Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh TT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘIMAI HOÀNG PHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

MAI HOÀNG PHƯƠNG

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN - VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS Phạm Xuân Quế

2 TS Nguyễn Mạnh Hùng

Phản biện 1: PGS TS Lê Văn Giáo

Trường ĐHSP – Đại học Huế

Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Thị Nhị

Trường Đại học Vinh

Phản biện 3: TS Dương Xuân Quý

Trường ĐHSP Hà Nội

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tạiTrường Đại học Sư phạm Hà Nội vào hồi … giờ … ngày … tháng … năm …

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Quốc Gia Hà Nội

- Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Từ việc nghiên cứu lí luận và điều tra thực tiễn về dạy học vật lí một số kiến thức vềđộng lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 Chúng tôi nhận thấy mức độkhoa học của hoạt động GQVĐ của HS còn chưa cao, chưa tiếp cận với hoạt động nghiên cứucủa nhà vật lí, thể hiện ở chỗ các quá trình, hiện tượng vật lí được đề cập đến trong dạy họcvật lí ở một số chủ đề hiện nay bị giới hạn trong những quá trình, hiện tượng vật lí đặc biệt,điển hình là khi dạy học định luật III Newton, chỉ đề cập đến tương tác giữa hai vật đứng yênhay tương tác giữa hai vật chuyển động trên cùng một phương (mà chưa đề cập đến hiệntượng tổng quát: hai vật chuyển động đến từ hai phương chiều khác nhau, va chạm/ tương tácvới nhau, sau va chạm chuyển động theo hai phương khác nhau) Hiện nay, để tổ chức hoạtđộng học tập của học sinh thông qua giải quyết vấn đề mức cao, chúng tôi nhận thấy rằngchưa có những thiết bị thí nghiệm cho phép khảo sát đưa ra định luật hay kiểm chứng địnhluật III Newton trong trường hợp tổng quát

Xuất phát từ những điều trình bày ở trên, chúng tôi lựa chọn và nghiên cứu đề tài

“Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn của học sinh”.

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trênnghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảotoàn - Vật lí 10 trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức nhằm pháttriển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

- NLGQVĐ ở mức cao của học sinh theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

- Quy trình xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và TNTTTMH)trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn – Vật

lí 10

 Phạm vi nghiên cứu:

- Phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh trong dạy học một số kiến thức về động lựchọc chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 theo quan điểm học dựa trên nghiêncứu, trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh

- Trong luận án việc sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số được giới hạn ở việc sử dụng hailoại là thí nghiệm tương tác trên màn hình và thí nghiệm kết nối máy tính

4 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được các thí nghiệm kĩ thuật số đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học

-kĩ thuật, về mặt sư phạm và thiết kế được tiến trình sử dụng chúng theo quan điểm dạy họcdựa trên nghiên cứu thì khi tổ chức sử dụng chúng trong dạy học có thể phát triển NLGQVĐ

ở mức độ cao của học sinh

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

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

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về phát triển NLGQVĐ của học sinh theo quan điểm dạy họcdựa trên nghiên cứu với việc sử dụng các phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chứcdạy học khác nhau trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức.

- Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng và những thành phần, hành vi của NLGQVĐ ởmức cao mà học sinh cần hình thành và phát triển khi học một số kiến thức về động lựchọc chất điểm và các định luật bảo toàn

- Nghiên cứu thực tiễn dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các địnhluật bảo toàn - Vật lí 10 ở một số trường THPT bao gồm các thí nghiệm kĩ thuật số, cácphương tiện CNTT phục vụ cho việc dạy học môn vật lí, hình thức và phương pháp màgiáo viên tổ chức hoạt động học tập cho học sinh khi dạy các kiến thức này Từ đó, chúngtôi xác định thí nghiệm cần xây dựng, hoàn thiện cũng như lựa chọn phương pháp và hìnhthức phù hợp được sử dụng trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiếnthức, nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh

- Xây dựng, hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và TNTTTMH) để sử dụngtrong quá trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảotoàn đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học, kĩ thuật và về mặt sư phạm đối với các loại thínghiệm này

- Soạn thảo 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các địnhluật bảo toàn - Vật lí 10, trong đó có sử dụng thí nghiệm đã xây dựng theo quan điểm dạyhọc dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh

- Xây dựng rubric đánh giá NLGQVĐ ở mức cao của học sinh khi học một số kiến thức vềđộng lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10

- Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã soạn thảo nhằm đánh giá tính khả thi và hiệuquả của các tiến trình dạy học nói chung và của thí nghiệm đã xây dựng nói riêng, để từ

đó, bổ sung, chỉnh sửa và hoàn thiện các tiến trình dạy học và thí nghiệm TNSP cũngnhằm đánh giá tính hiệu quả của tiến trình dạy học, của thí nghiệm trong việc phát triểncác mức độ hành vi NLGQVĐ ở mức cao của HS

6 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu lí luận

 Phương pháp điều tra, khảo sát và phỏng vấn

 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

 Phương pháp thống kê toán học

7 Những đóng góp của đề tài

- Đã đề xuất việc cần nâng cao tính khoa học của việc phát hiện và giải quyết vấn đề theoquan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức vật lí Các giảipháp đã đưa ra và đã được thực hiện bao gồm:

 Xây dựng được quy trình thiết kế thí nghiệm đáp ứng yêu cầu tổ chức dạy học Vật lí dựatrên nghiên cứu

 Xây dựng và hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số nhằm tổ chức học tập phát hiện và giảiquyết vấn đề dựa trên quan điểm nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lựchọc chất điểm và các định luật bảo toàn, TNKTS số gồm có: Phần mềm Phys-ISE hỗ trợthí nghiệm tương tác trên màn hình; Bộ cảm biến lực - gia tốc kết nối với máy tính khôngdây Phys-MBL (gồm 04 thí nghiệm tương tác trên màn hình và 03 thí nghiệm kết nốimáy tính) khắc phục được những ưu, nhược điểm về các bộ thí nghiệm kĩ thuật số hiện cónhằm tổ chức dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề có hiệu quả hơn Trên cơ sở xây

dựng được TNTTTMH online, tiến trình dạy học một số kiến thức đã được áp dụng theokiểu dạy học kết hợp (blended learning), góp phần hiện thực hóa thực hiện mục tiêu pháttriển và đánh giá sự phát triển năng lực GQVĐ ở mức cao đối với HS.

- Soạn thảo được 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và cácđịnh luật bảo toàn - Vật lí 10 có sử dụng TNKTS đã xây dựng theo quan điểm dạy họcdựa trên nghiên cứu nhằm phát triển các hành vi biểu hiện của các năng lực thành phầncủa năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh

- Thực nghiệm sư phạm được 04 tiến trình dạy học đã soạn thảo, đánh giá được ưu điểm,nhược điểm của thí nghiệm kĩ thuật số (thí nghiệm tương tác trên màn hình, thí nghiệmkết nối máy tính) đã xây dựng và tính khả thi của 04 tiến trình dạy học dựa trên nghiêncứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các nghiên cứu về quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

Quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước

đề cập đến trong tổ chức hoạt động DH phát hiện và GQVĐ, HS tự mình tìm ra cái cần khámphá, tự tìm kiếm kiến thức, chân lí bằng những hành động cụ thể như quan sát, suy nghĩ, tracứu, thí nghiệm, đặt giả thuyết, đặt vấn đề, làm thử, phân tích, phán đoán DHDTNC là mức

độ cao của dạy học phát hiện và GQVĐ Ở mức này, người học tự lực GQVĐ đã được nêu ra,

họ tự vạch ra kế hoạch GQVĐ, xây dựng giả thuyết, tìm ra cách kiểm tra giả thuyết, tiến hànhquan sát làm thí nghiệm, phân tích kết quả thí nghiệm, khái quát, rút ra kết luận

1.2 Các nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề

Để phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh, giáo viên cần tổ chức, hướng dẫncho học sinh tham gia vào các hoạt động học tập như nghiên cứu Vật lí (học tập dựa trênnghiên cứu) Để tổ chức được điều này đòi hỏi cần phải có các thiết bị vật lí hỗ trợ Tuy nhiênviệc xây dựng và hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số vật lí nhằm hỗ trợ tổ chức dạy học dựatrên nghiên cứu trong dạy học vật lí vẫn chưa được đề cập đến

1.3 Các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn – Vật lí 10

Kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” đã có nhiều côngtrình nghiên cứu trong và ngoài nước sử dụng và chế tạo thiết bị thí nghiệm Tuy nhiên việc tổchức DH dựa trên nghiên cứu đối với định luật III Newton hiện chưa có TNTTTMH nào cóthể kiểm chứng được khi hai vật tương tác chuyển động từ hai phương khác nhau CoachCMA là thí nghiệm tương tác trên màn hình có thể được sử dụng tốt ở mục đích này nhưng ởCoach CMA, chỉ rút ra được là hình chiếu trên hai trục tọa độ OX và OY của hai vectơ lực vàphản lực bằng nhau về độ lớn

1.4 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Câu hỏi khoa học đặt ra đối với chúng tôi:

- Việc tổ chức dạy học và đánh giá NLGQVĐ ở mức cao được thể hiện như thế nào trongtiến trình dạy học giải quyết vấn đề theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu?

- Trong việc tổ chức dạy học nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao thì phải xây dựng vàhoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số vật lí, cụ thể là TNTTTMH và TNKNMT, như thếnào trong dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảotoàn?

- Để khắc phục khó khăn quá tải về thời gian khi tổ chức dạy học phát hiện và giải quyếtvấn đề ở mức cao theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu, nếu áp dụng dạy học kếthợp thì có khó khăn gì không và giải quyết như thế nào?

CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN

ĐỀ CỦA HỌC SINH 2.1 Dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học vật lí

2.1.1 Khái niệm dạy học dựa trên nghiên cứu

Dạy học dựa trên nghiên cứu là quá trình, trong đó dưới vai trò tổ chức, hướng dẫn,tác động của người dạy, người học chủ động, tự lực việc học tập của bản thân, hình thành cáccâu hỏi trong tư duy, mở rộng công việc nghiên cứu, tìm kiếm Từ đó, xây dựng nên nhữnghiểu biết và tri thức mới Những tri thức này giúp cho người học trả lời các câu hỏi, tìm kiếmcác giải pháp khác nhau để giải quyết các vấn đề, chứng minh định lí hoặc một quan điểm

2.1.2 Bản chất của dạy học dựa trên nghiên cứu

Bản chất dạy học dựa trên nghiên cứu là cách thức tổ chức, hướng dẫn hoạt động chohọc sinh tự lực, tìm tòi, sáng tạo, giải quyết các vấn đề cơ bản trong việc xây dựng kiến thứctheo các giai đoạn trong tiến trình nghiên cứu khoa học (trong phạm vi trường phổ thông đốivới học sinh) nhằm lĩnh hội nội dung kiến thức đó

2.1.3 Đặc điểm của dạy học dựa trên nghiên cứu

Quá trình dạy học dựa trên nghiên cứu có những đặc điểm sau:

- Quá trình nghiên cứu là quá trình phát hiện và giải quyết vấn đề của học sinh

- Tính khoa học của việc giải quyết vấn đề của học sinh cao

- Tính độc lập, tự lực và hợp tác của học sinh cao

Những biểu hiện cơ bản của giải quyết vấn đề theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu là:

- Nghiên cứu các hiện tượng, quá trình mang tính tổng quát

- Việc thu thập đầy đủ và chính xác các thông tin về đối tượng nghiên cứu đảm bảo choviệc giải quyết vấn đề và rút ra kết luận của vấn đề được nghiên cứu/ giải quyết mangtính khoa học cao

- Việc kiểm chứng các giả thuyết trong trường hợp tổng quát để đảm bảo kết luận được rút

ra mang tính tổng quát

2.1.4 Cơ sở tâm lí học, lí luận và thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu

2.1.4.1 Cơ sở tâm lí học trong dạy học dựa trên nghiên cứu

Lí thuyết cân bằng của J Piaget và lí thuyết “Vùng phát triển gần nhất” của L.Vưgôtxki cùng với các thành tựu khác của tâm lí học phát triển là cơ sở cho các nhà nghiêncứu giáo dục mở rộng và vận dụng chúng trong dạy học tìm tòi, khám phá; dạy học phát hiện

và giải quyết vấn đề; dạy học dựa trên nghiên cứu, dạy học dự án với sự hỗ trợ của côngnghệ thông tin, thí nghiệm và đa phương tiện nhằm phát triển năng lực của HS nói chung vàNLGQVĐ nói riêng trong các hoạt động như: tổ chức tình huống học tập, trong đó GV tạonên sự mất cân bằng, xuất hiện mâu thuẫn về nhận thức và điều khiển, định hướng HS tự lựcgiải quyết mâu thuẫn nhận thức một cách tự lực và sáng tạo

2.1.4.2 Cơ sở lí luận trong dạy học dựa trên nghiên cứu

Theo chu trình sáng tạo khoa học của V G Razamôpxki, ta có thể tổ chức hoạt độngdạy học vật lí dựa trên nghiên cứu bao gồm bốn giai đoạn như đề xuất vấn đề; Suy đoán giảipháp; Khảo sát lí thuyết và thực nghiệm; Kiểm tra xác nhận kết quả và vận dụng.

2.1.4.3 Cơ sở thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu

Dựa trên kết quả phân tích khảo sát được thực hiện qua hai đợt bồi dưỡng chuyên đề

“Thiết kế và sử dụng các thí nghiệm tương tác trên màn hình máy vi tính trong dạy học Vật líphần cơ học THPT theo hướng phát huy tích cực, sáng tạo của HS” Đợt 1 vào tháng 7 năm

2017 tại tỉnh Gia Lai, số lượng mẫu khảo sát là 60 giáo viên là tổ trưởng chuyên môn Vật lí ởcác trường THPT; Đợt 2 vào tháng 12 năm 2018 tại tỉnh An Giang, số lượng mẫu khảo sát là

55 giáo viên là tổ trưởng chuyên môn Vật lí ở các trường THPT Có thể thấy, thực tiễn dạyhọc phát hiện và GQVĐ ở một số địa phương chưa đề cập đến việc tổ chức dạy học phát hiện

và GQVĐ ở mức cao (cụ thể là chưa nghiên cứu các trường hợp, hiện tượng, quá trình mangtính tổng quát) Tình trạng TBTN dạy học bị thiếu, không có, thiếu chính xác, cồng kềnhkhông đáp ứng yêu cầu tổ chức dạy học phát hiện và GQVĐ ở mức cao

2.1.5 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu

2.1.5.1 Phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu

Cấu trúc của năng GQVĐ gồm có 4 thành phần, 13 hành vi biểu hiện và mức độ cóthể đạt được của từng hành vi của HS Bảng 2.1

Năng lực thành

phần

Hành vi biểu hiện

huống1.2 Phát hiện

vấn đề cầnnghiên cứu

M1.1.2 Không phát hiện được vấn đềM2.1.2 Phát hiện được vấn đề, nhưng còn nhiều thiếu sótM3.1.2 Phát hiện được vấn đề, nhưng còn ít thiếu sótM4.1.2 Phát hiện đúng vấn đề

1.3 Phát biểuvấn đề (dướidạng câu hỏikhoa học)

M1.1.3 Không phát biểu được vấn đềM2.1.3 Phát biểu được vấn đề nhưng còn nhiều thiếu sótM3.1.3 Phát biểu được vấn đề nhưng còn ít thiếu sótM4.1.3 Phát biểu đúng vấn đề dưới dạng câu hỏi khoa học

xếp…) thôngtin liên quanđến vấn đề

M1.2.1 Không xác định được và không biết tìm hiểu các

thông tin có liên quan đến vấn đềM2.2.1 Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin có

liên quan đến vấn đề, nhưng còn nhiều thiếu sótM3.2.1 Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin có

liên quan đến vấn đề, nhưng ít thiếu sótM4.2.1 Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin có

liên quan đến vấn đề, đầy đủ chính xác2.2 Xác định,

tìm ra kiếnthức và/ hay

M1.2.2 Không xác định, tìm ra kiến thức và/ hay phương

pháp vật lí (và liên môn) cần sử dụng cho việcGQVĐ vấn đề

phương phápvật lí (và liênmôn) cần sửdụng cho việcGQVĐ

M2.2.2 Xác định, tìm ra kiến thức và/ hay phương pháp

vật lí (và liên môn) cần sử dụng cho việc GQVĐvấn đề nhưng còn thiếu nhiều

M3.2.2 Xác định, tìm ra kiến thức và/ hay phương pháp

vật lí (và liên môn) cần sử dụng cho việc GQVĐvấn đề nhưng còn thiếu

M4.2.2 Xác định, tìm ra đầy đủ kiến thức và/ hay phương

pháp vật lí (và liên môn) cần sử dụng cho việcGQVĐ vấn đề

2.3 Đề xuấtgiải pháp

M1.2.3 Không đề xuất được giải phápM2.2.3 Đề xuất được giải pháp nhưng còn chưa hợp líM3.2.3 Đề xuất được giải pháp ít nhiều hợp lí

M4.2.3 Để xuất được một (hoặc nhiều giải pháp) hợp lí

dựa trên cơ sở khoa học

2.4 Lựa chọngiải pháp

M1.2.4 Không lựa chọn được giải phápM2.2.4 Lựa chọn được giải pháp nhưng chưa khả thiM3.2.4 Lựa chọn được giải pháp khả thi

M4.2.4 So sánh được ưu, nhược điểm của từng giải pháp,

lựa chọn được giải pháp khả thi nhưng là giảipháp tối ưu

3 Thực hiện

giải pháp giải

quyết vấn đề

3.1 Lập kếhoạch cụ thể

để thực hiệngiải pháp

M1.3.1 Không lập được kế hoạch GQVĐM2.3.1 Lập kế hoạch GQVĐ nhưng chưa khoa học/ hợp líM3.3.1 Lập kế hoạch thực hiện giải pháp một cách khoa

học/ hợp lí nhưng chưa đầy đủ (hoặc chưa chi tiết)M4.3.1 Lập kế hoạch thực hiện giải pháp một cách khoa

học/ hợp lí, đầy đủ và chi tiết3.2 Thực hiện

và điều chỉnhcác bước giảiquyết vấn đề

cụ thể trongquá trình thựchiện giải pháp

M1.3.3 Không điều chỉnh hành động trong quá trình thực

hiện giải phápM2.3.3 Điều chỉnh được hành động trong quá trình thực

hiện giải pháp nhưng còn ít thích hợpM3.3.3 Điều chỉnh được hành động trong quá trình thực

hiện giải pháp nhưng tương đối thích hợpM4.3.3 Điều chỉnh được hành động hợp lí (thích hợp)

và tương đối khoa họcM4.4.1 Đánh giá quá trình GQVĐ đầy đủ và khoa học

thiện quá trìnhGQVĐ

M1.4.2 Không hoàn thiện quá trình GQVĐM2.4.2 Hoàn thiện quá trình GQVĐ chưa đầy đủ M3.4.2 Hoàn thiện quá trình GQVĐ tương đối đầy đủM4.4.2 Hoàn thiện quá trình GQVĐ đầy đủ

4.3 Đưa rakhả năng áp M1.4.3 Không đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu đượctrong việc GQVĐ tương tự

dụng kết quảthu được trongviệc GQVĐtương tự vàphát hiện vấn

đề cần giảiquyết mới

M2.4.3 Đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong

việc GQVĐ tương tự nhưng chưa có cơ sởM3.4.3 Đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong

việc GQVĐ tương tựM4.4.3 Đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong

việc GQVĐ tương tự và xem xét kết quả thu đượctrong tình huống mới

Bảng 2 1 Bảng tiêu chí chất lượng năng lực giải quyết vấn đề

Bảng kiểm quan sát NL GQVĐ của HS làm việc, học tập và đánh dấu vào các mức đạtđược của HS tương ứng với từng hành vi biểu hiện quan sát được

Bảng 2 3 Hình thức thu thập thông tin ở HS được sử dụng trong đánh giá

2.1.5.2 Đề xuất các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu

- Biện pháp 1: Tổ chức dạy học dựa trên nghiên cứu trong đó tổ chức HS GQVĐ với mức cao

- Biện pháp 2: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kĩ thuật số trong DH vật lí đáp ứng yêu cầu dựa trên nghiên cứu có tính khoa học cao

- Biện pháp 3: Xây dựng TNTTTMH online tạo điều kiện tổ chức dạy học kết hợp

2.2 Quy trình tổ chức hoạt động dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Hai phương thức tổ chức hoạt động nhận thức GQVĐ trong DH dựa trên quan điểmnghiên cứu: Hoạt động nhận thức GQVĐ trong dạy học dựa trên quan điểm nghiên cứu theocon đường thực nghiệm và hoạt động nhận thức GQVĐ trong dạy học dựa trên quan điểmnghiên cứu theo con đường lí thuyết Sơ đồ (Hình 2.1, Hình 2.2)

Hành vi biểu hiện NLGQVĐ của HS

1 Làm nảy sinh vấn đề Phát biểu vấn đề cần nghiên

cứu

1.1 Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu (câu hỏi cần trả lời)

(Dựa vào kinh nghiệm, TN, kiến thức cũ, bài tập) đặt HS vào

tình huống học tập, HS ý thức được vấn đề học tập đòi hỏi xây

dựng một kiến thức mới.

1.1 Phân tích được tình huống có cấn đề.

1.2 Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu.

1.3 Phát biểu vấn đề (dưới dạng câu hỏi cần trả lời)

Sơ đồ 2 2 Sơ đồ khái quát quy trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường thực

nghiệm theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

Hành vi biểu hiện NLGQVĐ của HS

1 Làm nảy sinh vấn đề Phát biểu vấn đề cần nghiên

cứu

1.1 Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu (câu hỏi cần trả lời)

(Dựa vào kinh nghiệm, TN, kiến thức cũ, bài tập) đặt HS vào tình

huống học tập, HS ý thức được vấn đề học tập đòi hỏi xây dựng

một kiến thức mới.

2 Giải quyết vấn đề (Đề xuất và lựa chọn giải pháp)

2.2 Đề xuất giả thuyết/ hệ quả

Nếu kết quả TN phù hợp với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì kết quả này trở thành kiến thức mới

4 Rút ra kết luận

5 Đánh giá, hoàn thiện GQVĐ(Vận dụng kết quả thu được)

Nếu kết quả TN không phù hợp với

giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì

cần kiểm tra lại quá trình TN hoặc

phải đề xuất giả thuyết mới, rồi

kiểm tra lại tính đúng đắn của nó

3 Thực hiện giải pháp

3.2 Kiểm tra tính đúng đắn của GT hoặc hệ quả nhờ TN

Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN: Kiểm tra trực tiếp nhờ TN tính

đúng đắn của GT đã đề xuất; hoặc suy luận logic từ GT ra hệ quả kiểm

tra được 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 như

thế nào, thu thập dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí 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 đến kết quả.

Dựa vào kinh nghiệm, sự tương tự, mối liên hệ nhân quả, các

mối liên hệ định lượng, TN hỗ trợ Làm thế nào để kiểm tra

tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả đã đề xuất?

2.3 Đề xuất giải pháp: đề xuất giả thuyết

3.1 Thiết kế phương án

TN kiểm tra giả thuyết/

hệ quả.

3.2 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 đến kết quả 3.3 Đánh giá và điều chỉnh các bước giải quyết vấn đề cụ thể trong quá trình thực hiện giải pháp

1.1 Phân tích được tình huống có cấn đề.

1.2 Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu.

1.3 Phát biểu vấn đề (dưới dạng câu hỏi cần trả lời)

2 Giải quyết vấn đề (Đề xuất và lựa chọn giải pháp)

2.1 Suy luận lí thuyết (trong đó có suy luận toán học)

Nếu kết quả TN phù hợp với kết quả tìm được từ SLLT thì kết quả này trở thành kiến thức mới

4 Rút ra kết luận

5 Đánh giá, hoàn thiện GQVĐ(Vận dụng kết quả thu được)

Nếu kết quả TN không phù hợp với

từ SLLT thì cần kiểm tra lại quá trình

TN và quá trình suy luận từ các kiến

thức đã biết.

3 Thực hiện giải pháp

3.1 Kiểm nghiệm kết quả - giả thuyết đã tìm được từ SLLT nhờ TN

Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN: Kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN

kết quả- giả thuyết thu được từ suy luận lí thuyết; hoặc suy luận logic

từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN

Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả - giả thuyết hoặc hệ

quả của nó

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 đến kết quả.

Suy đoán giải pháp GQVĐ: Xác định các kiến thức đã biết cần sử

dụng; Xác định cách vận dụng các kiến thức để đi đến câu trả lời

Thực hiện suy luận lí thuyết và rút ra kết quả - giả thuyết

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

thuyết?giả

2.3 Đề xuất giải pháp: Xác định các kiến thức đã biết cần sử dụng; Xác định cách vận dụng các kiến thức để đi đến câu trả lời Thực hiện suy luận lí thuyết và rút ra kết quả giả thuyết

3.1 Thiết kế phương án

TN Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ SLLT nhờ TN.

3.2 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 đến kết quả

3.3 Đánh giá và điều chỉnh các bước giải quyết vấn đề cụ thể trong quá trình thực hiện giải pháp

nghiên cứu.

1.3 Phát biểu vấn đề (dưới dạng câu hỏi cần trả lời)

2.3 Vị trí của TNKNMT-TNTTTMH trong tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu 2.3.1 Khái niệm TNKNMT và TNTTTMH

 TNKNMT là các thí nghiệm vật lí được tiến hành trực tiếp và có sự kết nối giữa các cảmbiến với máy tính nhằm thu thập và xử lí số liệu

 TNTTTMH là các thí nghiệm mà đối tượng nghiên cứu là các hiện tượng, quá trình Vật líthực được ghi lại (quay lại) dưới dạng gốc và đưa vào máy tính, bằng công cụ phần mềmmáy tính, qua đó người học sẽ thao tác trên màn hình để tương tác với đối tượng nghiêncứu, làm biến đổi đối tượng nghiên cứu theo các mục đích, trình tự nghiên cứu riêng củamình và nhận được các kết quả tương ứng

2.3.2 Vị trí của TNKNMT và TNTTTMH trong tiến trình DH dựa trên nghiên cứu

TN được sử dụng trong giai đoạn kiểm tra giả thuyết bằng thực nghiệm hoặc để kiểmnghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết Trong giai đoạn sử dụng TN để kiểm tra giảthuyết, nhất thiết TN đó phải đáp ứng yêu cầu kiểm tra tính đúng đắn của các hệ quả được rút

ra từ giả thuyết (con đường khảo sát thực nghiệm) và kiểm nghiệm các kết quả đã tìm được từsuy luận lí thuyết (con đường suy luận lí thuyết) trong trường hợp tổng quát

CHƯƠNG 3.

XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH VÀ THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”– VẬT LÍ 10 THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU NHẰM PHÁT

TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH

3.1 Yêu cầu xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh

3.2 Khó khăn và giải pháp khi xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

3.2.1 Khó khăn và giải pháp khi xây dựng thí nghiệm vật lí theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

3.2.2 Khó khăn và giải pháp khi xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

3.3 Quy trình xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh

Quy trình xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằmphát triển NLGQVĐ ở mức cao về các bước trong quy trình được thực hiện theo giống cácbước trong quy trình xây dựng các thí nghiệm nói chung Tuy nhiên nội dung một số bước ởtrong quy trình này khác với trong quy trình chung Cụ thể:

- Việc xác định quá trình, hiện tượng Vật lí đưa vào trong dạy học ở đây phải bao gồm cácquá trình hiện tượng mang tính tổng quát

- Xác định các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học một số kiến thức, trong nghiên cứuđịnh luật 3 Newton hay định luật bảo toàn động lượng là các thí nghiệm không chỉ đốivới các trường hợp đặc biệt mà cả đối với trường hợp / hiện tượng, quá trình tổng quát

- Xác định yêu cầu khoa học của bộ số liệu thực nghiệm cần thu thập nhờ thiết bị thínghiệm Trong nghiên cứu của chúng tôi yêu cầu của bộ số liệu thực nghiệm bao gồm các

vị trí tọa độ x, y của đồng thời 2 vật chuyển động trước và sau va chạm/ tương tác với cácvận tốc khác nhau theo các phương chiều khác nhau.

3.4 Xây dựng và hoàn thiện thí nghiệm kết nối máy tính và thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

3.4.1 Sự cần thiết xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE và bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL

Nhằm tạo điều kiện cho HS tham gia vào giải quyết vấn đề, thiết kế các phương án thínghiệm, tự lực xây dựng kiến thức mới (Khái niệm, định luật) Chúng tôi tiến hành xây dựng

và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE và bộ cảm biến lực – gia tốc nối máy tính không dâyPhys-MBL trong dạy học một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luậtbảo toàn” – Vật lí 10 theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

3.4.2 Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE hỗ trợ dạy học vật lí

3.4.2.1 Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE

Địa chỉ truy cập: http://ephysics.hcmue.edu.vn:4000

 Giao diện chính của TNTTTMH Phys-ISE

Hình 3 1 Giao diện chính của TNTTTMH Phys-ISE

3.4.2.2 Các TN có thể tiến hành với TNTTTMH Phys-ISE

- Thí nghiệm 1: Kiểm chứng định luật I Newton

- Thí nghiệm 2: Kiểm chứng định luật III Newton

- Thí nghiệm 3: Kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng

- Thí nghiệm 4: Kiểm nghiệm định luật bảo toàn cơ năng

Thí nghiệm kiểm chứng định luật III Newton

Xác định tọa độ (x, y) của mỗi vật và vẽ đồ thị

x-t, y-t của mỗi vật

Tính toán và vẽ vector⃗ ∆ v cho mỗi vật dựa vào bảng số liệu

Tính toán và vẽ vector lực tác dụng lên mỗi

vật

Kết quả so sánh 2 vecto lực: phương chiều, độ lớn.

Hình Kết quả TN ĐL III Newton sử dụng phần mềm Phys-ISE

3.4.3 Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây MBL trong bộ TNKNMT

Phys-3.4.3.1 Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT

 Nguyên tắc hoạt động bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL

Hình 3 2 Bộ cảm biến Lực – Gia tốc kết nối máy tính không dây

 Giao diện Phys-MBL

Hình 3 3 Giao diện TNKNMT PHYS-MBL hiển thị số liệu

3.4.3.2 Các TN có thể tiến hành với bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT

- Thí nghiệm 1: Kiểm chứng định luật I Newton

- Thí nghiệm 2: Kiểm chứng định luật II Newton

- Thí nghiệm 2: Kiểm chứng định luật III Newton

 Thí nghiệm 3: Kiểm chứng định luật III Newton