Thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học phần quang hình học (vật lý 11)

Vì vậy việc sử dụng nó khi dạy học phần "Quang hình học" Vật lí 11 chưa thuận lợi: - Chất lượng thí nghiệm còn hạn chế: + Trong điều kiện lớp học rất khó quan sát được đường đi của tia s

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

CHU THỊ THANH NGA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ANH THUẤN

THÁI NGUYÊN, NĂM 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Luận văn sử dụng những thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, các thông tin đã được chọn lọc, phân tích, tổng hợp, xử lý và đưa vào luận văn đúng quy định

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố, sử dụng trong bất kì một công trình nào

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016

Tác giả luận văn

Chu Thị Thanh Nga

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Nguyễn Anh Thuấn

đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè, những người đã luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành luận văn

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016

Tác giả luận văn

Chu Thị Thanh Nga

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Giả thuyết khoa học 3

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Những đóng góp của đề tài 5

8 Cấu trúc của luận văn 5

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 6

1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 6

1.1.1 Những nghiên cứu về dạy học theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh 6

1.1.2 Những nghiên cứu về xây dựng và sử dụng TBTN theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh 8

1.2 Dạy học theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh 11

1.2.1 Phát huy tính tích cực học tập của học sinh 11

1.2.2 Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh 13

1.2.3 Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề 17

1.3 Thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí ở

trường phổ thông 20

1.3.1 Vai trò của thí nghiệm vật lí ở trường phổ thông 20

1.3.2 Thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí 22

1.3.3 Sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh 25

1.4 Kết luận chương 1 29

Chương 2 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ SOẠN TIẾN TRÌNH DẠY HỌC PHẦN "QUANG HÌNH HỌC" (VẬT LÍ 11) 30

2.1 Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học phần "Quang hình học" 30

2.1.1 Nội dung kiến thức của phần “Quang hình học” (Vật lí 11 nâng cao) 30

2.1.2 Mục tiêu kiến thức, kĩ năng phần "Quang hình học" (Vật lí 11 nâng cao) 30

2.1.3 Các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học phần "Quang hình học" 34

2.2 Thực trạng dạy học phần "Quang hình học" theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trường phổ thông 34

2.2.1 Mục đích điều tra 34

2.2.2 Phương pháp điều tra 34

2.2.3 Kết quả điều tra 34

2.3 Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm "Quang hình học" 37

2.3.1 Sự cần thiết phải thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm "Quang hình học" 37

2.3.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm "Quang hình học" 38

2.3.3 Các thí nghiệm có thể tiến hành với thiết bị thí nghiệm "Quang hình học" 41

2.4 Soạn thảo tiến trình dạy học một số bài học phần "Quang hình học" có sử dụng các thí nghiệm với thiết bị thí nghiệm đã thiết kế và chế tạo 48

2.4.1 Tiến trình dạy học bài "Khúc xạ ánh sáng" (Vật lí 11 nâng cao) 48

2.4.2 Tiến trình dạy học bài "Phản xạ toàn phần" (Vật lí 11 nâng cao) 59

2.5 Kết luận chương 2 67

Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 68

3.1 Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng và phương pháp của thực nghiệm sư phạm 68

3.1.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 68

3.1.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 68

3.1.3 Đối tượng của thực nghiệm sư phạm 68

3.1.4 Phương pháp của thực nghiệm sư phạm 69

3.2 Các giai đoạn thực nghiệm sư phạm 69

3.2.1 Công tác chuẩn bị cho thực nghiệm sư phạm 69

3.2.2 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 70

3.3 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 70

3.3.1 Phương pháp đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 70

3.3.2 Hiệu quả của tiến trình dạy học các bài đã soạn thảo đối với việc phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh 73

3.3.3 Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm 86

3.4 Kết luận chương 3 87

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng kết quả đo góc tới i và góc khúc xạ r 43

Bảng 3.1 Số liệu HS lớp thực nghiệm và đối chứng 69

Bảng 3.2 Thống kê biểu hiện của tính tích cực, NLST của HS 78

Bảng 3.3 Bảng thống kê điểm số (Xi) của bài kiểm tra lần 1 79

Bảng 3.4 Bảng phân phối tần suất của bài kiểm tra lần 1 80

Bảng 3.5 Bảng phân phối tần suất lũy tích của bài kiểm tra lần 1 80

Bảng 3.6 Bảng tổng hợp các tham số thống kê của bài kiểm tra lần 1 81

Bảng 3.7 Bảng thống kê điểm số (Xi) của bài kiểm tra lần 2 81

Bảng 3.8 Bảng phân phối tần suất của bài kiểm tra lần 2 82

Bảng 3.9 Bảng phân phối tần suất lũy tích của bài kiểm tra lần 2 82

Bảng 3.10 Bảng tổng hợp các tham số thống kê của bài kiểm tra lần 2 83

Bảng 3.11 Bảng thống kê điểm số (Xi) của bài kiểm tra lần 3 83

Bảng 3.12 Bảng phân phối tần suất của bài kiểm tra lần 3 84

Bảng 3.13 Bảng phân phối tần suất lũy tích của bài kiểm tra lần 3 84

Bảng 3.14 Bảng tổng hợp các tham số thống kê của bài kiểm tra lần 3 85

Bảng 3.15 Tổng hợp các thông số thống kê qua ba bài kiểm tra TNSP 85

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ

Hình 1.1 Chu trình sáng tạo khoa học theo V.G Razumôpxki 15

Hình 2.1 Thiết bị thí nghiệm "Quang hình học" 39

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của nguồn sáng laser 40

Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát định tính hiện tượng khúc xạ ánh sáng 41

Hình 2.4.a Chùm sáng bị gãy khúc khi đi vào nước 42

Hình 2.4.b Chùm sáng bị gãy khúc khi đi vào bản bán trụ 42

Hình 2.5 Thí nghiệm định lượng hiện tượng khúc xạ ánh sáng 42

Hình 2.6 Đồ thị biểu diễn mối liện hệ giữa sin của góc tới i và sin của góc khúc xạ r 43

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện phản xạ toàn phần 44

Hình 2.8.a Chiếu ánh sáng từ không khí vào bán trụ 44

Hình 2.8.b Chiếu ánh sáng từ bán trụ ra ngoài không khí 44

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát đường đi của tia sáng qua lăng kính 45

Hình 2.10 Đường đi của tia sáng qua lăng kính 45

Hình 2.11 Thí nghiệm khảo sát đường đi của tia sáng qua thấu kính hội tụ 46

Hình 2.12 Thí nghiệm khảo sát đường đi của tia sáng qua thấu kính phân kì 47

Hình 2.13 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức "Mối liên hệ giữa góc khúc xạ và góc tới" 48

Hình 2.14 Đường truyền ánh sáng theo tính thuận nghịch 56

Hình 2.15 Ảnh của một điểm sáng O ở đáy một cốc nước 56

Hình 2.16 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức "Hiện tượng phản xạ toàn phần - Điều kiện xuất hiện hiện tượng phản xạ toàn phần" 59

Biểu đồ 3.1 Biểu đồ phân bố điểm của hai nhóm TN và ĐC của bài kiểm tra lần 1 79

Biểu đồ 3.2 Biểu đồ phân bố điểm của hai nhóm TN và ĐC của bài kiểm tra lần 2 81

Biểu đồ 3.3 Biểu đồ phân bố điểm của hai nhóm TN và ĐC của bài kiểm tra lần 3 83

Đồ thị 3.1 Đồ thị phân phối tần suất của bài kiểm tra lần 1 80

Đồ thị 3.2 Đồ thị phân phối tần suất lũy tích của bài kiểm tra lần 1 80

Đồ thị 3.3 Đồ thị phân phối tần suất của bài kiểm tra lần 2 82

Đồ thị 3.4 Đồ thị phân phối tần suất lũy tích của bài kiểm tra lần 2 82

Đồ thị 3.5 Đồ thị phân phối tần suất của bài kiểm tra lần 3 84

Đồ thị 3.6 Đồ thị phân phối tần suất lũy tích của bài kiểm tra lần 3 84

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Toàn cầu hoá và hội nhập quốc tế về giáo dục đã trở thành xu thế tất yếu Quá trình hội nhập quốc tế sâu rộng về giáo dục đang diễn ra ở quy mô toàn cầu tạo cơ hội thuận lợi để tiếp cận với các xu thế mới, tri thức mới, những mô hình giáo dục hiện đại Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh là yêu cầu bắt buộc đối với nhà trường Việt Nam hiện nay, nó cũng là xu hướng chung của các nhà trường trên thế giới

Ở Việt Nam, định hướng đổi mới phương pháp dạy và học đã được xác định

trong Nghị quyết Trung ương 4 khóa VII (1-1993): "Đổi mới phương pháp dạy và

học ở tất cả các cấp học, bậc học Kết hợp tốt học với hành, học tập với lao động sản xuất, thực nghiệm và nghiên cứu khoa học, gắn nhà trường với xã hội Áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề" [23]

Luật giáo dục số 38/2005/QH11 đã khẳng định rõ "Mục tiêu của giáo dục phổ

thông là giúp học sinh phát triển toàn diện về đạo đức, trí tuệ, thể chất, thẩm mỹ và các kĩ năng cơ bản, phát triển năng lực cá nhân, tính năng động và sáng tạo, hình thành nhân cách con người Việt Nam xã hội chủ nghĩa, xây dựng tư cách và trách nhiệm công dân; chuẩn bị cho học sinh tiếp tục học lên hoặc đi vào cuộc sống lao động, tham gia xây dựng và bảo vệ Tổ quốc" [22]

Trong chiến lược phát triển giai đoạn 2011-2015 và tầm nhìn đến năm 2020 đã

chỉ rõ mục tiêu tổng quát: "Đến năm 2020, nền giáo dục nước ta được đổi mới căn

bản và toàn diện theo hướng chuẩn hoá, hiện đại hoá, xã hội hoá, dân chủ hóa và hội nhập quốc tế; chất lượng giáo dục được nâng cao một cách toàn diện, gồm: giáo dục đạo đức, kĩ năng sống, năng lực sáng tạo, năng lực thực hành, năng lực ngoại ngữ và tin học; đáp ứng nhu cầu nhân lực, nhất là nhân lực chất lượng cao phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và xây dựng nền kinh tế tri thức; đảm bảo công bằng xã hội trong giáo dục và cơ hội học tập suốt đời cho mỗi người dân, từng bước hình thành xã hội học tập" [3]

Trong vật lí học, thí nghiệm vừa là nguồn kiến thức, vừa là một phương pháp nghiên cứu Nhờ thí nghiệm vật lí, HS có được những quan niệm cơ bản về phương pháp thực nghiệm khoa học Thí nghiệm tạo ra cho HS những khả năng làm quen và thực hiện các phương pháp tư duy như phân tích, tổng hợp, con đường quy nạp và diễn dịch, sự so sánh, phép tương tự Thí nghiệm có khả năng giúp HS tư duy duy vật biện chứng Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực, sáng tạo của HS Thí nghiệm luôn luôn đòi hỏi HS tính

tỉ mỉ, thận trọng, trung thực, kiên trì, chính xác, tính kế hoạch, tinh thần tập thể, đoàn kết giúp đỡ nhau trong công việc, đó là những phẩm chất của con người lao động khoa học và sáng tạo Qua thí nghiệm HS tin tưởng vào sự đúng đắn của các kết luận, các định luật và những ứng dụng trong thực tiễn Điều đó giúp HS có niềm tin vào khả năng của mình, có cái nhìn đúng đắn về thế giới khách quan Do đó thí nghiệm có tác dụng to lớn trong việc giáo dục thế giới quan duy vật biện chứng cho HS Thí nghiệm là cơ sở cho giáo dục kĩ thuật tổng hợp

Thiết bị thí nghiệm là một trong những phương tiện dạy học quan trọng của bộ môn vật lí Hiện nay, trong chương trình vật lí trung học phổ thông, các bài thí nghiệm được chỉ định tối thiểu đã có các thiết bị đi kèm nhưng có những thiết bị chưa thống nhất, chưa đáp ứng hết nhu cầu quan sát trực quan của nhiều nội dung kiến thức Bên cạnh đó, rất nhiều nội dung thí nghiệm khác trong sách giáo khoa chưa có thiết bị thí nghiệm Do đó, để tạo ra sự phong phú cho hệ thống thiết bị thí nghiệm phục vụ nội dung các bài học, việc GV và HS tự làm đồ dùng dạy học là hoạt động có

ý nghĩa đối với việc dạy và học vật lí ở trường phổ thông

Đối với TBTN "Quang hình học" trong danh mục các TBTN tối thiểu do Bộ Giáo dục ban hành vẫn còn những hạn chế nhất định:

Nguồn sáng sử dụng thường là bóng đèn sợi đốt 12V - 21 W; nguồn sáng này phát ra ánh sáng trắng, hiệu suất phát sáng thấp Với nguồn sáng như vậy:

- Khó tạo ra chùm sáng song song vì kích thước sợi đốt đáng kể

- Khi tạo ra tia sáng nhờ các khe chắn sáng hẹp thì cường độ các tia sáng yếu

- Trong các thí nghiệm quang hình học thường nghiên cứu ánh sáng đơn sắc, nhưng nếu dùng kính lọc sắc sẽ làm cường độ sáng yếu và đồng thời độ đơn sắc thấp

- Linh kiện tỏa nhiệt cao nên nhanh hỏng mặc dù giá thành rất rẻ và dễ thay thế

Vì vậy việc sử dụng nó khi dạy học phần "Quang hình học" (Vật lí 11) chưa thuận lợi:

- Chất lượng thí nghiệm còn hạn chế:

+ Trong điều kiện lớp học rất khó quan sát được đường đi của tia sáng

+ Sự tạo ảnh rõ nét là khó

- Chưa tiến hành hết được các thí nghiệm cần tiến hành để phát huy tính tích cực

và phát triển NLST của HS Ví dụ như thí nghiệm về phương của tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới

Chính vì vậy, tôi sẽ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, hoàn thiện TBTN "Quang hình học" nhằm đáp ứng yêu cầu về khoa học kĩ thuật và khoa học sư phạm; sử dụng TBTN đã chế tạo để tổ chức hoạt động dạy học các kiến thức về "Quang hình học" cho HS

Đó chính là lí do tôi chọn đề tài: "Thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học phần "Quang hình học" (Vật lí 11)"

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế, chế tạo TBTN "Quang hình học" (Vật lí 11) đáp ứng yêu cầu về khoa học kĩ thuật, khoa học sư phạm và sử dụng chúng trong việc tổ chức hoạt động dạy học phần "Quang hình học" (Vật lí 11) theo tiến trình dạy học GQVĐ nhằm phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS

3 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế, chế tạo TBTN "Quang hình học", đáp ứng được các yêu cầu về khoa học kĩ thuật và khoa học sư phạm đối với các TBTN và sử dụng chúng trong tiến trình dạy học GQVĐ phần "Quang hình học" (Vật lí 11) thì có thể phát huy được tính tích cực và phát triển được NLST của HS

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể: Quá trình dạy học vật lí ở trường THPT, HS lớp 11

- Đối tượng: Hoạt động dạy của GV; hoạt động học của HS; các TBTN về

"Quang hình học" trong dạy học và các kiến thức về "Quang hình học" (Vật lí 11)

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ chủ yếu sau:

- Điều tra thực trạng dạy học, tình hình sử dụng TBTN, tìm hiểu phương pháp tổ chức hoạt động dạy học của GV, những nhu cầu, hứng thú của HS khi học tập môn vật lí ở trường THPT

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về việc dạy học theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS

- Nghiên cứu lí luận về thiết kế, chế tạo và sử dụng TBTN trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

- Nghiên cứu nội dung kiến thức, kĩ năng và các năng lực cần đạt được khi dạy học phần "Quang hình học" (Vật lí 11), để từ đó xác định các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học các kiến thức đó

- Nghiên cứu cấu tạo, cách thức sử dụng TBTN "Quang hình học" hiện có trong dạy học, tìm ra ưu điểm, nhược điểm từ đó đề xuất thiết kế, chế tạo TBTN mới đáp ứng được các yêu cầu về khoa học kĩ thuật và khoa học sư phạm đối với các TBTN và đưa

ra phương án sử dụng nhằm phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS

- Soạn thảo tiến trình dạy học GQVĐ phần "Quang hình học" (Vật lí 11) nhằm phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS trong đó sử dụng TBTN "Quang hình học" đã chế tạo

- TNSP nhằm đánh giá tính khả thi của đề tài về TBTN đã chế tạo và phương án

tổ chức hoạt động dạy học đã soạn thảo Trên cơ sở đó, tiếp thu, hoàn thiện TBTN đã thiết kế, chế tạo, bổ sung tiến trình dạy học sao cho đạt được mục đích của đề tài và đem lại hiệu quả sử dụng

6 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các nhiệm vụ trên, tôi sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu lí thuyết: nghiên cứu sách, báo, các luận án, luận văn, khóa luận tốt nghiệp, chương trình SGK vật lí 11 để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài và các căn

cứ cho những đề xuất về tiến trình dạy học và các thí nghiệm cần tiến hành

- Điều tra thực trạng dạy học phần "Quang hình học" ở trường THPT với việc

dự giờ, tham khảo giáo án, trao đổi với GV và HS

- Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: nghiên cứu TBTN "Quang hình học" sẵn có; thiết kế, chế tạo và hoàn thiện TBTN mới về "Quang hình học"

- TNSP ở trường THPT với tiến trình dạy học đã soạn thảo

- Sử dụng phương pháp thống kê toán học để phân tích, xử lí số liệu

8 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục luận văn bao gồm

Chương 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO

VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC

VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Hoạt động DH là một hoạt động đặc thù của con người, được tiến hành trong nhà trường và khác với các hoạt động khác, trong đó đối tượng của hoạt động DH là

HS vừa là khách thể và đồng thời vừa là chủ thể của QTDH Do đó hiệu quả của DH phụ thuộc rất nhiều vào tính tích cực, chủ động và sáng tạo của HS trong quá trình học tập Trong QTDH, HS càng tích cực, chủ động và sáng tạo thì việc DH sẽ càng thuận lợi và càng có hiệu quả hơn Vì vậy, trong nghiên cứu DH nói chung và DHVL nói riêng người ta rất quan tâm đến việc tích cực hóa HĐNT của HS Đối với bộ môn vật lí là môn khoa học thực nghiệm, các kiến thức vật lí đều được rút ra bằng con đường thực nghiệm, ngay cả những kiến thức được rút ra bằng con đường lí thuyết thì

nó chỉ trở thành kiến thức vật lí khi được thực nghiệm xác nhận Vì vậy, TN là một trong những phương tiện không thể thiếu được trong DHVL Chính vì vậy, trong DHVL đã có nhiều nghiên cứu về việc tích cực hóa HĐNT của HS nói chung và sử dụng TN trong việc tích cực hóa HĐNT của HS nói riêng

1.1.1 Những nghiên cứu về dạy học theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Ở nước ta, vấn đề phát huy TTC học tập của HS đã được đặt ra trong ngành giáo dục từ rất sớm Trong thời kì phát triển và hội nhập hiện nay yêu cầu về TTC, sáng tạo ở người học là rất cần thiết, điều đó đã đặt ra cho ngành Giáo dục là phải: “Biến quá trình đào tạo thành quá trình tự đào tạo” Trong cuộc cải cách giáo dục lần thứ hai (1955 - 1956) thì việc phát huy TTC đã là một trong các mục tiêu cải cách, nhằm đào tạo những người lao động sáng tạo, có đủ năng lực làm chủ đất nước Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu của các nhà giáo dục học, lí luận DH về TTC nhận thức như: Hà Thế Ngữ, Nguyễn Ngọc Quang, Đặng Vũ Hoạt, Thái Duy Tuyên… Theo tác giả Thái Duy Tuyên, TTC là khái niệm biểu hiện sự nỗ

lực của chủ thể khi tương tác với đối tượng, biểu thị cường độ vận động của chủ thể khi thực hiện một nhiệm vụ, giải quyết một vấn đề nào đấy Sự nỗ lực ấy diễn ra trên nhiều mặt: sinh lí, tâm lí và xã hội Vì vậy, TTC là một thuộc tính của nhân cách có quan hệ và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: hứng thú, nhu cầu, động cơ Dựa trên sự phát triển, TTC nhận thức có thể chia làm ba mức độ: TTC tái hiện, TTC sử dụng và TTC sáng tạo Trong HĐNT của HS, nếu như TTC là một phẩm chất của nhân cách, liên quan đến sự nỗ lực hoạt động của HS thì tích cực hóa HĐNT của HS trong hoạt động học tập lại là việc làm của GV, tức là làm cho HS từ thụ động sang chủ động, từ đối tượng tiếp nhận tri thức sang chủ thể tìm kiếm tri thức để nâng cao hiệu quả học tập Vì vậy, muốn tích cực hóa HĐNT của HS trước hết GV phải dựa vào những biểu hiện của TTC nhận thức: những dấu hiệu bên ngoài qua thái độ, hành

vi và hứng thú; những dấu hiệu bên trong như sự căng thẳng trí tuệ, sự nỗ lực hoạt động…; kết quả học tập, cũng như đặc điểm của TTC nhận thức của HS thể hiện qua mặt tự phát và mặt tự giác

Trong các nghiên cứu về DHVL thì việc phát huy TTC, tự lực và sáng tạo của

HS trong quá trình học tập đã được đề cập cụ thể trong các công trình nghiên cứu của các tác giả: Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế, Phạm Hữu Tòng Trong đó ngoài phần lí luận chung, các tác giả đã chỉ ra các biện pháp cụ thể nhằm tích cực hóa HĐNT của HS trong QTDH vật lí

Tác giả Phạm Hữu Tòng, trong các công trình nghiên cứu của mình đã chỉ ra rằng khi DH một kiến thức mới thì cần tổ chức những tình huống nhằm làm xuất hiện những vấn đề cần giải quyết, để HS tiếp nhận vấn đề, có nhu cầu GQVĐ và các em cảm thấy có khả năng tự GQVĐ đó với sự giúp đỡ của GV và sự cố gắng của bản thân Qua đó sẽ giúp cho HS tích cực, tự giác và chủ động tham gia vào việc đề xuất vấn đề và GQVĐ trong tiến trình DH Để phát huy vai trò của HS trong việc tự chủ hành động xây dựng kiến thức mới thì vai trò của GV trong tổ chức tình huống, giao nhiệm vụ học tập và định hướng hoạt động GQVĐ của HS là vô cùng quan trọng Trong đề xuất vấn đề, GV phải đưa cho HS một nhiệm vụ nhận thức có tiềm ẩn khó khăn, tức là phải tạo ra một mâu thuẫn để HS tiếp nhận mâu thuẫn đó, từ đó HS sẽ sẵn sàng và tự nguyện tham gia vào việc tìm kiếm xây dựng kiến thức mới Trong

giải quyết vấn đề, GV cần phải tổ chức, hướng dẫn HS tự lực tìm tòi kiến thức, giúp

đỡ làm giảm nhẹ khó khăn cho HS trong GQVĐ Ở giai đoạn tranh luận, thể chế hóa

và vận dụng tri thức, dưới sự hướng dẫn của GV, HS tranh luận để bảo vệ ý kiến của mình Sau đó GV chính xác hóa, bổ sung và thể chế hóa tri thức mới Tất cả các hoạt động đó đều phát huy TTC, tự lực nhận thức của HS trong hoạt động học tập

1.1.2 Những nghiên cứu về xây dựng và sử dụng TBTN theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Trong DHVL ở trường phổ thông, TN vật lí đóng một vai trò quan trọng trong việc đổi mới PPDH Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng TBTN trong DH luôn là một vấn đề được quan tâm trong xu thế tìm kiếm con đường nâng cao chất lượng DH trong nhà trường phổ thông Đây cũng là một trong những hướng nghiên cứu quan trọng trong lí luận DH đang được nhiều nhà nghiên cứu hướng tới

Việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng TN theo hướng tích cực hóa HĐNT của

HS trong DHVL được quan tâm nghiên cứu bởi tác giả Huỳnh Trọng Dương Trong công trình luận án “Nghiên cứu xây dựng và sử dụng TN theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS trong DH vật lí ở trường trung học cơ sở”, tác giả đã nghiên cứu cơ sở

lí luận của việc tích cực hóa HĐNT của HS trong DH nói chung và DHVL nói riêng; tác giả đã phân tích và chỉ rõ vai trò của TN vật lí trong việc phát huy TTC trong HĐNT vật lí của HS Trong công trình nghiên cứu, tác giả đã đề xuất được 5 biện pháp sư phạm theo hướng tích cực hóa HĐNT vật lí của HS THCS; Đề xuất được 6 biện pháp sử dụng TN trong DHVL theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS, cụ thể là: Tăng cường sử dụng thí nghiệm mở đầu để tạo ra tình huống có vấn đề; Đưa thí nghiệm nghiên cứu khảo sát, nghiên cứu minh họa ra đúng lúc để giải quyết vấn đề cụ thể; Kết hợp thí nghiệm biểu diễn của GV với thí nghiệm HS để kích thích hứng thú

và rèn luyện kỹ năng thí nghiệm cho HS; Chú trọng đến việc rèn luyện cho học sinh

kỹ năng giải bài tập thí nghiệm; Thảo luận ở lớp về các phương án thiết kế, chế tạo, tiến hành thí nghiệm và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; Sử dụng máy vi tính để tiến hành các thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng Ngoài ra tác giả cũng đã xây dựng được 10 TN vật lí THCS và với các TN đã xây dựng, tác giả tiến hành thiết

kế tiến trình DH một số kiến thức vật lí lớp 7, lớp 8 theo hướng phát triển HĐNT tích

cực, sáng tạo của HS thông qua các biện pháp sử dụng TN đã đề xuất Trong quá trình DHVL, TTC nhận thức và sáng tạo của HS được đánh giá thông qua trạng thái biểu hiện trên nét mặt của HS như: hăng hái, vui vẻ phấn khởi, không khí giờ học sôi động, số lần giơ tay phát biểu xây dựng bài học… Với kết quả thu được của đề tài, cho phép khẳng định việc xây dựng và sử dụng TN trong DHVL đã thực sự góp phần vào việc tích cực hóa HĐNT của HS và nâng cao chất lượng DH ở trường THCS Trong DHVL, việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng TBTN theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS còn được quan tâm nghiên cứu bởi các tác giả: Nguyễn Anh Thuấn, Đặng Minh Chưởng, Dương Xuân Quý… Trong công trình luận

án nghiên cứu “Xây dựng và sử dụng TBTN trong DH chương Sóng cơ học ở lớp 12 trung học phổ thông theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS” của Nguyễn Anh Thuấn, tác giả đã nghiên cứu xây dựng và sử dụng TBTN trong DHVL theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS Trong công trình nghiên cứu, tác giả đã đề xuất được quy trình xây dựng TBTN và quy trình sử dụng TBTN trong DHVL Các giai đoạn của quy trình xây dựng TBTN trong DH có thể được tiến hành như sau: Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng mà HS cần có được trong quá trình học tập; Xác định các TN cần tiến hành trong DH; Tìm hiểu tình hình thực tiễn về các TBTN, việc tiến hành các TN với những TBTN đã xây dựng có những ưu điểm, nhược điểm gì, có đáp ứng được các yêu cầu đối với việc DH phát triển TTC, sáng tạo của HS; Cần nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các TBTN có sẵn (nhưng chưa đáp ứng tốt yêu cầu DH) và nghiên cứu thiết kế, chế tạo các TBTN mới nhưng phải đảm bảo được các yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm; Sản xuất thử TBTN Phân tích, đánh giá TBTN để điều chỉnh thiết kế sao cho thiết bị có thể đạt được tối đa các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm; Đưa TBTN đã sản xuất vào dạy TNSP để tiếp tục xác định những khó khăn, hạn chế trong quá trình sử dụng nhằm bổ sung, hoàn thiện TBTN; Sản xuất thiết bị mẫu, soạn tài liệu hướng dẫn, trình Bộ Giáo dục và Đào tạo duyệt để có thể sản xuất hàng loạt

và trang bị cho các trường phổ thông Dựa vào quy trình xây dựng TBTN đã đề xuất, tác giả đã xây dựng được 5 TBTN, đó là: kênh sóng nước, mô hình sóng, TBTN về hiện tượng sóng trên các vật đàn hồi, khay sóng nước, nguồn âm dùng mạch IC trong

DH chương “Sóng cơ học” Với 5 TBTN đã xây dựng và quy trình sử dụng TBTN trong DHVL đã đề xuất, tác giả đã tiến hành soạn thảo 4 giáo án DH theo sơ đồ tiến trình GQVĐ khi xây dựng một kiến thức cụ thể theo hướng phát triển HĐNT tích cực, sáng tạo của HS Trong quá trình tổ chức DH, sự phát triển TTC, sáng tạo của

HS được xem xét qua từng bài học cụ thể trong quá trình TNSP như: HS phát biểu dự đoán và đề xuất phương án TN kiểm tra dự đoán; HS dùng các từ ngữ chính xác hơn trong việc giải thích, đề xuất các phương án TN kiểm tra; GV hướng dẫn tổ chức HS tích cực tham gia vào quá trình xây dựng kiến thức, đưa HS vào tình huống có vấn

đề, hỗ trợ HS đề xuất dự đoán có căn cứ, tạo điều kiện để HS đề xuất được phương án

TN, cách tiến hành TN kiểm tra dự đoán hoặc kiểm tra hệ quả rút ra từ dự đoán Kết quả thu được của đề tài, cho phép rút ra được những kết luận về hiệu quả của tiến trình DH và hiệu quả của TBTN đối với việc kích thích hứng thú học tập, phát huy TTC, phát triển năng lực sáng tạo và góp phần nâng cao chất lượng kiến thức của HS, HĐNT của HS trong DHVL lớp 12 nâng cao phần “Cơ học”

Nhằm đổi mới nội dung giáo dục, theo hướng tinh giản, hiện đại thiết thực, tiến

sĩ Nguyễn Việt Huy và cộng sự - trường cao đẳng sư phạm Thái Bình đã thiết kế chế tạo thành công bộ thí nghiệm quang học phục vụ cho việc dạy và học môn vật lí trong các khối trường, bậc học trong cả nước Bộ thí nghiệm đã được trao giải Nhất tại Hội thi Sáng tạo Khoa học - Công nghệ và Kỹ thuật Thái Bình năm 2014 - 2015

Điểm mới và sáng tạo của bộ thí nghiệm này là nhóm tác giả đã khéo léo sử dụng các chất liệu thông thường như vật liệu mika, tôn mỏng sơn tĩnh điện, thép không gỉ… là những vật liệu rất thân thiện với môi trường, nhẹ, có độ bền cao, an toàn cho người sử dụng để thiết kế, chế tạo

Công trình gồm 5 bộ thí nghiệm như sau:

1 Bộ thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng khúc xạ ánh sáng

2 Bộ thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng phản xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần

3 Bộ thí nghiệm đo chiết suất của chất lỏng, chất rắn

4 Bộ thí nghiệm nghiên cứu đường đi của tia sáng qua thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì, lăng kính

5 Bộ thí nghiệm nghiên cứu các tật của mắt và cách sửa, mô hình cấu tạo mắt

Với 05 bộ thí nghiệm trên, giáo viên và học sinh có thể sử dụng nghiên cứu hầu hết các bài học về phần Quang học trong chương trình Vật lí bậc THPT, THCS và học phần Phương pháp dạy học Vật lí ở bậc Đại học với các thao tác rất thuận tiện, nhanh gọn, bảo quản và sửa chữa dễ dàng Đặc biệt, cùng một bộ thí nghiệm, ta có thể làm được nhiều thí nghiệm trong phần quang hình và có thể tổ hợp các bộ phận của các bộ khác nhau cho nhiều lựa chọn khi dạy học Qua đó, có thể khắc phục tình trạng thiếu trang thiết bị dạy học Vật lí, phát huy được tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh và sinh viên

1.2 Dạy học theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

1.2.1 Phát huy tính tích cực học tập của học sinh

1.2.1.1 Khái niệm tính tích cực học tập của học sinh

Tính tích cực nhận thức biểu hiện sự nỗ lực của chủ thể khi tương tác với đối tượng trong quá trình học tập, nghiên cứu; thể hiện sự nỗ lực của hoạt động trí tuệ, sự huy động ở mức độ cao các chức năng tâm lí (như hứng thú, chú ý, ý chí ) nhằm đạt được mục đích đặt ra với mức độ cao [39]

Nói tới tính tích cực học tập thực chất là nói tới tính tích cực nhận thức, là trạng thái hoạt động nhận thức của HS, đặc trưng ở khát vọng học tập, cố gắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình nắm vững kiến thức Khác với quá trình nhận thức trong nghiên cứu khoa học, quá trình nhận thức trong học tập không nhằm phát hiện những điều loài người chưa biết về bản chất, quy luật của các hiện tượng khách quan mà nhằm lĩnh hội tri thức mà loài người đã tích cực xây dựng được Tuy nhiên trong học tập HS cũng phải "khám phá" ra những điều mới đối với bản thân mình, dù đó chỉ là khám phá những điều mà loài người đã biết

1.2.1.2 Những biểu hiện của tính tích cực học tập của học sinh

Trong quá trình học tập, tính tích cực của HS được bộc lộ qua rất nhiều biểu hiện khác nhau Dựa trên việc DHPH và GQVĐ phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí, tôi hệ thống các biểu hiện đó theo 5 giai đoạn và ở mỗi giai đoạn lại có nhiều dấu hiệu khác nhau Cụ thể là:

- Giai đoạn làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống xuất phát:

+ Quan tâm đến vấn đề cần giải quyết

+ Nhận thức được vấn đề trong tình huống đặt ra Vui vẻ, thoải mái và tự tin nhận nhiệm vụ

+ Sẵn sàng cho việc thực hiện nhiệm vụ

- Giai đoạn phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời):

+ Tham gia tích cực trong việc phát hiện hiện tượng, quá trình vật lí mới Xác định vấn đề mới cần nghiên cứu

+ Phát biểu vấn đề mới cần nghiên cứu

- Giai đoạn giải quyết vấn đề:

+ Háo hức thực hiện nhiệm vụ

+ Xoay trở, lật đi lật lại vấn đề để tìm giải pháp thực hiện

+ Thực hiện giải pháp bằng các thao tác tư duy: so sánh, phân tích các dữ kiện, thông số của bài toán

+ Tham gia đề xuất, lựa chọn giải pháp GQVĐ Tham gia xây dựng giả thuyết + Đề xuất phương án TN, lên kế hoạch tiến hành TN

+ Chủ động thực hiện TN theo các phương án, thu thập và xử lí dữ liệu Giúp đỡ bạn bè, có thái độ hợp tác cùng thực hiện nhiệm vụ

+ Nói ra được các ý tưởng cho việc thực hiện nhiệm vụ Tham gia trao đổi, tranh luận khi GQVĐ

- Giai đoạn rút ra kết luận (kiến thức mới):

+ Chủ động trình bày, bảo vệ kết quả nghiên cứu

+ Tiếp thu ý kiến đóng góp đúng đắn và thay đổi quan điểm sai của bản thân cũng như góp ý kiến cho những sai lầm của bạn bè

- Giai đoạn vận dụng kiến thức mới để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra tiếp theo: + Tham gia đề xuất phạm vi áp dụng, liên hệ kiến thức vào thực tiễn [31]

Các biểu hiện của tính tích cực xét trên các khía cạnh đã nêu sẽ được tôi sử dụng để đánh giá hiệu quả của các tiến trình dạy học kiến thức “Quang hình học” đối với việc phát huy tính tích cực học tập của HS

1.2.1.3 Các biện pháp phát huy tính tích cực học tập của học sinh

Các biện pháp nâng cao tính tích cực học tập của HS trong giờ lên lớp được phản ánh trong các công trình xưa và nay có thể tóm tắt như sau:

- Nói lên ý nghĩa lí thuyết và thực tiễn, tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu

- Kích thích hứng thú nội dung: Nội dung dạy học phải mới, nhưng không quá

xa lạ với HS mà cái mới phải liên hệ, phát triển cái cũ và có khả năng áp dụng trong tương lai Kiến thức phải có tính thực tiễn, gần gũi với sinh hoạt, suy nghĩ hàng ngày, thỏa mãn nhu cầu nhận thức của HS

- Phải dùng các phương pháp đa dạng: nêu vấn đề, TN, thực hành, so sánh, tổ chức thảo luận, xêmina và phối hợp chúng với nhau

- Kiến thức phải được trình bày trong dạng động, phát triển và mâu thuẫn với nhau, tập trung vào những vấn đề then chốt, có lúc diễn ra một cách đột ngột, bất ngờ

- Sử dụng phối hợp các phương tiện dạy học, tăng cường sử dụng đa phương tiện

- Sử dụng các hình thức tổ chức dạy học khác nhau: cá nhân, nhóm, tập thể,

tham quan, làm việc trong phòng TN Các hình thức được sử dụng linh hoạt tùy thuộc vào đối tượng HS và nội dung kiến thức nghiên cứu

- Luyện tập, vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong các tình huống mới Đưa

HS tham gia vào quá trình thảo luận đánh giá [34]

1.2.2 Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

1.2.2.1 Khái niệm năng lực sáng tạo

Theo Bách khoa toàn thư Liên Xô “Sáng tạo là một loại hoạt động mà kết quả của nó là một sản phẩm tinh thần hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị”, hay Từ điển bách khoa Việt Nam "Sáng tạo là hoạt động tạo ra cái mới” Như vậy có thể hiểu NLST là khả năng tạo ra những giá trị mới về tinh thần hay vật chất, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công hiểu biết

đã có vào hoàn cảnh mới [36]

1.2.2.2 Những biểu hiện của năng lực sáng tạo của học sinh

Đối với quá trình nhận thức của HS theo kiểu DHPH và GQVĐ, có thể hệ thống biểu hiện của NLST như sau:

- Phát hiện ra vấn đề cần giải quyết từ tình huống xuất phát

- Suy đoán được một hoặc nhiều giải pháp GQVĐ bằng suy luận lí thuyết hoặc bằng thực nghiệm:

+ Đối với cách GQVĐ bằng suy luận lí thuyết: HS biết được cần vận dụng và cách thức vận dụng các kiến thức đã biết để đi đến kết luận

+ Đối với cách GQVĐ bằng thực nghiệm: HS đề xuất được các giả thuyết

- Đề xuất được phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ lí thuyết hoặc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết đã được đề xuất Cụ thể như: xác định được những dụng cụ cần dùng, cách bố trí các dụng cụ TN, cách tiến hành TN, thu thập dữ liệu TN và xử lí dữ liệu TN

- Đề xuất được phương án bổ sung, cải tiến các TBTN hoặc thiết kế, chế tạo TBTN mới

- Xác định được các bộ phận chính, cấu tạo và chức năng của từng bộ phận, mối

liên kết giữa các bộ phận này trong việc tạo ra quá trình hoạt động của ứng dụng kĩ thuật của vật lí

- Phát hiện được mối liên hệ có tính qui luật (các định luật, nguyên lí vật lí) đã biết tồn tại trong TBTN, giải thích được nguyên tắc hoạt động của TBTN

- Thiết kế được phương án chế tạo ứng dụng kĩ thuật của vật lí Cụ thể như: Xác định được những kiến thức vật lí đã biết cần vận dụng để chế tạo ứng dụng kĩ thuật của vật lí; đề xuất các phương án thiết kế khác nhau

- Chế tạo và vận hành được mô hình vật chất, chức năng để minh hoạ nguyên tắc, cấu tạo và hoạt động của ứng dụng kĩ thuật

- Vận dụng các kiến thức mới đã thu được để giải thích, tiên đoán các sự kiện vật lí mới [34]

Các biểu hiện trên của NLST của HS sẽ được sử dụng làm tiêu chí đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo, trong đó có sử dụng TBTN đã xây dựng đối với việc phát triển NLST của HS trong dạy học kiến thức “Quang hình học” Vật lí 11

1.2.2.3 Các biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Để phát triển NLST của HS, trong dạy học vật lí cần sử dụng các biện pháp

sau đây:

a Tổ chức nội dung kiến thức vật lí trong dạy học phỏng theo chu trình

sáng tạo khoa học

Hình 1.1 Chu trình sáng tạo khoa học theo V.G Razumôpxki

Chu trình sáng tạo khoa học được trình bày khái quát như hình 1.1: Từ sự khái quát hoá các sự kiện, đề xuất vấn đề đi đến xây dựng mô hình - giả thuyết trừu tượng,

từ mô hình rút ra các hệ quả lí thuyết và kiểm tra chúng bằng thực nghiệm

Nếu những kết quả thực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì mô hình giả thuyết đó được xác nhận là đúng đắn và trở thành chân lí Nếu sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với lí thuyết thì phải xem lại lí thuyết, chỉnh lại hoặc thay đổi

Mô hình trừu tượng được xác nhận trở thành nguồn tri thức mới, tiếp tục được dùng

để suy ra những hệ quả mới hoặc để giải thích những sự kiện thực nghiệm mới phát hiện [31], [36]

Để xây dựng phương pháp phát triển NLST của HS, cần phải chú ý tới đặc điểm của lao động trong các giai đoạn của chu trình sáng tạo là khác nhau Nếu trong khi rút

ra những hệ quả lí thuyết từ mô hình trừu tượng, tư duy lôgic diễn ra từ từ theo chuỗi suy luận tuần tự giữ vai trò quan trọng, thì khi chuyển từ những sự kiện xuất phát đến

mô hình trừu tượng và từ hệ quả lí thuyết đến sự kiểm tra chúng bằng thực nghiệm thì

tư duy trực giác, phỏng đoán có vai trò quyết định Ở đây lập luận lôgic diễn ra muộn hơn, bởi vậy trong phương pháp phát triển NLST của HS thì việc phát triển ở họ khả năng suy diễn, dự đoán khoa học kĩ thuật và trực giác chiếm vị trí quan trọng

Thực nghiệm Các sự kiện xuất phát

b Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết

Dự đoán có vai trò rất quan trọng trên con đường sáng tạo khoa học Dự đoán dựa chủ yếu vào trực giác, kết hợp với kinh nghiệm phong phú và kiến thức sâu sắc

về mỗi lĩnh vực Các nhà khoa học nói rằng: việc xây dựng giả thuyết dựa trên sự khái quát hoá những sự kiện thực nghiệm, những kinh nghiệm cảm tính Tuy nhiên,

sự khái quát hoá đó không phải là một phép qui nạp đơn giản, hình thức mà chứa đựng một yếu tố mới, không có sẵn trong các sự kiện dùng làm cơ sở Dự đoán khoa học không phải là tuỳ tiện mà luôn luôn phải có một cơ sở nào đó Có thể có các cách

dự đoán sau đây trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức vật lí của HS:

- Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có

- Dựa trên sự tương tự

- Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có quan hệ nhân quả

- Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng

- Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình

- Dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang một lĩnh vực khác

- Dự đoán về mối quan hệ định lượng thường gặp trong vật lí như tỉ lệ thuận, tỉ

tế không, ta phải xem điều dự đoán đó biểu hiện trong thực tế như thế nào, có những dấu hiệu nào có thể quan sát được Điều đó có nghĩa là: từ một dự đoán, giả thuyết, ta phải suy ra được một hệ quả có thể quan sát được trong thực tế, sau đó tiến hành TN

để xem hệ quả rút ra bằng suy luận đó có phù hợp với kết quả TN không Hệ quả suy

ra được phải khác với những sự kiện ban đầu dùng làm cơ sở cho dự đoán thì mới có

ý nghĩa Số hệ quả phù hợp với thực tế càng nhiều thì dự đoán càng trở thành chắc chắn, sát với chân lí hơn [36]

Quá trình rút ra hệ quả thường áp dụng suy luận lôgic hay suy luận toán học Sự suy luận này phải đảm bảo là đúng qui tắc, qui luật, không phạm sai lầm Những qui tắc, qui luật đó đều đã biết; cho nên, về nguyên tắc, sự suy luận đó không đòi hỏi một

sự sáng tạo thực sự, có thể kiểm soát được Vấn đề đòi hỏi sự sáng tạo ở đây là đề xuất được phương án TN để kiểm tra hệ quả đã rút ra được

d Giải các bài tập sáng tạo

Ở trên, ta đã xem xét việc rèn luyện NLST cho HS trong quá trình xây dựng kiến thức mới Ngoài ra, trong dạy học vật lí, người ta còn xây dựng những loại bài tập riêng vì mục đích này và được gọi là bài tập sáng tạo Trong loại bài tập sáng tạo này, ngoài việc phải vận dụng một số kiến thức đã học, HS bắt buộc phải có những ý kiến độc lập mới mẻ, không thể suy ra một cách lôgic từ những kiến thức đã học Khi khảo sát chu trình sáng tạo khoa học, ta đã biết: hai giai đoạn khó khăn hơn

cả đòi hỏi sự sáng tạo là giai đoạn từ sự kiện cảm tính tới việc xây dựng mô hình giả thuyết trừu tượng và giai đoạn chuyển từ một tiên đề lí thuyết, những qui luật nhất định của hiện tượng sang việc kiểm tra bằng thực nghiệm Giai đoạn thứ nhất đòi hỏi

sự giải thích hiện tượng, trả lời câu hỏi: tại sao? Còn giai đoạn thứ hai lại đòi hỏi thực hiện một hiện tượng thực, đáp ứng với những yêu cầu đã cho, nghĩa là trả lời câu hỏi: làm thế nào? Tương ứng với hai trường hợp trên là hai bài tập sáng tạo: bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế chế tạo [36]

1.2.3 Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

Để nâng cao chất lượng dạy học vật lí, trong những năm gần đây nhiều trường học đã và đang nghiên cứu nhiều phương pháp dạy học mới, trong đó có phương pháp DHPH và GQVĐ Theo một trong những quan niệm phổ biến hiện nay thì DHPH và GQVĐ được xem như hệ thống các quy tắc áp dụng các thủ pháp dạy học có tính đến lôgic của các thao tác tư duy và các quy luật của hoạt động nhận thức của HS Do vậy DHPH và GQVĐ không những phù hợp hơn với tinh thần dạy học phát triển, với nhiệm vụ phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS, biến kiến thức của họ không chỉ thành niềm tin mà còn phù hợp với đặc điểm của khoa học vật lí

1.2.3.1 Khái niệm dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

DHPH và GQVĐ là một quá trình dạy học nhằm phát triển năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề của HS Học sinh được đặt trong một tình huống có vấn đề, thông qua việc giải quyết vấn đề giúp HS lĩnh hội tri thức, kĩ năng và phương pháp nhận thức [14]

DHPH và GQVĐ có tác dụng phát huy hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ của HS, giúp cho HS chiếm lĩnh được các kiến thức khoa học sâu sắc, vững chắc, vận dụng được, đồng thời đảm bảo sự phát triển trí tuệ, phát triển NLST của HS trong quá trình học tập

1.2.3.2 Cấu trúc của dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

Quá trình DHPH và GQVĐ đề có thể chia làm 5 giai đoạn:

a Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện)

xuất phát: từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, thực nghiệm, bài tập, truyện kể lịch sử Đây là giai đoạn đặt HS vào tình huống có vấn đề "Tình huống có vấn đề" là tình huống mà HS tham gia gặp một khó khăn, HS ý thức được vấn đề, mong muốn giải quyết vấn đề đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hi vọng có thể giải quyết được, do đó bắt tay vào việc giải quyết vấn đề đó

Mục đích chính của giai đoạn này là:

- Làm xuất hiện trước HS mâu thuẫn nhận thức, giúp HS xác định rõ nhiệm vụ nhận thức và tiếp nhận nó, tức là tạo ra nhu cầu nhận thức ở HS

- Kích thích ở HS hứng thú nhận thức sao cho các em phấn khởi, sẵn sàng GQVĐ một cách liên tục

- Đặt HS trước những khó khăn vừa sức, những khó khăn này khiến các em phải căng óc ra suy nghĩ giải quyết nhưng không được khó quá để làm mất hứng thú của

HS Khó khăn có thể giải quyết được sẽ củng cố niềm tin của HS

Một số biện pháp xây dựng tình huống có vấn đề: Kể chuyện mở đầu về ý nghĩa khoa học và đời sống của hiện tượng sẽ được nghiên cứu; dùng TN vật lí; sử dụng các bài toán vật lí; sử dụng các mẩu chuyện lịch sử, các sự kiện, các tư liệu lịch sử

b Giai đoạn 2: Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

Ở giai đoạn này, GV sẽ hướng dẫn, gợi ý HS đưa ra những câu hỏi cần trả lời, những vấn đề cần giải quyết trong bài học nhằm kích thích tính chủ động, tích cực, sáng tạo và tăng cường hiệu quả của việc dạy và học, giúp HS nắm được tri thức mới hoặc cách thức hành động mới khi tích cực tham gia vào quá trình học

c Giai đoạn 3: Giải quyết vấn đề

Mục đích của giai đoạn này là:

- Đưa HS vào con đường tự lực, khai thác tri thức

- Làm cho HS quen dần với phương pháp khoa học trong nghiên cứu GQVĐ

Để đạt mục đích ấy giai đoạn này bao gồm hai yếu tố cơ bản: Xây dựng giả thuyết và kiểm chứng giả thuyết HS có thể rèn luyện được năng lực nhận thức một cách tự lực và sáng tạo khi họ biết cách nghiên cứu GQVĐ, mà việc nghiên cứu GQVĐ trong khoa học thì nhất thiết diễn ra theo con đường đề xuất và phát triển giả thuyết

Trước một tình huống có vấn đề HS đề ra được nhiều giả thuyết khác nhau và

GV hướng dẫn HS tiến hành luận chứng cho giả thuyết, nghĩa là chọn lọc một cách

có căn cứ một trong các giả thuyết đã đề ra làm con đường đáng tin nhất để GQVĐ Cách chọn lọc tốt nhất là suy từ các giả thuyết ra các hệ quả khác nhau rồi kiểm tra các hệ quả đó nhờ khảo sát lí thuyết hay bằng khảo sát thực nghiệm, kết quả là sẽ loại trừ được những giả thuyết sai lầm Khi đã chọn được một giả thuyết tương đối có triển vọng rồi thì phải kiểm chứng các giả thuyết đó Đối với vật lí học việc kiểm chứng các giả thuyết thường được thực hiện nhờ TN Chú ý lựa chọn TN kiểm chứng sao cho hiện tượng TN được đơn nhất, thiết bị TN đơn giản, tiến hành TN ngắn gọn hợp lí, kết luận rút ra từ TN xuất hiện một cách logic và nằm trong phạm vi kiến thức

mà HS có thể hiểu được

d Giai đoạn 4: Rút ra kết luận (kiến thức mới)

GV hướng dẫn, gợi ý cho HS tóm lược lại các kiến thức mới thu nhận được, làm

cho kiến thức của HS được củng cố vững chắc hơn

e Giai đoạn 5: Vận dụng kiến thức mới để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra

tiếp theo

Trong giai đoạn này chú ý cho HS vận dụng sáng tạo các tri thức đã thu nhận được, tức là vận dụng để giải quyết những tình huống mới, khai thác với những tình huống mới gặp phải khi thu nhận kiến thức [14]

1.2.3.3 Sơ đồ của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề [14]

Hình 1.2 Sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức

theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

1.3 Thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

TBTN là phương tiện dạy học có vai trò rất quan trọng trong dạy học vật lí TBTN tạo điều kiện cho việc nghiên cứu có hệ thống, có kế hoạch trực quan các hiện tượng và quá trình vật lí, làm tăng sức mạnh của HS trong việc tác động lên đối tượng học tập Nhờ có TBTN mà HS thấy được các ứng dụng của kiến thức, đặc biệt là thấy được các ý tưởng sáng tạo kĩ thuật

1.3.1 Vai trò của thí nghiệm vật lí ở trường phổ thông

Trong dạy học vật lí, TN đóng một vai trò quan trọng, dưới quan điểm lí luận dạy học vai trò đó được thể hiện những mặt sau:

1 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát:

từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử

2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3 Giải quyết vấn đề

- Suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề: nhờ khảo sát lí thuyết và / hoặc

khảo sát thực nghiệm

- Thực hiện giải pháp đã suy đoán

4 Rút ra kết luận (kiến thức mới)

5 Vận dụng kiến thức mới để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra tiếp theo

1.3.1.1 Thí nghiệm có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học

TN Vật lí có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học như: đề xuất vấn đề nghiên cứu, GQVĐ (TN hỗ trợ đề xuất giả thuyết, TN kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả suy luận lôgic từ giả thuyết), dùng để minh hoạ, củng cố kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến thức kĩ năng, kĩ xảo của HS

1.3.1.2 Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện học sinh

Việc sử dụng TN trong dạy học góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện những phẩm chất và năng lực của HS, đưa đến sự phát triển toàn diện cho người học Trước hết, TN là phương tiện nhằm góp phần nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vật lí cho HS Nhờ TN, HS có thể hiểu sâu hơn bản chất vật lí của các hiện tượng, định luật, quá trình được nghiên cứu và do đó có khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn

Thông qua TN, bản thân HS cần phải tư duy cao mới có thể khám phá ra được những điều cần nghiên cứu Thực tế cho thấy, trong dạy học vật lí, đối với các bài giảng có sử dụng TN, thì HS lĩnh hội kiến thức rộng hơn và nhanh hơn, HS quan sát

và đưa ra những dự đoán, những ý tưởng mới, nhờ đó hoạt động nhận thức của HS sẽ được tích cực và tư duy của các em sẽ được phát triển tốt hơn

1.3.1.3 Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh

Thông qua việc tiến hành TN, HS có cơ hội trong việc rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành, góp phần thiết thực vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS TN còn là điều kiện để HS rèn luyện những phẩm chất của người lao động mới như: đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực Xét trên phương diện thao tác kĩ thuật, chúng ta không thể phủ nhận vai trò của TN đối với việc rèn luyện sự khéo léo tay chân của HS Trong dạy học vật lí, đối với những bài giảng có TN thì GV cần phải biết hướng

HS vào việc cho họ tự tiến hành TN, có như vậy kiến thức các em thu nhận được sẽ vững vàng hơn, rèn luyện được cho các em sự khéo léo chân tay, khả năng quan sát tinh tế, tỉ mỉ hơn và chính xác hơn Có như thế, khả năng hoạt động thực tiễn của HS

sẽ được nâng cao

1.3.1.4 Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập của học sinh

TN là phương tiện gây hứng thú, yếu tố kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của

HS học tập, nhờ đó làm cho HS tích cực và sáng tạo hơn trong quá trình nhận thức Chính nhờ TN và thông qua TN mà ở đó HS tự tay tiến hành các TN, các em sẽ thực hiện các thao tác TN một cách thuần thục, khơi dậy ở các em sự say sưa, tò mò

để khám phá ra những điều mới, những điều bí ẩn từ TN và cao hơn là hình thành nên những ý tưởng cho những TN mới

Thông qua TN, nhờ vào sự tập trung chú ý, quan sát sự vật, hiện tượng có thể tạo cho HS sự ham thích tìm hiểu những đặc tính, quy luật diễn biến của hiện tượng đang quan sát Khi giác quan của HS bị tác động mạnh, HS phải tư duy cao độ từ sự quan sát TN, chú ý kĩ TN để có những kết luận, những nhận xét phù hợp

1.3.1.5 Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của học sinh

TN là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc độc lập hoặc tập thể, qua đó góp phần bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của HS Qua TN đòi hỏi HS phải làm việc tự lực hoặc phối hợp tập thể, nhờ đó có thể phát huy vai trò cá nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các em

1.3.1.6 Thí nghiệm vật lí góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng và quá trình vật lí

TN vật lí góp phần đơn giản hoá hiện tượng, tạo trực quan sinh động nhằm hỗ trợ cho tư duy trừu tượng của HS, giúp cho HS tư duy trên những đối tượng cụ thể, những hiện tượng và quá trình đang diễn ra trước mắt họ Các hiện tượng trong tự nhiên xảy ra vô cùng phức tạp, có mối quan hệ chằng chịt lấy nhau, do đó không thể cùng một lúc phân biệt những tính chất đặc trưng của từng hiện tượng riêng lẻ Chính nhờ TN vật lí đã góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng, làm nổi bật những khía cạnh cần nghiên cứu của từng hiện tượng và quá trình vật lí giúp cho HS dễ quan sát,

dễ theo dõi và dễ tiếp thu bài [34]

1.3.2 Thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí

1.3.2.1 Yêu cầu của việc thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí

Dựa vào chủ thể sử dụng, TBTN vật lí trong trường phổ thông được chia thành hai loại: TBTN biểu diễn và TBTN thực tập Các TBTN được chế tạo sử dụng trong dạy học vật lí phải đáp ứng được các yêu cầu về các mặt đồng thời phải có quy trình xây dựng dựa trên yêu cầu sử dụng, đòi hỏi phát huy được tính tích cực và phát triển NLST của HS

a Các yêu cầu chung đối với thiết bị thí nghiệm

- Yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật:

+ Cho phép tiến hành được TN với hiện tượng xảy ra rõ ràng, dễ thực hiện các thao tác TN Các TN định lượng phải cung cấp được các số liệu có độ chính xác phù hợp với các yêu cầu đối với TN vật lí phổ thông

+ Hoạt động ổn định, tiêu thụ ít năng lượng, các chi tiết được chế tạo từ các vật liệu có độ bền cao

+ Có quy trình chế tạo, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa tiện lợi, cần ứng dụng các thành tựu công nghệ mới trong quy trình chế tạo

+ Đảm bảo sự an toàn khi sử dụng trong dạy học

- Yêu cầu về mặt sư phạm:

+ TBTN phải đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn nhẹ, ít hỏng, thuận tiện trong sử dụng, dễ sửa chữa, bảo quản, vận chuyển

+ Cần có phạm vi sử dụng rộng, có thể tiến hành nhiều TN theo nhiều phương

án với cùng mục đích TN hoặc nhiều TN với cách thức khác nhau trong một chương hay nhiều chương khác nhau của chương trình vật lí phổ thông

+ Thời gian thực hiện mỗi TN không dài

+ Có thể sử dụng để tiến hành ở nhiều giai đoạn khác nhau của QTDH

+ Tạo điều kiện cho các hoạt động sáng tạo, nhất là thiết kế phương án TN + Cần có kích thước, trọng lượng, hướng quan sát phù hợp với đặc điểm về tầm vóc và tâm sinh lí của HS

- Yêu cầu về mặt kinh tế: Cần tìm cách chế tạo TBTN với giá thành không cao nhờ sử dụng các vật liệu rẻ, mới với công nghệ chế tạo hợp lí

- Yêu cầu về mặt thẩm mĩ: Các TBTN phải được thiết kế đẹp về hình thước, với kích thước, màu sắc hợp lí, đặc biệt là cần làm nổi bật bộ phận cần quan sát [37]

b Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm biểu diễn

Ngoài việc đáp ứng các yêu cầu chung đối với TBTN thì các TBTN biểu diễn còn cần đáp ứng thêm một số yêu cầu sau:

- TBTN biểu diễn phải đáp ứng được tính trực quan: Các dụng cụ phải có kích thước đủ lớn để cả lớp nhìn rõ, có cấu tạo đơn giản, thể hiện rõ nguyên tắc khoa học

của hiện tượng cần nghiên cứu, có màu sắc thích hợp, hình dáng đẹp đẽ, lôi cuốn sự chú ý của HS, nhất là ở những chi tiết chính TBTN cho phép bố trí TN sáng sủa, dễ hiểu, có thể nhận thấy rõ kết quả TN, loại bỏ được các hiện tượng không mong muốn

- TBTN biểu diễn phải đáp ứng được tính hiệu quả: Các dụng cụ là tối thiểu, hoạt động tốt, có độ chính xác đủ cao, TN được tiến hành với TBTN có thể được tiến hành nhanh chóng

- TBTN biểu diễn phải đáp ứng được tính an toàn: Dụng cụ, cách bố trí và tiến hành TN đối với TBTN phải đảm bảo an toàn cho người sử dụng và có thể di chuyển

dễ dàng [37]

c Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm thực tập

TBTN thực tập phải đáp ứng được các yêu cầu chung đối với TBTN Ngoài ra, TBTN thực tập còn phải đáp ứng thêm một số yêu cầu quan trọng sau:

- TBTN thực tập được chế tạo sao cho việc bố trí và tiến hành TN với nó không quá khó đối với HS, hiện tượng vật lí diễn ra trong các TN dễ quan sát, không quá phức tạp

- TBTN thực tập cho phép thực hiện các phương án TN với các số đo ở nhiều giá trị khác nhau có độ chính xác phù hợp với TN vật lí của HS

- TBTN thực tập cần được chế tạo từ các vật liệu có độ bền cao, có thể sử dụng những dụng cụ, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng ngày, quen thuộc với HS

- TBTN thực tập cần đáp ứng được yêu cầu an toàn cho HS khi sử dụng

- TBTN thực tập không đòi hỏi nhiều thời gian trong việc bố trí và tiến hành

- Căn cứ vào nội dụng kiến thức cần xây dựng cho HS để xác định các TN cần tiến hành: TN làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu, TN hình thành kiến thức mới, TN củng cố, TN về nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của thiết bị kĩ thuật

- Dựa vào thực trạng TBTN hiện có (ở trường phổ thông, trên thị trường) để đưa

ra các quyết định:

+ Nếu chưa có TBTN thì cần phải chế tạo mới đáp ứng các yêu cầu của TBTN biểu diễn hoặc TBTN thực tập

+ Nếu đã có TBTN thì xem xét xem các hạn chế còn tồn tại của TBTN có sẵn, từ

đó cải tiến TBTN có sẵn đáp ứng các yêu cầu của TBTN biểu diễn hoặc TBTN thực tập + Trong những trường hợp khi đã có TBTN biểu diễn nhưng cần phải chuyển thành TBTN thực tập để tăng cường hoạt động thực nghiệm của HS trong dạy học thì cần phải nghiên cứu, cải tiến TBTN biểu diễn đó thành TBTN thực tập

+ Chế tạo mẫu và tiến hành các TBTN theo mẫu để điều chỉnh nhằm đưa ra mẫu hoàn chỉnh

+ TNSP để đánh gia tính khả thi của mẫu

+ Tiếp tục cải tiến, hoàn thiện TBTN

+ Viết hướng dẫn sử dụng TBTN [37]

1.3.3 Sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Để TBTN thực hiện được đầy đủ các chức năng, góp phần phát huy tính tích cực

và phát triển NLST của HS thì quá trình sử dụng TBTN phải tuân thủ một số yêu cầu chung và yêu cầu riêng về cụ thể, đồng thời phải được diễn ra theo quy trình nhất định

1.3.3.1 Các yêu cầu chung đối với việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí

- GV cần thiết lập lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng TN phải là một bộ phận hữu cơ của QTDH, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức của HS: TN được tiến hành để nảy sinh vấn đề nào? khảo sát cái gì? (kiểm tra giả thuyết nào hoặc hệ quả nào suy ra từ giả thuyết?) kiểm nghiệm, minh hoạ cái gì? xác định đại lượng vật lí nào (đo trực tiếp hay đo gián tiếp)?

- Trước mỗi TN, HS cần phải thấy được sự cần thiết của TN và hiểu được mục đích của TN

- GV cần hướng dẫn HS tham gia thiết kế phương án TN: để đạt được mục đích

TN, cần xác định được dụng cụ, cách bố trí, các bước tiến hành, cách quan sát, đo đạc, thu thập dữ liệu và xử lí các kết quả

- GV cần lôi cuốn mọi HS tham gia tích cực vào tất cả các bước của tiến trình

TN bằng cách giao cho HS thực hiện các nhiệm vụ cụ thể

- GV phải thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi TN trước giờ học, đảm bảo TN phải thành công (hiện tượng xảy ra trong TN phải quan sát được rõ ràng, kết quả đo có độ chính xác chấp nhận được)

- Việc sử dụng TBTN và tiến hành TN phải tuân thủ các quy tắc an toàn [37]

1.3.3.2 Các yêu cầu đối với việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trực diện trong dạy học vật lí

a Các yêu cầu trong việc lựa chọn thí nghiệm trực diện

TN thường được lựa chọn để thực hiện dưới dạng TN trực diện trong những trường hợp sau:

- Nội dung nghiên cứu chỉ đòi hỏi những TN với các TBTN có sẵn không quá phức tạp Việc bố trí và tiến hành với những TBTN này không quá khó, không mất quá nhiều thời gian và an toàn đối với HS Hiện tượng vật lí diễn ra trong các TN dễ quan sát, không quá phức tạp

- Có thể sử dụng những dụng cụ, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng ngày, quen thuộc với HS Nhờ sự quen thuộc này mà HS có thể đề xuất được các phương

án TN, chứ không chỉ máy móc tiến hành TN với các dụng cụ do GV đưa ra

- TBTN phải có độ bền vững cần thiết, ít hỏng hóc, có sai số các phép đo cao nhất khoảng 10% [37]

b Các yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm trực diện

- GV cần dự kiến các phương án TN mà HS có thể đề xuất, phân tích ưu điểm, nhược điểm của mỗi phương án TN và lựa chọn, chuẩn bị các phương án TN phù hợp với thực trạng TBTN của nhà trường

- Dựa vào số lượng TBTN hiện có, GV chia HS trong lớp thành các nhóm và soạn phiếu học tập, trong đó chỉ rõ những hoạt động chủ yếu mà HS cần tiến hành, những dữ liệu định tính và định lượng cần thu thập, cách xử lí những dữ liệu TN và những câu hỏi mà HS cần trả lời

- Bố trí các bàn TN phải có khoảng cách đủ rộng để GV và HS đi lại dễ dàng khi cần thiết [37]

c Các yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động của học sinh trong thí nghiệm trực diện

- Cần đảm bảo cho mọi HS trong tất cả các nhóm đều tích cực hoạt động trong tất

cả các bước của tiến trình TN: Xác định mục đích TN, thiết kế phương án TN, thực hiện các thao tác bố trí TN, tiến hành TN, ghi chép và xử lí kết quả TN, rút ra kết luận

- Cần phối hợp hợp lí các hình thức làm việc cá nhân, làm việc theo nhóm và làm việc chung toàn lớp sao cho vừa phát huy tính chủ động, tự lực của từng HS, vừa tạo điều kiện cho sự phân công, phối hợp công việc của các HS trong nhóm và giữa các nhóm với nhau

- GV cần bao quát, theo dõi hoạt động của các nhóm Sự hướng dẫn của GV phải đúng lúc và chỉ với mức độ cần thiết GV cần tổ chức cho lớp thảo luận các phương án TN mà HS đề xuất, không đưa ra ngay từ đầu các phương án TN mà GV

đã lựa chọn và chuẩn bị TN phải cho những kết quả rõ ràng, cần được lặp lại ít nhất

3 lần đủ cho việc khái quát hóa, rút ra kết luận GV cần định hướng sự quan sát của

HS vào khía cạnh chủ yếu của hiện tượng xảy ra trong TN, hướng dẫn HS phân tích những điều quan sát được trong các TN định tính và tính toán các giá trị trung bình, sai số trong các phép đo ở những TN định lượng để rút ra kết luận [37]

1.3.3.3 Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm vật lí trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

a Xác định và chuẩn bị thiết bị thí nghiệm sẽ sử dụng

- Xác định mục đích của các TN cần tiến hành:

+ Trước hết, GV cần xác định xem kiến thức HS cần học được xây dựng theo con đường lí thuyết hay theo con đường thực nghiệm Tiếp theo, thiết lập tiến trình xây dựng kiến thức theo các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức đã xác định + Dựa vào tiến trình xây dựng kiến thức đã thiết lập, GV cần xác định chính xác mục đích của các TN cần tiến hành và chức năng lí luận dạy học của nó

- Lựa chọn TBTN phù hợp sẽ được sử dụng: từ mục đích của các TN cần tiến hành, dựa vào tình trạng và yêu cầu đối với việc sử dụng TBTN, GV lựa chọn TBTN phù hợp (TN biểu diễn hay TN thực tập)

- GV kiểm tra sự hoạt động của TBTN và thử nghiệm các TN tiến hành trước giờ lên lớp

b Xác định và sử dụng thí nghiệm đơn giản (nếu cần) để làm nảy sinh vấn đề

- Nếu cần sử dụng TN để làm nảy sinh vấn đề khi nghiên cứu hiện tượng vật lí thì có thể diễn ra theo các bước sau:

+ GV mô tả TN và yêu cầu HS dự đoán về hiện tượng sẽ diễn ra trong TN + Dựa vào quan niệm, kinh nghiệm, kiến thức đã có HS đưa ra dự đoán về diễn biến của hiện tượng xảy ra, sau đó GV mới tiến hành TN Kết quả TN sẽ trái với dự đoán của HS và làm xuất hiện vấn đề cần giải quyết

c Sử dụng thiết bị thí nghiệm để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của học sinh (nếu cần)

- Sau khi HS đề xuất phương án TN tạo cơ sở để đề xuất giả thuyết, GV giới thiệu sơ lược các bộ phận chính của TBTN có liên quan tới các đại lượng vật lí có mặt trong vấn đề cần giải quyết

- GV hoặc nhóm HS tiến hành nhanh TN để thấy có mối liên hệ giữa hai đại lượng vật lí và dựa vào sự cùng tăng (giảm) hay đại lượng này tăng khi đại lượng kia giảm để đề xuất giả thuyết về mối liên hệ định lượng giữa hai đại lượng vật lí này

d Sử dụng thiết bị thí nghiệm trong giai đoạn giải quyết vấn đề

- Xác định mục đích của TN cần tiến hành: GV hướng dẫn HS thảo luận xác định nội dung cần kiểm tra bằng TN để làm rõ mục đích của TN

- Thiết kế phương án TN: GV hướng dẫn HS thiết kế phương án TN cần thực hiện để đạt được mục đích TN (Xác định dụng cụ, cách bố trí, cách tiến hành, thu thập kết quả và xử lí)

- Bố trí TN: Bố trí, kết nối các bộ phận của TBTN sau khi đã có phương án TN

và đảm bảo yêu cầu của TN biểu diễn hoặc thực tập

- Tiến hành TN: Tiến hành TN theo phương án đã nêu và đảm bảo yêu cầu của

TN Tiến hành đo đạc, quan sát, thu thập dữ liệu; lưu ý phải thực hiện TN lặp lại ít nhất 3 lần và tuân thủ các quy tắc an toàn

- Xử lí kết quả TN: Đối với TN định tính, HS phân tích các điều đã quan sát được và rút ra kết luận Đối với TN định lượng, HS tính toán giá trị trung bình và sai

số, nguyên nhân sai số Có thể biểu diễn các kết quả thu được qua TN dưới dạng bảng biểu, đồ thị Từ việc xử lí các kết quả TN, GV hướng dẫn HS rút ra kết luận, đối chiếu với mục đích TN để đi đến kiến thức cần xây dựng [37]

1.4 Kết luận chương 1

Trong chương này tôi đã nêu ra và phân tích để làm sáng tỏ các vấn đề sau:

- Dạy học vật lí theo hướng phát huy tính tích cực của HS như: tính tích cực nhận thức, tích cực học tập của HS; những biểu hiện của tính tích cực học tập của HS; các biện pháp phát huy tính tích cực học tập của HS

- Phát triển NLST của HS trong dạy học vật lí như: khái niệm NLST; những biểu hiện của NLST của HS; các biện pháp phát triển NLST của HS

- Phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS trong dạy học phát hiện và

GQVĐ như: khái niệm; cấu trúc của DHPH và GQVĐ; sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DHPH và GQVĐ

- Thiết kế, chế tạo và sử dụng TBTN trong dạy học vật lí ở trường phổ thông theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS như: vai trò của TN vật

lí ở trường phổ thông; thiết kế và chế tạo TBTN trong dạy học vật lí; sử dụng TBTN trong dạy học vật lí theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS

Chương 2THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

VÀ SOẠN TIẾN TRÌNH DẠY HỌC PHẦN "QUANG HÌNH HỌC"

(VẬT LÍ 11)

2.1 Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học phần "Quang hình học"

2.1.1 Nội dung kiến thức của phần “Quang hình học” (Vật lí 11 nâng cao)

Phần “Quang hình học” (Vật lí 11 nâng cao), bao gồm 2 chương:

Chương 6: Khúc xạ ánh sáng

- Hiện tượng khúc xạ ánh sáng, định luật khúc xạ ánh sáng

- Chiết suất của môi trường

- Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng

- Hiện tượng phản xạ toàn phần

- Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần

- Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần: Cáp quang

2.1.2 Mục tiêu kiến thức, kĩ năng phần "Quang hình học" (Vật lí 11 nâng cao)

2.1.2.1 Chuẩn kiến thức, kĩ năng của Bộ Giáo dục và Đào tạo

Chương 6: Khúc xạ ánh sáng

a Kiến thức

- HS phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng

- HS nêu được chiết suất tuyệt đối, chiết suất tỉ đối là gì và mối quan hệ giữa các chiết suất này với tốc độ của ánh sáng trong các môi trường

- HS nêu được tính chất thuận nghịch của sự truyền ánh sáng và chỉ ra sự thể hiện tính chất này ở định luật khúc xạ ánh sáng

- HS mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện xảy ra hiện tượng này

- HS mô tả được sự truyền ánh sáng trong cáp quang và nêu được ví dụ về ứng dụng của cáp quang và tiện lợi của nó

b Kĩ năng

- HS vận dụng được hệ thức của định luật khúc xạ ánh sáng

- HS giải được các bài tập về hiện tượng phản xạ toàn phần

Chương 7: Mắt - Các dụng cụ quang học

a Kiến thức

- HS mô tả được lăng kính là gì

- HS nêu được lăng kính có tác dụng làm lệch tia sáng truyền qua nó

- HS nêu được thấu kính mỏng là gì

- HS nêu được trục chính, quang tâm, tiêu điểm chính, tiêu điểm phụ, tiêu diện

và tiêu cự của thấu kính mỏng là gì

- HS phát biểu được định nghĩa độ tụ của thấu kính và nêu được đơn vị đo độ tụ

- HS nêu được số phóng đại của ảnh tạo bởi thấu kính là gì

- HS viết được các công thức về thấu kính

- HS nêu được sự điều tiết của mắt khi nhìn vật ở điểm cực cận và ở điểm cực viễn

- HS nêu được đặc điểm của mắt cận, mắt viễn, mắt lão về mặt quang học và nêu cách khắc phục các tật này

- HS nêu được góc trông và năng suất phân li là gì

- HS nêu được sự lưu ảnh trên màng lưới là gì và nêu được ví dụ thực tế ứng dụng hiện tượng này

- HS mô tả được nguyên tắc cấu tạo và công dụng của kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn

- HS nêu được số bội giác là gì

- HS viết được công thức tính số bội giác của kính lúp đối với các trường hợp ngắm chừng, của kính hiển vi và kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực