cơ sở để đánh giá mức độ TDVL

của HS và đều chưa đánh giá một cách định lượng mức độ TDVL của HS trong quá trình nghiên cứu

1.3 Nghiên cứu về việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý

Phương pháp mô hình là một phương pháp nhận thức đặc thù của bộ môn Vật

lý, do đó nếu khai thác và vận dụng phương pháp này vào dạy học thì không những

có thể giúp HS nắm chắc các kiến thức vật lý mà còn giúp HS hiểu được phương pháp nghiên cứu của bộ môn Vì vậy, PPMH đã được các nhà khoa học, nhà sư phạm trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu với tư cách là một phương pháp dạy học

1.3.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài về việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý

Sử dụng PPMH trong dạy học vật lý là một lĩnh vực được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm và nghiên cứu Điển hình như các nghiên cứu của David Hestenes

và các cộng tác như “A modeling theory of physics instruction” công bố năm 1987 [67]; “A modeling method for high school physics instruction” công bố năm 1995 [88] hoặc “Modeling methodology for physics teachers” công bố năm 1997 [68];

“Modeling instruction: an effective model for science education” công bố năm 2009 [70] Các nghiên cứu trên đề xuất quy trình dạy học bằng PPMH gồm 2 giai đoạn: phát triển mô hình và ứng dụng mô hình Trong đó giai đoạn 1 – phát triển mô hình – được thực hiện thông qua 4 bước: mô tả đối tượng, xây dựng mô hình, suy ra hệ quả và xác nhận mô hình [67] Đồng thời các nghiên cứu trên cũng mô tả cách áp dụng mô hình vào giảng dạy thực tế trên lớp học để phát triển năng lực giải quyết vấn đề và hiệu quả của việc sử dụng phương pháp này trong dạy học phần cơ học [68] [88] Ngoài ra, các nghiên cứu này còn nhấn mạnh vai trò của máy tính trong khi dạy học bằng PPMH và khẳng định rằng máy tính có thể được sử dụng trong tất

cả các tiết học được giảng dạy bằng PPMH [79], [88] Tuy nhiên, theo các nghiên cứu trên để áp dụng PPMH để giảng dạy một kiến thức vật lý cần khoảng 4 đến 6 tuần Điều này không phù hợp với chương trình vật lý của Việt Nam do đó, không thể ứng dụng các nghiên cứu trên vào giảng dạy ở Việt Nam một cách máy móc được Đồng thời, các nghiên cứu trên chỉ khẳng định vai trò của PPMH đối với việc

phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS mà chưa nghiên cứu đến vai trò của PPMH đối với việc phát triển tư duy cho HS

Ngoài ra còn có rất nhiều nghiên cứu khác về việc sử dụng mô hình và PPMH trong dạy học như “Powerful Practices in Mathematics and Science Research-Based Practices for Teaching and Learning” của hai tác giả Carpenter and Romberg được công bố năm 2004, trong đó nghiên cứu về vai trò của mô hình trong dạy học [62] Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng trong dạy học mô hình được sử dụng như một công cụ để: hình dung, giải thích hoặc dự đoán Khi mô hình được sử dụng

để hình dung, nó phải chứa đựng những đặc trưng của đối tượng mà nó đại diện Khi mô hình được sử dụng để giải thích, nó chứa các nhân tố thuộc bản chất giúp hiểu rõ về hiện tượng cần giải thích, còn khi được sử dụng để dự đoán thì mô hình phải giúp người sử dụng kiểm tra các giả thuyết và dự đoán của họ về các hiện tượng [62] Hoặc các nghiên cứu đã chỉ ra tầm quan trọng của PPMH như là một phương pháp dạy học và khả năng đóng góp của nó đối với việc phát triển nhận thức của HS [64], [68], [72], [73], [74], [82], [85] Các nghiên cứu này chỉ ra cách sử dụng PPMH như một phương pháp dạy học và cách thức sử dụng PPMH trong quá trình dạy học cũng như vai trò của nó đối với việc phát triển nhận thức của HS Đồng thời các nghiên cứu này cũng so sánh kết quả của việc sử dụng PPMH đối với các phương pháp khác và chỉ ra một số kết quả TN trong việc triển khai thí điểm PPMH trong một số trường hợp cụ thể Để khắc phục các khó khăn có thể gặp phải khi sử dụng PPMH trong dạy học vật lý, Romanovskis Tomass đã đề xuất giải pháp

sử dụng các thí nghiệm mô phỏng kết hợp với PPMH Trong nghiên cứu của mình, Romanovskis Tomass đã đề xuất việc sử dụng các thí nghiệm mô phỏng trong khâu làm việc với mô hình, suy ra hệ quả lí thuyết và sau đó có thể dùng các thí nghiệm thực để kiểm tra tính đúng đắn của mô hình Việc làm này đã khắc phục được khó khăn lớn nhất của GV và HS khi sử dụng PPMH do HS không cần phải thực hiện các thí nghiệm thuần túy tưởng tượng

Tóm lại, vấn đề phát triển tư duy cho HS trong dạy học nói chung và trong dạy học vật lý nói riêng từ trước đến nay vẫn luôn thu hút được sự quan tâm, nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới Phương pháp mô hình là một phương pháp đặc thù

của nghiên cứu vật lý và có vai trò hết sức quan trọng trong dạy học vật lý cho nên đã

có nhiều nhà giáo dục tìm cách áp dụng PPMH vào dạy học vật lý Tuy nhiên, chưa

có nghiên cứu nào chỉ ra mối quan hệ giữa việc sử dụng PPMH trong dạy học vật lý

và sự phát triển tư duy của HS cũng như chưa có đề tài nào nghiên cứu xây dựng bộ công cụ đánh giá mức độ TDVL của HS THPT

1.3.2 Các nghiên cứu trong nước về việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý

Trong Luận án Tiến Sĩ Sư Phạm – Tâm Lý “Sử dụng phương pháp nhận thức

(phương pháp mô hình) trong ạy học vật lý phổ thông nhằm phát triển tư uy học sinh”, tác giả Trịnh Thị Hải Yến đã trình bày cơ sở lý luận của việc sử dụng PPMH

trong dạy học vật lý ở trường phổ thông Nghiên cứu đã đi sâu phân tích, làm rõ khái niệm, chức năng, tính chất, phân loại mô hình, PPMH trong vật lý học và PPMH trong dạy học vật lý Nghiên cứu chỉ ra PPMH có thể được áp dụng ở 5 mức

độ (HS làm quen với PPMH; HS sử dụng mô hình mà GV đưa ra để giải thích một

số hiện tượng; HS sử dụng mô hình mà GV đưa ra để dự đoán hiện tượng mới và đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra; HS tham gia vào cả 4 giai đoạn của PPMH dưới sự hướng dẫn của GV và HS tự lực xây dựng mô hình để giải quyết nhiệm vụ nhận thức) và quy trình 4 giai đoạn của PPMH ứng với 2 loại mô hình quan trọng có tác dụng lớn trong nghiên cứu và học tập vật lý là mô hình biểu tượng và mô hình

đồ thị Các giai đoạn của quy trình trên bao gồm: nghiên cứu đối tượng gốc; xây dựng mô hình; làm việc trên mô hình suy ra hệ quả lí thuyết và thực nghiệm kiểm tra [58] Tác giả cũng chỉ ra tiềm năng của PPMH nếu được khai thác trong giảng

dạy môn vật lý ở trường THPT Trong “Phương pháp ạy học truyền thông và đổi

mới”, Thái Duy Tuyên đã đưa ra các khái niệm về mô hình, PPMH, tính chất mô

hình, phân loại mô hình và phân loại các PPMH theo tính chất của đối tượng nghiên cứu Đồng thời tác giả cũng đưa ra 3 giai đoạn của PPMH hóa trong dạy học Các

tác giả Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng trong “Tổ chức HĐNT cho học sinh

trong dạy học vật lý ở trường phổ thông” cũng đưa ra 4 giai đoạn của PPMH trong

dạy học và 5 mức độ sử dụng PPMH trong dạy học vật lý Bốn giai đoạn của PPMH trong dạy học tương ứng với 4 giai đoạn của PPMH trong nghiên cứu vật lý Năm

mức độ áp dụng quy trình tương ứng với trình độ của HS và yêu cầu làm việc với PPMH từ thấp đến cao [44], [45], [53], [58]

Ngoài ra còn có các Luận văn Thạc sĩ nghiên cứu về việc sử dụng PPMH

trong dạy học như: “Sử dụng phương pháp mô hình để dạy học chương “Điện tích”

ở lớp 9 – trường Trung học cơ sở” của tác giả Lương Thị Tú Oanh; “Phương pháp

mô hình trong việc giảng dạy chương “ Cấu tạo chất “ ở lớp 7 phổ thông cơ sở” của

tác giả Thái Thị Lệ Hằng; “Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình trong ạy

học chương “Thuyết động học phân tử và chất khí lí tưởng’ vật lý lớp 10” của tác

giả Lê Quốc Thịnh và “Ứng dụng phương pháp mô hình trong dạy học chương “

Dòng điện trong các môi trường” Vật lý lớp 11 Trung học phổ thông” của tác giả

Phan Đăng Sơn Các nghiên cứu này hệ thống hóa cơ sở lí luận về việc sử dụng PPMH trong dạy học vật lý và đều thống nhất sử dụng quy trình 4 giai đoạn của PPMH với 5 mức độ sử dụng PPMH như kết quả nghiên cứu của tác giả Trịnh Thị Hải Yến Ở các luận văn Thạc sĩ nêu trên, các tác giả đã sử dụng máy tính (MT) vào dạy học vật lý thể hiện qua các giáo án được thiết kế [22], [36], [42], [46]

Tuy nhiên, khi sử dụng PPMH trong dạy học vật lý, GV và HS thường gặp khó khăn ở 2 giai đoạn là xây dựng mô hình và làm việc với mô hình suy ra hệ quả

lí thuyết Các nghiên cứu trên chưa đưa ra được hướng khắc phục cho các khó khăn này Thông thường, GV thường cung cấp mô hình đã được xây dựng sẵn cho HS và trình bày thí nghiệm tưởng tượng với mô hình để HS theo dõi, điều này làm hạn chế tính chủ động của HS trong việc tiếp nhận kiến thức Ngoài ra, tuy có sử dụng MT trong quá trình dạy học nhưng chưa có nghiên cứu nào chỉ rõ vai trò hỗ trợ của MT đối với PPMH và chưa có đề tài nào nghiên cứu cách sử dụng MT để khai thác PPMH một cách hiệu quả nhất

1.4 Vấn đề cần nghiên cứu của luận án

Trên cơ sở về tổng quan đã trình bày, trong đề tài này, chúng tôi sẽ tiến hành:

1 Nghiên cứu, làm rõ khái niệm TDVL, các biểu hiện của TDVL trong học tập môn Vật lý, xây dựng các tiêu chuẩn để đánh giá TDVL của HS THPT và xây dựng bộ công cụ để đánh giá một cách định lượng TDVL của HS THPT,

2 Nghiên cứu về PPMH trong dạy học vật lý và vai trò, khả năng của PPMH trong việc phát triển TDVL của HS ở trường THPT,

3 Nghiên cứu những khó khăn sẽ gặp khi sử dụng PPMH trong dạy học và tìm cách khắc phục các khó khăn đó với sự hỗ trợ của MT,

4 Xây dựng các biện pháp và quy trình phát triển TDVL cho HS trong dạy học vật lý thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MT,

5 Áp dụng quy trình để xây dựng các bản thiết kế bài dạy học thuộc phần cơ học vật lý lớp 10 THPT nhằm phát triển TDVL cho HS,

6 Tiến hành TN sư phạm nhằm đánh giá mức độ phù hợp, tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MT để phát triển TDVL cho HS trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

Đối với bộ môn Vật lý, có khá nhiều công trình nghiên cứu về tư duy nói chung và TDVL nói riêng Các nghiên cứu này đều thống nhất về khái niệm TDVL, các thao tác và hành động TDVL phổ biến, đồng thời chỉ ra năm biện pháp phát triển tư duy cho HS trong dạy học vật lý (tạo nhu cầu, hứng thú, kích thích sự ham muốn hiểu biết của HS; xây dựng logic nội dung phù hợp với đối tượng HS; rèn luyện cho HS các thao tác tư duy, những hành động nhận thức phổ biến trong dạy học vật lý; dạy HS nhận thức theo các phương pháp nhận thức của các nhà vật lý và rèn luyện ngôn ngữ vật lý cho HS) Tuy nhiên, chưa có đề tài nào nghiên cứu, đề xuất bộ công cụ đánh giá TDVL của HS THPT và xây dựng một quy trình cụ thể để phát triển TDVL cho HS trong quá trình dạy học

Từ việc tổng hợp các kết quả nghiên cứu về việc sử dụng PPMH trong dạy học vật lý ở THPT cho thấy đây là một vấn đề thu hút được sự quan tâm của nhiều tác giả trong và ngoài nước Các đề tài nghiên cứu này đã chỉ rõ khái niệm mô hình, phân loại mô hình, xây dựng quy trình sử dụng PPMH trong dạy học vật lý đồng thời phân chia việc sử dụng PPMH thành các mức độ từ thấp đến cao Tuy nhiên chưa có đề tài nào nghiên cứu về vai trò của PPMH trong việc phát triển TDVL cho

HS và đưa ra các biện pháp phát triển TDVL của HS thông qua PPMH

Trên cơ sở nghiên cứu các công trình nghiên cứu về tư duy và phát triển tư duy trong dạy học nói chung và trong dạy học vật lý nói riêng, kết hợp với các nghiên cứu về PPMH và sự vận dụng của PPMH trong dạy học vật lý Chúng tôi xác định hướng nghiên cứu của đề tài này là “Phát triển tư duy vật lý cho HS thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MT trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” vật lý lớp 10 THPT”

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN TƯ DUY VẬT LÝ CHO HỌC SINH THÔNG QUA VIỆC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH

2.1 Tư duy và tư duy vật lý

2.1.1 Tư duy

Theo M.N Sacđacôp: “Tư duy là sự nhận thức khái quát hóa và gián tiếp những sự vật hiện tượng của hiện thực trong những dấu hiệu, những thuộc tính chung và bản chất của chúng Tư duy cũng là sự nhận thức và sự xây dựng sáng tạo những sự vật, hiện tượng mới, riêng lẻ của hiện thực trên cơ sở những tri thức khái quát hóa đã thu nhận được” [41] Theo Feldman Roberts và Nguyễn Quang Uẩn: “Tư duy

là sự phản ánh trong bộ não con người những dấu hiệu bản chất của sự vật và hiện tượng những mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng” [39], [54]

Trong quá trình tư duy, con người sử dụng các khái niệm Khái niệm phản ánh những đặc điểm chung, bản chất của một nhóm sự vật và hiện tượng có những điểm tương đồng [19] Tư duy là sự phản ánh thực tiễn một cách khái quát vì nó phản ánh những thuộc tính của hiện thực thông qua các khái niệm mà các khái niệm lại tách khỏi những sự vật cụ thể, những cái chứa đựng những thuộc tính đó Tư duy phản ánh hiện thực một cách gián tiếp vì nó thay thế những hành động thực tế với chính các sự vật bằng các hành động tinh thần với những hình ảnh của chúng Tư duy cho phép giải quyết những nhiệm vụ thực tế thông qua hoạt động tinh thần (lí luận) bằng cách dựa trên những tri thức về các thuộc tính và các mối quan hệ của các sự vật được củng cố trong các khái niệm

Tư duy có liên quan trực tiếp đến nhận thức cảm tính, có tính trừu tượng và khái quát, có tính gián tiếp, có tính có vấn đề và liên hệ trực tiếp đến ngôn ngữ.[24] [44], [55]

Quá trình tư duy bao gồm các thao tác trí tuệ hay còn gọi là thao tác tư duy Các thao tác tư duy cơ bản gồm có: phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá [19], [34], [39], [54]

2.1.2 Tƣ duy vật lý

2.1.2.1 Khái niệm

Theo L.I Rênicôv, A.V Piôruxki và P.A Znamenxki “Tư duy vật lý là một quá trình hành động trí tuệ bao gồm: kĩ năng quan sát các hiện tượng vật lý, phân tích một hiện tượng vật lý phức tạp thành những bộ phận thành phần đồng thời xác lập những mối quan hệ, những sự phụ thuộc xác định giữa chúng, tìm ra những mối liên hệ giữa những mặt định tính và định lượng của các hiện tượng và đại lượng vật lý, dự đoán trước các hệ quả từ các thuyết và áp dụng được các kiến thức của mình” [40]

Khái niệm này được các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng phát biểu lại như sau: “Tư duy vật lý là sự quan sát các hiện tượng vật lý, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa chúng

có những mối quan hệ và những sự phụ thuộc xác định, tìm ra mối quan hệ giữa mặt định tính và mặt định lượng của các hiện tượng và đại lượng vật lý, dự đoán các hệ quả mới từ các thuyết và vận dụng những kiến thức khái quát thu được vào thực tiễn” [44]

Các hiện tượng vật lý trong tự nhiên rất phức tạp, nhưng những định luật chi phối chúng thường là đơn giản Nhưng vì mỗi hiện tượng chịu tác động đồng thời hoặc tuần tự nhau của các yếu tố bên ngoài mà ta chỉ có thể quan sát được kết quả tổng hợp cuối cùng Vì thế muốn nhận thức được những đặc tính bản chất và quy luật của tự nhiên thì việc đầu tiên là phải phân tích được hiện tượng phức tạp thành các bộ phận, các giai đoạn mà mỗi bộ phận hoặc giai đoạn này bị chi phối bởi một

số ít nguyên nhân, yếu tố Có như thế chúng ta mới xác lập được những mối quan

hệ bản chất, trực tiếp hoặc những sự phụ thuộc định lượng giữa các đại lượng vật lý dùng để đo lường những thuộc tính của sự vật hiện tượng Những kết luận thu được

có thể phản ánh đúng thực tiễn khách quan nhưng cũng có khi sự phản ánh đó chưa hoàn toàn chính xác Muốn biết chúng có phản ánh đúng thực tiễn khách quan hay không, ta phải kiểm tra bằng thí nghiệm Ta phải xuất phát từ những kết luận khái quát đã đúc kết được mà suy ra những hệ quả, dự đoán những hiện tượng mới có thể quan sát được trong thực tiễn Sau đó, nếu thí nghiệm xác nhận hiện tượng mới đúng như dự đoán thì kết luận khái quát ban đầu mới được xem là chân lí Mặt

khác, việc vận dụng những kiến thức khái quát vào thực tiễn tạo điều kiện cho con người cải tạo thực tiễn, làm cho các hiện tượng vật lý xảy ra theo hướng có lợi cho con người, thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của con người [44], [55]

Theo chúng tôi, TDVL là các hành động trí tuệ khi nghiên cứu vật lý bao gồm việc quan sát có chủ đích các hiện tượng vật lý, phân tích một hiện tượng vật lý phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa chúng có những mối quan hệ và những sự phụ thuộc xác định, tìm ra mối quan hệ giữa mặt định tính và mặt định lượng của các hiện tượng và đại lượng vật lý, dự đoán các hệ quả mới từ các thuyết vật lý và vận dụng những kiến thức vật lý khái quát thu được vào thực tiễn

2.1.2.2 Vai trò của tƣ duy vật lý đối với việc học tập môn Vật lý

Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến việc học của HS và chất lượng giáo dục như: trình độ văn hóa, nghề nghiệp của bố mẹ, số anh chị em trong gia đình, trạng thái kinh tế xã hội, văn hóa gia đình, môi trường học tập, thái độ, nhận thức, thói quen học tập của HS, Trong đó, kĩ năng tư duy đóng vai trò rất quan trọng [65], [69], [81], [89]

Như vậy có thể nói, TDVL đóng vai trò quan trọng đối với HS trong học tập môn vật lý Hay nói cách khác, có TDVL tốt, HS có thể học vật lý tốt hơn

Tư duy vật lý giúp HS lĩnh hội tốt các kiến thức vật lý Có TDVL, HS sẽ biết cách phân tích các kết quả quan sát một cách khoa học: loại bỏ những tác động của các yếu tố không cơ bản để thấy được sự tác động của các yếu tố cơ bản lên đối tượng, từ đó nhận ra được bản chất của vấn đề nghiên cứu Học sinh cũng biết cách tổng hợp các kết quả quan sát để thấy được các điểm chung của các đối tượng quan sát cùng chịu chi phối bởi một quy luật vật lý Học sinh sẽ có khả năng đưa ra các giả thuyết nhằm giải thích cho các hiện tượng quan sát được và đưa ra các phương

án thí nghiệm để kiểm tra các giả thuyết của mình Nghĩa là HS có khả năng tham gia vào các giai đoạn của tiến trình nghiên cứu vật lý Từ đó HS sẽ tiếp thu các kiến thức vật lý một cách chủ động và hiệu quả hơn

Tư duy vật lý giúp HS vận dụng tốt các kiến thức vật lý đã học vào các tình huống mới: Có TDVL, HS biết cách phân tích tình huống mới thành những giai

đoạn, những thành phần riêng biệt một cách hợp lí để mỗi giai đoạn, mỗi thành phần chỉ bị chi phối bởi một hoặc một vài quy luật vật lý đã học Đồng thời HS cũng sẽ tìm ra được quy luật nào tác động đến các yếu tố trong tình huống mới Từ đó giải quyết được nhiệm vụ đặt ra

Tóm lại, TDVL chính là chìa khóa để HS khám phá và vận dụng kiến thức

Có TDVL, HS có thể tự học vật lý và vận dụng các kiến thức vật lý một cách linh hoạt Vậy, phát triển TDVL cho HS trong dạy học là một việc làm cần thiết và hết sức quan trọng

2.1.3 Các hoạt động tƣ duy vật lý

Tư duy vật lý là một quá trình tư duy mang đặc thù của môn vật lý, vì vậy TDVL vừa có các đặc điểm của tư duy nói cung vừa gắn liền với các hoạt động đặc thù trong nghiên cứu vật lý Do đó, các hoạt động TDVL được cấu tạo từ các thao

tác tư duy cơ bản là: Phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, tr u tượng hóa

[39], [54]; các thao tác này được sử dụng phù hợp với đặc thù của bộ môn vật lý tạo thành các hành động TDVL, các hành động này phối hợp với nhau tạo thành các hoạt động TDVL

2.1.3.1 Các thao tác tƣ duy cơ bản

 Phân tích

Phân tích là tách đối tượng tư duy thành những bộ phận, các mối quan hệ để

nhận thức đối tượng được sâu sắc hơn [39], [54] Trong TDVL, thao tác phân tích được dùng để chia đối tượng nghiên cứu thành nhiều bộ phận, giai đoạn mà mỗi bộ phận hay giai đoạn đó chịu sự chi phối của một số ít các nguyên nhân Điều này giúp cho người học thấy được bản chất của đối tượng nghiên cứu và xác lập được các mối quan hệ giữa các yếu tố

Ví ụ: Khi quan sát sự rơi của các vật trong không khí thì dường như khối

lượng, hình dạng, kích thước, bản chất của vật đều ảnh hưởng đến sự rơi của vật

Để tìm ra yếu tố ảnh hưởng đến sự rơi của vật trong không khí ta phải tiến hành nghiên cứu sự rơi trong điều kiện tất cả các yếu tố đều giống nhau chỉ có một yếu tố khác nhau để tìm hiểu sự tác động lần lượt của từng yếu tố lên sự rơi của vật từ đó tìm ra các yếu tố có ảnh hưởng đến sự rơi của vật Kết quả cho thấy, chỉ có sức cản

của không khí ảnh hưởng đến sự rơi của vật trong không khí, nếu loại bỏ được sức cản của không khí thì các vật đều rơi như nhau

 Tổng hợp

Tổng hợp là kết hợp những thuộc tính, những thành phần riêng rẽ thành một chỉnh thể, giúp ta nhận thức đối tượng một cách bao quát hơn [39], [54] Trong TDVL, sau khi có kết quả phân tích, chúng ta phải đưa các kết quả này vào đối tượng nghiên cứu ban đầu để nhận thức đối tượng một cách tổng quát Ngược với phân tích, thao tác tổng hợp nhằm trả lời các câu hỏi: Đối tượng này chịu sự tác động của bao nhiêu yếu tố? Mỗi yếu tố đó có vai trò gì? Nếu các yếu tố đồng thời ảnh hưởng đến đối tượng thì kết quả sẽ thế nào?

Ví ụ: Khi học về định luật Ohm cho đoạn mạch chứa điện trở, ta biết mối

độ dòng điện chạy qua đoạn mạch ấy

 So sánh

So sánh là xác định sự khác nhau, giống nhau giữa các sự vật, hiện tượng (hoặc giữa các thuộc tính, các quan hệ, các bộ phận của một sự vật, hiện tượng) [39], [54] Trong TDVL, so sánh là thao tác tư duy thường được sử dụng để nghiên cứu một đối tượng mới Chúng ta thường so sánh đối tượng đang nghiên cứu với các đối tượng đã biết để tìm sự giống nhau (từ đó có thể đưa ra các kết luận về đối tượng này dựa trên những hiểu biết về đối tượng cũ) hoặc sự khác nhau (để bổ sung các tính chất mới cho đối tượng mới hoặc khẳng định đối tượng mới không có một

số tính chất như đối tượng cũ) giữa chúng

Ví ụ: khi nghiên cứu về sóng điện từ, chúng ta có thể so sánh sóng điện từ

và sóng cơ học và có thể kết luận: sóng điện từ tương tự như sóng cơ học nên nó cũng có đầy đủ các tính chất như sóng cơ học: có thể giao thoa, nhiễu xạ, thay đổi vận tốc khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác, tuần hoàn trong không gian với chu kỳ λ và tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T Tuy nhiên vì sóng điện

từ khác sóng cơ học ở chỗ nó không lan truyền dựa trên cơ chế đàn hồi của môi trường vật chất nên nó có thể truyền được trong chân không còn sóng cơ học thì không truyền được trong chân không

 Tr u tượng hoá

Trừu tượng hóa là gạt bỏ những thuộc tính, những bộ phận, những quan hệ không cần thiết về một phương diện nào đó khỏi một sự vật, hiện tượng cụ thể và chỉ giữ lại những yếu tố cần thiết để tư duy [39], [54] Trong TDVL, trừu tượng hóa

là thao tác tư duy thường được sử dụng khi xây dựng các khái niệm Để xây dựng các khái niệm vật lý, chúng ta thường gạt bỏ những yếu tố, thuộc tính không cần thiết, giữ lại và làm nổi bật các thuộc tính quan trọng thể hiện các đặc tính chung, khái quát của khái niệm được xây dựng

Ví ụ: Khi so sánh về sự nhanh, chậm của các vật chuyển động, ta thấy,

trong cùng một khoảng thời gian, vật nào đi được quãng đường lớn hơn thì chuyển động nhanh hơn Nhưng trên cùng một quãng đường, vật nào đi hết nhiều thời gian hơn thì lại chuyển động chậm hơn Vậy sau khi gạt bỏ những yếu tố không cần thiết, chúng ta có thể xây dựng khái niệm tốc độ bằng thao tác trừu tượng hóa như sau: “Tốc độ là đại lượng đặc trưng cho tính nhanh hay chậm của chuyển động và được đo bằng thương số giữa quãng đường vật đi được và thời gian để đi hết quãng đường đó” Khái niệm này thể hiện được tính tổng quát của tốc độ, dù hai vật đi trên bất kỳ quãng đường nào với thời gian nào thì chúng ta cũng đều so sánh được

sự nhanh hay chậm của chúng

 Khái quát hoá

Khái quát hóa là bao quát nhiều đối tượng khác nhau thành một nhóm, một loại… trên cơ sở một số thuộc tính chung và bản chất, những mối liên hệ có tính

quy luật Kết quả khái quát hoá cho ta một cái chung cho hàng loạt sự vật hiện tượng cùng loại [39], [54]

Trong TDVL, thao tác khái quát hóa thường được dùng khi xây dựng các định luật vật lý Để xây dựng các định luật, chúng ta cần phải tập hợp nhiều hiện tượng cùng loại để tìm một nguyên nhân chi phối chung nhất cho tất cả các hiện tượng trên Từ đó khái quát hóa thành một kết luận có tính quy luật, kết luận đó chính là các định luật vật lý

Ví ụ: Khi nghiên cứu về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của một

vật chuyển động trong trọng trường, chúng ta thấy rằng: khi vật chuyển động từ cao xuống thấp thì động năng của vật tăng và thế năng của vật giảm, còn khi vật chuyển động từ thấp lên cao thì động năng của vật giảm và thế năng của vật tăng Đối với thế năng đàn hồi của vật ta cũng có kết luận tương tự, nhiều hiện tượng khác cho kết quả tương tự, ta khái quát hóa thành định luật: “Nếu không có ma sát, cơ năng của

hệ vật được bảo toàn”

2.1.3.2 Các hành động của tƣ duy vật lý

Trong quá trình nghiên cứu vật lý, con người sử dụng các thao tác tư duy cơ bản phù hợp với đặc thù của các hành động nghiên cứu vật lý Từ đó hình thành các hành động TDVL Có nhiều hành động TDVL, tùy theo căn cứ để xác định, chúng tác có thể liệt kê ra các hành động TDVL khác nhau Nếu căn cứ vào cách nghiên cứu

và ứng dụng các kiến thức vật lý thì có thể kể ra các hành động TDVL như sau: quan sát, chọn lọc để tập hợp các sự kiện khởi đầu cho nghiên cứu, xác định đặc trưng chung của các sự kiện khởi đầu, đề xuất nhận định có thể dùng để giải thích nguyên nhân của các sự kiện khởi đầu, xác định các tính chất đặc trưng của đối tượng nghiên cứu, xác định các mối quan hệ của đối tượng nghiên cứu với các đối tượng cần thiết xung quanh, xây dựng đối tượng thay thế cho đối tượng nghiên cứu gọi là

mô hình, xác định các nhân tố tác động lên mô hình, xác định kết quả tác động của các nhân tố ảnh hưởng đến mô hình, tìm ra mối quan hệ giữa các nhân tố tác động

và kết quả của nó, rút ra các kết luận khoa học từ việc vận hành mô hình, đánh giá các lập luận và các nhận định, xác định đại lượng cần đo trong thí nghiệm, xác định các dụng cụ có thể dùng để đo đại lượng cần đo, xác định cách đo được đại lượng

cần đo, chỉ ra cách bố trí thí nghiệm, xác định cách loại bỏ những yếu tố gây nhiễu ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm, đánh giá tính hợp lí của kết quả thí nghiệm

2.1.3.3 Các hoạt động tư duy vật lý của học sinh trong học tập vật lý bằng phương pháp mô hình

Theo Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng: “Trong quá trình nhận thức vật lý, con người sử dụng tổng hợp, xen kẽ nhiều hình thức tư duy, trong đó có các hình thức chung như tư duy lí luận, tư duy logic và những hình thức đặc thù của vật

lý học như thực nghiệm, mô hình hoá ”[44]

Theo Ngô Diệu Nga, quá trình TDVL có 4 giai đoạn [35]: (1) tập hợp các sự kiện từ đó xây dựng mô hình của các sự kiện ấy; (2) đề xuất giả thuyết hay xây dựng

mô hình của các sự kiện; (3) từ mô hình suy luận logic chặt chẽ hoặc dùng các công

cụ của toán học để suy ra các hệ quả; (4) dùng thực nghiệm để kiểm tra lại hệ quả

Hoạt động TDVL được hình thành nhờ sự kết hợp các thao tác tư duy cơ bản trong quá trình nghiên cứu vật lý, đồng thời nó là nhân tố cơ bản để tạo nên các giai đoạn của quá trình tư duy vật lý Khi học tập vật lý bằng phương pháp

mô hình, HS tham gia các hoạt động TDVL đặc thù dưới đây:

 Xây dựng giả thuyết

Xây dựng giả thuyết là hoạt động TDVL, trong đó phối hợp các thao tác tư duy cơ bản để đưa ra một phán đoán dùng để giải thích nguyên nhân của các hiện tượng xảy ra đối với đối tượng nghiên cứu mà ta chưa có đủ cơ sở khoa học để giải thích Đối với hoạt động tư duy này, trực giác đóng vai trò hết sức quan trọng, vì chúng ta không thể lý luận logic để đưa ra các phán đoán Xây dựng giả thuyết là hoạt động TDVL rất quan trọng, nó là cơ sở để hình thành các kiến thức mới

Ví ụ: Khi dạy bài sự rơi tự do của các vật, sau khi làm thí nghiệm để chứng

tỏ rằng khối lượng không phải là nguyên nhân ảnh hưởng đến sự rơi nhanh hay chậm của các vật Giáo viên có thể cùng HS đề xuất các giả thuyết về nguyên nhân các vật rơi nhanh hay chậm khác nhau Các giả thuyết này có thể đúng hoặc sai, tuy nhiên đó chính là cơ sở để chúng ta có thể tiến hành các nghiên cứu vật lý và sau khi có kết quả kiểm tra, chúng ta có thể khẳng định tính hợp lí của các giả thuyết được đưa ra

 Thiết kế phương án thí nghiệm

Thiết kế phương án thí nghiệm là hoạt động TDVL, trong đó phối hợp các thao tác tư duy cơ bản hình dung ra các phương án có thể tiến hành thí nghiệm nhằm khẳng định hoặc bác bỏ một nhận định nào đó Các phương án thí nghiệm phải có tính khả thi và có ý nghĩa khái quát để có thể áp dụng trong nhiều trường hợp tương tự

Ví ụ: Sau khi đề ra giả thuyết “sức cản của không khí là nguyên nhân làm

cho các vật khác nhau rơi nhanh hay chậm khác nhau trong không khí” Các nhà khoa học cần rút ra hệ quả trực tiếp có thể kiểm tra được là: “nếu không có không khí thì các vật khác nhau đều rơi nhanh như nhau” Phương án thí nghiệm được thiết

kế để kiểm chứng nhận định này là cho các vật khác nhau (về hình dạng, kích thước, khối lượng) vào cùng một ống thủy tinh được hút hết không khí và quan sát sự rơi của các vật bên trong ống, Kết quả thí nghiệm cho phép khẳng định giả thuyết khoa học đưa ra là phù hợp với thực nghiệm

 Mô hình hóa

Mô hình hóa là hoạt động TDVL, trong đó phối hợp các thao tác tư duy cơ bản để xây dựng một đối tượng thay thế cho đối tượng nghiên cứu có đầy đủ các tính chất và các mối quan hệ với các đối tượng cần thiết xung quanh Trong hoạt động này, trực giác và tưởng tượng đóng vai trò quan trọng, nhờ đó mà ta có thể loại

bỏ các tính chất và mối quan hệ thứ yếu của đối tượng, thay nó bằng mô hình chỉ mang những tính chất và mối quan hệ cần thiết

Ví dụ: Khi nghiên cứu về các tính chất động học của chất khí, người ta đã xây

dựng mô hình khí lý tưởng Trong đó người ta đã trừu xuất những chi tiết về cấu trúc của những phân tử của chất khí, chỉ còn giữ lại những đặc điểm về mặt động học của các phân tử và thay thế phân tử khí bằng các hạt Những hạt này giống với những quả cầu, va chạm tuyệt đối đàn hồi mà ta đã biết rõ những quy luật chi phối chúng

 Làm việc với mô hình

Làm việc với mô hình là hoạt động TDVL sử dụng các thao tác tư duy cơ bản

để tác động lên các mô hình để rút ra các kết luận khoa học Người ta gọi việc làm trên là làm thí nghiệm tưởng tượng tức là làm thí nghiệm bằng trí óc Các kết quả

được rút ra từ hoạt động này chỉ là các kết quả lý thuyết, nó mang tính giả thuyết và cần phải được kiểm tra bằng thực nghiệm

2.1.4 Các biểu hiện cơ bản của tƣ duy vật lý

Trong dạy học, vấn đề quan trọng là phải giúp cho HS nắm vững kiến thức, nghĩa là HS phải có khả năng tổ chức các kiến thức một cách chặt chẽ và có thể trình bày các kiến thức một cách mạch lạc và sâu sắc [61] [75] [84] Vì vậy, mục tiêu đầu tiên của GV trong dạy học là phải giúp HS nắm chắc các kiến thức vật lý

Theo Nguyễn Hữu Tòng, Lê Văn Giáo, Lê Thúc Tuấn, các kiến thức vật lý trong chương trình vật lý phổ thông bao gồm những khái niệm vật lý, những định luật vật lý, những thuyết vật lý, những phương pháp nhận thức vật lý và những ứng dụng vật lý trong kĩ thuật [18], [48] Do đó, các biểu hiện của tư duy vật lý của HS trong học tập bộ môn Vật lý ở trường THPT thể hiện thông qua những yếu tố giúp

HS có thể lĩnh hội và vận dụng tốt các kiến thức vật lý kể trên đồng thời thể hiện ở chỗ HS có khả năng thực hiện các hành động phổ biến trong HĐNT vật lý Theo Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng và Phạm Xuân Quế, các hành động phổ biến trong HĐNT vật lý bao gồm: Quan sát, nhận biết những đặc trưng của sự vật, hiện tượng; phân tích một hiện tượng phức tạp thành những hiện tượng đơn giản; xác định những giai đoạn diễn biến của hiện tượng; tìm các dấu hiệu giống nhau của các sự vật, hiện tượng; bố trí một thí nghiệm để tạo ra một hiện tượng trong những điều kiện xác định; tìm những tính chất chung của nhiều sự vật hiện tượng; tìm mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật hiện tượng; mô hình hóa những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lí tưởng để sử dụng chúng làm công cụ để tư duy; đo một đại lượng vật lý; tìm mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý, biểu diễn chúng bằng các 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, xây dựng một 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 lý; đánh giá kết quả hành động và tìm phương pháp chung để giải quyết một loại vấn đề [21], [45]

Từ các cơ sở trên có thể thấy, TDVL có các biểu hiện dưới đây