Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong lịch sử phát triển khoa học, phương pháp nhận thức thế giới tự nhiên đã có bước chuyển biến từ tư duy kinh viện, giáo điều trước thế kỷ 16 sang phương pháp thực nghiệm khoa học bắt đầu từ thế kỷ 17, tiêu biểu là thí nghiệm của Galilei tại tháp nghiêng Pisa. Đối với giáo dục phổ thông, Vật lí là môn khoa học thực nghiệm; việc truyền thụ kiến thức không thể duy trì theo lối truyền thống một chiều, thầy đọc trò chép mà cần đưa học sinh vào hoạt động trải nghiệm, tìm tòi và khám phá bản chất hiện tượng.
Tại Việt Nam, Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí 2018 (ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT) đã chuyển dịch căn bản từ định hướng trang bị kiến thức sang phát triển phẩm chất và năng lực người học. Chương trình quy định năng lực vật lí gồm ba thành phần cốt lõi: Nhận thức vật lí; Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí; Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học. Trong đó, nội dung "Dao động và Sóng" ở lớp 11 là một mạch kiến thức nền tảng, chiếm thời lượng 30 tiết (Dao động chiếm 14/105 tiết, xấp xỉ 13,43%; Sóng chiếm 16/105 tiết, xấp xỉ 15,2%). Các hiện tượng dao động và sóng chứa đựng nhiều tiềm năng để thiết kế các bài tập thí nghiệm (BTTN) gắn liền với đời sống thực tế, giúp học sinh tiếp cận kiến thức theo con đường thực nghiệm khoa học. Xuất phát từ bối cảnh đó, tác giả Nguyễn Văn Thành Nam đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp sư phạm nhằm xây dựng và khai thác hệ thống BTTN cho chủ đề này.
Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của đề tài là xây dựng và sử dụng BTTN trong dạy học nội dung “Dao động và Sóng” – Vật lí 11 (Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí 2018) nhằm bồi dưỡng thành phần năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí (THTGTNDGĐVL) của học sinh. Để hiện thực hóa mục tiêu này, tác giả xác định bốn nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:
- Phân tích nội dung “Dao động và Sóng” – Vật lí 11 (Chương trình 2018) nhằm xác định các kiến thức, kỹ năng cần đạt liên quan đến hoạt động thực hành, thí nghiệm.
- Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn của việc sử dụng BTTN trong dạy học Vật lí; cơ sở lí luận của dạy học và đánh giá năng lực của người học.
- Nghiên cứu quy trình xây dựng BTTN và vận dụng để thiết kế hệ thống BTTN trong dạy học nội dung “Dao động và Sóng” – Vật lí 11.
- Tổ chức thực nghiệm sư phạm một số BTTN đã xây dựng để đánh giá tính khả thi và hiệu quả đối với việc bồi dưỡng thành phần năng lực THTGTNDGĐVL của học sinh.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của khóa luận được xác lập rõ ràng:
- Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học Vật lí.
- Phạm vi nội dung: Các bài tập thí nghiệm trong dạy học mạch nội dung “Dao động và Sóng” – Vật lí 11 theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018.
- Phạm vi không gian: Trường Trung học phổ thông Nguyễn Du, Thành phố Hồ Chí Minh.
- Phạm vi thời gian: Hoạt động dạy học thực nghiệm trong học kì 2 năm học 2022 – 2023.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận thiết lập hệ thống cơ sở lí luận dựa trên quan điểm sư phạm hiện đại về bài tập vật lí và năng lực thực nghiệm:
- Khái niệm và phân loại bài tập vật lí: Tiếp cận theo các công trình của Nguyễn Thượng Chung, Nguyễn Đức Thâm, Đỗ Hương Trà, Lê Ngọc Vân; xác định BTTN là loại bài tập đòi hỏi phải tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lí thuyết, tìm số liệu cần thiết hoặc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết.
- Cấu trúc năng lực theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018: Hệ thống hóa ba năng lực chung (Tự chủ và tự học, Giao tiếp và hợp tác, Giải quyết vấn đề và sáng tạo) cùng các năng lực đặc thù. Thành phần năng lực THTGTNDGĐVL được cụ thể hóa thành sáu chỉ báo hành vi: (1) Đề xuất vấn đề liên quan đến vật lí; (2) Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết; (3) Lập kế hoạch thực hiện; (4) Thực hiện kế hoạch; (5) Viết, trình bày báo cáo và thảo luận; (6) Ra quyết định và đề xuất ý kiến, giải pháp.
- Khung phân loại BTTN: Tác giả phát triển BTTN thành hai dạng chính gồm Bài tập thực hành (đo lường; thiết kế, chế tạo mô hình) và Bài tập nghiên cứu (nghiên cứu minh họa; nghiên cứu khảo sát). Hệ thống bài tập được phân cấp theo ba mức độ tự lực: Mức độ 1 (cho sẵn thiết bị và hướng dẫn chi tiết); Mức độ 2 (cho thiết bị, học sinh tự lập kế hoạch); Mức độ 3 (học sinh tự đề xuất thiết bị và tự lập phương án tiến hành).
Về phương pháp nghiên cứu, tác giả phối hợp bốn phương pháp khoa học giáo dục:
- Phương pháp nghiên cứu lí luận: Phân tích, tổng hợp các văn bản chỉ đạo của Bộ Giáo dục và Đào tạo, Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí 2018 và tài liệu chuyên ngành về lí luận dạy học.
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực tiễn: Khảo sát bằng phiếu hỏi trực tuyến qua Google Forms đối với 28 giáo viên môn Vật lí tại các trường THPT ở khu vực TP. Hồ Chí Minh và 80 học sinh cả ba khối lớp 10, 11, 12 tại Trường THPT Nguyễn Du.
- Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến của giảng viên hướng dẫn khoa học và giáo viên Vật lí THPT về cấu trúc bài tập và tiến trình dạy học.
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm và thống kê toán học: Tiến hành giảng dạy thực nghiệm tại lớp 12A6 Trường THPT Nguyễn Du, thu thập dữ liệu định tính và định lượng qua bảng kiểm quan sát, rubrics và phiếu đánh giá năng lực học sinh.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn về sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường trung học phổ thông
Chương 1 hệ thống hóa khung lí luận về bài tập vật lí, thí nghiệm và các nguyên tắc dạy học phát triển năng lực: tính cơ bản - thiết thực - hiện đại; tính tích cực của người học; tăng cường hoạt động thực hành, trải nghiệm; dạy học tích hợp; dạy học phân hóa; đổi mới kiểm tra, đánh giá theo năng lực.
Trọng tâm của chương là báo cáo kết quả điều tra thực trạng dạy và học BTTN tại TP. Hồ Chí Minh:
| Tiêu chí khảo sát |
Nhóm giáo viên (n = 28) |
Nhóm học sinh (n = 80) |
| Thực trạng sử dụng/làm các dạng bài tập |
Định tính: 100%
Tính toán: 96,4%
Đồ thị: 85,7%
BTTN: 53,6% |
Tính toán: 93,8%
Giải thích hiện tượng: 76,3%
BTTN: 63,7%
Đồ thị: 53,8% |
| Đánh giá mức độ quan trọng/yêu thích đối với BTTN |
Quan trọng: 42,8%
Rất quan trọng: 35,8%
(42,9% đánh giá bồi dưỡng THTGTNDGĐVL rất tốt) |
Rất thích BTTN: 15,0%
Thích BTTN: 31,25%
(Tỉ lệ rất thích cao nhất so với các dạng bài) |
| Tần suất thực hiện BTTN |
Thỉnh thoảng: 39,3%
Bình thường: 28,6%
Thường xuyên: 25,0%
Chưa sử dụng: 7,1% |
Thỉnh thoảng: 38,75%
Hiếm khi: 28,75%
(Tần suất làm bài tính toán gấp 17 lần BTTN) |
| Khó khăn chủ yếu ghi nhận |
Không đủ thời gian: 78,6%
Cơ sở vật chất hạn chế: 75,0%
Thiếu nguồn BTTN: 64,3%
Thiếu tài liệu tham khảo: 53,6% |
Bài tập mới/nâng cao không giải được: 81,3%
Lí thuyết, công thức quá nhiều: 70,0%
Chưa nắm vững lí thuyết: 47,5% |
Số liệu khảo sát phản ánh nghịch lí thực tiễn: Giáo viên và học sinh đều nhận thức rõ vai trò của BTTN trong việc kích thích hứng thú (78,6% GV), làm rõ bản chất vật lí (92,9% GV) và mong muốn được tự làm thí nghiệm (67,5% HS). Tuy nhiên, rào cản về quỹ thời gian tiết học, thiếu thốn thiết bị và áp lực thi cử lí thuyết khiến BTTN bị xem nhẹ so với bài tập tính toán thuần túy.
Chương 2: Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm “Dao động và Sóng” - Vật lí lớp 11 (Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí 2018)
Nội dung chương 2 tập trung phân tích đặc điểm cấu trúc mạch "Dao động và Sóng" và cụ thể hóa các yêu cầu cần đạt thành các nhiệm vụ thực nghiệm:
- Phân tích nội dung: Mạch kiến thức gồm Dao động điều hòa, Dao động tắt dần, Dao động cưỡng bức, Hiện tượng cộng hưởng, Các đại lượng đặc trưng của sóng, Sóng dọc, Sóng ngang, Giao thoa sóng, Sóng dừng và Đo tốc độ truyền âm.
- Quy trình 6 bước xây dựng BTTN được tác giả đề xuất:
- Bước 1: Phân tích yêu cầu cần đạt trong chương trình môn học.
- Bước 2: Xác định mục đích bài tập (đo lường, chế tạo, kiểm chứng minh họa, kiểm tra giả thuyết khảo sát).
- Bước 3: Viết đề bài tập, bao gồm hai phần: Phần cung cấp bối cảnh/dữ kiện ban đầu và Phần đưa ra yêu cầu/nhiệm vụ cần giải quyết; phân hóa theo ba mức độ tự lực.
- Bước 4: Thực hiện giải bài tập, giáo viên trực tiếp làm trước thí nghiệm để kiểm tra tính chính xác, tính khả thi và lường trước các khó khăn học sinh có thể gặp.
- Bước 5: Chỉnh sửa, bổ sung, hoàn thiện đề bài dựa trên tham vấn chuyên gia.
- Bước 6: Thiết kế công cụ kiểm tra, đánh giá năng lực.
- Quy trình hướng dẫn học sinh giải BTTN: Thiết kế quy trình phân nhánh cho bốn dạng bài (đo lường; thiết kế - chế tạo; kiểm chứng minh họa; nghiên cứu khảo sát) đi qua các pha: phân tích đề, xác định cơ sở lí thuyết, lập kế hoạch và lựa chọn dụng cụ, tiến hành thực nghiệm, thu thập và xử lí số liệu, thảo luận kết quả.
- Biên soạn ma trận bài tập, công cụ đánh giá năng lực THTGTNDGĐVL và thiết kế kế hoạch bài dạy chi tiết minh họa cho chủ đề.
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
Chương 3 trình bày việc triển khai thực nghiệm sư phạm tại Trường THPT Nguyễn Du:
- Đối tượng và kế hoạch: Tiến hành trên học sinh lớp 12A6 trong học kì 2 năm học 2022 – 2023, phân chia học sinh thành các nhóm thực hiện các bài tập thí nghiệm đã thiết kế (ghi nhận việc thực hiện của các cá nhân/nhóm tiêu biểu như HS1 làm bài tập 1, HS2 làm bài tập 2, HS3 làm bài tập 3, HS4 làm bài tập 4, HS6 làm bài tập 6, HS7 làm bài tập 7, HS8 làm bài tập 8).
- Phương pháp đánh giá thực nghiệm: Kết hợp đánh giá định tính qua biên bản quan sát thao tác thí nghiệm, tinh thần hợp tác nhóm, kĩ năng xử lí tình huống phát sinh và đánh giá định lượng thông qua rubrics chấm điểm sản phẩm, báo cáo thực nghiệm theo sáu biểu hiện của năng lực THTGTNDGĐVL (được thống kê chi tiết ở Bảng 3.8 và Bảng 3.9).
- Phân tích kết quả: Học sinh có sự tiến bộ rõ rệt về khả năng làm việc độc lập. Ở các bài tập ban đầu, đa số học sinh còn lúng túng trong khâu lựa chọn dụng cụ và lập phương án đo, cần sự hướng dẫn chi tiết của giáo viên. Qua các bài tập tiếp theo, học sinh đã chủ động đề xuất phương án thí nghiệm, thao tác dụng cụ chính xác hơn, biết phân tích sai số và bảo vệ kết quả trước tập thể lớp.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận đạt được các kết quả cụ thể dựa trên số liệu thực tế:
- Điều tra toàn diện thực trạng dạy học BTTN tại TP. Hồ Chí Minh với cỡ mẫu 28 giáo viên THPT và 80 học sinh, cung cấp bằng chứng thực nghiệm về sự chênh lệch lớn giữa tần suất giao bài tập tính toán và bài tập thí nghiệm (gấp 17 lần).
- Xây dựng thành công quy trình chuẩn hóa gồm 6 bước thiết kế BTTN và quy trình các bước hướng dẫn học sinh giải BTTN cho 4 nhóm bài tập thực nghiệm.
- Xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm và kế hoạch bài dạy mạch nội dung "Dao động và Sóng" Vật lí 11 sử dụng các vật liệu, dụng cụ đơn giản, dễ tìm, giải quyết được rào cản thiếu thốn thiết bị thí nghiệm của nhà trường.
- Đề xuất bộ tiêu chí và bảng rubric đánh giá 6 biểu hiện hành vi của thành phần năng lực THTGTNDGĐVL.
- Đóng góp mới tự nêu của đề tài: Hệ thống hóa cơ sở lí luận về BTTN theo định hướng phát triển năng lực của Chương trình 2018; cung cấp bộ tư liệu dạy học thực tiễn gồm ma trận bài tập, giáo án và bộ công cụ đánh giá năng lực có thể áp dụng trực tiếp tại các trường THPT.
Về mặt giải pháp, tác giả kiến nghị giáo viên cần tích cực đổi mới phương pháp dạy học, tăng cường sử dụng các BTTN tự tạo từ vật liệu sẵn có trong đời sống để giảm áp lực thời gian và kinh phí; đồng thời cơ quan quản lý và nhà trường cần đổi mới cấu trúc đề thi, đưa nội dung thực hành và thí nghiệm vào kiểm tra định kì thay vì chỉ kiểm tra lí thuyết tính toán.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Khóa luận tồn tại một số giới hạn do điều kiện thực hiện:
- Khảo sát thực trạng mới chỉ thực hiện trên phạm vi hẹp gồm 28 giáo viên tại TP. Hồ Chí Minh và 80 học sinh tại một trường THPT (THPT Nguyễn Du).
- Thực nghiệm sư phạm chỉ được triển khai trên phạm vi một lớp học (lớp 12A6 Trường THPT Nguyễn Du) trong thời gian thực tập sư phạm 2 (học kì 2 năm học 2022 – 2023), chưa có điều kiện bố trí lớp đối chứng song song để xử lý kiểm định thống kê chuyên sâu.
- Phạm vi kiến thức mới giới hạn trong mạch nội dung "Dao động và Sóng" của chương trình Vật lí 11.
Hướng phát triển tiếp theo được xác định là mở rộng việc nghiên cứu, thiết kế bài tập thí nghiệm sang các mạch kiến thức khác của chương trình Vật lí THPT như Điện trường, Từ trường và Vật lí nhiệt; đồng thời mở rộng quy mô thực nghiệm trên nhiều địa bàn và đối tượng học sinh khác nhau.
Giá trị tham khảo
Công trình là nguồn tài liệu hữu ích cho:
- Sinh viên chuyên ngành Sư phạm Vật lí: Tham khảo phương pháp xây dựng khóa luận tốt nghiệp, kĩ năng thiết kế tiến trình dạy học thực nghiệm và phương pháp khảo sát thực trạng.
- Giáo viên Vật lí các trường THPT: Sử dụng trực tiếp quy trình 6 bước thiết kế BTTN, hệ thống bài tập thực hành - nghiên cứu chủ đề "Dao động và Sóng" và bộ công cụ tiêu chí đánh giá năng lực học sinh theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018.
- Cán bộ nghiên cứu phương pháp dạy học bộ môn: Tham khảo khung ma trận phân hóa BTTN theo 3 mức độ và hướng tiếp cận bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh phổ thông.
Câu hỏi thường gặp
1. Thành phần năng lực "Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí" được tác giả cụ thể hóa gồm những biểu hiện nào?
Năng lực này gồm 6 biểu hiện: (1) Đề xuất vấn đề liên quan đến vật lí; (2) Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết; (3) Lập kế hoạch thực hiện; (4) Thực hiện kế hoạch; (5) Viết, trình bày báo cáo và thảo luận; (6) Ra quyết định và đề xuất ý kiến, giải pháp.
2. Đâu là rào cản lớn nhất khiến giáo viên THPT ít sử dụng bài tập thí nghiệm trong giờ dạy?
Theo kết quả khảo sát 28 giáo viên tại TP. Hồ Chí Minh, khó khăn lớn nhất là không đủ thời gian cho tiết dạy (78,6%), tiếp theo là cơ sở vật chất của nhà trường chưa đáp ứng được (75,0%), thiếu nguồn BTTN (64,3%) và thiếu tài liệu tham khảo (53,6%).
3. Khóa luận phân loại bài tập thí nghiệm vật lí thành những dạng nào và phân chia mức độ ra sao?
Tác giả phân loại thành 2 dạng chính: Bài tập thực hành (gồm đo lường; thiết kế, chế tạo mô hình) và Bài tập nghiên cứu (gồm nghiên cứu minh họa; nghiên cứu khảo sát). Hệ thống bài tập được chia theo 3 mức độ tự lực: Mức độ 1 (cho sẵn thiết bị và hướng dẫn), Mức độ 2 (cho thiết bị, tự lập kế hoạch), Mức độ 3 (tự đề xuất thiết bị và phương án).
4. Quy trình thiết kế bài tập thí nghiệm do tác giả đề xuất gồm những bước nào?
Quy trình gồm 6 bước: Bước 1 - Phân tích yêu cầu cần đạt; Bước 2 - Xác định mục đích bài tập; Bước 3 - Viết đề bài tập (gồm phần bối cảnh và phần nhiệm vụ); Bước 4 - Giáo viên thực hiện giải trước bài tập; Bước 5 - Chỉnh sửa, bổ sung hoàn thiện đề qua tham vấn chuyên gia; Bước 6 - Thiết kế công cụ kiểm tra, đánh giá.
5. Hoạt động thực nghiệm sư phạm được tiến hành ở đâu và ghi nhận kết quả gì?
Thực nghiệm sư phạm được tổ chức tại lớp 12A6 Trường THPT Nguyễn Du (TP. Hồ Chí Minh) trong học kì 2 năm học 2022 – 2023. Kết quả cho thấy học sinh chuyển biến tích cực từ mức độ phụ thuộc vào tài liệu hướng dẫn sang chủ động đề xuất phương án thí nghiệm, thành thạo kĩ năng đo đạc và phát triển đồng đều các chỉ báo năng lực THTGTNDGĐVL.
Kết luận
Khóa luận của tác giả Nguyễn Văn Thành Nam đã giải quyết thấu đáo vấn đề lí luận và thực tiễn về việc sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học mạch "Dao động và Sóng" môn Vật lí 11 theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018. Thông qua các dữ liệu khảo sát thực trạng cụ thể và quy trình thiết kế 6 bước chặt chẽ, đề tài cung cấp hệ thống bài tập thực nghiệm khả thi sử dụng các dụng cụ dễ tìm trong đời sống. Kết quả triển khai tại Trường THPT Nguyễn Du khẳng định việc sử dụng BTTN đúng quy trình sư phạm có tác dụng rõ rệt trong việc bồi dưỡng năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí cho học sinh phổ thông.
