Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục với đề tài "Phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí trong dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân”" do nghiên cứu sinh Trần Thị Kiểm Thu thực hiện tại Trường Đại học Vinh vào năm 2021, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Đình Thước và TS. Lê Phước Lượng. Công trình thuộc chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí, mã số 9 14 01 11.

Tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ bốn lý do thực tiễn và lý luận giáo dục:

  1. Đổi mới phương pháp dạy học đại học theo hướng phát triển năng lực, chuyển từ truyền thụ kiến thức thụ động sang trang bị tri thức khoa học kết hợp kỹ năng nghề nghiệp và năng lực giải quyết vấn đề.
  2. Năng lực dạy học tích hợp là một trong những chuẩn năng lực nghề nghiệp cốt lõi của giáo viên trung học phổ thông (THPT) theo tinh thần Nghị quyết số 14/2005/NQ-CP và các tài liệu tập huấn theo chuẩn đầu ra của Bộ Giáo dục và Đào tạo năm 2015.
  3. Dạy học theo chủ đề là phương thức tổ chức dạy học giúp phát triển các năng lực nhận thức bậc cao như phân tích, so sánh, tổng hợp và lập luận dựa trên bằng chứng khoa học.
  4. Nội dung học phần Vật lí đại cương (đặc biệt là phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân") có mối liên hệ bản chất với chương trình Vật lí THPT và nhiều ứng dụng thực tiễn trong y học, kỹ thuật, đời sống.

Khoảng trống nghiên cứu được xác định là: Mặc dù xu hướng dạy học tích hợp đã được triển khai ở phổ thông, các học phần khoa học cơ bản ở trường đại học sư phạm vẫn được giảng dạy theo hướng đơn môn, tách biệt; chưa có công trình nào nghiên cứu một cách hệ thống việc bồi dưỡng năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên (KHTN) cho sinh viên sư phạm Vật lí thông qua học phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân".

Mục đích nghiên cứu: Dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo hướng phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí, góp phần bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp của sinh viên trong chương trình đào tạo giáo viên Vật lí THPT.

Giả thuyết khoa học: Nếu dạy học Vật lí đại cương phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo các chủ đề tích hợp thì sẽ phát triển được năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí.

Nhiệm vụ nghiên cứu được đánh số theo văn bản gồm 8 nhiệm vụ:

  1. Nghiên cứu lí luận và thực tiễn giáo dục đại học nói chung và đào tạo giáo viên Vật lí THPT nói riêng.
  2. Nghiên cứu năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí và năng lực dạy học tích hợp của giáo viên Vật lí ở trường THPT.
  3. Phân tích chương trình, nội dung dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” cho sinh viên sư phạm Vật lí.
  4. Điều tra thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho sinh viên sư phạm theo hướng phát triển năng lực dạy học tích hợp ở các khoa sư phạm, các trường đại học sư phạm.
  5. Phát triển chương trình học phần Vật lí đại cương theo hướng bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp các môn khoa học ở THPT cho sinh viên sư phạm Vật lí.
  6. Nghiên cứu vận dụng dạy học tích hợp theo chủ đề trong dạy học Vật lí đại cương theo hướng phát triển năng lực tích hợp các kiến thức khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí.
  7. Đánh giá năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí trong dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân”.
  8. Thực nghiệm sư phạm.

Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy học Vật lí đại cương theo hướng phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí.

Phạm vi nghiên cứu: Dạy học phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” bằng các chủ đề tích hợp, phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí; địa bàn khảo sát và thực nghiệm sư phạm tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh và Trường Đại học Cần Thơ trong giai đoạn 2018-2021.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan lịch sử nghiên cứu trong luận án được phân chia theo hai nhóm nghiên cứu quốc tế và nghiên cứu trong nước:

Về các nghiên cứu ngoài nước:

  • Xu hướng nghiên cứu liên ngành được Lariviere ghi nhận phát triển từ những năm 1970 nhờ sự kết nối của hệ thống thư viện tạp chí định kỳ. Theodore Brown tại Đại học Illinois đã vận động thành lập Beckman Institute for Advanced Science and Technology (1983) để giải quyết các vấn đề khoa học và xã hội đa ngành.
  • Jean Piaget với thuyết phát triển nhận thức ("Life and theory of cognitive development") nhấn mạnh trung tâm nhận thức là các hoạt động phân tích, hệ thống hóa và giải quyết vấn đề qua các tình huống học tập thử thách.
  • Xavier Rogiers (1996) khẳng định dạy học tích hợp là một cách tiếp cận kiến tạo, giúp tránh việc hình thành "những con người mù chức năng" chỉ tiếp nhận kiến thức rời rạc mà không có năng lực vận dụng vào thực tế.
  • Các nghiên cứu tại Anh và Romania về năng lực của giáo viên Vật lí ("Physics teaching competences") đề xuất các học phần tùy chọn liên quan như Hóa học, Sinh học, Vật lí địa cầu ("Geophysics"), cùng nhóm học phần "Physics in other Sciences" ứng dụng trong y học, thể thao, khí hậu, năng lượng.
  • Adrienne (2012) nhấn mạnh việc kết hợp kiến thức chuyên ngành và liên môn thông qua dạy học dựa trên vấn đề hoặc dự án. Fogarty (1991) phân tích 10 phương pháp tích hợp trong phát triển chương trình; Marzano (2000) xây dựng khung phát triển nhận thức qua thu thập thông tin và giải quyết vấn đề.
  • Leopold Mathelitsch so sánh cấu trúc đào tạo Vật lí tại Đức, Thụy Sĩ và Áo: Áo theo cấu trúc môn học truyền thống, trong khi Đức và Thụy Sĩ tổ chức theo các chủ đề tích hợp (năng lượng, Trái Đất, cơ thể người, hệ sinh thái).
  • Hartono và Nugroho (2014) khảo sát tại Indonesia cho thấy sinh viên sư phạm Vật lí tốt nghiệp thiếu năng lực dạy học tích hợp do thiếu trải nghiệm trong trường đại học, từ đó đề xuất cho sinh viên xây dựng các tài liệu tích hợp nội môn, liên môn (Vật lí - Sinh học), đa môn (Vật lí - Sinh học - Hóa học).
  • Pamela (Texas, Hoa Kỳ) qua bài thi chuẩn hóa TExES Science test chỉ ra tỷ lệ giáo viên đạt yêu cầu dạy học tích hợp rất thấp (5/45 giáo viên), đề xuất mô hình đào tạo 4+1. Tại Úc, chương trình giáo dục tích hợp đa ngành được thiết kế đồng bộ từ chương trình đến đánh giá.
  • Về dạy học Vật lí đại cương theo định hướng nghề nghiệp: Siti Rozaimah và Hasimi nghiên cứu học phần Nhiệt động lực học 1 theo 6 mức năng lực (từ mức 0 đến mức 5) cho sinh viên Kỹ thuật Hóa học; Eric Brewe và cộng sự nghiên cứu tích hợp Vật lí và Sinh học; Warren Christensen và cộng sự xây dựng chương trình Vật lí thiết bị y tế (MRI, laser phẫu thuật) và nhận định việc dạy học Vật lí thuần số học đang hạn chế khả năng ứng dụng thực tế; Jiann-wien Hsu, Roy Hsu và Viviane Callier phân tích mô hình giáo dục STEM liên ngành kết nối kỹ năng đại học với nhu cầu xã hội.

Về các nghiên cứu tại Việt Nam:

  • Quan điểm tích hợp từng xuất hiện trong lịch sử giáo dục Việt Nam qua các môn Cách trí thời Pháp thuộc (Nguyễn Quốc Hùng phân tích nghĩa "Cách vật trí tri"), môn Cách trí cải tiến (1950), môn Tìm hiểu khoa học thường thức (1956) và Tự nhiên - Xã hội (1981, 2000). Vũ Cao Đàm chỉ ra nghiên cứu liên bộ môn là xu thế của khoa học hiện đại.
  • Đặng Thị Thuận An nghiên cứu phát triển năng lực dạy học tích hợp cho sinh viên Hóa học thông qua trang web hoahocsupham.com; Tưởng Duy Hải và Đỗ Hương Trà chỉ ra rủi ro đào tạo đơn môn khiến giáo viên mất tự chủ khi xử lý kiến thức liên ngành, đề xuất đào tạo tích hợp ngay từ các học phần đại cương (F1, F2, F3) và 4 cách tiếp cận (tổ chức quản lý, giảng dạy, nghiên cứu, thực hành); Phạm Thị Phú và Nguyễn Đình Thước đề xuất quy trình dạy học dự án 7 bước; Phạm Xuân Quế xác định các năng lực bậc cao và 5 kỹ năng đặc thù; Nguyễn Văn Biên đề xuất quy trình 7 bước xây dựng chủ đề tích hợp cho 4 dạng (đơn môn, đa môn, liên môn, xuyên môn); Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành quy trình 5 bước xây dựng bài học tích hợp liên môn.
  • Về gắn kết Vật lí đại cương với thực tiễn: Nguyễn Duân và cộng sự khảo sát mức độ tích hợp rèn luyện năng lực sư phạm trong giảng dạy khoa học cơ bản; Phạm Thị Phú và Đinh Xuân Khoa nghiên cứu liên kết Vật lí - Thiên văn, Địa cầu, Y sinh; Lê Nguyên Long và Nguyễn Khắc Mão tổng hợp ứng dụng Vật lí đại cương gắn với chương trình THPT; Nguyễn Đình Noãn và Nguyễn Đình Thước nghiên cứu liên hệ Lý - Hóa - Sinh - Địa; Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Xuân Chánh, Lê Phước Lượng, Nguyễn Thanh Nga, Nguyễn Minh Tân tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ, tư duy kỹ thuật và vật lí y sinh trong dạy học đại học.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Mặc dù các nghiên cứu đã khẳng định vai trò của dạy học tích hợp, các tài liệu học phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân" ở các trường đại học sư phạm vẫn nặng về lý thuyết thuần túy, trình bày sơ lược các ứng dụng công nghệ (như tia X hay phóng xạ) và tách rời phương pháp sư phạm. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách xây dựng hệ thống cơ sở lý luận, khung năng lực, thang đo và thiết kế 5 kế hoạch dạy học theo chủ đề tích hợp cho phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân" nhằm phát triển năng lực tích hợp kiến thức KHTN cho sinh viên sư phạm Vật lí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên các cơ sở lý thuyết giáo dục sau:

  1. Triết lý giáo dục bốn trụ cột của UNESCO (học để biết, học để làm, học để cùng chung sống, học để tự khẳng định) tương ứng với 4 nhóm năng lực: chuyên môn, phương pháp, xã hội, cá thể.
  2. Hệ thống kỹ năng học tập hiện đại của sinh viên gồm 3 nhóm: kĩ năng nhận thức trong học tập (tìm kiếm, xử lý, phát triển thông tin), kĩ năng giao tiếp và quan hệ học tập (thuyết trình, làm việc nhóm), kĩ năng quản lí học tập (lập kế hoạch, điều chỉnh, đánh giá).
  3. Tư tưởng sư phạm tích hợp (Xavier Rogiers, UNESCO): gắn lý thuyết với thực tiễn, tận dụng kinh nghiệm người học, tinh giản nội dung trùng lặp.
  4. Nguyên tắc tích hợp liên môn Vật lí với các khoa học tự nhiên: dựa trên những luận điểm nền tảng (chất, trường, năng lượng, định luật bảo toàn, thuyết cấu tạo chất, thuyết tế bào); xử lý mối liên hệ không đồng bộ giữa các học phần; và xác lập 4 mối liên hệ nội dung: mối liên hệ khái niệm, mối liên hệ tư tưởng, mối liên hệ theo phương pháp khoa học, mối liên hệ hệ thống - tổng hợp.
  5. Cấu trúc năng lực dạy học tích hợp của giáo viên Vật lí THPT gồm 4 năng lực thành phần:
    • Năng lực nhận thức về dạy học tích hợp.
    • Năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên.
    • Năng lực thiết kế giáo án và tổ chức hoạt động dạy học tích hợp.
    • Năng lực kiểm tra đánh giá năng lực trong dạy học tích hợp.

Định nghĩa năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí trong luận án: Là thuộc tính tâm lý, khả năng của người học phát hiện được vấn đề tích hợp, huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng, phương pháp nhận thức của các môn học/khoa học tự nhiên để giải quyết vấn đề liên quan đến lý thuyết khoa học hoặc vấn đề thực tiễn trong đời sống, khoa học, công nghệ và dạy học Vật lí đạt hiệu quả, dựa vào các chứng cứ khoa học để đánh giá tác động của khoa học đến đời sống xã hội.

Quá trình hình thành năng lực này gồm 5 giai đoạn: (1) Phát hiện vấn đề tích hợp; (2) Tổng hợp và tìm kiếm kiến thức tích hợp; (3) Tìm tòi, khám phá, sắp xếp kiến thức các khoa học liên quan đến vấn đề tích hợp; (4) Trình bày các chủ đề tích hợp theo trình tự logic, chính xác và khoa học; (5) Đánh giá các tác động của khoa học đến đời sống xã hội.

Năng lực thành phần Biểu hiện hành vi
Phát hiện được vấn đề tích hợp Nhận diện được vấn đề tích hợp, nhận ra mâu thuẫn từ vấn đề đã nêu, đặt câu hỏi xoay quanh vấn đề.
Tổng hợp kiến thức tích hợp Tìm kiếm thông tin, huy động kiến thức liên quan và thiết lập mối quan hệ giữa kiến thức Vật lí với các khoa học tự nhiên khác.
Tìm tòi, khám phá, sắp xếp kiến thức các khoa học liên quan đến vấn đề tích hợp Khám phá, lựa chọn, sắp xếp nội dung kiến thức liên quan, giải quyết vấn đề tích hợp, trả lời tình huống thực tiễn bằng cách xâu chuỗi thông tin.
Thuyết trình, diễn đạt chủ đề tích hợp theo trình tự logic, chính xác Sử dụng chính xác ngôn ngữ khoa học, phát biểu ý tưởng rõ ràng, mạch lạc.
Đánh giá tác động của khoa học đến đời sống, xã hội Đánh giá mặt tích cực, tiêu cực của nghiên cứu khoa học đến đời sống, xã hội, hình thành kỹ năng sống.

Thang đo năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên được xây dựng trên cơ sở lý thuyết cấu trúc năng lực của Raven J., chia thành 4 mức độ:

  • Mức 1 (0,0 - 4,9 điểm): Chưa thể hiện hoặc không phát hiện được vấn đề, chưa tổng hợp được kiến thức.
  • Mức 2 (5,0 - 5,9 điểm): Thực hiện được nhưng còn phụ thuộc vào sự hướng dẫn của giảng viên.
  • Mức 3 (6,0 - 7,9 điểm): Tự lực thực hiện được nhưng chưa đầy đủ, còn thiếu sót về tính hệ thống hoặc chiều sâu.
  • Mức 4 (8,0 - 10,0 điểm): Tự lực thực hiện đầy đủ, chính xác, mạch lạc, lập luận logic và đánh giá thấu đáo.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp định tính: Nghiên cứu tài liệu lý luận, phân tích chương trình học phần, phân tích định tính các sản phẩm học tập của sinh viên (phiếu ghi chép, bài trình chiếu slide báo cáo, nhật ký thí nghiệm, bản thuyết trình, sản phẩm Webquest), nghiên cứu trường hợp (case study) sinh viên có các mức độ năng lực khác nhau.
  • Phương pháp định lượng: Điều tra thực trạng bằng phiếu hỏi khảo sát giảng viên tại các trường đại học sư phạm; thực nghiệm sư phạm 2 vòng (vòng 1 và vòng 2) có nhóm Thực nghiệm (TN) và nhóm Đối chứng (ĐC); kiểm tra đánh giá trước và sau thực nghiệm; sử dụng thống kê toán học để xử lý số liệu (kiểm định t-test cho mẫu độc lập, xác định giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, trị số p, phân bố tần số điểm, phân bố tần suất lũy tích hội tụ lùi).
  • Nguồn dữ liệu: Giảng viên giảng dạy Vật lí đại cương tại các trường đại học sư phạm; sinh viên cử nhân Sư phạm Vật lí tại Trường Đại học Cần Thơ và Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh; chương trình đào tạo và giáo trình Vật lí đại cương hiện hành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan lịch sử các vấn đề nghiên cứu

Chương này tổng kết có hệ thống các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế về hai mảng nội dung chính: dạy học tích hợp và dạy học Vật lí đại cương theo định hướng bồi dưỡng năng lực nghề nghiệp, năng lực tích hợp. Tác giả phân tích các kinh nghiệm xây dựng chương trình tích hợp từ các quốc gia như Hoa Kỳ, Úc, Đức, Thụy Sĩ, Romania, Indonesia; điểm lại các chặng đường phát triển quan điểm dạy học tích hợp trong giáo dục Việt Nam từ thời kỳ môn Cách trí đến các chương trình cải cách giáo dục năm 1950, 1956, 1981, 2000 và chương trình giáo dục phổ thông mới. Luận điểm cốt lõi của chương là chỉ ra tình trạng tách rời giữa việc trang bị kiến thức khoa học cơ bản đơn môn và việc rèn luyện năng lực sư phạm tích hợp liên môn ở các trường đại học sư phạm hiện nay. Từ đó, tác giả xác định việc nghiên cứu phát triển năng lực tích hợp kiến thức KHTN cho sinh viên sư phạm Vật lí thông qua một học phần cụ thể là phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân" là một yêu cầu cấp thiết, có ý nghĩa lý luận và thực tiễn.

Chương 2. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2 trình bày khung lý luận và kết quả khảo sát thực trạng:

  1. Cơ sở lý luận: Xác định cơ sở phát triển chương trình môn Vật lí đại cương theo định hướng phát triển năng lực, đối chiếu chuẩn nghề nghiệp giáo viên cơ sở giáo dục phổ thông (Thông tư số 20/2018/TT-BGDĐT, tập trung Tiêu chuẩn 2 về phát triển chuyên môn, nghiệp vụ); phân tích tư tưởng sư phạm tích hợp, các hình thức và nguyên tắc tích hợp liên môn (đồng bộ, không đồng bộ, liên hệ khái niệm, tư tưởng, phương pháp, hệ thống); xác định cấu trúc năng lực dạy học tích hợp gồm 4 thành phần; xây dựng khung năng lực tích hợp kiến thức KHTN gồm 5 năng lực thành phần với các tiêu chí hành vi cụ thể và thiết lập thang đo 4 mức độ; phân loại các kiểu chủ đề tích hợp và đề xuất quy trình 5 giai đoạn thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề tích hợp.
  2. Khảo sát thực trạng: Điều tra thực trạng dạy học Vật lí đại cương cho sinh viên sư phạm theo định hướng bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp qua các bảng khảo sát ý kiến giảng viên:
  • Bảng 2.4: Thống kê ý kiến giảng viên về quan điểm dạy học Vật lí đại cương theo chủ đề để bồi dưỡng năng lực tích hợp kiến thức KHTN.
  • Bảng 2.5: Thống kê ý kiến giảng viên về mục tiêu dạy học theo tiếp cận năng lực thông qua chủ đề.
  • Bảng 2.6: Tỷ lệ % các biện pháp giảng viên lựa chọn để bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp cho sinh viên trong dạy học Vật lí đại cương.
  • Bảng 2.7: Đề xuất của giảng viên về cách thức tổ chức dạy học Vật lí đại cương nhằm bồi dưỡng năng lực tích hợp.
  • Bảng 2.8: Đánh giá của giảng viên về thực trạng năng lực tích hợp kiến thức KHTN của sinh viên khi học các học phần Vật lí đại cương. Kết quả khảo sát cho thấy phần lớn giảng viên nhận thức được tầm quan trọng của việc dạy học tích hợp nhưng trong thực tế giảng dạy, phương pháp truyền thống truyền thụ một chiều vẫn chiếm ưu thế; nội dung giảng dạy nặng về tính toán giải bài tập đại số thuần túy, thiếu các hoạt động gắn với thực tiễn liên môn Hóa học, Sinh học, Y sinh; sinh viên còn hạn chế trong việc tự phát hiện vấn đề tích hợp và đánh giá tác động của khoa học.

Chương 3. Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề tích hợp phần “Vật lí nguyên tử hạt nhân” theo hướng phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí

Chương 3 tập trung phân tích nội dung chương trình học phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân" hiện hành tại các trường đại học sư phạm, chỉ ra các nội dung có khả năng liên kết với kiến thức Hóa học, Sinh học, Y học và đời sống thực tế (như mẫu nguyên tử Bohr, quang phổ phát xạ, cơ chế bức xạ hấp thụ, tia X, hiện tượng phóng xạ, ứng dụng đồng vị phóng xạ). Tác giả đề xuất khung chương trình điều chỉnh và thiết kế 5 kế hoạch dạy học theo chủ đề tích hợp. Trong đó, 3 chủ đề tiêu biểu được mô tả chi tiết:

  • Chủ đề 1: "Sự kích thích nguyên tử, sự phát quang của một số chất" (Bảng 3.3, 3.4, 3.5): Sinh viên nghiên cứu mẫu nguyên tử hiđro theo thuyết Bohr, cơ chế kích thích nguyên tử và chuyển dời mức năng lượng; tìm hiểu chất phát quang, đèn tia cực tím bước sóng 390nm; giải quyết vấn đề thực tiễn về việc lạm dụng chất huỳnh quang Tinopal trong thực phẩm (bún tươi), tiến hành thí nghiệm kiểm chứng sự có mặt của Tinopal dưới đèn cực tím.
  • Chủ đề 2: "Tia X và chẩn đoán hình ảnh bằng tia X" (Bảng 3.6, 3.7): Nghiên cứu cơ chế phát sinh tia X, bản chất sóng điện từ; so sánh khả năng hấp thụ tia X giữa các nguyên tố và mô mềm, xương trong cơ thể; tìm hiểu nguyên lý chẩn đoán hình ảnh y khoa (chụp X-quang, cắt lớp vi tính); thực hiện thí nghiệm kiểm chứng sự kết tủa của muối Bari sunfat ($BaSO_4$) làm chất cản quang.
  • Chủ đề 3: "Thực phẩm chiếu xạ" (Bảng 3.8, 3.9): Nghiên cứu cơ chế tương tác của bức xạ ion hóa với vật chất; ứng dụng nguồn phóng xạ chiếu xạ khử khuẩn, ức chế nảy mầm bảo quản nông sản; nhận diện biểu trưng quốc tế về thực phẩm chiếu xạ (dấu hiệu Radura); ứng dụng mô hình dạy học khám phá qua Webquest. Mỗi kế hoạch dạy học đều được xây dựng cấu trúc theo graph tiến trình dạy học, quy định rõ mục tiêu, hình thức tổ chức, phương tiện học tập và bảng tiêu chí đánh giá năng lực tích hợp tương ứng cho sinh viên.

Chương 4. Thực nghiệm sư phạm

Chương 4 trình bày việc tổ chức và kết quả thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học:

  • Quy trình tổ chức: Thực nghiệm được tiến hành qua 2 vòng:
    • Vòng 1 (Bảng 4.2): Dạy thực nghiệm thăm dò nhằm kiểm tra tính khả thi của tiến trình dạy học và độ tin cậy của các công cụ đánh giá, sau đó điều chỉnh kế hoạch bài dạy.
    • Vòng 2 (Bảng 4.3): Dạy thực nghiệm chính thức trên các nhóm đối chứng và thực nghiệm tại Trường Đại học Cần Thơ và Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Kiểm tra tính tương đương trước thực nghiệm (Bảng 4.4, 4.5, 4.6, 4.7): Điểm kiểm tra đầu vào của các lớp thực nghiệm và đối chứng được kiểm định t-test độc lập; kết quả cho thấy trị số $p > 0,05$, khẳng định hai nhóm có trình độ xuất phát điểm tương đương nhau về mặt thống kê.
  • Kết quả sau thực nghiệm:
    • Đánh giá định lượng qua bài kiểm tra và các nhiệm vụ tích hợp (Bảng 4.8, 4.9): Trị số $p < 0,05$ trong phép kiểm định t-test sau thực nghiệm chứng minh sự khác biệt về kết quả học tập giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng có ý nghĩa thống kê.
    • Phân bố tần số điểm và tần suất lũy tích hội tụ lùi (Bảng 4.15, 4.16, Biểu đồ 4.8): Đường lũy tích của lớp thực nghiệm nằm lệch về phía bên phải so với lớp đối chứng, phản ánh tỷ lệ sinh viên đạt điểm khá, giỏi ở nhóm thực nghiệm cao hơn rõ rệt.
    • Đánh giá sự phát triển 5 năng lực thành phần (Bảng 4.10 đến 4.14, Biểu đồ 4.3 đến 4.7): Sinh viên lớp thực nghiệm thể hiện sự tiến bộ rõ rệt ở cả 5 năng lực: phát hiện vấn đề tích hợp; tổng hợp kiến thức tích hợp; tìm tòi, khám phá, sắp xếp kiến thức liên quan; thuyết trình chủ đề tích hợp; và đánh giá tác động của khoa học đối với đời sống, sức khỏe, xã hội, môi trường.
    • Nghiên cứu trường hợp (Bảng 4.18): Phân tích định tính quá trình tham gia hoạt động, sản phẩm học tập và sự biến đổi nhận thức của các sinh viên đại diện cho từng mức năng lực khẳng định hiệu quả của quy trình dạy học được đề xuất.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lí luận:

  • Góp phần làm sáng tỏ cơ sở lí luận về phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí trong quá trình dạy học môn Vật lí đại cương; khẳng định việc phát triển năng lực tích hợp kiến thức KHTN là điều kiện cần để bồi dưỡng năng lực dạy học tích hợp trong chương trình đào tạo giáo viên Vật lí THPT.
  • Xây dựng cấu trúc năng lực dạy học tích hợp của giáo viên Vật lí gồm 4 năng lực thành phần; xác định cấu trúc năng lực tích hợp kiến thức các KHTN gồm 5 năng lực thành phần với hệ thống biểu hiện hành vi tương ứng.
  • Xây dựng bảng thang đo 4 mức độ kèm tiêu chí định lượng chi tiết cho năng lực tích hợp kiến thức các KHTN của sinh viên sư phạm Vật lí trong học tập Vật lí đại cương.
  • Đề xuất quy trình thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề tích hợp trong môn Vật lí đại cương theo 5 giai đoạn logic.

Các đóng góp mới về mặt thực tiễn:

  • Đánh giá được bức tranh thực trạng dạy học môn Vật lí đại cương cho sinh viên sư phạm theo định hướng phát triển năng lực dạy học tích hợp tại các trường đại học sư phạm qua các số liệu khảo sát cụ thể.
  • Thiết kế hoàn chỉnh 5 kế hoạch dạy học theo chủ đề tích hợp phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân" có nội dung gắn kết chặt chẽ giữa lý thuyết vật lí với các vấn đề thực tiễn (an toàn thực phẩm, chẩn đoán y sinh, bảo quản nông sản).
  • Kiểm chứng thực nghiệm chứng minh các kế hoạch dạy học chủ đề tích hợp có tính khả thi, góp phần nâng cao kết quả học tập và phát triển năng lực tích hợp kiến thức KHTN của sinh viên sư phạm Vật lí.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ luận án:

  • Đối với cơ sở đào tạo sư phạm: Cần rà soát, điều chỉnh chương trình đào tạo các môn khoa học cơ bản theo hướng gắn kết lý thuyết với thực tiễn và kỹ năng nghề nghiệp sư phạm; tăng cường tính liên thông, liên môn giữa các khoa Vật lí, Hóa học, Sinh học.
  • Đối với giảng viên: Cần chuyển đổi hình thức tổ chức dạy học, giảm bớt thời lượng thuyết giảng một chiều và giải toán thuần túy; tích cực tổ chức dạy học theo chủ đề tích hợp, ứng dụng công nghệ thông tin (Webquest), tổ chức cho sinh viên làm việc nhóm, thực nghiệm khoa học và thuyết trình báo cáo.
  • Đối với sinh viên sư phạm: Cần chủ động rèn luyện kỹ năng tự học, tra cứu tài liệu liên ngành và hình thành thói quen tiếp cận các hiện tượng tự nhiên dưới góc nhìn đa môn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Phạm vi nội dung dạy học thực nghiệm của luận án mới chỉ tập trung vào phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân", chưa triển khai thực nghiệm đồng bộ trên toàn bộ các phần khác của môn Vật lí đại cương (như Cơ học, Nhiệt học, Điện và Từ, Quang học).
  • Địa bàn thực nghiệm sư phạm mới được tiến hành tại hai trường đại học khu vực phía Nam (Trường Đại học Cần Thơ và Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh), chưa mở rộng khảo sát và thực nghiệm tại các trường đại học sư phạm ở khu vực miền Bắc và miền Trung.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tiếp tục vận dụng quy trình thiết kế kế hoạch dạy học chủ đề tích hợp sang các học phần Vật lí đại cương khác và các học phần chuyên ngành sư phạm Vật lí.
  • Mở rộng phạm vi thực nghiệm sư phạm tại các cơ sở đào tạo giáo viên khác trên cả nước để đánh giá tính thích ứng của quy trình đối với các nhóm đối tượng sinh viên đa dạng hơn.
  • Xây dựng hệ thống học liệu số, ngân hàng bài tập tích hợp và bộ công cụ đánh giá trực tuyến nhằm hỗ trợ giảng viên triển khai dạy học tích hợp thuận lợi hơn trong bối cảnh chuyển đổi số giáo dục.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cho các đối tượng:

  • Giảng viên giảng dạy bộ môn Vật lí đại cương và phương pháp dạy học Vật lí tại các trường đại học sư phạm: Tham khảo quy trình 5 giai đoạn thiết kế chủ đề tích hợp, hệ thống tiêu chí đánh giá và các kế hoạch dạy học mẫu phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân".
  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí: Tham khảo cơ sở lý luận về cấu trúc năng lực tích hợp KHTN, phương pháp luận nghiên cứu kết hợp định tính - định lượng và quy trình xử lý dữ liệu thực nghiệm sư phạm bằng thống kê toán học (kiểm định t-test, phân tích tần suất lũy tích hội tụ lùi).
  • Sinh viên ngành Sư phạm Vật lí, Sư phạm Khoa học tự nhiên: Nguồn học liệu bổ ích về phương pháp tiếp cận kiến thức liên ngành, phương pháp giải quyết vấn đề thực tế (vụ việc chất cản quang y tế, phụ gia thực phẩm, chiếu xạ nông sản), phục vụ trực tiếp cho hoạt động tập giảng, kiến tập và thực tập sư phạm.
  • Các nhà quản lý giáo dục và chuyên gia phát triển chương trình đào tạo giáo viên: Cung cấp cứ liệu thực tiễn để định hướng đổi mới cấu trúc chương trình đào tạo cử nhân sư phạm đáp ứng yêu cầu của chương trình giáo dục phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

  1. Khung năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên của sinh viên sư phạm Vật lí gồm những thành phần nào? Theo Bảng 2.2 của luận án, khung năng lực gồm 5 năng lực thành phần: (1) Phát hiện được vấn đề tích hợp; (2) Tổng hợp kiến thức tích hợp; (3) Tìm tòi, khám phá, sắp xếp kiến thức các khoa học liên quan đến vấn đề tích hợp; (4) Thuyết trình, diễn đạt chủ đề tích hợp theo trình tự logic, chính xác; (5) Đánh giá tác động của khoa học đến đời sống, xã hội.

  2. Vì sao tác giả lựa chọn phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân" để xây dựng các chủ đề tích hợp? Học phần này chứa đựng nhiều nội dung liên quan trực tiếp đến các thành tựu khoa học hiện đại và có mối liên hệ bản chất với Hóa học (cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn), Sinh học - Y học (tác động sinh học của bức xạ, chẩn đoán hình ảnh tia X, ung thư học phóng xạ), Nông nghiệp và Đời sống (thực phẩm chiếu xạ, chất phát quang trong thực phẩm), đồng thời kết nối trực tiếp với nhiều nội dung trong chương trình Vật lí THPT.

  3. Các công cụ thống kê toán học nào được sử dụng để kiểm chứng hiệu quả thực nghiệm sư phạm? Luận án sử dụng kiểm định t-test cho hai mẫu độc lập (xác định giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, trị số kiểm định $t$ và mức ý nghĩa $p$); lập bảng phân bố tần số điểm; tính toán và vẽ đồ thị phân bố tần suất lũy tích hội tụ lùi; đồng thời thống kê điểm số đánh giá 5 năng lực thành phần trước và sau thực nghiệm giữa hai nhóm thực nghiệm và đối chứng.

  4. Những chủ đề dạy học tích hợp cụ thể nào đã được thiết kế và thực nghiệm trong luận án? Tác giả đã thiết kế 5 chủ đề, trong đó có 3 chủ đề tiêu biểu được phân tích chi tiết:

  • "Sự kích thích nguyên tử, sự phát quang của một số chất" (nguyên tử hiđro theo thuyết Bohr, cơ chế phát quang, kiểm chứng chất Tinopal trong bún tươi bằng đèn cực tím 390nm).
  • "Tia X và chẩn đoán hình ảnh bằng tia X" (khả năng hấp thụ tia X của mô, kiểm chứng kết tủa $BaSO_4$ làm chất cản quang).
  • "Thực phẩm chiếu xạ" (chiếu xạ bảo quản nông sản, nhận diện biểu trưng Radura, học tập qua Webquest).
  1. Thang đo năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên được phân loại theo các mức điểm nào? Thang đo năng lực được chia thành 4 mức độ: Mức 1 (0,0 - 4,9 điểm); Mức 2 (5,0 - 5,9 điểm); Mức 3 (6,0 - 7,9 điểm); Mức 4 (8,0 - 10,0 điểm), áp dụng để chấm điểm định lượng từng tiêu chí hành vi của sinh viên.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Trần Thị Kiểm Thu đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu là phát triển năng lực tích hợp kiến thức các khoa học tự nhiên cho sinh viên sư phạm Vật lí thông qua dạy học phần "Vật lí nguyên tử hạt nhân". Tác giả đã làm sáng tỏ cơ sở lý luận, xây dựng khung năng lực, thang đo 4 mức độ và quy trình 5 giai đoạn thiết kế bài dạy theo chủ đề tích hợp liên môn. Kết quả thực nghiệm sư phạm qua 2 vòng tại Trường Đại học Cần Thơ và Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, được xử lý bằng kiểm định thống kê toán học, đã khẳng định tính khả thi và hiệu quả của các chủ đề dạy học trong việc nâng cao kết quả học tập và năng lực nghề nghiệp của sinh viên sư phạm Vật lí.