Sử dụng bài FCI khảo sát lập luận của sinh viên sư phạm vật lí trước và sau khi học học phần cơ học

Ví dụ về các quan niệm đúng như càng ở gần loa thì âm thanh nghe được càng to cường độ âm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách, mở cửa bằng cách đẩy vào một điểm ở xa bản lề thì dễ d

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

Bùi Th ị Mai

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

Bùi Th ị Mai

SINH VIÊN SƯ PHẠM VẬT LÝ TRƯỚC VÀ

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lý

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUY ỄN ĐÔNG HẢI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết

quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong bất kì công trình nào khác

Tác giả

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã nhận được sự động viên, giúp đỡ và hỗ

trợ nhiệt tình từ gia đình, thầy cô, nhà trường và bạn bè Thông qua luận văn, tác giả

muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Ban lãnh đạo trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều

kiện thuận lợi để tác giả có thể học tập tại trường

- TS Nguyễn Đông Hải – GV hướng dẫn trực tiếp - người thầy đã tận tình giúp đỡ và chỉ dẫn, định hướng cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn

chỉnh luận văn

- Quý thầy (cô) khoa Vật lý trường đại học Sư Phạm, phòng Sau đại học trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh cũng như các anh (chị), các bạn

học viên lớp Lý luận và phương pháp dạy học môn Vật lý K23, các bạn lớp Lý K34

trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tác giả trong suốt thời

gian làm luận văn

- Các bạn sinh viên Sư phạm Vật lý K39 trường đại học Sư phạm thành phố

Hồ Chí Minh đã giúp tác giả tham gia thực hiện khảo sát trong luận văn

- Gia đình cùng bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn

Cuối cùng, xin kính gửi lời chúc sức khỏe và hạnh phúc đến tất cả mọi người

TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 09 năm 2014

MỤC LỤC

L ỜI CAM ĐOAN i

L ỜI CẢM ƠN ii

M ỤC LỤC iii

DANH M ỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH M ỤC CÁC BẢNG vii

M Ở ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 3

6 Giả thuyết khoa học 4

7 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu 4

8 Đóng góp của đề tài 4

9 Nội dung nghiên cứu 4

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN 5

1.1 Vấn đề khảo sát quan niệm sai lầm của người học trong dạy học vật lý 5

1.1.1 Quan niệm – Quan niệm sai lầm của người học 5

1.1.2 Tầm quan trọng của việc nghiên cứu các quan niệm sai lầm của người học vật lý 11

1.1.3 Một số công trình nghiên cứu về quan niệm sai lầm 12

1.1.4 Một số bài kiểm tra để phát hiện quan niệm sai lầm của người học 13

1.2 Thực trạng sử dụng bài FCI trong nghiên cứu dạy học vật lý 14

1.2.1 Giới thiệu về bài FCI 14

1.2.2 Thực trạng sử dụng bài FCI trong nghiên cứu dạy học vật lý 25

1.2.3 Lí do sử dụng bài FCI trong đề tài này 29

1.3 Vấn đề nghiên cứu lập luận của người học 30

1.3.1 Sự cần thiết nghiên cứu về lập luận của người học vật lý 30

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu lập luận của người học 34

Kết luận chương 1 36

CHƯƠNG 2 SỬ DỤNG MỘT SỐ CÂU HỎI CỦA BÀI FCI KHẢO SÁT LẬP LUẬN CỦA SINH VIÊN TRƯỚC VÀ SAU KHI HỌC HỌC PHẦN CƠ HỌC 37

2.1 Giai đoạn 1 - Khảo sát bài FCI phiên bản trắc nghiệm trên SV SPVL 37

2.1.1 Đối tượng khảo sát 37

2.1.2 Phương pháp thực hiện 37

2.1.3 Kết quả khảo sát 38

2.2 Giai đoạn 2 - Phỏng vấn một số sinh viên đã tham gia khảo sát đợt 1 về một số câu hỏi FCI trước khi học học phần Cơ học 40

2.2.1 Đối tượng khảo sát 40

2.2.2 Phương pháp thực hiện 41

2.2.3 Kết quả khảo sát 41

2.3 Giai đoạn 3 - Phỏng vấn một số sinh viên đã tham gia khảo sát đợt 1 và 2 về một số câu hỏi FCI sau khi học học phần Cơ học 62

2.3.1 Đối tượng khảo sát 62

2.3.2 Phương pháp thực hiện 62

2.3.3 Kết quả khảo sát 62

2.4 Một số kết quả nghiên cứu 70

Kết luận chương 2 77

CHƯƠNG 3 MỘT SỐ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC QUAN NIỆM SAI LẦM

CỦA NGƯỜI HỌC 78

3.1 Những cơ sở lý luận về khắc phục quan niệm sai lầm 78

3.2 Một số phương pháp dạy học khắc phục quan niệm sai lầm 79

3.3 Đề xuất một số biện pháp nâng cao hiệu quả học phần Cơ học đối với sinh viên Sư phạm Vật lý 84

3.3.1 Đôi nét về tình hình dạy học học phần Cơ học của ngành Sư phạm Vật lý 84

3.3.2 Một số gợi ý cho giảng viên để nâng cao hiệu quả học phần Cơ học đối với sinh viên ngành Sư phạm Vật lý 87

Kết luận chương 3 88

K ẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PH ỤC LỤC 98

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ch ữ viết tắt Ch ữ viết đầy đủ

GV

HS

SV

SV SPVL ĐHSP TP.HCM

Giáo viên Học sinh Sinh viên Sinh viên Sư phạm Vật lý Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng phân loại kiến thức các khái niệm về lực và chuyển động theo cơ

học Newton trong bài FCI 19 Bảng 1.2 Bảng phân loại những quan niệm sai lầm được khảo sát trong bài FCI 21 Bảng 2.1 Bảng kết quả làm bài FCI của 110 SV SPVL 37 Bảng 2.2 Bảng thể hiện kết quả khảo sát bộ câu hỏi trắc nghiệm FCI trên 110 SV

SPVL 38

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nhiều giáo viên vật lý và nhà nghiên cứu phương pháp giảng dạy vật lý đã

chỉ ra rằng, người học thường đến lớp học vật lý với những hiểu biết và quan niệm

sẵn có về thế giới vật chất dựa trên kinh nghiệm cá nhân tích lũy từ thực tế cuộc

sống Trong số các quan niệm đó, có những quan niệm đúng và cũng có những quan

niệm sai lầm Ví dụ về các quan niệm đúng như càng ở gần loa thì âm thanh nghe được càng to (cường độ âm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách), mở cửa

bằng cách đẩy vào một điểm ở xa bản lề thì dễ dàng hơn so với khi đẩy vào một điểm ở gần bản lề, … Bên cạnh đó cũng có các quan niệm sai lầm như phải luôn luôn duy trì lực tác dụng lên vật thì vật mới chuyển động được (quan niệm này có

thể hình thành qua việc quan sát chiếc xe đẩy hàng dừng lại rất nhanh sau khi người đẩy ngừng tác dụng lực), vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ, … Các nghiên cứu cũng

chỉ ra rằng, việc dạy học vật lý theo kiểu truyền thống như trong đa số các trường

học hiện nay không thể khiến cho người học sửa chữa các quan niệm sai lầm và hình thành quan niệm khoa học đúng đắn Giáo sư Eric Mazur tại ĐH Havard trong

một buổi báo cáo tại hội thảo đã kể một tình huống ông gặp như sau: Khi ông cho sinh viên làm bài kiểm tra với các câu hỏi trắc nghiệm về lực và định luật Newton,

một sinh viên đã hỏi ông: “GS Mazur! Thầy muốn em trả lời như thế nào? Trả lời theo những gì thầy dạy em hay trả lời theo những gì em nghĩ?” Rõ ràng là trong câu chuyện này, ngay cả sau khi học xong chương trình vật lý thì sinh viên vẫn không

từ bỏ quan niệm mà em ấy đã có Do đó, để việc dạy học vật lý thực sự có hiệu quả thì việc giáo viên phát hiện được các quan niệm sai lầm của học sinh và có biện pháp thích hợp để giúp học sinh thay đổi những quan niệm đó là một điều có ý nghĩa vô cùng quan trọng

Có nhiều cách để giáo viên phát hiện được các quan niệm sai lầm của học sinh Giáo viên có thể cho học sinh một số câu hỏi kiểm tra ở hình thức câu hỏi mở

để học sinh tự ghi câu trả lời vào bài làm, từ đó giáo viên không những biết được

mức độ nắm vững kiến thức của học sinh mà còn biết được những cách hiểu sai phổ

biến mà nhiều học sinh đang nắm giữ Với những giáo viên chưa có nhiều kinh nghiệm giảng dạy thì một cách tốt để biết được các quan niệm sai lầm phổ biến của

học sinh là đọc các công trình khoa học nghiên cứu về quan niệm sai lầm của học sinh Đã có nhiều bộ câu hỏi được các nhà nghiên cứu thiết kế nhằm giúp giáo viên phát hiện các quan niệm sai lầm phổ biến của học sinh Có thể kể ra một số bộ câu

hỏi như: bộ câu hỏi về các khái niệm về lực (Force Concept Invention - FCI), bài

kiểm tra kiến thức về đồ thị động học (Test of Understanding graph-Kinematics - TUG-K), bài đánh giá kiến thức cơ bản về cơ học (Mechanics Baseline Test - MBT), bài đánh giá hiểu biết về nhiệt và nhiệt độ (Heat and Temperature Conceptual Evaluation - HTCE), bài kiểm tra kỹ năng nhận dạng và giải thích mạch điện trở (Determining and Interpreting Resistive Electric Circuits Concepts Test - DIRECT), bài đánh giá hiểu biết về mạch điện (Electric Circuits Concept Evaluation - ECCE), bài khảo sát định tính kiến thức về điện và từ (Conceptual Survey in Electricity and Magnetism - CSEM) Trong số đó, nổi tiếng nhất là bài FCI, được các nhà nghiên cứu về dạy học vật lý trên khắp thế giới sử dụng như một công cụ tin cậy đánh giá mức độ am hiểu của học sinh và phát hiện những quan

niệm sai lầm của người học về các định luật Newton và các lực cơ học Từ khi được công bố trên tạp chí The Physics Teachers số tháng 3 năm 1992 đến nay, đã có rất

nhiều công trình nghiên cứu về FCI được công bố Nổi tiếng nhất là nghiên cứu của Richard Hake, trong đó 6542 sinh viên học vật lý đại cương tại 62 trường đại học ở

Mỹ được cho làm bài FCI nhằm so sánh hiệu quả của dạy học truyền thống và dạy

học tích cực

Với sinh viên chuyên ngành vật lý nói chung và sư phạm vật lý nói riêng thì

kiến thức cơ học đại cương là khối kiến thức nền tảng quan trọng nhất để nghiên

cứu những phần khác của vật lý và để giảng dạy sau này Tuy nhiên, một số khảo sát gần đây của tác giả và các cộng sự trên sinh viên ngành Sư phạm Vật lý cho thấy nhiều sinh viên còn đang có khá nhiều quan niệm sai lầm về cơ học Newton Khảo sát trên đối tượng là giáo viên vật lý THCS cũng cho thấy những giáo viên này cũng còn những quan niệm sai lầm về cơ học Newton (khóa luận tốt nghiệp đại học năm

2013 của Nguyễn Thị Thúy Hằng) Các câu hỏi của bài FCI đều ở dạng trắc nghiệm nhiều lựa chọn nên các kết quả của những nghiên cứu trên đây chỉ mới dừng lại ở

việc chấm điểm và phân loại các câu trả lời trắc nghiệm của người tham gia, mà chưa đi sâu tìm hiểu về các lập luận của người tham gia khi họ lựa chọn câu trả lời

Với những lý do trên, tác giả cho rằng việc nghiên cứu không chỉ câu trả lời

trắc nghiệm mà còn cả lập luận của sinh viên Sư phạm Vật lý khi trả lời các câu hỏi FCI là quan trọng và cần thiết Đặc biệt là nếu chúng ta có thể khảo sát trên sinh viên trước và sau khi học học phần Cơ học thì có thể đánh giá được tác động của

học phần này đến việc sửa chữa các quan niệm sai lầm của sinh viên Do đó, tác giả

chọn thực hiện luận văn thạc sĩ với đề tài: “Sử dụng bài FCI khảo sát lập luận

c ủa sinh viên Sư phạm Vật lý trước và sau khi học học phần Cơ học.”

2 Mục đích nghiên cứu

Khảo sát lập luận của sinh viên Sư phạm Vật lý trong việc trả lời một số câu

hỏi của bài FCI để biết được những quan niệm về một số kiến thức các định luật Newton và các lực cơ học của sinh viên trước và sau khi học học phần Cơ học

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu các công trình về FCI và lập luận của người học

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về vấn đề khảo sát các quan niệm sai lầm của người học vật lý

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương pháp phỏng vấn và các phương pháp phân tích dữ liệu định tính và định lượng

- Khảo sát bài FCI trên 110 sinh viên K39 bằng phiếu trả lời trắc nghiệm

- Phỏng vấn một số sinh viên tham gia trả lời các câu hỏi FCI

- Phân tích dữ liệu định tính và định lượng để đưa đến kết luận

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

lời các câu hỏi FCI

- Khách th ể nghiên cứu: Sinh viên Sư phạm Vật lý K39 trường ĐHSP

TP.HCM

5 Ph ạm vi nghiên cứu

- Sinh viên K39 ngành Sư phạm Vật lý

- Một số câu hỏi của bài FCI

6 Giả thuyết khoa học

Nếu có thể phỏng vấn sinh viên Sư phạm Vật lý trong khi trả lời một số câu

hỏi của bài FCI thì thông qua lập luận của họ sẽ biết rõ được những quan niệm về

một số kiến thức các định luật Newton và các lực cơ học của họ trước và sau khi

học học phần Cơ học

7 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu

- Phương pháp: nghiên cứu lý luận, điều tra khảo sát, phỏng vấn

- Phương tiện: phiếu khảo sát, máy ghi âm, phòng phỏng vấn

8 Đóng góp của đề tài

- Phát hiện được những quan niệm còn tồn tại của sinh viên trước và sau khi

học học phần Cơ học

- Cung cấp tài liệu có giá trị cho giáo viên, các nhà nghiên cứu giáo dục về

việc sử dụng câu hỏi FCI để khảo sát quan niệm sai lầm của người học vật lý

- Bước đầu đánh giá tác động của học phần Cơ học trong việc khắc phục, sửa

chữa những quan niệm sai lầm của người học về kiến thức các định luật Newton và các lực cơ học

9 Nội dung nghiên cứu

C ấu trúc của luận văn

Chương I – Cơ sở lý luận Chương II – Sử dụng một số câu hỏi của bài FCI để khảo sát lập luận của sinh viên trước và sau khi học học phần Cơ học

Chương III – Một số biện pháp khắc phục quan niệm sai lầm của người học

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN

Trong chương này, tác giả trình bày những cơ sở lý luận về những vấn đề sau:

• Quan niệm sai lầm của người học vật lý

• Tầm quan trọng của việc nghiên cứu quan niệm sai lầm của người học

vật lý

• Các phương pháp và công cụ khảo sát quan niệm sai lầm của người

học vật lý

• Bài kiểm tra các kiến thức về lực (FCI) và việc sử dụng bài FCI trong

đề tài

• Vấn đề nghiên cứu lập luận của người học

• Phương pháp nghiên cứu lập luận của người học

1.1 Vấn đề khảo sát quan niệm sai lầm của người học trong dạy học vật lý

1.1.1.1 Định nghĩa

Có nhiều ý kiến đưa ra về cách định nghĩa quan niệm Theo từ điển học sinh (1973), quan ni ệm là cách nhìn nhận, cách hiểu biết của mình đối với một sự vật,

một vấn đề Theo từ điển Tiếng Việt (1992) của Viện Khoa học Việt Nam, quan

ni ệm là sự nhận thức như thế nào đó về một vấn đề, một sự kiện Theo Jean Pierre

Astolfi của Paul Robert (1997), quan niệm trước hết là phong cách nhận thức mà

người học vận dụng để nắm bắt và giải mã thế giới xung quanh, đặc biệt là những tình huống trên lớp đặt ra cho họ Theo Nguyễn Thanh Hải (2009), quan niệm là sự

hiểu biết của con người về các sự vật, hiện tượng, khái niệm và các quá trình tự

nhiên thông qua đời sống, sinh hoạt và lao động sản xuất hàng ngày mà có [7]

Những hiểu biết này tiềm ẩn trong bộ não và được tái hiện khi có những kích thích

và có nhu cầu bộc lộ Tóm lại, dựa trên các định nghĩa ở trên, có thể nói quan niệm

là những nhận định, hiểu biết về đối tượng tiếp cận được hình thành từ những trải nghiệm của bản thân mỗi người

Trong khuôn khổ dạy học, tác giả quan tâm đến quan niệm của người học

Quan ni ệm của người học là những hiểu biết của người học về các sự vật, khái niệm

và các quá trình t ự nhiên, xã hội thông qua đời sống, sinh hoạt và lao động sản

xu ất, học tập mà hình thành Cụ thể, trong dạy học vật lý, quan niệm của người học

v ật lý là những hiểu biết, niềm tin, quan điểm của người học về các đại lượng, định

lu ật vật lý, các mối liên hệ giữa các đại lượng vật lý (gọi chung là các khái niệm vật

lý – physics concepts) mà người học hình thành từ kinh nghiệm bản thân Quan

niệm của mỗi người thể hiện tính cá biệt rất cao vì bản thân mỗi người có tầm hiểu

biết khác nhau và có các cách nhìn nhận vấn đề dưới một góc độ riêng Hơn nữa, quan niệm của mỗi người được hình thành tự phát và mang yếu tố chủ quan, do đó

thường thiếu yếu tố khách quan và không khoa học [10] Đối với người học vật lý,

có những quan niệm hình thành một cách đúng đắn, phù hợp với kiến thức khoa học song vẫn còn những quan niệm không phản ánh đúng bản chất vật lý, bản chất khoa

học vốn có của sự vật, hiện tượng và khái niệm vật lý, mà ta gọi là những quan

niệm sai lầm của người học

Như vậy, có thể định nghĩa: quan niệm sai lầm của người học vật lý là các

quan ni ệm, niềm tin, sự hiểu biết sai lệch về các khái niệm vật lý (physics concepts)

mà người học hình thành từ kinh nghiệm bản thân Ví dụ, do kinh nghiệm đời sống,

để nhìn thấy các vật thì ta phải hướng mắt về phía vật và phát ra “tia nhìn” chiếu vào vật Nếu ta hướng đi nơi khác thì không nhìn thấy vật vì “tia nhìn” không chiếu vào vật Quan niệm ở đây là ta nhìn thấy là do mắt ta truyền “tia nhìn” đến vật Trong khi đó, quan niệm đúng đắn là ta nhìn thấy vật là do có tia sáng phát ra từ

v ật hoặc tia sáng phản xạ từ vật chiếu vào mắt

Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả chỉ nghiên cứu đến những quan niệm sai lầm của người học về các định luật Newton và các lực cơ học

1.1.1.2 Nguồn gốc hình thành các quan niệm

- Hình thành qua kinh nghi ệm sống hàng ngày

Trong cuộc sống thường ngày, việc gặp những sự vật, hiện tượng xảy ra

buộc HS tìm hiểu để lý giải chúng Những giải thích của các em thường dựa trên sự