Xây dựng và sử dụng video thí nghiệm với phần mềm Coach trong dạy học chương “Dao động cơ” - Vật lí 12 theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGÔ THỊ THẢO SƯƠNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG VIDEO THÍ NGHIỆM VỚI PHẦN MỀM COACH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” – VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN N

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGÔ THỊ THẢO SƯƠNG

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG VIDEO THÍ NGHIỆM VỚI PHẦN MỀM COACH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” – VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Người hướng dẫn khoa học:TS Nguyễn Anh Thuấn

Phản biện 1: PGS TS Lê Công Triêm

Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Văn Biên

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học giáo dục họp tại Trường Đại học Sư

phạm vào ngày 22 tháng 12 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện Trường Đại học Sư phạm – ĐHĐN

- Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm – ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài:

Thực hiện Nghị quyết Hội nghị lần thứ 8, Ban Chấp hành Trung ương khóa XI (Nghị quyết số 29-NQ/TW) về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, Bộ giáo dục và đào tạo đã thực hiện những thay đổi cơ bản về mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học (PPDH) Một trong những mục tiêu quan trọng trong Nghị quyết

29 là “ Nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, chú trọng giáo dụclí tưởng, truyền thống, đạo đức, lối sống, ngoại ngữ, tin học, năng lực

và kĩ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn Phát triển khả năng sáng tạo, tự học, khuyến khích học tập suốt đời”

Để hiện thực hóa mục tiêu đó, Nghị quyết 29 đề ra giải pháp

“Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kĩ năng của người học Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự ho ̣c, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kĩ năng, phát triển năng lực Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tâ ̣p đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học”

Theo đó quan điểm chỉ đạo của Đảng là: “Chuyển mạnh quá

trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triến toàn diện năng lực và phẩm chất người học Học đi đôi với hành; lí luận gắn với thực tiễn; giáo dục nhà trường kết hợp với giáo dục gia đình và giáo dục xã hội” Điều đó cho thấy, việc đổi mới hình thức, phương

pháp dạy học theo chương trình mới nhấn mạnh hình thức học tập

phát hiện và giải quyết vấn đề

Bên cạnh đó, Vật lí là môn khoa học tự nhiên có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong hầu hết các lĩnh vực Hơn nữa, Vật lí cũng là một môn khoa học thực nghiệm vì vậy thực hiện thí nghiệm trong giờ học là rất thiết thực và cần thiết Ngày nay máy vi tính đã

có mặt ở hầu hết các vĩnh vực Thực tế đã có một học phần riêng để nghiên cứu về cấu tạo và vận hành máy vi tính, đặc biệt là sử dụng máy vi tính trong nghiên cứu và dạy học Vật lí, chương “Dao động cơ” - Vật lí 12 là một trong những chương có kiến thức khá trừu tượng, đòi hỏi tính tư duy cao và yêu cầu tiến hành nhiều thí nghiệm

để kiểm chứng Khi đã có được thí nghiệm kiểm chứng, học sinh sẽ

tự mình sử dụng các phần mềm để phân tích video thí nghiệm đó, từ

đó rút ra được các kiến thức cần học khiến cho học sinh tập trung vào bài giảng hơn, hào hứng hơn và nhớ bài lâu hơn Sự kết hợp giữa các lí thuyết mới và máy vi tính trong tiến trình dạy học sẽ tạo nên một tiến trình dạy học mới mà trong tiến trình đó người học chủ động, tích cực hơn trong việc xây dựng hệ thống tri thức cho bản thân

Qua quá trình nghiên cứu lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí, tôi nhận thấy cần thiết phải xây dựng và sử dụng thí nghiệm phân tích video vào dạy học bộ môn Vật lí nhằm giúp cho học sinh xây dựng được cho mình một hệ thống kiến thức và có khả năng vận dụng kiến thức để giải quyết có hiệu quả các vấn đề đặt ra góp phần nâng cao chất lượng dạy học Vì vậy tôi chọn đề tài nghiên

cứu “Xây dựng và sử dụng video thí nghiệm với phần mềm Coach

trong dạy học chương “Dao động cơ” - Vật lí 12 theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh”

2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

2.1 Nghiên cứu nước ngoài

Ở Việt Nam, người đầu tiên đưa PPDH GQVĐ vào Việt Nam là dịch giả Phan Tất Đắc đã dịch cuốn sách “Dạy học nêu vấn đề” của Lecne (1977) Về sau nhiều nhà khoa học nghiên cứu Với môn Vật lí, PPDH GQVĐ được các tác giả Nguyễn Ngọc Quang, Nguyễn Cương, Dương Xuân Trinh Luận án tiến sĩ đầu tiên nghiên cứu DH nêu vấn đề của tác giả Lê Văn Năm (2001), Sử dụng DH nêu vấn đề - Ơrixtic để nâng cao hiệu quả dạy chương trình Vật lí phổ thông

2.2 Nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, người đầu tiên đưa PPDH GQVĐ vào Việt Nam là dịch giả Phan Tất Đắc đã dịch cuốn sách “Dạy học nêu vấn đề” của Lecne (1977) Về sau nhiều nhà khoa học nghiên cứu Với môn Vật lí, PPDH GQVĐ được các tác giả Nguyễn Ngọc Quang, Nguyễn Cương, Dương Xuân Trinh Luận án tiến sĩ đầu tiên nghiên cứu DH nêu vấn đề của tác giả Lê Văn Năm (2001), Sử dụng DH nêu vấn đề - Ơrixtic để nâng cao hiệu quả dạy chương trình Vật lí phổ thông

Trong những năm gần đây có nhiều luận văn thạc sĩ và khóa luận tốt nghiệp của sinh viên nghiên cứu ứng dụng PPDH này trong DHHH ở THPT như:

- Lê Xuân Lâm (2018), Khai thác và sử dụng phần mềm trong dạy học chương "Dòng điện trong các môi trường" - Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh dân tộc vùng đặc biệt khó khăn, Luận văn thạc sĩ, ĐHGD – ĐHQG Hà Nội

- Trần Văn Hiền (2018), Xây dựng và sử dụng video đo trực tiếp trong dạy học "Chuyển động thẳng" - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh, Luận văn thạc sĩ, ĐHGD – ĐHQG Hà Nội

- Nguyễn Thị Xuân ( 2018), Xây dựng tiến trình dạy học một

số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” - Vật lí 11 với sự hỗ trợ của Video-clip, phần mềm dạy học và bản đồ tư duy bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh miền núi, Luận văn thạc sĩ, ĐHGD – ĐHQG Hà Nội

Như vậy, đã có nhiều tác giả quan tâm đến việc sử du ̣ng bài tập vật lí, phương pháp dạy học nhằm phát triển năng lực GQVĐ, năng lực tư duy và dạy học tích hợp với giáo du ̣c môi trường Nhưng vấn đề “Xây dựng và sử dụng video thí nghiệm với phần mềm Coach trong dạy học chương “Dao động cơ” - Vật lí 12 theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh” thì chưa được nghiên cứu và giải quyết, do vậy việc lựa chọn hướng đề tài này mang ý nghĩa thực tiễn và cấp thiết

3 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu, khai thác và ghi hình video các thí nghiệm trong chương “Dao động cơ” - Vật lí 12 và sử dụng phần mềm Coach để

xử lí các video thí nghiệm, từ đó rút ra được kết quả theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh nhằm nâng cao tính tích cực trong dạy và học môn Vật lí 12

4 Giả thuyết khoa học

Nếu ghi hình các thí nghiệm thành công và sử dụng được phần mềm Coach để xử lí các thông tin, từ đó rút ra các kết quả cần thiết theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề thì có thể phát

triển năng lực tự học cho học sinh, góp phần nâng cao chất lượng

dạy học môn Vật lí

5 Đối tượng nghiên cứu

- Các tài liệu về phương pháp dạy học thí nghiệm trong

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết chương “Dao động cơ”- Vật lí

lớp 12 Cơ bản

- Nghiên cứu xây dựng các bài thí nghiệm, ghi hình, lấy các

số liệu mẫu của các bài thí nghiệm chương “Dao động cơ”- Vật lí

lớp 12 Cơ bản

- Dùng phần mềm Coach để phân tích, xử lí các video thí

nghiệm Từ đó rút ra những kết luận cần thiết cho bài học

- Hướng dẫn học sinh ghi hình thí nghiệm và sử dụng phần

mềm để rút ra các kiến thức cần học

7 Phạm vi nghiên cứu

Do một số hạn chế về vấn đề thời gian và kinh nghiệm bản

thân, nên đề tài chỉ nghiên cứu các bài thí nghiệm trong chương Dao

động cơ lớp 12 Vật lí THPT tại phòng thí nghiệm của Khoa Vật lí

trường Đại học (ĐH) Sư Phạm Đà Nẵng

8 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nhiệm vụ trên, tôi đã tiến hành các phương pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu những tài liệu liên quan trong chương trình Vật lí phổ thông, những tài liệu hướng dẫn sử dụng các bộ dụng cụ thí nghiệm liên quan Nghiên cứu những tài liệu

về phương pháp dạy học thí nghiệm Vật lí lớp 12 trong trường phổ thông

- Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành và ghi hình các bài thí nghiệm, dùng phần mềm để xử lí video thí nghiệm đó, thực hiện rút

ra những kết luận và những hướng dẫn sư phạm cần thiết Hướng dẫn học sinh tự nghiên cứu, ghi hình và sử dụng phần mềm để nâng cao hứng thú cho học sinh trong việc học tập Vật lí

9 Những đóng góp mới của đề tài

Khoá luận là cơ sở để tôi có thể xây dựng và hoàn thiện các bài thí nghiệm Vật lí khi về dạy ở trường phổ thông Nó còn có thể làm tài liệu tham khảo cho giáo viên, sinh viên và học sinh khi giảng dạy và tiến hành các bài thí nghiệm Vật lí liên quan

10 Cấu trúc của luận văn

- Phần mở đầu

- Phần nội dung

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của vấn đề phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học phổ thông và phần mềm phân tích video

Chương 2: Phối hợp sử dụng video thí nghiệm và phần mềm phân tích video Coach trong dạy học chương “ Dao động cơ” - Vật

lí 12

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

- Phần kết luận

TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO

HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

1.1 Khái niệm về năng lực và vấn đề phát triển năng lực cho học sinh trung học phổ thông

1.1.1 Khái niệm năng lực của học sinh trung học phổ thông

Theo Nguyễn Thị Minh Phương: Năng lực cần đạt của học sinh THPT là tổ hợp nhiều khả năng và giá trị được cá nhân thể hiện thông qua các hoạt động có kết quả

1.1.2 Một số năng lực cần phát triển cho học sinh trung học phổ thông

- Những năng lực chung, được tất cả các môn học và hoạt động giáo dục góp phần hình thành, phát triển: năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

- Những năng lực chuyên môn, được hình thành, phát triển chủ yếu thông qua một số môn học và hoạt động giáo dục nhất định: năng lực ngôn ngữ, tính toán, tìm hiểu tự nhiên và xã hội, công nghệ, tin học, thẩm mỹ, thể chất

1.2 Năng lực giải quyết vấn đề

1.2.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề

Năng lực GQVĐ là khả năng của một cá nhân “huy động”,

kết hợp một cách linh hoạt và có tổ chức kiến thức, kỹ năngvới thái

độ, tình cảm, giá trị, động cơ cá nhân,… để hiểu và giải quyết vấn đề trong tình huống nhất định một cách hiệu quả và với tinh thần tích cực

1.2.2 Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề

Bốn thành tố của năng lực GQVĐ:

- Tìm hiểu, khám phá vấn đề

- Thiết lập không gian

- Lập kế hoạch, thực hiện giải pháp

- Đánh giá và phản ánh giải pháp

1.2.3 Các biểu hiện của năng lực giải quyết vấn đề

Để phát triển năng lực GQVĐ cần phải xác định các biểu hiện của năng lực, đó là:

- Biết phát hiện một vấn đề, tìm hiểu một VĐ

- Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến VĐ

- Đề xuất được giả thuyết khoa học khác nhau:

- Thực hiện và đánh giá giải pháp GQVĐ; suy ngẫm về cách thức và tiến trình GQVĐ

1.3 Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

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

Dạy học GQVĐ là toàn bộ các hành động như tổ chức các tình huống có vấn đề, biểu đạt các vấn đề, chú ý giúp đỡ cho HS những điều cần thiết để HS GQVĐ, kiểm chứng các cách giải quyết

đó và cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hóa và củng cố các kiến thức đã tiếp thu được Dạy học GQVĐ có tác dụng phát huy hoạt động nhận thức tự chủ, tích cực của HS, giúp HS chiếm lĩnh được các kiến thức khoa học một cách sâu sắc, vững chắc, đồng thời bảo đảm sự phát triển trí tuệ trong quá trình học tập

1.3.2 Các giai đoạn dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

- Giai đoạn 1: Đặt ra các câu hỏi khoa học

- Giai đoạn 2: Giải quyết vấn đề

- Giai đoạn 3: Báo cáo kết quả nghiên cứu, thảo luận và đưa

ra kết luận

1.4 Xây dựng và sử dụng video thí nghiệm

1.4.1 Giới thiệu phần mềm Coach

Coach là phần mềm ứng dụng được trong nhiều lĩnh vực khoa học: Toán, vật lí, hóa học và kết hợp với nhiều công cụ cần thiết Coach còn là phần mềm duy nhất tích hợp các công cụ, cho phép:

- Thu thập dữ liệu, các phép đo trong và ngoại tuyến

- Dựa vào các video dữ liệu để thực hiện các phép đo kĩ thuật và hình ảnh, bao gồm chụp và chỉnh sửa các video clip

- Lập mô hình, tạo mới và sử dụng các mô hình số

- Kiểm soát, tạo ra các chương trình để kiểm soát các thiết bị truyền động khác nhau và các hệ thống tự động

- Hoạt ảnh: Tạo ra các hình ảnh hóa để hiểu rõ hơn về ý nghĩa của dữ liệu

- Chỉ nghiên cứu một quá trình, hiện tượng duy nhất để thu thập được các dữ liệu cần thiết cho việc nghiên cứu

- Việc thu thập số liệu, phân tích, xử lí từ phần mềm là dễ dàng, nhanh chóng với độ chính xác cao

Mặc dù có nhiều ưu điểm, song so với TN truyền thống, TN tương tác trên màn hình vẫn tồn tại một số nhược điểm như:

- Trong quá trình học tập trên lớp, người học chỉ chủ yếu tham gia tương tác gián tiếp với đối tượng nghiên cứu thông qua máy

vi tính để thu nhận và xử lí thông tin từ đối tượng nghiên cứu mà không có điều kiện để tham gia quá trình ghi lại hiện tượng vật lí

- Các video ghi lại quá trình, hiện tượng vật lí trong trường hợp này, muốn ghi lại, phải được quay lại, sau đó cần chuyển sang các định dạng mà phần mềm yêu cầu

- Để đảm bảo độ chính xác, góc quay, tỉ lệ xích giữa những điểm ảnh so với khoảng cách trong thực tế cần phải đặc biệt lưu ý

- Với việc sử dụng thí nghiệm này, HS không có cơ hội rèn luyện kĩ năng liên quan đến việc lắp đặt, tiến hành thí nghiệm, sử dụng các dụng cụ đo

1.4.5 Sử dụng các video thí nghiệm đã xây dựng với phần mềm Coach trong dạy học vật lí

Sử dụng thí nghiệm chuyển động của các con lắc để làm nảy

sinh vấn đề và kiểm chứng lại lí thuyết

- Một video mô tả quĩ đạo dao động của con lắc đơn là đường hình sin

- Một video mô tả quĩ đạo dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa

- Một video mô tả dao động tắt dần của con lắc lò xo

- Một video mô tả dao động cưỡng bức của các con lắc đơn

1.5 Thực trạng dạy học chương “ Dao động cơ”- Vật lí 12

ở trường phổ thông

1.5.1 Mục đích khảo sát

Tìm hiểu việc dạy và học cũng như sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông và nhất là trong dạy học kiến thức chương “ Dao động cơ”- Vật lí 12

1.5.2 Đối tượng khảo sát

GV giảng dạy bộ môn Vật lí trường THPT Lê Hồng Phong

và HS khối lớp 12

1.5.3 Kết quả và đánh giá kết quả điều tra

1.5.3.1 Thực trạng về việc dạy của giáo viên

Việc sử dụng thí nghiệm chưa được các GV quan tâm nhiều trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, nếu có chỉ là thí nghiệm biểu diễn hoặc thí nghiệm thực hành cuối chương, tuy nhiên mức độ sử dụng cũng không cao, mặc dù kết quả khảo sát thực trạng thiết bị thí nghiệm đã chỉ ra rằng trường THPT được trang bị thiết bị thí nghiệm liên quan đến chương “Dao động cơ” Đặc biệt việc sử dụng các thí nghiệm trên máy vi tính rất hạn chế, chủ yếu GV cho HS quan sát các video thí nghiệm

1.5.3.2 Thực trạng về việc học của học sinh

- Cách học chủ yếu của HS là đọc bài trước ở nhà, sau đó lên lớp chú ý nghe giảng và ghi chép bài đầy đủ, kết hợp với việc học thuộc lòng lí thuyết và làm bài tập vận dụng để ghi nhớ kiến thức

- Đối với việc sử dụng TN trong giờ học, đa số ý kiến cho rằng thi thoảng sẽ được quan sát TN do GV tiến hành, thi thoảng sẽ được thực hành một số TN đơn giản hoặc được làm các TN thực hành trong các giờ thực hành