Dạy Học Vật Lý Đại Cương Cho Sinh Viên Đại Học Kỹ Thuật Theo Tiếp Cận CDIO

Bài viết khám phá phương pháp dạy học vật lí đại cương cho sinh viên ngành kĩ thuật theo tiếp cận CDIO, nâng cao hiệu quả học tập.

• Tác giả: Tạ Thị Kim Tuyến
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Thị Phú
• Trường học: Trường Đại Học Vinh
• Chuyên ngành: Giáo Dục
• Đề tài: Dạy Học Vật Lí Đại Cương Theo Tiếp Cận CDIO Cho Sinh Viên Kỹ Thuật
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Nghệ An

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Dạy Học Vật Lý Đại Cương Theo Tiếp Cận CDIO

Dạy học Vật lý đại cương cho sinh viên khối ngành kỹ thuật theo tiếp cận CDIO đang trở thành một xu hướng quan trọng trong giáo dục đại học. Tiếp cận này không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn phát triển các kỹ năng thực hành cần thiết cho nghề nghiệp tương lai. Việc áp dụng CDIO trong giảng dạy Vật lý đại cương giúp sinh viên hình thành năng lực giải quyết vấn đề và làm việc nhóm, từ đó nâng cao chất lượng đào tạo.

1.1. Khái Niệm Về Tiếp Cận CDIO Trong Giáo Dục

Tiếp cận CDIO (Conceive, Design, Implement, Operate) là một phương pháp giáo dục nhằm phát triển toàn diện năng lực cho sinh viên. Phương pháp này tập trung vào việc hình thành ý tưởng, thiết kế, thực hiện và vận hành các dự án học tập thực tế.

1.2. Lợi Ích Của Việc Áp Dụng CDIO Trong Dạy Học Vật Lý

Áp dụng CDIO trong dạy học Vật lý giúp sinh viên không chỉ hiểu sâu về lý thuyết mà còn có khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn. Điều này tạo ra sự kết nối giữa lý thuyết và thực hành, giúp sinh viên tự tin hơn khi bước vào thị trường lao động.

II. Những Thách Thức Trong Dạy Học Vật Lý Đại Cương Theo CDIO

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc dạy học Vật lý đại cương theo tiếp cận CDIO cũng gặp phải không ít thách thức. Các giảng viên cần phải thay đổi phương pháp giảng dạy truyền thống, đồng thời trang bị thêm kỹ năng và kiến thức để áp dụng hiệu quả CDIO. Ngoài ra, cơ sở vật chất và tài liệu học tập cũng cần được cải thiện để đáp ứng yêu cầu của phương pháp này.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Thay Đổi Phương Pháp Giảng Dạy

Nhiều giảng viên vẫn còn quen với phương pháp giảng dạy truyền thống, dẫn đến việc khó khăn trong việc áp dụng các phương pháp mới như CDIO. Sự thay đổi này đòi hỏi thời gian và nỗ lực lớn từ cả giảng viên và sinh viên.

2.2. Thiếu Tài Nguyên Học Tập Phù Hợp

Nhiều trường đại học chưa đầu tư đủ vào cơ sở vật chất và tài liệu học tập cần thiết cho việc dạy học theo CDIO. Điều này gây khó khăn cho sinh viên trong việc tiếp cận và thực hành các kiến thức đã học.

III. Phương Pháp Dạy Học Vật Lý Đại Cương Theo CDIO

Để dạy học Vật lý đại cương hiệu quả theo tiếp cận CDIO, cần áp dụng các phương pháp giảng dạy hiện đại như học tập dựa trên dự án, lớp học đảo ngược và học tập trải nghiệm. Những phương pháp này không chỉ giúp sinh viên tiếp thu kiến thức mà còn phát triển kỹ năng thực hành và tư duy phản biện.

3.1. Học Tập Dựa Trên Dự Án

Học tập dựa trên dự án là một phương pháp hiệu quả trong việc áp dụng CDIO. Sinh viên sẽ được giao các dự án thực tế, từ đó phát triển kỹ năng làm việc nhóm và giải quyết vấn đề.

3.2. Lớp Học Đảo Ngược

Mô hình lớp học đảo ngược cho phép sinh viên tự học lý thuyết trước và sử dụng thời gian trên lớp để thực hành và thảo luận. Phương pháp này giúp tăng cường sự tham gia của sinh viên và nâng cao hiệu quả học tập.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Dạy Học Vật Lý Đại Cương Theo CDIO

Việc áp dụng CDIO trong dạy học Vật lý đại cương đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Sinh viên không chỉ nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn có khả năng áp dụng vào thực tiễn. Nhiều trường đại học đã ghi nhận sự cải thiện trong kết quả học tập và sự hài lòng của sinh viên.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Về Ứng Dụng CDIO

Nghiên cứu cho thấy sinh viên tham gia vào các khóa học theo CDIO có kết quả học tập tốt hơn so với các khóa học truyền thống. Họ cũng thể hiện sự tự tin hơn trong việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn.

4.2. Các Mô Hình Ứng Dụng Thành Công

Nhiều trường đại học đã triển khai thành công mô hình dạy học theo CDIO, tạo ra môi trường học tập tích cực và khuyến khích sinh viên phát triển kỹ năng thực hành.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Dạy Học Vật Lý Đại Cương Theo CDIO

Dạy học Vật lý đại cương theo tiếp cận CDIO hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và trở thành một phần quan trọng trong giáo dục đại học. Việc cải tiến phương pháp giảng dạy và đầu tư vào cơ sở vật chất sẽ giúp nâng cao chất lượng đào tạo, đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Trong Giáo Dục

Xu hướng giáo dục hiện đại đang chuyển mình theo hướng tích cực, chú trọng vào việc phát triển kỹ năng thực hành và tư duy phản biện cho sinh viên. CDIO sẽ là một phần không thể thiếu trong quá trình này.

5.2. Định Hướng Tương Lai Của CDIO Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nhiều trường đại học đang tích cực áp dụng CDIO trong chương trình đào tạo. Điều này không chỉ nâng cao chất lượng giáo dục mà còn giúp sinh viên tự tin hơn khi bước vào thị trường lao động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1. Các nghiên cứu về dạy vật lí đại cương cho sinh viên khối ngành kĩ thuật 1. Các nghiên cứu ở nước ngoài về dạy vật lí đại cương cho sinh viên khối ngành kĩ thuật Nghiên cứu giảng dạy vật lí trong giáo dục kĩ thuật đã là chủ đề được quan tâm trong thời gian diễn ra các cuộc cách mạng công nghiệp. Franklin (giáo sư tại ĐH Harvard (1917-1925) và MIT (1917-1929)), đã xuất bản cuốn “Dạy học vật lí cho SV kĩ thuật” (The teaching of physics to engineering students), quan điểm của Franklin là: “Dạy vật lí là để phát triển tư duy của SV theo một cấu trúc logic bao gồm tổng hợp các quan niệm và lí thuyết vật lí.

Đối tượng chính trong một khóa học vật lí cho SV kĩ thuật nên cung cấp kiến thức khái niệm và phân tích các sự kiện quan trọng của vật lí học, điều này phải được thực hiện thông qua công việc trong phòng thí nghiệm” [79]. Sau Chiến tranh thế giới thứ nhất, các nghiên cứu về vấn đề giảng dạy vật lí cho SV kĩ thuật đã được quan tâm nhiều. Từ năm 1916 đến 1922, Hiệp hội Xúc tiến Giáo dục kĩ thuật (tiền thân của Hiệp hội Giáo dục kĩ thuật Hoa Kỳ) và Hiệp hội Vật lí Hoa Kỳ đã công bố nhiều nghiên cứu về vấn đề trên. Nhiều công trình nghiên cứu chỉ ra rằng: các kiến thức vật lí được dạy để giải quyết các vấn đề thực tế mới; vấn đề đặt ra cho các bài tập cần có tính chất thực tế; công việc trong phòng thí nghiệm được coi là hoạt động khám phá bản chất vật lí của các hiện tượng.

Năm mục tiêu cần đạt khi giảng dạy vật lí cho các kỹ sư: thói quen tư duy khoa học; kiến thức về các định luật vật lí; sáng kiến và sự khéo léo; kiến thức về sự kiện và phương pháp; quan sát chính xác [77], [92]. MG và Teare, B. đã đưa ra đánh giá về vai trò của toán học và vật lí trong giáo dục kĩ thuật, đặc biệt là trong kĩ thuật điện. Hai nghiên cứu cho thấy sự bất ổn trong việc giảng dạy vật lí và toán học, đặc biệt trong sự phối hợp thích hợp của các môn học với các khóa học kĩ thuật.

Để khắc phục tình trạng trên, trong dạy học vật lí kĩ thuật, hai vấn đề phải giải quyết đồng thời: đầu tiên, thành thạo các kiến thức cơ bản, bao gồm việc tập trung vào hướng dẫn SV khám phá kiến thức hiệu quả nhất; thứ hai, đào tạo đầy đủ về ứng dụng liên quan đến việc sử dụng kiến thức vật lí hiệu quả nhất. Teare cho rằng, việc sử dụng các tình huống về vấn đề trong một lớp học có sáu bước nên tiến hành: (1) Nêu vấn đề và xác định kết quả mong muốn; (2) 8 Xây dựng kế hoạch giải pháp; (3) Diễn đạt các nguyên tắc đã chọn để giải quyết vấn đề; (4) Chuyển các diễn đạt sang dạng toán học, viết nó dưới dạng phương trình; (5) Giải quyết vấn đề; (6) Thử nghiệm giải pháp. Các bước từ (2) đến (4) tạo thành một giai đoạn thiết kế và bước (5) tương ứng với hoạt động thực hiện giải pháp. Nhìn chung, các nghiên cứu ủng hộ việc giảng dạy các nguyên tắc của vật lí, thử nghiệm với sự nhấn mạnh vào các phép đo, phương pháp khoa học và sáng tạo, thực hành giải quyết các vấn đề kĩ thuật thực tế.

Những nghiên cứu về giảng dạy vật lí cho SV kĩ thuật trong 40 năm sau Thế chiến II là tương đối ít. Houston đã công bố công trình “Vật lí trong kĩ thuật” [81] về mối quan hệ lẫn nhau của vật lí và kĩ thuật, giải quyết một số vấn đề giáo dục vật lí cho kỹ sư để giải quyết vấn đề kĩ thuật. Công trình của W. Houston tập trung trả lời câu hỏi: “Loại hình giáo dục nào, loại hình đào tạo nào giúp tạo sự cân bằng giữa kinh nghiệm kĩ thuật và lí thuyết khoa học?”.

Nghiên cứu trên lịch sử của các phát minh của Maxwell, Hertz và Marconi… ông cho rằng: “Trong giáo dục kĩ thuật, có một lỗ hổng giữa giảng dạy vật lí và công việc hàng ngày của sản xuất kĩ thuật. Để đáp ứng những thách thức của kĩ thuật hiện đại, cần giúp SV làm quen với kiến thức của nghiên cứu hiện đại trong vật lí và các ngành khoa học mới". Watson đã xuất bản một bài báo về việc giảng dạy vật lí cho các kỹ sư tại Yale [100]. Nghiên cứu của ông tập trung chủ yếu vào nội dung của chương trình giảng dạy, thay vì mục tiêu của việc chuẩn bị cho SV kĩ thuật trong DH vật lí.

Trong khi các nhà vật lí lỗi lạc của thời đại đó có thể không đặc biệt quan tâm đến việc giảng dạy giúp SV vật lí nhận thức được các vấn đề kĩ thuật, một nhà vật lí vĩ đại, Richard Feynman đã xuất bản một bài báo về việc dạy vật lí cho học sinh ở Mỹ Latinh [78], ông cho rằng: “…Vật lí là một khoa học cơ bản, và như vậy nó được sử dụng trong kĩ thuật, hóa học và sinh học, và có tất cả các loại ứng dụng trong công nghệ. Vật lí là khoa học, hay kiến thức về tự nhiên, cho chúng ta biết mọi thứ hoạt động như thế nào. Đặc biệt là nguyên lí hoạt động của các thiết bị trong công nghệ hiện tại. Vì thế, hiểu biết vật lí sẽ hữu ích hơn nhiều trong việc giải quyết các vấn đề kĩ thuật phát sinh trong ngành công nghiệp.” Trong hai thập kỉ tiếp theo, giữa những năm 1960 và giữa những năm 1980, việc dạy vật lí cho SV kĩ thuật không được thảo luận ngoài những gì đã được nói trong các công trình đã đề cập ở trên, ngoại trừ một vài nghiên cứu tổng quát hơn, 9 nói chung, các nghiên cứu đều chỉ ra rằng: không chỉ là kĩ thuật phụ thuộc vào vật lí và những khám phá của nó, mà còn là vật lí cần quan tâm đến KT và những thành tựu của nó.

Năm 2019, Van der Veen [99] dựa trên cách tiếp cận theo xu hướng của vật lí học để để giải quyết vấn đề trong giáo dục KT, kết hợp các quan điểm khoa học và KT, liên ngành, mức độ phù hợp với xã hội với một số KT trọng tâm, chẳng hạn như mô hình hóa và hình ảnh hóa, làm việc theo nhóm và DA. Ông đã báo cáo về một số DA vật lí có tầm quan trọng thực tế, ví dụ chế tạo một chiếc thủy phi cơ, máy vẽ, thiết bị làm mát giãn nở khí với hai bơm xe đạp. Ngược lại với cách tiếp cận truyền thống theo cách tiếp cận thử nghiệm, đối với các dự án thiết kế dựa trên mô hình, phương pháp thiết kế bao gồm các hoạt động: xây dựng kiến trúc, thiết kế chi tiết, triển khai và kiểm tra, xác minh và xác nhận. Cách tiếp cận này, được thực hiện như các DA của "nhà sản xuất" có những khía cạnh tích cực sau: tạo cơ hội phát triển kinh nghiệm thực hành; học cách giải quyết vấn đề và câu hỏi mở trong một quá trình lặp đi lặp lại; thực hiện các thiết kế và các nhiệm vụ đa ngành; phát triển các kỹ năng chuyên môn khác nhau, chẳng hạn như lập kế hoạch DA, trình bày kết quả, tiến hành các cuộc họp, làm việc theo nhóm và sản xuất tài liệu… Bašista và Ješková (2017) [71], Manninen và Tiili (2014) [89] đã thảo luận về một cách tiếp cận về phương pháp tương tác trong dạy học vật lí.

Họ đã cố gắng giải quyết vấn đề rằng: SV gặp rất nhiều khó khăn trong học tập liên quan đến việc hiểu các khái niệm vật lí. Thông qua các phương pháp tương tác “GV hướng dẫn và SV là những người tham gia tích cực; GV đóng vai trò hỗ trợ việc học tập của SV; Các tài liệu giảng dạy và học tập được cung cấp cho SV trên một nền tảng học tập điện tử, sử dụng môi trường học tập điện tử để liên lạc giữa GV và SV, thu thập các bài tập được yêu cầu và phản hồi thường xuyên từ GV cho SV.” Tóm lại, các nghiên cứu về dạy học cho SV ngành KT đã được quan tâm từ lâu. Nhiều công trình nghiên cứu đều chỉ ra rằng: - Vật lí đóng một vai trò to lớn trong việc đào tạo các kỹ sư tương lai. Thị trường lao động đã nâng cao yêu cầu đối với trình độ chuyên môn của SV tốt nghiệp, nhiệm vụ của GV vật lí và KT không chỉ là chuyển giao kiến thức đã được xây dựng mà còn cần giúp SV phát triển kỹ năng thực hành để áp dụng kiến thức đó.

- Việc tổ chức thực hành tiếp cận các vấn đề KT thực tế là cần thiết, áp dụng các lí thuyết để tạo ra những SV ngành KT với các kỹ năng ứng dụng thực 10 tế và đổi mới. - Yêu cầu của thời đại Internet, việc học tập trong lớp học thay đổi từ sách giáo khoa đơn giản bằng việc dựa trên truy cập vào hệ thống tài liệu đa phương tiện trên hệ thống học tập điện tử. - Để mở đường cho việc sáng tạo và áp dụng các sản phẩm mới, học tập dựa trên vấn đề và dựa trên dự án (PBL), đã được đề cập khá rộng rãi trong vài thập kỷ qua, giúp SV phát triển khả năng học tập độc lập và theo nhóm và phát triển các kỹ năng chính, làm chủ việc học của mình. Tuy nhiên, các nghiên cứu về dạy học vật lí cho SV ngành KT còn hạn chế trong việc: - Xây dựng quy trình đào tạo từ khảo sát nhu cầu thực tế, thiết kế chương trình đào tạo, xây dựng đề cương cho môn học.

- Xây dựng quy trình tổ chức các hoạt động dạy học có tính tích hợp, sát với quy trình thiết kế KT. Các nghiên cứu ở Việt Nam về dạy vật lí đại cương cho sinh viên khối ngành kĩ thuật Việc dạy học vật lí nói chung và dạy học vật lí ở trường phổ thông đã được nhiều nghiên cứu đề cập đến. Rất nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học, các luận án tiến sĩ, luận văn thạc sĩ đã xây dựng nên nền tảng lí luận cho việc dạy học vật lí ở trường phổ thông. Tuy nhiên, việc nghiên cứu dạy học vật lí đại cương ở trường đại học nói chung và cho SV khối ngành KT còn khá khiêm tốn.