Luận văn thạc sĩ thiết kế chế tạo và sử dụng thí nghiệm tương tác giữa hai dòng điện song song trong tổ chức dạy học ngoại khóa vật lí lớp 11 theo hướng phát huy tính tích cực

Luận văn thạc sĩ giáo dục phân tích thiết kế chế tạo và sử dụng thí nghiệm tương tác giữa hai dòng điện song song trong tổ chức dạy học, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Nguyễn Khắc Phi
• Người hướng dẫn: TS. Dương Xuân Quý
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
• Đề tài: Thiết Kế Thí Nghiệm Tương Tác Hai Dòng Điện Song Song Trong Dạy Học Vật Lý Lớp 11
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu
• 1.3. Mục đích nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Giả thuyết khoa học của đề tài
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.6. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
• 1.7. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
• 1.9. Đóng góp của đề tài
• 1.10. Cấu trúc của đề tài
• 2. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHÓA Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG
• 2.1. Cơ sở lí luận về hoạt động ngoại khóa ở trường THPT
• 2.1.1. Vị trí, vai trò của hoạt động ngoại khóa trong hệ thống các hình thức tổ chức dạy học ở trường phổ thông
• 2.2. Các đặc điểm của hoạt động ngoại khóa Vật lí
• 2.3. Nội dung của hoạt động ngoại khóa Vật lí
• 2.4. Các hình thức hoạt động ngoại khóa Vật lí
• 2.5. Phương pháp hướng dẫn hoạt động ngoại khóa Vật lí
• 2.6. Quy trình tổ chức hoạt động ngoại khóa Vật lí
• 2.7. Thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ TN đơn giản trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông
• 2.7.1. Các đặc điểm cơ bản của dụng cụ TN đơn giản
• 2.7.2. Sự cần thiết của việc sử dụng các dụng cụ TN đơn giản trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông
• 2.7.3. Các khả năng sử dụng các dụng cụ TN đơn giản trong dạy học Vật lí ở phổ thông
• 2.8. Tính tích cực trong học tập
• 2.8.1. Khái niệm về tính tích cực của HS trong học tập
• 2.8.2. Các biểu hiện của tính tích cực trong học tập
• 2.8.3. Các cấp độ của tính tích cực trong học tập
• 2.8.4. Những yếu tố thúc đẩy tính tích cực của HS trong học tập
• 2.9. Năng lực sáng tạo trong học tập
• 2.9.1. Khái niệm năng lực sáng tạo trong học tập
• 2.9.2. Các biểu hiện của năng lực sáng tạo của HS trong học tập
• 2.10. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 3. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MỘT SỐ THIẾT BỊ TN VỀ TƯƠNG TÁC GIỮA HAI DÒNG ĐIỆN SONG SONG VÀ SỬ DỤNG ĐỂ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC NGOẠI KHOÁ VỀ "TỪ TRƯỜNG" VẬT LÍ LỚP 11 (THPT) NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HS
• 3.1. Mục tiêu dạy học ngoại khóa về tương tác giữa hai dòng điện song song phần "từ trường" ở lớp 11 THPT
• 3.1.1. Mục tiêu về kiến thức
• 3.1.2. Mục tiêu về kỹ năng
• 3.1.3. Mục tiêu về phát triển tư duy và năng lực sáng tạo
• 3.1.4. Mục tiêu và thái độ
• 3.2. Điều tra tình hình dạy học các kiến thức về chương “Từ trường” ở lớp 11 ở một số trường THPT ở tỉnh Quảng Ninh
• 3.3. Thiết kế chế tạo thiết bị TN về tương tác giữa hai dòng điện song song
• 3.3.1. TBTN tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song
• 3.3.2. TBTN tương tác giữa hai dòng điện tròn song song
• 3.3.3. Đánh giá về những ưu, nhược điểm của bộ TN đã chế tạo
• 3.4. Dự kiến nội dung của buổi cho HS báo cáo sản phẩm đã chế tạo được kết hợp với hội vui Vật lí về kiến thức chương “Từ trường”
• 3.5. Kế hoạch tổ chức hoạt động ngoại khóa về tương tác giữa hai dòng điện song song phần "từ trường" ở lớp 11 THPT
• 3.5.1. Xác định mục tiêu của hoạt động ngoại khóa
• 3.5.2. Xác định nội dung của hoạt động ngoại khóa
• 3.5.3. Xác định phương pháp
• 3.5.4. Xác định hình thức tổ chức
• 3.5.5. Dự kiến các bước và thời gian học ngoại khóa
• 3.5.6. Xây dựng công cụ đánh giá
• 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 4. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 4.1. Đối tượng và thời gian thực nghiệm
• 4.2. Phương pháp thực nghiệm
• 4.3. Phân tích diễn biến và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
• 4.4. Phân tích diễn biến hoạt động ngoại khóa
• 4.5. Đánh giá hiệu quả của việc phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS
• 4.6. Sơ bộ đánh giá hiệu quả của hoạt động ngoại khóa
• 4.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Thí Nghiệm Tương Tác Dòng Điện Lớp 11 Hot Nhất

Thí nghiệm tương tác giữa hai dòng điện song song là một phần quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 11. Nó không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về lực từ, từ trường và các định luật liên quan, mà còn phát triển tư duy thực nghiệm và kỹ năng giải quyết vấn đề. Việc thiết kế và thực hiện các thí nghiệm này đòi hỏi sự sáng tạo và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Các thí nghiệm thực hành vật lý 11 về tương tác dòng điện song song có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, từ sử dụng các thiết bị đơn giản tự chế đến các thiết bị hiện đại hơn trong phòng thí nghiệm. Điều quan trọng là học sinh có cơ hội trực tiếp tham gia vào quá trình nghiên cứu, khám phá và kiểm chứng các hiện tượng vật lý.

1.1. Tầm quan trọng của thí nghiệm Vật lý 11 về từ trường

Thí nghiệm về từ trường và lực từ giữa hai dòng điện song song đóng vai trò then chốt trong việc giúp học sinh nắm vững kiến thức. Thông qua các hoạt động thực hành, học sinh có thể kiểm chứng các định luật như định luật Ampere và hiểu rõ hơn về bản chất của tương tác từ. Điều này không chỉ củng cố lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng quan sát, phân tích và đánh giá kết quả. Thí nghiệm cũng giúp học sinh nhận thấy sự liên hệ mật thiết giữa lý thuyết và thực tiễn, từ đó khơi gợi niềm đam mê khoa học và khuyến khích tư duy sáng tạo.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tương tác giữa hai dòng điện

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tương tác giữa hai dòng điện song song, bao gồm cường độ dòng điện, khoảng cách giữa hai dây dẫn, và môi trường xung quanh. Khi cường độ dòng điện tăng, lực tương tác giữa hai dây dẫn cũng tăng lên. Khoảng cách giữa hai dây dẫn càng lớn, lực tương tác càng giảm. Môi trường xung quanh, như sự có mặt của các vật liệu từ tính, cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Việc kiểm soát và thay đổi các yếu tố này giúp học sinh hiểu sâu hơn về các quy luật vật lý và rèn luyện kỹ năng thực nghiệm.

II. Thách Thức Dạy Học Tương Tác Dòng Điện Song Song Hiệu Quả

Mặc dù thí nghiệm tương tác dòng điện có vai trò quan trọng, việc triển khai hiệu quả trong dạy học vật lý lớp 11 vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một trong số đó là sự thiếu hụt về thiết bị thí nghiệm, đặc biệt ở các trường học vùng sâu vùng xa. Giáo viên cần phải sáng tạo trong việc tận dụng các vật liệu dễ kiếm để tự chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản. Bên cạnh đó, việc hướng dẫn học sinh thực hiện thí nghiệm một cách an toàn và chính xác cũng đòi hỏi sự tỉ mỉ và kinh nghiệm của giáo viên. Ngoài ra, việc đánh giá kết quả thí nghiệm và rút ra kết luận khoa học cũng là một kỹ năng quan trọng mà học sinh cần được rèn luyện.

2.1. Khó khăn trong việc tiếp cận thiết bị thí nghiệm hiện đại

Không phải trường học nào cũng có đủ điều kiện để trang bị các thiết bị thí nghiệm hiện đại cho môn Vật lý. Điều này gây khó khăn cho việc thực hiện các thí nghiệm phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao. Giáo viên cần phải tìm cách khắc phục bằng cách sử dụng các thiết bị tự chế hoặc tận dụng tối đa các thiết bị sẵn có. Đồng thời, cần khuyến khích học sinh tham gia vào các hoạt động sáng tạo, tự thiết kế và chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để phục vụ cho việc học tập.

2.2. Đảm bảo an toàn khi thực hiện thí nghiệm với dòng điện

An toàn là yếu tố hàng đầu cần được quan tâm khi thực hiện các thí nghiệm liên quan đến dòng điện. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc an toàn điện, như không chạm vào các bộ phận dẫn điện khi mạch đang hoạt động, sử dụng các thiết bị bảo hộ (găng tay, kính bảo hộ), và kiểm tra kỹ lưỡng các thiết bị trước khi sử dụng. Cần có biện pháp phòng ngừa các sự cố như chập điện, cháy nổ, và đảm bảo có người lớn giám sát trong suốt quá trình thí nghiệm.

III. Phương Pháp Thiết Kế Thí Nghiệm Vật Lý 11 Sáng Tạo Nhất

Để vượt qua những thách thức trên, việc thiết kế thí nghiệm vật lý 11 về tương tác giữa hai dòng điện song song cần có sự đổi mới và sáng tạo. Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh tự thiết kế các thí nghiệm đơn giản bằng cách sử dụng các vật liệu dễ kiếm như pin, dây điện, nam châm, và các vật dụng gia đình. Quan trọng hơn, cần tạo điều kiện cho học sinh tự do khám phá, thử nghiệm và rút ra kết luận từ kết quả thí nghiệm. Phương pháp dạy học thí nghiệm vật lý này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển tư duy sáng tạo và kỹ năng giải quyết vấn đề.

3.1. Hướng dẫn học sinh tự chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản

Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh sử dụng các vật liệu tái chế hoặc dễ kiếm để tự chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản. Ví dụ, có thể sử dụng lõi bút bi, ống hút, và dây đồng để tạo ra một mô hình dòng điện tròn. Hoặc sử dụng nam châm và dây điện để tạo ra một động cơ điện đơn giản. Quá trình tự chế tạo này giúp học sinh hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị, đồng thời phát huy tính sáng tạo và kỹ năng thực hành.

3.2. Tổ chức các hoạt động ngoại khóa về thí nghiệm Vật lý

Các hoạt động ngoại khóa là cơ hội tuyệt vời để học sinh khám phá và thực hành các thí nghiệm Vật lý một cách tự do và sáng tạo. Có thể tổ chức các buổi hội vui vật lý, các cuộc thi thiết kế thí nghiệm, hoặc các buổi tham quan phòng thí nghiệm. Trong các hoạt động này, học sinh có thể trình bày các dự án thí nghiệm của mình, chia sẻ kinh nghiệm và học hỏi lẫn nhau. Điều này giúp tạo ra một môi trường học tập tích cực và khuyến khích sự đam mê khoa học.

IV. Ứng Dụng Thí Nghiệm Tương Tác Dòng Điện Trong Thực Tế

Kiến thức về tương tác giữa hai dòng điện song song không chỉ có giá trị trong học tập mà còn có nhiều ứng dụng thực tế trong đời sống và kỹ thuật. Ví dụ, nguyên lý này được sử dụng trong thiết kế và chế tạo các động cơ điện, máy biến áp, và các thiết bị điện tử khác. Học sinh có thể tìm hiểu về các ứng dụng này thông qua các bài tập thực tế, các dự án nghiên cứu, hoặc các buổi tham quan các nhà máy, xí nghiệp. Việc kết nối kiến thức lý thuyết với thực tiễn giúp học sinh hiểu rõ hơn về vai trò của Vật lý trong cuộc sống và khơi gợi niềm đam mê khoa học.

4.1. Tìm hiểu về ứng dụng của lực từ trong động cơ điện

Lực từ là nguyên lý cơ bản hoạt động của động cơ điện. Động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học thông qua tương tác giữa từ trường và dòng điện. Học sinh có thể tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện thông qua các mô hình, sơ đồ, hoặc các video minh họa. Đồng thời, có thể thực hiện các thí nghiệm đơn giản để kiểm chứng các nguyên lý này.

4.2. Nghiên cứu về vai trò của tương tác từ trong máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Máy biến áp hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, trong đó tương tác từ giữa các cuộn dây đóng vai trò then chốt. Học sinh có thể tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp thông qua các tài liệu, sơ đồ, hoặc các buổi tham quan các trạm biến áp. Đồng thời, có thể thực hiện các thí nghiệm đơn giản để kiểm chứng các nguyên lý này.

V. Kết Luận Nâng Cao Chất Lượng Dạy Học Vật Lý Lớp 11

Việc thiết kế và sử dụng thí nghiệm tương tác giữa hai dòng điện song song một cách sáng tạo và hiệu quả là một trong những giải pháp quan trọng để nâng cao chất lượng dạy học vật lý lớp 11. Điều này đòi hỏi sự nỗ lực và tâm huyết của giáo viên, sự chủ động và sáng tạo của học sinh, và sự hỗ trợ từ phía nhà trường và cộng đồng. Bằng cách tạo ra một môi trường học tập tích cực và khuyến khích sự đam mê khoa học, chúng ta có thể giúp học sinh phát triển toàn diện và trở thành những công dân có ích cho xã hội.

5.1. Đề xuất các giải pháp để tăng cường cơ sở vật chất cho thí nghiệm

Để tăng cường cơ sở vật chất cho thí nghiệm Vật lý, cần có sự đầu tư từ phía nhà trường và các tổ chức xã hội. Có thể kêu gọi các doanh nghiệp, các nhà hảo tâm tài trợ cho việc mua sắm các thiết bị thí nghiệm hiện đại. Đồng thời, cần khuyến khích giáo viên và học sinh tham gia vào các hoạt động sáng tạo, tự chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để giảm chi phí. Ngoài ra, có thể tận dụng các nguồn tài nguyên sẵn có trong cộng đồng, như các phòng thí nghiệm của các trường đại học, cao đẳng, hoặc các viện nghiên cứu.

5.2. Khuyến khích giáo viên đổi mới phương pháp dạy học thí nghiệm

Giáo viên đóng vai trò quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học thí nghiệm. Cần khuyến khích giáo viên tham gia vào các khóa đào tạo, bồi dưỡng để nâng cao trình độ chuyên môn và kỹ năng sư phạm. Đồng thời, cần tạo điều kiện cho giáo viên trao đổi kinh nghiệm, chia sẻ các phương pháp dạy học hiệu quả. Ngoài ra, cần khuyến khích giáo viên sử dụng các phương pháp dạy học tích cực, như dạy học theo dự án, dạy học theo nhóm, để phát huy tính chủ động và sáng tạo của học sinh.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục theo tinh thần Nghị quyết Đại hội Đảng và Luật Giáo dục, việc chuyển đổi từ phương pháp truyền thụ một chiều sang phát triển phẩm chất, năng lực người học là yêu cầu cấp thiết. Môn Vật lí mang bản chất là một khoa học thực nghiệm, tuy nhiên tại nhiều trường trung học phổ thông, hơn 80% thời lượng học tập chính khóa vẫn nặng về lý thuyết thuần túy và giải bài tập toán học trừu tượng. Việc thiếu hụt các hoạt động trải nghiệm thực hành khiến học sinh gặp nhiều khó khăn trong việc nắm bắt bản chất các hiện tượng điện từ, đặc biệt là kiến thức chương "Từ trường" lớp 11.

Đề tài luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục chuyên ngành Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí của tác giả Nguyễn Khắc Phi, dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Dương Xuân Quý tại Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, tập trung giải quyết vấn đề then chốt: Thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm tương tác giữa hai dòng điện song song trong tổ chức dạy học ngoại khóa nhằm phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của học sinh.

Nghiên cứu được triển khai trong thời gian 12 tháng (từ tháng 8 năm 2014 đến tháng 8 năm 2015) trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh, tập trung vào hai đối tượng điển hình là Trường Trung học phổ thông Hòn Gai (trường chuẩn quốc gia) và Trường Trung học phổ thông Vũ Văn Hiếu (trường thuộc khu vực công nhân, điều kiện học tập còn nhiều khó khăn). Khảo sát ban đầu trên 15 giáo viên và 80 học sinh cho thấy 100% học sinh chưa từng được tự tay chế tạo dụng cụ thí nghiệm để giải quyết các vấn đề học tập. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao hơn 30% mức độ hứng thú học tập, cải thiện rõ rệt kỹ năng thực hành và xác lập một mô hình tổ chức dạy học ngoại khóa khoa học, có thể nhân rộng tại 100% các cơ sở giáo dục phổ thông có điều kiện cơ sở vật chất tương đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng của lý thuyết hoạt động và thuyết kiến tạo trong dạy học Vật lí, kết hợp với các quan điểm hiện đại về phát triển năng lực nhận thức của học sinh phổ thông. Hệ thống lý luận vận dụng ba khái niệm cốt lõi:

1. Hoạt động ngoại khóa Vật lí: Là hình thức tổ chức dạy học ngoài giờ chính khóa mềm dẻo, không bị gò bó bởi phân phối chương trình, đóng vai trò cầu nối gắn kết tri thức hàn lâm với thực tiễn đời sống và kỹ thuật.
2. Tính tích cực nhận thức: Được phân loại theo 3 cấp độ phát triển gồm cấp độ bắt chước tái hiện, cấp độ tìm tòi giải quyết vấn đề và cấp độ sáng tạo độc lập.
3. Năng lực sáng tạo của học sinh: Khả năng tự lực đề xuất giả thuyết khoa học, thiết kế phương án thực nghiệm, gia công chế tạo mô hình thiết bị và vận dụng linh hoạt kiến thức vào tình huống mới lạ.

Mô hình nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa tiến trình nhận thức khoa học Vật lí (Quan sát hiện tượng - Đề xuất giả thuyết - Thiết kế phương án thực nghiệm - Chế tạo thiết bị - Kiểm nghiệm và rút ra quy luật) với quy trình 4 bước tổ chức hoạt động ngoại khóa chuyên đề.

Phương pháp nghiên cứu

Để bảo đảm tính khách quan và độ tin cậy khoa học, nghiên cứu sử dụng phối hợp các nguồn dữ liệu định tính và định lượng:

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu thực hiện chọn mẫu phân tầng có chủ đích với tổng cộng 15 giáo viên giảng dạy môn Vật lí và 80 học sinh khối 11 tại 2 trường trung học phổ thông trên địa bàn thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh. Việc lựa chọn mẫu bảo đảm tính đại diện khi so sánh giữa một trường có truyền thống 54 năm đạt chuẩn quốc gia (Trung học phổ thông Hòn Gai) và một trường vùng ven tập trung con em gia đình lao động (Trung học phổ thông Vũ Văn Hiếu).
• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp điều tra giáo dục học qua phiếu hỏi chuẩn hóa, quan sát sư phạm trực tiếp trong các buổi sinh hoạt ngoại khóa và thống kê toán học để xử lý số liệu kiểm tra. Phương pháp phân tích định lượng dựa trên bảng phân bố tần số, tần suất lũy tích và giá trị trung bình điểm số, giúp kiểm chứng giả thuyết khoa học với độ tin cậy cao và sai số thực nghiệm được kiểm soát dưới 5%.
• Timeline nghiên cứu: Kéo dài trọn vẹn 1 năm học (từ tháng 8/2014 đến tháng 8/2015), chia làm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 (tháng 8/2014 - tháng 12/2014) khảo sát thực trạng và nghiên cứu lý luận; Giai đoạn 2 (tháng 1/2015 - tháng 4/2015) thiết kế, chế tạo thử nghiệm 2 bộ thiết bị; Giai đoạn 3 (tháng 5/2015 - tháng 8/2015) tổ chức thực nghiệm sư phạm và tổng kết dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình điều tra thực trạng và tiến hành thực nghiệm đã đưa ra 4 phát hiện khoa học mang giá trị thực tiễn sâu sắc:

1. Thực trạng dạy học thực nghiệm còn nhiều rào cản: 100% giáo viên được khảo sát thừa nhận chưa từng giao nhiệm vụ thiết kế, chế tạo dụng cụ thí nghiệm cho học sinh tự làm tại nhà; 80% giáo viên hiểu phiến diện rằng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm chỉ đơn thuần là rèn luyện thao tác cơ học trên thiết bị có sẵn mà bỏ qua năng lực tư duy thiết kế phương án kiểm nghiệm.
2. Chế tạo thành công 02 bộ thiết bị thí nghiệm chi phí thấp:
   • Bộ thí nghiệm 1 (Tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song): Sử dụng khung nhôm kích thước 60 cm x 7 cm x 2 cm, chân đế 30 cm x 7 cm x 2 cm, dây dẫn đồng đường kính 0,1 mm dài 42 cm ghép đôi với nguồn điện 12V và công tắc chuyển mạch. Thiết bị thể hiện rõ ràng hiện tượng hút nhau khi dòng điện cùng chiều và đẩy nhau khi dòng điện ngược chiều.
   • Bộ thí nghiệm 2 (Tương tác giữa hai dòng điện tròn song song): Gồm 2 cuộn dây đồng đường kính 0,5 mm, mỗi cuộn 150 vòng có bán kính 8,3 cm, kết hợp hệ thống giá đỡ đúc bê tông cao 80 cm, 2 lực kế và 2 ampe kế.
3. Kiểm chứng quy luật tương tác từ với độ chính xác cao: Với cường độ dòng điện ổn định ở mức 1,1A đi qua mỗi vòng dây, tích số giữa lực từ đo được và khoảng cách giữa hai vòng dây đạt giá trị thực nghiệm từ 0,146 đến 0,165 N.cm, phù hợp chặt chẽ với giá trị lý thuyết tính toán là 0,142 N.cm, sai số thực tế chỉ dao động trong khoảng 2,8% đến 7,5%.
4. Cải thiện vượt bậc chất lượng học tập: Tỷ lệ học sinh đạt điểm giỏi trong các bài kiểm tra đánh giá năng lực tư duy sau thực nghiệm tăng từ mức 12,5% ở nhóm đối chứng lên trên 42,5% ở nhóm tham gia hoạt động ngoại khóa.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản của sự chuyển biến tích cực bắt nguồn từ việc học sinh được chuyển hóa từ trạng thái quan sát thụ động sang vai trò người sáng chế trực tiếp. Khi tự tay gia công chân đế, quấn 150 vòng dây đồng, lắp ráp mạch điện và điều chỉnh lực kế, học sinh đã hình thành biểu tượng trực quan sinh động về lực từ và đường sức từ, điều mà các bài giảng thuyết trình trên lớp không thể mang lại.

So sánh với các nghiên cứu trước đây như nghiên cứu của Dương Thị Thanh Bình (2010) về thấu kính hay Ngô Thị Bình (2009) về tĩnh học vật rắn, đề tài này đã mở rộng phạm vi ứng dụng sang lĩnh vực điện từ học lớp 11 - một phân môn vốn bị đánh giá là trừu tượng và khó chế tạo thiết bị. Kết quả của nghiên cứu cũng củng cố mạnh mẽ quan điểm dạy học định hướng hoạt động tích cực của Phạm Hữu Tòng (2004, 2008).

Trong báo cáo thực nghiệm, toàn bộ dữ liệu định lượng được tổng hợp qua bảng phân phối tần số điểm kiểm tra, bảng tần suất lũy tích và biểu đồ so sánh đường cong phân bố điểm số giữa nhóm thực nghiệm và đối chứng. Biểu đồ cho thấy đường cong lũy tích của nhóm thực nghiệm luôn lệch hẳn về phía bên phải (vùng điểm 8 đến 10), chứng minh phương pháp tổ chức ngoại khóa gắn liền với chế tạo thiết bị thí nghiệm có tính ưu việt vượt trội so với phương pháp dạy học truyền thống.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, tác giả đưa ra 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể nhằm nâng cao chất lượng giáo dục thực nghiệm môn Vật lí:

1. Chuẩn hóa quy trình 4 bước tổ chức dạy học ngoại khóa: Áp dụng thống nhất quy trình gồm Lựa chọn chủ đề - Lập kế hoạch sư phạm - Hướng dẫn tự chế tạo theo nhóm - Báo cáo sản phẩm kết hợp Hội vui Vật lí tại 100% trường trung học phổ thông. Giải pháp này do Tổ chuyên môn Vật lí chủ trì thực hiện trong khung kế hoạch năm học.
2. Xây dựng ngân hàng chủ đề thí nghiệm tự tạo chi phí thấp: Khuyến khích giáo viên và học sinh sưu tầm các vật liệu sẵn có trong đời sống (nhôm phế liệu, dây đồng, ống nhựa, đế bê tông) để chế tạo tối thiểu 3 đến 5 bộ thiết bị thí nghiệm mới mỗi học kỳ. Ban Giám hiệu nhà trường chịu trách nhiệm phê duyệt và hỗ trợ kinh phí vật liệu khoảng 500.000 đến 1.000.000 VNĐ cho mỗi câu lạc bộ khoa học.
3. Đổi mới hình thức kiểm tra đánh giá năng lực: Sở Giáo dục và Đào tạo cùng các trường cần điều chỉnh cấu trúc đề kiểm tra định kỳ, bổ sung tối thiểu 15% đến 20% câu hỏi gắn liền với bài tập thực nghiệm và kỹ năng xử lý dữ liệu đo đạc thực tế trong lộ trình từ 6 đến 12 tháng tới.
4. Tổ chức tập huấn bồi dưỡng phương pháp cho giáo viên: Thực hiện các khóa chuyên đề bồi dưỡng kỹ năng hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học kỹ thuật cho 100% giáo viên Vật lí trên địa bàn tỉnh, thời gian triển khai định kỳ 2 lần mỗi năm vào đầu các học kỳ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn cao, đặc biệt phù hợp cho 4 nhóm đối tượng sau:

1. Giáo viên Vật lí cấp trung học phổ thông: Khai thác chi tiết bản vẽ thiết kế, thông số kỹ thuật (dây dẫn 0,1 mm, 150 vòng dây tròn, thanh nhôm 60 cm) và quy trình 4 bước để tổ chức thành công các buổi ngoại khóa hoặc câu lạc bộ STEM tại trường.
2. Cán bộ quản lý chuyên môn và Ban Giám hiệu: Vận dụng mô hình tổ chức Hội vui Vật lí và cơ chế phân phối thời gian ngoài giờ lên lớp để xây dựng kế hoạch giáo dục nhà trường linh hoạt, đáp ứng yêu cầu của chương trình giáo dục phổ thông.
3. Học viên cao học và sinh viên ngành Sư phạm Vật lí: Sử dụng như một tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm sư phạm, kỹ thuật thiết kế phiếu điều tra xã hội học và các công cụ thống kê toán học trong khoa học giáo dục.
4. Chuyên gia phát triển chương trình STEM và tác giả sách tham khảo: Tham khảo case study điển hình về việc tối ưu hóa vật liệu giá rẻ thành đồ dùng dạy học trực quan đạt độ chính xác khoa học cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ thiết bị tự chế trong luận văn có ưu điểm gì so với thiết bị tiêu chuẩn có sẵn trong phòng thí nghiệm? Thiết bị tự chế có cấu tạo đơn giản, chi phí gia công chỉ khoảng 50.000 đến 100.000 VNĐ từ nhôm và dây đồng phế liệu. Khác với thiết bị nhà xưởng đóng kín, thiết bị tự tạo làm lộ rõ toàn bộ nguyên lý chuyển động của dây dẫn và cơ chế đo lực, giúp học sinh hiểu sâu bản chất hiện tượng.

2. Tại sao nghiên cứu lại chọn hình thức ngoại khóa thay vì giảng dạy chính khóa trên lớp? Thời lượng tiết học chính khóa trên lớp (45 phút) quá ngắn, không đủ để học sinh tự tay thực hiện các công đoạn cắt gọt, quấn dây và đo đạc lặp lại nhiều lần. Hoạt động ngoại khóa tạo không gian mở không giới hạn thời gian, cho phép làm việc nhóm và thảo luận chuyên sâu.

3. Kết quả đo lực tương tác giữa hai dòng điện tròn có đảm bảo tính chính xác khoa học không? Có. Dữ liệu thực nghiệm đo được trên 3 lần thử nghiệm cho kết quả tích số lực và khoảng cách từ 0,146 đến 0,165 N.cm. Sai số so với công thức lý thuyết 0,142 N.cm chỉ dưới 8%, hoàn toàn nằm trong giới hạn sai số cho phép của các thí nghiệm định lượng trong giáo dục phổ thông.

4. Cần lưu ý điều gì về an toàn điện khi cho học sinh tiến hành thí nghiệm với dòng điện lớn? Nguồn điện sử dụng là dòng một chiều điện áp thấp từ 12V trở xuống, an toàn cho người sử dụng. Tuy nhiên, do dòng điện chạy qua các vòng dây đạt cường độ 1,1A đến 5A dễ gây sinh nhiệt, giáo viên cần hướng dẫn học sinh thao tác đóng ngắt khóa K nhanh chóng trong 3 đến 5 giây mỗi lần đo.

5. Cấu trúc một buổi báo cáo sản phẩm kết hợp Hội vui Vật lí được thiết kế như thế nào? Buổi sinh hoạt gồm 2 phần chính: Phần 1 các nhóm trưng bày và thuyết trình vận hành bộ thí nghiệm tự tạo; Phần 2 tham gia thi đấu đối kháng gồm 5 câu hỏi trắc nghiệm kiến thức nhanh (thời gian suy nghĩ 10 giây/câu) và giải ô chữ vượt chướng ngại vật về chủ đề từ trường.

Kết luận

• Luận văn đã hệ thống hóa hoàn chỉnh cơ sở lý luận về việc phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh thông qua hoạt động ngoại khóa Vật lí.
• Thiết kế và chế tạo thành công 02 bộ thiết bị thí nghiệm khảo sát tương tác giữa hai dòng điện thẳng và dòng điện tròn song song với độ chính xác cao và giá thành cực rẻ.
• Xây dựng quy trình 4 bước tổ chức dạy học ngoại khóa kết hợp Hội vui Vật lí, giải quyết triệt để rào cản thiếu thốn trang thiết bị tại các trường phổ thông.
• Kết quả thực nghiệm sư phạm trên 80 học sinh tại Quảng Ninh khẳng định tính khả thi vượt trội, nâng tỷ lệ học sinh khá giỏi môn Vật lí lên trên 40%.
• Kế hoạch tiếp theo đề xuất mở rộng ứng dụng quy trình này sang các chủ đề Cảm ứng điện từ và Tự cảm trong học kỳ tiếp theo. Quý thầy cô và các nhà nghiên cứu hãy áp dụng ngay mô hình này để khơi dậy niềm đam mê sáng tạo khoa học cho học sinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHÓA Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1. Cơ sở lí luận về hoạt động ngoại khóa ở trường THPT 1. Vị trí, vai trò của hoạt động ngoại khóa trong hệ thống các hình thức tổ chức dạy học ở trường phổ thông Hoạt động ngoại khóa là một trong ba hình thức dạy học chủ yếu ở trường phổ thông hiện nay. Hoạt động ngoại khóa nói chung và hoạt động ngoại khóa Vật lí nói riêng có vai trò vô cùng quan trọng trong việc giáo dục HS trên tất cả các mặt, cụ thể là: - Về nâng cao chất lượng kiến thức: Hoạt động ngoại khóa giúp HS củng cố, đào sâu, mở rộng những tri thức đã được học ở trên lớp, bổ sung những vấn đề chưa được đặt ra trong chương trình chính khóa, tăng cường tính thực tiễn, tính thời sự, tính xã hội cho nội dung bài học.

Bên cạnh đó nó còn giúp HS vận dụng kiến thức đã học vào thực tế, tạo điều kiện để học đi đôi với hành, nối liền kiến thức trên bục giảng với thực tiễn đời sống. - Về rèn luyện kỹ năng: Hoạt động ngoại khóa rèn luyện cho HS kỹ năng phân tích, kỹ năng giải quyết vấn đề, kỹ năng thực nghiệm, kỹ năng làm việc tập thể, kỹ năng sống, tổ chức, giao tiếp, định hướng nghề nghiệp… - Về phát triển tư duy: Hoạt động ngoại khóa rèn luyện và phát triển các năng lực tư duy của HS như: Tư duy logic, tư duy trừu tượng, tư duy sáng tạo… - Về giáo dục tinh thần thái độ: + Hoạt động ngoại khóa làm cho quá trình dạy bộ môn thêm phong phú, đa dạng làm cho việc học tập của HS thêm lôi cuốn, sinh động. Vì vậy có tác dụng khơi dậy niềm say mê hứng thú học tập, thực hành, lòng ham hiểu biết yêu khoa học và phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo của HS. + Hoạt động ngoại khóa cũng góp phần giáo dục tổ chức, tính kế hoạch, tinh thần làm chủ và hợp tác trên cơ sở những hoạt động thực tế.

+ Ngoài ra hoạt động ngoại khóa còn giúp HS có thể hiểu sâu hơn về những giá trị văn hóa, truyền thống của cha ông, của quê hương, đất nước, nâng cao nhận thức về các vấn đề xã hội. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 6 http://www.vn c Như vậy hoạt động ngoại khóa đóng một vai trò rất quan trọng trong việc bổ sung các kiến thức, kỹ năng và kinh nghiệm sống cho HS, giúp HS hoàn thiện nhân cách và phát triển toàn diện, cân đối về trí tuệ, đạo đức, thể dục, thẩm mỹ, những điều mà ở nội khóa còn yếu. Các đặc điểm của hoạt động ngoại khóa Vật lí Hoạt động ngoại khóa Vật lí cũng như hoạt động ngoại khóa nói chung có những đặc điểm sau: - Việc tổ chức các hoạt động ngoại khóa phải được lập kế hoạch cụ thể về cả mục đích, nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức, lịch hoạt động cụ thể và thời gian thực hiện. - Được thực hiện ngoài giờ học chính khóa.

- Có thể được tổ chức dưới nhiều dạng: Tập thể cả lớp, theo nhóm năng khiếu, học tập, vui chơi, thường kì, đột xuất, nhân dịp những kỉ niệm hay lễ hội… - Nội dung của hoạt động ngoại khóa thường liên quan đến nội dung học tập trong chương trình nội khóa, phù hợp với trình độ và đặc điểm của đối tượng tham gia. - Hình thức ngoại khóa Vật lí rất đa dạng, bao gồm ngoại khóa làm bài tập, làm TN, tham gia công trình Vật lí, hội vui Vật lí…nhằm giúp HS mở rộng đào sâu, làm phong phú thêm những kiến thức đã được học trong giờ nội khóa. - Cách đánh giá kết quả thông qua những biểu hiện trong quá trình tham gia hoạt động và sản phẩm của HS. - HS được giao lưu với nhau, có thể phát huy tính năng động, sáng tạo của mình mà không bị hạn chế bởi những căng thẳng như trong giờ học trên lớp.

Như vậy hoạt động ngoại khóa không gò bó về thời gian, không gian cũng như trình tự nội dung như giờ học nội khóa, do đó GV có thể dễ dàng kết hợp hoạt động ngoại khóa với những phương pháp, hình thức dạy học khác. Nội dung của hoạt động ngoại khóa Vật lí Nội dung ngoại khóa Vật lí ở trường phổ thông rất đa dạng nhưng có thể chia thành hai nội dung chính: Lí thuyết và thực nghiệm. Cụ thể đó là các nội dung như: - Nghiên cứu những kiến thức lí thuyết về Vật lí và kỹ thuật. - Nghiên cứu, tìm hiểu những ứng dụng của Vật lí trong đời sống, kỹ thuật.

- Thiết kế, chế tạo dụng cụ và làm TN Vật lí. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 7 http://www.vn c Theo chúng tôi nội dung của hoạt động ngoại khóa Vật lí nên tập trung vào những kiến thức nằm trong phạm vi chương trình nội khóa, hoạt động ngoại khóa gắn với nội khóa nhằm mục đích giúp HS củng cố, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện các kỹ năng cơ bản, phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo. Trong phạm vi đề tài nghiên cứu, tôi tập trung nghiên cứu hoạt động ngoại khóa về thiết kế, chế tạo dụng cụ và làm TN Vật lí. Trong các giờ nội khóa mặc dù cũng có những bộ TN phục vụ cho tiết học nhưng hầu như các em chỉ quan sát GV thực hiện hoặc nếu có thực hiện thì chỉ một hoặc hai em được tiến hành, HS trong lớp chỉ được “xem TN”.

Chính vì vậy ngoại khóa về thiết kế, chế tạo dụng cụ và làm TN sẽ giúp các em hiểu được bản chất của hiện tượng, HS tự tìm tòi chế tạo, tự tay thực hiện TN không những không dẫn đến sự tin tưởng về các kiến thức được học mà còn phát huy được tính tích cực và khả năng sáng tạo của các em. Căn cứ vào các hướng có thể tổ chức hoạt động ngoại khóa về Vật lí như trên và thực tế dạy học Vật lí ở trường phổ thông hiện nay, chúng tôi lựa chọn nội dung của đề tài chủ yếu là hoạt động thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo và sử dụng cụ TN Vật lí đơn giản và chúng tôi chọn nội dung kiến thức của chương “Từ trường” trong sách giáo khoa Vật lí lớp 11. Các hình thức hoạt động ngoại khóa Vật lí Việc phân chia các hình thức hoạt động ngoại khóa về Vật lí chỉ mang tính chất tương đối, không phân biệt được rõ ràng. Có thể phân ra các hình thức hoạt động ngoại khóa về Vật lí theo lượng HS tham gia, cũng có thể theo nội dung ngoại khóa hoặc theo thời gian và địa điểm diễn ra hoạt động ngoại khóa… Sau khi nghiên cứu các tài liệu, chúng tôi nhận thấy các hình thức tổ chức hoạt động ngoại khóa về Vật lí thông thường nhất là: Hoạt động ngoại khóa mang tính chất cá nhân, hoạt động ngoại khóa theo các nhóm và hoạt động ngoại khóa có tính quần chúng rộng rãi.

Cụ thể: - Tổ chức các hoạt động ngoại khóa ở lớp và ở nhà (HS đọc sách báo về Vật lí và kỹ thuật; tổ chức các buổi báo cáo và dạ hội về các vấn đề Vật lí - kỹ thuật; HS ra báo tường hoặc tập san về Vật lí - kỹ thuật; HS biểu diễn TN hoặc giới thiệu sản phẩm là TN Vật lí chế tạo được…). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 8 http://www.vn c - HS tổ chức triển lãm giới thiệu những thành tích hoạt động ngoại khóa về Vật lí. - Tổ chức cho HS thăm quan ngoại khóa về Vật lí, kỹ thuật. - Tổ chức, hướng dẫn HS thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ TN Vật lí hoặc máy móc đơn giản.

- Tổ chức ôn luyện cho HS tham dự thi HS giỏi hoặc các cuộc thi khác dành cho môn Vật lí ở trường phổ thông. Với các hình thức tổ chức ngoại khóa về Vật lí như trên, HS có thể tham gia vào các hoạt động với tư cách cá nhân, nhóm hoặc tập thể. * Hoạt động ngoại khóa theo nhóm Dựa trên tính chất đặc thù của bộ môn Vật lí: Các kiến thức Vật lí không khó nhưng biểu hiện khá phức tạp trong thức tế và các kiến thức được xây dựng chủ yếu bằng con đường thực nghiệm. Cho nên tổ chức ngoại khóa về Vật lí nên lựa chọn nhiều nội dung liên quan đến việc sử dụng TN.

Để hoạt động ngoại khóa về Vật lí có liên quan nhiều đến TN thành công được thì hình thức tổ chức hoạt động ngoại khóa theo nhóm là ưu việt nhất. Hình thức này vừa đảm bảo cho quá trình thiết kế, chế tạo và tiến hành TN diễn ra nhanh, có chất lượng vừa tạo điều kiện cho HS tự học hỏi lẫn nhau và rèn luyện kỹ năng làm việc theo nhóm. - Các nguyên tắc đảm bảo tổ chức tốt nhóm ngoại khóa Vật lí: + Khi tổ chức nhóm ngoại khóa trước hết phải dựa trên tinh thần tự nguyện, hứng thú của HS, HS phải được lựa chọn lĩnh vực kiến thức yêu thích để thiết kế, chế tạo TN. Điều này tạo cho HS tinh thần làm việc thoải mải, từ đó họ thấy yêu thích công việc, nỗ lực hoàn thành công việc và phát triển được tài năng.

+ Để nhóm ngoại khóa có thể tồn tại và hoạt động có hiệu quả thì nhất thiết phải phát hiện và xây dựng được hạt nhân của nhóm. Hạt nhân của nhóm thường là nhóm trưởng. HS được chọn là hạt nhân của nhóm phải thích thú và có sự nhiệt tình cao với đề tài mà nhóm theo đuổi, đồng thời cũng phải có khả năng đoàn kết các thành viên trong nhóm học tập và lực học thuộc hạng khá vững vàng, tuy nhiên nhóm trưởng không nhất thiết là thành viên giỏi nhất trong nhóm. + Yếu tố mới và tính vừa sức của đề tài đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì và phát triển sự hứng thú và tích cực của nhóm.

Với nguyên tắc này, nội dung hoạt động ngoại khóa phải mới ít nhiều so với nội khóa, không đơn thuần là những TN kiểm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 9 http://www.vn c nghiệm lại kiến thức hoặc áp dụng dưới dạng quá đơn giản các kiến thức đã học. GV cần phải xác định được nội dung thích hợp, vừa sức với HS và khéo léo tổ chức sao cho từng bước HS thu được kết quả đều đặn, kể cả ở giai đoạn đầu để động viên kịp thời.