Xây Dựng và Sử Dụng Thiết Bị Thí Nghiệm Phóng Xạ Trong Dạy Học Vật Lý Lớp 12

Thiết bị thí nghiệm phóng xạ đóng vai trò quan trọng trong việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh… 192 trang · Trường Đại học Sư phạm Hà Nội · 2022.

• Tác giả: Lê Anh Đức
• Người hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Hưng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
• Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
• Đề tài: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lí do chọn đề tài
• 0.2. Mục đích nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Giả thuyết khoa học
• 0.5. Các nhiệm vụ nghiên cứu
• 0.6. Các phương pháp nghiên cứu
• 0.7. Những đóng góp của đề tài
• 0.8. Cấu trúc của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các nghiên cứu về năng lực
• 1.1.1. Định nghĩa năng lực
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHÓNG XẠ TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH
• 2.1. Năng lực thực nghiệm
• 2.1.1. Định nghĩa năng lực thực nghiệm. Cấu trúc năng lực thực nghiệm
• 2.1.2. Các mức độ của các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm
• 2.2. Thực trạng dạy học một số kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT và các quan niệm về phóng xạ của HS, SV ở Việt Nam
• 2.3. Phương pháp dạy học và thực trạng thiết bị thí nghiệm để dạy học một số kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT Việt Nam
• 2.4. Quan niệm sai về phóng xạ của HS, SV Việt Nam
• 2.5. Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập trong dạy học vật lí
• 2.5.1. Vai trò và sự cần thiết của thí nghiệm
• 2.5.2. Chức năng và hiệu quả giáo dục của TBTN thực tập trong dạy học vật lí
• 2.5.3. Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí
• 2.5.4. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí
• 2.5.5. Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí
• 2.5.6. Các kiểu hướng dẫn HS trong quá trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập
• 2.6. Xây dựng và sử dụng TBTN thực tập trong tiến trình dạy học GQVĐ
• 2.6.1. Tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo tiến trình GQVĐ
• 2.6.2. Tiến trình nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lí theo tiến trình GQVĐ
• 2.7. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí
• 2.8. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ
• 3.1. Phân tích mục tiêu dạy học các kiến thức về phóng xạ, vật lí lớp 12
• 3.2. Nội dung các kiến thức về phóng xạ và các thí nghiệm về phóng xạ cần được tiến hành trong dạy học ở chương trình vật lí lớp 12
• 3.2.1. Nội dung các kiến thức về phóng xạ
• 3.2.2. Đặc điểm của các kiến thức phóng xạ và các thí nghiệm về phóng xạ cần được tiến hành
• 3.3. Xây dựng các thiết bị thí nghiệm về phóng xạ
• 3.3.1. Sự cần thiết phải xây dựng các TBTN về phóng xạ
• 3.3.2. Nguồn phóng xạ và mức độ an toàn
• 3.3.3. Buồng sương sử dụng đá khô
• 3.3.4. Buồng sương sử dụng chip Peltier
• 3.3.5. TBTN phát hiện tia phóng xạ alpha, beta nhờ tia lửa điện
• 3.3.6. Đầu dò sử dụng ống đếm khí Geiger-Müller
• 3.3.7. Hệ đầu dò điều khiển tự động từ xa qua Wifi
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH LỚP 12
• 4.1. Mục tiêu bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS qua các tiến trình dạy học phóng xạ
• 4.2. Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ”
• 4.2.1. Tiến trình xây dựng kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ”
• 4.2.2. Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ”
• 4.3. Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Định luật phóng xạ”
• 4.3.1. Tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật phóng xạ”
• 4.3.2. Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Định luật phóng xạ”
• 4.4. Soạn thảo tiến trình dạy học ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật trong vật liệu”
• 4.4.1. Tiến trình nghiên cứu ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật trong vật liệu”
• 4.4.2. Tiến trình dạy học cụ thể ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật trong vật liệu”
• 4.5. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 5.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
• 5.2. Tiến hành thực nghiệm sư phạm
• 5.2.1. Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm sư phạm
• 5.2.2. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm
• 5.2.3. Phương pháp thu thập và xử lí số liệu thực nghiệm
• 5.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
• 5.3.1. Phân tích định tính
• 5.3.2. Đánh giá định lượng
• 5.3.3. Đánh giá tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm phóng xạ
• 5.4. Kết luận chương 5
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Bị Thí Nghiệm Phóng Xạ Trong Dạy Học Vật Lý Lớp 12

Thiết bị thí nghiệm phóng xạ đóng vai trò quan trọng trong việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh lớp 12. Việc sử dụng các thiết bị này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm phức tạp trong vật lý mà còn phát triển kỹ năng thực hành cần thiết cho tương lai. Các thiết bị thí nghiệm phóng xạ như buồng sương, đầu dò Geiger-Müller, và các thiết bị phát hiện tia phóng xạ giúp học sinh có cơ hội trải nghiệm thực tế và áp dụng lý thuyết vào thực hành.

1.1. Khái Niệm Về Thiết Bị Thí Nghiệm Phóng Xạ

Thiết bị thí nghiệm phóng xạ là những công cụ được sử dụng để nghiên cứu và kiểm tra các hiện tượng liên quan đến phóng xạ. Chúng bao gồm các thiết bị như buồng sương, đầu dò Geiger-Müller, và các thiết bị phát hiện tia phóng xạ. Những thiết bị này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về lý thuyết mà còn tạo cơ hội cho họ thực hành và phát triển năng lực thực nghiệm.

1.2. Vai Trò Của Thiết Bị Thí Nghiệm Trong Dạy Học

Thiết bị thí nghiệm phóng xạ có vai trò quan trọng trong việc dạy học vật lý lớp 12. Chúng giúp học sinh hình thành và phát triển năng lực thực nghiệm, từ đó nâng cao khả năng tư duy và giải quyết vấn đề. Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm còn giúp học sinh có cái nhìn thực tế hơn về các hiện tượng vật lý, từ đó tạo động lực học tập.

II. Thách Thức Trong Việc Sử Dụng Thiết Bị Thí Nghiệm Phóng Xạ

Mặc dù thiết bị thí nghiệm phóng xạ mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc sử dụng chúng trong dạy học cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như thiếu thiết bị, thiếu kiến thức về an toàn khi sử dụng thiết bị phóng xạ, và sự thiếu hụt trong đào tạo giáo viên là những yếu tố cần được giải quyết.

2.1. Thiếu Thiết Bị Thí Nghiệm

Nhiều trường học hiện nay vẫn chưa có đủ thiết bị thí nghiệm phóng xạ để phục vụ cho việc dạy học. Điều này gây khó khăn cho giáo viên trong việc tổ chức các hoạt động thực nghiệm cho học sinh, dẫn đến việc học sinh không có cơ hội trải nghiệm thực tế.

2.2. Vấn Đề An Toàn Khi Sử Dụng Thiết Bị Phóng Xạ

An toàn khi sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ là một vấn đề quan trọng. Giáo viên và học sinh cần được đào tạo về các quy tắc an toàn để tránh những rủi ro có thể xảy ra trong quá trình thực nghiệm. Việc thiếu kiến thức về an toàn có thể dẫn đến những tai nạn không mong muốn.

III. Phương Pháp Dạy Học Sử Dụng Thiết Bị Thí Nghiệm Phóng Xạ

Để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh, việc áp dụng các phương pháp dạy học hiệu quả là rất cần thiết. Các phương pháp như dạy học theo dự án, học tập trải nghiệm, và phương pháp giải quyết vấn đề có thể được áp dụng để tối ưu hóa việc sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ.

3.1. Dạy Học Theo Dự Án

Phương pháp dạy học theo dự án cho phép học sinh tham gia vào các hoạt động thực nghiệm thực tế, từ đó phát triển kỹ năng thực hành và tư duy phản biện. Học sinh có thể tự thiết kế và thực hiện các thí nghiệm phóng xạ, giúp họ hiểu rõ hơn về các khái niệm vật lý.

3.2. Học Tập Trải Nghiệm

Học tập trải nghiệm là một phương pháp hiệu quả trong việc sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ. Học sinh sẽ được tham gia vào các hoạt động thực tế, từ đó rút ra bài học và kinh nghiệm cho bản thân. Phương pháp này giúp học sinh phát triển năng lực thực nghiệm một cách tự nhiên.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Thiết Bị Thí Nghiệm Phóng Xạ

Việc ứng dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ trong dạy học không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về lý thuyết mà còn tạo ra những kết quả tích cực trong việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm. Các nghiên cứu cho thấy học sinh có khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn tốt hơn khi được tham gia vào các hoạt động thực nghiệm.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Về Năng Lực Thực Nghiệm

Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ giúp học sinh nâng cao năng lực thực nghiệm. Học sinh có khả năng thực hiện các thí nghiệm phức tạp và giải quyết vấn đề một cách hiệu quả hơn. Điều này chứng tỏ rằng thiết bị thí nghiệm có ảnh hưởng tích cực đến quá trình học tập.

4.2. Ứng Dụng Trong Thực Tế

Các thiết bị thí nghiệm phóng xạ không chỉ được sử dụng trong lớp học mà còn có thể được áp dụng trong các nghiên cứu khoa học và công nghiệp. Việc này mở ra nhiều cơ hội cho học sinh trong việc phát triển sự nghiệp trong lĩnh vực khoa học và công nghệ.

V. Kết Luận Về Thiết Bị Thí Nghiệm Phóng Xạ Trong Dạy Học Vật Lý

Thiết bị thí nghiệm phóng xạ là một phần không thể thiếu trong việc dạy học vật lý lớp 12. Chúng không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm phức tạp mà còn phát triển năng lực thực nghiệm cần thiết cho tương lai. Việc đầu tư vào thiết bị thí nghiệm và đào tạo giáo viên là rất cần thiết để nâng cao chất lượng giáo dục.

5.1. Tương Lai Của Thiết Bị Thí Nghiệm Trong Giáo Dục

Tương lai của thiết bị thí nghiệm phóng xạ trong giáo dục rất hứa hẹn. Với sự phát triển của công nghệ, các thiết bị này sẽ ngày càng trở nên hiện đại và hiệu quả hơn, giúp học sinh có những trải nghiệm học tập tốt hơn.

5.2. Đề Xuất Cải Tiến Trong Dạy Học

Cần có những cải tiến trong việc sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ trong dạy học. Việc đào tạo giáo viên và cung cấp đủ thiết bị thí nghiệm là rất quan trọng để đảm bảo học sinh có cơ hội học tập tốt nhất.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 tại Việt Nam đánh dấu sự chuyển dịch trọng tâm từ truyền thụ nội dung kiến thức sang hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực người học, trong đó năng lực thực nghiệm là một trong những năng lực chuyên biệt cốt lõi của môn Vật lí. Tuy nhiên, theo danh mục thiết bị dạy học tối thiểu (Thông tư số 39/2021/TT-BGDĐT), chương trình Vật lí cấp Trung học phổ thông chưa trang bị các bộ thiết bị thí nghiệm dành riêng cho phân môn Vật lí hạt nhân và phóng xạ. Việc giảng dạy phần kiến thức này tại các trường phổ thông chủ yếu diễn ra theo phương thức thuyết trình, thông báo - tiếp nhận một chiều, khiến học sinh thiếu cơ hội quan sát trực quan, trải nghiệm thực tế và rèn luyện các kỹ năng thực nghiệm.

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án xác định bao gồm:

• Sự thiếu vắng khung cấu trúc năng lực thực nghiệm cụ thể áp dụng cho trường hợp người học phải trực tiếp tham gia vào quá trình nghiên cứu, thiết kế và tự chế tạo thiết bị thí nghiệm khi chưa có sẵn phương tiện trong phòng thí nghiệm.
• Sự thiếu hụt các bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ an toàn, chi phí thấp, phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất của các trường Trung học phổ thông tại Việt Nam.
• Thiếu các tiến trình dạy học giải quyết vấn đề tích hợp hoạt động hướng dẫn học sinh tự chế tạo và vận hành thiết bị thí nghiệm để hình thành kiến thức và nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật.

Mục đích nghiên cứu:

• Nghiên cứu xây dựng (thiết kế, chế tạo hoặc cải tiến) các thiết bị thí nghiệm phóng xạ và tổ chức dạy học một số kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) với những thiết bị đã chế tạo nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.

Giả thuyết khoa học:

• Nếu xây dựng được các thiết bị thí nghiệm phóng xạ đáp ứng các yêu cầu của thiết bị thí nghiệm thực tập và sử dụng chúng trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề một số kiến thức về phóng xạ (Vật lí 12) thì có thể bồi dưỡng được năng lực thực nghiệm của học sinh.

Đối tượng nghiên cứu:

• Năng lực thực nghiệm của học sinh.
• Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề nói chung và tiến trình hướng dẫn học sinh xây dựng, sử dụng thiết bị thí nghiệm vật lí trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề nói riêng.

Phạm vi nghiên cứu:

• Nội dung: Các kiến thức vật lí về phóng xạ trong chương trình Vật lí lớp 12 hiện hành và chương trình Giáo dục phổ thông 2018.
• Phạm vi sư phạm: Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề một số kiến thức về phóng xạ; tiến trình hướng dẫn học sinh xây dựng, sử dụng thiết bị thí nghiệm trong học tập các kiến thức này; khung cấu trúc năng lực thực nghiệm tương ứng.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

1. Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học vật lí bồi dưỡng năng lực, năng lực thực nghiệm, cùng lí luận xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề.
2. Phân tích chương trình, sách giáo khoa Vật lí lớp 12 hiện hành và chương trình 2018 để xác định nội dung kiến thức và hệ thống thí nghiệm phóng xạ cần tiến hành.
3. Khảo sát thực trạng dạy học phóng xạ ở lớp 12 tại các trường phổ thông, tìm hiểu thực trạng thiết bị thí nghiệm và các quan niệm sai lầm phổ biến của học sinh, sinh viên về phóng xạ.
4. Thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm phóng xạ; soạn thảo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề tích hợp hoạt động hướng dẫn học sinh tự chế tạo và sử dụng thiết bị.
5. Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm và hiệu quả bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu về năng lực và năng lực thực nghiệm

Luận án kế thừa các quan điểm về khái niệm năng lực từ Bloom, Weinert, Rychen và Salganik (OECD), Griffin, Từ điển tiếng Việt (Hoàng Phê) và định nghĩa trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018. Về quy trình xây dựng khung năng lực, tác giả dựa trên các nghiên cứu của Nguyễn Văn Biên (2015) và Đỗ Hương Trà (2015).

Đối với năng lực thực nghiệm:

• Nghiên cứu quốc tế: Eickhorst định nghĩa năng lực thực nghiệm là khả năng tiềm ẩn trong việc lập kế hoạch, thực hiện thí nghiệm và đánh giá dữ liệu. Metzger phân tách năng lực thực nghiệm thành các thành phần quan sát, đo lường, thiết lập giả thuyết và phân tích. Schreiber, Theyßen và Schecker (2012, 2014) cấu trúc năng lực thực nghiệm gồm lập kế hoạch nghiên cứu, tiến hành thí nghiệm và đánh giá; đồng thời chỉ ra quá trình thiết kế và tiến hành thí nghiệm là quá trình xử lý xoắn ốc liên tục sửa đổi, hoàn thiện.
• Nghiên cứu trong nước: Trương Xuân Cảnh (2013), Xayparseut Vylaychit (2016), Nguyễn Văn Nghĩa (2018) đã đề xuất định nghĩa và các thành tố của năng lực thực nghiệm hoặc năng lực thực hành thí nghiệm. Tác giả luận án phân tích hai quan điểm tiếp cận cấu trúc năng lực thực nghiệm và lựa chọn quan điểm dựa trên chính các giai đoạn của quá trình làm thí nghiệm (bắt đầu từ xác định mục đích thí nghiệm) để tránh trùng lặp với năng lực giải quyết vấn đề chung.

Các nghiên cứu về xây dựng, sử dụng thiết bị thí nghiệm và bồi dưỡng năng lực

Luận án điểm lại các công trình chế tạo thiết bị thí nghiệm phục vụ dạy học:

• Nguyễn Anh Thuấn (2007), Cao Tiến Khoa (2014) về thiết bị dạy học phần Sóng cơ.
• Dương Xuân Quý (2011) về thiết bị thực tập ghi nhận dao động cơ học bằng tương tác từ và khớp hàm qua phần mềm Excel.
• Hà Duyên Tùng (2014) về thiết bị dạy học các kiến thức Từ trường lớp 11 theo hướng giải quyết vấn đề ứng dụng kỹ thuật.
• Nguyễn Hoàng Anh (2015) về thí nghiệm tự tạo phần Cơ học lớp 12 nâng cao.
• Nguyễn Đăng Thuấn (2017) về thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính Vilabs.
• Mai Hoàng Phương (2018) về thí nghiệm kỹ thuật số phần Động lực học chất điểm lớp 10.
• Các biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của Nguyễn Văn Biên (2015) với quy trình thí nghiệm mở; Nguyễn Thị Nhị (2015), Ngô Văn Thiện (2016) trên đối tượng sinh viên; Vũ Tiến Tình (2017) về phương tiện trực quan trong Hóa học THCS.
• Về đánh giá năng lực thực nghiệm: Các công trình của Schreiber (2012), Theyßen (2014) về việc sử dụng bài kiểm tra viết, thí nghiệm thực và thí nghiệm ảo tương tác máy tính (như Matlab App Designer).

Thiết bị thí nghiệm phóng xạ trên thế giới và khoảng trống nghiên cứu

Các hãng sản xuất thiết bị giáo dục quốc tế (Phywe, Pasco, Leybold, Canberra) cung cấp các bộ thí nghiệm phóng xạ (buồng sương Wilson, ống đếm Geiger-Müller, đầu dò NaI, nguồn phóng xạ hoạt độ thấp). Tuy nhiên, các thiết bị này có giá thành rất cao, khó nhập khẩu về Việt Nam do các quy định kiểm soát an toàn bức xạ nghiêm ngặt. Mặt khác, các bộ thí nghiệm đồng bộ chế tạo sẵn không tạo cơ hội cho học sinh tham gia vào khâu thiết kế, sửa chữa hoặc chế tạo thiết bị.

Các nghiên cứu tự chế tạo thiết bị phóng xạ chi phí thấp trên thế giới (Jona & Vodracek, 2010; các bài báo về buồng sương đá khô, buồng sương chip Peltier, buồng ion hóa) thường thiếu các chỉ dẫn chi tiết về khắc phục sự cố, xử lý rủi ro kỹ thuật hoặc không đưa ra quy trình sư phạm cụ thể trong nhà trường.

Khoảng trống luận án giải quyết: Chưa có công trình nào tại Việt Nam nghiên cứu toàn diện từ việc thiết kế, chế tạo 5 bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ an toàn, giá thành thấp đến việc xây dựng khung cấu trúc năng lực thực nghiệm mở rộng (bao gồm hành vi chế tạo thiết bị), đồng thời thiết kế và kiểm chứng các tiến trình dạy học giải quyết vấn đề kiến thức phóng xạ lớp 12.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khái niệm và khung phân tích năng lực thực nghiệm

Luận án đưa ra định nghĩa: Năng lực thực nghiệm là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính tâm lí như hứng thú, niềm tin, ý chí… để thực hiện thành công các nhiệm vụ thực nghiệm nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện hay bối cảnh cụ thể.

Khung cấu trúc năng lực thực nghiệm do luận án đề xuất gồm 4 thành tố và hệ thống chỉ số hành vi:

Thành tố	Ký hiệu CSHV	Mô tả chỉ số hành vi (CSHV)
1. Xác định mục đích thí nghiệm	NLThN1	Nêu được/phát biểu được: giả thuyết cần kiểm nghiệm hoặc hệ quả cần rút ra từ giả thuyết, hiện tượng cần quan sát hoặc đại lượng cần đo.
2. Thiết kế phương án thí nghiệm	NLThN2.1 NLThN2.2 NLThN2.3 NLThN2.4 NLThN2.5 NLThN2.6 NLThN2.7 NLThN2.8 NLThN2.9	Phân tích, xác định được những kiến thức liên quan đến phương án thí nghiệm. Tìm hiểu được các thông tin thiết bị thí nghiệm liên quan qua tài liệu, catalogue, bài báo. Xác định được thiết bị thí nghiệm cần chế tạo dưới dạng bản vẽ (đối với trường hợp chưa có sẵn thiết bị). Chuẩn bị những vật liệu phù hợp với thiết kế. Gia công các bộ phận của thiết bị thí nghiệm theo thiết kế. Lắp ghép các bộ phận thành thiết bị thí nghiệm theo thiết kế. Bổ sung, sửa đổi các chi tiết trong quá trình chế tạo. Xác định được cách bố trí thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm. Xác định được những dữ liệu thí nghiệm định tính hoặc định lượng cần thu thập.
3. Thực hiện thí nghiệm	NLThN3.1 NLThN3.2 NLThN3.3 NLThN3.4	Lắp ráp, bố trí được thiết bị thí nghiệm và các dụng cụ khác để tiến hành thí nghiệm. Thực hiện các thao tác, hành động thí nghiệm theo kế hoạch. Sửa chữa, khắc phục được những sai hỏng thao tác hoặc thiết bị trong quá trình thí nghiệm. Quan sát, ghi nhận dữ liệu định tính và định lượng vào bảng số liệu, loại bỏ số liệu bất thường.
4. Rút ra kết luận và đánh giá	NLThN4.1 NLThN4.2 NLThN4.3 NLThN4.4	Xử lý dữ liệu thu được (tính giá trị trung bình, sai số, phân tích hiện tượng quan sát). Trình bày dữ liệu đã xử lý dưới dạng bảng, đồ thị, khớp hàm tìm quy luật. Đối chiếu kết quả thí nghiệm với mục đích ban đầu để rút ra kết luận. Nhận xét, đánh giá toàn bộ quá trình, đề xuất biện pháp giảm sai số và cải tiến thiết bị thí nghiệm.

Tiêu chí đánh giá các mức độ của chỉ số hành vi:

• Đối với các hành vi tư duy, trí óc (xác định mục đích, lập phương án, kết luận): Đánh giá theo thang SOLO gồm 3 mức: Mức 1 (Đơn cấu trúc), Mức 2 (Đa cấu trúc), Mức 3 (Mối quan hệ).
• Đối với các hành vi thao tác chân tay (gia công, lắp ráp, đo đạc): Đánh giá theo khung Dreyfus gồm 3 mức: Mức 1 (Sơ khởi), Mức 2 (Có kĩ năng), Mức 3 (Thành thạo).

Cơ sở lý luận về dạy học giải quyết vấn đề và thiết bị thực tập

• Dạy học kiến thức vật lí theo tiến trình giải quyết vấn đề: Luận án phân tích con đường lí thuyết, con đường thực nghiệm và con đường tìm hiểu lịch sử hình thành kiến thức vật lí (áp dụng cho các kiến thức trừu tượng như phóng xạ khi học sinh chưa đủ kiến thức tiên đề để tự suy luận thuần túy).
• Dạy học ứng dụng kỹ thuật của vật lí: Áp dụng Con đường 1 (tìm hiểu thiết bị kỹ thuật, nguyên tắc cấu tạo - hoạt động, làm sáng tỏ cơ sở vật lí, chế tạo mô hình vật chất - chức năng).
• Ba kiểu hướng dẫn sư phạm: Hướng dẫn tìm tòi (sáng tạo hoặc áp dụng mẫu), Hướng dẫn khái quát chương trình hóa, Hướng dẫn tái tạo (Angorit hoặc từng thao tác cụ thể).

Phương pháp nghiên cứu thực tế và nguồn tư liệu

• Nghiên cứu lí thuyết: Phân tích tài liệu chuyên ngành, chương trình giáo dục phổ thông, sách giáo khoa và các công bố khoa học.
• Khảo sát thực trạng:
  • Phỏng vấn sâu 17 giáo viên dạy Vật lí lớp 12 tại các trường THPT ở TP. Hồ Chí Minh (THPT Trần Văn Giàu, THPT Trung học Thực Hành, THPT Nguyễn Hữu Huân, THPT Diên Hồng...).
  • Khảo sát bằng phiếu hỏi đối với 350 học sinh đã học xong phần phóng xạ tại trường THPT.
  • Khảo sát 505 sinh viên đã học qua chương trình vật lí phổ thông về các hiểu biết và quan niệm sai lầm liên quan đến phóng xạ.
• Phương pháp nghiên cứu phòng thí nghiệm: Thiết kế kỹ thuật, gia công mẫu, thử nghiệm mạch điện, kiểm tra độ an toàn và hiệu chuẩn 5 thiết bị thí nghiệm phóng xạ.
• Phương pháp thực nghiệm sư phạm và thống kê toán học: Triển khai các bài dạy thực nghiệm tại trường phổ thông, thu thập dữ liệu bằng rubric đánh giá hành vi và xử lý số liệu định lượng.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương này tổng thuật toàn diện các cơ sở lý luận về năng lực, năng lực thực nghiệm, phương pháp đánh giá năng lực và tình hình nghiên cứu thiết bị thí nghiệm phóng xạ trên thế giới. Tác giả chỉ ra rằng hầu hết các bộ thí nghiệm phóng xạ thương mại quốc tế đều có giá thành cao và khó tiếp cận trong điều kiện giáo dục Việt Nam. Các bài báo hướng dẫn chế tạo tự phát còn thiếu thông tin xử lý sự cố kỹ thuật và thiếu mô hình sư phạm đi kèm. Từ đó, chương 1 xác định rõ 5 vấn đề cốt lõi cần giải quyết trong luận án.

Chương 2: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ trong dạy học các kiến thức về phóng xạ theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

Chương 2 hoàn thiện khung lý thuyết về năng lực thực nghiệm và công bố các kết quả khảo sát thực trạng:

• Kết quả khảo sát 17 giáo viên THPT: 100% giáo viên cho biết trường không có thiết bị thí nghiệm phóng xạ, phương pháp giảng dạy chủ yếu là thuyết trình, giảng giải lý thuyết và giải bài tập.
• Kết quả khảo sát 350 học sinh THPT: 297 học sinh (85%) xác nhận giáo viên chỉ dạy bằng hình thức thông báo - tiếp nhận; 98,34% thời lượng tập trung vào giải bài tập định lượng.

Hình thức dạy học giáo viên sử dụng	Số lượng học sinh lựa chọn (N = 350)	Tỷ lệ (%)
Thông báo và tiếp nhận	297	84,86%
Thuyết trình có minh họa (tranh ảnh, video, mô hình)	85	24,29%
Sử dụng tranh ảnh làm ví dụ minh họa	59	16,86%
Sử dụng video minh họa	44	12,57%

• Khảo sát 505 sinh viên về quan niệm sai lệch:
  • 42% cho rằng tia hồng ngoại và tử ngoại là tia phóng xạ; 72% cho rằng tia X là tia phóng xạ.
  • 62% cho rằng các thiết bị thông thường như điện thoại, máy tính, lò vi sóng phát ra tia phóng xạ.
  • 50% không phân biệt được khái niệm "chiếu xạ" và "nhiễm phóng xạ".

Chương này cũng xác định quy trình 5 bước xây dựng và 4 bước sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập, cùng 3 kiểu hướng dẫn sư phạm trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề.

Chương 3: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ

Tác giả phân tích nội dung chương trình Vật lí lớp 12 và nghiên cứu giải pháp sử dụng nguồn phóng xạ an toàn: quặng khoáng vật tự nhiên (Uranium Ore) hoạt độ thấp phát tia $\alpha, \beta$ và nguồn $\gamma$ từ đồng vị y tế ($^{99m}\text{Tc}$) hoặc nguồn tự nhiên. Tác giả đã thiết kế và chế tạo thành công 5 thiết bị thí nghiệm:

1. Buồng sương sử dụng đá khô: Cấu tạo buồng kín, đáy kim loại dẫn nhiệt tiếp xúc đá khô, tạo môi trường hơi cồn bão hòa để quan sát vệt sương của hạt $\alpha, \beta$.
2. Buồng sương sử dụng chip Peltier: Sử dụng hệ thống sò nóng lạnh kết hợp tản nhiệt nước, không phụ thuộc vào nguồn đá khô, tạo vệt sương ổn định.
3. Thiết bị phát hiện tia phóng xạ $\alpha, \beta$ nhờ tia lửa điện: Sử dụng nguồn điện áp cao tạo hiệu ứng thác lũ điện tử (spark chamber) khi hạt mang điện đi qua khe hở không khí giữa hai điện cực.
4. Đầu dò sử dụng ống đếm khí Geiger-Müller (G-M): Mạch ghép nối ống đếm G-M, khối xử lý tín hiệu xung và màn hình hiển thị số đếm xung theo thời gian thực.
5. Hệ đầu dò điều khiển tự động từ xa qua Wifi: Tích hợp vi điều khiển thu thập dữ liệu từ ống đếm G-M và truyền tín hiệu không dây qua mạng Wifi về máy tính/điện thoại nhằm đảm bảo khoảng cách an toàn bức xạ cho người học.

Các thiết bị này phục vụ các thí nghiệm: Kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của phóng xạ; kiểm nghiệm đặc điểm của tia $\alpha, \beta, \gamma$; kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên qua các vật liệu (chì, nhôm, nhựa); kiểm nghiệm định luật phóng xạ; mô phỏng nguyên tắc hoạt động của thiết bị kỹ thuật dùng tia $\gamma$ phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu hoặc điểm tắc nghẽn trong đường ống.

Chương 4: Thiết kế tiến trình dạy học giải quyết vấn đề một số kiến thức về phóng xạ theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh lớp 12

Tác giả cụ thể hóa mục tiêu bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho từng bài học và soạn thảo 3 tiến trình dạy học chi tiết:

1. Tiến trình dạy học kiến thức "Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ": Tổ chức theo con đường tìm hiểu lịch sử vật lí kết hợp chế tạo và sử dụng buồng sương, thiết bị cao áp đánh lửa để kiểm nghiệm tính chất các loại tia.
2. Tiến trình dạy học kiến thức "Định luật phóng xạ": Tổ chức cho học sinh sử dụng đầu dò Geiger-Müller đo đếm số xung qua các bề dày vật liệu chắn hoặc theo thời gian, biểu diễn dữ liệu bằng đồ thị và khớp hàm tìm quy luật suy giảm số mũ.
3. Tiến trình dạy học ứng dụng kỹ thuật "Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia $\gamma$ để phát hiện khuyết tật trong vật liệu": Dạy học theo Con đường 1, hướng dẫn học sinh chế tạo mô hình vật chất - chức năng và vận hành hệ thống đầu dò để phát hiện vị trí khuyết tật trên thanh kim loại hoặc vị trí tắc trong ống nhựa.

Chương 5: Thực nghiệm sư phạm

Thực nghiệm sư phạm được tiến hành nhằm kiểm chứng tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm và đo lường sự tiến bộ của học sinh về các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm.

• Về mặt định tính: Phân tích các biên bản quan sát, video học tập cho thấy học sinh từ chỗ lúng túng trong thao tác gia công, lắp ráp buồng sương hay sử dụng thước kẹp, đã có khả năng tự phát hiện lỗi sai trong bản vẽ, điều chỉnh thiết bị và thực hiện thành thạo các phép đo.
• Về mặt định lượng: Kết quả đánh giá bằng rubric qua các giai đoạn dạy học cho thấy các chỉ số hành vi của thành tố thiết kế phương án (NLThN2), thực hiện thí nghiệm (NLThN3) và rút ra kết luận, cải tiến (NLThN4) đều có sự chuyển dịch rõ rệt từ Mức 1 (Đơn cấu trúc / Sơ khởi) lên Mức 2 và Mức 3 (Mối quan hệ / Thành thạo).
• Đánh giá thiết bị: Cả 5 thiết bị thí nghiệm đều hoạt động ổn định, đảm bảo an toàn bức xạ và đáp ứng tốt các yêu cầu sư phạm của bài học.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lý luận

1. Đề xuất và luận giải cấu trúc năng lực thực nghiệm gồm 4 thành tố mở rộng, bổ sung cụ thể các chỉ số hành vi đối với trường hợp người học phải tự nghiên cứu, thiết kế bản vẽ, gia công và chế tạo thiết bị thí nghiệm mới khi chưa có sẵn phương tiện.
2. Xác lập hệ thống tiêu chí đánh giá các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm kết hợp giữa thang cấu trúc nhận thức quan sát được SOLO (cho hoạt động trí óc) và thang Dreyfus (cho hoạt động thao tác kỹ năng).
3. Vận dụng và phát triển lý luận dạy học giải quyết vấn đề theo hướng tiếp cận lịch sử khoa học và dạy học ứng dụng kỹ thuật trong môn Vật lí cấp Trung học phổ thông.

Đóng góp về mặt thực tiễn

1. Thiết kế và chế tạo thành công 5 bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ (buồng sương đá khô, buồng sương chip Peltier, thiết bị cao áp đánh lửa, đầu dò ống đếm G-M, hệ đầu dò điều khiển từ xa qua Wifi) với chi phí thấp, linh kiện dễ tìm, bảo đảm an toàn.
2. Soạn thảo 3 tiến trình bài dạy cụ thể kèm theo hệ thống phiếu học tập và bộ công cụ rubric đánh giá chi tiết năng lực thực nghiệm của học sinh lớp 12.
3. Cung cấp dữ liệu thực nghiệm sư phạm khẳng định tính khả thi của phương án chế tạo thiết bị và hiệu quả bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong nhà trường phổ thông.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Phạm vi nội dung kiến thức thực nghiệm chỉ giới hạn ở một số bài học phần Phóng xạ thuộc chương trình Vật lí lớp 12.
• Việc chế tạo các thiết bị đòi hỏi giáo viên và học sinh phải có sự chuẩn bị nhất định về kỹ năng gia công cơ khí và lắp ráp mạch điện tử cơ bản.
• Nguồn phóng xạ sử dụng bị giới hạn ở các mẫu khoáng vật tự nhiên hoặc đồng vị phóng xạ y tế có thời gian sống ngắn để đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Mở rộng nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị cho các chủ đề khác thuộc phân môn Vật lí hạt nhân và Vật lí hiện đại trong chương trình Giáo dục phổ thông 2018.
• Nghiên cứu kết hợp thiết bị thực với các phần mềm thí nghiệm mô phỏng, thí nghiệm ảo có độ tương tác cao (như Matlab App Designer) để hỗ trợ đánh giá năng lực thực nghiệm trên diện rộng.
• Mở rộng quy mô thực nghiệm sư phạm tại nhiều vùng miền và các loại hình trường Trung học phổ thông khác nhau.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với giáo viên Vật lí THPT: Tài liệu cung cấp bản vẽ kỹ thuật, sơ đồ mạch, quy trình chế tạo chi tiết 5 bộ thiết bị thí nghiệm tự làm và 3 giáo án mẫu dạy học giải quyết vấn đề kèm rubric đánh giá năng lực thực nghiệm.
• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí: Luận án là tài liệu tham khảo về phương pháp xây dựng khung năng lực thực nghiệm, kỹ thuật phân mức đánh giá theo SOLO/Dreyfus và quy trình thiết kế tiến trình dạy học ứng dụng kỹ thuật.
• Đối với các nhà quản lý giáo dục và biên soạn chương trình: Cung cấp minh chứng thực tiễn về tính khả thi của việc đưa các hoạt động thực hành, thí nghiệm phóng xạ an toàn vào danh mục thiết bị dạy học trong trường phổ thông.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu trúc năng lực thực nghiệm trong luận án có điểm gì khác so với các khung năng lực trước đây?

Cấu trúc năng lực thực nghiệm trong luận án bổ sung tường minh các chỉ số hành vi thuộc thành tố "Thiết kế phương án thí nghiệm" (từ NLThN2.3 đến NLThN2.7) dành riêng cho tình huống chưa có sẵn thiết bị. Khi đó, người học phải tự nghiên cứu tài liệu, thiết kế bản vẽ kỹ thuật, chuẩn bị vật liệu, gia công, lắp ráp và sửa đổi các chi tiết của thiết bị thí nghiệm trước khi tiến hành đo đạc.

2. Luận án đã chế tạo những thiết bị thí nghiệm phóng xạ nào và sử dụng nguồn phóng xạ gì để đảm bảo an toàn?

Tác giả đã chế tạo 5 thiết bị: (1) Buồng sương dùng đá khô, (2) Buồng sương dùng chip Peltier, (3) Thiết bị phát hiện tia $\alpha, \beta$ bằng tia lửa điện cao áp, (4) Đầu dò dùng ống đếm Geiger-Müller, và (5) Hệ đầu dò truyền dữ liệu qua Wifi. Nguồn phóng xạ được sử dụng là các mẫu khoáng vật tự nhiên (Uranium Ore) có hoạt độ bức xạ thấp hoặc đồng vị y tế $^{99m}\text{Tc}$, đảm bảo an toàn bức xạ cho học sinh trong môi trường học đường.

3. Thực trạng dạy học kiến thức phóng xạ tại các trường THPT được luận án ghi nhận ra sao?

Khảo sát 17 giáo viên tại TP. Hồ Chí Minh cho thấy 100% các trường không có thiết bị thí nghiệm phóng xạ; 85% học sinh (297/350 em) phản ánh giáo viên dạy học chủ yếu bằng phương pháp thông báo - tiếp nhận một chiều và 98,34% thời lượng dùng để giải bài tập định lượng. Khảo sát 505 sinh viên cho thấy có sự nhầm lẫn lớn giữa bức xạ không ion hóa (điện thoại, lò vi sóng) với tia phóng xạ (62%) và không phân biệt được chiếu xạ với nhiễm xạ (50%).

4. Luận án áp dụng những con đường dạy học giải quyết vấn đề nào cho kiến thức phóng xạ?

Do kiến thức phóng xạ có tính chất vi mô, trừu tượng, luận án áp dụng hai con đường chính: (1) Con đường tìm hiểu lịch sử hình thành kiến thức vật lí (học sinh tiếp nhận kiến thức qua bối cảnh lịch sử rồi thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm lại) và (2) Dạy học ứng dụng kỹ thuật theo Con đường 1 (tìm hiểu nguyên tắc cấu tạo - hoạt động của thiết bị thực tế, sau đó tự chế tạo mô hình vật chất - chức năng để minh họa nguyên lý).

5. Khung đánh giá các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm được xây dựng dựa trên cơ sở nào?

Luận án kết hợp hai khung chuẩn: Thang SOLO (gồm 3 mức: Đơn cấu trúc, Đa cấu trúc, Mối quan hệ) dùng để đánh giá các hành vi tư duy, lập luận trí óc; và Khung Dreyfus (gồm 3 mức: Sơ khởi, Có kĩ năng, Thành thạo) dùng để đánh giá các hành vi thao tác chân tay như gia công, lắp ghép, bố trí và thực hiện đo đạc thí nghiệm.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Lê Anh Đức đã giải quyết sự thiếu vắng của thiết bị thí nghiệm phóng xạ trong dạy học Vật lí lớp 12 bằng việc nghiên cứu, chế tạo thành công 5 bộ thiết bị tự làm an toàn, chi phí thấp. Tác giả đã hoàn thiện khung lý thuyết về năng lực thực nghiệm mở rộng cho trường hợp tự chế tạo phương tiện dạy học, đồng thời thiết kế và thử nghiệm thành công 3 tiến trình dạy học giải quyết vấn đề tại trường phổ thông. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi trong việc tổ chức cho học sinh tự lực thiết kế, chế tạo thiết bị để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm, góp phần đáp ứng mục tiêu đổi mới giáo dục theo Chương trình Giáo dục phổ thông 2018.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Các nghiên cứu về năng lực 1. Định nghĩa năng lực Hầu hết các định nghĩa về năng lực (NL) đều xem NL là sự kết hợp của kiến thức, kĩ năng cơ bản với thái độ (tình cảm, giá trị, động cơ cá nhân.

+ Theo Bloom và cộng sự: “Kiến thức được định nghĩa là một cái gì đó đã được biết và lưu trữ trong tâm trí, còn NL bao gồm việc ứng dụng những kiến thức như vậy” [5]. + Weinert [6] định nghĩa “NL là những khả năng và kỹ xảo học được hoặc sẵn có của cá thể nhằm giải quyết các tình huống xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề một cách hiệu quả, trách nhiệm trong những tình huống linh hoạt”. + Theo từ điển Tiếng Việt của Hoàng Phê [7]: “NL là khả năng, theo điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó, là phẩm chất tâm lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một hoạt động nào đó với chất lượng cao”. + NL là kết quả của việc “huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác” nhưng không phải chính “sự huy động” ấy [4].

Các định nghĩa NL ở trên chưa đề cập đến bối cảnh cụ thể, mức độ của các hành vi NL và sự phát triển của NL của học sinh khi được đặt vào trong một hoàn cảnh cụ thể. Định nghĩa NL của Rychen và Salganik, Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế OECD (Organization for Economic Cooperation and Development): “NL liên quan đến khả năng đáp ứng nhu cầu phức tạp, bằng cách huy động nguồn lực tâm lý xã hội (bao gồm cả kỹ năng và thái độ) trong một bối cảnh cụ thể” [8]. Cũng đề cập đến khả năng thực hiện một nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể, Griffin đưa ra định nghĩa sau: “Năng lực là một đặc điểm tiềm ẩn xác định khả năng của một người để thực hiện các nhiệm vụ và thể hiện các kỹ năng. Năng lực là một thuộc tính cá nhân tiềm ẩn mà chỉ có thể được 7 suy luận từ việc quan sát về số lượng và mức độ mà một người thể hiện một tập hợp các kỹ năng liên quan đến thuộc tính cá nhân của họ trong một loạt các bối cảnh” [9].

Hai định nghĩa này chỉ ra mối liên quan với nhu cầu và được thể hiện bằng hành động (có lý do và mục tiêu) bởi các cá nhân trong một tình huống cụ thể. NL của một người phải được thể hiện ra bằng các hành vi mà người ta có thể quan sát được, qua đó xác định được số lượng và mức độ của các kỹ năng liên quan đến khả năng thực hiện các nhiệm vụ của người đó [10]. Nói đến NL là nói đến khả năng thực hiện, là phải biết làm, chứ không phải chỉ biết và hiểu [11]. Chương trình GDPT năm 2018 đưa ra định nghĩa: Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí.

thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể [1]. NL có sự gắn bó với bối cảnh cụ thể, và có sự biểu hiện khác nhau trong những bối cảnh khác nhau. Năng lực có thể được tăng lên thông qua học tập hoặc đào tạo trong các bối cảnh liên quan [1]. Trong luận án này, chúng tôi sử dụng khái niệm năng lực mà Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đề xuất ở trên.

Qui trình xây dựng khung cấu trúc năng lực Theo tác giả Nguyễn Văn Biên [12], Đỗ Hương Trà [11], việc xác định cấu trúc NL sẽ bao gồm: - Thứ nhất: Định nghĩa (mô tả nội hàm) NL. - Thứ hai: Xác định các lĩnh vực, hợp phần và thành tố cấu thành nên NL đó. - Thứ ba: Xác định các hành vi của mỗi thành tố. Các chỉ số hành vi (CSHV) cần được diễn đạt sao cho có thể quan sát được, làm bằng chứng của việc đạt được các thành tố NL.

- Thứ tư: Xác định mức độ chất lượng của các hành vi, mô tả mức độ chất lượng thành công của các hành vi mà HS thể hiện. Cấu trúc khung năng lực [9], [12] 1. Dạy học bồi dưỡng, phát triển và đánh giá năng lực Theo tác giả Đỗ Hương Trà và cộng sự [11], dạy học vật lí ngoài việc dạy kiến thức còn phải coi trọng việc rèn luyện cho HS NL vận dụng tri thức vật lí vào việc tìm hiểu và giải quyết vấn đề của thực tiễn cuộc sống. GV cần lựa chọn các phương pháp phù hợp, có ưu thế trong việc phát triển từng thành tố NL cụ thể, tạo điều kiện để chú trọng tập trung đánh giá các NL thành tố.

Các hoạt động diễn ra trong bài học cần đa dạng, tạo nhiều cơ hội cho HS thể hiện ra được các hành vi đã được xác định trong yêu cầu cần đạt về NL. “Cái cốt lõi của sự thành công trong việc phát triển NL là GV phải có dụng ý lựa chọn chủ đề học tập, rồi tổ chức tình huống đưa người học vào HĐ học, hay GQVĐ” [13]. Tác giả Nguyễn Thị Thuần [14] đề xuất các biện pháp bồi dưỡng NL khoa học như sau: Bồi dưỡng NL khoa học dựa trên HĐ tìm tòi khám phá, học tích hợp, chỉ dạy học những vấn đề cốt lõi, mở cửa trường phổ thông ra thế giới thực - bên ngoài nhà trường, thực hiện đánh giá NL cần phải thúc đẩy quá trình học. Tác giả Nguyễn Thị Diệu Linh [15] đưa ra bốn nguyên tắc bồi dưỡng NL thiết kế công cụ đánh giá NL cho sinh viên sư phạm.

Trong đó chúng tôi thấy hai nguyên tắc có thể được sử dụng để phát triển nhiều loại NL khác, kể cả NLThN đó là “Sử dụng chiến lược mờ dần” và “Phản hồi dựa theo vùng phát triển gần”. 9 Theo chương trình Đánh giá HS quốc tế PISA (Programme for International Student Assessment), đánh giá NL là đánh giá kiến thức, kĩ năng và thái độ của người học trong một bối cảnh có ý nghĩa [16]. Để đánh giá NL của một người, cần phải có đủ bằng chứng liên quan đến NL cần đánh giá. Bằng chứng là những gì có thể quan sát trực tiếp khi làm, nói, viết hoặc tạo ra.

Những gì mọi người nghĩ, cảm nhận, biết hoặc hiểu là những suy luận [11], [15]. Đánh giá NL bao hàm việc đo lường khả năng của HS, dựa trên việc miêu tả các sản phẩm đầu ra cụ thể, rõ ràng tới mức GV, HS và các bên liên quan đều có thể hình dung tương đối khách quan và chính xác về thành quả của HS sau quá trình học tập [17]. Cũng theo tác giả Nguyễn Diệu Linh [15], các nhiệm vụ dành cho người học cần được gắn với các bối cảnh trong thực tiễn; trong quá trình thực hiện nhiệm vụ phải thu thập các thông tin, quan sát tâm lí của HS khi nhận thức và thực hiện nhiệm vụ, chứ không phải chỉ dựa vào sản phẩm hay kết quả cuối cùng. Mặc dù NL của một người khi ở trong các bối cảnh tương tự là như nhau nhưng sự thể hiện của NL của người đó có thể thay đổi khi gặp bối cảnh khác.

Một cá nhân có năng lực có thể đáp ứng các yêu cầu của một bối cảnh này nhưng không thể thể hiện cùng một mức độ NL trong bối cảnh khác. Điều này dẫn đến yêu cầu cần phải quan sát các cá nhân trong một loạt các bối cảnh [15]. Chúng tôi đồng ý với quan điểm của các tác giả trên dù việc đánh giá NL qua một số bài thi, hay bài kiểm đánh giá NL, những vấn đề - bối cảnh đưa ra có thể sẽ không gắn với thực tiễn hoặc không làm cho tất cả thí sinh hứng thú thực hiện. Tác giả Nguyễn Thị Thuần [14] đã tổng hợp được một số nguyên tắc đánh giá NL: phải đảm bảo tính giá trị; độ tin cậy; tính linh hoạt; tính công bằng; tính hệ thống; tính toàn diện; phát triển HS và đánh giá trong bối cảnh thực tiễn.

Hoạt động đánh giá hướng tới đánh giá vì sự tiến bộ của người học [11]. Dù rất khó để có thể thực hiện các mục tiêu kép, nhưng thiết kế nhiệm vụ và đánh giá NL nên được thực hiện trong một bối cảnh thực tiễn, để HS có thể tự nhiên bộc lộ những hành vi của NL; thông qua đánh giá, HS cũng có cơ hội tập dượt và NL sẽ được phát triển thêm. Các nghiên cứu về năng lực thực nghiệm 1. Định nghĩa và cấu trúc năng lực thực nghiệm Theo từ điển tiếng việt Hoàng Phê: “Thực nghiệm là tạo ra những biến đổi nào 10 đó ở sự vật để quan sát nhằm nghiên cứu những hiện tượng nhất định, kiểm tra những ý kiến hoặc gợi ra những ý kiến mới”, định nghĩa này khá giống với định nghĩa “thí nghiệm”: “Thí nghiệm là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh hoặc làm thử để rút kinh nghiệm” [7].

Trong luận án, chúng tôi cho rằng thực nghiệm là thực hiện thí nghiệm, năng lực thực nghiệm là năng lực thực hiện thí nghiệm. Qua việc tìm hiểu NLThN bằng các từ khóa “experimental competence”, “practical skill”, “practical work”, “experimental skill”… chúng tôi thấy có ít tài liệu định nghĩa cụ thể, tường minh về NLThN, thay vào đó, thường liệt kê các thành tố của NLThN. Tác giả Eickhorst và cộng sự đã định nghĩa thuật ngữ “năng lực thực nghiệm” - “experimental competence”: Khả năng tiềm ẩn của một trong các hành vi: lập kế hoạch hoặc thực hiện các TN nhằm làm rõ một câu hỏi vật lí, và đánh giá có ý nghĩa về kết quả, dữ liệu đã đạt được [18]. Theo nhóm tác giả Metzger [19]: NLThN được cấu trúc bởi các NL thành phần đề cập đến nhiều loại vấn đề khác nhau như quan sát, đo lường, tìm hiểu, nghiên cứu., đánh giá các biện pháp hoặc giải quyết vấn đề.

Sự khác biệt giữa các NL phụ khá phổ biến trong các mô hình NLThN khác nhau, cụ thể là: xác định và thiết lập giả thuyết/ mục đích TN; lập kế hoạch và thực hiện các TN, phân tích kết quả TN [20]. Tài liệu của OCR (Oxford Cambridge and RSA) [21] đề cập đến kĩ năng thực hành - “practical skill” bao gồm các kĩ năng sau: lập kế hoạch cho TN, tiến hành, phân tích kết quả và kết luận.