Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp "Thiết kế học liệu số hỗ trợ dạy học chủ đề Động học trong Vật lý 10 Chương trình Giáo dục phổ thông 2018" của tác giả Trần Thị Hải Hậu được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng năm 2022, thuộc chuyên ngành Sư phạm Vật lý dưới sự hướng dẫn của ThS. Trần Thị Hương Xuân.

Lý do chọn đề tài xuất phát từ các định hướng đổi mới giáo dục của Đảng và Nhà nước, được khẳng định trong Nghị quyết Trung ương IV khóa VII và Nghị quyết Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX về việc đổi mới hình thức giảng dạy, chuyển trọng tâm từ truyền thụ kiến thức một chiều sang phát triển tư duy độc lập, tích cực và tự chủ của học sinh. Đồng thời, văn bản căn cứ vào quy định năm 2016 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý, tổ chức đào tạo qua mạng, bao gồm các mô hình đào tạo kết hợp (Blended learning) và học tập điện tử (e-Learning, m-Learning, u-Learning, smart-Learning). Về mặt thực tiễn, tại thời điểm năm 2021–2022, bối cảnh đại dịch COVID-19 diễn biến phức tạp khiến việc dạy học trực tuyến trở thành phương thức bắt buộc tại nhiều địa phương, bộc lộ nhu cầu cấp thiết về hệ thống học liệu số phục vụ việc tự học của học sinh và công tác giảng dạy của giáo viên. Bên cạnh đó, việc bắt đầu triển khai Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 ở cấp Trung học phổ thông (lớp 10) đặt ra yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học ngay từ chương mở đầu môn Vật lý là chương "Động học".

Mục đích nghiên cứu của đề tài là đề xuất quy trình thiết kế học liệu số, qua đó xây dựng các tiến trình dạy học sử dụng học liệu số nhằm thu hút và tạo cảm hứng học tập cho học sinh lớp 10.

Đề tài xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Tìm hiểu về học liệu số.
  2. Xác định cơ sở lí luận và thực tiễn cho việc thiết kế và sử dụng học liệu số trong dạy học.
  3. Nghiên cứu nội dung chương Động học trong Vật lý 10 và khả năng thể hiện bằng học liệu số.
  4. Tìm hiểu và vận dụng quy trình xây dựng học liệu số cho một số bài học chương Động học lớp 10.
  5. Đề xuất các hình thức sử dụng học liệu số trong dạy học chương Động học lớp 10.
  6. Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của học liệu số trong dạy học chương Động học lớp 10.

Đối tượng nghiên cứu của khóa luận là quá trình sử dụng học liệu số trong dạy học chương Động học lớp 10. Khách thể nghiên cứu là quá trình dạy học chương Động học lớp 10. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc thiết kế và sử dụng học liệu số hỗ trợ dạy học một số nội dung thuộc chương Động học môn Vật lý lớp 10 theo sách giáo khoa "Kết nối tri thức với cuộc sống" của Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài được xây dựng dựa trên các khái niệm pháp lý và học thuật về học liệu và học liệu số:

  • Khái niệm học liệu theo Khoản 2, Điều 2, Thông tư số 11/2018/TT-BGDĐT: "học liệu là các phương tiện vật chất lưu giữ, mang hoặc phản ánh nội dung học tập, nghiên cứu". Về mặt quốc tế, khái niệm đối sánh với The Greenwood Dictionary of Education xem học liệu là phương tiện hỗ trợ truyền đạt kiến thức hoặc phát triển kỹ năng.
  • Khái niệm học liệu số (HLS): hệ thống tài liệu học tập được số hóa theo cấu trúc, định dạng và kịch bản nhất định, lưu trữ trên máy tính nhằm phục vụ việc dạy và học. Bản chất của HLS gồm hai thành phần thống nhất: thành phần vật chất (lưu giữ/phản ánh thông tin số hóa) và thành phần nội dung (mang ý đồ sư phạm cụ thể).
  • Cơ sở lý luận về nguyên tắc trực quan trong dạy học (theo Nguyễn Văn Hộ, Phan Trọng Ngọ, Tô Xuân Giáp) và dạy học phân hóa có ứng dụng công nghệ thông tin (On Target: Strategies That Differentiate Instruction, 2006).
  • Lý luận về hoạt động tự học: bản chất tự học, các hình thức tự học (tự học không có hướng dẫn, tự học có hướng dẫn, tự học có hướng dẫn trực tiếp) và chu trình tự học 3 thời (Tự nghiên cứu — Tự thể hiện — Tự kiểm tra, tự điều chỉnh).

Phương pháp nghiên cứu được tác giả triển khai bao gồm:

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Thu thập, phân tích và tổng hợp các tài liệu lý luận dạy học, văn bản quy phạm pháp luật, chương trình và sách giáo khoa Vật lý 10 để xác định khung lý thuyết.
  • Phương pháp điều tra, quan sát, nghiên cứu thực tiễn: Sử dụng phiếu điều tra tìm hiểu mức độ quan tâm của giáo viên và học sinh đối với HLS; dự giờ, quan sát hoạt động dạy học; trao đổi với giáo viên THPT về thực trạng ứng dụng HLS.
  • Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến đánh giá, phản biện của đội ngũ giảng viên, chuyên gia giáo dục và giáo viên THPT (trong đó có sự hỗ trợ phản biện từ trường THPT Nguyễn Trãi) để thẩm định tính sư phạm và hoàn thiện sản phẩm học liệu.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy học thực nghiệm có sử dụng HLS đã thiết kế để kiểm định tính khả thi và hiệu quả.

Nguồn dữ liệu của đề tài gồm văn bản Chương trình GDPT 2018 môn Vật lý, bản mẫu Sách giáo khoa Vật lý 10 (bộ Kết nối tri thức với cuộc sống - NXB Giáo dục Việt Nam 2021), các nghiên cứu về công nghệ giáo dục của UNESCO, tài liệu bồi dưỡng giáo viên của Bộ GD&ĐT cùng các công bố học thuật liên quan.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc thiết kế và sử dụng học liệu số trong chương Động học – Vật lý 10

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về học liệu số và hoạt động tự học, đồng thời phân tích thực trạng ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học tại Việt Nam và trên thế giới.

Tác giả trình bày các tiêu chí phân loại học liệu số theo lý thuyết dạy học:

  • Căn cứ khả năng can thiệp: HLS đóng (không chỉnh sửa sau xuất bản) và HLS mở (cho phép cập nhật, bổ sung).
  • Căn cứ khả năng tương tác: HLS tĩnh (chỉ đọc/xem) và HLS động (cho phép tương tác rẽ nhánh, nhập dữ liệu, trắc nghiệm phản hồi).
  • Căn cứ phương thức lưu trữ: Lưu trữ trên thiết bị cá nhân (CD-ROM, thẻ nhớ, ổ cứng) và lưu trữ trên máy chủ mạng (file server, web server).
  • Căn cứ sự đa dạng thông tin: HLS mono (đơn phương tiện) và HLS đa phương tiện (tổ hợp văn bản, đồ họa, âm thanh, video clip, ứng dụng mô phỏng).
Loại định dạng HLS Đặc điểm và chức năng trong dạy học Vật lý
Lý thuyết Kiến thức cơ bản trong SGK, kiến thức thực tế, hệ thống phiếu học tập, câu hỏi gợi mở.
Hình ảnh Tranh ảnh tĩnh, ảnh động (animation), sơ đồ tư duy, đồ thị, lược đồ biểu diễn hiện tượng vật lý.
Phim tư liệu Video về các sự kiện lịch sử vật lý, phát minh khoa học, âm thanh thuyết minh có tính trực quan cao.
Mô phỏng, tương tác Thí nghiệm ảo, hoạt cảnh mô phỏng cơ chế chuyển động, trò chơi tương tác hỗ trợ khám phá.
Hỗn hợp Tổng hợp các định dạng trên trong website học tập, bài giảng điện tử tương tác hoặc e-book.

Về phương thức khai thác, tác giả phân định 5 hình thức sử dụng HLS: thay thế sách giáo khoa/sách tham khảo; truyền tải nội dung bài giảng trên lớp; dạy một nội dung ngắn (1–3 phút); giải quyết trọn vẹn một nội dung (5–10 phút); và dạy trọn vẹn một tiết học (đặc biệt là các tiết ôn tập hệ thống hóa kiến thức).

Về quy trình thiết kế HLS tổng quát, chương 1 đề xuất quy trình 5 bước:

  1. Bước 1: Xác định mục tiêu và kiến thức cơ bản của bài học.
  2. Bước 2: Xác định học liệu sử dụng trong bài và nguồn xây dựng (tư liệu Internet, phần mềm đồ họa, video).
  3. Bước 3: Xây dựng kịch bản bài giảng chi tiết theo nguyên tắc sư phạm.
  4. Bước 4: Lựa chọn công cụ và số hóa kịch bản (sử dụng các phần mềm như PowerPoint, Avina, iSpring...).
  5. Bước 5: Chạy thử chương trình, kiểm soát lỗi, chỉnh sửa và đóng gói sản phẩm.

Chương 2: Thiết kế và sử dụng học liệu số trong chương Động học – Vật lý 10

Chương 2 trình bày chi tiết cấu trúc nội dung chương Động học, xác định các định hướng thiết kế và xây dựng sản phẩm HLS cụ thể trên môi trường số.

Nội dung chương Động học trong SGK Vật lý 10 được cấu trúc gồm các bài:

  1. Độ dịch chuyển và quãng đường đi được.
  2. Tốc độ và vận tốc.
  3. Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian.
  4. Chuyển động biến đổi. Gia tốc.
  5. Chuyển động thẳng biến đổi đều.
  6. Sự rơi tự do.
  7. Chuyển động ném.

Tác giả xác định 3 định hướng thiết kế học liệu số:

  • Định hướng 1: Bám sát nội dung và chuẩn kiến thức, kỹ năng của Chương trình GDPT 2018.
  • Định hướng 2: Phù hợp với xu thế đổi mới phương pháp dạy học, tập trung quán triệt tư tưởng dạy học phân hóa (đảm bảo tính vừa sức, tính hệ thống và phù hợp với từng đối tượng học sinh).
  • Định hướng 3: Đảm bảo tính đại trà và phổ cập, sử dụng các công cụ thân thiện, dễ vận hành như Microsoft PowerPoint, hệ thống quản lý học tập trực tuyến Shub.vn và thí nghiệm ảo PhET.

Từ quy trình chung, tác giả cụ thể hóa quy trình xây dựng HLS cho chương Động học gồm 7 bước:

  • Bước 1: Xác định mục tiêu bài học (kiến thức, năng lực chung, năng lực đặc thù và phẩm chất).
  • Bước 2: Xác định kiến thức cơ bản, trọng tâm của từng chủ đề.
  • Bước 3: Xây dựng kịch bản dạy học với HLS.
  • Bước 4: Lựa chọn tư liệu (video, hình ảnh, mô phỏng).
  • Bước 5: Lựa chọn phần mềm công cụ và tiến hành số hóa kịch bản.
  • Bước 6: Chạy thử, lấy ý kiến chuyên gia và đồng nghiệp.
  • Bước 7: Chỉnh sửa, hoàn thiện và đăng tải lên hệ thống trực tuyến.

Sản phẩm HLS được tác giả thiết lập trên nền tảng website https://shub.vn/ với cấu trúc phân nhánh gồm 4 phân hệ:

  1. Hệ thống kiến thức cơ bản: Tích hợp bài giảng điện tử tương tác bằng PowerPoint, cho phép học sinh điều hướng theo từng mục nội dung.
  2. Ôn luyện kiến thức theo chủ đề: Gồm Chủ đề 1 (Quãng đường, vận tốc, đồ thị độ dịch chuyển – thời gian), Chủ đề 2 (Chuyển động biến đổi, biến đổi đều và gia tốc), Chủ đề 3 (Sự rơi tự do).
  3. Hệ thống bài tập rèn luyện kỹ năng giải toán phân hóa: Phân chia thành 3 nhóm đối tượng:
    • Nhóm bài tập dành cho học sinh yếu kém (mức độ nhận biết, áp dụng công thức trực tiếp).
    • Nhóm bài tập dành cho học sinh trung bình và trung bình khá (yêu cầu hiểu bản chất và biến đổi cơ bản).
    • Nhóm bài tập dành cho học sinh khá giỏi (bài tập tổng hợp, đòi hỏi tư duy phân tích và giải toán vector).
  4. Tự kiểm tra, đánh giá: Gồm hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan có tính năng tự động chấm điểm và phản hồi lỗi sai, kết hợp với đề kiểm tra tự luận (học sinh nộp ảnh bài làm để giáo viên chấm điểm trực tiếp).

Chương 2 cũng thiết kế hoàn chỉnh kế hoạch bài dạy minh họa cho Bài 4: Độ dịch chuyển và quãng đường đi được, phân bổ theo tiến trình 4 hoạt động:

  • Hoạt động 1 (10 phút): Tìm hiểu về vị trí của vật chuyển động tại các thời điểm (khái niệm chất điểm, vật mốc, hệ quy chiếu, hệ tọa độ).
  • Hoạt động 2 (10 phút): Tìm hiểu về độ dịch chuyển (định nghĩa, biểu diễn bằng vector mũi tên).
  • Hoạt động 3 (15 phút): Phân biệt độ dịch chuyển và quãng đường đi được (thảo luận nhóm so sánh độ lớn và khoảng cách).
  • Hoạt động 4 (10 phút): Tổng hợp độ dịch chuyển (áp dụng quy tắc tổng hợp vector).

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 trình bày kế hoạch và phương pháp tổ chức thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra tính khả thi của hệ thống học liệu số đã thiết kế:

  • Mục đích thực nghiệm: Đánh giá mức độ phù hợp của hệ thống HLS trên nền tảng Shub.vn và hiệu quả của các tiến trình dạy học đối với việc nâng cao khả năng tự học và kết quả học tập của học sinh.
  • Nhiệm vụ: Tiến hành giảng dạy các bài học thuộc chương Động học theo giáo án đã thiết kế; hướng dẫn học sinh khai thác tài nguyên học liệu số, làm bài tập phân hóa và thực hiện bài kiểm tra đánh giá trên hệ thống.
  • Nội dung và phương pháp: Sử dụng phối hợp phương pháp dạy học trực tiếp kết hợp trực tuyến; thu thập dữ liệu thông qua quan sát sư phạm, kết quả bài làm trắc nghiệm/tự luận của học sinh và phiếu lấy ý kiến đóng góp từ giáo viên THPT trực tiếp tham gia giảng dạy.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả cụ thể sau:

  • Hệ thống hóa cơ sở lý luận về học liệu số, quy trình thiết kế HLS và các hình thức khai thác HLS trong dạy học môn Vật lý ở trường THPT.
  • Xây dựng thành công quy trình 7 bước thiết kế học liệu số mang tính thực tiễn, phù hợp với năng lực công nghệ thông tin phổ thông của giáo viên.
  • Số hóa toàn bộ nội dung kiến thức trọng tâm, hệ thống bài tập phân hóa 3 cấp độ và ngân hàng đề kiểm tra tự đánh giá cho chương "Động học" (Vật lý 10) trên nền tảng Shub.vn và Microsoft PowerPoint.
  • Thiết kế giáo án tiến trình dạy học mẫu (Bài 4: Độ dịch chuyển và quãng đường đi được) đáp ứng mục tiêu phát triển phẩm chất, năng lực chung và năng lực đặc thù theo Chương trình GDPT 2018.

Các giải pháp và khuyến nghị sư phạm được tác giả đưa ra:

  • Khi sử dụng HLS, giáo viên cần phối hợp linh hoạt giữa phương tiện trực quan số và học liệu truyền thống; tránh lạm dụng quá nhiều hiệu ứng đồ họa gây phân tán sự chú ý của học sinh.
  • Giáo viên phải giữ vai trò chủ đạo trong việc định hướng, tổ chức và điều hành nhận thức, không để công nghệ thay thế hoàn toàn tương tác sư phạm trực tiếp.
  • Khai thác tối đa tính năng phân hóa của HLS để giao nhiệm vụ học tập phù hợp với từng đối tượng học sinh, đẩy mạnh năng lực tự học của người học.

Đóng góp của đề tài: Khóa luận cung cấp một giải pháp thiết kế học liệu số hoàn chỉnh, gắn liền với chương trình SGK mới (Chương trình GDPT 2018), phục vụ trực tiếp cho việc đổi mới phương pháp dạy học theo mô hình kết hợp (Blended learning) và trực tuyến trong môn Vật lý 10.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận các hạn chế dựa trên phạm vi nghiên cứu:

  • Phạm vi nội dung mới chỉ dừng lại ở chương mở đầu "Động học" của chương trình Vật lý 10 theo một bộ sách giáo khoa cụ thể (bộ "Kết nối tri thức với cuộc sống").
  • Khâu xây dựng thí nghiệm ảo và mô phỏng tương tác phức tạp chủ yếu dựa trên liên kết tài nguyên mở có sẵn (như nền tảng PhET), chưa tự lập trình chuyên sâu các phần mềm mô phỏng riêng biệt.
  • Địa bàn khảo sát thực trạng và thực nghiệm sư phạm còn giới hạn tại một số trường THPT địa phương.

Hướng mở rộng nghiên cứu:

  • Tiếp tục mở rộng quy trình và xây dựng hệ thống học liệu số cho toàn bộ các chương còn lại của chương trình Vật lý 10 và các khối lớp 11, 12 theo Chương trình GDPT 2018.
  • Nghiên cứu ứng dụng thêm các công cụ thiết kế học liệu chuyên nghiệp (như Avina Author, iSpring Suite, Adobe Presenter) để nâng cao tính tương tác đa phương tiện.
  • Mở rộng quy mô thực nghiệm sư phạm trên nhiều nhóm đối tượng học sinh và các cơ sở giáo dục khác nhau nhằm thu thập dữ liệu định lượng quy mô lớn.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên chuyên ngành Sư phạm Vật lý và Sư phạm Khoa học tự nhiên: Tham khảo phương pháp xây dựng tiến trình dạy học phát triển năng lực và quy trình số hóa nội dung giảng dạy.
  • Giáo viên môn Vật lý tại các trường THPT: Tham khảo cấu trúc bài giảng điện tử tương tác, hệ thống bài tập phân hóa theo 3 mức độ nhận thức và cách tổ chức lớp học trực tuyến trên nền tảng Shub.vn cho chương Động học lớp 10.
  • Cán bộ nghiên cứu phương pháp dạy học: Khảo sát mô hình ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học kết hợp và dạy học phân hóa đáp ứng yêu cầu Chương trình GDPT 2018.

Các phần có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

  • Quy trình 7 bước thiết kế học liệu số trong dạy học Vật lý (Chương 2, Mục 2.3.1).
  • Ma trận phân hóa bài tập theo 3 nhóm đối tượng và 3 chủ đề ôn tập chương Động học (Chương 2, Mục 2.3.2).
  • Giáo án chi tiết 4 hoạt động bài "Độ dịch chuyển và quãng đường đi được" (Chương 2, Mục 2.3.3).

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận tiếp cận khái niệm học liệu số dựa trên cơ sở pháp lý và định nghĩa khoa học nào?
Tác giả căn cứ vào Khoản 2, Điều 2 của Thông tư số 11/2018/TT-BGDĐT để xác định bản chất học liệu, kết hợp định nghĩa của The Greenwood Dictionary of Education. Học liệu số được khóa luận định nghĩa là hệ thống tài liệu học tập được số hóa theo cấu trúc, định dạng và kịch bản nhất định, lưu trữ trên máy tính nhằm phục vụ việc dạy và học, bao gồm hai thành phần cốt lõi là thành phần vật chất số hóa và thành phần nội dung mang ý đồ sư phạm.

2. Quy trình thiết kế học liệu số cho chương Động học gồm những bước nào?
Quy trình gồm 7 bước: (1) Xác định mục tiêu bài học; (2) Xác định kiến thức cơ bản, trọng tâm; (3) Xây dựng kịch bản dạy học với HLS; (4) Lựa chọn tư liệu; (5) Lựa chọn phần mềm công cụ và số hóa kịch bản; (6) Chạy thử, xin ý kiến chuyên gia và đồng nghiệp; (7) Chỉnh sửa, hoàn thiện và đăng tải.

3. Hệ thống bài tập trong học liệu số của khóa luận được phân hóa như thế nào?
Bài tập được phân chia thành 3 mức độ nhận thức:

  • Nhóm yếu kém: Bài tập đơn giản, vận dụng trực tiếp khái niệm và công thức cơ bản.
  • Nhóm trung bình và trung bình khá: Bài tập yêu cầu hiểu bản chất vật lý và biến đổi toán học cơ bản.
  • Nhóm khá giỏi: Bài tập nâng cao, rèn luyện tư duy phân tích, tổng hợp và tính toán vector. Đồng thời, bài tập được phân loại theo 3 chủ đề: Quãng đường - vận tốc - đồ thị; Chuyển động biến đổi - gia tốc; và Sự rơi tự do.

4. Những công cụ và nền tảng công nghệ nào được tác giả sử dụng để xây dựng học liệu số?
Tác giả sử dụng Microsoft PowerPoint để thiết kế bài giảng điện tử tương tác, tích hợp nguồn mô phỏng thí nghiệm từ website PhET, và sử dụng nền tảng https://shub.vn/ để lưu trữ, quản lý lớp học, phân phối bài tập trắc nghiệm tự động chấm điểm và bài tập tự luận.

5. Tiến trình dạy học minh họa cho Bài 4 (Độ dịch chuyển và quãng đường đi được) được tổ chức thành những hoạt động nào?
Tiến trình gồm 4 hoạt động:

  • Hoạt động 1 (10 phút): Tìm hiểu về vị trí của vật chuyển động tại các thời điểm.
  • Hoạt động 2 (10 phút): Tìm hiểu về độ dịch chuyển.
  • Hoạt động 3 (15 phút): Phân biệt độ dịch chuyển và quãng đường đi được.
  • Hoạt động 4 (10 phút): Cách tổng hợp độ dịch chuyển bằng phương pháp vector.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Trần Thị Hải Hậu đã giải quyết một cách có hệ thống vấn đề thiết kế và sử dụng học liệu số trong dạy học chương Động học môn Vật lý 10 theo Chương trình Giáo dục phổ thông 2018. Tác giả đã kết hợp lý luận dạy học phân hóa và lý luận về hoạt động tự học để đề xuất quy trình 7 bước xây dựng học liệu số hoàn chỉnh trên nền tảng Shub.vn và PowerPoint. Công trình cung cấp một tài liệu tham khảo sư phạm thiết thực cho giáo viên THPT và sinh viên ngành Sư phạm Vật lý trong giai đoạn đổi mới chương trình và đẩy mạnh chuyển đổi số giáo dục.