Tài liệu Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương dòng điện trong các môi trường vật lí 11 nhằm phát triển năng lực khoa học cho học sinh trung học phổ thông

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ CHÍ NGUYỆN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG” VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ THÁI NGUYÊN - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM LÊ CHÍ NGUYỆN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG” VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lý Mã số: 9140111 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHẢI 2. TS. CAO TIẾN KHOA THÁI NGUYÊN - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tác giả. Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình khoa học nào. Thái Nguyên, tháng 12 năm 2019 Tác giả Lê Chí Nguyện i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, tới: - NGND - PGS, TS. Nguyễn Văn Khải, NGND - PGS,TS. Phạm Xuân Quế, TS. Cao Tiến Khoa - người đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu . - Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, ban Chủ nhiệm Khoa Vật lý, các giảng viên trong Bộ môn Giáo dục Vật lý - Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. Các thầy, cô giáo và học sinh các trường THPT, tỉnh Ninh Bình và thành phố Hà Nội, đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. - Ban Giám hiệu trường Đại học Hoa Lư - Ninh Bình, lãnh đạo Khoa Tự nhiên, đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, vật chất, tinh thần cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn hữu đã luôn động viên tôi vượt qua khó hoàn thành luận án./. Tác giả Lê Chí Nguyện ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN ............................ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. v DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................... vi MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ............................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 3 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .................................................................... 3 4. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 3 5. Giả thuyết khoa học ...................................................................................... 4 6. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 4 7. Những đóng góp mới của luận án ................................................................. 5 8. Cấu trúc của luận án ...................................................................................... 5 Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................... 7 1.1. Nghiên cứu về phát triển năng lực khoa học cho học sinh ........................ 7 1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài ........................................................... 7 1.1.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam ........................................................... 18 1.2. Nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thí nghiệm hỗ trợ dạy học phát triển năng lực khoa học ................................................................................... 22 1.2.1. Nghiên cứu ở nước ngoài ............................................................... 22 1.2.2. Nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................. 28 1.3. Nghiên cứu về sử dụng thí nghiệm trong dạy học kiến thức về “dòng điện trong các môi trường”, Vật lí 11 ............................................................. 34 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1................................................................................ 36 iii Chương 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN ......................................... 39 2.1. Một số khái niệm ...................................................................................... 39 2.1.1. Năng lực của học sinh .................................................................... 39 2.1.2. Năng lực khoa học của học sinh..................................................... 40 2.2. Các biểu hiện năng lực khoa học của học sinh trong học tập môn Vật lí.... 41 2.2.1. Biểu hiện NLKH của học sinh theo PISA ...................................... 42 2.2.2. Biểu hiện năng lực Vật lí của học sinh THPT ................................. 42 2.2.3. Biểu hiện NLKH của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí .... 44 2.3. Sử dụng thí nghiệm Vật lí trong dạy học phát triển NLKH cho học sinh THPT ....................................................................................................... 46 2.3.1. Thí nghiệm Vật lí ........................................................................... 46 2.3.2. Phân loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí...................................... 47 2.3.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học phát triển NLKH cho học sinh .................................................................................................... 49 2.4. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh THPT ...... 53 2.4.1. Nguyên tắc xây dựng thí nghiệm ................................................... 53 2.4.2. Quy trình xây dựng thí nghiệm ...................................................... 56 2.4.3. Quy trình sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh ...... 57 2.5. Các biện pháp và nguyên tắc sử dụng thí nghiệm hỗ trợ dạy học phát triển NLKH cho học sinh ................................................................................ 62 2.5.1. Biện pháp dạy học phát triển NLKH cho học sinh ..................... 62 2.5.2. Ba nguyên tắc sử dụng thí nghiệm ................................................. 68 2.6. Xây dựng bộ công cụ đánh giá NLKH của học sinh trong học tập vật lí có sử dụng thí nghiệm .................................................................................. 70 2.6.1. Khái niệm đánh giá ........................................................................ 70 2.6.2. Các phương thức đánh giá NLKH của học sinh trong học tập Vật lí ......................................................................................................... 71 2.6.3. Lượng giá tiêu chí đánh giá NLKH của học sinh .......................... 77 iv 2.7. Điều tra thực trạng về dạy học chương “dòng điện trong các môi trường” theo quan điểm dạy học phát triển NLKH cho học sinh ................... 80 2.7.1. Mục đích điều tra ........................................................................... 80 2.7.2. Phương pháp điều tra ..................................................................... 80 2.7.3. Phân tích kết quả điều tra ............................................................... 80 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2................................................................................ 89 Chương 3. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC VỀ "DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI VÀ CHẤT BÁN DẪN" VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH ................................................................... 90 3.1. Xây dựng thí nghiệm và phương án sử dụng trong dạy học một số kiến thức về “dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” phát triển NLKH cho học sinh ..................................................................................................... 90 3.1.1. Thí nghiệm khảo sát định lượng hiện tượng nhiệt điện ................. 90 3.1.2. Thí nghiệm khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điôt bán dẫn ............. 96 3.1.3. Bài tập thí nghiệm: “Sử dụng điôt bán dẫn và đèn LED chế tạo bộ thí nghiệm chứng minh tính chất dẫn điện một chiều của điôt bán dẫn” (thí nghiệm ở nhà) ......................................................................... 100 3.2. Sử dụng thí nghiệm đã xây dựng vào dạy học một số kiến thức về “dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn" phát triển NLKH cho học sinh... 102 3.2.1. Phân tích nội dung kiến thức khoa học về “Dòng điện trong các môi trường” (Vật lí 11)........................................................................... 102 3.2.2. Sử dụng thí nghiệm trong tiến trình dạy học kiến thức về: “Hiện tượng nhiệt điện” (xây dựng kiến thức mới) .......................................... 104 3.2.3. Sử dụng thí nghiệm thực hành đo hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện và khảo sát dòng điện đi qua điôt bán dẫn ............................ 111 3.2.4. Sử dụng bài tập thí nghiệm: “Sử dụng 4 điôt bán dẫn và đèn 2 LED chế tạo thí nghiệm chứng minh tính chất dẫn điện một chiều của điôt bán dẫn” (bài tập thí nghiệm ở nhà) ............................................... 119 v 3.3. Xây dựng bộ công cụ đánh giá NLKH của học sinh trong học tập một số kiến thức về “dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11) ....... 122 3.3.1. Đánh giá NLKH của học sinh trong học kiến thức mới .............. 123 3.3.2. Đánh giá NLKH của học sinh trong thực hành thí nghiệm ......... 125 3.3.3. Đánh giá NLKH của học sinh thông qua giải bài tập thí nghiệm ở nhà ....................................................................................................... 126 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.............................................................................. 128 Chương 4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .................................................. 129 4.1. Mục đích, nội dung và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ........................ 129 4.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ............................................ 129 4.1.2. Nội dung thực nghiệm sư phạm ................................................... 129 4.1.3. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .................................................. 129 4.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ....................................................... 129 4.3. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ............................. 131 4.3.1. Phân tích diễn biến và đánh giá định tính .................................... 131 4.3.2. Đánh giá định lượng..................................................................... 144 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4.............................................................................. 152 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 153 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ .......................................... 155 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 156 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN TT 1 2 Ý nghĩa Các chữ viết tắt BTTN C1; C2; C3 (Competence 1,2,3) Bài tập thí nghiệm Năng lực thành tố 1,2,3 3 ĐHSP Đại học sư phạm 4 MVT Máy vi tính 5 NLKH Năng lực khoa học 6 NXB Nhà xuất bản 7 PPTN Phương pháp thực nghiệm 8 SGK Sách giáo khoa 9 THCS Trường trung học cơ sở 10 THPT Trường trung học phổ thông iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Biểu hiện NLKH của học sinh theo PISA 2015 ......................... 42 Bảng 2.2. Biểu hiện năng lực Vật lí của học sinh THPT ............................ 43 Bảng 2.3. Biểu hiện NLKH của học sinh THPT trong học môn Vật lí theo tác giả .................................................................................. 45 Bảng 2.4. Các động từ mô tả tiêu chí đánh giá theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018 .................................................................... 76 Bảng 2.5. Lượng giá tiêu chí đánh giá NLKH của học sinh....................... 77 Bảng 2.6. Tổng hợp kết quả từ phiếu trao đổi ý kiến với giáo viên ........... 81 Bảng 2.7. Tổng hợp kết quả từ phiếu trao đổi ý kiến với học sinh............. 81 Bảng 2.8. Thống kế tỷ lệ % về mức độ sử dụng thí nghiệm....................... 84 Bảng 3.1. Tiêu chí giáo viên chấm điểm cho nhóm học sinh ................... 123 Bảng 3.2. Mẫu phiếu ghi điểm của học sinh chấm điểm cho các bạn cùng nhóm ................................................................................ 124 Bảng 3.3. Tiêu chí đánh giá NLKH của học sinh thực hành đo hệ số nhiệt điện động ......................................................................... 125 Bảng 3.4. Tiêu chí đánh giá NLKH của học sinh thực hành khảo sát dòng điện đi qua điôt bán dẫn .................................................. 126 Bảng 3.5. Tiêu chí đánh giá NLKH thông qua giải bài tập thí nghiệm .... 127 Bảng 4.1. Thời gian, địa điểm và giáo viên tiến hành thực nghiệm sư phạm .. 130 Bảng 4.2. Thống kê kết quả đánh giá NLKH của học sinh thông qua học kiến thức về hiện tượng nhiệt điện .................................... 137 Bảng 4.3. Thống kê kết quả đánh giá NLKH của học sinh thông qua học thực hành đo hệ số αT ........................................................ 139 Bảng 4.4. Thống kê kết quả đánh giá NLKH của học sinh thông qua thực hành khảo sát dòng điện qua điôt ..................................... 140 Bảng 4.5. Thống kê kết quả đánh giá NLKH của học sinh thông qua giải bài tập thí nghiệm ở nhà của học sinh ............................... 143 Bảng 4.6. Kết quả đánh giá NLKH của học sinh ...................................... 147 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1. Hình 2.2. Hình 2.3. Hình 2.4. Hình 2.5. Hình 2.6. Hình 2.7. Hình 3.1. Hình 3.2. Hình 3.3. Hình 3.4. Hình 3.5. Hình 3.6. Hình 3.7. Hình 3.8. Hình 3.9. Hình 3.10. Hình 3.11: Hình 3.12. Hình 3.13. Hình 3.15. Hình 3.16. Hình 3.17. Hình 3.18. Hình 3.19. Hình 3.20. Hình 3.21. Hình 4.1. Hình 4.2. Hình 4.3. Cấu trúc NLKH theo PISA 2015 ............................................... 41 Chu trình sáng tạo khoa học Vật lí theo Razumôpxki ............... 49 Quy trình xây dựng tiến trình dạy học kiến thức mới ............... 58 Quy trình hướng dẫn học sinh thực hành thí nghiệm ................ 60 Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập thí nghiệm .............. 61 Ba mức độ yêu cầu học sinh đề xuất phương án thí nghiệm ........... 69 Ba mức độ yêu cầu học sinh thực hiện thí nghiệm.................... 69 Thí nghiệm khảo sát định tính ................................................... 90 Mô tả sơ đồ khối kết nối thí nghiệm với MVT ......................... 91 Bộ chuyển đổi tín hiệu số USB-NI6001 .................................... 91 Cảm biến nhiệt độ ...................................................................... 92 Bộ khuếch đại điện áp................................................................ 92 Nguồn nhiệt t2 ........................................................................... 93 Thí nghiệm khảo sát hiện tượng nhiệt điện ............................... 94 Kết quả thí nghiệm khảo sát hiện tượng nhiệt điện ................... 95 Kết quả thực hành đo hệ số nhiệt điện động ............................. 96 Thí nghiệm sử dụng đồng hồ DT 920A..................................... 96 Sơ đồ khối kết nối thí nghiệm với MVT ................................... 97 Sơ đồ nguyên lí thí nghiệm khảo sát dòng điện thuận .............. 97 Sơ đồ nguyên lí thí nghiệm đo dòng điện ngược....................... 98 Kết quả thí nghiệm đo dòng điện thuận..................................... 99 Kết quả thí nghiệm đo dòng điện ngược ................................... 99 Thí nghiệm quan sát dòng điện xoay chiều ............................. 101 Chỉnh lưu ½ chu kì .................................................................. 101 Chỉnh lưu 1 chu kì ................................................................... 101 Phân tích nội dung kiến thức khoa học theo (Vật lí 11) hiện hành .......................................................................................... 103 Sơ đồ tiến trình dạy học kiến thức “Hiện tượng nhiệt điện” ... 105 Đồ thị biểu diễn mức độ NLKH của lớp thực nghiệm vòng 1.... 146 Đồ thị biểu diễn mức độ NLKH của lớp thực nghiệm vòng 2.... 148 Đồ thị biểu diễn mức độ NLKH của học sinh ......................... 150 vi MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Năng lực khoa học của học sinh đã trở thành một vấn đề quan trọng của giáo dục, ở cấp quốc gia và quốc tế khi nhân loại đang đối mặt với những thách thức lớn trong việc cung cấp nước, thực phẩm, kiểm soát bệnh tật, tạo ra đủ năng lượng và thích nghi với biến đổi khí hậu (UNEP, 2012),[72]. Nhiều vấn đề thực tiễn - nơi các cá nhân có thể phải đối mặt với các quyết định về sự ảnh hưởng của khoa học - công nghệ đến sức khỏe và nguồn cung cấp thực phẩm của họ, cũng như việc sử dụng hợp lý các vật liệu, năng lượng và công nghệ mới.... Đối phó với tất cả những thách thức trên đòi hỏi mọi công dân phải có kiến thức khoa học. Theo Ủy ban châu Âu: “Các giải pháp cho những vấn đề nan giải về chính trị và đạo đức liên quan đến khoa học và công nghệ không thể là chủ đề của cuộc tranh luận, trừ khi những người trẻ tuổi có nhận thức nhất định về mặt khoa học" (European Commission, 1995), [72]. Điều này không có nghĩa là “biến” tất cả mọi người thành một chuyên gia khoa học, mà năng lực khoa học có vai trò giác ngộ mỗi con người trong việc đưa ra các lựa chọn ít ảnh hưởng đến môi trường sống của chính mình và cộng đồng. Với kiến thức về khoa học - công nghệ dựa trên khoa học, đã đóng góp đáng kể vào cuộc sống con người, xã hội và nghề nghiệp của mỗi cá nhân, sự hiểu biết về khoa học - công nghệ là yếu tố trung tâm đối với việc chuẩn bị cho cuộc sống của một thanh, thiếu niên. Vì vậy, ở các nước có nền giáo dục tiên tiến, khoa học là một yếu tố bắt buộc trong chương trình Giáo dục từ mẫu giáo đến khi hoàn thành giáo dục phổ thông [72]. Nghị quyết số: 29-NQ/TW, ngày 4 tháng 11 năm 2013 về đổi mới căn bản toàn, diện giáo dục và đào tạo đã chỉ rõ: “Đổi mới chương trình nhằm phát triển năng lực và phẩm chất người học, tăng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Đa dạng hóa nội dung, tài liệu học tập, đáp ứng yêu cầu của các bậc học, các chương trình giáo dục, đào tạo. Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy 1 và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực. Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động ngoại khóa, nghiên cứu khoa học...”. Trong chương trình giáo dục phổ thông mới (2018), năng lực Vật lí - một cách mô tả năng lực khoa học tự nhiên dưới góc nhìn Vật lí, là một năng lực trọng tâm cần được phát triển qua môn Vật lí, ở cấp Trung học phổ thông, thực hành thí nghiệm, có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc hình thành khái niệm, quy luật, định luật Vật lí, phát triển năng lực khoa học cho học sinh. Bên cạnh việc sử dụng các mô hình Vật lí và Toán học, chương trình môn Vật lí mới, chú trọng thích đáng đến việc hình thành năng lực tìm tòi khám phá, các thuộc tính của đối tượng Vật lí, thông qua các nội dung thí nghiệm, thực hành dưới các góc độ khác nhau.[2] Với sự phát triển mạnh mẽ của các phương tiện kĩ thuật số, thí nghiệm Vật lí kết nối với thiết bị vi tính ngày càng phát triển không chỉ trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học Vật lí mà đã được sử dụng trong các nhà trường. Các thí nghiệm kết nối với thiết bị vi tính đã cho phép thực hiện được nhiều thí nghiệm với các phép đo tín hiệu bé (mV) mà trước kia, với thiết bị thí nghiệm truyền thống chưa thực hiện được, đặc biệt có thể nghiên cứu không chỉ định tính mà cả mặt định lượng của các hiện tượng Vật lí. Việc thu thập, xử lí nhanh chóng, chính xác các dữ liệu, tiết kiệm thời gian tiến hành thí nghiệm là một trong những ưu điểm nổi trội của thí nghiệm kết nối với thiết bị vi tính. Trong những năm qua, mặc dù các trường phổ thông của nước ta đã được trang bị các thiết bị thí nghiệm theo “Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu” của Bộ Giáo dục và Đào tạo, nhưng hiệu quả sử dụng chúng vẫn còn nhiều hạn chế. Trong đó, các thí nghiệm về “Dòng điện trong các môi trường” (Vật lí 11) hiện 2 hành, số lượng thiết bị thí nghiệm thiếu; còn nhiều thí nghiệm định tính, một số phép đo dùng đồng hồ đa năng hiện số có độ chính xác không cao, khó sử dụng chưa đáp ứng được yêu cầu dạy học phát triển năng lực cho học sinh. Vì vậy, cần phải hoàn thiện và xây dựng thêm các thí nghiệm kết nối với thiết bị vi tính, thu thập và xử lí dữ liệu, vẽ đồ thị trong thời gian ngắn, tạo điều kiện nhiều hơn về thời gian cho các hoạt động tìm tòi - khám phá khoa học. Đa dạng hóa hình thức học tập, chuyển phương pháp khoa học thành phương pháp tự học, phát triển năng lực khoa học cho học sinh. Vì những lí do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là: “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” Vật lí 11 nhằm phát triển NLKH cho học sinh trung học phổ thông”. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực khoa học cho học sinh. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu - Hoạt động dạy học và thí nghiệm hỗ trợ dạy và học một số kiến thức về: “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” trong chương trình Vật lí lớp 11 THPT. - NLKH của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí + Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng, hoàn thiện thí nghiệm hỗ trợ hoạt động dạy và học; Tổ chức hoạt động học một số kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” trong chương trình Vật lí lớp 11 THPT. - Học sinh lớp 11 ở tỉnh Ninh Bình và thành phố Hà Nội. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 1) Nghiên cứu tổng quan về dạy học phát triển năng lực, đánh giá NLKH của học sinh ở trường phổ thông. 2) Nghiên cứu lí luận dạy học phát triển năng lực, đánh giá NLKH của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí. 3) Nghiên cứu vai trò của thí nghiệm Vật lí ở trường THPT trong việc phát triển NLKH cho học sinh. 4) Nghiên cứu thực trạng về sử dụng thí nghiệm trong dạy học kiến thức về “Dòng điện trong các môi trường”, theo định hướng dạy học phát triển năng lực cho học sinh. 5) Xây dựng, hoàn thiện 3 bộ thí nghiệm và sử dụng chúng vào thiết kế tiến trình dạy học góp phần phát triển NLKH cho học sinh trong dạy học một số kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn”. 6) Xây dựng bộ công cụ đánh giá mức độ phát triển NLKH của học sinh trong tiến trình dạy học có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng. 7) Thực nghiệm sư phạm, nhằm đánh giá tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm và tiến trình dạy học về khả năng phát triển NLKH cho học sinh trong học một số kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11). 5. Giả thuyết khoa học “Nếu xây dựng được các thí nghiệm và sử dụng chúng để thiết kế tiến trình dạy học phù hợp với lí luận phát triển năng lực trong dạy học một số kiến thức về “Dòng điện trong các môi trường”(Vật lí 11), thì NLKH của học sinh sẽ được phát triển”. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, luận án trong và ngoài nước về lí luận dạy học Vật lí, có sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh để xây dựng cơ sở lí luận của luận án. - Nghiên cứu thực tiễn dạy học: Sử dụng phiếu điều tra thu thập thông tin về thực trạng dạy và học Vật lí có sử dụng thí nghiệm, phát triển năng lực cho học sinh ở trường THPT. - Thực nghiệm khoa học: Chế tạo, hoàn thiện và thử nghiệm thí nghiệm; 4 Dạy thực nghiệm Sư phạm ở trường THPT. Đánh giá tính khả thi của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH của học sinh THPT. - Thống kê toán học: Sử dụng các phần mềm thống kê chuyên dụng, phân tích kết quả thực nghiệm để đánh giá tính khả thi của luận án. 7. Những đóng góp mới của luận án 7.1. Đóng góp về mặt lí luận - Xây dựng được 3 nguyên tắc xây dựng và 3 biện pháp sử dụng thí nghiệm hỗ trợ dạy học Vật lí phát triển NLKH cho học sinh THPT. - Xây dựng được quy trình sử dụng thí nghiệm, hỗ trợ hoạt động dạy và học kiến thức mới, thực hành thí nghiệm và giải bài tập thí nghiệm ở nhà phát triển NLKH cho học sinh. - Xây dựng được bộ công cụ đánh giá mức độ phát triển NLKH của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí có sử dụng thí nghiệm. 7.2. Đóng góp về mặt thực tiễn - Xây dựng và đưa vào sử dụng 3 bộ thí nghiệm dạy và học kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11) phát triển NLKH cho học sinh. - Xây dựng được tiến trình dạy và học 4 nội dung kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11), có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng phát triển NLKH cho học sinh. - Xây dựng được bộ công cụ đánh giá mức độ phát triển NLKH của học sinh trong và sau khi học 4 nội dung kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11). - Bằng những linh kiện bán dẫn phổ biến, rẻ tiền đã thiết kế và chế tạo được thiết bị thu thập và xử lí số liệu thí nghiệm với các phép đo tín hiệu nhỏ (mV), có độ chính xác cao, phù hợp với dạy học phát triển NLKH cho học sinh ở trường THPT. 8. Cấu trúc của luận án 5 Cấu trúc của luận án, ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận án gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lí luận và thực tiễn Chương 3: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học kiến thức về “Dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” nhằm phát triển NLKH cho học sinh. Chương 4: Thực nghiệm sư phạm 6 Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. NGHIÊN CỨU VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH 1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài Thuật ngữ năng lực, có nguồn gốc tiếng Latinh là “Competentia”, có nghĩa là “gặp gỡ”. Trong tiếng Anh, thuật ngữ năng lực được sử dụng với nhiều nghĩa cụ thể, gắn với tình huống và ngữ cảnh riêng, liên quan trực tiếp hay gián tiếp đến năng lực. Vì vậy, có nhiều thuật ngữ được sử dụng cùng nghĩa năng lực như: Competency; Competence; Compability; Ability; Efficiency... nhưng thuật ngữ chỉ năng lực hành động, được dùng nhiều nhất là Competence có nghĩa là, “có khả năng thực hiện thành công một công việc nào đó”. Các nghiên cứu của tâm lí học nêu ra hai quan điểm về nội hàm của khái niệm năng lực: Quan điểm thứ nhất: “năng lực là tiềm năng sẵn có của con người, giúp cá nhân giải quyết các tình huống thực tiễn”; Quan điểm thứ hai: “năng lực là khả năng, thái độ vận dụng thành thục một số kĩ năng nào đó để giải quyết các tình huống thực tiễn”. Theo quan điểm di truyền học phương Tây, trường phái A.Binet (18751911) và T.Simson cho rằng: năng lực phụ thuộc vào khả năng bẩm sinh, di truyền của gen. Trường phái tâm lí học hành vi J.B. Watson (1870 - 1958) quan niệm năng lực con người là sự thích nghi “sinh vật” với điều kiện sống. [16] P.A. Rudich (1986), định nghĩa: “Năng lực là thuộc tính tâm, sinh lí của con người chi phối quá trình tiếp thu các kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo cũng như hiệu quả thực hiện hoạt động nhất định”. [51] B.M. Chêplôp (1961) quan niệm năng lực là phẩm chất của nhân cách, bản chất của năng lực thể hiện trên ba dấu hiệu cơ bản: (1) năng lực là sự khác biệt tâm lí cá nhân làm cho người này khác với người kia; (2) năng lực không phải thể hiện chung chung mà xác nhận cụ thể qua kết quả của một hoạt động nào đó; (3) năng lực không liên quan gì đến những kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo đã 7 được hình thành ở một người nào đó, mà được coi như yếu tố di truyền nhất định, [16]. Riêng luận điểm (3) chưa đúng nó phủ nhận vai trò của giáo dục. Vận dụng luận điểm (1) và (2) vào dạy học phát triển năng lực thì việc hình thành và phát triển năng lực của người học phải thông qua chính hoạt động của người học. đánh giá năng lực của học sinh cần dựa trên kết quả có thể quan sát được, đó là những hành vi, sản phẩm cụ thể thu được từ hoạt động học. Trong các môn học, năng lực của học sinh được thu hẹp vào các biểu hiện về kiến thức, kỹ năng, thái độ theo một lĩnh vực khoa học hoặc chủ đề cụ thể. Ngày nay, khái niệm năng lực, mô hình năng lực và đánh giá năng lực học sinh dựa trên các tiêu chuẩn đã trở thành phổ biến trong giáo dục và đào tạo. Nghiên cứu về phát triển năng lực cho học sinh ở trường phổ thông, trong cuốn sách “Khoa sư phạm tích hợp hay làm thế nào để phát triển năng lực trong nhà trường” [52], dựa trên quan điểm về dạy học tích hợp, Xavier Roegiers (Pháp) đã trình bày một cách tổng thể về làm thế nào để phát triển năng lực trong nhà trường, theo nghiên cứu này, năng lực của học sinh được phát triển thông qua việc vận dụng các kĩ năng vào giải quyết các tình huống học tập, các tình huống này được giáo viên xây dựng dựa trên nội dung môn học. Nghĩa là, năng lực của học sinh được hình thành hoặc phát triển nhờ vào việc các em tự tích lũy dần dần các kĩ năng (kĩ năng hoạt động, kĩ năng nhận thức, kĩ năng giao tiếp, kĩ năng tự phát triển...) trong và sau khi giải quyết thành công tình huống học tập. Năng lực nêu trong nghiên cứu Xavier Roegiers gọi là “năng lực nội môn”. (thực tế, năng lực của học sinh khi giải quyết tình huống học tập không chỉ là năng lực nội môn mà thường dưới dạng “năng lực liên môn” - năng lực dựa trên các kiến thức, kĩ năng lĩnh hội được từ nhiều môn học khác nhau). Đồng quan điểm với De Ketele, Xavier Roegiers cho rằng: trong dạy học (giáo dục) năng lực học sinh được phát triển theo hai mức độ, De Ketele gọi hai mức năng lực đó là: “năng lực cơ bản” và “năng lực đề cao” [52, tr113]. Năng lực cơ bản (năng lực tối thiểu, năng lực cốt lõi, năng lực nền …) là năng lực bắt buộc 8 học sinh phải làm chủ để có khả năng chuyển tiếp sang quá trình học tập mới. Một năng lực cơ bản mang tính tương đối trong quá trình đào tạo chứ không phải trong phạm vi đào tạo phổ cập, trong phạm vi đào tạo này, nó là năng lực tối thiểu để học sinh giải quyết một vấn đề, một tình huống học tập. Năng lực đề cao là những năng lực trong hoàn cảnh ở thời điểm đào tạo cho trước, không thật sự cần thiết cho các quá trình học tập tiếp theo. Nghĩa là, nếu chưa làm chủ được các năng lực này, thì vẫn không ảnh hưởng đến việc hoàn thành nhiệm vụ học tập của học sinh. Những năng lực đề cao thường là những năng lực có ích, có khi rất quan trọng nhưng học sinh chưa làm chủ được thì cũng không bị thất bại trong học tập. Như vậy, trong dạy học phát triển năng lực, khi xác định mục tiêu dạy học giáo viên cần phải xác định rõ năng lực nào là cơ bản? năng lực nào là năng lực đề cao. Từ đó, tìm ra các biện pháp dạy học, phát triển năng lực cho phù hợp với tiến trình phát triển năng lực của học sinh. Để phát triển một năng lực nào đó cho học sinh, giáo viên căn cứ vào nội dung kiến thức cần dạy và nhu cầu thực tiễn của người học, xây dựng các mục tiêu cần theo đuổi để phát triển năng lực đó. Từ những năm 1950, các nhà giáo dục Mỹ như Ralph W. Tyler và Benjamin S. Bloom đề xuất quan điểm giáo dục cần dựa trên kết quả đầu ra (outcome-based education- OBE) và các chương trình giáo dục cần xác định các mục tiêu rõ ràng, có thể định lượng được. Giáo dục dựa trên năng lực (competency-based education -CBE) hay dựa trên kết quả đầu ra đã được phát triển ở các trường đại học vào đầu những năm 1970. Gần 50 năm, dạy học dựa trên năng lực đã được áp dụng trong giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp và trong giáo dục phổ thông ở nhiều nước trên thế giới. Thế kỷ XXI, khoa học, kỹ thuật và công nghệ tác động đến mọi khía cạnh của cuộc sống hiện đại, yêu cầu giáo dục & đào tạo cung cấp lực lượng lao động mới, sẵn sàng thích ứng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học - công nghệ. Để đáp ứng yêu cầu của khoa học - công nghệ, các chuyên 9