Luận án về phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học điện học và điện từ

Luận án nghiên cứu phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học điện học, nâng cao hiệu quả giáo dục vật lý trung học phổ thông.

• Trường học: Trường trung học phổ thông
• Chuyên ngành: Vật lí
• Đề tài: Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học điện học và điện từ
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các nghiên cứu về năng lực, năng lực thực nghiệm
• 1.1.1. Các nghiên cứu về năng lực
• 1.1.1.1. Khái niệm năng lực
• 1.1.2. Các nghiên cứu năng lực ở Việt Nam
• 1.1.3. Cấu trúc năng lực
• 1.1.4. Các loại năng lực
• 1.2. Năng lực thực nghiệm của học sinh phổ thông
• KẾT LUẬN
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phát triển năng lực thực nghiệm trong dạy học điện học

Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học điện học và điện từ là một vấn đề quan trọng trong giáo dục hiện đại. Chương trình giáo dục phổ thông mới đã nhấn mạnh việc hình thành và phát triển năng lực cho học sinh, đặc biệt là trong các môn học khoa học tự nhiên như Vật lý. Việc áp dụng phương pháp dạy học tích cực, trong đó có phương pháp thực nghiệm, sẽ giúp học sinh không chỉ tiếp thu kiến thức mà còn phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn.

1.1. Khái niệm năng lực thực nghiệm trong giáo dục

Năng lực thực nghiệm được hiểu là khả năng vận dụng kiến thức và kỹ năng để thực hiện các thí nghiệm và giải quyết vấn đề. Theo các nghiên cứu, năng lực này không chỉ bao gồm kỹ năng thực hành mà còn cả khả năng tư duy phản biện và sáng tạo trong quá trình học tập.

1.2. Tầm quan trọng của dạy học điện học và điện từ

Dạy học điện học và điện từ không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp học sinh hiểu rõ hơn về các ứng dụng thực tiễn trong đời sống. Việc phát triển năng lực thực nghiệm trong môn học này sẽ giúp học sinh có khả năng áp dụng kiến thức vào thực tế, từ đó nâng cao chất lượng giáo dục.

II. Những thách thức trong việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học điện học và điện từ cũng gặp phải nhiều thách thức. Chương trình giáo dục hiện tại vẫn còn nhiều hạn chế, như việc thiếu thiết bị thí nghiệm, giáo viên chưa được đào tạo đầy đủ về phương pháp dạy học thực nghiệm, và sự thiếu hụt trong việc thiết kế bài học phù hợp.

2.1. Thiếu thiết bị và tài nguyên dạy học

Nhiều trường học vẫn chưa có đủ thiết bị thí nghiệm cần thiết để thực hiện các bài học thực nghiệm. Điều này gây khó khăn cho giáo viên trong việc truyền đạt kiến thức và phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh.

2.2. Đào tạo giáo viên chưa đáp ứng yêu cầu

Giáo viên dạy Vật lý cần được đào tạo bài bản về phương pháp dạy học thực nghiệm. Tuy nhiên, nhiều giáo viên vẫn chưa được trang bị đầy đủ kiến thức và kỹ năng cần thiết để áp dụng phương pháp này trong giảng dạy.

III. Phương pháp dạy học phát triển năng lực thực nghiệm hiệu quả

Để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học điện học và điện từ, cần áp dụng các phương pháp dạy học tích cực. Các phương pháp này không chỉ giúp học sinh tiếp thu kiến thức mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện.

3.1. Phương pháp thực nghiệm trong dạy học

Phương pháp thực nghiệm là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để phát triển năng lực thực nghiệm. Bằng cách thực hiện các thí nghiệm, học sinh có thể tự mình khám phá và hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý.

3.2. Tích hợp công nghệ trong dạy học

Việc tích hợp công nghệ vào dạy học sẽ giúp học sinh có cơ hội tiếp cận với các công cụ và thiết bị hiện đại. Điều này không chỉ nâng cao chất lượng dạy học mà còn giúp học sinh phát triển năng lực thực nghiệm một cách hiệu quả hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của năng lực thực nghiệm trong dạy học

Việc phát triển năng lực thực nghiệm không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn tạo ra những ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống. Học sinh có thể áp dụng kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề thực tiễn, từ đó nâng cao khả năng làm việc và sáng tạo.

4.1. Các thí nghiệm thực tế trong dạy học điện học

Các thí nghiệm thực tế trong dạy học điện học giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm lý thuyết. Việc thực hiện các thí nghiệm này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển năng lực thực nghiệm.

4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng

Nghiên cứu cho thấy việc áp dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học đã mang lại kết quả tích cực. Học sinh không chỉ tiếp thu kiến thức tốt hơn mà còn phát triển được kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy phản biện.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của dạy học thực nghiệm

Phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học điện học và điện từ là một nhiệm vụ quan trọng và cần thiết. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các phương pháp dạy học mới để nâng cao chất lượng giáo dục và đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động.

5.1. Định hướng phát triển giáo dục

Cần có những định hướng rõ ràng trong việc phát triển giáo dục, đặc biệt là trong các môn học khoa học tự nhiên. Việc phát triển năng lực thực nghiệm sẽ giúp học sinh có khả năng làm việc và sáng tạo trong môi trường hiện đại.

5.2. Tương lai của dạy học thực nghiệm

Tương lai của dạy học thực nghiệm sẽ phụ thuộc vào việc cải thiện cơ sở vật chất, đào tạo giáo viên và áp dụng công nghệ trong giảng dạy. Điều này sẽ tạo ra một môi trường học tập tích cực và hiệu quả cho học sinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề trên cơ sở các sự kiện thực nghiệm hoặc quan sát, đến khâu đề xuất giả thuyết, suy ra hệ quả có thể kiểm tra được bằng thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, xử lí kết quả và rút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu. Phương pháp thực nghiệm đã được Newton và sau ông các nhà vật lí như Ohm, Coulomb, Oersted, Faraday,… vận dụng trong nghiên cứu, cùng với những phương pháp lí thuyết đã đưa Vật lí học phát triển trong lịch sử. Đánh giá vai trò của thực nghiệm, Einstein đã viết: “Tất cả sự nhận thức về thế giới thực tại xuất phát từ thực nghiệm và hoàn thành bằng thực nghiệm” [1]. • Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí học hiện đại Sau thập niên 50 của thế kỉ XX cho đến nay, các nhà vật lí thực nghiệm có được nhiều phương tiện, kĩ thuật, hiện đại để nghiên cứu như: máy gia tốc hạt, lò 20 phản ứng hạt nhân, kĩ thuật chân không siêu cao, làm lạnh ở nhiệt độ thấp, kĩ thuật điện tử, các siêu máy tính,… Vì vậy các nhà vật lí thực nghiệm thực hiện nhiệm vụ là: thiết kế các PATN và thực hiện thí nghiệm với các phương tiện kĩ thuật hiện đại để có kết quả nghiên cứu mới, tìm các bằng chứng thực nghiệm cho các giả thuyết, tiên đề, lí thuyết mà các nhà vật lí lí thuyết đã xây dựng.

Cho nên phương pháp thực nghiệm đã có sự thay đổi. Phương pháp thực nghiệm trong vật lí học hiện đại gồm các khâu: - Xây dựng PATN (bao gồm ý tưởng thí nghiệm và thiết kế, chế tạo, lắp đặt thí nghiệm). - Thực hiện thí nghiệm thu thập kết quả. - Xử lí kết quả thí nghiệm.

Như vậy, phương pháp thực nghiệm là khâu tiến hành thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết đã có hoặc đo đạc đạt độ chính xác cao một đại lượng vật lí nào đó. Đây là cách hiểu phương pháp thực nghiệm theo nghĩa hẹp [54], [59]. Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí Để giúp HS có thể bằng hoạt động học của bản thân mà tái tạo, chiếm lĩnh được các kiến thức vật lí phỏng theo phương pháp thực nghiệm vật lí (theo nghĩa rộng), thường gồm các giai đoạn sau: Từ sự kiện khởi đầu → Làm nảy sinh vấn đề nghiên cứu (câu hỏi cần trả lời) → Đề xuất giả thuyết/dự đoán → Suy luận lô-gic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được bằng thí nghiệm → Thí nghiệm kiểm tra hệ quả [54], [59]. Trong giai đoạn thí nghiệm kiểm tra, gồm các hành động sau: - Thiết kế PATN.

- Lập kế hoạch thí nghiệm. - Bố trí thí nghiệm. - Tiến hành thí nghiệm thu thập dữ liệu. - Xử lí kết quả thí nghiệm và kết luận.

Trong chương trình môn học Vật lí ở trường phổ thông, các bài học mà HS tham gia đầy đủ các giai đoạn theo phương pháp thực nghiệm không nhiều. Đó là những bài mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự phân tích quá phức tạp và có thể kiểm tra giả thuyết bằng những thí nghiệm đơn giản, sử dụng những dụng 21 cụ đo lường mà HS đã quen thuộc. Nếu phối hợp phương pháp thực nghiệm với các phương pháp khác thì chúng ta cũng có thể tổ chức cho HS thực hiện được một số hành động của phương pháp thực nghiệm trong học tập vật lí theo các MĐ khác nhau. Những hành động, thao tác phổ biến trong hoạt động nhận thức vật lí của học sinh trung học phổ thông theo phương pháp thực nghiệm Trong hoạt động nhận thức vật lí theo phương pháp thực nghiệm của HS trung học phổ thông có những hành động, thao tác thường sử dụng [59], đó là: • Các hành động: (1) Quan sát, nhận biết những dấu hiệu đặc trưng của sự vật hiện tượng.

(2) Phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản. (3) Xác định những giai đoạn diễn biến của hiện tượng. (4) Bố trí một thí nghiệm để tác động vào tự nhiên tạo ra một hiện tượng trong những điều kiện xác định. (5) Đo một đại lượng vật lí.

(6) Thu thập thông tin từ quan sát, thí nghiệm. (7) Tìm các dấu hiệu giống nhau của các sự vật, hiện tượng. (8) Tìm tính chất chung của nhiều sự vật, hiện tượng cùng loại. (9) Tìm mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng.

(10) Lập đồ thị biểu diễn sự biến thiên của một đại lượng vật lí. (11) Tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học. (12) Đề xuất vấn đề nghiên cứu. (13) Nêu giả thuyết/dự đoán.

(14) Suy ra hệ quả từ giả thuyết. (15) Xây dựng PATN. (16) Tiến hành thí nghiệm. (17) Xử lí kết quả thí nghiệm.

(18) Diễn đạt, đánh giá kết quả thu được qua hành động. • Các thao tác vật chất: (1) Nhận biết bằng các giác quan. (2) Tác động lên các vật thể bằng dụng cụ như chiếu sáng, tác dụng lực, di chuyển, hơ nóng, làm lạnh, cọ xát, đặt vào một điện áp. 22 (3) Sử dụng dụng cụ đo.

(5) Thu thập tài liệu, số liệu thí nghiệm. (6) Thay đổi các điều kiện thí nghiệm. • Các thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, cụ thể hoá, suy luận quy nạp, suy luận diễn dịch, suy luận tương tự. Năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông trong học tập vật lí Dựa vào khái niệm năng lực của Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể (2018) và hoạt động nhận thức giải quyết vấn đề theo phương pháp thực nghiệm vật lí, chúng tôi đưa ra định nghĩa về năng lực thực nghiệm để nhận diện cấu trúc năng lực thực nghiệm, xây dựng thang đo đánh giá năng lực thực nghiệm của HS trung học phổ thông trong học tập môn Vật lí như sau: Năng lực thực nghiệm là thuộc tính tâm lí cá nhân được hình thành, phát triển qua quá trình học tập, rèn luyện, cho phép chủ thể có khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và thái độ của mình để giải quyết vấn đề bằng phương pháp thực nghiệm đạt kết quả mong muốn trong điều kiện cụ thể.

Cấu trúc năng lực thực nghiệm của học sinh trung học phổ thông trong học tập môn Vật lí Cấu trúc năng lực thực nghiệm theo nguồn hợp thành là tổ hợp các thành tố gồm có: kiến thức, kĩ năng và thái độ. - Thành tố kiến thức bao gồm: + Kiến thức vật lí gồm hiện tượng vật lí, đại lượng vật lí, định luật vật lí, ứng dụng kĩ thuật của vật lí và phương pháp thực nghiệm vật lí. + Kiến thức về thiết bị, về an toàn trong hoạt động thực nghiệm. + Kiến thức xử lí số liệu và kiến thức về sai số.

+ Kiến thức về biểu diễn số liệu dưới dạng bảng biểu, đồ thị. - Thành tố kĩ năng gồm các kĩ năng thực hiện thí nghiệm trong học tập vật lí như: Xây dựng PATN, bố trí thí nghiệm, thực hiện thí nghiệm. - Thành tố thái độ gồm: Trung thực, tích cực, cẩn thận, hợp tác,. Cấu trúc năng lực thực nghiệm theo nguồn hợp thành biểu diễn như sau: 23 Năng lực thực nghiệm Kĩ năng + Thiết kế PATN Kiến thức + Chế tạo dụng cụ + Kiến thức vật lí liên quan đến quá + Lựa chọn dụng cụ trình cần khảo sát + Bố trí thí nghiệm + Kiến thức về an toàn, về thiết bị + Thực hiện thí nghiệm + Kiến thức về xử lí số liệu, sai số + Sử dụng dụng cụ đo: hiệu chỉnh + Kiến thức về biểu diễn số liệu dụng cụ đo, đọc số liệu dưới dạng bảng biểu, đồ thị + Sửa chữa các sai hỏng thông thường + Quan sát diễn biến hiện tượng Thái độ + Ghi lại kết quả và thu thập số + Thái độ kiên nhẫn liệu + Thái độ trung thực + Biểu diễn kết quả bằng bảng + Thái độ cẩn thận biểu, đồ thị + Thái độ hợp tác + Tính toán sai số + Thái độ tích cực + Biện luận, trình bày kết quả + Kỷ luật lao động + Tự đánh giá cải tiến phép đo + Mô tả thí nghiệm và kết quả thí nghiệm Hình 2.

Cấu trúc của năng lực thực nghiệm [13, tr. 46] Theo các hành động chủ yếu của hoạt động giải quyết vấn đề bằng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí. Luận án xây dựng cấu trúc của năng lực thực nghiệm gồm có các năng lực thành tố và biểu hiện HV của mỗi năng lực thành tố được trình bày tại Bảng 2. Chúng tôi sử dụng mô hình cấu trúc năng lực thực nghiệm theo các năng lực thành tố ở Bảng 2.1 để thực hiện việc nghiên cứu phát triển năng lực thực nghiệm của HS trung học phổ thông trong môn học Vật lí.

Có thể thấy, năng lực thực nghiệm là sự kết hợp biện chứng giữa hoạt động tư duy và hoạt động thực nghiệm, gắn lí thuyết với thực tiễn, gắn học với hành trong học tập vật lí của HS. Chương trình môn Vật lí THPT 2018 [15] xác định: năng lực đặc thù (năng lực khoa học) trong mục tiêu giáo dục của môn Vật lí là năng lực vật lí, gồm ba thành phần: (1) Nhận thức vật lí, (2) Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí, (3) Vận dụng kiến thức kĩ năng vật lí vào thực tiễn. Như vậy, năng lực thực nghiệm thuộc thành phần thứ hai (2) của năng lực vật lí. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo các năng lực thành tố Năng lực thành tố Biểu hiện HV Đặt được câu hỏi về hiện tượng tự nhiên: Hiện tượng diễn ra như thế nào? Điều kiện xẩy ra hiện tượng là gì? Những 1.

Phát hiện vấn đề đại lượng nào mô tả được hiện tượng? Đo lường đại lượng đó như thế nào? Các đại lượng trong hiện tượng đó có mối quan hệ với nhau như thế nào? Vì sao lại có hiện tượng đó? 2. Đề xuất giả Nêu được ý tưởng giải quyết vấn đề/câu trả lời giả định thuyết/dự đoán cho vấn đề đặt ra. Suy ra hệ quả lô- Suy luận lô-gic, suy luận toán học từ giả thuyết/dự đoán có gic hệ quả kiểm tra được bằng thí nghiệm. Thiết kế sơ đồ thí nghiệm, mô tả sơ đồ, dụng cụ vật liệu thí 4.

Xây dựng PATN nghiệm, cách bố trí thí nghiệm, cách thu thập và xử lí số kiểm tra liệu thí nghiệm. Lựa chọn thiết bị, lắp đặt thí nghiệm, sử dụng dụng cụ đo 5. Bố trí thí nghiệm lường. Thực hiện thí Thực hiện thí nghiệm đúng quy trình, đạt hiệu quả, bảo nghiệm đảm an toàn.

Mô tả hiện tượng, đọc số liệu, ghi chép sắp xếp số liệu, 7.