Tài liệu Phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học chương động lực học chất điểm vật lý lớp 10 thpt [full]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐỖ KHOA THÚY KHA PHÁT TRIỂN TƯ DUY VẬT LÝ CHO HỌC SINH THÔNG QUA PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VẬT LÝ LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC Chuyên ngành lý luận và phƣơng pháp dạy học bộ môn vật lý Mã số: 62140111 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. PHAN GIA ANH VŨ PGS.TS. NGUYỄN BẢO HOÀNG THANH HUẾ, KHÓA 2012 - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu ghi trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một công trình nào khác. Tác giả luận án Đỗ Khoa Thúy Kha ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, trước hết tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy TS. Phan Gia Anh Vũ và PGS. TS. Nguyễn Bảo Hoàng Thanh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành luận án này. Tôi trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Đại học Huế, Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Huế; Ban Đào tạo Sau Đại học – Đại học Huế, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế; Sở Giáo dục và Đào tạo Quảng Ngãi, Ban Giám hiệu và Tổ chuyên môn Trường THPT Trần Kỳ Phong, Trường THPT Số 1 Bình Sơn - Quảng Ngãi, Trường THPT Hai Bà Trưng và Trường THPT Gia Hội, Tp Huế đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi chân thành cảm ơn quý Thầy giáo, Cô giáo thuộc Khoa Vật lí, Trường ĐHSP – Đại học Huế, đã giảng dạy, giúp đỡ và đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu. Đồng cảm ơn quý Thầy giáo, Cô giáo và các em học sinh đã giúp tôi thực nghiệm đề tài tại Trường THPT Trần Kỳ Phong và Trường THPT Số 1 Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. Tôi rất hạnh phúc, biết ơn và sẽ nỗ lực hơn nữa để xứng đáng với tình yêu thương, tin tưởng, động viên, hết lòng hỗ trợ của tất cả thành viên trong gia đình, người thân để tôi hoàn thành luận án này! Huế, năm 2015 Tác giả luận án Đỗ Khoa Thúy Kha 1 MỤC LỤC Trang phụ bìa ............................................................................................................... i Lời cam đoan ...............................................................................................................ii Lời cảm ơn ................................................................................................................ iii MỤC LỤC ...................................................................................................................1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN ........................................5 DANH MỤC CÁC BẢNG, ĐỒ THỊ ..........................................................................6 DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ ............................................................................7 PHẦN MỞ ĐẦU .........................................................................................................8 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................8 2. Mục tiêu của đề tài ...........................................................................................11 3. Giả thuyết khoa học .........................................................................................11 4. Nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................................11 5. Đối tƣợng nghiên cứu ......................................................................................12 6. Phạm vi nghiên cứu .........................................................................................12 7. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................12 8. Những đóng góp mới của luận án ..................................................................13 9. Cấu trúc luận án ..............................................................................................14 PHẦN NỘI DUNG ...................................................................................................15 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................15 1.1. Nghiên cứu về tƣ duy và phát triển tƣ duy trong dạy học nói chung ......15 1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài về phát triển tư duy trong dạy học ...........15 1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nước về phát triển tư duy trong dạy học ............15 1.2. Nghiên cứu về phát triển tƣ duy trong dạy học vật lý...............................19 1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài về phát triển tư duy trong dạy học vật lý .19 1.2.2. Các nghiên cứu trong nước về phát triển tư duy trong dạy học vật lý .....20 1.3. Nghiên cứu về việc sử dụng phƣơng pháp mô hình trong dạy học vật lý ....22 1.3.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài về việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý ............................................................................................22 2 1.3.2. Các nghiên cứu trong nước về việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý .....................................................................................................24 1.4. Vấn đề cần nghiên cứu của luận án ............................................................25 1.5. Kết luận chƣơng 1 .........................................................................................26 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN TƢ DUY VẬT LÝ CHO HỌC SINH THÔNG QUA VIỆC SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH .............................................28 2.1. Tƣ duy và tƣ duy vật lý ................................................................................28 2.1.1. Tư duy ......................................................................................................28 2.1.2. Tư duy vật lý ............................................................................................29 2.1.3. Các hoạt động tư duy vật lý......................................................................31 2.1.4. Các biểu hiện cơ bản của tư duy vật lý ....................................................37 2.1.5. Xây dựng các tiêu chí đánh giá mức độ tư duy vật lý ..............................40 2.2. Phƣơng pháp mô hình ..................................................................................46 2.2.1. Vận dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý .............................46 2.2.2. Các mức độ sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý ...........48 2.2.3. Sự hỗ trợ của máy tính đối với phương pháp mô hình.............................50 2.2.4. Vai trò của việc sử dụng phương pháp mô hình đối với việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh .......................................................................................53 2.3. Các biện pháp phát triển tƣ duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phƣơng pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính .................................54 2.3.1. Tạo điều kiện cho học sinh tham gia tích cực vào các giai đoạn của phương pháp mô hình .........................................................................................54 2.3.2. Tăng cường cho học sinh áp dụng mô hình trong các tình huống mới ....60 2.3.3. Tạo điều kiện cho học sinh sử dụng máy tính để xây dựng mô hình hoặc thiết kế các thí nghiệm mô phỏng ......................................................................61 2.4. Quy trình phát triển tƣ duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phƣơng pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính ...........................................62 2.4.1. Quy trình ...................................................................................................62 2.4.2. Áp dụng quy trình trong các trường hợp cụ thể .......................................66 3 2.5. Thực trạng về mức độ tƣ duy vật lý của học sinh THPT hiện nay và vấn đề sử dụng phƣơng pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý ......................................................................................................................69 2.5.1. Thực trạng về mức độ tư duy vật lý của học sinh THPT hiện nay ..........69 2.5.2. Thực trạng về vấn đề sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý .............................................................................71 2.5.3. Một số nguyên nhân của thực trạng .........................................................73 2.6. Kết luận chƣơng 2 .........................................................................................74 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ VÀ PHÁT TRIỂN TƢ DUY VẬT LÝ CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM THEO THÔNG QUA VIỆC SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH .......................................................................................................78 3.1. Đặc điểm chương động lực học chất điểm chương trình Vật lý 10 THPT ..... 78 3.2. Xây dựng công cụ đo mức độ tƣ duy vật lý của học sinh lớp 10 sau khi học phần cơ học ....................................................................................................79 3.2.1. Nguyên tắc đo mức độ tư duy vật lý của học sinh lớp 10 THPT sau khi học phần cơ học ..................................................................................................79 3.2.2. Bộ câu hỏi đánh giá mức độ tư duy vật lý của học sinh lớp 10 ...............82 3.2.3. Đánh giá bộ công cụ đo mức độ tư duy của học sinh ..............................97 3.3. Phát triển tƣ duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phƣơng pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính khi dạy học một số kiến thức phần cơ học Vật lý lớp 10 Trung học phổ thông ........................................................99 3.3.1. Bài Định luật III Newton ..........................................................................99 3.3.2. Bài Hệ quy chiếu có gia tốc – Lực quán tính .........................................101 3.4. Một số giáo án thuộc phần cơ học đƣợc thiết kế để phát triển tƣ duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phƣơng pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính .......................................................................................................104 3.4.1. Bài Định luật III Newton ........................................................................104 3.4.2. Bài hệ quy chiếu quán tính .....................................................................110 3.5. Kết luận chƣơng 3 .......................................................................................118 4 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ..........................................................120 4.1. Thực nghiệm sƣ phạm vòng 1....................................................................120 4.1.1. Mục đích .................................................................................................120 4.1.2. Đối tượng và nội dung của thực nghiệm sư phạm .................................120 4.1.3. Phương pháp thực nghiệm......................................................................121 4.1.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm ................................................................123 4.2. Thực nghiệm sƣ phạm vòng 2....................................................................126 4.2.1. Mục đích, nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm vòng 2 .........................126 4.2.2. Đối tượng và nội dung của thực nghiệm sư phạm .................................126 4.2.3. Phương pháp thực nghiệm......................................................................127 4.2.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm ................................................................128 4.4.3. Kiểm định giả thuyết thống kê ...............................................................139 4.3. Kết luận chƣơng 4 .......................................................................................143 PHẦN KẾT LUẬN .................................................................................................144 1. Đánh giá kết quả đạt đƣợc ............................................................................144 2. Hƣớng phát triển của luận án.......................................................................146 3. Một số kiến nghị .............................................................................................146 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .....................................................................147 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................148 PHỤ LỤC 5 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN Viết tắt Viết đầy đủ ĐC đối chứng GV giáo viên HĐNT hoạt động nhận thức HS học sinh MT máy tính PPMH phương pháp mô hình TDVL tư duy vật lý TN thực nghiệm THCS trung học cơ sở THPT trung học phổ thông 6 DANH MỤC CÁC BẢNG, ĐỒ THỊ Trang Bảng 4.1. Bảng thống kê điểm số của các bài kiểm tra........................................130 Bảng 4.2. Bảng phân phối tần suất .......................................................................130 Bảng 4.3. Bảng phân phối tần suất lũy tích..........................................................130 Bảng 4.4. Bảng thống kê điểm số của các tiêu chuẩn ..........................................133 Bảng 4.5. Bảng thống kê điểm số của từng tiêu chí .............................................134 Bảng 4.6. Bảng các tham số thống kê của bài kiểm tra đầu vào .........................136 Bảng 4.7. Bảng các tham số thống kê của bài kiểm tra đầu ra ...........................137 Bảng 4.8. Bảng các tham số thống kê của hai bài kiểm tra của nhóm TN .........138 Bảng 4.10. Bảng xác định đại lƣợng kiểm định của bài kiểm tra đầu vào giữa nhóm TN và nhóm ĐC .......................................................................140 Bảng 4.11. Bảng xác định đại lƣợng kiểm định của bài kiểm tra đầu ra giữa nhóm TN và nhóm ĐC .......................................................................140 Bảng 4.12. Bảng xác định đại lƣợng kiểm định kết quả kiểm tra của nhóm TN giữa bài kiểm tra đầu ra và bài kiểm tra đầu vào .............................142 Đồ thị 2.1. Đồ thị phân phối điểm đánh giá mức độ TDVL của HS .....................69 Đồ thị 2.2. Đồ thị phân phối điểm trung bình cho mỗi tiêu chí đánh giá mức độ TDVL của HS .......................................................................................70 Đồ thị 4.1. Đồ thị phân phối tần suất bài kiểm tra đầu vào .................................131 Đồ thị 4.2. Đồ thị phân phối tần suất của bài kiểm tra đầu ra ............................131 Đồ thị 4.3. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra đầu vào ....................132 Đồ thị 4.4. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra đầu ra ......................132 7 DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ Trang Hình 2.1. Mô hình khí lý tƣởng ................................................................................51 Hình 3.1. Hình ảnh đo thể tích nƣớc ......................................................................82 Hình 3.2. Hình ảnh các loại lực kế .........................................................................83 Hình 3.3. Hình ảnh minh họa thí nghiệm của câu hỏi 5 .......................................83 Hình 3.4. Hình vẽ minh họa thí nghiệm đo lực quán tính...................................104 Sơ đồ 2.1. Sơ đồ cấu trúc của PPMH ......................................................................46 Sơ đồ 2.2. Quy trình phát triển TDVL cho HS thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MT ................................................................................... 63 8 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ cùng với sự bùng nổ thông tin đã làm cho kho tri thức của nhân loại tăng lên nhanh chóng. So với vài thập niên trước thì lượng kiến thức mà nhân loại hiện đang nắm giữ đã tăng lên một cách đáng kể và trong tương lai, lượng kiến thức đó còn tiếp tục tăng lên theo cấp số nhân. Bên cạnh đó, các phương thức tiếp cận kiến thức ngày càng trở nên đa dạng và phong phú. Điều này đã đặt ra cho giáo dục những nhiệm vụ mới, nặng nề và khó khăn hơn trong việc truyền thụ khối lượng kiến thức đồ sộ của nhân loại đến học sinh. Vì vậy, đổi mới giáo dục là một yêu cầu cấp bách của thực tiễn đặt ra cho tất cả các nước, trong đó có Việt Nam chúng ta. Đổi mới giáo dục là một trong những vấn đề đã và đang được Đảng và Nhà nước ta quan tâm một cách sâu sắc. Điều này thể hiện rõ trong các chủ trương, đường lối chính sách của Đảng và Nhà nước. Nghị quyết Trung ương VIII khóa XI của Đảng nêu rõ: “Phát triển giáo ục và đào tạo là nâng cao ân trí, đào tạo nhân lực, ồi ưỡng nhân tài. Chuyển mạnh quá trình giáo ục t chủ yếu trang kiến thức sang phát triển toàn iện năng lực và ph m chất người học. Học đi đôi với hành; lý luận gắn với thực tiễn; giáo ục nhà trường kết hợp với giáo ục gia đình và giáo ục ã hội.” [16] Luật giáo dục quy định: “Phương pháp giáo ục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư uy sáng tạo của người học; bồi ưỡng cho người học năng lực tự học, khả năng thực hành, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên” [38]. “Phương pháp giáo ục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của t ng lớp học, môn học; bồi ưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” [38]. Về việc ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học, Bộ Giáo dục và Đào tạo liên tục có những chỉ thị như: Chỉ thị về việc tăng cường giảng dạy và ứng dụng 9 công nghệ thông tin vào trong ngành giáo dục giai đoạn 2001 – 2005 số 29/2001/CT – BGD&ĐT và Chỉ thị 55/2008 CT – BGDĐT về việc tăng cường giảng dạy , đào tạo và ứng dụng công nghệ thông tin vào trong ngành giáo dục giai đoạn 2008 -2012 số 55/2008/CT – BGD&ĐT. Trong đó nêu rõ: “Đ y mạnh ứng ụng công nghệ thông tin trong giáo ục và đào tạo ở tất cả các cấp học, ậc học, ngành học theo hướng sử ụng công nghệ thông tin như là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất cho đổi mới phương pháp giảng ạy, học tập ở tất cả các môn học” [6]. “Khuyến khích giáo viên, giảng viên soạn bài trình chiếu, bài giảng điện tử và giáo án trên máy tính. Khuyến khích giáo viên, giảng viên trao đổi kinh nghiệm giảng dạy qua website của các cơ sở giáo dục và qua Diễn đàn giáo dục trên Website Bộ” [7]. Về nhiệm vụ trọng tâm của giáo dục mầm non, giáo dục phổ thông, giáo dục thường xuyên, giáo dục chuyên nghiệp các năm học 2011 – 2012, 2013 – 2014, 2014 – 2015, Bộ Giáo dục và Đào tạo có chỉ thị: “Tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong đổi mới phương pháp ạy – học và công tác quản lý giáo dục ” [8]; “Tăng cường các hoạt động nhằm giúp học sinh vận dụng tốt kiến thức đã học vào giải quyết các vấn đề thực tiễn; Phát động sâu rộng cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học”[9]; “Tiếp tục triển khai đồng bộ các giải pháp đổi mới giáo dục phổ thông theo mục tiêu phát triển năng lực và ph m chất học sinh; nâng cao kỹ năng ngoại ngữ, tin học; rèn luyện năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn; phát triển năng lực sáng tạo và tự học. Tiếp tục triển khai đổi mới phương pháp ạy và học gắn với đổi mới hình thức, phương pháp thi, kiểm tra và đánh giá kết quả giáo dục theo hướng đánh giá năng lực người học; kết hợp đánh giá trong quá trình với đánh giá cuối kỳ, cuối năm học” [10]. Mục tiêu giáo dục trong thế kỷ XXI là: “Học để biết; học để làm; học để cùng chung sống, học để sống với người khác; học để làm người” [28], [33]. Với mục tiêu giáo dục này, trường học không chỉ là nơi truyền thụ kiến thức cho người học mà còn là nơi người học được rèn luyện và phát triển những phẩm chất cần thiết cho cuộc sống sau này. Từ các nhận định trên cho thấy giáo dục phải chú trọng đến sự phát triển của cá nhân, khuyến khích ý thức tự lực của người học. Tránh tình trạng dạy học theo 10 kiểu “thầy đọc trò chép”, học thuộc lòng, máy móc. Học sinh phải là chủ thể của nhận thức, phải là người chủ động tiếp thu và làm nên kiến thức cho mình. Điều đó có nghĩa là, các em cần phải học phương pháp học, phương pháp tư duy và phải có năng lực tư duy để có thể tự học. Đồng thời giáo viên cần phải tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong đổi mới phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học. Ngoài ra, cần chuyển đổi mục tiêu kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh theo hướng đánh giá năng lực người học. Những định hướng chỉ đạo của Đảng và Nhà nước là đúng đắn, tuy nhiên quá trình thực hiện ở các cấp giáo dục, các cơ sở đào tạo, các trường còn những hạn chế, thiếu sót và bất cập. Điều này có thể thấy được thông qua nhận định của báo cáo của Ban chấp hành Trung ương Đảng khóa IX ngày 10 tháng 4 năm 2006 về phương hướng nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội 5 năm 2006 – 2010: “Chất lượng giáo dục còn nhiều yếu kém; khả năng chủ động, sáng tạo của học sinh, sinh viên ít được bồi ưỡng, năng lực thực hành của học sinh, sinh viên còn yếu. Chương trình, phương pháp ạy và học còn lạc hậu, nặng nề, chưa thật phù hợp” [2]. Vật lý học nghiên cứu các vận động cơ bản nhất của vật chất. Vật lý học đòi hỏi người nghiên cứu phải có kĩ năng quan sát tinh tế, phải khéo léo khi làm thí nghiệm, đồng thời phải có tư duy logic chặt chẽ và phải biết trao đổi, thảo luận để khẳng định chân lí [45], [49], [58]. Để học tốt môn Vật lý học sinh phải nắm vững hiện tượng vật lý, các nguyên lý, định luật vật lý; biết cách dự đoán các kết quả của các thí nghiệm vật lý hoặc các hiện tượng, biết vận dụng linh hoạt các kiến thức đã học trong các tình huống mới. Nghĩa là nếu học sinh nắm được các thao tác tư duy vật lý, thì sẽ học tập hiệu quả hơn. Ở trường phổ thông, bên cạnh việc tiếp thu các kiến thức cơ bản của vật lý, học sinh còn cần phải được làm quen và luyện tập với các phương pháp nghiên cứu của nhà vật lý để từ đó đạt được các kết quả tốt hơn trong học tập. Các nghiên cứu cũng chứng tỏ rằng phương pháp giảng dạy vật lý tốt nhất là áp dụng phương pháp nghiên cứu vật lý của các nhà khoa học vào dạy học [58], [83]. Ngoài phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình cũng là một phương pháp quan trọng trong nghiên cứu vật lý. Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính mà hiện nay máy tính đã giúp cho việc sử dụng phương pháp mô hình 11 trong dạy học vật lý trở nên đơn giản và trực quan hơn. Do đó, sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý sẽ góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học. Trong bậc học THPT, học sinh nghiên cứu phần cơ học trước tiên. Trong đó, các kiến thức trong chương Động lực học chất điểm là hết sức cơ bản và là cơ sở để học sinh nghiên cứu các phần khác của vật lý. Vì vậy, phát triển tư duy vật lý cho học sinh khi các em học phần cơ học là một việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa. Nó không những giúp cho học sinh học phần này hiệu quả hơn mà còn trang bị cho học sinh năng lực cần thiết để tiếp tục nghiên cứu các phần khác của vật lý học. Vì các lý do trên, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Phát triển tƣ duy vật lý cho học sinh thông qua phƣơng pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học chƣơng “Động lực học chất điểm” vật lý lớp 10 trung học phổ thông”. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng được bộ công cụ đánh giá mức độ tư duy vật lý của học sinh, nhờ đó mà đề xuất được các biện pháp phát triển tư duy vật lý của học sinh và quy trình sử dụng các biện pháp đó thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính. 3. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được các biện pháp phát triển tư duy vật lý của học sinh và đề xuất được quy trình sử dụng các biện pháp đó thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính và áp dụng chúng trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” vật lý lớp 10 Trung học phổ thông thì sẽ phát triển được tư duy vật lý của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Để thực hiện được mục tiêu đã đặt ra của đề tài, nhiệm vụ của đề tài được xác định là: + Nghiên cứu cơ sở lí luận về tư duy, tư duy vật lý và nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học với sự hỗ trợ của máy tính 12 + Xây dựng các biện pháp phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua dạy học bằng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính +Xây dựng công cụ đánh giá mức độ tư duy vật lý của học sinh trung học phổ thông + Nghiên cứu thực trạng về tư duy vật lý của học sinh trung học phổ thông hiện nay và việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý với sự hỗ trợ của máy tính + Xây dựng quy trình phát triển tư duy vật lý cho học sinh trong dạy học vật lý thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính và thiết kế một số bài học thuộc chương động lực học chất điểm theo hướng sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính nhằm phát triển tư duy vật lý cho học sinh trung học phổ thông + Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm nghiệm giả thuyết và đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh trong dạy học. 5. Đối tƣợng nghiên cứu Hoạt động dạy học chương động lực học chất điểm vật lý lớp 10 trung học phổ thông bằng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính theo hướng phát triển tư duy vật lý cho học sinh. 6. Phạm vi nghiên cứu Trong thời gian và khả năng cho phép, đề tài chỉ nghiên cứu việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý chương “Động lực học chất điểm” lớp 10 trung học phổ thông với sự hỗ trợ của máy tính. 7. Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài được tiến hành theo các phương pháp sau đây: 7.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh trong dạy học. 13 Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý nói chung và chú trọng đến việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh. Nghiên cứu nội dung chương trình, sách giáo khoa lớp 10 để xác định mức độ kiến thức cần xây dựng. 7.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn Thăm dò, trao đổi ý kiến với các đồng nghiệp và sử dụng phiếu điều tra đối với giáo viên và học sinh ở một số trường trung học phổ thông để nắm bắt thực trạng về một số vấn đề sau: - Mức độ tư duy vật lý của học sinh ở các trường trung học phổ thông và việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học môn vật lý ở các trường trung học phổ thông hiện nay. - Khả năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn. 7.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm Tiến hành thực nghiệm sư phạm có đối chứng ở một số lớp trong một trường trung học phổ thông để kiểm tra tính khả thi; chỉnh lí tiến trình tổ chức phát triển tư duy vật lý cho học sinh trong dạy học; đánh giá tác động của quy trình đề ra. 7.4. Phƣơng pháp thống kê toán học Sử dụng phương pháp thống kê toán học để kiểm định giả thuyết thống kê và đánh giá hiệu quả của các quy trình dạy học xây dựng được. 8. Những đóng góp mới của luận án 8.1. Về mặt lí luận - Làm rõ được khái niệm tư duy vật lý, các hoạt động tư duy vật lý, các biểu hiện của tư duy vật lý của học sinh trung học phổ thông, xây dựng được các tiêu chuẩn và các tiêu chí để đánh giá một cách định lượng mức độ tư duy vật lý của học sinh trung học phổ thông; - Phân tích được vai trò của phương pháp mô hình đối với việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh và làm rõ được vai trò hỗ trợ của máy tính khi sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý; 14 - Đề xuất được các biện pháp phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học vật lý ở trường phổ thông và đề xuất được quy trình phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính. 8.2. Về mặt thực tiễn - Xây dựng được bộ câu hỏi đánh giá định lượng mức độ tư duy vật lý của học sinh lớp 10 trung học phổ thông; -Soạn thảo được tiến trình tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh và các giáo án tương ứng để phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính khi dạy chương động lực học chất điểm vật lý lớp 10 trung học phổ thông. 9. Cấu trúc luận án Mở đầu Nội dung Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính Chương 3: Đánh giá và phát triển tư duy vật lý cho học sinh khi dạy học chương “Động lực học chất điểm” thông qua việc sử dụng phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính Chương 4: Thực nghiệm sư phạm Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục 15 PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Nghiên cứu về tƣ duy và phát triển tƣ duy trong dạy học nói chung 1.1.1. Các nghiên cứu ở nƣớc ngoài về phát triển tƣ duy trong dạy học Phát triển tư duy là một vấn đề được nhiều nhà giáo dục trên thế giới quan tâm. Các nghiên cứu về tư duy trong dạy học xuất hiện từ rất sớm. Chẳng hạn như nhóm tác giả Bransford, Sherwood, Vye, và Rieser công bố bài báo “Teaching thinking and problem solving” trên tạp chí American Psychologist năm 1986 [60], tác giả Cotton nghiên cứu về “Teaching Thinking Skills” vào năm 1991 [63]. Đề tài này cũng liên tục được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây. Điển hình có một số nghiên cứu như “The Incorporation of Thinking Skills in the School Curriculum” của các tác giả Rahil Mahyuddin, Zaidatol Akmaliah Lope Pihie, Habibah Elias, Mohd Majid Konting (2004) [80]; “Thinking Through School: An Evaluation Pack” của các tác giả Echevarria, A. và Leat, D. (2007) [66]; “Teaching Creative Thinking Skills” của tác giả Nagamurali Eragamreddy (2013) [78]. Các nghiên cứu này đã chỉ ra tầm quan trọng của việc phát triển tư duy cho học sinh (HS) trong quá trình dạy học [60], [62]. Đồng thời, các nghiên cứu trên cũng đã chỉ ra các biện pháp, mức độ phát triển tư duy cho HS trong dạy học [78] và đánh giá năng lực tư duy của HS ở trung học phổ thông (THPT) trong độ tuổi 16 – 18 tuổi [80] Tuy nhiên, các nghiên cứu trên đây là những nghiên cứu về tư duy và phát triển tư duy trong dạy học nói chung và nghiên cứu về phát triển các năng lực tư duy cơ bản mà chưa đề cập đến việc phát triển các tư duy đặc thù của từng môn học cụ thể. 1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nƣớc về phát triển tƣ duy trong dạy học Nghiên cứu về tư duy và phát triển tư duy trong dạy học cũng là vấn đề được nhiều tác giả trong nước quan tâm và được đề cập đến trong hầu hết các môn học. 16 Đối với môn hóa học, có một số đề tài nghiên cứu về tư duy và phát triển tư duy như: “Phát triển năng lực nhận thức và tư uy cho học sinh thông qua bài tập hóa học”, Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Lê Văn Dũng (2002), Trường Đại học sư phạm Hà Nội và “Phát triển tư uy và rèn luyện kiến thức kỹ năng thực hành hóa học cho học sinh trung học phổ thông qua các bài tập hóa học thực nghiệm”, Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Cao Cự Giác (2007), Trường Đại học sư phạm Hà Nội [14] [17]. Ở hai đề tài này, các tác giả đã nghiên cứu về khái niệm tư duy, khái niệm tư duy hóa học, quy luật hình thành và phát triển tư duy hóa học cho HS THPT. Nghiên cứu khẳng định: “Phát triển tư duy không chỉ gắn với việc khơi dậy ở các em những xúc cảm, tình cảm đặc biệt đối với quá trình và sản phẩm tư duy mà còn liên quan đến sự hình thành những thái độ tư duy đúng đắn như mong muốn sự thật, khao khát tìm kiếm cái mới, sẵn sàng đón nhận thách thức, sẵn sàng lí giải, tranh luận,... cũng như tạo lập ở các em niềm tin vào chính mình”[17]. Các nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng muốn phát triển tư duy cho HS chúng ta phải tìm được điểm xuất phát cho một hoạt động tư duy nghĩa là phải trả lời được câu hỏi: Khi nào thì HS bắt đầu tư duy? [17] Đồng thời nghiên cứu cũng đưa ra bốn dấu hiệu đánh giá tư duy phát triển: có khả năng tự lực chuyển các kiến thức, kĩ năng sang các tình huống mới; tái hiện nhanh chóng kiến thức, các mối liên hệ cần thiết để giải một bài toán nào đó, thiết lập nhanh chóng mối quan hệ giữa các sự vật hiện tượng; có khả năng phát hiện cái chung của các hiện tượng khác nhau, sự khác nhau của các hiện tượng tương tự và có năng lực áp dụng kiến thức vào thực tế [14]. Ở cả hai nghiên cứu trên, các tác giả đều đánh giá sự phát triển tư duy của HS một cách định tính. Để khẳng định tính hiệu quả và khả thi của đề tài, các tác giả chỉ dựa vào quan sát giờ học và điểm kiểm tra kết quả học tập của HS sau khi thực nghiệm (TN). Ngoài ra, các tác giả cũng chưa đưa ra các biện pháp cụ thể để phát triển tư duy cho HS trong dạy học cũng như chưa xây dựng quy trình phát triển tư duy cho HS và chưa xây dựng bộ công cụ để đo mức độ tư duy của HS trong quá trình dạy học. Đối với việc phát triển tư duy trong dạy học toán học có một số nghiên cứu như: Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Nguyễn Thanh Hưng (2009), Trường 17 Đại học Vinh: “Phát triển tư uy iện chứng của học sinh trong dạy học hình học ở trường phổ thông” và luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Nguyễn Văn Thuận (2004), Trường Đại học Vinh: “Góp phần phát triển năng lực tư uy logic và sử dụng chính xác ngôn ngữ toán học cho học sinh đầu cấp trung học phổ thông trong dạy học đại số” [27] [47]. Trong hai nghiên cứu này, các tác giả đã hệ thống hóa cơ sở lí luận về tư duy và tư duy toán học trong đó nêu rõ khái niệm tư duy, đặc điểm, tác dụng và phân loại tư duy; khái niệm tư duy toán học, các thành phần của tư duy toán học, các loại hình của tư duy toán học; khái niệm tư duy biện chứng, sự cần thiết phải rèn luyện và phát triển tư duy biện chứng cho HS trong dạy học môn toán [27], [47]. Đồng thời, các nghiên cứu này đã xây dựng được 7 biện pháp nhằm góp phần rèn luyện và phát triển tư duy biện chứng cho HS thông qua dạy học hình học ở trường phổ thông. Các biện pháp đó bao gồm [27]: 1. Làm cho HS biết cách xem xét các đối tượng toán học trong cả quá trình lịch sử phát triển của nó và xem xét đối tượng toán học một cách khách quan để thấy nguồn gốc ra đời, điều kiện tồn tại và bản chất của đối tượng 2. Làm cho HS biết cách xem xét các đối tượng toán học dưới nhiều khía cạnh khác nhau và xem xét các đối tượng toán học trong mối liên hệ với các đối tượng phi toán học có liên quan. 3. Làm cho học sinh biết phát hiện những thay đổi từ sự biến đổi về lượng sang sự biến đổi về chất 4. Làm cho HS có khả năng xem xét đối tượng toán học trong sự mâu thuẫn và thống nhất 5. Làm cho HS biết xem xét một đối tượng toán học đồng thời xem xét phủ định của đối tượng đó 6. Làm cho HS thấy được mỗi liên hệ giữa các kiến thức toán học với thực tiễn 7. Làm cho HS biết chú trọng các thao tác tư duy. Trong cả hai nghiên cứu trên, các tác giả chỉ đưa ra các biện pháp phát triển tư duy một cách tổng quát và khá trừu tượng. Điều này gây khó khăn không nhỏ cho GV khi muốn áp dụng vào thực tế giảng dạy. Đặc biệt các tác giả cũng chưa đề xuất các quy trình chung để phát triển tư duy biện chứng và tư duy logic cho HS, do đó