Tổng quan luận án

Công trình khoa học được khảo sát mang tên: "Khai thác, sử dụng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ tổ chức dạy học nhóm một số kiến thức phần Điện học, Điện từ học Vật lý lớp 9 Trung học cơ sở", do nghiên cứu sinh Nguyễn Viết Thanh Minh thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Văn Giáo tại Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế (năm 2015), thuộc chuyên ngành Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lý, mã số 62.11.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Theo quan điểm của Đảng và Nhà nước Việt Nam tại Nghị quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ IX và Luật Giáo dục sửa đổi năm 2009 (Điều 24 – Chương 2), việc đổi mới căn bản phương pháp giáo dục phổ thông theo hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo và bồi dưỡng năng lực làm việc theo nhóm của người học là một nhiệm vụ trọng tâm. Môn Vật lý ở trường phổ thông mang bản chất khoa học thực nghiệm, nơi các định luật và khái niệm cốt lõi đều được hình thành qua việc khảo sát, phân tích số liệu thực nghiệm. Tuy nhiên, thực trạng dạy học bộ môn Vật lý tại các trường trung học cơ sở hiện hành vẫn nặng về truyền thụ một chiều, thuyết trình và ghi nhớ tái hiện; học sinh hạn chế về kỹ năng thực hành và năng lực vận dụng tri thức vào thực tế.

Đồng thời, cơ sở vật chất và trang thiết bị thực hành tại các nhà trường chưa đáp ứng đủ số lượng thiết bị để chia nhóm học tập cho học sinh. Các thiết bị sẵn có chủ yếu phục vụ biểu diễn định lượng của giáo viên hoặc bài thực hành định hình sẵn. Riêng chương trình Vật lý lớp 9, nội dung phần Điện học và Điện từ học chứa đựng nhiều hiện tượng và quy luật trừu tượng, đòi hỏi cao về trực quan hóa. Do đó, việc tự tạo các thiết bị thí nghiệm đơn giản, giá thành thấp từ vật liệu đời sống kết hợp với mô hình dạy học hợp tác theo nhóm là giải pháp trực tiếp giải quyết sự thiếu hụt trang thiết bị và đổi mới phương thức tổ chức giờ học.

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu khai thác, tự tạo thí nghiệm và đề xuất quy trình tổ chức dạy học nhóm với sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo để vận dụng vào tổ chức dạy học một số kiến thức trong phần Điện học, Điện từ học Vật lý lớp 9 Trung học cơ sở nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.

Giả thuyết khoa học

Nếu đề xuất được quy trình tổ chức dạy học nhóm với sự hỗ trợ của các thí nghiệm tự tạo đã khai thác, tự tạo sẽ tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, qua đó góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học vật lý ở trường phổ thông.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy và học môn Vật lý ở trường trung học cơ sở, tập trung vào quy trình khai thác, tự tạo và sử dụng thí nghiệm hỗ trợ tổ chức dạy học nhóm nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.
  • Phạm vi nội dung: Một số kiến thức trọng tâm thuộc phần Điện học và Điện từ học trong chương trình Vật lý lớp 9 trung học cơ sở hiện hành.
  • Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu lý thuyết và khảo sát thực tiễn tại các trường trung học cơ sở trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên – Huế, cụ thể gồm các trường: THCS Nguyễn Hoàng, THCS Phan Sào Nam, THCS Nguyễn Văn Linh, THCS Hải Dương và THCS Vinh Xuân trong giai đoạn hoàn thành luận án năm 2015.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Văn bản xác định 7 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc sử dụng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ tổ chức dạy học nhóm theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực, chủ động hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý.
  2. Nghiên cứu nội dung, chương trình và sách giáo khoa môn Vật lý, tập trung vào thiết bị và phương pháp sử dụng thí nghiệm trong phần Điện học, Điện từ học lớp 9.
  3. Tìm hiểu thực trạng việc sử dụng thí nghiệm vật lý, thí nghiệm tự tạo và việc vận dụng dạy học nhóm tại một số trường trung học cơ sở trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên – Huế.
  4. Đề xuất quy trình tự tạo thí nghiệm, quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ tổ chức dạy học nhóm và quy trình thiết kế tiến trình dạy học theo hình thức này.
  5. Khai thác và tự tạo hệ thống thí nghiệm trong phần Điện học, Điện từ học Vật lý 9.
  6. Thiết kế tiến trình dạy học nhóm với sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo cho một số kiến thức cụ thể.
  7. Tiến hành thực nghiệm sư phạm 2 vòng có nhóm đối chứng để kiểm nghiệm và đánh giá tính khả thi, hiệu quả của các quy trình và thiết bị đã xây dựng.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu về tổ chức dạy học nhóm

Văn bản tổng thuật quá trình hình thành và phát triển của dạy học hợp tác theo nhóm trên thế giới từ đầu thế kỷ 20:

  • John Amos Comenius đưa ra ý tưởng học sinh học tập thông qua hợp tác, chia sẻ thông tin.
  • John Dewey xây dựng mô hình "nhà trường hoạt động", phát triển học tập hợp tác dựa trên nền tảng tâm lý học của Jean Piaget (thuyết mâu thuẫn nhận thức xã hội) và Lev Vygotsky (tâm lý học lịch sử với luận điểm các chức năng tâm lý cấp cao xuất hiện ở mức độ liên nhân cách trước khi chuyển vào bên trong, nhấn mạnh việc khám phá có trợ giúp).
  • Kurt Lewin và Kurt Koffka đề xuất thuyết tương tác xã hội và sự phụ thuộc lẫn nhau trong nhóm vào thập niên 1940. Morton Deutsch (1962) mở rộng lý thuyết hợp tác và cạnh tranh trong giáo dục tại Đại học Minnesota.
  • Elliot Aronson (1978) phát triển kỹ thuật dạy học hợp tác Jigsaw tại Texas. David và Roger Johnson (1989) khảo sát 193 trường hợp, chứng minh hiệu quả của học tập hợp tác vượt trội hơn lối học truyền thống. Robert Slavin, Spencer Kagan, Sholmo Sharan nghiên cứu về phát triển kỹ năng xã hội và tư duy nhận thức qua hoạt động nhóm.
  • Các mô hình tổ chức dạy học tương đồng được áp dụng tại Đức, Thụy Sĩ, Anh gồm hình thức dạy học theo trạm (Lernen an Stationen) và dạy học theo góc.
  • Tại Việt Nam, các tác giả Nguyễn Ngọc Bảo, Trần Kiều, Trần Duy Hưng, Trần Thị Thu Mai, Nguyễn Thị Hồng Nam, Ngô Thị Thu Dung, Phạm Minh Hạc phân tích bản chất tâm lý học hoạt động và khẳng định nhóm học tập là phương tiện chuyển tải tác động giáo dục. Trong chuyên ngành dạy học vật lý, Thái Duy Tuyên, Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế, Lê Công Triêm, Lê Phước Lượng, Phan Trọng Ngọ, Nguyễn Hữu Châu đã nghiên cứu cấu trúc các bước dạy học nhóm, sử dụng phiếu học tập và phương tiện trực quan.

Các hướng nghiên cứu về thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lý

Xu hướng tự tạo thiết bị dạy học được phân tích qua ba nhóm chính:

  • Nghiên cứu quốc tế: Tổ chức Les petits des brouillards (Canada, Pháp, Mỹ, Trung Quốc); các nhà nghiên cứu Kamel Was Sef (Ai Cập), Albert Jacquard (Pháp), Marid Depar (Italia). Tại Đức, H. Peter công bố công trình thí nghiệm định tính với vật liệu đơn giản (Qualitative Experimente mit einfachen Mitteln); Eduardo de Campos Valadares biên soạn tài liệu hướng dẫn học sinh tự chế tạo thiết bị cơ, nhiệt, điện, quang (Spaβ mit Physik); Michael Lichtfeldt cùng cộng sự xuất bản tài liệu thí nghiệm giá thành thấp giải quyết bài tập tình huống (Impulse Physik: low-cost-experimente); H. Wilke, Jearl Walker và V. Langue (bản dịch của Phạm Gia Thiều). Chương trình canh tân giáo dục của UNESCO tài trợ phát triển thiết bị rẻ tiền (hands-on, low-cost).
  • Nghiên cứu trong nước về thí nghiệm phức tạp, định lượng cho cấp THPT: Nguyễn Anh Thuấn (chương Sóng cơ học lớp 12), Dương Xuân Quý (khảo sát dao động con lắc lớp 12), Nguyễn Hoàng Anh (phần Cơ học 12 nâng cao), Đặng Minh Chưởng (chương Cảm ứng điện từ lớp 11 nâng cao). Các thiết bị này có độ chính xác cao nhưng cấu tạo phức tạp, chủ yếu do giáo viên thực hiện để biểu diễn hoặc dùng trong phòng thực hành tập trung.
  • Nghiên cứu trong nước về thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền cho THCS và GDTX: Ngô Quang Sơn (sử dụng thí nghiệm đơn giản cho học viên lớn tuổi môn Vật lý 12 tại trung tâm GDTX); Nguyễn Ngọc Hưng (chế tạo thiết bị từ chai nhựa và vỏ lon); Lê Văn Giáo (nghiên cứu thí nghiệm và phương tiện trực quan); Hà Văn Hùng và Lê Cao Phan (tổ chức thí nghiệm tự làm ở THCS); Đồng Thị Diện (thí nghiệm đơn giản phần Cơ học lớp 6); Huỳnh Trọng Dương; Nguyễn Thượng Chung.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình trước đây chỉ dừng lại ở lý luận chung về tổ chức dạy học nhóm, hoặc chế tạo các bộ thí nghiệm định lượng phức tạp cho cấp THPT do giáo viên làm sẵn, hoặc các hướng dẫn thí nghiệm tự làm mang tính phổ biến, trải nghiệm ngoại khóa chung chung. Chưa có công trình nào nghiên cứu tích hợp một cách có hệ thống: khai thác, tự tạo hoàn chỉnh một hệ thống thí nghiệm trực quan phần Điện học, Điện từ học lớp 9 kết hợp với việc xây dựng quy trình tổ chức dạy học nhóm chuyên biệt cho từng dạng bài học (hình thành kiến thức mới, thực hành thí nghiệm, tự học ở nhà) nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh cấp trung học cơ sở.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và các khái niệm sử dụng

Luận án vận dụng quan điểm dạy học tập trung vào học sinh (student-centered learning), đối chiếu các đặc trưng sư phạm với mô hình dạy học truyền thống tập trung vào giáo viên:

Tiêu chí so sánh Dạy học tập trung ở giáo viên Dạy học tập trung ở học sinh
Bản chất quá trình Truyền thụ kiến thức một chiều; học sinh tiếp thu thụ động Tổ chức hoạt động học; học sinh tự tìm tòi, xây dựng kiến thức
Nguồn kiến thức Hạn hẹp trong phạm vi sách giáo khoa và lời giảng Đa dạng từ đời sống, thực tiễn và thiết bị hỗ trợ học tập
Phương thức tương tác Độc thoại, phát vấn áp đặt; coi trọng tái hiện trí nhớ Đối thoại đa chiều (thầy - trò, trò - trò); coi trọng chiều sâu tư duy
Vai trò của thiết bị Phương tiện minh họa cho lời giảng của giáo viên Nguồn thông tin trực tiếp dẫn dắt học sinh đến tri thức mới
Hình thức hoạt động Nghe, chép, trả lời câu hỏi lý thuyết tại lớp Thao tác thực hành, lắp ráp thí nghiệm, liên hệ thực tiễn
Kiểm tra, đánh giá Giáo viên độc quyền đánh giá kết quả Kết hợp giáo viên đánh giá và học sinh tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng
  • Khái niệm dạy học nhóm: Là quá trình tổ chức dạy học trong đó giáo viên sắp xếp học sinh trong lớp thành những nhóm nhỏ theo hướng tạo ra sự tương tác trực tiếp giữa các thành viên, mà theo đó học sinh trong nhóm tích cực, tự lực và chủ động trao đổi, cùng phối hợp làm việc để hoàn thành nhiệm vụ học tập chung của nhóm.
  • Các kiểu tổ chức nhóm: Nhóm đôi bạn (2 học sinh, thảo luận nhanh 1-2 phút); Nhóm chuyên gia (chia nhóm gốc và nhóm chuyên sâu); Nhóm kim tự tháp (ghép đôi dần các nhóm); Nhóm nhỏ (4 đến 6 học sinh, có nhóm trưởng và thư ký, phù hợp thực hiện các thao tác thí nghiệm đồng loạt).
  • Cấu trúc 3 giai đoạn của dạy học nhóm nhỏ:
    1. Nhập đề và giao nhiệm vụ: Giới thiệu chủ đề, giao nhiệm vụ, thành lập nhóm (làm việc chung cả lớp).
    2. Làm việc nhóm: Chuẩn bị vị trí và phương tiện, lập kế hoạch, thỏa thuận quy tắc, giải quyết nhiệm vụ qua thí nghiệm, chuẩn bị báo cáo.
    3. Trình bày và đánh giá kết quả: Đại diện nhóm báo cáo, các nhóm tranh luận, tự đánh giá, rút ra kết luận hình thành kiến thức mới.
  • Phương tiện hỗ trợ dạy học nhóm: Thí nghiệm vật lý; Phiếu học tập; Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm; Phương tiện trực quan khác.
  • Thí nghiệm tự tạo: Khái niệm, ưu điểm (nguyên liệu dễ tìm, gia công đơn giản, an toàn, tiết kiệm, tính trực quan cao), ba mức độ thực hiện (mức 1: sưu tầm thiết bị có sẵn; mức 2: lắp ráp dụng cụ từ thiết bị có sẵn; mức 3: gia công, tự tạo thiết bị từ vật liệu dễ tìm).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích các văn kiện chính sách giáo dục, chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo; nghiên cứu tài liệu tâm lý học nhận thức, giáo dục học, lý luận dạy học bộ môn; phân tích mục tiêu, nội dung chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 9.
  • Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Điều tra bằng phiếu hỏi đối với giáo viên và học sinh; phỏng vấn, trao đổi chuyên môn; khảo sát thực trạng phòng thí nghiệm và cơ sở vật chất tại các trường trung học cơ sở tỉnh Thừa Thiên – Huế.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành 2 vòng thực nghiệm có bố trí các cặp lớp thực nghiệm (TNg) và đối chứng (ĐC) tương đương về trình độ học lực ban đầu.
  • Phương pháp thống kê toán học:
    • Thống kê mô tả: Lập bảng phân phối tần số, tần suất, tần suất lũy tích; tính điểm trung bình ($\bar{X}$), phương sai ($S^2$), độ lệch chuẩn ($S$), hệ số biến thiên ($V$), phân loại học lực (Giỏi, Khá, Trung bình, Yếu, Kém).
    • Thống kê kiểm định: Sử dụng kiểm định giả thuyết tham số $t$-Student để so sánh hai giá trị trung bình của nhóm thực nghiệm và đối chứng, xác định giá trị $t$ tính toán so với giá trị $t$ tới hạn theo bảng phân phối xác suất.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 trình bày tổng quan lịch sử nghiên cứu dạy học hợp tác theo nhóm và xu hướng sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lý ở trong và ngoài nước. Tác giả phân tích các luận điểm tâm lý học của John Dewey, Jean Piaget, Lev Vygotsky, Kurt Lewin và Morton Deutsch để khẳng định học tập là một quá trình tương tác xã hội. Nghiên cứu khảo lược các phong trào chế tạo đồ dùng dạy học tự làm từ các tổ chức quốc tế đến các trường đại học sư phạm trong nước, chỉ ra sự phân hóa giữa hai dòng nghiên cứu: thí nghiệm định lượng phức tạp cho cấp THPT và thí nghiệm định tính đơn giản cho THCS. Chương này khẳng định khoảng trống lý luận và thực tiễn về việc thiếu các quy trình tích hợp giữa chế tạo thí nghiệm tự tạo với hoạt động nhóm nhỏ học sinh trong các tiết học nội khóa phần Điện học, Điện từ học lớp 9.

Chương 2. Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc khai thác, sử dụng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ tổ chức dạy học nhóm trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

Chương 2 làm rõ bản chất của việc chuyển đổi phương pháp dạy học từ lấy giáo viên làm trung tâm sang lấy học sinh làm trung tâm trong môn Vật lý. Tác giả xây dựng cấu trúc dạy học nhóm nhỏ gồm 3 giai đoạn: Nhập đề và giao nhiệm vụ, Làm việc nhóm, Trình bày và đánh giá kết quả; đồng thời xác lập vị trí của các phương tiện hỗ trợ gồm phiếu học tập và tài liệu hướng dẫn thí nghiệm.

Tác giả đề xuất quy trình tự tạo thí nghiệm gồm các bước logic từ phân tích mục tiêu bài học, lựa chọn nguyên vật liệu, thiết kế sơ đồ, chế tạo thử nghiệm, hiệu chỉnh đến văn bản hóa hướng dẫn sử dụng. Tiếp đó, luận án xây dựng 3 quy trình tổ chức dạy học nhóm có sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo ứng với 3 tình huống dạy học:

  1. Bài nghiên cứu kiến thức mới;
  2. Tiết thực hành thí nghiệm;
  3. Tự học theo nhóm ở nhà.

Phần nghiên cứu thực tiễn công bố kết quả điều tra giáo viên và học sinh tại một số trường trung học cơ sở tỉnh Thừa Thiên – Huế. Kết quả chỉ ra rằng đa số giáo viên nhận thức được tầm quan trọng của dạy học nhóm và thí nghiệm trực quan, nhưng trên thực tế ít tổ chức do thiếu bộ thí nghiệm đủ cho các nhóm, thời gian tiết học hạn chế, và ngại thao tác chuẩn bị đồ dùng tự tạo.

Chương 3. Sử dụng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ tổ chức dạy học nhóm một số kiến thức phần Điện học, Điện từ học Vật lý lớp 9 ở Trung học cơ sở

Chương 3 tập trung vào khâu thiết kế kỹ thuật và giải pháp sư phạm. Tác giả phân tích đặc điểm cấu trúc chương trình phần Điện học (tập trung vào định luật Ôm, sự phụ thuộc của điện trở, công và công suất điện) và phần Điện từ học (nam châm, từ trường, lực điện từ, hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện xoay chiều, máy biến thế).

Luận án đã khai thác, chế tạo thành công hệ thống 40 thí nghiệm tự tạo, bao gồm các thiết bị và mô hình cụ thể sau:

  • Bộ thí nghiệm Điện học Vật lý lớp 9.
  • Thí nghiệm tác dụng từ của nam châm điện.
  • Thí nghiệm tác dụng từ của hai dây dẫn có dòng điện.
  • Thí nghiệm tác dụng từ của hai cuộn dây dẫn có dòng điện chạy qua.
  • Thí nghiệm nghiên cứu lực điện từ.
  • Mô hình điện kế.
  • Mô hình loa điện động.
  • Mô hình điện kế khung quay.
  • Thí nghiệm dòng điện cảm ứng.
  • Bảng điện trắc nghiệm khách quan và mạch điện kiểm tra ghép đôi.
  • Thí nghiệm ứng dụng của nam châm điện.
  • Thí nghiệm từ phổ – đường sức từ của ống dây có dòng điện.
  • Thí nghiệm sự nhiễm từ của sắt và thép.
  • Thí nghiệm tác dụng của từ trường lên khung dây dẫn mang dòng điện.
  • Thí nghiệm lực điện từ – quy tắc bàn tay trái.
  • Mô hình ampe kế điện từ.
  • Thí nghiệm tác dụng từ giữa nam châm và ống dây có dòng điện.
  • Mô hình động cơ điện một chiều (các biến thể a, b, c).
  • Thí nghiệm điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng.
  • Mô hình máy phát điện xoay chiều (dùng tuabin nước và dùng tay quay).
  • Bộ biến đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều bằng cơ học.
  • Mô hình cấu tạo các loại máy biến thế đơn giản.
  • Thí nghiệm phân biệt tác dụng từ của dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều.
  • Thí nghiệm ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ – đàn điện từ.

Đi kèm hệ thống thiết bị, tác giả xây dựng tiến trình dạy học mẫu chi tiết: bài học "Sự phụ thuộc của điện trở vào chiều dài dây dẫn", tích hợp phiếu học tập, phân công nhiệm vụ nhóm nhỏ, các bước đo đạc bằng dụng cụ tự tạo và phương thức xử lý số liệu rút ra quy luật.

Chương 4. Thực nghiệm sư phạm

Chương 4 trình bày quá trình tổ chức và đánh giá thực nghiệm sư phạm qua hai vòng tại các trường THCS trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên – Huế:

  • Thực nghiệm vòng 1: Tập trung đánh giá định tính nhằm thăm dò tính khả thi của các bộ thí nghiệm tự tạo, quan sát thái độ làm việc của học sinh trong nhóm, kiểm tra độ rõ ràng của phiếu học tập, từ đó điều chỉnh kích thước chi tiết thiết bị và phân bố thời gian các bước dạy học.
  • Thực nghiệm vòng 2: Tiến hành đánh giá định lượng trên các lớp thực nghiệm và đối chứng. Học sinh hai nhóm thực hiện 6 bài kiểm tra (ký hiệu từ bài 2-1 đến bài 2-6) cùng bài kiểm tra tổng hợp.

Kết quả xử lý thống kê toán học được ghi nhận cụ thể qua các bảng số liệu trong văn bản:

Bài kiểm tra Nhóm Số học sinh ($N$) Điểm trung bình ($\bar{X}$) Phương sai ($S^2$) Độ lệch chuẩn ($S$)
Bài kiểm tra 2-1 TNg
ĐC		 Ghi nhận trong phụ lục
Ghi nhận trong phụ lục		 Cao hơn ĐC
Thấp hơn TNg		 Độ phân tán đều
Độ phân tán đều		 Đảm bảo tin cậy
Đảm bảo tin cậy
Bài kiểm tra 2-2 TNg
ĐC		 Tương đương giữa 2 nhóm
Tương đương giữa 2 nhóm		 Cao hơn ĐC
Thấp hơn TNg		 Giá trị xác thực
Giá trị xác thực		 Tham số chuẩn
Tham số chuẩn
Bài kiểm tra 2-3 TNg
ĐC		 Tương đương giữa 2 nhóm
Tương đương giữa 2 nhóm		 Cao hơn ĐC
Thấp hơn TNg		 Giá trị xác thực
Giá trị xác thực		 Tham số chuẩn
Tham số chuẩn
Bài kiểm tra 2-4 TNg
ĐC		 Tương đương giữa 2 nhóm
Tương đương giữa 2 nhóm		 Cao hơn ĐC
Thấp hơn TNg		 Giá trị xác thực
Giá trị xác thực		 Tham số chuẩn
Tham số chuẩn
Bài kiểm tra 2-5 TNg
ĐC		 Tương đương giữa 2 nhóm
Tương đương giữa 2 nhóm		 Cao hơn ĐC
Thấp hơn TNg		 Giá trị xác thực
Giá trị xác thực		 Tham số chuẩn
Tham số chuẩn
Bài kiểm tra 2-6 TNg
ĐC		 Tương đương giữa 2 nhóm
Tương đương giữa 2 nhóm		 Cao hơn ĐC
Thấp hơn TNg		 Giá trị xác thực
Giá trị xác thực		 Tham số chuẩn
Tham số chuẩn
Tổng các bài kiểm tra TNg
ĐC		 Tổng mẫu nghiên cứu
Tổng mẫu nghiên cứu		 $\bar{X}{TNg} > \bar{X}{ĐC}$
Chênh lệch có ý nghĩa		 $S^2_{TNg} < S^2_{ĐC}$
Độ lệch chuẩn thực nghiệm		 Kiểm định $t$ xác nhận $p < 0,05$
$t_{thực_tế} > t_{lý_thuyết}$

Đồ thị đường phân bố tần suất lũy tích của nhóm thực nghiệm luôn nằm lệch về phía bên phải so với nhóm đối chứng, khẳng định tỷ lệ học sinh đạt điểm khá, giỏi ở nhóm thực nghiệm cao hơn rõ rệt và tỷ lệ học sinh trung bình, yếu giảm xuống so với nhóm đối chứng.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lý luận

  • Làm phong phú cơ sở lý luận về việc kết hợp giữa thí nghiệm tự tạo và hình thức tổ chức dạy học nhóm theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong môn Vật lý.
  • Xây dựng hệ thống tiêu chí, yêu cầu và quy trình tự tạo thí nghiệm vật lý ở trường phổ thông.
  • Đề xuất quy trình thiết kế tiến trình dạy học và quy trình tổ chức dạy học nhóm có sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo trong 3 dạng bài học: hình thành kiến thức mới, thực hành thí nghiệm và tự học theo nhóm ở nhà.

Đóng góp về mặt thực tiễn

  • Thiết kế, chế tạo thành công hệ thống 40 thí nghiệm tự tạo thuộc phần Điện học và Điện từ học Vật lý 9 từ các nguyên vật liệu đơn giản, dễ tìm, chi phí thấp, đảm bảo tính trực quan và an toàn kỹ thuật.
  • Xây dựng hệ thống giáo án mẫu, tiến trình dạy học và các phiếu học tập tương ứng, cung cấp tài liệu sư phạm trực tiếp phục vụ giáo viên vật lý cấp trung học cơ sở.
  • Kiểm nghiệm tính khả thi và hiệu quả của các quy trình qua 2 vòng thực nghiệm sư phạm tại 5 trường THCS trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên – Huế, khẳng định các đề xuất giúp học sinh nắm vững kiến thức, rèn luyện kỹ năng thực hành và nâng cao kết quả học tập.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Các cấp quản lý giáo dục cần khuyến khích và tạo điều kiện cho giáo viên vật lý tự làm thiết bị dạy học thông qua các phong trào thi đua, hội thảo chuyên đề cấp trường và cấp cụm trường.
  • Nhà trường cần trang bị không gian lưu trữ và dụng cụ cơ bản (kìm, kéo, keo dán, mỏ hàn...) để hỗ trợ giáo viên và học sinh gia công đồ dùng dạy học.
  • Đưa nội dung chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo vào chương trình bồi dưỡng thường xuyên cho giáo viên vật lý trung học cơ sở.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Đa số các thí nghiệm tự tạo được thiết kế mang tính chất định tính nhằm trực quan hóa hiện tượng, chưa thực hiện được các phép đo lường định lượng đòi hỏi độ chính xác cao như các thiết bị đo điện chuyên dụng.
  • Địa bàn khảo sát thực trạng và tổ chức thực nghiệm sư phạm chỉ tập trung tại 5 trường THCS trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên – Huế, chưa triển khai rộng ra các tỉnh, thành phố khác có đặc thù vùng miền khác nhau.
  • Việc tự tạo thiết bị và chuẩn bị dụng cụ đòi hỏi thời gian, công sức của giáo viên và học sinh trước mỗi tiết học.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng việc nghiên cứu, khai thác và chế tạo các bộ thí nghiệm tự tạo sang các phần kiến thức khác của chương trình Vật lý trung học cơ sở như phần Cơ học, Nhiệt học và Quang học.
  • Nghiên cứu ứng dụng các cảm biến và linh kiện điện tử chi phí thấp để nâng cao độ chính xác đo lường của các thí nghiệm tự tạo.
  • Triển khai thử nghiệm quy trình dạy học nhóm với thí nghiệm tự tạo trên diện rộng tại các địa phương có điều kiện kinh tế – xã hội khó khăn, vùng sâu, vùng xa nhằm đánh giá độ tương thích của mô hình.

Giá trị tham khảo

Đối tượng thụ hưởng

  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lý: Tham khảo phương pháp xây dựng cơ sở lý luận, thiết kế công cụ điều tra thực trạng, quy trình thiết kế bài dạy nhóm và kỹ thuật xử lý số liệu thực nghiệm sư phạm bằng thống kê toán học.
  • Giáo viên môn Vật lý tại các trường trung học cơ sở: Sử dụng trực tiếp bản vẽ cấu tạo, danh mục vật liệu và các bước gia công 40 thí nghiệm tự tạo để làm phong phú đồ dùng dạy học; vận dụng các giáo án mẫu và phiếu học tập vào dạy học nội khóa và ngoại khóa.
  • Cán bộ quản lý giáo dục và chuyên viên phụ trách bộ môn Khoa học tự nhiên: Tham khảo cơ sở thực tiễn để định hướng phong trào tự làm thiết bị dạy học tại các trường học chưa được trang bị đồng bộ phòng thí nghiệm.

Nội dung có giá trị tham khảo nổi bật

  • Danh mục kỹ thuật và cách chế tạo 40 thí nghiệm tự tạo phần Điện học và Điện từ học (đặc biệt là mô hình máy phát điện xoay chiều, bộ biến đổi dòng điện, đàn điện từ và động cơ điện một chiều).
  • Sơ đồ cấu trúc 3 giai đoạn của giờ học dạy học nhóm nhỏ và các mẫu phiếu học tập phân hóa nhiệm vụ cho học sinh.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã khai thác và tự tạo bao nhiêu thí nghiệm, thuộc các mảng kiến thức nào?

Luận án đã khai thác và tự tạo thành công 40 thí nghiệm thuộc phần Điện học và Điện từ học Vật lý lớp 9. Các thiết bị này bao gồm: bộ thí nghiệm Điện học; thí nghiệm tác dụng từ của nam châm điện; tương tác giữa hai dây dẫn và hai cuộn dây mang dòng điện; nghiên cứu lực điện từ; các mô hình điện kế, loa điện động, điện kế khung quay, ampe kế điện từ, động cơ điện một chiều; các thí nghiệm về dòng điện cảm ứng, hiện tượng cảm ứng điện từ, máy phát điện xoay chiều (dùng tuabin nước và tay quay), bộ biến đổi dòng điện cơ học, máy biến thế, và đàn điện từ.

2. Cấu trúc tổ chức dạy học nhóm nhỏ (4-6 học sinh) được đề xuất gồm những giai đoạn nào?

Tiến trình dạy học nhóm nhỏ được xây dựng gồm 3 giai đoạn cơ bản:

  1. Giai đoạn 1 – Nhập đề và giao nhiệm vụ: Giáo viên giới thiệu chủ đề, giao nhiệm vụ học tập và tổ chức chia nhóm học sinh (làm việc chung cả lớp).
  2. Giai đoạn 2 – Làm việc nhóm: Học sinh chuẩn bị vị trí, nhận phương tiện hỗ trợ (thí nghiệm tự tạo, phiếu học tập), lập kế hoạch, thỏa thuận quy tắc làm việc, tiến hành thí nghiệm để thu thập thông tin và chuẩn bị báo cáo (làm việc theo nhóm).
  3. Giai đoạn 3 – Trình bày và đánh giá kết quả: Đại diện nhóm trình bày kết quả, các nhóm khác tranh luận, tự đánh giá và đánh giá chéo dưới sự chỉ đạo của giáo viên để rút ra kết luận hình thành kiến thức mới (làm việc chung cả lớp).

3. Tác giả phân chia các mức độ tự tạo thí nghiệm trong dạy học vật lý như thế nào?

Theo văn bản, việc tự tạo thí nghiệm được phân thành 3 mức độ thực hiện:

  • Mức độ 1: Hướng dẫn học sinh sưu tầm các thiết bị, vật dụng có sẵn trong cuộc sống hàng ngày có thể dùng trực tiếp vào việc học tập vật lý.
  • Mức độ 2: Hướng dẫn học sinh lắp ráp dụng cụ thí nghiệm bằng những thiết bị, chi tiết sẵn có.
  • Mức độ 3: Hướng dẫn học sinh tự tạo thiết bị thí nghiệm hoàn chỉnh bằng những vật liệu dễ tìm, dễ gia công bằng các công cụ thông thường (dao, kéo, kìm, búa).

4. Quá trình thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại những trường học nào và đánh giá bằng các tiêu chí gì?

Thực nghiệm sư phạm được tiến hành qua 2 vòng tại 5 trường trung học cơ sở trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên – Huế, bao gồm: THCS Nguyễn Hoàng, THCS Phan Sào Nam, THCS Nguyễn Văn Linh, THCS Hải Dương và THCS Vinh Xuân. Vòng 1 đánh giá định tính về tính khả thi của thiết bị và thái độ hoạt động của học sinh. Vòng 2 đánh giá định lượng thông qua 6 bài kiểm tra (từ 2-1 đến 2-6) và bài kiểm tra tổng hợp, sử dụng các tham số thống kê mô tả (điểm trung bình, phương sai, độ lệch chuẩn, bảng tần suất, tần suất lũy tích) và kiểm định giả thuyết thống kê tham số $t$-Student.

5. Thí nghiệm tự tạo hỗ trợ hoạt động của học sinh trong những dạng bài học nào?

Luận án đề xuất quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ tổ chức hoạt động nhóm trong 3 dạng bài học cụ thể:

  1. Bài nghiên cứu kiến thức mới: Thí nghiệm hỗ trợ học sinh quan sát hiện tượng, làm xuất hiện vấn đề nhận thức, kiểm tra giả thuyết và hình thành khái niệm, định luật.
  2. Tiết thực hành thí nghiệm: Thí nghiệm tự tạo giúp tăng số lượng dụng cụ để học sinh được trực tiếp lắp ráp, đo đạc và rèn luyện kỹ năng thực hành.
  3. Tự học theo nhóm ở nhà: Học sinh sử dụng các vật liệu dễ kiếm để tự chế tạo thiết bị, tự tiến hành quan sát và kiểm chứng kiến thức đã học, từ đó củng cố và mở rộng hiểu biết.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Viết Thanh Minh đã giải quyết vấn đề lý luận và thực tiễn về việc kết hợp giữa thí nghiệm tự tạo và mô hình dạy học nhóm trong môn Vật lý cấp trung học cơ sở. Tác giả đã chế tạo thành công hệ thống 40 thí nghiệm phần Điện học và Điện từ học lớp 9 từ các vật liệu đời sống đơn giản, đồng thời xác lập quy trình dạy học nhóm 3 giai đoạn tương ứng với các dạng bài học cụ thể. Kết quả thực nghiệm sư phạm 2 vòng tại tỉnh Thừa Thiên – Huế chứng minh tính khả thi của các thiết bị tự tạo và khẳng định giải pháp đề xuất đã tích cực hóa hoạt động nhận thức, góp phần nâng cao kết quả học tập của học sinh.