Luận văn dạy học theo dự án phần Cơ học Vật lí 8 tại Đại học Sư phạm Thái Nguyên năm 2021

Nghiên cứu vận dụng phương pháp dạy học theo dự án vào học phần Cơ học Vật lí 8 nhằm bồi dưỡng và đánh giá năng lực khoa học tự nhiên cho học sinh.

• Tác giả: Nguyễn Thị Huyền Trang
• Người hướng dẫn: GS. Đỗ Hương Trà
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
• Đề tài: Vận dụng phương pháp dạy học theo dự án vào dạy học học phần "Cơ học" Vật lí 8
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan dạy học theo dự án phần Cơ học Vật lí 8

Nghiên cứu của Đại học Sư phạm Thái Nguyên tập trung đổi mới phương pháp giáo dục phổ thông. Dạy học theo dự án phần Cơ học Vật lí 8 chuyển trọng tâm từ truyền thụ một chiều sang phát triển năng lực hành động. Học phần Cơ học lớp 8 bao gồm nhiều kiến thức nền tảng như chuyển động cơ học, vận tốc, lực ma sát, áp suất chất lỏng và lực đẩy Ác-si-mét. Những khái niệm này gắn liền với các hiện tượng đời sống hàng ngày. Mô hình dạy học dự án tạo môi trường cho học sinh trực tiếp giải quyết vấn đề kỹ thuật thực tiễn. Học sinh không chỉ học thuộc công thức lí thuyết trên lớp. Người học tự tay thiết kế, thử nghiệm và hoàn thiện các sản phẩm vật lí. Quy trình này kích thích tư duy phản biện và khả năng khám phá khoa học. Đề tài luận văn thạc sĩ đã hệ thống hóa cơ sở lí luận vững chắc. Các tiêu chuẩn đánh giá năng lực khoa học tự nhiên được xây dựng tường minh. Giáo viên đóng vai trò cố vấn định hướng học tập. Học sinh làm việc theo nhóm để cùng đạt mục tiêu chung. Phương pháp đem lại làn gió mới cho giờ học vật lí THCS.

1.1. Khái niệm và đặc trưng phương pháp dạy học dự án

Dạy học theo dự án là phương pháp giáo dục hiện đại. Người học tiếp nhận một nhiệm vụ phức hợp gắn liền thực tiễn. Quá trình học tập đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa lí thuyết và kĩ năng thực hành. Người học tham gia từ khâu lên ý tưởng đến chế tạo sản phẩm hoàn chỉnh. Phương pháp này đề cao tính tự lực và tinh thần làm việc tập thể. Tính sáng tạo cá nhân được phát huy tối đa qua từng giai đoạn. Kết quả của dự án không dừng lại ở bài kiểm tra giấy. Sản phẩm cụ thể có thể trưng bày, đánh giá hoặc vận hành trong thực tế. Hình thức này biến tri thức trừu tượng thành trải nghiệm trực quan sống động.

1.2. Mục tiêu bồi dưỡng năng lực khoa học tự nhiên

Chương trình giáo dục mới chú trọng năng lực khoa học tự nhiên của học sinh. Năng lực này gồm nhận thức khoa học, tìm hiểu tự nhiên và vận dụng kiến thức. Phần Cơ học Vật lí 8 chứa đựng nhiều hiện tượng vật lí quen thuộc. Hoạt động dự án giúp người học giải thích bản chất các hiện tượng đó. Học sinh rèn luyện kĩ năng thu thập số liệu, quan sát và làm thực nghiệm. Năng lực giải quyết vấn đề kĩ thuật nâng cao rõ rệt qua từng bài học. Tinh thần trách nhiệm và năng lực giao tiếp nhóm cũng phát triển tích cực. Đây là nền tảng quan trọng giúp học sinh tự tin tiếp cận tri thức khoa học hiện đại.

II. Thực trạng dạy học theo dự án phần Cơ học Vật lí 8

Khảo sát thực tiễn tại các trường THCS thuộc tỉnh Thái Nguyên phản ánh nhiều bất cập. Phần Cơ học lớp 8 có khối lượng kiến thức nặng và mang tính trừu tượng cao. Học sinh thường gặp khó khăn khi tiếp cận các công thức tính áp suất hoặc lực đẩy chất lỏng. Lối dạy truyền thống chủ yếu xoay quanh việc giải bài tập định lượng trên giấy. Giáo viên ít có điều kiện tổ chức thực hành hoặc chế tạo kỹ thuật. Thiết bị thí nghiệm tại nhiều cơ sở còn thiếu thốn và kém đồng bộ. Học sinh ghi nhớ máy móc định luật mà không hiểu bản chất hiện tượng. Kĩ năng làm việc nhóm và giải quyết vấn đề thực tế của học sinh còn hạn chế. Nhu cầu đổi mới phương pháp giảng dạy trở nên vô cùng cấp thiết. Việc chuyển đổi sang mô hình dự án đòi hỏi thời gian chuẩn bị công phu. Giáo viên cần vượt qua rào cản về áp lực thời lượng tiết học trên lớp. Sự chênh lệch năng lực giữa các học sinh cũng tạo ra thách thức lớn khi phân chia nhiệm vụ. Đề tài đã chỉ rõ những nút thắt này để tìm ra hướng tháo gỡ phù hợp.

2.1. Khó khăn trong dạy học truyền thống phần Cơ học

Phương pháp giảng dạy thụ động khiến học sinh thiếu hứng thú với môn học. Tiết học vật lí thường trôi qua với các bài giảng lí thuyết khô khan. Thao tác thí nghiệm ít được tiến hành bài bản do thiếu thời gian và thiết bị. Nhiều học sinh lúng túng khi bắt gặp bài toán hiện tượng thực tế. Khái niệm lực đẩy Ác-si-mét hay áp suất khí quyển thường bị trừu tượng hóa quá mức. Người học chỉ thuộc lòng công thức để đối phó thi cử. Sự gắn kết giữa kiến thức sách giáo khoa và đời sống hoàn toàn bị đứt gãy. Tình trạng này cản trở việc hình thành tư duy khoa học tự nhiên ở lứa tuổi THCS.

2.2. Rào cản khi triển khai dự án tại trường phổ thông

Tổ chức dạy học theo dự án đòi hỏi nhiều nguồn lực hỗ trợ. Giáo viên phổ thông chịu sức ép lớn về tiến độ phân phối chương trình chính khóa. Quỹ thời gian dành cho hoạt động ngoài giờ và chế tạo còn eo hẹp. Không gian thực hành và kinh phí vật liệu cũng là bài toán khó. Bên cạnh đó, kĩ năng làm việc nhóm của học sinh chưa đồng đều. Hiện tượng một vài cá nhân làm thay toàn bộ nhóm vẫn diễn ra phổ biến. Giáo viên thiếu các bộ tiêu chí định lượng để đánh giá công bằng từng thành viên. Những rào cản này làm giảm hiệu quả thực chất của mô hình dự án nếu không có giải pháp sư phạm chuẩn xác.

III. Phương pháp dạy học theo dự án phần Cơ học Vật lí 8

Quy trình thực hiện dự án Cơ học được thiết kế khoa học qua nhiều giai đoạn cụ thể. Giáo viên khởi xướng dự án bằng các tình huống có vấn đề trong thực tế. Đề tài tiêu biểu gồm chế tạo giày đi trên nước hoặc ván trượt nổi bằng tấm xốp. Học sinh vận dụng công thức tính lực đẩy Ác-si-mét để tính diện tích bề mặt cần thiết. Nhiệm vụ học tập yêu cầu tính toán tải trọng người ngồi và độ chìm an toàn. Học sinh tự lập bản vẽ thiết kế, chọn vật liệu xốp nhẹ và keo dán. Quá trình chế tạo diễn ra với sự giám sát chặt chẽ của giáo viên hướng dẫn. Các nhóm tiến hành thử nghiệm mô hình thực tế trên mặt nước. Sau đó, học sinh báo cáo kết quả và giải thích nguyên lí trước toàn thể lớp học. Hoạt động kiểm tra đánh giá dựa trên bộ phiếu rubric chi tiết. Thang điểm đánh giá rõ ràng từ khâu thiết kế, chi phí cho đến độ bền sản phẩm. Nhờ đó, kiến thức cơ học trở nên sinh động và giàu ý nghĩa thực tiễn.

3.1. Thiết kế dự án chế tạo sản phẩm từ kiến thức cơ học

Dự án ván nổi trên nước minh họa sinh động điều kiện vật nổi. Học sinh tiếp nhận tình huống thiết kế ván cho người nặng 38kg. Nhóm học sinh áp dụng công thức cân bằng lực giữa trọng lượng và lực đẩy chất lỏng. Dữ liệu tính toán xác định diện tích ván xốp tối thiểu là 3167 xăng-ti-mét vuông. Học sinh lựa chọn kích thước chiều rộng 50cm và dài 80cm với xốp dày 15cm. Công việc chế tạo sử dụng dao rọc giấy, súng bắn keo và băng dính chuyên dụng. Toàn bộ tiến trình biến bài toán lí thuyết trừu tượng thành sản phẩm kĩ thuật thực thụ.

3.2. Xây dựng bộ công cụ đánh giá năng lực khoa học

Đánh giá trong dạy học dự án kết hợp cả quá trình lẫn kết quả cuối cùng. Giáo viên sử dụng ba phiếu đánh giá tiêu chuẩn định lượng 10 điểm. Phiếu số một kiểm tra thao tác thực hành, kĩ năng hợp tác và tuân thủ thời gian. Phiếu số hai chấm điểm sản phẩm ván trượt dựa trên chi phí, tính an toàn và khả năng nổi thực tế. Phiếu số ba đo lường chất lượng bản vẽ kĩ thuật và bài báo cáo thuyết trình. Cách chấm điểm đa chiều tạo động lực phấn đấu công bằng cho từng học sinh. Người học nhận thức rõ điểm mạnh cùng hạn chế để hoàn thiện năng lực bản thân.

IV. Hiệu quả dạy học theo dự án phần Cơ học Vật lí 8

Kết quả thực nghiệm sư phạm tại trường THCS khẳng định giá trị to lớn của mô hình dự án. Học sinh tham gia lớp học dự án thể hiện sự vượt trội về năng lực khoa học tự nhiên. Điểm số các bài kiểm tra thực hành và năng lực giải quyết vấn đề tăng rõ rệt so với lớp đối chứng. Không khí lớp học trở nên sôi nổi, hào hứng và giàu tính tương tác. Học sinh hình thành kĩ năng làm việc nhóm, phân công nhiệm vụ và phản biện khoa học. Thái độ học tập đối với bộ môn Vật lí chuyển biến tích cực từ thụ động sang chủ động khám phá. Giáo viên chủ động làm chủ quy trình tổ chức dạy học định hướng phát triển năng lực. Luận văn thạc sĩ tại Đại học Sư phạm Thái Nguyên cung cấp tài liệu tham khảo quý giá cho giáo viên vật lí cả nước. Mô hình này hoàn toàn có thể nhân rộng sang các phần kiến thức khác như Nhiệt học, Quang học hoặc Điện học. Phương pháp dạy học dự án đáp ứng đầy đủ yêu cầu đổi mới căn bản của Chương trình Giáo dục phổ thông 2018.

4.1. Chuyển biến năng lực khoa học tự nhiên của học sinh

Sau khi tham gia dự án, học sinh nắm vững các khái niệm cơ học cốt lõi. Khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế đời sống được cải thiện rõ rệt. Học sinh biết cách đề xuất giải pháp, thiết kế thử nghiệm và xử lý số liệu sai số. Kĩ năng thuyết trình báo cáo và phản biện trước tập thể có bước tiến bộ vượt bậc. Tinh thần hợp tác nhóm và ý thức trách nhiệm tập thể được nâng cao. Học sinh tự tin chia sẻ ý tưởng sáng tạo và tôn trọng góc nhìn của đồng đội. Trải nghiệm chế tạo thực tế tạo tiền đề vững chắc cho đam mê nghiên cứu khoa học lâu dài.

4.2. Khả năng nhân rộng mô hình trong dạy học Vật lí

Mô hình dạy học dự án tại Đại học Sư phạm Thái Nguyên có tính ứng dụng thực tiễn rất cao. Cấu trúc bài giảng cùng hệ thống phiếu đánh giá dễ dàng chuyển giao cho các trường phổ thông. Giáo viên có thể linh hoạt điều chỉnh quy mô dự án tùy theo điều kiện cơ sở vật chất. Các chủ đề nhiệt học, điện học hoặc quang học đều có thể vận dụng linh hoạt cấu trúc này. Việc sử dụng vật liệu tái chế hoặc phế liệu xốp giúp giảm thiểu chi phí triển khai. Đây là hướng đi đột phá góp phần hiện thực hóa định hướng giáo dục STEM tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA DẠY HỌC DỰ ÁN VỚI VIỆC BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHO HỌC SINH 1. Khái niệm Trong tiếng Việt cũng như tiếng Anh, từ năng lực được sử dụng với nhiều nghĩa cụ thể gắn với các lĩnh vực khác nhau, trong tình huống và ngữ cảnh riêng biệt. Hơn nữa, năng lực lại rất gần nghĩa với một số từ khác như tiềm năng, khả năng, kĩ năng,…. nếu chỉ nói chung chung thì sẽ rất phức tạp và khó xác định.

Tuy nhiên từ năng lực có nghĩa gốc chung mà từ điển tiếng Việt đã nêu lên là: a) Khả năng, điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó; b) Phẩm chất tâm lí và sinh lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một hoạt động nào đó với chất lượng cao. Trong khuôn khổ cuốn sách này, chúng tôi chỉ dẫn ra một số cách hiểu về khái niệm năng lực được sử dụng trong các văn bản chương trình giáo dục phổ thông nhiều nước để tiện so sánh, chẳng hạn: “ Năng lực có thể định nghĩa như là một khả năng hành động hiệu quả bằng sự cố gắng dựa trên nhiều nguồn lực. Những khả năng này được sử dụng một cách phù hợp, bao gồm tất cả những gì học được từ nhà trường cũng như những kinh nghiệm của học sinh, những kĩ năng, thái độ cà sự hứng thú; ngoài ra còn có những nguồn bên ngoài chẳng hạn như bạn cùng lớp, thầy cô giáo, các chuyên gia hoặc các nguồn thông tin khác”.[9] Khái niệm năng lực (competency) có nguồn gốc tiếng La tinh “competentia”. Ngày nay khái niệm năng lực được hiểu nhiều nghĩa khác nhau: - Năng lực là các khả năng và kỹ năng nhận thức vốn có ở cá nhân hay có thể học được để giải quyết các vấn đề đặt ra của cuộc sống.

Năng lực cũng hàm chứa trong nó tính sẵn sàng hành động, động cơ, ý chí và trách nhiệm xã hội để sử dụng thành công và có trách nhiệm các giải pháp… trong các tình huống thay đổi (Weinert, 2001). 11 - Năng lực của HS là “sự kết hợp hợp lí kiến thức, kỹ năng và sự sẵn sàng tham gia để cá nhân hành động có trách nhiệm và biết phê phán tích cực hướng tới các giải pháp cho các vấn đề” (Weinert, 2001). - Năng lực là “Khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể” (OECD, 2002). - Năng lực là “khả năng vận dụng những kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng, thái độ và hứng thú để hành động một cách phù hợp và có hiệu quả trong các tình huống đa dạng của cuộc sống” (Quesbec – Ministère de l’Education, 2004).

- Năng lực là “Khả năng hành động, đạt được thành công và chứng minh sự tiến bộ nhờ vào khả năng huy động và sử dụng hiệu quả các nguồn nhân lực tích hợp của cá nhân khi giải quyết các vấn đề của cuộc sống” (Tremblay, 2002). - Năng lực được hiểu là khả năng đáp ứng nhu cầu phức tạp hoặc thực hiện thành công một nhiệm vụ bằng cách huy động các nguồn lực tâm lí (bao gồm kiến thức, kỹ năng, thái độ, giá trị) trong một bối cảnh thực tiễn. Tức là bao gồm các đầu ra nhận thức (cognitive) và đầu ra phi nhận thức (Non - cognitive) (Rycher, 2004). - Theo Bernd Meiner - Nguyễn Văn Cường, năng lực được định nghĩa như sau: “Năng lực là khả năng thực hiện có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong các tình huống thay đổi thuộc các tính lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân trên cơ sở hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo và kinh nghiệm cũng như sẵn sàng hành động”.

[6] Từ các định nghĩa trên, người có năng lực về một lĩnh vực hoạt động nào đó cần có những dấu hiệu cơ bản sau: + Có kiến thức hay hiểu biết chuyên sâu về lĩnh vực hoạt động đó. + Biết cách hành động có hiệu quả để đạt kết quả phù hợp với mục đích (bao gồm xác định mục tiêu, phương pháp thực hiện hành động hoặc lựa chọn các giải pháp phù hợp… và điều kiện, phương tiện để đạt được mục đích đó). + Hành động có kết quả, ứng phó linh hoạt hiệu quả trong những điều kiện mới, không quen thuộc. Từ đó, có thể định nghĩa về năng lực: 12 Năng lực là khả năng làm chủ những hệ thống kiến thức, kỹ năng, thái độ và khả năng sử dụng chúng một cách hợp lí và linh hoạt nhằm thực hiện thành công nhiệm vụ hoặc giải quyết hiệu quả các vấn đề đặt ra của cuộc sống.

Như vậy, năng lực là một cấu trúc động (trừu tượng), có tính mở, đa thành tố, đa tầng bậc, hàm chứa trong nó không chỉ là kiến thức, kỹ năng, thái độ mà cả niềm tin thể hiện tính sẵn sàng hành động trong những điều kiện thay đổi của cuộc sống. Trong chương trình thiết kế các hoạt động học định hướng phát triển năng lực, khái niệm năng lực được sử dụng như sau: - Năng lực liên quan đến bình diện mục tiêu của dạy học: mục tiêu dạy học được mô tả thông qua các năng lực cần hình thành; - Trong chương trình, những nội dung học tập và hoạt động cơ bản được liên kết với nhau nhằm hình thành các năng lực; - Năng lực là sự kết nối tri thức, hiểu biết, khả năng, mong muốn. - Mục tiêu hình thành năng lực định hướng cho việc lựa chọn, đánh giá mức độ quan trọng và cấu trúc hóa các nội dung và hoạt động và hành động dạy học về mặt phương pháp; - Năng lực mô tả việc giải quyết những đòi hỏi về nội dung trong các tình huống.; - Các năng lực chung cùng với các năng lực chuyên môn tạo thành nền tảng chung cho công việc giáo dục và dạy học; - Mức độ đối với sự phát triển năng lực có thể được xác định trong các tiêu chuẩn nghề; đến một thời điểm nhất định nào đó, HS có thể phải đạt được những gì? 1. Đặc điểm của dạy học phát triển năng lực trong môn Vật lí ở THCS [3] 1.

Về mục tiêu dạy học Nếu như trước đây giáo dục nói chung, dạy học môn học nói riêng chú trọng mục tiêu giáo dục toàn diện cho HS và giúp người học hình thành hệ thống kiến thức, kĩ năng, thái độ khi học thì ngày nay, điều đó vẫn còn đúng, còn cần nhưng chưa đủ. Việc người học có được một nội dung kiến thức, kĩ năng xác định là chưa đủ để họ có thể sử dụng các kiến thức và kĩ năng để tham gia một cách chủ động và tự chủ vào giải quyết các vấn đề thưc tiễn. 13 Dạy học môn Vật lí ở THCS phát triển năng lực không loại trừ mục tiêu dạy học nhắm đến hệ thống kiến thức, kĩ năng, thái độ ở người học. Dạy học môn Vật lí phát triển năng lực là sự phát triển cao hơn, là sự tích hợp nhuần nhuyễn linh hoạt các kiến thức và các kĩ năng mà cá nhân sở hữu hoặc có thể tiếp thu để giải quyết thành công và có trách nhiệm các vấn đề cụ thể trong nhiều tình huống khác nhau với sự sẵn sàng về động cơ, về ý chí.

Để có được năng lực, người học không chỉ cần có kiến thức về vật lí mà cần có cả kiến thức khoa học liên ngành và kiến thức thực tiễn; không chỉ cần có kĩ năng nhận thức vật lí và siêu nhận thức, kĩ năng thực nghiệm mà còn cần cả kĩ năng xã hội và cảm xúc, kĩ năng thực tiễn; không chỉ có thái độ đúng với môn vật lí mà còn đòi hỏi các giá trị ấy của việc học. Tất cả những điều đó hòa quyện với nhau trong quá trình thực hiện nhiệm vụ học. Chính qua việc sẵn sàng, mong muốn thực hiện các hành động đó, người học đồng thời có được các năng lực. - Năng lực không thể quy về kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo ( mà cũng thì cũng không thể có được hiệu quả hoạt động).

Kĩ năng, kĩ xảo là kết quả lĩnh hội ở các phương thức hoạt động học tập- nhận thức, kết quả này được biểu diễn ở sự sẵn sàng thực hiện hành động và thực hiện hành động ở cá nhân- tức là năng lực. - Không phải các năng lực riêng lẻ xác định kết quả thực hiện hoạt động, mà là sự kết hợp riêng của chúng, đặc thù đối với một cá nhân cụ thể. Qua đó tồn tại những khả năng bù trừ lớn cho một năng lực bằng những năng lực khác phát triển cao hơn ( ví dụ, các kết qủa như trong chính một hoạt động, như hoạt động học tập chẳng hạn, có thể là chỉ số của những năng lực khác nhau) - Năng lực có nhiều mức độ khác nhau. Những thành tích ( mà dựa vào đó để nói rằng một người có năng lực) có thể có nhiều mức độ khác nhau.

Nhìn chung, có thể nói về một người nào đó rằng họ có năng lực nếu có những đặc điểm cá nhân giúp thực hiện có kết quả một hoạt động nào đó trong những điều kiện xác định. Bất cứ một cá nhân bình thường nào cũng có một năng lực nhất định. Cần lưu ý rằng: - Với mục tiêu bồi dưỡng một năng lực xác định nào đó, thì không phải toàn bộ các chỉ số hành vi của các năng lực thành tố của nó phải thể hiện qua các hoạt động học mà có thể chỉ có một số các chỉ số hành vi của các năng lực thành tố được thể hiện. 14 - Mục tiêu bài học có thể nhắm đến một số các biểu hiện hành vi của các năng lực thành tố của các năng lực khác nhau.

Trong quá trình bồi dưỡng và phát triển các chỉ số hành vi của một năng lực xác định nào đó có thể kéo theo việc bồi dưỡng và phát triển một số chỉ số hành vi của các năng lực khác. - Để bồi dưỡng và phát triển năng lực có thể phân chia cấu trúc năng lực theo trình tự hành động. Các hành động này chính là các năng lực thành tố và có thể bồi dưỡng từng năng lực thành tố, sau đó tổ hợp các năng lực thành tố này lại để có năng lực xác định. Ví dụ, với năng lực giải quyết vấn đề, có thể bồi dưỡng năng lực phát hiện vấn đề tương ứng với các nhiệm vụ phát hiện vấn đề trong các tình huống; năng lực thực hiện giải pháp với giải pháp đã xác định với các phương án thí nghiệm cho trước, … Khi đạt được các hành vi mong muốn thì đồng thời người học cũng có được các kiến thức và kĩ năng.