Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục của tác giả Nguyễn Thanh Loan với đề tài "Tổ chức dạy học khám phá 'Thí nghiệm Vật lí đại cương' nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm" (Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí, Mã số: 9.11, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, năm 2023; Người hướng dẫn khoa học: PGS. Nguyễn Văn Biên và TS. Trần Ngọc Chất) giải quyết các vấn đề lí luận và thực tiễn trong đào tạo giáo viên Vật lí đáp ứng Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 (Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Theo Chương trình Giáo dục phổ thông 2018, mục tiêu giáo dục chuyển từ truyền thụ kiến thức sang phát triển phẩm chất và năng lực người học, đòi hỏi đổi mới đồng bộ công tác đào tạo sinh viên sư phạm (SVSP) tại các trường đại học. Các đề án của Bộ Giáo dục và Đào tạo như Đề án ETEP và Đề án chương trình Vật lí 2020 đều nhấn mạnh việc tăng cường năng lực thực nghiệm (NLTN) cho người học.

Khảo sát thực trạng tại Khoa Vật lí Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (học kì 1 năm học 2020–2021 trên SVSP năm thứ hai) chỉ ra những hạn chế điển hình:

  • Có 51,43% sinh viên cho rằng kĩ năng tiến hành thí nghiệm (TN) được phát triển nhiều nhất và 36,23% chọn kĩ năng xử lí dữ liệu; tuy nhiên, có tới 71,53% sinh viên đánh giá kĩ năng cải tiến, chế tạo dụng cụ thí nghiệm là không được phát triển.
  • Dạy học Thí nghiệm Vật lí đại cương (TNVLĐC) bị tách rời giữa lí thuyết và thực hành, thời lượng thực hành còn ít (5 tiết/tuần), dụng cụ cũ kĩ, thiếu đồng bộ.
  • Đa số bài thí nghiệm được thiết kế sẵn theo dạng "cầm tay chỉ việc", sinh viên chỉ thao tác theo tài liệu mẫu mà không được rèn luyện kĩ năng thiết kế phương án thí nghiệm (PATN), không lí giải được bản chất các bước tiến hành.
  • Khoảng trống nghiên cứu: Thiếu một khung cấu trúc NLTN đặc thù cho SVSP, thiếu quy trình và tiến trình tổ chức dạy học TNVLĐC theo hướng dạy học khám phá (DHKP) nhằm nâng cao NLTN cho SVSP.

Mục tiêu nghiên cứu

Từ cơ sở lí luận và thực tiễn về NLTN và DHKP trong dạy học TNVLĐC, luận án đề xuất quy trình tổ chức dạy học TNVLĐC theo DHKP và tiến trình DHKP TNVLĐC nhằm phát triển NLTN của sinh viên sư phạm.

Câu hỏi nghiên cứu

  1. NLTN của SVSP là như thế nào?
  2. Làm thế nào để xây dựng và tổ chức dạy học TNVLĐC nhằm phát triển NLTN của SVSP?
  3. Hiệu quả tổ chức DHKP TNVLĐC đem lại kết quả như thế nào? Liệu có nâng cao NLTN của SVSP hay không? Tác động DHKP phát triển được các CSHV nào của NLTN của SVSP? Những CSHV nào được phát triển nhiều nhất? Những CSHV nào không được phát triển? Lí giải tại sao?

Giả thuyết khoa học

Nếu đề xuất được quy trình cùng với tiến trình tổ chức dạy học TNVLĐC theo DHKP dựa trên cấu trúc NLTN của SVSP và thực hiện tổ chức dạy học như tiến trình đã thiết kế thì sẽ phát triển được NLTN của SVSP.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Sự phát triển NLTN của SVSP trong học tập TNVLĐC theo DHKP.
  • Phạm vi nghiên cứu: Quá trình học tập học phần TNVLĐC 1 (phần cơ – nhiệt) của sinh viên năm thứ hai khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước theo bốn nhóm nội dung chính:

  1. Khái niệm và cấu trúc năng lực, năng lực thực nghiệm:

    • Khái niệm năng lực: Các quan điểm coi năng lực là khả năng (OECD, 2002; P. Weinert, 2001) hoặc tổ hợp thuộc tính tâm lí/phẩm chất cá nhân (Từ điển Bách khoa Việt Nam; Từ điển tiếng Việt; Phạm Minh Hạc; Trần Trọng Thủy và Nguyễn Quang Uẩn; Nguyễn Xuân Thức; Chương trình GDPT tổng thể 2018).
    • Cấu trúc NLTN: Schreiber và cs (2009, 2012), Eickhorst và cs (2012), Etkina và cs (2006 - 7 thành tố "scientific abilities"), Philipp Bitzenbauer và Jan-Peter Meyn (2021 - 3 thành tố), H. Theyßen và cs (2014), Nguyễn Văn Biên và cs (2019 - 4 thành tố), Lý Thị Thu Phương, Xayparseut Vylaychit (2014), Josephy (2000).
    • Quy trình xây dựng cấu trúc năng lực: Nguyễn Văn Biên (2013), Đỗ Hương Trà (2015) với quy trình 4 bước.
  2. Dạy học phát triển NLTN cho sinh viên và học sinh:

    • Nghiên cứu quốc tế: Muhamad Imaduddin (sử dụng chu trình PDSA); Trna và Novak (sử dụng video, TN đơn giản, ICT); Quinn và cs (2018, 2020 - bộ công cụ PLIC gồm 10 câu hỏi đánh giá tư duy phản biện trong thực hành Vật lí trên 5.584 sinh viên tại 29 cơ sở giáo dục).
    • Nghiên cứu trong nước:
      • Cấp phổ thông: Phạm Ngọc Mạnh (2020 - phần Trường điện), Xaypaseuth Vylaychit (2014 - phần Nhiệt học lớp 8), Nguyễn Thị Thanh Thủy (2013), Phạm Thúy Diễm (2013), Lê Thị Quý (2013), Nguyễn Văn Biên (2013 - chuyên đề thí nghiệm mở 4 mức độ), Thân Thị Thanh Bình, Vũ Thị Minh Hạnh, Đặng Thị Quỳnh Mai, Phùng Thị Thái Hà, Trần Nhật Linh.
      • Cấp đại học/SVSP: Trần Thị Thanh Thư (2015 - rèn luyện kĩ năng thực hành trong Thực hành Vật lí đại cương), Ngô Văn Thiện (2018 - đánh giá NLTN sinh viên kĩ thuật), Nguyễn Thị Nhị (2014 - phát triển tính tự lực, sáng tạo và chế tạo dụng cụ), Phạm Kim Chung (2016 - phát triển kĩ năng sử dụng TN trong Thí nghiệm Vật lí phổ thông), Nguyễn Thị Diệu Linh và cs (2020 - đánh giá năng lực thiết kế PATN).
  3. Dạy học khám phá (DHKP) và Thí nghiệm khám phá (TNKP):

    • Jerome Bruner (1960 - khởi xướng DHKP trong The Process of Education), Ernst, Hodge và Yoshinobu (2017), Keselman (2003), Samia Khan (chu kì GEM: tạo ra, đánh giá, chỉnh sửa giả thuyết), Beck và cs (2014 - 3 mức độ: có hướng dẫn, mở, nghiên cứu), Yakar và Baykara (2014), Parappilly và cs (2013), Chatterjee và cs (2009 - 78% sinh viên thích TNKP có hướng dẫn).
    • Phân loại mức độ TNKP: Hegarty-Hazel (1986 - 5 mức độ: 0, 1, 2a, 2b, 3 quy về 3 mức: cấu trúc, có hướng dẫn, mở), Domin (1999 - 4 mức độ), Baseya và Francis (2008), Arslan (2014).
  4. Nghiên cứu về dạy học Thí nghiệm Vật lí đại cương:

    • Shi và cs (ứng dụng smartphone), Aşıksoy (thí nghiệm ảo), A. Biyikli (kĩ thuật mảnh ghép), Demircioglu (TNKP phần quang học), Kiều Thị Khánh (2017, 2018 - phát huy tính tự lực của sinh viên kĩ thuật).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Tổng quan tài liệu cho thấy:

  • Phần lớn các nghiên cứu về NLTN trước đây tập trung vào học sinh phổ thông hoặc sinh viên khối kĩ thuật, chưa có cấu trúc NLTN chuyên biệt cho SVSP Vật lí (đối tượng có yêu cầu đặc thù về năng lực sư phạm, thiết kế bài dạy và báo cáo/hướng dẫn người khác).
  • Chưa có công trình nào xây dựng chương trình TNVLĐC phần cơ – nhiệt theo mô hình DHKP với các mức độ tăng dần và đề xuất quy trình tổ chức dạy học hoàn chỉnh cho toàn khóa học cũng như cho từng bài học cụ thể.
Nội dung đối sánh Sinh viên sư phạm (SVSP) Sinh viên kĩ thuật
Mục đích đào tạo Học để dạy: xây dựng kế hoạch dạy học, tổ chức thực hành, kiểm tra đánh giá theo chuẩn nghề nghiệp giáo viên. Học để làm: thiết kế, vận hành, chế tạo và xây lắp sản phẩm kĩ thuật.
Phạm vi vận dụng Vừa thực hiện cho bản thân, vừa hướng dẫn học sinh thao tác, xử lí số liệu và xây dựng chủ đề thực hành. Vận dụng kiến thức, kĩ năng trực tiếp để giải quyết vấn đề kĩ thuật chuyên ngành.
Yêu cầu năng lực Đòi hỏi mức độ cao về thiết kế PATN, cải tiến dụng cụ, giải thích bản chất hiện tượng và trình bày/báo cáo khoa học. Tập trung vào thao tác chính xác, kĩ năng đo lường, phân tích số liệu và vận hành thiết bị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án định nghĩa: Năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức (kiến thức vật lí và kiến thức về thí nghiệm vật lí), kĩ năng, kĩ xảo với các thuộc tính tâm lí như hứng thú, niềm tin, ý chí để thực hiện thành công các nhiệm vụ thực nghiệm bao gồm 5 thành tố với 22 chỉ số hành vi (CSHV) trong một bối cảnh giáo dục và dạy học cụ thể.

Khung đánh giá chất lượng hành vi được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa:

  • Thang SOLO (Biggs & Collis): Đánh giá các hành vi hoạt động trí óc (xác định mục đích, thiết kế PATN, phân tích sai số, đánh giá) qua 3 mức độ (Đơn cấu trúc, Đa cấu trúc, Mở rộng trừu tượng).
  • Thang Dreyfus: Đánh giá các hành vi thao tác tay chân (bố trí, lắp ráp thiết bị, tiến hành đo đạc) qua 3 mức độ (Sơ khởi, Có kĩ năng, Tự chủ).

Cấu trúc NLTN của SVSP gồm 5 thành tố và 22 CSHV:

Thành tố NLTN Mã CSHV Tên chỉ số hành vi (CSHV)
1. Xác định mục đích thí nghiệm (3 CSHV) 1.1 Trình bày mục đích TN và vấn đề cần giải quyết
1.2 Thực hiện các suy luận logic để tìm được hệ quả cần kiểm nghiệm
1.3 Xác định đại lượng cần đo
2. Thiết kế phương án thí nghiệm (6 CSHV) 2.1 Xác định các dụng cụ cần sử dụng
2.2 Xác định cách lắp ráp, bố trí TN
2.3 Dự kiến các bước tiến hành TN
2.4 Dự kiến cách thu thập dữ liệu
2.5 Dự kiến cách xử lí dữ liệu
2.6 Lựa chọn phương án phù hợp
3. Bố trí và tiến hành thí nghiệm (4 CSHV) 3.1 Xác định các bộ phận của thiết bị thực tương ứng với phương án đã xây dựng
3.2 Lắp ráp, bố trí TN với thiết bị thực
3.3 Tiến hành TN theo các bước trong thiết kế với thiết bị thực
3.4 Thu thập dữ liệu
4. Xử lí dữ liệu và phân tích, đánh giá kết quả (7 CSHV) 4.1 Xử lí dữ liệu (định tính và định lượng)
4.2 Rút ra kết luận từ kết quả TN
4.3 Xác định nguyên nhân sai số
4.4 Đề xuất biện pháp giảm sai số
4.5 Đánh giá những ưu và nhược điểm của PATN
4.6 Đề xuất giải pháp cải tiến dụng cụ TN
4.7 Cải tiến dụng cụ TN (sửa chữa hoặc thiết kế/chế tạo mới)
5. Trình bày quá trình thí nghiệm và kết quả thí nghiệm (2 CSHV) 5.1 Lựa chọn cách biểu diễn dữ liệu phù hợp (bảng biểu, đồ thị)
5.2 Trình bày tiến trình và kết quả TN (báo cáo viết, thuyết trình)

Tiêu chí 3 mức độ chất lượng hành vi NLTN

  • Mức độ 1 (Tự lực thấp): Thực hiện hành vi đơn lẻ, rời rạc theo mẫu có sẵn dưới sự hướng dẫn hoàn toàn của giảng viên hoặc tài liệu hướng dẫn. Thao tác còn lúng túng, xử lí số liệu còn sai sót lớn.
  • Mức độ 2 (Tự lực trung bình): Thực hiện hành vi trong tình huống tương tự dưới sự hướng dẫn một phần của giảng viên; biết liên kết kiến thức để đề xuất điều chỉnh PATN, cải tiến một phần dụng cụ, thao tác chính xác, giảm được sai số.
  • Mức độ 3 (Tự lực cao): Tự lực hoàn toàn trong tình huống mới; tự phát hiện vấn đề, thiết kế PATN độc lập, logic, chế tạo/cải tiến dụng cụ mới, xử lí dữ liệu thuần thục và giải thích thấu đáo nguyên nhân sai số.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Phân tích, tổng hợp tài liệu về DHKP, NLTN để xây dựng khung lí luận, cấu trúc NLTN và quy trình dạy học.
  • Phương pháp khảo sát thực tiễn: Khảo sát thực trạng trên 88 SVSP năm thứ hai và 7 giảng viên; khảo sát tính khả thi trên 85 SVSP và 11 giảng viên tại Trường ĐHSP TP.HCM.
  • Phương pháp chuyên gia: Vận dụng quy trình Delphi qua 2 vòng tham vấn ý kiến 30 chuyên gia (gồm các nhà nghiên cứu lí luận dạy học Vật lí, giảng viên Vật lí đại cương, giáo viên phổ thông). Kết quả: 92,59% chuyên gia đồng ý với cấu trúc NLTN đề xuất.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Thực hiện 2 vòng TNSP (Lần 1: kiểm tra tính khả thi và độ tin cậy; Lần 2: kiểm định tác động sư phạm theo mô hình nhóm Thực nghiệm và nhóm Đối chứng).
  • Phương pháp thống kê toán học: Xử lí dữ liệu định lượng bằng phần mềm SPSS 20 (Kiểm định T-test độc lập, Paired Samples T-test, kiểm định phân phối chuẩn Kolmogorov-Smirnov và Shapiro-Wilk, phân tích biểu đồ Q-Q Plot, phân tích trung vị, trắc nghiệm PLIC).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lí luận về năng lực, cấu trúc năng lực và NLTN từ các tài liệu trong và ngoài nước. Luận án phân tích chi tiết sự khác biệt về yêu cầu chuẩn đầu ra giữa SVSP và sinh viên kĩ thuật, làm rõ vai trò của DHKP và TNKP trong giáo dục đại học. Phân tích tổng quan chỉ ra rằng TNKP giúp sinh viên chuyển từ việc học thụ động sang chủ động khám phá tiến trình, phương án và dụng cụ TN. Chương này xác định rõ 3 câu hỏi nghiên cứu và xác lập các khoảng trống cần giải quyết.

Chương 2: Cơ sở lí luận và thực tiễn về tổ chức dạy học khám phá "Thí nghiệm Vật lí đại cương" nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm

Chương 2 hoàn thiện định nghĩa và cấu trúc NLTN của SVSP gồm 5 thành tố, 22 CSHV và 3 mức độ chất lượng hành vi. Chương này trình bày:

  • Kết quả khảo sát thực trạng dạy học TNVLĐC tại Trường ĐHSP TP.HCM.
  • Cơ sở vận dụng mô hình ADDIE (Phân tích, Thiết kế, Phát triển, Thực hiện, Đánh giá) và quy trình Delphi 2 vòng để phát triển chương trình môn học.
  • Đề xuất 02 quy trình dạy học:
    1. Quy trình tổ chức dạy học khóa học TNVLĐC theo DHKP (4 bước: Phân tích mục tiêu/chuẩn đầu ra; Thiết kế chương trình và nhiệm vụ học tập theo mức độ khám phá; Tổ chức triển khai khóa học; Đánh giá và điều chỉnh).
    2. Quy trình tổ chức dạy học từng bài thí nghiệm theo DHKP (3 giai đoạn: Chuẩn bị trước giờ học; Thực hiện bài thí nghiệm trên lớp; Đánh giá và tổng kết sau giờ học).
  • Đề xuất Tiến trình DHKP TNVLĐC gồm 6 hoạt động học tập:
    1. Hoạt động 1: Xác định mục đích và vấn đề thí nghiệm.
    2. Hoạt động 2: Đề xuất phương án thí nghiệm (PATN).
    3. Hoạt động 3: Lựa chọn, kiểm tra và bố trí dụng cụ thí nghiệm.
    4. Hoạt động 4: Tiến hành thí nghiệm và thu thập dữ liệu.
    5. Hoạt động 5: Xử lí dữ liệu, phân tích sai số và rút ra kết luận.
    6. Hoạt động 6: Báo cáo, thảo luận và đề xuất cải tiến dụng cụ.

Chương 3: Thiết kế tiến trình dạy học khám phá "Thí nghiệm Vật lí đại cương" nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm

Chương 3 cụ thể hóa chương trình học phần TNVLĐC 1 (phần cơ – nhiệt) thành 9 bài thí nghiệm theo 3 mức độ khám phá tăng dần (Khám phá cấu trúc $\rightarrow$ Khám phá có hướng dẫn $\rightarrow$ Khám phá mở):

  • Phát triển mới 6 PATN và thiết bị thực nghiệm cho 4 bài thí nghiệm:
    • Bài 02 (Suất căng mặt ngoài của chất lỏng): Xây dựng 2 PATN (Phương pháp vòng kim loại với 2 loại vòng dày/mỏng; Phương pháp ống nhỏ giọt).
    • Bài 04 (Tỷ số nhiệt dung phân tử của chất khí): Xây dựng 1 PATN làm nóng chất khí trong điều kiện đẳng tích ($C_v$) và đẳng áp ($C_p$) sử dụng cảm biến Cobra 4 Sensor.
    • Bài 07 (Kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng - ĐLBTĐL): Xây dựng 2 PATN gắn với ứng dụng thực tế gồm: (1) Mô hình ván trượt và va chạm hai xe có tấm chắn sáng kết hợp cổng quang điện; (2) Phân tích chuyển động va chạm qua băng hình bằng phần mềm Tracker.
    • Bài 08 (Kiểm chứng lại ba định luật thực nghiệm của chất khí): Xây dựng 1 PATN kiểm chứng định luật Boyle-Mariotte, Gay-Lussac và Charles.
  • Cải tiến dụng cụ thí nghiệm cho 4 bài: Bài 01, Bài 02, Bài 03, Bài 07.
  • Xây dựng bộ công cụ đánh giá: Gồm hệ thống các Rubric định lượng, bảng kiểm hành vi cho từng bài học, nhật kí thí nghiệm và bộ câu hỏi trắc nghiệm chuẩn hóa PLIC thích ứng.
  • Thiết kế chi tiết 9 tiến trình dạy học DHKP tương ứng với 9 bài thực hành phần cơ – nhiệt.

Chương 4: Thực nghiệm sư phạm

Chương 4 trình bày quá trình và kết quả thực nghiệm sư phạm qua 2 giai đoạn:

  • TNSP lần 1: Kiểm tra tính khả thi của tiến trình dạy học, kiểm định độ tin cậy của cấu trúc NLTN và các công cụ đo lường; điều chỉnh, bổ sung CSHV 5.1 vào cấu trúc năng lực hoàn thiện.
  • TNSP lần 2: Triển khai trên nhóm Thực nghiệm (ThN) và nhóm Đối chứng (ĐC) đối với học phần TNVLĐC 1 tại Trường ĐHSP TP.HCM:
    • Phân tích định lượng: Điểm trung bình các CSHV của nhóm ThN cao hơn rõ rệt so với nhóm ĐC; kiểm định T-test độc lập và Paired Samples T-test cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ($p < 0,05$); điểm bài kiểm tra PLIC và điểm thi kết thúc học phần của nhóm ThN đạt kết quả vượt trội.
    • Phân tích định tính: Biểu đồ mạng nhện thể hiện rõ sự tiến bộ ổn định của sinh viên nhóm ThN ở các hành vi khó như thiết kế PATN (Thành tố 2), xử lí sai số và cải tiến dụng cụ (Thành tố 4), trình bày báo cáo (Thành tố 5); phân tích nhật kí thí nghiệm cho thấy sinh viên đã tự phát hiện và sửa chữa các sai sót trong đo đường kính vòng kim loại, tính tần số góc $\omega$, cân khối lượng xe.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lí luận

  1. Đề xuất hoàn chỉnh cấu trúc NLTN của SVSP gồm 5 thành tố, 22 chỉ số hành vi và mô tả cụ thể tiêu chí chất lượng theo 3 mức độ hành vi, phản ánh đúng đặc thù nghề nghiệp của giáo viên tương lai.
  2. Xây dựng 02 quy trình tổ chức dạy học: Quy trình tổ chức dạy học khóa học TNVLĐC theo DHKP (4 bước) và Quy trình tổ chức dạy học từng bài thí nghiệm theo DHKP (3 giai đoạn).
  3. Xác lập tiến trình dạy học khám phá TNVLĐC gồm 6 hoạt động có sự tương thích chặt chẽ giữa hoạt động học của sinh viên và các CSHV thành phần.

Đóng góp về mặt thực tiễn

  1. Tái cấu trúc toàn bộ nội dung 9 bài thí nghiệm học phần TNVLĐC 1 (phần cơ – nhiệt) theo 3 mức độ khám phá tăng dần.
  2. Xây dựng mới 6 phương án thí nghiệm (PATN) và hệ thống dụng cụ tương ứng cho 4 bài TN (Bài 02, Bài 04, Bài 07, Bài 08), tích hợp phần mềm Tracker và cảm biến Cobra 4; cải tiến thiết bị cho 4 bài TN (Bài 01, Bài 02, Bài 03, Bài 07).
  3. Xây dựng bộ công cụ đánh giá NLTN hoàn chỉnh gồm Rubric định lượng, bảng kiểm hành vi, nhật kí thực hành và bộ câu hỏi đánh giá tư duy phản biện PLIC.
  4. Thiết kế chi tiết 9 giáo án/tiến trình dạy học khám phá làm tài liệu giảng dạy trực tiếp tại các trường đại học sư phạm.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Đưa quy trình và tiến trình DHKP vào chương trình đào tạo cử nhân Sư phạm Vật lí tại các trường đại học sư phạm trên cả nước.
  • Nâng cấp, đầu tư đồng bộ trang thiết bị phòng thí nghiệm Vật lí đại cương; tăng cường trang bị các cảm biến số hóa và phần mềm phân tích dữ liệu hình ảnh.
  • Tổ chức tập huấn bồi dưỡng cho giảng viên về phương pháp thiết kế nhiệm vụ học tập khám phá và kĩ thuật đánh giá năng lực theo rubric.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

  • Về phạm vi thực nghiệm: Nghiên cứu mới chỉ được thực nghiệm sư phạm trong khuôn khổ học phần TNVLĐC 1 (phần cơ – nhiệt) trên đối tượng sinh viên năm thứ hai tại một cơ sở đào tạo là Trường Đại học Sư phạm TP.HCM.
  • Về mặt thiết bị: Việc chế tạo mới hoàn toàn các dụng cụ thí nghiệm phức tạp còn bị giới hạn bởi điều kiện kinh phí và công nghệ chế tác của phòng thí nghiệm đại cương.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng nghiên cứu quy trình tổ chức DHKP cho các học phần thí nghiệm tiếp theo trong chương trình đào tạo, bao gồm TNVLĐC 2 (phần Điện – Từ) và TNVLĐC 3 (phần Quang học – Vật lí nguyên tử và hạt nhân).
  • Triển khai mở rộng thực nghiệm sư phạm tại các trường Đại học Sư phạm khác trên toàn quốc (như ĐHSP Hà Nội, ĐHSP Huế, ĐHSP Thái Nguyên) để đánh giá độ thích ứng và chuẩn hóa quy trình trên diện rộng.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và nhà nghiên cứu giáo dục: Cung cấp khung lí luận chuyên sâu về cấu trúc NLTN của SVSP, phương pháp luận phát triển chương trình theo ADDIE và kĩ thuật kiểm định công cụ đo lường (thang SOLO, Dreyfus, PLIC, phân tích mạng nhện và thống kê SPSS).
  • Đối với giảng viên các trường đại học sư phạm và trường đào tạo khối kĩ thuật: Cung cấp tài liệu tham khảo trực tiếp gồm 02 quy trình tổ chức dạy học, 9 tiến trình bài dạy cụ thể, cùng các bản vẽ/hướng dẫn chế tạo 6 PATN mới và cải tiến dụng cụ.
  • Đối với các nhà phát triển chương trình đào tạo giáo viên và cơ quan quản lí: Làm căn cứ khoa học để điều chỉnh chuẩn đầu ra (PLO), chuẩn hóa học phần thực hành, đáp ứng trực tiếp yêu cầu đổi mới của Chương trình GDPT 2018.

Câu hỏi thường gặp

1. Năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm khác biệt gì so với sinh viên kĩ thuật trong luận án này?

Luận án chỉ ra rằng dù cả hai đối tượng đều cần kĩ năng thao tác và phân tích dữ liệu, SVSP có mục tiêu "học để dạy" (theo chuẩn nghề nghiệp giáo viên). Do đó, SVSP không chỉ thực hành cho bản thân mà còn phải có năng lực hướng dẫn học sinh, phân tích bản chất các bước thí nghiệm, thiết kế các phương án mở, tự cải tiến dụng cụ đơn giản và đặc biệt là năng lực báo cáo, thuyết trình, giải thích tiến trình thực nghiệm (được chuẩn hóa thành Thành tố 5 trong cấu trúc NLTN).

2. Cấu trúc NLTN của SVSP do tác giả đề xuất gồm những thành tố nào?

Cấu trúc hoàn thiện gồm 5 thành tố và 22 chỉ số hành vi (CSHV):

  1. Xác định mục đích thí nghiệm (3 CSHV).
  2. Thiết kế phương án thí nghiệm (6 CSHV).
  3. Bố trí và tiến hành thí nghiệm (4 CSHV).
  4. Xử lí dữ liệu và phân tích, đánh giá kết quả (7 CSHV).
  5. Trình bày quá trình thí nghiệm và kết quả thí nghiệm (2 CSHV).

3. Thí nghiệm khám phá (TNKP) trong luận án được phân chia theo các mức độ nào?

Dựa trên quan điểm của Hegarty-Hazel, Domin và Beck, luận án phân chia TNKP thành 3 mức độ phù hợp với điều kiện thực tế:

  • Khám phá cấu trúc: Giảng viên cung cấp vấn đề, dụng cụ và tiến trình; sinh viên tự tìm câu trả lời/kết quả.
  • Khám phá có hướng dẫn: Giảng viên nêu vấn đề và cung cấp dụng cụ; sinh viên tự thiết kế phương án và tiến trình thí nghiệm.
  • Khám phá mở: Giảng viên chỉ nêu vấn đề/chủ đề; sinh viên tự lực hoàn toàn từ việc đề xuất dụng cụ, thiết kế PATN, thực hiện đến rút ra kết luận.

4. Luận án đã xây dựng mới và cải tiến các phương án thí nghiệm (PATN) cụ thể nào?

Luận án đã xây dựng mới 6 PATN cho 4 bài thí nghiệm:

  • Bài 02: Xác định suất căng mặt ngoài chất lỏng bằng vòng kim loại (khảo sát độ dày vòng) và bằng ống nhỏ giọt.
  • Bài 04: Xác định tỷ số nhiệt dung phân tử chất khí đẳng tích/đẳng áp bằng cảm biến Cobra 4.
  • Bài 07: Kiểm chứng ĐLBT động lượng bằng mô hình ván trượt (cổng quang điện) và bằng phân tích video qua phần mềm Tracker.
  • Bài 08: Kiểm chứng 3 định luật chất khí (Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Charles). Đồng thời, cải tiến dụng cụ cho 4 bài thí nghiệm (Bài 01, Bài 02, Bài 03, Bài 07).

5. Kết quả thực nghiệm sư phạm được phân tích và chứng minh qua các công cụ nào?

Luận án kết hợp phân tích định lượng và định tính:

  • Định lượng: Sử dụng phần mềm SPSS 20 để kiểm định T-test độc lập, Paired Samples T-test, kiểm định phân phối chuẩn Shapiro-Wilk/Kolmogorov-Smirnov, đường tích lũy và trắc nghiệm chuẩn hóa PLIC.
  • Định tính: Phân tích biểu đồ mạng nhện biểu diễn sự tiến bộ qua 22 CSHV của từng sinh viên, đánh giá nhật kí thực hành và các lỗi thao tác thực tế.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thanh Loan đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ xây dựng cơ sở lí luận và thực tiễn cho việc tổ chức dạy học khám phá học phần Thí nghiệm Vật lí đại cương 1 (cơ – nhiệt) tại trường đại học sư phạm. Công trình đã đóng góp một khung cấu trúc NLTN gồm 5 thành tố, 22 chỉ số hành vi, cùng hệ thống 02 quy trình dạy học và 9 tiến trình thí nghiệm khám phá được kiểm chứng bằng thực nghiệm sư phạm chặt chẽ. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi và hiệu quả của mô hình DHKP trong việc nâng cao rõ rệt năng lực thực nghiệm của sinh viên sư phạm, đáp ứng yêu cầu đào tạo giáo viên Vật lí trong giai đoạn đổi mới giáo dục hiện nay.