XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CẦN RUNG ĐIỆN TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CẦN RUNG ĐIỆN TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH bộ thí nghiệm có thể phục vụ các thí nghiệm cơ học lớp 10 như chuyển động thẳng đều, biến đổi đều, các định luật niu tơn, định luật bảo toàn động lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LÊ DOÃN QUÂN

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CẦN RUNG ĐIỆN TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

CỦA HỌC SINH

Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 8.14.01.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Anh Thuấn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong luận án là trung thực Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công bố trước

đó

Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Hà Nội, ngày 29 tháng 9 năm 2020

Tác giả luận văn

Lê Doãn Quân

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng sau đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lí và Bộ môn Lí luận và phương pháp dạy học Vật lí Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Đặc biệt với tất cả tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới thầy TS Nguyễn Anh Thuấn người đã dành nhiều thời gian dìu dắt, trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường THPT Số 2 Mường Khương và tập thể lớp 11A1 đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực nghiệm sư phạm

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với gia đình, bạn bè và các bạn học viên cao học Khóa 28 đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày 29 tháng 9 năm 2020

Tác giả

Lê Doãn Quân

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Giả thuyết khoa học của đề tài 2

4 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 3

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 4

7 Đóng góp của đề tài 4

8 Cấu trúc của đề tài 4

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ TN TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 6

1.1 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học Vật lí 6

1.1.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề 6

1.1.2 Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề 6

1.1.3 Biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề 10

1.2 Dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học Vật lí 15

1.2.1 Khái niệm dạy học giải quyết vấn đề 15

1.2.2 Các giai đoạn của dạy học giải quyết vấn đề 16

1.3 Xây dựng và sử dụng thiết bị TN Vật lí nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh 18

1.3.1 Thiết kế, chế tạo thiết bị TN 18

1.3.2 Sử dụng thiết bị TN 20

1.4 Điều tra thực trạng dạy học kiến thức các nội dung “Sự rơi tự do”, “Ba định luật Niu-tơn”, Định luật bảo toàn động lượng – Vật lí 10 23

1.4.1 Thực trạng thiết bị TN 24

1.4.2 Phương pháp dạy của giáo viên 25

1.4.3 Phương pháp học của học sinh 27

1.5 Kết luận chương 1 28

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG THIẾT BỊ TN CẦN RUNG ĐIỆN VÀ SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 29

2.1 Mục tiêu dạy học 29

2.1.1 Mục tiêu về kiến thức, kĩ năng, thái độ 29

2.1.2 Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề 30

2.2 Xây dựng thiết bị TN cần rung điện 31

2.2.1 Sự cần thiết xây dựng thiết bị TN 31

2.2.2 Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của thiết bị TN 32

2.2.3 Các TN có thể tiến hành với thiết bị TN 35

2.3 Soạn thảo tiến trình dạy học 46

2.3.1 Tiến trình dạy học “Định luật II Niu-tơn”- Vật lí 10 46

2.3.2 Tiến trình dạy học “Định luật bảo toàn động lượng” – Vật lí 10 55

2.4 Xây dựng công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh 66

2.5 Kết luận chương 2 70

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 72

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 72

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 72

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 72

3.2 Đối tượng, phương pháp, thời gian thực nghiệm sư phạm 72

3.3 Kết quả thực nghiệm sư phạm 73

3.3.1 Phân tích diễn biến của quá trình thực nghiệm sư phạm 73

3.3.2 Kết quả thực nghiệm sư phạm về mặt định lượng 77

3.4 Kết luận chương 3 82

KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC 87

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

6 NLGQVĐ Năng lực giải quyết vấn đề

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề 7

Bảng 2.1 Rubric đánh giá năng lực GQVĐ của HS trong dạy học “Định luật II

Niu Tơn”- Vật lí 10 Error! Bookmark not defined.

Bảng 2.2 Rubric đánh giá năng lực GQVĐ của HS trong dạy học “Định luật bảo toàn động lượng”- Vật lí 10 668Bảng 3.1 Các bước tiến hành thực nghiệm 73Bảng 3.2 Bảng lượng hóa điểm đánh giá theo mức độ đạt được của NLGQVĐ của từng học sinh 78

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong thời điểm bùng nổ “Cách mạng công nghiệp 4.0” và giáo dục cả nước đang có những thay đổi căn bản và toàn diện Với chủ trương thay đổi căn bản và toàn diện giáo dục từ dạy học kiến thức sang dạy học phát triền năng lực học sinh Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đã nêu rõ quan điểm chỉ đạo: “Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực

và phẩm chất người học”[4] Cũng tại nghị quyết này nêu rõ: “Nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, chú trọng giáo dục lí 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”[4]

Với định hướng trên, toàn ngành giáo dục đã có những thay đổi to lớn

Rõ ràng nhất là việc thực hiện chương trình phổ thông mới Một bước thay triệt

để từ nền tảng căn bản trong dạy học Thực hiện việc chuyển từ dạy học nội dung sang dạy học phát triển năng lực Một trong những năng lực quan trọng

mà cần phải phát triển ở học sinh là năng lực GQVĐ Bộ môn Vật lí với lợi thế

là một môn khoa học thực nghiệm đã góp phần rất nhiều trong việc phát triển NLGQVĐ cho HS Trong quá trình học tập các nội dung của bộ môn Vật lí đã cung cấp nhiều cơ hội cho HS rèn luyện khả năng tự giải quyết các vấn đề và hình thành khả năng giải quyết các vấn đề trong cuộc sống Trong quá trình dạy học các TBTN Vật lí đã có những đóng góp không thể thiếu vào việc thực hiện các mục tiêu giáo dục nói chung và phát triển năng lực giải quyết vấn đề nói riêng Chính vì thế, Việc đổi mới giáo dục, thực hiện chương trình phổ thông mới, dạy học phát triển năng lực học sinh không thể thiếu được các thiết bị thí nghiệm trong dạy học

Trong quá trình nghiên cứu bộ TN cần rung điện thì thấy được ứng dụng

của bộ TN cần rung điện có thể áp dụng cho nghiên cứu chuyển động thẳng(thẳng đều, thẳng nhanh dần đều, rơi tự do) cho nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng, định luật 2,3 Niu-tơn Với các TN này ngoài bộ cần rung điện còn có thể sử dụng bộ TN cổng quang điện để làm Tuy nhiên việc sử dụng cổng quang điện trong các TN về chuyển động thẳng còn kết nối phức tạp và định luật bảo toàn động lượng, chưa thể làm được với định luật 3 Niu-tơn Ngoài cổng quang điện còn có bộ TN của pasco sử dụng kết nối định vị không dây nhưng giá thành quá cao Hiện nay có các nghiên cứu về cần rung điện như luận văn thạc sĩ của Nguyễn Thị Tâm… Các luận văn trên chưa tối ưu hóa được

bộ TN về đường điện, giảm lực ma sát, phương án TN

Vì những lí do trên tôi quyết định thực hiện đề tài “Xây dựng và sử dụng thiết bị TN Cần rung điện trong dạy học Vật lí 10 nhằm phát triển NLGQVĐ của học sinh”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xây dựng (thiết kế, chế tạo) TBTN cần rung điện đáp ứng yêu cầu của TBTN ở trường THPT và sử dụng chúng trong dạy học Vật lí 10 theo DHGQVĐ nhằm phát triển NLGQVĐ của HS

3 Giả thuyết khoa học của đề tài

Nếu xây dựng (thiết kế, chế tạo) TBTN cần rung điện đáp ứng yêu cầu của TBTN ở trường THPT và sử dụng chúng trong dạy học Vật lí 10 theo DHGQVĐ thì sẽ phát triển được NLGQVĐ của HS

4 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Quá trình dạy học các kiến thức về “ sự rơi tự do, Định luật 2,3 Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng”- Vật lí 10

Các TBTN được sử dụng trong quá trình dạy học các kiến thức về “ sự rơi

tự do, Định luật 2,3 Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng”- Vật lí 10

NLGQVĐ của HS trong học tập các kiến thức về “ sự rơi tự do, Định luật

2,3 Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng”- Vật lí 10

5 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu lí luận về cấu trúc NLGQVĐ, biện pháp phát triển

NLGQVĐ của HS

- Nghiên cứu lí luận về DHGQVĐ và sử dụng TBTN theo DHGQVĐ

- Nghiên cứu lí luận về xây dựng TBTN đáp ứng yêu cầu TBTN ở trường THPT

- Nghiên cứu nội dung kiến thức về “chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, sự rơi tự do, Định luật 2,3 Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng” – Vật lí 10; logic xây dựng các kiến thức này theo DHGQVĐ; xác định các TN cần tiến hành

- Nghiên cứu thực trạng dạy, học và thực trạng TBTN trong dạy học kiến thức “chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, sự rơi tự do, Định luật 2,3 Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng” – Vật lí 10 ở một số trường THPT trên địa bàn tỉnh Lào Cai

- Nghiên cứu các TBTN hiện có ở trường THPT ở Việt Nam và nước ngoài để thấy được các thuận lợi và khó khăn khi tiến hành các TN cần tiến hành ở trên

- Nghiên cứu cải tiến, chế tạo TBTN mới để tiến hành các TN cần có, khắc phục các khó khăn và giữ được các ưu điểm của các TBTN hiện có

- Thử nghiệm TBTN đã chế tạo, hoàn thiện bổ sung về mặt kĩ thuật

- Soạn thảo tiến trình dạy học theo DHGQVĐ nội dung kiến thức “sự rơi

tự do, Định luật 2,3 Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng” – Vật lí 10 có sử dụng TBTN đã chế tạo

- Soạn thảo tiêu chí đánh giá NLGQVĐ của HS trong học tập kiến thức

“sự rơi tự do, Định luật 3 Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng” – Vật lí 10

- Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã soạn thảo; thu thập thông

tin các hành vi của HS để phục vụ việc đánh giá NLGQVĐ của HS

- Phân tích, đánh giá thông tin các hành vi của HS để kết luận về sự phát triển NLGQVĐ của HS, hiệu quả của tiến trình dạy học và TBTN đối với việc thực hiện hành vi của HS

- Đề xuất bổ sung, sửa đổi hoàn thiện tiến trình dạy học và TBTN

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Phương pháp nghiên cứu lí luận

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Phương pháp thống kê toán học

7 Đóng góp của đề tài

- Xây dựng TBTN cần rung điện đáp ứng yêu cầu của TBTN Vật lí ở THPT cho phép tiên hành bốn thí nghiệm: Khảo sát đặc điểm của sự rơi tự do, kiểm nghiệm định luật II Niu Tơn, Kiểm nghiệm định luật III Niu Tơn, Kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng

- Soạn thảo được hai tiến trình dạy học có sử dụng TBTN theo định hướng phát triển năng lực của học sinh nội dung kiến thức “ Định luật II Niu Tơn” bài Ba định luật Niu Tơn- Vật lí 10, nội dung kiến thức “Định luật bảo toàn động lượng” – Vật lí 10

Soạn thảo bảng tiêu chí đánh giá năng lực GQVĐ trong dạy học nội dung

“ Định luật II Niu Tơn” và nội dung “Định luật bảo toàn động lượng” – Vật lí

10

8 Cấu trúc của đề tài

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

- Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng thiết

bị TN trong dạy học Vật lí nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 1.1 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học Vật lí

1.1.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề

Năng lực GQVĐ là một trong ba năng lực chung mà giáo viên cần trong tâm phát triển cho học sinh Trong các phẩm chất và năng lực học sinh cần phát triển thì năng lực GQVĐ và sáng tạo là một trong ba năng lực chung cốt lõi cần được học sinh phát triển ở tất cả các môn học Trong chương trình giáo dục phổ thông mới cũng trọng tâm phát triển năng lực chhung này ở tất car các cấp học, môn học

NLGQVĐ là “khả năng của học sinh phối hợp vận dụng những kinh nghiệm bản thân, kiến thức, kĩ năng của các môn học trong chương trình trung học phổ thông để giải quyết thành công các tình huống có vấn đề trong học tập

và trong cuộc sống của các em với thái độ tích cực.”[11]

NLGQVĐ trong DHVL được định nghĩa là “năng lực cá nhân của người học sử dụng hiệu quả kiến thức Vật lí, kĩ năng, thái độ, để giải quyết một tình huống có chứa đựng vấn đề Vật lí mà ở đó không chứa đựng giải pháp thông thường”[15]

1.1.2 Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề

Theo chúng tôi, NLGQVĐ gồm 04 năng lực thành tố cấu thành: Tìm hiểu vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề và đánh giá việc giải quyết vấn đề, phát hiện vấn đề mới

Các chỉ số hành vi của các thành tố có các mức độ biểu hiện như bảng sau:

Bảng 1.1 Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề [18]

đề

M1: Quan sát, mô tả được các quá trình, hiện tượng trong tình huống để làm rõ vấn đề cần giải quyết

M2: Giải thích thông tin đã cho, mục tiêu cuối cùng cần thực hiện để làm rõ vấn đề cần giải quyết M3: Phân tích, giải thích thông tin đã cho, mục tiêu cần thực hiện và phát hiện vấn đề cần giải quyết 1.2 Phát

hiện vấn đề cần nghiên cứu

M1: Từ thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, trình bày được một số câu hỏi riêng lẻ M2: Từ thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, trình bày được các câu hỏi liên quan đến vấn đề cần giải quyết

M3: Từ thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, trình bày được các câu hỏi liên quan đến vấn đề và xác định được vấn đề cần giải quyết

1.3

Phát biểu vấn đề

M1: Sử dụng được ít nhất một phương thức (văn bản, hình vẽ, biểu bảng, lời nói,…) để diễn đạt lại vấn đề

M2: Sử dụng được ít nhất hai phương thức để diễn đạt lại vấn đề

M3: Diễn đạt vấn đề ít nhất bằng hai phương thức và phân tách thành các vấn đề bộ phận

M1: Diễn đạt lại được tình huống một cách đơn giản

M2: Diễn đạt lại được tình huống trong đó có

sử dụng các hình vẽ, kí hiệu để làm rõ thông tin của tình huống

M3: Diễn đạt lại được tình huống bằng nhiều cách khác nhau một cách linh hoạt

2.2 Tìm kiếm thông tin liên quan

đế vấn đề

M1: Bước đầu thu thập thông tin về kiến thức

và phương pháp cần sử dụng để giải quyết vấn

đề từ các nguồn khác nhau M2: Lựa chọn được nguồn thông tin về kiến thức và phương pháp cần sử dụng để giải quyết vấn đề và đánh giá nguồn thông tin đó

M3: Lựa chọn được toàn bộ các nguồn thông tin về kiến thức và phương pháp cần sử dụng

để giải quyết vấn đề cần thiết và đánh giá được

độ tin cậy của nguồn thông tin 2.3 Đề

xuất giải pháp giải quyết vấn đề

M1: Thu thập, phân tích thông tin liên quan đến vấn đề; xác định thông tin cần thiết để giải quyết vấn đề

M2: Đưa ra phương án giải quyết vấn đề (đề xuất gải thuyết, phương án kiểm tra giả thuyết bằng suy luận lí thuyết hoặc thực nghiệm) M3: Đưa ra phương án, lựa chọn phương

án tối ưu, lập kế hoạch thực hiện

để thực hiện giải pháp

M1: Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực hiện cụ thể, diễn đạt các kế hoạch cụ thể đó bằng văn bản

M2: Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực hiện cụ thể, diễn đạt các kế hoạch cụ thể đó bằng sơ đồ, hình

vẽ M3: Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực hiện cụ thể, thuyết minh các kế hoạch cụ thể đó bằng sơ đồ, hình vẽ

M2: Thực hiện được giải pháp trong đó huy động ít nhất hai kiến thức, hai phép đo,… để giải quyết vấn đề M3: Thực hiện giải pháp cho một chuỗi vấn đề liên tiếp, trong đó có những vấn đề nảy sinh từ chính quá trình giải quyết vấn đề

3.3

Đánh giá và

các bước giải quyết cụ thể

thực hiện

M1: Đánh giá các bước trong quá trình giải quyết vấn

đề, phát hiện ra sai sót, khó khăn M2: Đánh giá các bước trong quá trình giải quyết vấn

đề, phát hiện ra sai sót, khó khăn và đưa ra những điều chỉnh

M3: Đánh giá các bước trong quá trình giải quyết vấn đề, phát hiện ra sai sót, khó khăn, đưa ra những điều chỉnh và thực hiện việc điều chỉnh

1.1.3 Biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề

M1: So sánh kết quả cuối cùng thu được với đáp

án và rút ra kết luận khi giải quyết vấn đề cụ thể M2: Đánh giá được kết quả cuối cùng và chỉ ra nguyên nhân của kết quả thu được

M3: Đánh giá việc giải quyết vấn đề Đề ra giải pháp tối ưu hơn để nâng cao hiệu quả giải quyết vấn đề

4.2 Phát hiện vấn đề cần giải quyết mới

M1: Đưa ra khả năng ứng dụng của kết quả thu được trong tình huống mới

M2: Xem xét kết quả thu được trong tình huống mới, phát hiện những khó khăn, vướng mắc cần giải quyết

M3: Xem xét kết quả thu được trong tình huống mới, phát hiện những khó khăn, vướng mắc cần giải quyết và diễn đạt vấn đề mới cần giải quyết

thiếu trong quá trình hình thành và phát triển các kĩ năng của NLGQVĐ cho

HS

Quá trình làm thí nghiệm giúp 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 Qua từng bước thực hiện quá trình làm thí nghiệm học sinh có thể dần phát triển năng lực GQVĐ của bản thân Từ các bước đầu tiên HS vẫn chua quen trong việc vận dụng kết nối các kiến thức đã biết kết hợp với kinh nghiệm thực tế để đưa ra phương án TN và tiến hành TN kiểm chứng Qua quá trình bắt chước là lần lượt làm sáng tỏ nội dung kiến thức cần tiếp thu Tiếp theo các quá trình đó HS có thể tiến bộ hơn qua các lần đề xuất phương án thiết kế TN

HS có thể tiến bộ hơn nữa và hoàn toàn khẳng định được giá trị bản thân thông qua các lần thực hiện hoàn chỉnh các bước thực hiện GQVĐ từ các bộ thí nghiệm kiểm chứng

Trong các bộ TN vì nhiều lí do nên đa phần các TN đều là các TN biểu diễn Các TN biểu diễn đa phần là GV thực hiện nên sẽ ít phát triển được năng lực GQVĐ cho học sinh, tuy nhiên nếu tăng cường sử dụng chúng sẽ rèn luyện cho HS kĩ năng quan sát, nhận xét kết quả TN, đồng thời HS có thể bắt chước thực hiện được các thao tác đó Nếu sử dụng phương pháp đúng thì các TN biểu diễn vẫn hoàn toàn có thể giúp phát triển năng lực GQVĐ cho học sinh Để có thể làm được điều này GV cần tổ chức tất cả các bước theo đúng quy trình và quá trình thực nghiệm được rút lại ngắn gọn nhờ GV Vì vậy GV cần sử dụng tối đa các TN trong chương trình, tăng cường bổ sung các bộ thí nghiệm tự chế phục vụ giảng dạy Thực hiện các TN một cách bài bản, hiệu quả để qua đó HS khắc sâu kiến thức

Năng lực GQVĐ của HS có thể được phát triển rõ ràng nhất qua các bài

TN thực hành Khi thực hiện các TN thực hành 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 Nhờ đó mà NLGQVĐ của các em được bồi dưỡng và phát triển rõ ràng nhất Tất cả các thành tố của năng lực GQVĐ đều có trong mỗi bài thực hành, qua nhiều bài TN thực hành các chỉ số hành vi của HS có thể thấy được và phát triển theo thời gian Để phát triển NLGQVĐ của mình HS phải tự lực thực hiện từng giai đoạn của quá trình GQVĐ Tuy nhiên trong dạy học ở các tiết thực hành thì mức độ tự lực và việc thực hiện đầy đủ các giai đoạn của quá trình GQVĐ còn yếu và thiếu Nguyên nhân được đưa ra đó chính là bởi bản thân các em học sinh Nhiều em học sinh chưa ý thức được động cơ học tập dẫn đến yếu kiến thức nền tảng chưa được thực hiện học tập với phương pháp mới Một

lí do hay gặp nữa là vì các TN thường có bản chỉ dẫn sẵn cụ thể trong SGK nên

HS thường thực hiện rập khuôn theo bản kế hoạch đó Việc thực hiện theo sách giáo khoa đã tạo cho học sinh tư duy theo lối mòn và tính ỷ lại vào sách giáo khoa Để có thể phát triển năng lực GQVĐ cho học sinh giáo viên cần tổ chức nhiều bài học có áp dụng phương pháp dạy học tích cực nhằm phát triển năng lực GQVĐ Các nội dung học tập có đầy đủ các giai đoạn của dạy học GQVĐ

để học sinh phát triển năng lực của mình Qua đó HS có thể tự GQVĐ khi học tập ở nhà Do đó khi tham gia vào các bài TN thực hành học sinh hoàn toàn tự tin và nhanh chóng thực hiện được các bước GQVĐ nhờ sự giúp đỡ của TBTN

Biện pháp 2 Tổ chức cho học sinh giải thích các hiện tượng cuộc sống

và chế tạo dụng cụ TN Vật lí

- Do hạn chế về thời gian nên các kĩ năng mà HS được rèn luyện chủ yếu được thực hiện trên lớp theo một lôgic có sẵn Nếu các kiến thức và kĩ năng này được biến hóa và vận dụng vào đời sống thông qua việc chế tạo và sửa chữa thiết bị thì nó sẽ được khắc sâu và hoàn thiện theo cách tự nhiên nhất

- NLGQVĐ được phát triển thông qua các hoạt động trên lớp với thời gian khá hạn chế nên nhiều HS không được phát triển đầy 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 Các em học sinh tích cực thì năng lực GQVĐ được phát triển đày đủ, còn với nhiều em HS do tâm lí tự ti nên các thành tố của năng lực GQVĐ không được phát triển toàn diện Vì vậy để phát triển được năng lực GQVĐ thì GV cần tổ chức các bài học stem, dự án học tập chế tạo dụng cụ thí nghiệm ở nhà

- Sau mỗi phần nội dung kiến thức được học, GV cần cho các em vận dụng những kiến thức vừa học để giải thích một số hiện tượng cuộc sống hằng ngày, nguyên tắc hoạt động của một số thiết bị trong đời sống thường gặp, chế tạo TBTN đơn giản phục vụ bài học Qua quá trình vận dụng giải thích chế tạo dụng cụ đã rèn luyện nhiều kĩ năng cho HS Nhờ đó HS có thể khắc sâu kiến thức đã học, diễn tả lại chính xác kiến thức bằng ngôn ngữ Vật lí, có thể vận dụng kiến thức đã học để đề xuất các phương án giải quyết vấn đề

- Thông qua tổ chức cho HS tự làm các TN giúp các em tự rèn luyện các kĩ năng thực nghiệm, bồi dưỡng NLGQVĐ cho HS Qua quá trình làm TN

ở nhà không chỉ giúp HS phát triển một năng lực GQVD mà còn phát triển nhiều phẩm chất và năng lực khác của 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 cận thận, tỷ mỷ, chính xác khoa học, khả năng tự lập

- GV cần lưu ý: để có thể phát huy hiệu quả việc phát triển NL GQVĐ cho HS thì trong quá trình tổ chức phải thực hiện các điều sau:

+ 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 học tập lí giải các hiện tượng trong tự nhiên, đời sống hàng ngày bằng các kiến thức Vật lí đã học Căn cứ vào năng lực HS mà giao nhiệm vụ với các mức độ phù hợp với học sinh Với

sự hướng dẫn thường xuyên và nhóm đối tượng tương ứng để đạt được hiệu quả cao nhất HS trung bình GV có thể đưa ra yêu cầu cụ thể và hướng dẫn chi tiết các bước HS khá giỏi GV chỉ đưa ra yêu cầu thông qua sự tìm tòi tài liệu

từ nhiều nguồn khác nhau mà HS có thể GQVĐ

+Tùy từng nội dung công việc mà GV tổ chức theo nhóm hoặc cá nhân cho phù hợp Theo mục đích phát triển năng lực mà đưa ra các yêu cầu để có thể đánh giá năng lực của học sinh thông qua các biểu hiện hành vi để lượng hóa GV cần thường xuyên kiểm tra hoạt động của các nhóm, cá nhân Tổ chức các bài học theo định hướng stem để có thể phát huy tốt nhất các năng lực cần thiết theo mục tiêu của bài học

+ GV tổ chức cho HS báo cáo trước lớp, thậm chí trước khối khi kết thúc bài học Tổ chức các cuộc thi thuyết trình về 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 Từ đó cho học sinh niềm tin trong khám phá tri thức, tự tin hơn và sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ trong những lần sau

Biện pháp 3 Thường xuyên sử dụng phương pháp DH GQVĐ trong dạy

học

- Phương pháp dạy học GQVĐ là phương pháp dạy học tích cực cốt yếu phải được triển khai thường xuyên ở tất cả các môn học Năng lực GQVĐ và sáng tạo là năng lực chung cốt lõi cần phát triển ở tất cả các em HS Thông qua bài học có áp dụng phương pháp dạy học GQVĐ mà năng lực các em được phát triển tạo nên các cá nhân có đầy đủ kiến thức, kĩ năng, thái độ cần thiết để tham gia vào hoạt động cuộc sống

- Trong chương trình phổ thông năm 2006 cũng như chương trình phổ thông mới, 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 NL GQVĐ

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

+ Rà soát đánh giá lại tất cả các bài học có áp dụng phương pháp dạy học GQVĐ

+ Chuẩn bị thật tốt về phương tiện dạy học để có thể thực hiện thành công bài học áp dụng phương pháp mới

+ Khi thực hiện phương pháp này cần thực hiện đầy đủ các giai đoạn của dạy học GQVĐ nhằm phát triển đầy đủ các thành tố của NL GQVĐ

+ Tạo điều kiện cho HS được làm được thực hiện TN Kiên nhẫn thực hiện hướng dẫn đối với các em HS chưa đạt tạo cho các em có niềm tin vào bản thân Dân dần qua nhiều lần làm TN các em HS sẽ có được những bước phát triển vững chắc về tâm lí, kiến thức và kĩ năng đảm bảo thực hiện các yêu cầu học tập

1.2 Dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học Vật lí

1.2.1 Khái niệm dạy học giải quyết vấn đề

Theo định nghĩa V.Ôkôn: “DHGQVĐ dưới dạng chung nhất là toàn bộ các hành động như tổ chức 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.” [9]

DHGQVĐ là phương pháp dạy học trong đó HS tìm tòi phương thức GQVĐ theo cách như các nhà khoa học đã làm, qua đó tạo cho HS nhu cầu, hứng thú học tập, HS nhanh chóng lĩnh hội được kiến thức mới, đồng thời phát

triển được nhiều năng lực khác của HS.[9]

1.2.2 Các giai đoạn của dạy học giải quyết vấn đề

Hình 1.1 Sơ đồ các giai đoạn của DHGQVĐ

Theo tiến trình xây dựng kiến thức trong việc nghiên cứu khoa học, tiến trình xây dựng kiến thức DHGQVĐ bao gồm các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết

GV giao cho HS một nhiệm vụ, yêu cầu, bài toán hoặc một TN… có tiềm

ẩn vấn đề Từ các kiến thức đã học kết hợp với kinh nghiệm thực tế và nhiệm

vụ cần giải quyết, nảy sinh nhu cầu về cái còn chưa biết, về một cách giải quyết mình chưa biết nhưng có thể tìm tòi, xây dựng được [9, 12]

- Khái niệm vấn đề:

+ Dùng để chỉ một một nhiệm vụ nhận thức mà HS không thể giải quyết bằng kinh nghiệm sẵn có mà phải tìm tòi sáng tạo để giải quyết và khi giải quyết được thì HS thu nhận kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động mới

+ Chứa đựng câu hỏi nhưng đó là câu hỏi về một cái chưa biết, câu hỏi mà câu trả lời là một cái mới phải tìm tòi sáng tạo mới xây dựng được, chứ không

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

4 Rút ra kết luận (kiến thức mới)

3 Giải quyết VĐ

- Suy đoán giải pháp GQVĐ: nhờ khảo sát lí thuyết và/hoặc khảo sát

thực nghiệm

- Thực hiện giải pháp đã suy đoán

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

5 Vận dụng kiến thức, kĩ năng mới để giải quyết những nhiệm

vụ đặt ra tiếp theo

phải là câu hỏi đơn thuần yêu cầu nhớ lại những kiến thức đã có

- Khái niệm “tình huống có vấn đề”: tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà HS có nhu cầu mong muốn giải quyết, tự thấy mình có khả năng tham gia giải quyết và do đó, sẽ suy nghĩ đưa ra giải pháp riêng của mình,

tự tìm tòi cách giải quyết thích hợp [9, 12]

Giai đoạn 2: Phát biểu vấn đề cần giải quyết

HS phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu trả lời cho câu hỏi nêu ra chính là nội dung kiến thức mới cần xây dựng) GV có thể trợ giúp khi cần thiết

Giai đoạn 3: Giải quyết vấn đề

- Suy đoán giải pháp GQVĐ: HS đưa ra suy đoán giải pháp từ những kiến thức sẵn có kết hợp với kinh nghiệm thực tế để GQVĐ, GV có thể định hướng cho HS nếu học sinh cần trợ giúp: đề xuất mô hình (kiến thức đã biết, giả thuyết)

có thể vận hành được để có thể GQVĐ

- Thực hiện giải pháp đã suy đoán: Tùy theo giải pháp đã đưa ra mà có thể thực hiện theo một trong 2 con đường kiểm nghiệm lí thuyết hoặc khảo sát thực nghiệm HS vận hành mô hình vừa nêu, rút ra kết luận logic(về mặt lí thuyết)

về cái cần tìm; thiết kế phương án TN sau khi đã tối ưu hóa các phương án đề xuất, tiến hành TN theo thiết kế vừa đề xuất, thu thập và xử lí các số liệu từ thực nghiệm, rút ra kết luận về cái cần tìm

Giai đoạn 4: Rút ra kết luận

- HS xem xét sự phù hợp giữa kết quả thực nghiệm với giả thuyết được đưa ra

+ Khi có sự phù hợp giữa kết quả thực nghiệm và giả thuyết ban đầu thì quy nạp kết quả vừa tìm được khái quát hóa thành nội dung kiến thức và đó là kiến thức mới thu được

+ Khi không có sự phù hợp giữa hai kết luận này thì:

Quay lại kiểm tra lại toàn bộ quá trình TN đã tiến hành có đảm bảo đúng

đủ các điều kiện TN Nếu quá trình TN có sai sót cần thực hiện lại quá trình thí nghiệm Nếu quá trình TN đã đảm bảo đúng các điều kiện của TN thì xem lại quá trình vận hành mô hình xuất phát Nếu quá trình TN đảm bảo thực hiện đúng các yêu cầu kĩ thuật, khoa học thì sẽ thực hiện lại giai đoạn 3 theo hướng bổ sung sửa chữa, có thể sai sót quá lớn thì sẽ phải xây dựng mô hình mới

- GV chính xác hoá, thể chế hoá kiến thức mới

Giai đoạn 5: Vận dụng kiến thức mới

Từ kiến thức mới vừa hình thành HS giải thích các hiện tượng theo quy luật vừa học Trong quá trình trên cũng chỉ ra phạm vi áp dụng của kiến thức mới vừa được xây dựng đồng thời có thể tiên đoán và xây dựng mô hình mới dựa trên nền tảng kiến thức vừa được học

1.3 Xây dựng và sử dụng thiết bị TN Vật lí nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

1.3.1 Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm Vật lí

1.3.1.1 Yêu cầu của việc xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lí

Quá trình xây dựng TBTN bao gồm xác định mục tiêu yêu cầu cuat hiết

bị, thiết kế sản phẩm, chế tạo sản phẩm mẫu, thử nghiệm thiết bị và cuối cùng

là cải tiến và hoàn thiện sản phẩm TBTN chế tạo phải thỏa mãn được đầy đủ các các yêu cầu về mặt khoa học, kĩ thuật và sư phạm bao gồm:

- Yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật:

+ Hiện tượng TN được đưa ra rõ ràng, làm nổi bật được kết quả TN cần thu được Có thể kiểm soát thậm chí loại bỏ các yếu tố bên ngoài dẫn đến các sai số ngẫu nhiên của TN Các thao tác được thực hiện dễ dàng đơn giản + Các số liệu thu thập được từ TN đảm bảo độ chính xác chấp nhận được theo đúng quy định về TN ở trường phổ thông

+ Vật liệu dùng để chế tạo thiết bị TN phải đảm bảo tuổi thọ cao và độ bền chắc theo quá trình sử dụng

+ Quá trình chế tạo thiết bị TN cần được áp dụng các thành tựu công nghệ chế tạo mới của khoa học kĩ thuật để có thể đạt được hiệu quả cao về mặt sử dụng với chi phí hợp lí

- Yêu cầu về mặt sư phạm:

+ Các TBTN cần đơn giản dễ hiểu: số chi tiết ít nhất có thể, cấu tạo gọn gàng, dễ sửa chữa, dễ dàng vận chuyển và bảo quản

+ Cần thiết kế, chế tạo các bộ TN Vật lí để có thể tận dụng tối đa hiệu quả các TBTN sẵn có TBTN không chỉ được sử dụng ở một chương, một phần

mà còn những nội dung khác nhau của môn Vật lí

+ Thời gian chuẩn bị các TN không đòi hỏi nhiều, dễ dàng tập hợp và thay đổi các chi tiết, thao tác bằng tay nhanh chóng, gọn gàng

+ Các TBTN có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn của quá trình dạy học: tạo tình huống có vấn đề, khảo sát giả thuyết, kiểm nghiệm hệ quả suy ra

từ lí thuyết, củng cố và vận dụng kiến thức mới

+ Các TBTN phải hỗ trợ được quá phát triển NLGQVĐ của HS và các năng lực phẩm chất khác cần có cho HS

+ Các TBTN phải đảm bảo các yêu cầu mĩ thuật: các đường nét, hình khối phù hợp và cân xứng, khối lượng không quá nặng để dễ dàng di chuyển Riêng đối với các TBTN biểu diễn cần có kích thước phù hợp để HS có thể quan sát được TN khi ngồi cuối lớp học, Kết quả của TN phải để cả lớp quan sát được [16]

1.3.1.2 Xây dựng thiết bị TN trong dạy học Vật lí

Theo chúng tôi, quá trình xây dựng các TBTN có thể được tiến hành theo các giai đoạn sau:

- Xác định mục tiêu về kiến thức, kĩ năng mà học sinh cần đạt được trong quá trình học tập theo chương trình năm 2006

- Xác định mục tiêu về phát triển năng lực HS khi học xong nội dung theo

chương trình phổ thông mới

- Xác định các TN cần tiến hành khi dạy học nội dung kiến thức này

- Tìm hiểu tình hình thực tiễn về các TBTN có cùng mục đích với TBTN

sẽ xây dựng Đánh giá những ưu, nhược điểm của các TBTN đã có đặc biệt chú trọng yêu cầu về dạy học phát triển NL GQVĐ và sáng tạo của HS

- Từ mục tiêu của bài học kết hợp với các so sánh đánh giá các sản phẩm sẵn có tiến hành lập kế hoạch, thiết kế phương án, vẽ mô hình và chế tạo TBTN

- Sản xuất TBTN Thực hiện các thí nghiệm cần làm từ đó lấy được kết quả TN Thực hiện phân tích, đánh giá TBTN về độ chính xác theo quy định thí nghiệm phổ thông Tiến hành điều chỉnh thiết kế sao cho thiết bị này có thể đạt được tối đa nhất có thể các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật và yêu cầu

về mặt sư phạm

- Đưa TBTN đã sản xuất vào TNSP để tiếp tục xác định những khó khăn, hạn chế trong quá trình sử dụng đặc biệt là có đáp ứng yêu cầu phát triển năng lực HS qua đó bổ sung hoàn thiện TBTN

- Sản xuất thiết bị mẫu, xây dựng tài liệu hướng dẫn sử dụng

1.3.2 Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm Vật lí

1.3.2.1 Yêu cầu của việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lí

- Xác định đúng và rõ ràng logic của tiến trình dạy học, TBTN phải là một

bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, vai trò của nó phải giải quyết một nhiệm

vụ cụ thể nào đó trong tiến trình nhận thức

- Xác định rõ ràng và chính xác các TBTN cần sử dụng, quy trình thực hiện TN, sơ đồ bố trí TN

- Trong quá trình TN tất cả HS đều phải được tham gia vào quá trình thí nghiệm

- Thực nghiệm thử TN trước khi dạy học sao cho đảm bảo mọi mục tiêu dạy học cần đạt theo đúng yêu cầu đã đề ra

- Tuân thủ đúng, đủ các quy tắc an toàn khi sử dụng các TBTN và tiến hành TN Tuyệt đối không được xem nhẹ hay bỏ qua bất cứ quy tắc an toàn TN nào khi thực hiện TN

1.3.2.2 Sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lí

Trong dạy học vật lí TBTN được sử dụng rất nhiều Trong các giai đoạn của DHGQVĐ Thì TBTN có thể được sử dụng với vai trò tất yếu trong đó Trong hai con đường của DHGQVĐ là suy luận lí thuyết và khảo sát thực nghiệm thì TBTN được sử dụng vào các giai đoạn cụ thể sau:

a Con đường suy luận lí thuyết

Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết như sau

1 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát (kiến thức cũ; kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử

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

3 Giải quyết vấn đề

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 vận dụng các kiến thức này để đi tới câu trả lời

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

Làm thế nào để kiểm nghiệm nhờ TN kết quả

đã tìm được từ suy luận lí thuyết

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 logic 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, thu thập 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

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

lí thuyết của phương pháp dạy học GQVĐ

Từ tiến trình được nêu ở trên có thể thấy TBTN có thể được dùng vào các tình huống sau: tạo tình huống xuất phát ở giai đoạn 1, làm TN kiểm nghiệm giả thuyết(hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết) trong giai đoạn 3

b Con đường thực nghiệm

4 Rút ra kết luận

- Đối chiếu kết quả TN với kết quả đã rút ra từ suy luận lí thuyết:

+ Nếu kết quả TN phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết thì

kết quả này trở thành kiến thức mới

+ Nếu kết quả TN không phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết thì cần kiểm tra lại quá trình TN và quá trình suy luận Nếu quá trình

TN đã đảm bảo điều kiện và quá trình suy luận chính xác thì đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết mới Quá trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết này sau

đó sẽ dẫn tới kiến thức mới, bổ sung và sửa đổi những kiến thức ban đầu Những kiến thức vận dụng nhiều khi là trường hợp riêng, giới hạn của kiến thức mới Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu được chỉ ra

1 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát (kiến thức cũ; kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử

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

3 Giải quyết vấn đề

3.1 Đề xuất giả thuyết: Các cách đề xuất giả thuyết (xuất phát từ): 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, thí nghiệm

hỗ trợ

Làm thế nào để kiểm tra nhờ TN tính đúng đắn của giả thuyết đã đề xuất?

sd

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

sát thực nghiệm của phương pháp dạy học GQVĐ

Từ tiến trình trên TBTN có thể dùng trong việc tạo tình huống ở giai đoạn

1, làm TN hỗ trợ khi đề xuất giả thuyết và làm thí nghiểm khảo sát khi kiểm chứng giả thuyết

1.4 Thực trạng dạy học phần “Động học, Động lực học và Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10

Thực trạng dạy học các nội dung kiến thức “Sự rơi tự do”, “Ba định luật Niu-tơn”, “Định luật bảo toàn động lượng” – Vật lí 10 theo định hướng phát

3 Giải quyết vấn đề

Làm thế nào để kiểm tra nhờ TN tính đúng đắn của giả thuyết đã đề xuất?

3.2 Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nhờ thí nghiệm

- Xác định nội dung cần kiểm nghiệm: Phân tích xem có thể kiểm tra trực tiếp nhờ thí nghiệm tính đúng đắn của giả thuyết đã đề xuất không? Nếu không được, suy luận logic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được trực tiếp nhờ thí nghiệm

- Thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả của nó: Cần dụng cụ nào? Bố trí chúng ra sao? Tiến hành thí nghiệm như thế nào? Thu thập những dữ liệu thí nghiệm định tính và định lượng ra sao? Xử lí các dữ liệu thí nghiệm này như thế nào?

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

triển NLGQVĐ được chúng tôi điều tra tại một số trường THPT trên địa bàn tỉnh Lào Cai như: trường THPT số 2 Mường Khương, trường THPT số 1 Mường Khương, trường THPT số 3 Mường Khương nhằm mục đích:

- Tìm hiểu hiện trạng TBTN được trang bị cho các trường và tình hình sử dụng TBTN trong dạy học các kiến thức tương ứng với các nội dung nêu trên

- Tìm hiểu các phương pháp dạy học được GV sử dụng trong dạy học các kiến thức nêu trên và mong muốn, nguyện vọng của GV đối với TBTN nói chung và TBTN các nội dung trên nói riêng

- Tìm hiểu thực trạng học tập, những nhu cầu, hứng thú của HS khi học tập môn Vật lí ở các trường vừa nêu

1.4.1 Thực trạng thiết bị thí nghiệm

1.4.1.1 Mục đích, nội dung điều tra

Tìm hiểu hiện trạng TBTN Cần rung điện được trang bị cho các trường THPT hiện nay trên địa bàn tỉnh Lào cai và tình hình sử dụng TBTN nói chung tại các trường trên

1.4.1.2 Phương pháp điều tra

Để thu thập các thông tin cần tìm hiểu, chúng tôi đã sử dụng các phương pháp điều tra sau:

- Điều tra qua phiếu phỏng vấn GV (ở phụ lục 1)

- Thực hiện điều tra trực tiếp tại các phòng TN bộ môn Vật lí ở một số trường THPT

1.4.1.3 Kết quả điều tra

Kết quả khảo sát ở 03 trường THPT trên địa bàn huyện Mường Khương được trình bày ở bảng 2.1, phụ lục 1 cho thấy tất cả các trường THPT trên địa bàn đều có phòng TN Vật lí độc lập tuy nhiên TBTN phục vụ nội dung kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng và ba định luật Niu-tơn thì chưa có Chỉ

có bộ TN dùng cổng quang điện phục vụ cho TN sự rơi tự do Bộ TN thực hành dùng cổng quang điện thì được dùng vào thực hành để đo gia tốc rơi tự do chứ không dùng để khảo sát quy luật rơi của vật nặng

1.4.2 Thực trạng việc dạy của giáo viên

1.4.2.1 Mục đích, nội dung điều tra

- Điều tra các phương pháp dạy học đang được GV sử dụng trong dạy học hiện nay nói chung và trong các nội dung kiến thức có liên quan đến sử dụng

bộ TN cần rung điện nói riêng

- Tìm hiểu về mong muốn, nguyện vọng của GV đối với TBTN nói chung

và TBTN cần rung điện nói riêng

1.4.2.2 Phương pháp điều tra

Để thu thập các thông tin cần tìm hiểu, chúng tôi đã sử dụng các phương pháp điều tra sau:

- Trao đổi với các GV giảng dạy môn Vật lí 10 ở các trường THPT trên địa bàn huyện Mường khương như đã nêu ở trên

- Điều tra qua phiếu phỏng vấn GV (ở phụ lục 1)

1.4.2.3 Kết quả điều tra

Kết quả điều tra trên 25 GV được trình bày ở bảng 2 phụ lục 1 cho thấy:

- GV áp dụng các phương pháp dạy học tích cực vào trong giảng dạy giúp phát triển NLGQVĐ cho HS còn rất thấp, Nhiều GV sử dụng phương pháp thuyết trình(68%)

- Thực hiện TN trong giảng dạy: phần lớn GV sử dụng các video TN có sẵn (44% thường xuyên sử dụng, 32% có sử dụng), GV ít khi thực hiện TN biểu diễn trong quá trình dạy học tại lớp (60% GV sử dụng TN ít) Các TN khi được tiến hành được sử dụng phần lớn vào các bài học thí nghiệm thực hành, rất ít thực hiện đầy đủ các giai đoạn của DHGQVĐ như giúp HS phát hiện vấn

đề, đề xuất giả thuyết, Suy luận lý thuyết, khảo sát thực nghiệm, kiểm chứng

giả thuyết Khi thực hiện phỏng vấn một số GV, chúng tôi nhận thấy nguyên nhân dẫn đến những thực trạng vừa nêu như sau:

+ Với tình hình là tỉnh vùng cao lại là một huyện đặc biệt khó khăn nên học sinh chưa có điều kiện học tập Với điều kiện cơ sở vật chất khó khăn như trên nên các thiết bị TN có được đều là từ sở giáo dục đào tạo cấp phát(từ năm 2007) Theo thời gian sử dụng thiết bị đã hư hao và hỏng hóc nhiều Một số TBTN đã hỏng cũng khó có thể sửa chữa thay thế Nguyên nhân đầu tiên của vấn đề này là việc mua các đồ thay thế để sủa chữa rất khó khăn vì trong khu vực trường không có bán các thiết bị thay thế cần thiết Nguyên nhân thứ 2 là việc để có thể mua được thiết bị thay thế còn cần làm tờ trình báo cáo và chờ được giải quyết tốn rất nhiều thời gian Từ các nguyên nhân trên đã dẫn tới các thiết bị thực hành đã ngày càng ít đi theo thời gian

+ Với tình hình khu vực kinh tế khó khăn và ở vùng cao nên tất cả các thiết bị đều cần được mua ở Hà Nội cách hơn 200km Việc đặt mua qua mạng hay đi xuống tận nơi mua đều là vấn đề với giáo viên giảng dạy bộ môn Việc tìm hiểu thiết bị, chỗ mua và thời gian đi lại đều tốn rất nhiều thời gian Với các nguyên nhân trên đã dẫn tới các thiết bị TN tự làm của các giáo viên trong khu vực hầu như không có Nếu có đều là các thiết bị dễ làm và có tính hiệu quả không cao

+ Các học sinh tại các trường trên địa bàn đều rất ít được tiếp cận các phương pháp học có sử dụng TN ở trung học cơ sơ Các học sinh khi vào lớp

10 đều nêu ra một số lí do khi không được tiếp cận các TN là việc tổ chức dạy học có TN tốn nhiều thời gian, di chuyển thiết bị TN gặp nhiều khó khăn Nguyên nhân được đưa ra nữa là các giáo viên ngại đổi mới phương pháp dạy học

+ Chương trình phổ thông 2006 hiện nay và phương pháp kiểm tra đánh

giá đi cùng nói chung còn mang nặng tính lí thuyết, bài tập hàn lâm, không có thực hành(nếu có cũng chỉ là 1 hoặc 2 câu hỏi trắc nghiệm) Do đó, GV phải dành phần lớn thời lượng tiết học để giảng dạy lí thuyết và luyện giải bài tập

- Hình thức kiểm tra đánh giá hiện nay của GV là sử dụng các bài tập lí thuyết, tính toán hàn lâm (100%), bài tập thực nghiệm rất ít hoặc không được

sử dụng, đa số GV không sử dụng bài tập thực nghiệm vào kiểm tra, đánh giá (88%) GV được phỏng vấn đã đưa ra nguyên nhân là khó đưa bài tập thực nghiệm vào trong kiểm tra đánh giá hiện nay vì HS ít được tiếp xúc và thực hành với TBTN, năng lực và kinh nghiệm làm thực nghiệm còn rất hạn chế

1.4.3 Thực trạng việc học của học sinh

1.4.3.1 Mục đích, nội dung điều tra

- Điều tra phương pháp học tập môn Vật lí nói chung hiện nay và và các nội dung kiến thức liên quan đến cần rung điện nói riêng của HS một số trường THPT trên địa bàn huyện Mường Khương

- Điều tra những khó khăn và mong muốn của HS khi học tập môn Vật lí hiện nay tại địa phương

1.4.3.2 Phương pháp điều tra

- Điều tra thăm dò HS qua các phương pháp vấn đáp, trao đổi, qua phiếu điều tra HS

1.4.3.3 Kết quả điều tra

Kết quả điều tra tình hình học tập của HS được thống kê trong bảng 2.3 (phụ lục 2) Kết quả thống kê kết hợp với trao đổi với HS chúng tôi thấy rằng:

- Đa số HS học thụ động, chú ý lắng nghe (80,9%), có thực hiện ghi chép bài đầy đủ,

- HS gần như không có điều kiện phát triển NLGQVĐ đầy đủ, trong các giai đoạn hoạt động dạy học GQVĐ một số giai đoạn HS rất ít tham gia như đề xuất vấn đề nghiên cứu (9,3%), ít tham gia khi suy luận lý thuyết ( 32,8%) rất

ít tham gia đề xuất giả thuyết (12,3%)

- HS thực sự rất thích giờ học có sử dụng các TBTN Đặc biệt các giờ học

mà HS được trực tiếp tiến hành TN Tuy nhiên lại có rất ít GV sử dụng TBTN cho HS được thực hành TN(25,0%) hoặc TBTN không đủ, không đảm bảo điều kiện… Vì các lí do trên hứng thú học tập của HS giảm đi rất nhiều, không phát triển được NLGQVĐ của HS

1.5 Kết luận chương 1

Trong chương 1 chúng tôi đã trình bày cơ sở lí luận về: Dạy học GQVĐ trong dạy học Vật lí, phát triển năng lực GQVĐ trong dạy học Vật lí, thiết kế, chế tạo và sử dụng TBTN trong dạy học Vật lí, Thực tiễn sử dụng TBTN vào dạy học Vật lí tại một số trường phổ thông huyện Mường Khương

Cơ sở lí luận đã hệ thống được những khái niệm, nội dung đổi mới khi dạy học Vật lí phát triển năng lực GQVĐ cho HS, sơ đồ quá trình dạy học GQVĐ, Khái niệm năng lực, năng lực GQVĐ, cấu trúc của năng lực GQVĐ

Để phát triển GQVĐ cho HS trong dạy học Vật lí chúng tôi sử dụng 4 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 Vật lí, Thường xuyên sử dụng phương pháp DHGQVĐ trong dạy học Vật lí, Đổi mới phương thức kiểm tra đánh giá theo hướng chú trọng phát triển NLGQVĐ của HS

Thông qua điều tra và phân tích đã nêu được thực trạng về TBTN, phương pháp dạy và học ở một số trường THPT trên địa bàn huyện Mường Khương Lào Cai hiện nay

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CẦN RUNG ĐIỆN VÀ SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY NỘI DUNG KIẾN THỨC “ĐỊNH LUẬT II NIU TƠN, ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG”- VẬT

LÍ 10 2.1 Mục tiêu dạy học

2.1.1 Mục tiêu dạy học theo chương trình 2006

Trong các bài học “Sự rơi tự do”, “Ba định luật Niu-tơn”, “Định luật bảo toàn động lượng” của chương trình Vật lí 10 theo hướng dẫn chuẩn kiến thức

kĩ năng có nhiều nội dung cần đạt [3] Trong khuôn khổ luận văn tôi chỉ xin đưa ra các nội dung gắn với TN :

2.1.1.1 Sự rơi tự do

- Nêu được sự rơi tự do là gì

- Viết được các công thức tính vận tốc và quãng đường đi của chuyển động rơi tự do

- Nêu được các đặc điểm của gia tốc rơi tự do

2.1.1.3 Định luật bảo toàn động lượng

- Phát biểu và viết được hệ thức của định luật bảo toàn động lượng đối

với hệ hai vật

2.1.1.4 Mục tiêu về thái độ(chung cho cả 3 bài học)

- Có hứng thú học tập Vật lí, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng đối với những đóng góp của Vật lí cho sự tiến bộ của xã hội

- Có thái độ khách quan, trung thực, tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác

và có tinh thần hợp tác trong việc học tập môn Vật lí cũng như có ý thức vận dụng kiến thức về từ trường nói chung và lực từ nói riêng vào thực tiễn

2.1.2 Mục tiêu dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề

Để phát triển NLGQVĐ của HS, theo chúng tôi, ngoài các mục tiêu nêu trên thì khi dạy các bài sự rơi tự do, Ba định luật Niu-tơn, Định luật bảo toàn động lượng có sử dụng bộ TN cần rung điện cần đạt thêm các mục tiêu cụ thể sau:

- Thiết kế được các phương án TN khác nhau để khẳng định sự rơi tự do

là chuyển động nhanh dần đều

- Tiến hành được TN theo phương án đã thiết kế: bố trí, lắp ráp, đo đạc, thu thập số liệu, xử lí số liệu và rút ra kết luận cần thiết

- Đề xuất được phương án bổ sung, cải tiến các TBTN trong quá trình tiến hành với TBTN

- Đề xuất được phương án bổ sung, cải tiến các TBTN trong quá trình tiến hành với TBTN

2.1.2.3 Định luật bảo toàn Động lượng

- Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu: Phát hiện được khi va chạm lượng chuyển động được bảo toàn

- Đề xuất được giả thuyết động lượng của vật được bảo toàn trong quá trình

va chạm

- Đề xuất được các hệ quả rút ra từ suy luận lí thuyết

- Thiết kế được các phương án TN khác nhau để kiểm chứng động lượng của vật được bảo toàn khi va chạm giữa 2 vật

- Tiến hành được TN theo phương án đã thiết kế: bố trí, lắp ráp, đo đạc, thu thập số liệu, xử lí số liệu và rút ra kết luận cần thiết

- Đề xuất được phương án bổ sung, cải tiến các TBTN trong quá trình tiến hành với TBTN

2.2 Xây dựng thiết bị thí nghiệm cần rung điện

2.2.1 Sự cần thiết xây dựng thiết bị TN

Hiện nay phương pháp dạy học giải quyết vấn đề là một trong các phương pháp trọng tâm trong quá trình dạy học Vật lí Trong các năng lực cần phát triển cho học sinh thì năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo là năng lực chung rất quan trọng cần phát triển Theo yêu cầu đó, việc sử dụng các thiết bị TN trong dạy học Vật lí phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo là điều tất yếu

và cấp thiết

Trong dạy học Vật lí 10 hiện nay có các bộ TN phổ biến đang được dùng trong các trường phổ thông là bộ TN cổng quang điện Bộ TN này được dùng

để đo gia tốc trọng trường và hệ số ma sát trượt trong chương trình Vật lí 10

Từ đó ta thấy bộ TN này có hạn chế lớn nhất là dùng được hạn chế trong 2 TN Ngoài bộ TN cổng quang điện thì còn có bộ TN đệm không khí và cần rung điện Với bộ thì nghiệm đệm không khí thì chỉ có ở các trường có điều kiện mới có

vì chi phí khá đắt đỏ Bộ TN cần rung điện hiện đang được sử dụng tại một số trường

thì còn chưa tối ưu về cần rung và xe Ở một số trường có bộ TN cần rung của

Pasco, Phywe nhưng chi phí rất đắt và sử dụng các công cụ đo hiện đại không phù

hợp với kiểu bài học phát triển năng lực giải quyết vấn đề hiện nay của nước ta đặc

biệt là khu vực vùng cao như Lào Cai

Để giải quyết những khó khăn trên về nguồn cấp điện, tần số rung chúng tôi đã

thiết kế chế tạo TBTN cần rung điện sử dụng trong dạy học một số nội dung Vật lí 10

2.2.2 Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của thiết bị TN

Thiết bị TN của chúng tôi gồm các bộ phận như hình

Hình 2.1 Các bộ phận của bộ TBTN cần rung điện

Chức năng của các bộ phận:

- Máng trượt (1): Máng đỡ dài có đáy là một thanh nhôm đúc kĩ thuật có độ

chính xác cao và khối lượng tương đối, đảm bảo độ chắc chắn và tin cậy của

giá đỡ khi tiến hành TN Mặt trên của máng là hệ thống kẹp băng giấy ghi lại

tọa độ của xe theo thời gian và thanh ray định hướng cho xe chuyển động thẳng,

+ Hệ thống kẹp băng giấy có cấu tạo gồm một tấm mica phẳng trải dài, phủ kín mặt trên của máng có gắn các nam châm có thể tương tác với tấm nẹp giấy ở phía trên tạo sự thuận lợi trong việc thay thế băng giấy trong quá trình thực hiện TN Ngoài ra, để tăng độ chính xác cũng như đảm bảo lực va chạm giữa đầu bút và băng giấy không quá lớn, một lớp cao su mỏng được chúng tôi thêm vào giữa băng giấy và tấm mica

+ Thanh ray bằng đồng thẳng dài, tiết diện tròn được gắn cách đều nhau

và cố định vào 2 bên của máng có tác dụng định hướng cho chuyển động của

xe trong suốt quá trình thực hiện TN Các thanh ray này được căn chỉnh và gia công với độ chính xác cao, đảm bảo chuyển động của xe luôn ổn định trong suốt quá trình thực hiện TN

- Xe chuyển động (2): Xe được cấu tạo đặc biệt để có thể chuyển động dọc theo máng trượt (1) với ma sát nhỏ và độ ổn định cao Trên xe có gắn bộ cần rung (a) được thiết kế đặc biệt để có thể vận hành bởi 1 động cơ bước 5V có tác dụng đưa đầu bút lên xuống với tần số được điều khiển bởi bộ điều khiển cần rung (b) Ở đây, chúng tôi lựa chọn tần số hoạt động của bộ cần rung là 20Hz, phù hợp với các chuyển động và định luật cần nghiên cứu Bộ bánh của

xe (c) được thiết kế dạng bánh ôm ray trượt tàu hỏa kết hợp ổ bi ma sát thấp, giúp xe ổn định và hạn chế tối đa ma sát với đường ray trong quá trình thực hiện TN