Chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học hiện tượng quang điện trong vật lí 12 theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC ĐINH THỨ CƠ CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC "HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG"- VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

ĐINH THỨ CƠ

CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

TRONG DẠY HỌC "HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG"- VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC

THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

ĐINH THỨ CƠ

CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

TRONG DẠY HỌC "HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG"- VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC

THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 8.14.01.11

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Anh Thuấn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn đến Ban giám hiệu; Phòng đào tạo Sau đại học; Ban Chủ nhiệm và quý Thầy, Cô giáo khoa Sư phạm trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội

Tác giả xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu, quý Thầy, Cô giáo tổ Vật

lí, trường THPT Kim Sơn A, TT Phát Diệm, huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình

đã nhiệt tình giúp đỡ, trao đổi và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của TS Nguyễn Anh Thuấn trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn

Cuối cùng, tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tác giả trong quá trình học tập và thực hiện đề tài

Hà Nội, tháng 05 năm 2018

TÁC GIẢ

Đinh Thứ Cơ

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các thành tố và mức độ chỉ số hành vi của NLTN 6

Bảng 2.1: Bảng thể hiện cụ thể chuẩn kiến thức, kĩ năng bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 31

Bảng 2.2: Các loại màu sắc của ánh sáng phát ra cùng với bước sóng, điện áp và vật liệu của đèn LED 40

Bảng 2.3: Kết quả TN 45

Bảng 2.4: Sơ đồ xây dựng kiến thức nội dung 1 52

Bảng 2.5: Sơ đồ xây dựng kiến thức nội dung 2 53

Bảng 2.6: Các thành tố và mức độ chỉ số hành vi của NLTN trong dạy học bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 60

Bảng 3.1: Số liệu HS của các mẫu được chọn để thực nghiệm sư phạm 69

Bảng 3.2: Kết quả mức độ NLTN HS đạt được 71

Bảng 3.3: Số tiêu chí đạt được và xếp loại kết quả của hoạt động chế tạo pin quang điện 77

Bảng 3.4: Kết quả của 5 HS tham gia báo cáo sản phẩm trước lớp 77

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ

Hình 2.1: Quang trở trong thực tế (a); ký hiệu quang trở (b) 34

Hình 2.2: Cấu tạo và hoạt động của pin quang điện 35

Hình 2.3: Một tế bào quang điện thông dụng được làm từ tinh thể silicon 36

Hình 2.4: Cấu tạo của đèn LED 37

Hình 2.5: Nguyên tắc hoạt động của đèn LED 39

Hình 2.6: Các thành phần của TBTN đã chế tạo được 41

Hình 2.7: Đo giá trị điện trở của quang trở khi không chiếu sáng (a) và khi được chiếu sáng (b) 43

Hình 2.8: Đo hiệu điện thế giữa hai cực của LED màu xanh lá khi được chiếu sáng bằng các ánh sáng màu đỏ, màu cam, màu xanh lá, màu tím và màu xanh dương 45

Hình 2.9: Sơ đồ mạch điện của TN 46

Hình 2.10: TN đã mắc theo sơ đồ 47

Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện của cảm biến hình ảnh 48

Hình 2.12: Mạch điện sau khi đã hoàn thiện 48

Hình 2.13: Mô hinh cảm biến ánh sáng sau khi hoàn thiện 49

Hình 2.14: Hoạt động của cảm biến hình ảnh 49

Hình 2.15: Sơ đồ mạch điện của pin quang điện 50

Hình 2.16: Sản phẩm pin quang điện sau khi chế tạo 51

Hình 2.17: Kết quả thí nghiệm đo suất điện động khi không chiếu sáng và khi chiếu sáng 51

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DHPH và GQVĐ 15

Sơ đồ 1.2: Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của kiểu DHPH và GQVĐ 16

Sơ đồ 1.3 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực

Sơ đồ 1.4 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức về ƯDKT theo con đường 1 20

Sơ đồ 1.5 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức về ƯDKT theo con đường 2 21

Sơ đồ 2.1: Sơ đồ bố trí TN khảo sát giới hạn quang điện trong của chất bán dẫn trong đèn LED 44

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Danh mục các chữ viết tắt i

Danh mục bảng ii

Danh mục các hình và sơ đồ iii

Mục lục v

Mở đầu 1

Chương1.CƠSỞLÍLUẬNVÀTHỰCTIỄN CỦAVIỆCCHẾTẠOVÀSỬ DỤNGTHIẾTBỊTHÍNGHIỆMTHEOHƯỚNGPHÁTTRIỂN NLTNCỦA HỌCSINHTRONGDẠYHỌCVẬTLÍỞTRƯỜNGPHỔTHÔNG 5

1.1 Năng lực thực nghiệm 5

1.1.1 Khái niệm năng lực thực nghiệm 5

1.1.2 Cấu trúc năng lực thực nghiệm 6

1.1.3 Các biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí 8

1.2 Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề 14

1.2.1 Khái niệm dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề 14

1.2.2 Các giai đoạn của tiến trình dạy học theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề 14

1.3 Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí 22

1.3.1 Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí 22

1.3.2 Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí 24

1.4 Thực trạng dạy học bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 theo hướng phát triển NLTN ở một số trường THPT trên địa bàn huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình 28

1.4.1 Mục đích điều tra 28

1.4.2 Nội dụng và phương pháp điều tra 28

1.4.3 Kết quả điều tra 29

Kết luận chương 1 30

Chương 2 CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC "HIỆNTƯỢNGQUANGĐIỆNTRONG"-VẬTLÍ12 31

2.1 Mục tiêu dạy học "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 31

2.2 Cơ sở lí thuyết về "Hiện tượng quang điện trong" 33

2.2.2 Hiện tượng quang điện trong 33

2.2.3 Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện trong 33

2.2.4 Quang điện trở 34

2.2.5 Pin quang điện (pin Mặt Trời) 35

2.3 Xây dựng thiết bị thí nghiệm về "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 36

2.3.1 Sự cần thiết phải chế tạo TBTN dạy học bài "Hiện tượng quang điện trong" 36

2.3.2 Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm về "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 37

2.3.3 Thí nghiệm 1: Tìm hiểu nồng độ hạt tải điện được giải phóng trong khối chất quang dẫn (Quang điện trở) khi được chiếu sáng 42

2.3.4 Thí nghiệm 2: Khảo sát hiện tượng quang điện trong 43

2.3.5 Thí nghiệm 3: Cảm biến ánh sáng 46

2.3.6 Thí nghiệm 4: Mô hình cảm biến hình ảnh (cảm biến camera) 47

2.3.7 Thí nghiệm 5: Chế tạo pin Mặt Trời 50

2.4 Soạn thảo tiến trình dạy học "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 theo hướng phát triển NLTN của học sinh 52

2.4.1 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 52

2.4.2 Xây dựng tiến trình dạy học bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 55

2.5 Tiêu chí đánh giá NLTN của HS trong học tập "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 60

Kết luận chương 2 67

Chương3.THỰCNGHIỆMSƯPHẠM 68

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 68

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 68

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 68

3.2 Đối tượng và phương pháp của thực nghiệm sư phạm 68

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 68

3.2.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 69

3.3 Kết quả thực nghiệm 71

3.3.1 Đánh giá phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 71

3.3.2 Đánh giá phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong vận dụng

"Chế tạo pin quang điện đơn giản" 74

Kết luận chương 3 78

KẾTLUẬNVÀKHUYẾNNGHỊ 80

TÀILIỆUTHAMKHẢO 82

PHỤLỤC 84

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển của xã hội, trong những năm gần đây mục tiêu giáo dục của Việt Nam đã chuyển từ mục tiêu cung cấp kiến thức là chủ yếu sang hình thành và phát triển những năng lực cần thiết cho HS Giáo dục phổ thông nước ta đang từng bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực của người học, nghĩa là từ chỗ quan tâm đến việc HS học được cái gì đến chỗ quan tâm HS vận dụng được cái gì qua việc học Nói cách khác, giáo dục phải giúp người học chiếm lĩnh cả kiến thức, kỹ năng và vận dụng được vào trong thực tiễn cuộc sống chứ không đơn thuần là nắm bắt lí thuyết

Vật lí ở trường phổ thông chủ yếu là Vật lí thực nghiệm Trong chương trình vật lí phổ thông, nhiều hiện tượng, khái niệm, định luật vật lí được hình thành bằng con đường thực nghiệm Thông qua TN, ta xây dựng được những biểu tượng cụ thể về sự vật và hiện tượng, làm nổi bật bản chất, quy luật của hiện tượng, quá trình Như vậy trong học tập vật lí, HS ngoài việc suy luận lôgic, các em cần phải biết để quan sát, làm TN, thu thập xử lí số liệu nhằm rút ra kiến thức mới hoặc đối chiếu, kiểm tra lại các hệ quả vật lí đã có từ các suy luận lôgic Tuy nhiên, thực tế dạy học lại cho thấy rằng, HS dễ dàng học thuộc các định nghĩa, nhớ rõ các khái niệm, các định luật, thậm chí rất thành thạo sử dụng các công thức, thay số dễ dàng để giải quyết nhanh các bài tập vật lí, HS cũng háo hức với việc làm TN, và cũng có một số HS biết tên nhiều dụng cụ TN, nhưng nhiều HS lại vô cùng bối rối, lúng túng, vụng về khi sử dụng các TBTN, không hiểu rõ nguyên tắc hoạt động của các dụng cụ TN Điều đó chứng tỏ rằng khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn hay NLTN của HS còn nhiều hạn chế Việc phát triển NLTN cho HS không thể một sớm một chiều, mà cần có thời gian, cần sự hỗ trợ của phương tiện kỹ thuật, trong

đó không thể thiếu TBTN Thực tế việc trang bị các bộ TN Vật lí ở trường

phổ thông nói chung còn nhiều bất cập, chưa đầy đủ, độ chính xác, độ bền chưa cao

Trong chương trình Vật lí 12, "Hiện tượng quang điện trong" có nội dung khó vì rất trừu tượng nếu chỉ mô tả hiện tượng bằng lời mà không thông qua

TN Đồng thời là kiến thức đặc biệt nhất của chương với những ứng dụng phong phú, quan trọng trong kỹ thuật, trong cuộc sống Nội dung kiến thức của bài này rất phù hợp để dạy học theo hướng tiếp cận năng lực, để từ đó nâng cao NLTN cho HS Song khó khăn đặt ra là các TBTN để dạy học bài này hiện chưa được trang ở trường phổ thông

Từ những lí do trên, tác giả đã chọn đề tài: "Chế tạo và sử dụng TBTN trong dạy học "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 theo hướng phát triển NLTN của học sinh"

2 Mục đích nghiên cứu

Chế tạo và sử dụng TBTN trong dạy học "Hiện tượng quang điện trong" - Vật

lí 12 theo dạy học giải quyết vấn đề theo hướng phát triển NLTN của HS

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy học "Hiện tượng quang điện trong"

- Vật lí 12 và NLTN của HS

- Phạm vi nghiên cứu: Nội dung dạy học "Hiện tượng quang điện trong"

theo hướng phát triển NLTN của HS

4 Giả thuyết khoa học

Nếu chế tạo TBTN đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật, về mặt khoa học sư phạm và sử dụng chúng trong dạy học "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 theo dạy học giải quyết vấn đề thì sẽ phát triển được NLTN của HS

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát triển NLTN cho HS trong dạy học vật lí ở trường THPT

- Nghiên cứu quy trình thiết kế, chế tạo TBTN Từ đó thiết kế, chế tạo TBTN cho dạy học "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12

- Nghiên cứu thực trạng cơ sở vật chất, TBTN và thực trạng của việc sử dụng TBTN trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông

- Nghiên cứu nội dung, chương trình "Hiện tượng quang điện trong" - Vật

lí 12

- Thiết kế tiến trình dạy học "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 với

sự hỗ trợ của TBTN theo hướng phát triển NLTN của HS

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính hiệu quả của đề tài

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các tài liệu lí luận dạy học và các tài liệu liên quan đến NLTN trong dạy học vật lí

- Nghiên cứu các văn kiện của Đảng, các văn bản của Nhà nước và của ngành Giáo dục về đổi mới giáo dục phổ thông

- Nghiên cứu các sách báo, luận văn, tạp chí chuyên ngành liên quan đến nội dung kiến thức của đề tài

- Nghiên cứu chương trình, SGK, sách bài tập, tài liệu tham khảo vật lí 12

- Tìm hiểu hoạt động dạy và học của GV và HS trong giờ học vật lí ở trường THPT qua trao đổi trực tiếp với GV và HS

- Dùng phiếu điều tra để tìm hiểu thực trạng của việc sử dụng TBTN để phát triển NLTN cho HS lớp 12 ở trường THPT

- Tiến hành giảng dạy thực nghiệm ở lớp 12 trường THPT

- Quan sát, kiểm tra, đánh giá hoạt động học tập của HS trong quá trình thực nghiệm

Xử lí số liệu điều tra và kết quả TNSP bằng công cụ thống kê toán học

+ TN về nguyên tắc hoạt động của cảm biến ánh sáng

+ TN đơn giản về pin mặt trời

- Soạn thảo tiến trình dạy học "Hiện tượng quang điện trong" theo hướng phát triển NLTN của HS

- Soạn thảo được công cụ đánh giá NLTN của HS trong học tập bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12

- Đánh giá được sự phát triển NLTN của HS trong học tập bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, phần nội dung của luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận của việc sử dụng TBTN theo hướng phát triển

NLTN của HS trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

Chương 2 Xây dựng và sử dụng TBTN trong dạy học "Hiện tượng quang

điện trong" - Vật lí 12

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

1.1.1 Khái niệm năng lực thực nghiệm

Thí nghiệm là một bước trong phương pháp khoa học dùng để phân minh giữa mô hình khoa học hay giả thuyết TN cũng được sử dụng để kiểm tra tính chính xác của một lý thuyết hoặc một giả thuyết mới để ủng hộ chúng hay bác bỏ chúng

Theo tôi có thể tổng kết được NLTN là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo với các thuộc tính tâm lí như hứng thú, niềm tin, ý chí để thực hiện thành công các nhiệm vụ thực nghiệm khoa học, NLTN là đề xuất giả thuyết, suy luận lôgic để có được các hệ quả có thể kiểm tra bằng thực nghiệm, thiết kế phương án TN (gồm có các xác định mục đích TN, các lựa chọn công cụ TN, dự kiến các tiến hành và thu thập số liệu trong quá trình thực nghiệm) Các tiến hành được TN (gồm có các xây dựng kế hoach TN, cách lắp ráp bố trí tiến hành TN, các thu thập số liệu, thu thập kết quả TN, cách xử lí được số liệu và đánh giá được kết quả)

1.1.2 Cấu trúc năng lực thực nghiệm

Bảng 1.1: Các thành tố và mức độ chỉ số hành vi của NLTN [13]

Thành

tố

Chỉ số hành vi

M2.1.1

HS thực hiện được các suy luận logic dưới

sự hướng dẫn của GV và đề ra được điều cần kiểm nghiệm dưới sự hướng dẫn của

GV M3.1.1

HS thực hiện được các suy luận logic hợp lí

và đề ra được điều cần kiểm nghiệm, chính xác với sự hướng dẫn của GV

M4.1.1

HS tự thực hiện được các suy luận logic hợp lí và tự đề ra được điều cần kiểm nghiệm, chính xác

nhưng có dưới sự hỗ trợ của GV M3.1.2 HS tự xác định được đầy đủ mục đích TN M4.1.2 HS tự xác định được đầy đủ mục đích TN và

chính xác dưới sự hướng dẫn của GV M4.2.1 HS tự xác định được đầy đủ và chính xác

chính

M3.2.2

HS vẽ được các sơ đồ nguyên lí chính được đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của

GV M4.2.2 HS tự vẽ được đầy đủ và chính xác các sơ

đồ nguyên lí chính

đủ và chính xác dưới sự hỗ trợ của GV M4.2.3 HS tự mô tả được đầy đủ và chính xác cách

một cách đầy đủ M3.2.4

HS dự kiến được các bước tiến hành TN đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của

GV M4.2.4 HS tự dự kiến được chính xác các bước tiến

và chính xác dưới sự hướng dẫn của GV M4.2.5 HS tự dự kiến được cách thu thập số liệu

lí M3.2.6 HS dự kiến được xử lý số liệu hợp lí và đầy

đủ dưới sự hướng dẫn của GV M4.2.6 HS tự dự kiến được xử lý số liệu hợp lí

bị thực M3.3.1

HS tìm hiểu được các bộ phận thiết bị thực đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của giá viện

M4.3.1

HS tự tìm hiểu được đầy đủ và chính xác các bộ phận thiết bị thực

đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của GV M4.3.3 HS tự lắp ráp, tự bố trí và tự tiến hành TN

M4.3.4 HS tự thực hiện TN theo kế hoạch với thiết

M3.3.6 HS xử lý được số liệu đúng và chính xác

dưới sự hướng dẫn của GV M4.3.6 HS tự xử lý đượ số liệu đúng và chính xác

3.7 Rút ra

kết luận

M1.3.7 HS rút ra được các kết luận nhưng không

hợp lí M2.3.7 HS rút ra được các kết luận hợp lí M3.3.7 HS rút ra được các kết luận, hợp lí và chính

xác dưới sự hướng dẫn của GV M4.3.7 HS tự rút ra được các kết luận hợp lí và

chính xác

1.1.3 Các biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh

Để phát triển NLTN cho HS, cần sử dụng một số biện pháp sau:

Biện pháp 1 Tăng cường sử dụng TN trong dạy học

Việc sử dụng TN vật lí trong dạy học góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện những phẩm chất năng lực của HS, sự phát triển toàn diện của người học Nhờ có TN HS có thể hiểu sâu hơn bản chất vật lí của các hiện tượng, định luật, quá trình…được nghiên cứu, do đó khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn Nói cách khác, TN là cầu nối giữa lí thuyết và thực tiễn Qua TN HS có cơ hội rèn luyện kỹ năng thực nghiệm góp phần thiết thực vào việc bồi dưỡng NLTN cho HS Như vậy TN

có vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển các kỹ năng của NLTN cho HS

Mục đích của việc tăng cường làm TN trước hết là để HS có niềm tin vào việc có thể tự lực làm TN Từ chỗ đơn giản là bắt chước, làm TN theo hướng dẫn và có phương án cho trước đến việc tự đề xuất phương án TN, tự chế tạo dụng cụ và tiến hành TN độc lập

Các TN biểu diễn đa phần là GV thực hiện, tuy nhiên nếu tăng cường sử dụng chúng sẽ rèn luyện cho HS kỹ năng quan sát, nhận xét kết quả TN, đồng thời HS có thể bắt chước thực hiện được các thao tác đó Đó là cơ sở ban đầu cho việc hình thành các kỹ năng của NLTN ở HS Vì vậy GV cần sử dụng tối

đa các TN trong chương trình Thực hiện các TN một cách bài bản, công phu

để qua đó HS khắc sâu kiến thức và rèn luyện một số kỹ năng chuyên biệt môn vật lí

Khi thực hiện các TN thực tập, HS có cơ hội tiếp xúc trực tiếp với dụng

cụ, được lựa chọn, sắp xếp, đo đạc trực tiếp với dụng cụ và xử lí số liệu Đối với các TN trực diện, HS tiến hành tại lớp do đó được sự hướng dẫn, điều chỉnh trực tiếp của GV Nhờ đó mà NLTN của các em được bồi dưỡng và phát triển thêm Do hạn chế về mặt thời gian nên có thể các kỹ năng của NLTN không được rèn luyện hết trên lớp, một số kỹ năng riêng lẻ cũng được rèn luyện Để phát triển NLTN của mình HS phải tự lực thực hiện các giai

đoạn của quá trình TN, thực hiện nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép đo, xử

lí nhiều số liệu mới rút ra được kết luận cần thiết Tuy nhiên trong dạy học ở các tiết thực hành thì mức độ tự lực và sự phát triển các kỹ năng thực nghiệm của HS vẫn chưa được phát triển hết mức Bởi vì các TN thường có bản chỉ dẫn sẵn cụ thể trong SGK HS thường thực hiện rập khuôn theo bản kế hoạch

đó Để bồi dưỡng và phát triển năng lực sáng tạo, tính tự lực tối đa cho HS,

GV cần thường xuyên giao cho các em làm TN và quan sát ở nhà Thực hiện các TN này đòi hỏi HS phải tự lực giải quyết vấn đề trong điều kiện không có

sự trợ giúp điều chỉnh trực tiếp của GV Do đó TN vật lí làm thử ở nhà có vai trò quan trọng đến sự phát triển nhiều kỹ năng thực nghiệm như: lập kế hoạch

TN, chế tạo hoặc lựa chọn dụng cụ, bố trí và tiến hành TN, xử lí kết quả TN thu được nhằm hoàn thành nhiệm vụ được giao Nếu thường xuyên giao cho

HS các TN quan sát vật lí ở nhà thì NLTN của HS ngày càng hoàn thiện và phát triển hơn

Biện pháp 2 Tổ chức cho HS giải thích các hiện tượng trong tự nhiên và chế tạo dụng cụ TN dựa trên các nguyên tắc vật lí

Các kỹ năng mà HS được rèn luyện chủ yếu được thực hiện trên lớp theo một lôgic nhất định và thường áp dụng với TN vật lí Nếu các kỹ năng này được biến hóa và vận dụng vào đời sống thông qua việc chế tạo và sửa chữa dụng cụ thì nó sẽ càng hoàn thiện và phát triển nhanh hơn

Việc rèn luyện NLTN được thực hiện trên lớp với thời gian khá hạn chế nên không phải tất cả các HS đều có điều kiện để rèn luyện kỹ năng đó Khi thực hiện các TN thực hành tại phòng TN, thông thường GV chia theo nhóm hoặc theo tổ, khi đó chỉ một vài HS trong nhóm tiến hành thao tác với các dụng cụ, còn lại một số khác chỉ quan sát, ghi chép số liệu Vì vậy, để tạo điều kiện cho hầu hết các em được rèn luyện các kỹ năng thực nghiệm thì GV cần

tổ chức cho HS chế tạo các dụng cụ có ứng dụng các nguyên tắc vật lí bắt đầu

từ các dụng cụ đơn giản sau đó nâng dần lên

Sau mỗi phần kiến thức đã được học, GV cần cho các em vận dụng các

hoạt động của một số thiết bị trong đời sống hàng ngày, chế tạo các dụng cụ

TN đơn giản Vận dụng, giải thích được càng nhiều càng tốt, càng rèn luyện

kỹ năng cho HS Nhờ đó mà HS có thể diễn tả chính xác các vấn đề bằng ngôn ngữ vật lí, đề xuất được những phương án TN Bằng con đường như vậy các kỹ năng về sử dụng ngôn ngữ vật lí, kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực

tế, kỹ năng sử dụng kiến thức liên quan, kỹ năng hợp tác, kỹ năng xử lý thông tin … của HS được rèn luyện và phát triển

Việc tổ chức cho HS tự làm các TN là cần thiết, bởi đó là cơ hội tốt giúp các em tự rèn luyện các kỹ năng thực nghiệm, bồi dưỡng NLTN cho HS Quy trình chế tạo các dụng cụ TN tạo điều kiện tốt cho các em rèn luyện các thao tác tay chân và giúp các em nắm vững lí thuyết hơn, rèn luyện các đức tính tốt như: tính cẩn thận, tỷ mỉ, chính xác khoa học, khả năng tự lập Nó cũng giúp hiện thực hóa những gì các em đã học trong sách vở vào thực tiễn cuộc sống

Đó chính là những kỹ năng của NLTN mà chúng ta cần bồi dưỡng cho HS Nhằm phát huy hiệu quả việc phát triển NLTN cho HS trong quá trình tổ chức GV cần lưu ý:

- Động viên, khuyến khích, khích lệ các em tham gia chế tạo các dụng cụ,

đồ dùng học tập

- Tăng cường giao cho HS các nhiệm vụ có ứng dụng các nguyên tắc vật lí vào việc lý giải các hiện tượng trong tự nhiên, đời sống hàng ngày Căn cứ vào năng lực HS mà giao nhiệm vụ với các mức độ khác nhau và hướng dẫn các mức độ khác nhau Với HS trung bình, GV có thể đưa ra yêu cầu cụ thể

và hướng dẫn chi tiết các bước thực hiện để hoàn thành nhiệm vụ Còn những

HS khá giỏi, GV chỉ đưa ra yêu cầu, bằng khả năng các em có thể thực hiện theo ý tưởng và sự sáng tạo mà vẫn đảm bảo yêu cầu ban đầu

- Công việc này GV nên tổ chức theo nhóm Trong quá trình đó, GV cần thường xuyên kiểm tra hoạt động của các nhóm Trước hết là yêu cầu HS trình bày ý tưởng trước lớp, thông qua nhóm này trình bày, các nhóm khác có thể góp ý, và bổ sung thêm vào để hoàn thiện hơn Nhờ đó mà kỹ năng giải

- Sau khi hoàn thành, GV nên tổ chức cho HS báo cáo trước lớp, thậm chí trước khối Tổ chức các cuộc thi nhỏ giữa các nhóm rồi giữa các lớp về sản phẩm của mình nhằm khuyến khích, động viên HS, đồng thời đánh giá cao những nỗ lực mà các em đã đạt được Tạo cho HS niềm tin trong khám phá tri thức, tự tin hơn và sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ trong những lần sau

- Một điểm cần lưu ý là khi giao nhiệm vụ cho HS thì GV đưa ra phải vừa sức, không quá dễ, cũng không quá khó Có như vậy thì mới kích thích được

sự hứng thú tham gia khám phá của HS mới mang lại hiệu quả tốt

Biện pháp 3 Thường xuyên sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học

Trong quá trình dạy học, đặc biệt với bộ môn vật lí thì phương pháp thực nghiệm được dùng khá phổ biến Đó cũng là một phương pháp được sử dụng

để dạy thành công nhiều bài học trong chương trình phổ thông

Trong chương trình phổ thông, có rất nhiều phần kiến thức được xây dựng bằng con đường thực nghiệm Đó chính là cơ hội tốt để các em bồi dưỡng và phát triển NLTN Vì vậy, trong quá trình dạy học, GV cần tăng cường sử dụng PPTN

Để thực hiện tốt công việc này, GV cần lưu ý:

- Khai thác và sử dụng tối đa các bài học có thể sử dụng PPTN

- Khi thực hiện phương pháp này cần phát huy tối đa khả năng của HS như đề xuất phương án, nêu vấn đề, xử dụng kiến thức liên quan, kiểm tra đánh giá…

- Tạo điều kiện cho HS làm TN nhằm cũng cố niềm tin cho các em, đồng thời tạo cơ hội cho các em tiếp xúc trực tiếp và rèn luyện các thao tác tay chân

- Các kết quả thực nghiệm mà các em thu được có thể có những sai số nhỏ

so với các kết quả mà nhà khoa học đã tìm ra trước đó GV cần hướng dẫn HS cách xử lí kết quả và tìm ra nguyên nhân, biện pháp khắc phục chứ tuyệt đối không được điều chỉnh số liệu, để đi đến những kiến thức mới phù hợp Qua

đó kỹ năng tính toán, kỹ năng thu thập và xử lý thông tin được phát triển

Biện pháp 4 Đổi mới cách thức kiểm tra đánh giá theo hướng chú trọng phát triển NLTN

học tập cũng như trong các đề kiểm tra trên lớp, đề thi nên tăng cường các câu hỏi yêu cầu HS phải vận dụng các kỹ năng thực nghiệm để giải quyết Trước đây việc kiểm tra đánh giá hầu như chỉ chú trọng đến học thuộc lí thuyết mà chưa chú trọng tối phát triển NLTN cho HS Từ việc kiểm tra miệng, kiểm tra thường xuyên, kiểm tra định kì, hầu như GV chỉ đề cập đến các khái niệm, các định luật hoặc các bài tập mang tính chất tính toán… HS chỉ cần học thuộc lí thuyết và nắm vững các công thức là có thể trả lời cơ bản Các câu hỏi vận dụng các kỹ năng thực nghiệm đã thoáng bắt gặp trong các

đề thi HS giỏi, đề thi đại học Hiện nay việc kiểm tra đánh giá đã có phần thay đổi trong các đề thi tốt nghiệp THPT, đề thi đại học cũng đã xuất hiện một vài câu vận dụng NLTN trong đề thi trắc nghiệm Tuy nhiên số lượng câu hỏi còn

ít, mức độ các câu hỏi đó còn nhẹ Vật lí học là bộ môn khoa học thực nghiệm, vì vậy trong kiểm tra đánh giá kết quả học tập của HS, GV ngoài kiểm tra đánh giá mức độ nắm vững lí thuyết thì cần quan tâm đánh giá năng lực vận dụng kiến thức, đặc biệt chú trọng đến kỹ năng thực nghiệm của HS Việc xem nhẹ NLTN trong kiểm tra đánh giá sẽ làm cho HS không thấy được vai trò, tầm quan trọng của NLTN, và tự bồi dưỡng NLTN cũng bị hạn chế Bên cạnh đó, chính GV cũng ít chú trọng đến việc bồi dưỡng NLTN cho HS

Vì vậy mục đích của việc đổi mới trong kiểm tra đánh giá là giúp HS ý thức được tầm quan trọng của NLTN, từ đó các em mới vạch được kế hoạch tự rèn luyện và bồi dưỡng các kỹ năng thực nghiệm cho bản thân

Để thực hiện tốt việc đổi mới cách thức kiểm tra đánh giá theo hướng chú trọng phát triển NLTN, mỗi GV cần:

- Trong các lần kiểm tra, kể cả kiểm tra miệng nên tăng cường các câu hỏi, các bài tập TN Đó là những bài tập đòi hỏi các em phải vận dụng linh hoạt tổng hợp các kiến thức lí thuyết, kỹ năng thực nghiệm, vốn hiểu biết về vật lí, kỹ thuật và thực tế trong cuộc sống để xác định mục tiêu, lựa chọn phương án, lựa chọn dụng

cụ, thực hiện TN theo quy trình, thu thập và xử lí số liệu để giải quyết nhiệm vụ đặt

ra Tóm lại, những bài tập này yêu cầu HS giải theo con đường thực nghiệm, hoặc

Các bài tập TN ở trường phổ thông thường sử dụng cụ thiết bị có thể khai thác ở phòng TN trong nhà trường hoặc sử dụng các thiết bị tự làm Đa dạng hóa các hình thức kiểm tra đánh giá bằng cách sử dụng kết hợp nhiều hình thức như đánh giá quy trình thực hiện và đánh giá kết quả Đánh giá quy trình

sẽ là cần thiết và hiệu quả nếu GV cần đánh giá sự tuân thủ đúng quy trình, sự chuẩn xác của các thao tác tay chân trong quy trình thực hiện và thời gian hoàn thành công việc Đánh giá kết quả là cần thiết khi hoàn thành công việc

là yếu tố tác động ngược lên quy trình thực hiện [15]

1.2 Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

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

Theo V.Ôkôn: DHPH và GQVĐ dưới dạng chung nhất là toàn bộ các hành động như tổ chức các tình huống có VĐ, biểu đạt (nêu ra) các VĐ (tập cho

HS quen dần để tự làm lấy công việc này), chú ý giúp đỡ cho HS những điều cần thiết để GQVĐ, kiểm tra các cách giải quyết đó và cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hoá và củng cố các kiến thức đã tiếp thu được [13]

1.2.2 Các giai đoạn của tiến trình dạy học theo kiểu dạy học phát hiện

và giải quyết vấn đề

Phỏng theo tiến trình xây dựng kiến thức trong nghiên cứu khoa học, tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DHPH và GQVĐ gồm 4 giai đoạn được thể hiện qua sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức (Sơ đồ 1.2)

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức

- Thực hiện giải pháp đã suy đoán

4 Rút ra kết luận (kiến thức mới)

Sơ đồ 1.2: Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí

thuyết của kiểu DHPH và GQVĐ

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)

Những kiến thức vận dụng lúc đầu này nhiều khi là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của kiến thức mới Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu được chỉ ra

3.1 GQVĐ nhờ suy luận lí thuyết, trong đó có suy luận toán học

- Suy đoán giải pháp GQVĐ:

* Xác định các kiến thức đã biết cần vận dụng

* Xác định cách thức vận dụng các kiến thức này để đi tới câu trả lời

- Thực hiện giải pháp đã suy đoán để tìm được kết quả

3.2 Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết nhờ TN

- Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN:

* Phân tích xem có thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN kết quả thu được từ suy luận lí thuyết không?

* Nếu không được, suy luận lôgic từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN

- Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ suy luận lí thuyết hoặc hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành

TN như thế nào, thu thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các

dữ liệu TN này như thế nào?

- Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập và xử

lí các dữ liệu TN để đi tới kết quả

Làm thế nào để kiểm nghiệm nhờ TN kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết

Từ sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của kiểu DHPH và GQVĐ, ta thấy:

- Tính tích cực nhận thức và năng lực sáng tạo của HS được phát triển ở giai đoạn 1 nếu HS tự phát hiện được VĐ cần giải quyết Ở giai đoạn 3, năng lực sáng tạo của HS được phát triển thông qua các hoạt động: suy đoán giải pháp GQVĐ, thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được nhờ suy luận lí thuyết hoặc hệ quả của nó

- Để suy đoán giải pháp GQVĐ và thực hiện giải pháp đã suy đoán để tìm

ra được kết quả, HS phải lựa chọn được trong vốn kiến thức của mình những kiến thức cần vận dụng, xác định được cách thức vận dụng các kiến thức này

để tìm ra được câu trả lời Qua đó, không những tính tích cực nhận thức mà cả năng lực sáng tạo của HS được phát triển

- Kiến thức được tìm ra nhờ suy luận lí thuyết từ những kiến thức đã biết nhìn chung là chính xác Tuy nhiên, kiểm nghiệm kiến thức đã tìm ra từ suy luận lí thuyết nhờ TN không những giúp HS tin tưởng vào tính chân thực của kiến thức, mà còn phát triển tính tích cực nhận thức và năng lực sáng tạo của

HS thông qua hàng loạt các hoạt động như: suy luận lôgic từ kết quả ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN, thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả

đã thu được từ suy luận lí thuyết hoặc hệ quả của nó (cần những dụng cụ nào,

bố trí chúng ra sao, tiến hành TN như thế nào, thụ thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu TN này như thế nào)

b Tiến trình xây dựng kiến thức theo còn đường thực nghiệm của kiểu DHPH và GQVĐ

Trong chương trình vật lí phổ thông, có những kiến thức có thể áp dụng kiểu DHPH và GQVĐ theo con đường lí thuyết để tổ chức các hoạt động nhận thức của HS, nhưng có những kiến thức không thể suy luận lí thuyết từ các kiến thức

mà HS đã biết để tìm ra được, mà phải sử dụng kiểu DHPH và GQVĐ theo con đường thực nghiệm Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm của kiểu DHPH và GQVĐ được thể hiện qua sơ đồ hình 1.4:

Sơ đồ 1.3 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực

nghiệm của kiểu DHPH và GQVĐ

1 Làm nảy sinh VĐ 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 VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3.1 Đề xuất giả thuyết

3.2 Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nhờ TN

- Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN:

* Phân tích xem có thể kiểm tra trực tiếp nhờ TN tính đúng đắn của giả thuyết đã đề xuất không?

* Nếu không được, suy luận lôgic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được trực tiếp nhờ TN

- Thiết kế phương án TN để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc

hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành TN như thế nào, thụ thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử

lí các dữ liệu TN này như thế nào?

- Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập và xử lí các dữ liệu TN để đi tới kết quả

Làm thế nào để kiểm tra được nhờ

TN tính đúng đắn của giả thuyết đã

đề xuất?

Từ sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm của kiểu DHPH và GQVĐ, ta thấy:

- Tính tích cực nhận thức và năng lực sáng tạo của HS được phát triển thông qua các hoạt động: phát hiện VĐ cần giải quyết, đề xuất giả thuyết, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nhờ TN

- Đứng trước VĐ cần giải quyết, HS dựa vào kinh nghiệm, sự tương tự, mối liên hệ nhân quả, sự thuận nghịch của nhiều quá trình, phép ngoại suy, các mối liên hệ định lượng thường gặp để đề xuất giả thuyết Tuy nhiên, theo chúng tôi, nếu dựa vào các cách đề xuất giả thuyết này mà HS vẫn không đề xuất được giả thuyết thì GV hoặc các nhóm HS cần phải tiến hành TN hỗ trợ

để giúp HS có thể đề xuất được giả thuyết

c Tiến trình xây dựng kiến thức về ứng dụng kĩ thuật của vật lí

ƯDKT của vật lí được hiểu là tất cả các phương tiện vật chất (thiết bị, máy móc)

có tính năng, tác dụng nhất định do con người chế tạo và sử dụng dụng nhằm thoả mãn các nhu cầu xác định của mình (đáp ứng được những yêu cầu nhất định, giải quyết được một nhiệm vụ cụ thể nào đó trong sản xuất và đời sống) mà NTHĐ của chúng dựa trên các kiến thức (các khái niệm, định luật, nguyên tắc) vật lí

ƯDKT của vật lí cũng là một loại kiến thức vật lí được đề cập trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Đề cập các ƯDKT của vật lí trong dạy học là

đề cập tới mục đích sử dụng, NTCT và hoạt động về mặt vật lí của TBKT mà không chú ý nhiều đến những chi tiết, những giải pháp kĩ thuật nhằm nâng cao hiệu quả của TBKT

Dạy học ƯDKT của vật lí theo DHPH và GQVĐ được tiến hành theo hai con đường: tìm hiểu bản thân TBKT, NTCT, hoạt động của nó và đi tới làm sáng tỏ cơ sở vật lí của TBKT (con đường 1) hoặc hướng dẫn HS dựa trên những kiến thức, kĩ năng đã có, thiết kế, chế tạo TBKT có một chức năng nào

đó (đáp ứng được một yêu cầu kĩ thuật xác định), giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong sản xuất và đời sống (con đường 2) Dạy học ƯDKT của vật lí theo hai con đường thực chất cũng là DHPH và GQVĐ Ứng với dạy học theo

từng con đường thì VĐ cần giải quyết là khác nhau và vì vậy, cách thức GQVĐ cũng có nét khác nhau

- Các giai đoạn của dạy học ƯDKT của vật lí theo con đường 1 thể hiện như sơ đồ 1.4:

Sơ đồ 1.4 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức về ƯDKT

theo con đường 1

Giai đoạn 1: Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu

- Xác định nhiệm vụ (chức năng) của TBKT

- Tìm hiểu xem TBKT có NTCT và NTHĐ như thế nào để đáp ứng được nhiệm vụ đó

Giai đoạn 2: Nghiên cứu cấu tạo, chức năng các bộ phận của TBKT, mối

liên kết giữa chúng để giải thích NTHĐ của TBKT, đưa ra MHHV của TBKT

- Quan sát bên trong TBKT và cho TBKT vận hành để xác định được tác động ở đầu vào, kết quả thu được ở đầu ra

- Tìm hiểu cấu tạo bên trong của TBKT: Xác định 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 khi TBKT vận hành (ở đây, có thể sử dụng các hình vẽ bổ dọc, bổ ngang TBKT và nếu được, khi cần thiết, tháo rời dần các bộ phận của TBKT)

- Từ cấu tạo, sự vận hành của TBKT, phát hiện ra những mối liên hệ có tính quy luật (các định luật, nguyên lí vật lí) đã biết tồn tại trong TBKT, giúp giải thích được NTHĐ của TBKT

- Đưa ra MHHV của TBKT chỉ chứa những bộ phận chính và minh hoạ được NTHĐ của TBKT

Giai đoạn 3: Chế tạo và vận hành MHVC - CN để minh hoạ NTHĐ đã xác

định của TBKT

- Dựa vào mô hình hình vẽ, thiết kế, chế tạo MHVC - CN của TBKT

- Vận hành MHVC - CN để chỉnh sửa, bổ sung MHVC - CN của TBKT đã chế tạo và minh hoạ NTHĐ của TBKT

Giai đoạn 4: Nêu thêm chức năng của các bộ phận khác trong TBKT để làm tăng hiệu quả của TBKT

- Các giai đoạn của dạy học ƯDKT của vật lí theo con đường 2:

Sơ đồ 1.5 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức về ƯDKT

theo con đường 2

Để dạy học kiến thức về ƯDKT của vật lí, GV có thể chọn một trong hai con đường nói trên Mặc dù con đường 2 dạy học ƯDKT của vật lí có tác dụng lớn đối với việc phát triển năng lực sáng tạo của HS, nhưng đối với các TBKT có cấu tạo phức tạp, việc yêu cầu HS ngay từ đầu thiết kế, chế tạo dù chỉ là mô hình về NTCT, hoạt động của chúng là đòi hỏi cao, quá khó đối với

HS Vì vậy dạy học các ƯDKT này nên theo con đường 1

Việc dạy học ƯDKT của vật lí theo con đường 1 không có nghĩa là không

có tác dụng phát triển năng lực sáng tạo của HS Việc quan sát bên trong

Giai đoạn 1: Đề xuất VĐ cần nghiên cứu

Thiết kế, chế tạo một TBKT có một chức năng nào đó

Giai đoạn 2: Thiết kế phương án chế tạo TBKT

- Xác định những kiến thức vật lí (khái niệm, định luật, nguyên lí) đã biết cần vận dụng để chế tạo TBKT

- Đề xuất các phương án thiết kế khác nhau (thể hiện qua các mô hình hình vẽ) TBKT

- Lựa chọn các phương án thiết kế khả thi TBKT

Giai đoạn 3: Chế tạo, vận hành MHVC - CN của TBKT

- Dựa trên các phương án thiết kế khả thi TBKT đã lựa chọn, chế tạo các MHVC - CN của TBKT

- Vận hành các MHVC - CN để để kiểm tra tính đúng đắn, hợp lí của các phương án thiết kế đã lựa chọn, bổ sung, chỉnh sửa các MHVC - CN

Giai đoạn 4: Bổ sung, hoàn thiện MHVC - CN về phương diện kĩ thuật, phù

- Tóm tắt lại chức năng, NTCT, HĐ của TBKT

* Trong một số trường hợp, có thể yêu cầu HS chế tạo TBKT đơn giản

TBKT để nhận ra được những bộ phận chính, phát hiện được các mối liên hệ vật lí tồn tại trong TBKT cũng có tác dụng phát triển tư duy khoa học – kĩ thuật của HS Ngoài ra, HS còn có nhiều cơ hội để phát triển năng lực sáng tạo ở giai đoạn 3 của con đường này [13]

1.3 Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí

1.3.1 Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí

Việc xây dựng các TBTN bao gồm các quá trình thiết kế, chế tạo TBTN mới, cải tiến, hoàn thiện các TBTN đã có sao cho chúng thoả mãn được các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm đối với các TBTN Các yêu cầu này bao gồm:

1.3.1.1 Yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật

Tạo ra hiện tượng rõ ràng, điều khiển được các yếu tố tác động

Các số liệu thu thập được từ TN đảm bảo độ chính xác chấp nhận được ở trường phổ thông

Chất lượng vật liệu dùng để chế tạo TBTN phải đảm bảo tuổi thọ cao và

độ bền chắc

Quá trình chế tạo TBTN cần áp dụng các thành tựu công nghệ chế tạo mới của khoa học kĩ thuật

1.3.1.2 Yêu cầu về mặt sư phạm

Các TBTN cần đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn, ít hỏng, dễ sửa chữa, dễ dàng vận chuyển và bảo quản

Cần thiết kế, chế tạo các bộ TN vật lí sao cho có thể làm được nhiều TN không chỉ ở một chương, một phần mà còn những phần khác nhau của chương trình vật lí, không phải chỉ vì lí do kinh tế mà còn cho phép HS không tốn nhiều thì giờ nghiên cứu tác dụng, cách sử dụng các chi tiết, giúp HS dễ dàng thực hiện được các TN, tận dụng thời gian đi sâu nghiên cứu cái mới được đề cập trong các TN và thấy được sự liên kết giữa các kiến thức đã học Thời gian chuẩn bị các TN không đòi hỏi nhiều, dễ dàng tập hợp, thay đổi các chi tiết, thao tác bằng tay không phức tạp, có thể lắp ráp từng bước và

Các TBTN có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn của quá trình dạy học: tạo tình huống có vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố và vận dụng kiến thức

Các TBTN phải hỗ trợ được quá trình nhận thức tích cực, sáng tạo của HS nhất là trong các giai đoạn phát hiện vấn đề cần giải quyết, hỗ trợ việc xây dựng giả thuyết, để kiểm tra giả thuyết hoặc để kiểm tra hệ quả suy được ra từ giả thuyết

Các TBTN phải đảm bảo các yêu cầu mĩ thuật: các đường nét, hình khối cân xứng, khối lượng không quá nặng, màu sắc làm nổi bật được các chi tiết quan trọng Riêng đối với các TBTN biểu diễn cần có kích thước đủ lớn, các

bộ phận trong thiết bị phải được bố trí sao cho HS toàn lớp quan sát được diễn biến của hiện tượng diễn ra trong TN

1.3.1.3 Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí

Trên cơ sở xác định các yêu cầu của việc xây dựng các TBTN, theo chúng tôi, quá trình xây dựng các TBTN có thể được tiến hành theo các giai đoạn 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 dạy học nội dung này

- Tìm hiểu tình hình thực tiễn về các TBTN để xác định được hiện nay đã có những TBTN nào cho phép tiến hành các TN đã xác định? việc tiến hành các

TN với những TBTN này có những ưu điểm, nhược điểm gì? có đáp ứng được các yêu cầu đã nêu ở trên không, nhất là yêu cầu đối với việc dạy học phát triển tính tích cực, sáng tạo của HS

Giai đoạn nghiên cứu này đi tới kết luận: một số TBTN đã có sẵn và đáp ứng được các yêu cầu đối với TBTN; cũng đã có một số TBTN, nhưng việc

sử dụng các TBTN này chưa phát huy được vai trò của chúng đối với hoạt động nhận thức của HS, cần cải tiến, hoàn thiện; không có TBTN nào để tiến hành một số TN đã xác định ở trên

Đối với trường hợp cần nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các TBTN có sẵn (nhưng chưa đáp ứng tốt yêu cầu dạy học) và nghiên cứu thiết kế, chế tạo các TBTN mới thì trong cả hai trường hợp, các TBTN được chế tạo mới hoặc được cải tiến, hoàn thiện phải đảm bảo được các yêu cầu về mặt khoa học kĩ - thuật

và yêu cầu về mặt sư phạm

Sản xuất thử TBTN, tiến hành nhiều lần các TN với TBTN, trước hết nhằm đảm bảo TN thành công Sau đó, cần phân tích, đánh giá TBTN này 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 [5]

1.3.2 Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí

Để TN phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học vật lí thì việc

sử dụng TN phải tuân theo một số yêu cầu về mặt kĩ thuật và về mặt phương pháp dạy học

1.3.2.1 Yêu cầu của việc sử dụng TBTN trong dạy học vật lí

- Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng TN phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức Trước mỗi TN, phải đảm bảo cho HS ý thức được sự cần thiết của TN và hiểu rõ mục đích của TN

- Xác định rõ các TBTN cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình TN (để đạt được mục đích TN, cần sử dụng các TBTN nào, bố trí ra sao, cần tiến hành TN theo các bước nào, cần quan sát, đo đạc cái gì?) Không xem nhẹ các dụng cụ

TN đơn giản

- Đảm bảo cho HS ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai đoạn TN bằng cách giao cho HS thực hiện các nhiệm vụ cụ thể

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

- Việc sử dụng các TBTN và tiến hành TN phải tuân theo các qui tắc an toàn

1.3.2.2 Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí

Giai đoạn 1: TBTN được sử dụng làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu: Trong giai đoạn làm xuất hiện ở HS vấn đề cần nghiên cứu, GV có thể sử dụng TBTN theo các bước sau đây:

- Bước 1: GV mô tả một hoàn cảnh thực tiễn tạo nên một vấn đề "gay cấn"

và yêu cầu HS dự đoán hiện tượng có thể xảy ra

- Bước 2: GV làm một TN, hoặc GV cho HS làm một TN đơn giản để HS thấy được hiện tượng diễn ra không phù hợp với dự đoán của mình

- Bước 3: GV hướng dẫn HS phát biểu vấn đề của bài học Căn cứ vào trình

độ của HS, vào nội dung của bài học mà GV lựa chọn và đưa ra mức độ thích hợp nhằm yêu cầu HS tự lực phát biểu vấn đề của bài học Lúc đầu, GV có thể đưa ra mức độ cao hơn để thăm dò, sau đó GV hướng dẫn và giảm bớt khó khăn cho HS khi cần thiết

Giai đoạn 2: TBTN được sử dụng để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của HS Trong giai đoạn GV hướng dẫn HS đề xuất giả thuyết, TBTN có thể được sử dụng theo các bước sau:

- Bước 1: GV yêu cầu HS đề xuất giả thuyết để nêu nguyên nhân của vấn đề

đã được phát biểu ở giai đoạn trước HS có thể đề xuất giả thuyết trên dựa trên một số gợi ý sau:

+ 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 mối quan hệ nhân quả

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

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

+ Dự đoán về mối quan hệ định lượng

- Bước 2: Nếu HS vẫn không đề xuất được giả thuyết thì GV sẽ tiến hành một TN để cung cấp thêm cho HS mối liên hệ giữa một số đại lượng trong hiện tượng đang nghiên cứu, giúp HS khái quát được những kết quả quan sát được để đưa ra dự đoán

Giai đoạn 3: TBTN được sử dụng để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết

Để rút ra hệ quả từ giả thuyết, GV hướng dẫn HS sử dụng suy luận lí thuyết Trong giai đoạn này, GV không cần sử dụng TBTN

Trong việc đề xuất phương án TN kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết, HS phải suy nghĩ, tìm tòi để tìm ra phương hướng giải quyết vấn đề Trong giai đoạn này, GV nhất thiết phải sử dụng các TBTN Quy trình sử dụng TBTN của GV trong giai đoạn này có thể theo các bước sau:

- Bước 1: GV giúp HS nhận thức rõ điều mà họ cần tiến hành TN kiểm tra và gợi cho HS nhớ lại những kiến thức, kinh nghiệm có liên quan

- Bước 2: GV tổ chức cho HS đề xuất các phương án TN để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy từ giả thuyết

- Bước 3: GV tổ chức cho HS trao đổi, phân tích tính khả thi của mỗi phương án và chọn ra phương án có nhiều triển vọng nhất

- Bước 4: GV hướng dẫn HS lựa chọn TBTN, bố trí dụng cụ TN, dự kiến tiến trình TN GV bổ sung, điều chỉnh một số chi tiết cần thiết để tăng thêm hiệu quả của TBTN

- Bước 5: GV tiến hành TN trên TBTN đã thiết kế, TBTN này đã được GV chuẩn bị trước Nếu việc tiến hành TN không đòi hỏi kĩ năng phức tạp thì GV

có thể yêu cầu HS tự tiến hành TN, GV chỉ giúp đỡ HS khi HS gặp khó khăn Giai đoạn 4: TBTN được sử dụng trong giai đoạn vận dụng kiến thức

Để HS có thể vận dụng được kiến thức một cách sáng tạo, làm cho kiến thức của HS trở nên sâu sắc, bền vững, GV có thể giao cho HS những nhiệm

vụ đòi hỏi phải sử dụng TBTN theo các cách sau:

- Cách 1: GV giao cho HS nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng TBTN đã được

sử dụng để tiến hành TN khác hoặc phải sử dụng TBTN có sẵn để tiến hành

TN

- Cách 2: GV giao cho HS nhiệm vụ đòi hỏi HS phải chế tạo dụng cụ TN

và tiến hành TN với nó

Trong hai cách sử dụng TBTN ở giai đoạn vận dụng kiến thức, GV có thể

tổ chức hoạt động của HS dựa theo một số dạng hướng dẫn cụ thể sau:

- GV cho HS dụng cụ TN cần thiết, nêu các bước tiến hành TN và yêu cầu

HS tiến hành TN theo các bước này, rồi giải thích các kết quả TN

- GV cho HS dụng cụ TN cần thiết, nêu các bước tiến hành TN và yêu cầu

HS dự đoán kết quả TN, rồi mới làm TN kiểm tra

- GV cho HS dụng cụ TN cần thiết và yêu cầu HS tự thiết kế tiến trình TN

để đạt được mục đích đề ra

- HS tự lựa chọn các dụng cụ TN có sẵn, lập tiến trình TN (gồm bố trí, các bước tiến hành TN, đo kết quả, xử lí kết quả đo) để đạt mục đích đề ra

- HS tự lựa chọn dụng cụ, chế tạo TBTN, lập tiến trình TN (gồm bố trí, các bước tiến hành TN, đo kết quả, xử lí kết quả đo) để đạt mục đích đề ra

Việc sử dụng TBTN theo cả hai cách đã nêu không đơn thuần chỉ là tiến hành TN với thiết bị đó, không phải là sự vận dụng máy móc các kiến thức, kĩ năng đã biết mà phải chứa đựng những yếu tố đòi hỏi sự sáng tạo của HS ở một khâu hoặc ở tất cả các khâu của việc sử dụng TBTN: thiết kế phương án

TN, lựa chọn các chi tiết để chế tạo dụng cụ mong muốn, tiến hành TN với dụng cụ vừa chế tạo, xử lí các kết quả TN thu được

Trong giai đoạn vận dụng kiến thức, GV có thể lựa chọn cách sử dụng TBTN trên cơ sở các yêu cầu về nội dung kiến thức, kĩ năng cần đạt được ở

HS, trình độ của HS Quá trình tổ chức hướng dẫn của GV trong giai đoạn này có thể theo các bước sau:

- Bước 1: GV giao cho HS nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng TBTN để giải quyết vấn đề đã đặt ra

- Bước 2: GV tổ chức cho HS thảo luận để lựa chọn, thiết kế, chế tạo dụng

cụ TN, lập kế hoạch TN

- Bước 3: GV hướng dẫn HS tiến hành TN, thu thập và xử lí kết quả TN Trong bốn giai đoạn của qui trình sử dụng thiết bị trong dạy học vật lí, TBTN đóng vai trò quan trọng nhất ở giai đoạn kiểm tra giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết Việc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết đòi hỏi HS (dưới sự hướng dẫn của GV) phải xây dựng được phương án TN kiểm tra, xây dựng được TBTN cần sử dụng và tiến hành được phương án TN có sử dụng TBTN

đó [5]

Quá trình sử dụng TBTN theo các giai đoạn này không những tạo ra và duy trì hứng thú ở HS, rèn luyện cho HS kĩ năng đưa ra dự đoán và kĩ năng đề xuất phương án TN kiểm tra mà còn tạo điều kiện rèn luyện kĩ năng thực hành cho HS

1.4 Thực trạng dạy học bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 theo hướng phát triển NLTN ở một số trường THPT trên địa bàn huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình

1.4.1 Mục đích điều tra

Trong quá trình dạy học các GV và HS luôn gặp phải những khó khăn là việc sử dụng các thiết bị, các TN vật lí sao cho đúng mục đích sử dụng Vì vậy tôi đã tìm hiểu thực trạng các TN vật lí, các quá trình dạy và học của GV cũng như HS ở một số trường THPT tỉnh Ninh Bình, qua những thông tin đó sẽ giúp tôi xây dựng các phương án TN cho bài học và áp dụng trong dạy học phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất và đối tượng HS nhằm nâng cao NLTN của HS

1.4.2 Nội dụng và phương pháp điều tra

Việc điều tra được tiến hành ở một số trường THPT thuộc tỉnh Ninh Bình: Trường THPT Kim Sơn A, trường THPT Bình Minh Như sau:

- Khảo sát GV: Trao đổi trực tiếp, tham khảo giáo án, dùng phiếu điều tra

- Khảo sát HS: Trao đổi trực tiếp, thông qua các bài kiểm tra

1.4.3 Kết quả điều tra

- Về việc dạy của GV: Các bài học được tổ chức theo phương pháp thực nghiệm hầu như chưa có Ví dụ: Tại trường THPT Kim Sơn A có 11 lớp 12, nhưng chủ yếu các giờ học vẫn được tiến hành theo cách truyền thống Với các giờ TN trên lớp, với thời gian 45’ chỉ đủ để làm các TN đơn giản, mục đích là làm xuất hiện hiện tượng trong bài học, hoặc giải thích một hiện tượng nào đó Đây là nguyên nhân chính khiến TN vốn đã ít lại càng không thể thực hiện được trong các giờ học

- Về việc học của HS: Qua trao đổi với HS cho thấy: HS đều mong muốn

TN được đưa vào nhiều hơn và đặc biệt khi được tiến hành TN, HS có hứng thú với giờ học hơn, phát huy tính độc lập, sáng tạo của HS

- Về TBTN: Do cơ sở vật chất còn nhiều hạn chế, không đủ số lượng để

HS tiến hành đồng loạt, chất lượng TBTN cũng như độ chính xác không cao

Vì vậy đa số các giờ thực hành TN còn mang tính hình thức hoặc thay thế bằng tiết dạy bài tập Đối với riêng bài "Hiện tượng quang điện trong" hiện nay chưa được trang bị TBTN phục vụ cho dạy học bài này

Kết luận chương 1

NLTN là một trong những năng lực quan trọng cần được bồi dưỡng cho

HS trong dạy học vật lí Nội dung chương 1 đã trình bày cơ sở lí luận về việc dạy học theo tiến trình giải quyết vấn đề nhằm phát triển NLTN cho HS trong dạy học vật lí ở trường THPT

Cơ sở lý luận đã hệ thống được những khái niệm, nội dung thiết thực trong đổi mới dạy học vật lí hướng tới phát triển năng lực cho HS Khái niệm năng lực, NLTN, cấu trúc của NLTN, năng lực chuyên biệt môn vật lí

Để bồi dưỡng NLTN cho HS, cách tốt nhất là bồi dưỡng các thành tố của của NLTN (Kiến thức, kỹ năng, thái độ của HS) trong quá trình dạy học bằng những biện pháp sau:

- Tăng cường sử dụng TN trong dạy học

- Tổ chức cho HS giải thích các hiện tượng trong tự nhiên và chế tạo dụng

cụ TN dựa trên các nguyên tắc vật lí

- Thường xuyên sử dụng PPTN trong dạy học

- Đổi mới cách thức kiểm tra đánh giá theo hướng chú trọng bồi dưỡng NLTN Muốn sử dụng được các biện pháp nêu trên thì TBTN là phương tiện dạy học không thể thiếu Tuy nhiên trong điều kiện cơ sở vật chất của các nhà trường còn hết sức khó khăn, trang TBTN còn thiếu thốn Vì vậy nhu cầu đặt

ra là GV cần chủ động chế tạo, hướng dẫn HS tự làm các TN phù hợp với điều kiện nhà trường để khai thác trong giờ học hiệu quả hơn

Những vấn đề lý luận nêu trên là cơ sở để hiện thực hóa chế tạo TN và sử dụng trong dạy học giải quyết vấn đề nhằm phát triển NLTN cho HS trong quá trình dạy học bài "Hiện tượng quang điện trong" - Vật lí 12 THPT