Luận án tiến sĩ phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho sinh viên ngành sư phạm vật lí

Luận án tiến sĩ nghiên cứu phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho sinh viên ngành sư phạm vật lí, nâng cao chất lượng đào tạo.

• Tác giả: Lê Văn Vinh
• Người hướng dẫn: Nguyễn Quang Lạc
• Trường học: Trường Đại học Vinh
• Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
• Đề tài: Phát Triển Năng Lực Sử Dụng Thí Nghiệm Trong Dạy Học Cho Sinh Viên Sư Phạm Vật Lý
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Nghệ An

Tóm tắt

I. Phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm trong dạy học

Phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm là một yếu tố quan trọng trong đào tạo sinh viên sư phạm Vật lý. Nghiên cứu này tập trung vào việc nâng cao kỹ năng thực hành và phương pháp giảng dạy thông qua việc sử dụng thí nghiệm. Năng lực sử dụng thí nghiệm không chỉ bao gồm khả năng thực hiện thí nghiệm mà còn liên quan đến việc tích hợp thí nghiệm vào quá trình dạy học một cách hiệu quả. Điều này đòi hỏi sinh viên phải nắm vững kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành, đồng thời phát triển khả năng sáng tạo trong việc thiết kế và sử dụng thí nghiệm.

1.1. Khái niệm và cấu trúc năng lực sử dụng thí nghiệm

Năng lực sử dụng thí nghiệm được định nghĩa là khả năng vận dụng kiến thức, kỹ năng và thái độ để thực hiện và tích hợp thí nghiệm vào quá trình dạy học. Cấu trúc của năng lực này bao gồm ba nhóm chính: kiến thức chuyên môn, kỹ năng thực hành, và khả năng sáng tạo. Kiến thức chuyên môn giúp sinh viên hiểu rõ nguyên lý và mục đích của thí nghiệm. Kỹ năng thực hành đảm bảo sinh viên có thể thực hiện thí nghiệm một cách chính xác. Khả năng sáng tạo cho phép sinh viên thiết kế và cải tiến thí nghiệm phù hợp với mục tiêu dạy học.

1.2. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý

Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc giúp học sinh hiểu sâu các khái niệm Vật lý. Sử dụng thí nghiệm trong dạy học không chỉ giúp minh họa lý thuyết mà còn kích thích học tập tích cực và phát triển tư duy khoa học. Đối với sinh viên sư phạm Vật lý, việc thành thạo sử dụng thí nghiệm là yếu tố then chốt để nâng cao chất lượng giảng dạy. Nghiên cứu này nhấn mạnh sự cần thiết của việc đào tạo kỹ năng thí nghiệm để đáp ứng yêu cầu của giáo dục hiện đại.

II. Phương pháp và biện pháp phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm

Nghiên cứu đề xuất các phương pháp giảng dạy và biện pháp thực tiễn để phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm cho sinh viên sư phạm Vật lý. Các biện pháp bao gồm tăng cường hoạt động seminar, thiết kế và sử dụng thí nghiệm tự làm, đa dạng hóa hình thức kiểm tra đánh giá, và xây dựng website hỗ trợ dạy học. Những biện pháp này nhằm mục đích tạo môi trường học tập tích cực, giúp sinh viên phát triển toàn diện kỹ năng thí nghiệm và khả năng ứng dụng vào thực tiễn giảng dạy.

2.1. Tăng cường hoạt động seminar và thí nghiệm tự làm

Hoạt động seminar được coi là phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm. Seminar giúp sinh viên trao đổi kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm và thảo luận về các vấn đề liên quan đến thí nghiệm. Bên cạnh đó, việc thiết kế và sử dụng thí nghiệm tự làm khuyến khích sinh viên phát huy tính sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề. Quy trình chế tạo thí nghiệm tự làm bao gồm các bước từ thiết kế, lắp ráp đến thử nghiệm và đánh giá hiệu quả.

2.2. Đa dạng hóa hình thức kiểm tra đánh giá

Để đánh giá năng lực sử dụng thí nghiệm, nghiên cứu đề xuất đa dạng hóa các hình thức kiểm tra đánh giá. Các hình thức này bao gồm đánh giá quá trình, đánh giá kết quả thực hành, và đánh giá khả năng tích hợp thí nghiệm vào bài giảng. Việc đánh giá toàn diện giúp sinh viên nhận thức rõ điểm mạnh và điểm yếu của mình, từ đó có kế hoạch cải thiện và phát triển kỹ năng.

III. Thực nghiệm sư phạm và đánh giá hiệu quả

Nghiên cứu tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của các biện pháp đề xuất. Kết quả thực nghiệm cho thấy các biện pháp này có tác động tích cực đến việc phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm của sinh viên sư phạm Vật lý. Sinh viên tham gia thực nghiệm có sự tiến bộ rõ rệt trong kỹ năng thực hành và khả năng tích hợp thí nghiệm vào bài giảng. Điều này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của các biện pháp trong việc nâng cao chất lượng đào tạo giáo viên Vật lý.

3.1. Kết quả thực nghiệm và phân tích định tính

Kết quả thực nghiệm được phân tích dựa trên các tiêu chí đánh giá về kỹ năng thực hành, khả năng sáng tạo, và hiệu quả giảng dạy. Phân tích định tính cho thấy sinh viên tham gia thực nghiệm có khả năng vận dụng thí nghiệm một cách linh hoạt và sáng tạo hơn so với nhóm đối chứng. Điều này chứng tỏ các biện pháp đề xuất đã phát huy hiệu quả trong việc phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm.

3.2. Đánh giá định lượng và kết luận

Phân tích định lượng dựa trên điểm số và kết quả đánh giá cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng. Nhóm thực nghiệm đạt điểm số cao hơn trong các bài kiểm tra thực hành và đánh giá khả năng giảng dạy. Kết quả này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu và góp phần vào việc nâng cao chất lượng giáo dục trong đào tạo giáo viên Vật lý.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu. Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí của sinh viên. Đề xuất và triển khai các biện pháp phát triển năng lực sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho sinh viên sư phạm Vật lí.

Thực nghiệm sư phạm. 6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Các nghiên cứu về năng lực và năng lực sử dụng thí nghiệm trong dạy học 1. Năng lực Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về NL, cụ thể như: - Theo Từ điển Tiếng Việt NL là PC tâm lí và sinh lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một hoạt động nào đó với một chất lượng được đảm bảo theo các tiêu chí đã được đề ra [65].

NL có thể hiểu một cách đơn giản là khả năng, điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên sẵn có để con người có thể thực hiện một hoạt động nào đó. NL được gắn liền với những PC về trí nhớ, trí tuệ, tính nhạy cảm, tính cách của cá nhân. NL của mỗi cá nhân được thể hiện theo các mức độ thông thạo khác nhau, tức là cách mà người đó thực hiện được thành thục và chắc chắn một hay một số dạng hoạt động nào đó. NL hông phải là bẩm sinh mà có, nhưng nó được phát triển trên cơ sở năng hiếu, đó là ết quả của phát triển xã hội và của con người.

Rudich, NL là quá trình vận dụng các kiến thức, kỹ năng và ỹ xảo để thực hiện hiệu quả một hoạt động nhất định, nó được chi phối bởi tính chất tâm lý của con người [54]. Tác giả Trần Trọng Thủy và Nguyễn Quang Uẩn nhận định: NL là kết quả tốt mà con người đạt được thông qua quá trình hoạt động, đó là tổng hợp những thuộc tính riêng biệt của cá nhân phù hợp với những yêu cầu đặc trưng của một hoạt động nhất định, đảm bảo với các yêu cầu của vấn đề đặt ra [62]. - Xavier Roegiers cho rằng NL là kết quả của sự kết hợp những kiến thức để thực hiện trong tình huống cụ thể, đáp ứng với tình huống đó một cách tích hợp và tự nhiên [53]. - Theo Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường: “NL là một thuộc tính tâm lí phức hợp, là điểm hội tụ của nhiều yếu tố như iến thức, kỹ năng, ỹ xảo, kinh 7 nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm đạo đức” [37].

- Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế (OECD) cho rằng NL là khả năng thực hiện thành công nhiệm vụ của mỗi cá nhân, đáp ứng các yêu cầu phức hợp và được đặt trong các bối cảnh cụ thể [71]. - Jonh Erpenbek cho rằng NL được xây dựng trên cơ sở kiến thức, thiết lập qua giá trị như là các hả năng, hình thành qua trải nghiệm, củng cố qua kinh nghiệm, hiện thực hóa qua ý chí [37]. Đối với Barnert, NL là một tập hợp các kiến thức, kỹ năng và thái độ phù hợp với một hoạt động thực tiễn [21]. - Để khẳng định tính hành động của NL, Howard Gardner khẳng định NL phải được thể hiện thông qua hoạt động có kết quả và có thể đánh giá hoặc đo được [68].

Nhà tâm lí học người pháp Denys Tremblay quan niệm rằng NL là khả năng hành động, đạt được thành công và chứng minh sự tiến bộ nhờ vào khả năng huy động, đạt được thành công và chứng minh sự tiến bộ nhờ vào khả năng huy động vận dụng hiệu quả nhiều nguồn lực tích hợp của cá nhân khi giải quyết các vấn đề của cuộc sống [72]. Như vậy, dù có nhiều cách diễn đạt khái niệm NL hác nhau, tuy nhiên đa số các khái niệm này đều có một điểm chung là đề cập đến kiến thức, kỹ năng và khả năng vận dụng các kiến thức, kỹ năng này để giải quyết các vấn đề gặp phải. Từ đó, chúng tôi xin đưa ra hái niệm NL như sau: NL là điểm hội tụ của nhiều yếu tố như kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo, thái độ, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm. Nó là một thuộc tính tâm lí con người hết sức phức tạp.

Năng lực sử dụng thí nghiệm trong dạy học NL sử dụng TN trong dạy học đã được rất nhiều tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến. - Tác giả Josephy đánh giá hoạt động thực nghiệm trong Vật lí bao gồm 4 quy trình: Lập kế hoạch (thiết kế TN, nâng cao và làm sáng tỏ vấn đề); Thực hiện (quan sát, thao tác, thu thập dữ liệu); Diễn giải (xử lí dữ liệu, đưa ra suy 8 luận, dự đoán và giải thích); Giao tiếp (báo cáo, nhận thông tin), không có hệ thống phân cấp hay trình tự nào được ngụ ý bằng cách trình bày các quy trình và NL theo thứ tự cụ thể này [69]. - Tác giả Millar đã xác định hoạt động thực hành (Practical work) bao gồm mọi hoạt động liên quan đến việc quan sát và thao tác tác động vào các đối tượng mà ta nghiên cứu. Hoạt động thực hành bao gồm cả hoạt động trong phòng TN lẫn các hoạt động ở nhà.

Hoạt động thực hành cho phép học sinh (HS) hành động theo phong cách của nhà khoa học [70]. - Tác giả Lin Zang chỉ ra rằng: Nhân tố về PPDH ảnh hưởng tới NL của học sinh (HS) trong việc vận dụng các kiến thức và kỹ năng trong tình huống quen thuộc khi sử dụng TN vào dạy học nhưng lại không cho sự khác biệt trong việc vận dụng trong tình huống mới [77]. - Theo Woolnough, việc dạy học có sử dụng TN ở các nước đang phát triển còn chưa được chú trọng thích đáng, cần tăng cường sử dụng TN vào dạy học hơn. Vì vậy, NL sử dụng TN của giáo viên phải được quan tâm một cách đặc biệt.

NL này có vai trò và ý nghĩa quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng dạy học Vật lí [76]. - Trong công trình nghiên cứu “Cấu trúc NL của người giáo viên vật lí tương lai” của Nguyễn Đức Thâm (1998), tác giả cho rằng cấu trúc NL sử dụng TN của người giáo viên vật lí tương lai cần đáp ứng được các yêu cầu như: + Xác định đúng vai trò của TN trong quá trình hoạt động nhận thức của HS; + Vận hành những thiết bị TN chủ yếu thường dùng ở phổ thông; + Sử dụng TN vào dạy học; + Thiết ế phương án TN; + Chế tạo những thiết bị, dụng cụ đơn giản phục vụ dạy học [57]. - Theo Lý Thị Thu Phương: Với tư cách là một NL nhận thức khoa học, NL thực nghiệm được hiểu là khả năng nghĩ ra (thiết kế) phương án thí nghiệm 9 (PATN) khả thi cho phép đề xuất hoặc kiểm tra những giả thuyết và thực hành được TN thành công để rút ra kết quả cần thiết. Trong công trình của mình, tác giả mới đề cập đến NL sử dụng TN để nghiên cứu, khảo sát, tác giả chưa đề cập đến việc giáo viên sử dụng thí nghiệm để tổ chức các hoạt động dạy học [48].

Theo tài liệu tập huấn Bộ Giáo dục và Đào tạo (2014), TN là một bước trong phương pháp hoa học dùng để phân định giữa mô hình khoa học hay giả thuyết. TN cũng được sử dụng để kiểm tra tính chính xác của một lí thuyết hoặc một giả thuyết mới để ủng hộ chúng hay bác bỏ chúng [6]. - Tác giả Nguyễn Văn Biên cho rằng NL thực nghiệm là một trong những NL quan trọng nhất của học sinh cần được hình thành và phát triển thông qua dạy học Vật lí. Tác giả cũng đã đưa ra các năng lực thành tố (NLTT) của NL thực nghiệm, nhưng mới dừng lại các NL thực nghiệm của học sinh [2].

Từ những công trình trên có thể thấy các tác giả có cách tiếp cận NL sử dụng TN giống như cách tiếp cận khái niệm NL. Các công trình cũng đề cập đến vai trò và tầm quan trọng của NL sử dụng TN trong dạy học. Tuy nhiên, NL này mới chỉ được tìm hiểu, làm rõ chủ yếu là các NL sử dụng TN trong nghiên cứu, khảo sát của giáo viên hoặc HS bao gồm: Xác định mục đích TN, thiết kế PATN (bao gồm lựa chọn công cụ TN, dự kiến cách tiến hành và thu thập số liệu trong quá trình thực nghiệm), tiến hành được TN (lắp ráp, bố trí tiến hành TN, thu thập kết quả TN), xử lí được số liệu và đánh giá được kết quả. Tóm lại: Các công trình trên đã làm sáng tỏ phần nào khái niệm NL và NL sử dụng TN.

Tuy nhiên, các công trình chưa đề cập một cách đầy đủ và hệ thống NL sử dụng TN vào tổ chức dạy học của giáo viên, chưa chỉ ra cấu trúc NL sử dụng TN vào tổ chức hoạt động dạy học. Những nghiên cứu về chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự làm trong dạy học Vật lí * Các nghiên cứu trên thế giới: - Chế tạo và sử dụng TNTL trong dạy học đã được nhiều nhà nghiên cứu lí 10 luận giáo dục quan tâm tới từ rất sớm, tiêu biểu có thể kể đến các nhà nghiên cứu giáo dục của Canada. Tổ chức “Les petis desbrouillads” đã tiên phong và đạt được nhiều thành tựu quan trọng về sử dụng các TNTL trong hoạt động dạy học, góp phần tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, nâng cao hiệu quả dạy học. Sau đó, nhiều quốc gia tiên tiến hác cũng đã chú trọng đến hướng nghiên cứu này nhằm nâng cao hiệu quả giáo dục như: Mĩ, Pháp, Đức, Trung Quốc.

Hội nghị quốc tế tại Trường Đại học Tổng Hợp Cairo, Ai Cập đã thảo luận những chuyên đề về việc chế tạo và sử dụng các thiết bị TN này vào dạy học. Những ưu nhược điểm của các loại TNTL trong nghiên cứu, khảo sát, tổ chức các hoạt động học tập. Vấn đề này cũng đã được tiến hành dưới sự bảo trợ của UNESCO thông qua triển khai các chương trình ở Châu Á và Châu Đại Dương như “Chương trình Canh Tân giáo dục để phát triển” dưới tiêu đề “Phát triển các thiết bị giáo dục rẻ tiền”. UNESCO đã xác định tầm quan trọng của việc chế tạo và sử dụng TN vào dạy học là một giải pháp đạt hiệu quả cao, cần nghiên cứu và áp dụng rộng rãi không chỉ ở những nước đang phát triển [73].

- Các tác giả Michael Vollmer và Klaus Peter Möllmann đã nghiên cứu về khái niệm, phân loại, vai trò của thí nghiệm tự làm trong dạy học vật lí. Tuy nhiên, các tác giả chưa đi sâu vào hai thác trong quá trình dạy học cụ thể [75]. - Việc sử dụng TN trong DHVL đã được các nhà khoa học giáo dục Nga như L.