Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tực lực và sáng tạo của học sinh trong dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm (Vật lí 10)

Lí do chọn đề tài Nghị quyết 29 Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục vàđào tạo đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước trongbối cảnh

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Nghị quyết 29 Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục vàđào tạo đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước trongbối cảnh hội nhập quốc tế hiện nay đã khẳng định “phải chuyển mạnh quá trình giáodục từ “nặng” về truyền thụ kiến thức sang nền giáo dục “trọng” về hình thành, pháttriển năng lực, phẩm chất của người học”, đồng thời nhấn mạnh nâng cao chất lượnggiáo dục toàn diện, phát triển khả năng sáng tạo, tự học, năng lực và kỹ năng thựchành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn… Vì thế, một trong những nhiệm vụ của dạyhọc vật lí (VL) ở trường phổ thông là “phát triển tư duy khoa học ở học sinh (HS)…tích cực, tự lực hoạt động tham gia vào quá trình xây dựng và vận dụng kiến thức…vận dụng sáng tạo để giải quyết vấn đề (GQVĐ) trong học tập và thực tiễn sau này”.Đồng thời, xuất phát từ đặc thù của bộ môn VL ở trường phổng thông: “VL học ởtrường phổ thông chủ yếu là thực nghiệm, trong đó có sự kết hợp nhuần nhuyễn giữaquan sát, thí nghiệm (TN) và suy luận lí thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lí luận

và thực tiễn”, chúng tôi nhận thấy việc vận dụng kiểu dạy học phát hiện và giải quyếtvấn đề (DHPH&GQVĐ) theo con đường thực nghiệm và con đường suy luận lí thuyết

có kiểm nghiệm kết quả nhờ TN có tác dụng trong việc phát triển hoạt động nhậnthức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong dạy học VL

Những phân tích đặc điểm nội dung kiến thức, thực trạng dạy và học môn VL ở một

số trường THPT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên, Tuyên Quang, Quảng Ninh, Phú Thọ…cũng cho thấy việc sử dụng TN, sử dụng kiểu DHPH&GQVĐ trong dạy học VL, cụ thể

là dạy học các loại chuyển động cơ của chất điểm với mục đích phát triển tính tích cực,

tự lực và sáng tạo của HS chưa được quan tâm đúng mức vì nhiều lí do khác nhau Đối chiếu với mục tiêu chương trình đào tạo, đặc thù của nội dung kiến, chức năngcủa TN trong dạy học VL, tác dụng của kiểu DHPH&GQVĐ, thực trạng việc dạy và học

VL ở trường phổ thông, chúng tôi nhận thấy để có thể phát triển được hoạt động nhậnthức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong dạy học VL thì một trong những cách là

sử dụng TN trong tiến trình dạy học VL theo kiểu DHPH&GQ VĐ

Đó là lí do chúng tôi chọn đề tài: “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tực lực và sáng tạo của học sinh trong dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm (Vật lí 10)”.

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình (TN TTTMH) trongdạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm trong chương trình VL

10 nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Nội dung kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm và kiểu DHPH&GQVĐtrong dạy học các kiến thức chuyển động cơ của chất điểm (VL 10)

- Việc xây dựng TN TTTMH về chuyển động cơ của chất điểm

- Việc sử dụng TN TTTMH trong dạy học một số nội dung kiến thức về chuyểnđộng cơ của chất điểm (VL 10) theo tiến trình DHPH&GQVĐ nhằm phát triển hoạtđộng nhận thức tích cực và tự lực của HS

4 Giả thuyết khoa học của đề tài

Nếu xây dựng được các TN TTTMH về chuyển động cơ của chất điểm và sử dụngchúng một cách hợp lí trong tiến trình DHPH & GQVĐ thì có thể phát triển được hoạtđộng nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong học tập các kiến thức vềchuyển động cơ của chất điểm (VL 10)

5 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu lí luận dạy học về con đường hình thành kiến thức về chuyển động cơcủa chất điểm

- Nghiên cứu lí luận dạy học về kiểu DHPH & GQVĐ; từ đó vận dụng kiểu DHPH

& GQVĐ vào dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm

- Nghiên cứu lí luận dạy học hiện đại về việc phát triển hoạt động nhận thức tíchcực, tự lực và sáng tạo của HS

- Nghiên cứu lí luận về TN VL, TN TTTMH, việc sử dụng và sử dụng phối hợp TNTTTMH với TN truyền thống trong tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sángtạo của HS

- Điều tra thực trạng thiết bị TN, thực trạng dạy học một số chuyển động cơ củachất điểm trong chương trình VL 10; từ đó xác định những khó khăn mà GV và HS gặpphải trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS

- Nghiên cứu xây dựng TN TTTMH về chuyển động cơ của chất điểm, sao cho TNTTTMH đảm bảo được các chức năng hỗ trợ tốt quá trình tổ chức hoạt động nhận thứctích cực, tự lực và sáng tạo của HS

- Đề xuất biện pháp sử dụng TN TTTMH đã xây dựng và sử dụng, sử dụng phốihợp TN TTTMH với TN truyền thống trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tíchcực, tự lực và sáng tạo của HS khi dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm

- Soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm theokiểu DHPH&GQVĐ, trong đó có sử dụng TN TTTMH đã xây dựng hoặc sử dụng phốihợp TN TTTMH với TN truyền thống sẵn có theo hướng phát triển tính tích cực, tự lực

và sáng tạo của HS

- Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã soạn thảo nhằm đánh giá tính khả thicủa tiến trình dạy học và TN đã xây dựng, từ đó bổ sung, hoàn thiện tiến trình dạy học,

TN đã xây dựng nhằm phát triển tính tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS trongdạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu, phân tích các tài liệu về lí luận dạy học, lí luậndạy học bộ môn để tìm hiểu về các quan điểm dạy học, PPDH, các hình thức tổ chức dạyhọc, các thiết bị TN, việc sử dụng, sử dụng phối hợp các loại TN… nhằm tổ chức hoạtđộng nhận thức VL tích cực, tự lực và sáng tạo cho HS; các tài liệu về chương trình,sách giáo khoa (SGK), sách GV, các tài liệu liên quan đến các thiết bị TN về các loạichuyển động cơ của chất điểm trong chương trình VL 10; các tài liệu về các phần mềmxây dựng TN trên máy tính, cụ thể là phần mềm Macromedia Flash

- Nghiên cứu thực tiễn: Điều tra thực tế dạy học một số kiến thức về các loạichuyển động cơ của chất điểm (VL 10) thông qua: Dự giờ, trao đổi trực tiếp với GV và

HS, lấy ý kiến thăm dò GV và HS qua các phiếu điều tra

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: TNSP được tiến hành trên lớp thực nghiệmtheo tiến trình dạy học đã soạn thảo có sử dụng TN đã xây dựng và áp dụng kiểu DH PH

và GQ VĐ; từ đó phân tích đánh giá tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong quátrình TNSP; sau TNSP, cho HS làm bài kiểm tra ở hai nhóm lớp thực nghiệm và đốichứng, tiến hành so sánh kết quả bải kiểm tra của lớp thực nghiệm với lớp đối chứng

- Phương pháp thống kê toán học: Sử dụng thống kê toán học để xử lí các số liệuthực nghiệm, đánh gía kết quả TNSP

7 Những điểm mới của luận án

- Cụ thể hóa các bước trong con đường hình thành kiến thức là một chuyển động cơcủa chất điểm có vận dụng kiểu DHPH và GQ VĐ

- Xây dựng được 05 TN TTTMH về chuyển động cơ của chất điểm đảm bảo cácchức năng giúp phát triển hoạt động học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của HS

- Đề xuất được 06 cách thức sử dụng TN TTTMH, sử dụng phối hợp TN TTTMHvới TN truyền thống trong trong tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạocủa HS trong dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm

- Soạn thảo được 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơcủa chất điểm (VL 10), trong đó có sử dụng TN TTTMH đã xây dựng hoặc sử dụngphối hợp TN TTTMH với TN truyền thống, có áp dụng kiểu DHPH và GQVĐ nhằmphát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS

- TNSP và đánh giá được tính khả thi của tiến trình dạy học, các biện pháp sử dụng

TN TTTMH đã xây dựng, các biện pháp sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền

thống trong dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm (VL 10)nhằm phát triển hoạt động nhận thức tính tích, tự lực và sáng tạo của HS.

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trong chương này chúng tôi trình bày tổng quan vấn đề xây dựng và sử dụng TN,

đặc biệt là TN kĩ thuật số trong dạy học kiến thức chuyển động cơ của chất điểm nhằm

phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS Thông quanghiên cứu các bài báo khoa học, các luận án tiến sĩ, luận văn thạc sĩ liên quan đến nộidung nghiên cứu của đề tài, chúng tôi nhận thấy:

Việc xây dựng và sử dụng TN trong dạy học kiến thức chuyển động cơ của chấtđiểm đã được nhiều nhà tác giả ở Việt Nam cũng như trên thế giới quan tâm nghiên cứu

và đã thu được những kết quả khả quan Tuy nhiên, vẫn chưa có nghiên cứu nào đề cậpđến đến những nguyên tắc, biện pháp sử dụng phối hợp các loại TN, đặc biệt là sử dụngphối hợp TN tương tác trên màn hình với các TN khác trong dạy học một số kiến thức vềcác loại chuyển động cơ của chất điểm vật ý 10 nhằm phát triển hoạt động nhận thức tíchcực, tự lực và sáng tạo của HS

Từ những phân tích ở trên, chúng tôi thấy vấn đề cần tập trung nghiên cứu, giảiquyết của luận án là:

- Nghiên cứu xây dựng TN TTTMH về các loại chuyển động cơ của chất điểm (VL10) đảm bảo các tiêu chí khoa học, sư phạm, kĩ thuật, kinh tế và thẩm mĩ

- Đề xuất biện pháp sử dụng TN TTTMH đã xây dựng và biện pháp sử dụng phốihợp với các TN sẵn có khác trong trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tựlực và sáng tạo của HS

- Vận dụng lí luận về kiểu DH PH và GQ VĐ để xây dựng tiến trình dạy học một

số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm VL 10, trong đó có sử dụng TNTTTMH đã xây dựng và sử dụng phối hợp với TN truyền thống sẵn có nhằm phát triểnhoạt động nhận thức tích cực (TC), tự lực (TL) và sáng tạo (ST) của HS

Chương 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ

SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH TRONG DẠY HỌC

MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ CHUYỂN ĐỘNG CƠ CỦA CHẤT ĐIỂM

NHẰM PHÁT TRIỂN HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC TÍCH CỰC, TỰ LỰC VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

Trong chương này chúng tôi đề cập đến các vấn đề mang tính lí luận và thực tiễn liênquan đến nội dung nghiên cứu của đề tài như: phát triển hoạt động nhận thức; những hoạtđộng phổ biến trong quá trình nhận thức VL của HS; các giai đoạn của con đường hìnhthành kiến thức về một chuyển động cơ của chất điểm; vận dụng kiểu DHPH GQVĐ trongdạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm và tổ chức hoạt động nhận thức TC, TL

và ST của học sinh trong dạy học VL ở trường phổ thông; thí nghiệm vật lí và sử dụng thínghiệm VL trong tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, chủ động và sáng tạo cho HS; vàthực trạng của việc sử dụng TN trong dạy học VL ở trường phổ thông

2.1 Phát triển hoạt động nhận thức vật lí của học sinh

Sự phát triển hoạt động nhận thức vật lí của HS ở trường PT cũng tuân theo lí thuyết pháttriển nhận thức của Jean Piaget (1896- 1980) và Lev Vygotski (1896- 1934) Hiện nay, hai líthuyết phát triển nhận thức trên được coi là thành tựu quan trọng nhất của tâm lí học phát triển,dùng làm cơ sở cho việc xây dựng chiến lược dạy học mới, phương pháp dạy học mới

2.2 Dạy học kiến thức về một chuyển động cơ của chất điểm

Thông thường, trong dạy học VL ở trường phổ thông, quá trình nghiên cứu hiệntượng về một chuyển động thường được thực hiện theo trình tự sau:

- Từ những dấu hiệu bên ngoài của chuyển động chung bất kì, các khái niệm về đạilượng VL đặc trưng cho chuyển động như độ dời, vận tốc, gia tốc được hình thành

- Sau đó, tùy vào đặc điểm riêng của đại lượng VL đặc trưng cho chuyển động màdẫn đến việc nghiên cứu từng loại chuyển động đặc biệt

Việc nghiên cứu từng loại chuyển động cơ của chất điểm sau khi đã có các khái niệmđặc trưng cho chuyển động chung nhất là phù hợp với cấu trúc của chương trình VL ở phổthông hiện nay, phù hợp với trình độ của HS và phù hợp với thời gian của tiết học Khinghiên cứu từng loại chuyển động cơ của chất điểm, HS cần đưa ra được khái niệm chuyểnđộng (định nghĩa chuyển động), điều kiện xảy ra chuyển động (có hoặc không có nội dungnày, tùy thuộc vào từng loại chuyển động cụ thể), tìm hiểu các mối quan hệ giữa các đạilượng đặc trưng cho các chuyển động đó (quy luật chuyển động) Điều đó có nghĩa là, dạyhọc kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm bao gồm dạy học hai nội dung sau:

- Hiện tượng về một chuyển động cơ của chất điểm: định nghĩa chuyển động,điều kiện để có chuyển động (có hoặc không có nội dung này, tùy thuộc vàotừng loại chuyển động cụ thể)

- Quy luật chuyển động/các mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyểnđộng

2.3 Phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí theo tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

2.3.1 Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề dưới dạng chung nhất (theo V.Ôkôn) là toàn

bộ hành động như tổ chức các tình huống có vấn đề, biểu đạt (nêu ra) các vấn đề (tậpcho HS quen dần để tự làm lấy công việc này), chú ý giúp đỡ HS những điều cần thiết đểgiải quyết vấn đề, kiểm tra các cách giải quyết đó và cuối cùng lãnh đạo quá trình hệthống hoá và củng cố các kiến thức đã tiếp thu được

DHPH & GQVĐ là kiểu dạy HS thói quen tìm tòi giải quyết vấn đề theo cách củacác nhà khoa học, không những tạo nhu cầu, hứng thú học tập, giúp HS chiếm lĩnh đượckiến thức, mà còn phát triển được tính sáng tạo của HS

2.3.2 Phát triển tính tích cực trong hoạt động nhận thức vật lí của học sinh trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

Vận dụng những quan điểm về phát triển nhận thức của Jean Piaget và LevVygosky, gắn với kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, chúng tôi đã đề xuất một

số biện pháp nhằm phát triển tích tích cực nhận thức của HS trong dạy học VL như sau:

- Tổ chức tình huống học tập (là tình huống chứa đựng mâu thuẫn nhận thức, tiềm ẩn vấn

đề nghiên cứu)  từ đó tạo nên sự mất cân bằng (về mặt nhận thức) ở HS  xuất hiện mâuthuẫn  HS có nhu cầu, hứng thú giải quyết mâu thuẫn - cơ sở để giải quyết vấn đề nghiên cứu

- Điều khiển, dẫn dắt HS giải quyết mâu thuẫn nhận thức (giải quyết vấn đề nghiên cứu)bằng cách đưa HS vào “vùng phát triển gần”, kích thích HS phải giải quyết mẫu thuẫn để vượtqua “vùng phát triển gần”, kết quả là HS phải tích cực để suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề,thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề,tạo ra được những “cân bằng”, từ đó rút kết luận

Để có thể phát triển tính tích cực nhận thức của HS trong việc suy đoán giải pháp, thựchiện giải pháp giải quyết vấn đề, một trong những hướng giải quyết là sử dụng các phươngtiện dạy học, các thiết bị TN nhằm kích thích và duy trì hứng thú học tập của của HS thôngqua việc GV có thể yêu cầu HS đề xuất phương án TN, tiến hành TN, cải tiến TN…

2.3.3 Phát triển tính tự lực trong hoạt động nhận thức vật lí của học sinh trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

Vận dụng hai lí thuyết của Jean Piaget và Lev Vygosky về phát triển nhận thức, ápdụng cho kiểu DHPH và GQVĐ, chúng tôi đề xuất biện pháp phát triển tính tự lực nhậnthức của HS trong dạy học VL như sau: Xác định được “biên dưới” của “vùng phát triểngần” – mà theo Vygosky, đó là “trình độ hiện tại được xác định bằng trình độ độc lậpgiải quyết vấn đề (nhiệm vụ)” của HS để từ đó đưa ra được những công việc mà HS cóthể tự lực thực hiện nhằm đạt được sự “cân bằng” về mặt nhận thức, những công việc đóđược cụ thể qua các nhiệm vụ sau:

+ Phát hiện mâu thuẫn nhận thức, vấn đề nghiên cứu trong tình huống tiềm ẩn vấn đề

+ Xác định các kiến thức, kỹ năng cần vận dụng và cách thức vận dụng để suy đoánđược các giải pháp giải quyết vấn đề theo con đường suy luận lí thuyết.

+ Thực hiện giải pháp đã suy đoán theo con đường suy luận lí thuyết để giải quyết vấn đề.+ Thực hiện TN kiểm tra giả thuyết (hệ quả) hoặc kiểm nghiệm các kết quả từ suyluận lí thuyết để rút ra kết quả

+ Trình bày kết quả, bảo vệ kết quả

+ Tìm ra phạm vi áp dụng của kiến thức và áp dụng được kiến thức trongnhững trường hợp cụ thể

+ Liên hệ kiến thức vào thực tiễn

Và để có thể đạt được những mục tiêu như trình bày ở trên, một trong những hướnggiải quyết là sử dụng TN trong dạy học VL có áp dụng kiểu DHPH & GQVĐ

2.3.4 Phát triển tính sáng tạo trong hoạt động nhận thức vật lí của học sinh trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

Vận dụng các lí thuyết về phát triển nhận thức của Pieget và Vygosky, áp dụng chokiểu DHPH và GQVĐ, để có thể phát triển được năng lực sáng tạo của học trong nhậnthức VL, GV cần xác định được “vùng phát triển gần” và “biên trên” của “vùng pháttriển gần” – mà theo Vygosky, đó là “trình độ gần nhất mà HS có thể đạt được với sựgiúp đỡ của người lớn hay bạn hữu khi giải quyết vấn đề”, để từ đó điều khiển, dẫn dắt

HS giải quyết vấn đề một cách sáng tạo thông qua các biện pháp cụ thể sau:

- Luyện tập xây dựng giả thuyết Xây dựng giả thuyết có vai trò rất quan trọng trên

con đường sáng tạo khoa học Xây dựng giả thuyết dựa chủ yếu vào trực giác, kết hợpvới kinh nghiệm phong phú và kiến thức sâu sắc về mỗi lĩnh vực Xây dựng giả thuyếtkhông phải là tuỳ tiện mà luôn luôn phải có một cơ sở nào đó, tuy chưa thật là chắc chắn

- Luyện tập đề xuất phương án TN kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết hoặc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết Khi áp dụng kiểu dạy học phát hiện

và giải quyết vấn đề, việc rèn luyện cho HS đề xuất phương án TN kiểm nghiệm kết quả

đã tìm được từ suy luận lí thuyết hoặc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết cũng là mộttrong những biện pháp quan trọng nhằm phát triển năng lực sáng tạo của HS

- Luyện tập việc vận dụng các kiến thức, kỹ năng mới thu được để giải thích, tiên đoán các sự kiện VL mới.

2.4 Vận dụng kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong dạy học kiến thức

về chuyển động cơ của chất điểm

Dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm thường bao gồm dạy học hainội dung sau:

- Khái niệm về chuyển động cơ của chất điểm (định nghĩa chuyển động, điều kiện

để có chuyển động)

- Quy luật của chuyển động/các mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng chochuyển động

Ứng với mỗi nội dung kiến thức trên, sau đây chúng tôi vận dụng kiểu dạy họcphát hiện và giải quyết vấn đề để cụ thể hóa các bước trong quá trình hình thành kiếnthức chuyển động cơ của chất điểm.

Bảng 2.1: Các bước cụ thể khi hình thành khái niệm về chuyển động cơ

của chất điểm theo kiểu DHPH & GQVĐ

Các giai đoạn trong

2 Phát biểu vấn đề Phát biểu vấn đề nghiên cứu liên quan đến những dấu hiệu

chung, bản chất của các chuyển động đã trình bày

3 Giải quyết vấn đề Làm TN, quan sát chuyển động, phân tích chuyển động đểphát hiện dấu hiệu bản chất, chung cho các chuyển động

5 Vận dụng Vận dụng, liên hệ thực tiễn

Bảng 2.2: Các bước cụ thể khi nghiên cứu quy luật của chuyển động, các mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí của chuyển động cơ

của chất điểm theo kiểu DHPH & GQVĐ

Các giai đoạn trong

2 Phát biểu vấn đề Phát biểu vấn đề nghiên cứu liên quan đến quy luật chuyển

động; các mối quan hệ, các biểu thức định lượng phản ánh đặc điểm bản chất của các chuyển động

3 Giải quyết vấn đề Con đường lí thuyết Con đường thực nghiệm

Suy luận lí thuyết để tìm

ra kết quả (câu trả lờicho vấn đề nghiên cứu)về: quy luật chuyểnđộng; các mối quan hệ,các biểu thức định lượnggiữa các đại lượng đặctrưng cho chuyển động

Đề xuất giả thuyết về quy luậtchuyển động; các mối quan hệ,các biểu thức định lượng giữacác đại lượng đặc trưng chochuyển động

Xác định những nộidung có thể kiểmnghiệm những kết quảtrên bằng TN

Xác định những nội dung (giảthuyết hoặc hệ quả được rút ra

từ giải thuyết) có thể được kiểmtra bằng TN

Thiết kế phương án TNkiểm nghiệm

Thiết kế phương án TN kiểm tra

Tiến hành TN kiểmnghiệm

Tiến hành TN kiểm tra

4 Rút ra kết luận

Rút kết luận về quy luật chuyển động; các đặc điểm, cácmối quan hệ/các biểu thức định lượng (nếu có) phản ánh(thống nhất, cụ thể hoá)/đặc điểm bản chất của chuyểnđộng

5 Vận dụng

- Giải các bài tập liên quan đến chuyển động đã nghiên cứu

- Nghiên cứu thực nghiệm một chuyển động cùng loại trong thực tế

- Vận dụng làm nảy sinh các vấn đề nghiên cứu mới

…

Ghi chú: Việc xây dựng/ hình thành khái niệm hoặc quy luật/đặc điểm của chuyển động

cơ của chất điểm như trên tuân theo lí luận dạy học các kiến thức vật lí như đã đượctrình bày trong các sách, giáo trình về lí luận dạy học vật lí của các tác giả Nguyễn ĐứcThâm, Phạm Hữu Tòng, Nguyễn Ngọc Hưng

2.5 Thí nghiệm tương tác trên màn hình và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học vật lí nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

2.5.1 Thí nghiệm vật lí

TN VL được định nghĩa là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào đốitượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra

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

TN VL có nhiều loại khác nhau

Dựa trên những tiêu chí khác nhau sẽ có những cách phân loại TN VL khác nhau

- Nếu dựa vào người tiến hành TN thì TNVL được chia làm hai loại: TN biểu diễncủa GV và TN thực tập của HS

- Nếu dựa vào công nghệ mà thiết bị TN dựa trên đó hoạt động, TN VL gồm hailoại: TN truyền thống và TN kĩ thuật số

+ TN truyền thống là TN mà hoạt động của chúng không dựa trên công nghệ kĩthuật số Đối tượng nghiên cứu của TN truyền thống là những quá trình, hiện tượng VLthực được trình bày dưới dạng gốc Người nghiên cứu sẽ trực tiếp tác động vào đốitượng nghiên cứu, làm biến đổi đối tượng và thu nhận thông tin về đối tượng Việc làm

này được thực hiện thông qua trong môi trường phòng TN (không qua môi trường máy

vi tính) với việc sử dụng các dụng cụ, thiết bị để thu thập trực tiếp những dữ liệu phảnánh những thuộc tính của quá trình, hiện tượng được nghiên cứu

+ TN kĩ thuật số là những TN mà hoạt động của chúng hoặc một phần của chúngdựa trên công nghệ kĩ thuật số Trong TN kĩ thuật số, đối tượng (quá trình, hiện tượng)nghiên cứu là thật, tuy nhiên thông tin về các quá trình, hiện tượng VL được thu thậpdưới dạng các tín hiệu tương tự (analog), sau đó được chuyển thành các tín hiệu số(digital) và được xử lí nhờ thiết bị kĩ thuật số thông qua môi trường máy vi tính

Dựa vào dấu hiệu về cách thức tương tác với những đối tượng này, TN kĩ thuật sốlại được chia ra làm hai loại: TN ghép nối máy tính và TN tương tác trên màn hình.+ TN ghép nối máy tính là loại TN kĩ thuật số mà trong đó người học tương táctrực tiếp với đối tượng nghiên cứu, việc thu thập các số liệu đo được tự động hóa nhờmáy tính và phần mềm Sau đó, dựa trên những số liệu đo được, máy tính và phần mềm

hỗ trợ việc trình bày chúng dưới dạng bảng biểu , đồ thị cũng như tính các đại lượng VL(liên quan đến đối tượng nghiên cứu), vẽ và điều chỉnh các đồ thị hàm chuẩn sao cho các

đồ thị hàm chuẩn này trùng khít với đồ thị thực nghiệm

+ TN tương tác trên màn hình (TTTMH) là loại TN kĩ thuật số mà trong đó đối tượngnghiên cứu (quá trình, hiện tượng vật lí) được chụp hay quay video lại và người học tương tácgián tiếp với đối tượng nghiên cứu thông qua con chuột, bàn phím hoặc màn hình của máytính để thực hiện các phép đo nhằm thu thập số liệu Sau đó, dựa trên những số liệu đo được,máy tính và phần mềm hỗ trợ việc trình bày chúng dưới dạng bảng biểu , đồ thị cũng như tínhcác đại lượng VL (liên quan đến đối tượng nghiên cứu), vẽ và điều chỉnh các đồ thị hàmchuẩn sao cho các đồ thị hàm chuẩn này trùng khít với đồ thị thực nghiệm

2.5.2 Thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học vật lí

Đối tượng được nghiên cứu ở TN TTTMH là các hiện tượng, quá trình VL thựcđược ghi lại (quay lại hoặc chụp lại) dưới dạng gốc và đưa vào máy tính, bằng công cụ phầnmềm máy tính, qua đó người học sẽ thao tác trên màn hình để tương tác với đối tượngnghiên cứu, làm biến đổi đối tượng nghiên cứu theo các mục đích, trình tự nghiên cứu riêngcủa mình và nhận được các kết quả tương ứng TN TTTMH có các đặc điểm giống như mộtthí nghiệm vật lí như: các điều kiện của TN được lựa chọn và được thiết lập có chủ định saocho thông qua TN, có thể trả lời được các câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyếthoặc hệ quả suy ra từ giải thuyết; các điều kiện của TN có thể làm biến đổi được để ta có thểnghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng trong khi các đại lượng khác giữ không đổi; cácđiều kiện của TN được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị TN

có độ chính xác ở mức độ cần thiết; có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó

do sự biến đổi của đại lượng khác; có thể lặp lại được TN

Như vậy, đối chiếu với định nghĩa và các đặc điểm của TN VL, có thể khẳng định

TN TTTMH là một TN VL và được thực hiện trong môi trường là một phần mềm dạyhọc trên máy vi tính

2.5.3 Chức năng của thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học vật lí

Trong dạy học VL, để có thể hỗ trợ tốt quá trình tổ chức hoạt động nhận thức TC,

TL và ST của HS, thì TN TTTMH phải đảm bảo được các chức năng sau:

- Đối tượng nghiên cứu (các quá trình hay hiện tượng VL) được trình bày trước

HS là thực (dưới dạng gốc hay những hình ảnh được ghi lại dưới dạng gốc)

- Thu thập các thông tin về đối tượng nghiên cứu

- Trình bày các thông tin thu thập được dưới các dạng khác nhau

- Phân tích, xử lí các thông tin theo các mục đích khác nhau

- Giúp HS kiểm tra các giả thuyết khoa học (hay các hệ quả được rút ra từ giả thuyết)

- Hỗ trợ HS làm TN và quan sát VL ở nhà

So với TN truyền thống, TN TTTMH có những ưu, nhược điểm nhất định Vì vậy,trong quá trình dạy học, để phát huy được tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS, GVphải biết kết hợp, sử dụng phối hợp các loại TN, qua đó phát huy những ưu điểm, khắcphục nhược điểm của từng loại TN

2.5.4 Sử dụng phối hợp thí nghiệm tương tác tương tác trên màn hình với thí nghiệm truyền thống trong dạy học vật lí nhằm phát triển tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

Việc sử dụng phối hợp các loại TN trong dạy học VL phải đảm bảo những nguyên tắc sau:

- Chỉ sử dụng những TN tương tác trên màn hình (TN kỹ thuật số) khi TN truyềnthống không giúp HS nhận thức một cách đầy đủ, chính xác kiến thức VL cần nghiêncứu hoặc không hỗ trợ tốt việc tổ chức quá trình hoạt động nhận thức của HS một cáchtích cực, tự lực và sáng tạo

- Có thể sử dụng TN tương tác trên màn hình và sử dụng phối hợp với TN truyềnthống ở các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học… nhưng phải đặc biệt lưu ý đếnnhững ưu điểm, nhược điểm của từng TN, lưu ý đến những chức năng cụ thể, tính phùhợp của TN trong việc thực hiện mục tiêu dạy học

- Gắn việc sử dụng phối hợp hai loại TN trên (TN tương tác trên màn hình với TNtruyền thống) với hệ thống các hoạt động trí tuệ-thực tiễn của HS trong quá trình TN nhưxác định mục đích TN (kiểm tra giả thuyết, kiểm nghiệm kết quả từ suy luận lí thuyết,

đo đại lượng VL…), thiết kế phương án TN, lựa chọn và bố trí dụng cụ, lập kế hoạch

TN, thu thập, trình bày số liệu và xử lí số liệu), qua đó kích thích sự tranh luận tích cực,

tự lực và sáng tạo của HS trong quá trình học tập

- Cần sử dụng phối hợp hai loại TN trên để vừa đáp ứng yêu cầu rèn luyện kĩ năngthực hiện TN (thuộc kĩ năng TN) vừa tạo điều kiện để HS tham gia xây dựng kiến thức

một cách khoa học (thông qua các chức năng mà TN VL được thể hiện trong tiến trìnhxây dựng kiến thức)

Dưới đây trình bày một số cách thức sử dụng TN TTTMH hoặc sử dụng phối hợp TNTTTMH với TN truyền thống trong dạy học kiến thức chuyển động cơ của chất điểm có vậndụng kiểu DH PH và GQ VĐ nhằm phát triển hoạt động nhận thức tính TC, TL và ST của HS

- Sử dụng phối hợp TN truyền thống với TN TTTMH trong giai đoạn làm xuất hiệnvấn đề nghiên cứu

- Sử dụng TN TTTMH để hỗ trợ đề xuất giả thuyết

- Sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống để thực hiện các phương án

TN đã đề xuất (trong bước kiểm tra giả thuyết hay kiểm nghiệm các kết quả được rút ra

từ suy luận lí thuyết)

- Sử dụng TN TTTMH trong giai đoạn củng cố, vận dụng kiến thức

- Sử dụng TN TTTMH để hỗ trợ quá trình ôn tập, chuẩn bị bài trước khi tới lớp, trước giờthực hành TN truyền thống trong phòng TN của HS (HS thực hiện TN và quan sát VL ở nhà)

- Sử dụng TN truyền thống, TN TTTMH để hỗ trợ quá trình kiểm tra, đánh giá kiếnthức, kỹ năng của HS (kỹ năng thiết kế)

2.6 Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

Với mục đích tìm hiểu thực trạng dạy học nội dung kiến thức về các loại chuyểnđộng cơ của chất điểm, chúng tôi đã tiến hành điều tra thực tiễn dạy và học của GV và

HS ở một số trường THPT để tìm hiểu các thông tin về: thực trạng thiết bị TN ở trườngTHPT; phương pháp học tập của HS và những khó khăn sai lầm mà HS thường gặp khihọc các loại chuyển động cơ của chất điểm; phương pháp giảng dạy và mức độ sử dụng

TN trong dạy học các loại chuyển động cơ của chất điểm

Trên cơ sở phân tích kết quả điều tra, chúng tôi đưa ra nhận định về các nguyênnhân tương ứng của thực trạng, từ đó đề xuất một số giải pháp nhằm khắc phục nhữnghạn chế và đáp ứng mục tiêu dạy học đã đề ra trong luận án, đó là:

- Nghiên cứu xây dựng TN TTTMH về nội dung các chuyển động cơ của chấtđiểm, sao cho TN TTTMH này có thể đáp ứng được những yêu cầu của một thiết bị TNtrên các mặt: khoa học, kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ

- Đề xuất biện pháp sử dụng TN đã xây dựng và sử dụng phối hợp với các TN sẵn

có khác trong trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS

- Soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức về các dạng chuyển động cơ của chấtđiểm theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, trong đó có sử dụng TN TTTMH

đã xây dựng hoặc sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống sẵn có theo hướngphát triển tính tích cực nhận thức, tính tự lực và năng lực sáng tạo của HS