Luận án tiến sĩ xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn vật lí 10 nhằm phát triển nă

Luận án tiến sĩ xây dựng và sử dụng thí nghiệm kỹ thuật số trong dạy học động lực học chất điểm và định luật bảo toàn vật lý 10, phát triển năng lực học sinh.

• Tác giả: Mai Hoàng Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Xuân Quế
• 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 các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
• MỞ ĐẦU
• Lí do chọn đề tài
• Mục đích nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Giả thuyết khoa học
• Nhiệm vụ nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• Những đóng góp của đề tài
• TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• Các nghiên cứu về quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu
• Các nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề
• Các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn – Vật lí 10
• Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH
• 1.1. Dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học vật lí
• 1.1.1. Khái niệm dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.1.2. Bản chất của dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.1.3. Đặc điểm của dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.1.4. Cơ sở tâm lí học, lí luận và thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.1.4.1. Cơ sở tâm lí học trong dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.1.4.2. Cơ sở lí luận trong dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.1.4.3. Cơ sở thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.2. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.2.1. Phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.2.2. Đề xuất các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.2.3. Quy trình tổ chức hoạt động dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
• 1.3. Vị trí của TNKNMT-TNTTTMH trong tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu
• 1.3.1. Khái niệm TNKNMT và TNTTTMH
• 1.3.2. Vị trí của TNKNMT và TNTTTMH trong tiến trình DH dựa trên nghiên cứu
• 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH VÀ THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”– VẬT LÍ 10 THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH
• 2.1. Yêu cầu xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh
• 2.2. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu
• 2.2.1. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng thí nghiệm vật lí theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu
• 2.2.2. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu
• 2.3. Quy trình xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh
• 2.4. Xây dựng và hoàn thiện thí nghiệm kết nối máy tính và thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu
• 2.4.1. Sự cần thiết xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE và bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL
• 2.4.2. Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE hỗ trợ dạy học vật lí
• 2.4.2.1. Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE
• 2.4.2.2. Các TN có thể tiến hành với TNTTTMH Phys-ISE
• 2.4.3. Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT
• 2.4.3.1. Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT
• 2.4.3.2. Các TN có thể tiến hành với bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT
• 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” CÓ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ ĐÃ HOÀN THIỆN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH
• 3.1. Phân tích nội dung kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT
• 3.2. Cấu trúc logic các kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT
• 3.3. Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10
• 3.4. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 có sử dụng thí nghiệm kĩ thuật số đã hoàn thiện nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
• 3.4.1. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu định luật III Newton
• 3.4.1.1. Tiến trình xây dựng kiến thức định luật III Newton
• 3.4.1.2. Tổ chức hoạt động dạy học định luật III Newton
• 3.4.1.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học định luật III Newton
• 3.4.2. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu ĐLBT động lượng
• 3.4.2.1. Tiến trình xây dựng kiến thức ĐLBT động lượng
• 3.4.2.2. Tổ chức hoạt động dạy học ĐLBT động lượng
• 3.4.2.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học ĐLBT động lượng
• 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 4.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
• 4.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
• 4.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
• 4.2. Tiến hành thực nghiệm sư phạm
• 4.2.1. Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm
• 4.2.2. Quy trình thực nghiệm
• 4.2.3. Nội dung thực nghiệm
• 4.2.4. Chọn phương pháp thu thập và xử lí số liệu thực nghiệm
• 4.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
• 4.3.1. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 1
• 4.3.2. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 2
• 4.3.2.1. Phân tích định tính
• 4.3.2.2. Phân tích định lượng
• 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1 - Bảng khảo sát thực trạng
• PHỤ LỤC 2 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật I Newton
• PHỤ LỤC 3 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật II Newton
• PHỤ LỤC 4 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu ĐLBT Cơ năng
• PHỤ LỤC 5 - Một số hình ảnh triển khai TNSP

Tóm tắt

I. Thí nghiệm kỹ thuật số trong giáo dục

Thí nghiệm kỹ thuật số đang trở thành công cụ quan trọng trong giáo dục, đặc biệt trong dạy học vật lý 10. Các thí nghiệm này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm động lực học chất điểm và định luật bảo toàn, mà còn tăng cường khả năng tương tác trong học tập. Việc sử dụng công nghệ giáo dục như thí nghiệm kết nối máy tính và thí nghiệm tương tác trên màn hình giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách trực quan và sinh động. Điều này phù hợp với xu hướng đổi mới phương pháp dạy học hiện nay, nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.

1.1. Vai trò của thí nghiệm kỹ thuật số

Thí nghiệm kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ giáo viên và học sinh trong quá trình dạy và học. Chúng giúp mô phỏng các hiện tượng vật lý phức tạp, từ đó giúp học sinh dễ dàng hình dung và hiểu sâu hơn về nội dung học tập. Ví dụ, trong dạy học định luật bảo toàn, các thí nghiệm kỹ thuật số cho phép học sinh quan sát và phân tích dữ liệu một cách chính xác, giúp họ rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề.

1.2. Ứng dụng trong dạy học động lực học chất điểm

Trong dạy học động lực học chất điểm, thí nghiệm kỹ thuật số giúp học sinh khám phá các khái niệm như lực, gia tốc, và chuyển động một cách trực quan. Các thí nghiệm này không chỉ giúp học sinh hiểu lý thuyết mà còn rèn luyện kỹ năng thực hành và phân tích dữ liệu. Điều này góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề và tăng cường tương tác trong học tập.

II. Phương pháp dạy học dựa trên nghiên cứu

Phương pháp dạy học dựa trên nghiên cứu là một trong những phương pháp hiệu quả để phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Phương pháp này khuyến khích học sinh tham gia vào quá trình nghiên cứu, từ đó giúp họ hiểu sâu hơn về các khái niệm động lực học chất điểm và định luật bảo toàn. Việc kết hợp thí nghiệm kỹ thuật số trong phương pháp này giúp tăng cường hiệu quả học tập và phát triển kỹ năng phân tích, tổng hợp thông tin.

2.1. Quy trình dạy học dựa trên nghiên cứu

Quy trình dạy học dựa trên nghiên cứu bao gồm các bước: đặt vấn đề, thu thập dữ liệu, phân tích và kết luận. Trong quá trình này, thí nghiệm kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu chính xác và hỗ trợ học sinh trong việc phân tích. Ví dụ, khi nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng, học sinh có thể sử dụng các thí nghiệm kỹ thuật số để thu thập và phân tích dữ liệu, từ đó rút ra kết luận khoa học.

2.2. Đánh giá hiệu quả học tập

Việc đánh giá hiệu quả học tập trong phương pháp dạy học dựa trên nghiên cứu được thực hiện thông qua các tiêu chí như khả năng phân tích, tổng hợp thông tin và giải quyết vấn đề. Thí nghiệm kỹ thuật số giúp giáo viên đánh giá chính xác hơn năng lực của học sinh thông qua các dữ liệu thu thập được từ thí nghiệm. Điều này góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.

III. Thực nghiệm sư phạm và ứng dụng

Thực nghiệm sư phạm là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả của thí nghiệm kỹ thuật số trong dạy học vật lý 10. Các thí nghiệm được thiết kế và triển khai trong môi trường thực tế giúp đánh giá khả năng ứng dụng và hiệu quả của chúng trong việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Kết quả thực nghiệm cho thấy, việc sử dụng thí nghiệm kỹ thuật số giúp học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm động lực học chất điểm và định luật bảo toàn, đồng thời tăng cường khả năng tương tác trong học tập.

3.1. Thiết kế thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm kỹ thuật số đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức khoa học và kỹ thuật. Các thí nghiệm cần đảm bảo tính chính xác và dễ sử dụng, giúp học sinh dễ dàng thực hiện và phân tích kết quả. Ví dụ, thí nghiệm về định luật bảo toàn động lượng được thiết kế để học sinh có thể quan sát và phân tích dữ liệu một cách trực quan, từ đó rút ra kết luận khoa học.

3.2. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy, việc sử dụng thí nghiệm kỹ thuật số giúp học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm động lực học chất điểm và định luật bảo toàn. Học sinh cũng thể hiện khả năng giải quyết vấn đề tốt hơn khi được tham gia vào quá trình nghiên cứu và phân tích dữ liệu từ thí nghiệm. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của thí nghiệm kỹ thuật số trong giáo dục.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục của tác giả Mai Hoàng Phương với đề tài "Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh" được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Phạm Xuân Quế và TS. Nguyễn Mạnh Hùng, hoàn thành vào tháng 01 năm 2021 thuộc chuyên ngành Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí (Mã số: 9.11).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Chương trình giáo dục phổ thông chuyển dịch từ tiếp cận nội dung ("truyền thụ một chiều") sang tiếp cận năng lực, chú trọng việc người học vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn. Trong dạy học môn Vật lí, việc học sinh trải nghiệm hoạt động nhận thức phỏng theo con đường nghiên cứu của các nhà khoa học đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề (NLGQVĐ).

Tuy nhiên, khảo sát thực tiễn cho thấy mức độ khoa học trong hoạt động giải quyết vấn đề của học sinh tại các trường trung học phổ thông (THPT) hiện nay chưa cao, chưa tiếp cận thực chất với hoạt động nghiên cứu khoa học. Cụ thể:

• Các hiện tượng và quá trình vật lí đưa vào bài học thường bị giới hạn trong các trường hợp riêng biệt hoặc điều kiện lý tưởng (ví dụ: khi dạy học Định luật III Newton hay Định luật bảo toàn động lượng, các bài học chỉ khảo sát va chạm hoặc tương tác giữa hai vật đứng yên hoặc chuyển động trên cùng một phương thẳng).
• Thiếu các phương tiện và thiết bị thí nghiệm cho phép khảo sát, xây dựng hoặc kiểm chứng định luật trong trường hợp tổng quát (hai vật chuyển động từ các phương, chiều khác nhau va chạm và chuyển động theo hai hướng bất kỳ).
• Các bộ thí nghiệm kết nối máy tính truyền thống hiện có còn cồng kềnh, sử dụng dây nối gây cản trở chuyển động của vật khảo sát, hoặc các phần mềm phân tích video hiện hành (như VideoPoint, Tracker, Coach CMA) đòi hỏi cài đặt môi trường phức tạp (Java Runtime Environment), chỉ chạy offline và chưa hỗ trợ lưu trữ dữ liệu trực tuyến để triển khai dạy học kết hợp (blended learning).

Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (thí nghiệm kết nối máy tính - TNKNMT và thí nghiệm tương tác trên màn hình - TNTTTMH) theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu (DHDTNC) trong dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn thuộc chương trình Vật lí 10, nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh.

Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được các thí nghiệm kĩ thuật số đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật, về mặt sư phạm và thiết kế được tiến trình sử dụng chúng theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu thì khi tổ chức sử dụng trong dạy học có thể phát triển NLGQVĐ ở mức độ cao của học sinh.

Nhiệm vụ nghiên cứu

1. Nghiên cứu cơ sở lí luận về phát triển NLGQVĐ của học sinh theo quan điểm DHDTNC và cơ sở lí luận về sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí.
2. Xác định các kiến thức, kĩ năng và cấu trúc các thành phần, chỉ số hành vi của NLGQVĐ ở mức cao cần phát triển cho học sinh trong phần Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn (Vật lí 10).
3. Khảo sát, đánh giá thực trạng dạy học, thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm và ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học các nội dung trên tại các trường THPT.
4. Xây dựng và hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số: phần mềm thí nghiệm tương tác trên màn hình trực tuyến (Phys-ISE) và bộ cảm biến lực - gia tốc kết nối máy tính không dây (Phys-MBL).
5. Soạn thảo 05 tiến trình dạy học theo quan điểm DHDTNC có sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số đã chế tạo.
6. Xây dựng bộ công cụ đánh giá (Rubric, bảng kiểm quan sát) NLGQVĐ ở mức cao của học sinh.
7. Tiến hành thực nghiệm sư phạm qua 2 vòng để kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của tiến trình dạy học cùng các thiết bị thí nghiệm đã phát triển.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh THPT theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu; quy trình xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và TNTTTMH) trong dạy học một số kiến thức phần Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn – Vật lí 10.
• Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát và triển khai thực nghiệm sư phạm tại các trường THPT trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh (gồm: Trường Trung học Thực hành Đại học Sư phạm TP.HCM, THPT Nguyễn Thái Bình, THPT Võ Văn Kiệt, THCS-THPT Hoa Sen) cùng các đợt khảo sát tập huấn giáo viên tại Gia Lai và An Giang; giới hạn các thí nghiệm kĩ thuật số ở hai loại hình: thí nghiệm tương tác trên màn hình (online) và thí nghiệm kết nối máy tính không dây qua cảm biến.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tổng thuật có hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước trên ba trục nội dung chính:

Hướng nghiên cứu về dạy học dựa trên nghiên cứu và dạy học khám phá

Cơ sở tư tưởng bắt nguồn từ các nhà giáo dục và tâm lí học: John Dewey với phương pháp dạy học lấy học sinh làm trung tâm, học qua hành động và giải quyết vấn đề theo quy trình nghiên cứu khoa học; Jean Piaget với lí thuyết phát triển nhận thức và cơ chế cân bằng nhận thức qua thử - sai; Lev Vygotsky với lí thuyết vùng phát triển gần nhất; Jerome Bruner với dạy học khám phá; J. Schwab và J. Richard Suchman với các mô hình hướng dẫn học tập dựa trên tìm tòi nghiên cứu.

Tại Việt Nam, các tác giả Thái Duy Tuyên, Nguyễn Bá Kim, Trần Bá Hoành, Nguyễn Kỳ nghiên cứu phương pháp dạy học tích cực, tự học và tự phát hiện tri thức. Một số luận án tiến sĩ tiêu biểu đã nghiên cứu DHDTNC như: Võ Văn Thông (2004/2014) về tổ chức hoạt động học tập vật lí THCS theo kiểu tìm tòi nghiên cứu; Nguyễn Văn Nghiệp (2015) về quy trình nghiên cứu khoa học trong dạy học Điện từ học THCS; Nguyễn Thị Thủy (2018) về tiến trình dạy học theo phương pháp Bàn tay nặn bột (LAMAP) 4 giai đoạn nhằm bồi dưỡng NLGQVĐ; Nguyễn Thị Thuần (2018) về dạy học tìm tòi khám phá; nhóm tác giả Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải, Nguyễn Anh Thuấn, Trần Bá Trình (2019) về các bước tìm tòi khám phá trong giáo dục STEM.

Hướng nghiên cứu về phát triển năng lực giải quyết vấn đề

Các tổ chức quốc tế (OECD, Chương trình Québec - Canada, New Zealand) và tác giả trong nước (Xavier Roegiers, Nguyễn Công Khanh, Lê Đình Trung, Phan Thị Thanh Hội, Nguyễn Thị Lan Phương, Đỗ Hương Trà, Phạm Xuân Quế, Ngô Diệu Nga, Phạm Thị Phú, Nguyễn Mai Hùng, Trần Ngọc Dũng, Trần Ngọc Thắng, Đặng Thị Oanh) đã nghiên cứu định nghĩa cấu trúc, tiêu chí và xây dựng rubric/bảng kiểm đánh giá NLGQVĐ của học sinh.

Hướng nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học Vật lí

Các hệ thống thí nghiệm kết nối máy tính (MBL) của các hãng Vernier, Pasco (Hoa Kỳ), Phywe, Leybold (Đức), CMA (Hà Lan), Addestation (Singapore) được ứng dụng rộng rãi. Tại Việt Nam, Mai Văn Trinh sử dụng hệ thiết bị Cassy; Trần Huy Hoàng sử dụng bộ giao tiếp Pasco 750 và phần mềm DataStudio; Trần Bá Trình chế tạo bộ thí nghiệm chất khí ghép nối cảm biến GQY; Lê Hoàng Anh Linh chế tạo thiết bị cơ học dùng cảm biến sonar; Lê Ngọc Vân nghiên cứu bộ cảm biến Pasco; Nguyễn Văn Tấn dùng cảm biến lực và siêu âm dạy học động lực học; Cao Tiến Khoa xây dựng thí nghiệm sóng cơ; Nguyễn Đăng Thuấn sử dụng TNKNMT dạy học dao động cơ.

Về phần mềm phân tích video và thí nghiệm tương tác trên màn hình (TNTTTMH), các phần mềm tiêu biểu gồm VideoPoint, Logger Pro, Tracker, Coach CMA, phần mềm Galileo (Phạm Xuân Quế), Video Analyze (Nguyễn Xuân Thành), TNTTTMH (Nguyễn Thị Thu Hà).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết

1. Chưa có nghiên cứu nào đi sâu vào việc tổ chức cho học sinh phát hiện và giải quyết vấn đề ở mức độ cao (nghiên cứu hiện tượng tổng quát, xây dựng và kiểm chứng giả thuyết mang tính tổng quát thay vì chỉ dừng lại ở các trường hợp riêng biệt).
2. Thiếu các công cụ thí nghiệm đáp ứng kiểm chứng trường hợp tổng quát: Phần mềm Coach CMA chỉ phân tích hình chiếu lực trên hai trục tọa độ $OX, OY$; các phần mềm khác đòi hỏi cài đặt offline phức tạp, định dạng video hạn chế và không lưu trữ dữ liệu trực tuyến. Các bộ cảm biến MBL dùng dây nối gây lực cản và sai số cơ học.
3. Luận án lựa chọn giải quyết đồng bộ: Chế tạo phần mềm TNTTTMH trực tuyến (Phys-ISE) kết hợp bộ cảm biến lực - gia tốc không dây Bluetooth (Phys-MBL), đồng thời thiết kế tiến trình dạy học kết hợp để giải quyết áp lực thời gian tại lớp học.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Lý thuyết tâm lý học nhận thức và tâm lý học phát triển:
  • Lý thuyết cân bằng nhận thức của Jean Piaget: Nhận thức của học sinh diễn ra qua hai quá trình tương tác liên tục là Đồng hóa (Assimilation) và Điều ứng (Accommodation). Sự mất cân bằng xuất hiện khi kiến thức cũ không giải thích được hiện tượng mới, thôi thúc học sinh điều chỉnh nhận thức để đạt trạng thái cân bằng mới ở mức cao hơn.
  • Lý thuyết Vùng phát triển gần nhất (ZPD) của Lev Vygotsky: Quá trình dạy học cần đi trước sự phát triển, định hướng học sinh từ trình độ phát triển hiện tại vượt qua khoảng cách năng lực để đạt tới trình độ cao hơn dưới sự định hướng, hỗ trợ hợp lí của giáo viên và môi trường học tập.
  • Lý thuyết dạy học kiến tạo của Jerome Bruner: Học sinh tạo lập kiến thức mới dựa trên kinh nghiệm sẵn có thông qua việc chủ động xử lý tình huống và khám phá dữ liệu.
• Chu trình sáng tạo khoa học của V. Razumôpxki: Quá trình dạy học phỏng theo chu trình sáng tạo gồm 4 giai đoạn logic: $$\text{Sự kiện xuất phát} \xrightarrow{\text{Quy nạp/Mô hình hóa}} \text{Mô hình giả thuyết} \xrightarrow{\text{Suy luận}} \text{Hệ quả logic} \xrightarrow{\text{Thực nghiệm}} \text{Kiểm tra/Xác nhận (Chân lí khoa học)}$$
• Cấu trúc Năng lực Giải quyết vấn đề (NLGQVĐ) gồm 4 năng lực thành phần và 13 chỉ số hành vi:
  1. Thành phần 1: Phân tích tình huống, phát hiện vấn đề và phát biểu vấn đề cần giải quyết (HV 1.1, HV 1.2, HV 1.3).
  2. Thành phần 2: Đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề (HV 2.1, HV 2.2, HV 2.3, HV 2.4).
  3. Thành phần 3: Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề (HV 3.1, HV 3.2, HV 3.3).
  4. Thành phần 4: Đánh giá, hoàn thiện toàn bộ quá trình GQVĐ và mở rộng áp dụng (HV 4.1, HV 4.2, HV 4.3).

Mã hành vi	Tên hành vi biểu hiện của NLGQVĐ	Mức 1 (M1)	Mức 2 (M2)	Mức 3 (M3)	Mức 4 (M4)
HV 1.1	Phân tích tình huống vấn đề	Không phân tích được	Phân tích còn nhiều thiếu sót	Phân tích còn ít thiếu sót	Phân tích đầy đủ, chính xác
HV 1.2	Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu	Không phát hiện được	Phát hiện còn nhiều thiếu sót	Phát hiện còn ít thiếu sót	Phát hiện đúng vấn đề
HV 1.3	Phát biểu vấn đề (câu hỏi khoa học)	Không phát biểu được	Phát biểu còn nhiều thiếu sót	Phát biểu còn ít thiếu sót	Phát biểu đúng dưới dạng câu hỏi KH
HV 2.1	Thu thập, xử lí thông tin liên quan	Không xác định/tìm hiểu	Có tìm hiểu nhưng nhiều thiếu sót	Có tìm hiểu, ít thiếu sót	Xác định đầy đủ, chính xác
HV 2.2	Tìm kiến thức/phương pháp vật lí	Không xác định được	Xác định còn thiếu nhiều	Xác định còn thiếu	Xác định đầy đủ
HV 2.3	Đề xuất giải pháp	Không đề xuất được	Đề xuất chưa hợp lí	Đề xuất ít nhiều hợp lí	Đề xuất hợp lí trên cơ sở KH
HV 2.4	Lựa chọn giải pháp	Không lựa chọn được	Chọn giải pháp chưa khả thi	Chọn giải pháp khả thi	Chọn giải pháp tối ưu
HV 3.1	Lập kế hoạch thực hiện giải pháp	Không lập được	Lập chưa khoa học/hợp lí	Khoa học nhưng chưa chi tiết	Khoa học, đầy đủ, chi tiết
HV 3.2	Thực hiện kế hoạch	Không thực hiện được	Hoàn thành phần nhỏ/nhiều sai sót	Hoàn thành phần lớn kế hoạch	Hoàn thành đầy đủ kế hoạch
HV 3.3	Đánh giá, điều chỉnh trong thực hiện	Không điều chỉnh	Điều chỉnh ít thích hợp	Điều chỉnh tương đối thích hợp	Điều chỉnh hoàn toàn hợp lí
HV 4.1	Đánh giá quá trình GQVĐ	Không đánh giá được	Đánh giá chưa đầy đủ/chưa KH	Đánh giá tương đối đầy đủ/KH	Đánh giá đầy đủ và khoa học
HV 4.2	Hoàn thiện quá trình GQVĐ	Không hoàn thiện được	Hoàn thiện chưa đầy đủ	Hoàn thiện tương đối đầy đủ	Hoàn thiện đầy đủ
HV 4.3	Đưa ra khả năng áp dụng kết quả	Không đưa ra được	Đưa ra nhưng chưa có cơ sở	Đưa ra cho bài toán tương tự	Đưa ra cho bài toán tương tự & mới

Phương pháp nghiên cứu thực tế

• Phương pháp nghiên cứu lí luận: Phân tích, tổng hợp văn kiện đổi mới giáo dục, lý thuyết DHDTNC, chu trình Razumôpxki; so sánh đối chiếu chương trình Vật lí 10 hiện hành và Chương trình GDPT 2018.
• Phương pháp điều tra khảo sát: Sử dụng phiếu hỏi khảo sát thực trạng nhận thức và sử dụng thí nghiệm của giáo viên tại hai đợt tập huấn chuyên đề: Đợt 1 (tháng 7/2017 tại Gia Lai, $N = 60$ tổ trưởng chuyên môn Vật lí THPT), Đợt 2 (tháng 12/2018 tại An Giang, $N = 55$ tổ trưởng chuyên môn) và khảo sát mở rộng hơn 40 tổ trưởng chuyên môn tại TP.HCM.
• Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Triển khai qua 2 vòng thực nghiệm:
  • Vòng 1: Thử nghiệm để điều chỉnh tiến trình, khắc phục lỗi kĩ thuật của thiết bị và hoàn thiện công cụ đo lường Rubric.
  • Vòng 2: Đánh giá định tính và định lượng sự tiến bộ của học sinh trên 7 chỉ số hành vi trọng tâm (HV 1.1, 1.2, 1.3, 2.3, 3.1, 3.2, 3.3) qua 4 nội dung bài học liên tiếp (Định luật I, II, III Newton và Định luật bảo toàn động lượng).
• Phương pháp thống kê toán học: Thống kê tần số, tỷ lệ phần trăm mức độ đạt được của các chỉ số hành vi, so sánh sự dịch chuyển mức độ năng lực của học sinh qua các giai đoạn thực nghiệm.

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về ba trụ cột: quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu, phát triển năng lực giải quyết vấn đề, và chế tạo - sử dụng thí nghiệm trong dạy học Động lực học chất điểm cùng Các định luật bảo toàn. Tác giả phân tích các hạn chế của phương pháp dạy học truyền thống (chủ yếu là truyền thụ một chiều, thí nghiệm chỉ mang tính biểu diễn minh họa cho các trường hợp riêng biệt) và xác định rõ 3 câu hỏi khoa học mà luận án cần giải quyết: quy trình tổ chức dạy học nhằm đạt NLGQVĐ mức cao; giải pháp công nghệ chế tạo thí nghiệm tương tác trên màn hình và cảm biến không dây; cách thức tổ chức dạy học kết hợp nhằm giải quyết hạn chế về quỹ thời gian trên lớp.

CHƯƠNG 2: Cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học vật lí nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Chương này xác định khung lý luận và phân tích số liệu thực trạng:

• Lý luận về DHDTNC: Làm rõ bản chất của DHDTNC là tổ chức cho học sinh tự lực chiếm lĩnh tri thức theo quy trình nghiên cứu của nhà khoa học. Phân định rõ hành động tương ứng giữa giáo viên (người thiết kế tình huống, định hướng) và học sinh (người phát hiện vấn đề, đề xuất giả thuyết, thiết kế phương án kiểm chứng và kết luận).
• Đề xuất 3 biện pháp sư phạm cốt lõi:
  1. Biện pháp 1: Tổ chức dạy học dựa trên nghiên cứu trong đó yêu cầu học sinh giải quyết vấn đề ở mức cao (khảo sát hiện tượng tổng quát, đề xuất và kiểm chứng giả thuyết tổng quát).
  2. Biện pháp 2: Xây dựng và sử dụng hệ thống thí nghiệm kĩ thuật số (Phys-ISE và Phys-MBL) đáp ứng tính chính xác và khoa học cao.
  3. Biện pháp 3: Xây dựng TNTTTMH trực tuyến tạo điều kiện tổ chức dạy học kết hợp (blended learning), giúp học sinh tự học và phân tích thí nghiệm tại nhà qua hệ thống lưu trữ dữ liệu tập trung.
• Kết quả khảo sát thực tiễn:
  • Về TNKNMT: 55% giáo viên chỉ mới nghe nói/được giới thiệu nhưng chưa từng sử dụng; 20% giáo viên hoàn toàn chưa biết đến; chỉ có tỷ lệ nhỏ từng sử dụng.
  • Về TNTTTMH: 45% giáo viên đã từng sử dụng; 41% có biết nhưng chưa dùng; 12% hoàn toàn chưa biết.
  • 100% giáo viên khẳng định sự cần thiết của việc đổi mới nhưng gặp trở ngại lớn về thiết bị thiếu thốn, kém chính xác và thiếu thời lượng tiết học.

CHƯƠNG 3: Xây dựng và hoàn thiện thí nghiệm kết nối máy tính và thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học một số kiến thức về "Động lực học chất điểm" và "Các định luật bảo toàn" – Vật lí 10 theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

Chương này trình bày toàn bộ quy trình thiết kế kĩ thuật và giải pháp công nghệ chế tạo hai công cụ thí nghiệm mới:

1. Phần mềm TNTTTMH trực tuyến (Phys-ISE):
   • Hoạt động trực tuyến trên nền web, không yêu cầu cài đặt Java Runtime Environment, hỗ trợ mọi định dạng video phổ biến.
   • Tích hợp các module chức năng: Nút Thước chuẩn (hiệu chuẩn độ dài không gian), Nút Hệ trục tọa độ (gán gốc và chiều dương không gian), Nút Phân tích (theo vết tọa độ điểm ảnh tự động/thủ công), Nút Tính toán - Vẽ vec-tơ (xác định phương, chiều, độ lớn vectơ vận tốc, gia tốc, động lượng và lực tương tác).
   • Cho phép phân tích 04 thí nghiệm: Khảo sát chuyển động quán tính (Định luật I Newton), Khảo sát gia tốc chuyển động (Định luật II Newton), Khảo sát tương tác va chạm xiên tổng quát hai chiều (Định luật III Newton), Khảo sát va chạm tổng quát bảo toàn động lượng và bảo toàn cơ năng.
2. Bộ cảm biến Lực - Gia tốc kết nối máy tính không dây (Phys-MBL):
   • Thiết kế gọn nhẹ gắn trực tiếp lên xe động lực, sử dụng kết nối không dây Bluetooth (Thiết bị H-C-2010-06-01, mã PIN 1234), loại bỏ hoàn toàn lực cản cơ học do dây nối truyền thống gây ra.
   • Giao diện phần mềm thu nhận dữ liệu thời gian thực, có chức năng chọn cổng kết nối, chọn tần số lấy mẫu, hiển thị đồ thị và cho phép trích xuất số liệu trực tiếp sang bảng tính Microsoft Excel.
   • Tiến hành 03 bài thí nghiệm: Khảo sát mối quan hệ $F - a$ (Định luật II Newton), Đo trực tiếp lực kéo - nén tức thời và lực tương tác trực đối (Định luật III Newton), Khảo sát xung lượng của lực và độ biến thiên động lượng.

CHƯƠNG 4: Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về "Động lực học chất điểm" và "Các định luật bảo toàn" có sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số đã hoàn thiện

Chương này xây dựng chi tiết cấu trúc logic nội dung và thiết kế 05 tiến trình bài học cụ thể:

1. Tiến trình dạy học Định luật I Newton (sử dụng video phân tích đĩa chuyển động trên đệm khí).
2. Tiến trình dạy học Định luật II Newton (kết hợp cảm biến không dây Phys-MBL và phân tích video trên Phys-ISE).
3. Tiến trình dạy học Định luật III Newton (sử dụng Phys-MBL đo lực trực tiếp và Phys-ISE phân tích va chạm tổng quát 2 vật chuyển động theo hai phương bất kỳ).
4. Tiến trình dạy học Định luật bảo toàn động lượng (khảo sát hệ kín va chạm tổng quát trên màn hình Phys-ISE).
5. Tiến trình dạy học Định luật bảo toàn cơ năng (phân tích chuyển động con lắc và chuyển động trên máng nghiêng).

Mỗi tiến trình dạy học đều phân định rõ các giai đoạn: Tình huống xuất phát $\rightarrow$ Đề xuất vấn đề $\rightarrow$ Xây dựng mô hình giả thuyết $\rightarrow$ Lập phương án thực nghiệm $\rightarrow$ Thu thập, xử lí số liệu với công cụ số $\rightarrow$ Khái quát hóa và rút ra định luật $\rightarrow$ Vận dụng. Kèm theo mỗi tiến trình là hệ thống Phiếu học tập và Rubric đánh giá chi tiết từng chỉ số hành vi của học sinh.

CHƯƠNG 5: Thực nghiệm sư phạm

Trình bày kết quả triển khai thực nghiệm sư phạm tại các trường THPT tại TP.HCM (Trường Trung học Thực hành ĐH Sư phạm TP.HCM, THPT Võ Văn Kiệt, THPT Nguyễn Thái Bình, THCS-THPT Hoa Sen):

• Vòng 1: Thử nghiệm tiến trình nhằm kiểm tra giao diện, độ ổn định đường truyền của phần mềm Phys-ISE, kiểm tra độ nhạy cảm biến Bluetooth Phys-MBL, từ đó chỉnh sửa các phiếu học tập và bảng rubric đánh giá.
• Vòng 2: Triển khai dạy học 4 chủ đề kiến thức liên hoàn (Định luật I Newton, Định luật II Newton, Định luật III Newton, Định luật bảo toàn động lượng) theo hình thức dạy học kết hợp. Đánh giá sự tiến bộ định lượng trên 7 chỉ số hành vi cốt lõi của NLGQVĐ.

Kết quả thống kê cho thấy sự chuyển biến rõ rệt: Tỷ lệ học sinh đạt Mức 1 (M1) và Mức 2 (M2) giảm dần qua từng bài học, trong khi tỷ lệ học sinh đạt Mức 3 (M3) và Mức 4 (M4) ở các hành vi phân tích hiện tượng tổng quát (HV 1.1), phát hiện vấn đề tổng quát (HV 1.2), đề xuất giải pháp kĩ thuật số (HV 2.3) và thực hiện kế hoạch phân tích số liệu (HV 3.1, 3.2, 3.3) tăng trưởng vững chắc.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lí luận

• Xác định và làm sáng tỏ yêu cầu nâng cao tính khoa học của hoạt động giải quyết vấn đề theo quan điểm DHDTNC trong dạy học Vật lí THPT, chuyển từ việc nghiên cứu các hiện tượng đặc biệt, đơn lẻ sang nghiên cứu các hiện tượng mang tính tổng quát.
• Cụ thể hóa cấu trúc NLGQVĐ ở mức cao gồm 4 năng lực thành phần, 13 chỉ số hành vi cùng bảng tiêu chí chất lượng 4 mức độ (M1 - M4) và hệ thống bảng kiểm quan sát tường minh.
• Đề xuất quy trình xây dựng tiến trình dạy học vật lí dựa trên nghiên cứu kết hợp mô hình dạy học kết hợp (blended learning) với sự hỗ trợ của công cụ thí nghiệm số trực tuyến.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

• Chế tạo thành công phần mềm TNTTTMH trực tuyến (Phys-ISE): Cung cấp công cụ phân tích video chuyển động động học và động lực học hai chiều trực tiếp trên trình duyệt web, có chức năng vẽ vectơ động lượng, vectơ lực tương tác và lưu trữ kết quả trên server, giúp học sinh có thể tự học và thực hiện thí nghiệm ở nhà.
• Chế tạo thành công bộ cảm biến lực - gia tốc không dây (Phys-MBL): Ứng dụng công nghệ truyền thông không dây Bluetooth loại bỏ hoàn toàn dây nối, cho phép đo đạc số liệu lực và gia tốc tức thời với độ chính xác cao trong các chuyển động thực.
• Biên soạn bộ tư liệu dạy học hoàn chỉnh: Gồm 05 tiến trình dạy học chi tiết phần Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn (Vật lí 10), hệ thống video clip thí nghiệm tổng quát, phiếu học tập và các rubric đánh giá năng lực tương ứng.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:
  • Phạm vi thực nghiệm sư phạm định lượng chuyên sâu mới chỉ tập trung tại một số trường THPT trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Hệ thống thí nghiệm kĩ thuật số mới chỉ giới hạn ở 2 loại hình (TNTTTMH và TNKNMT) cho 5 chủ đề kiến thức thuộc phần Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn - Vật lí 10, chưa bao phủ toàn bộ chương trình vật lí phổ thông.
  • Việc triển khai dạy học trực tuyến phụ thuộc vào chất lượng đường truyền Internet và trang thiết bị máy tính của học sinh tại gia đình.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiếp tục phát triển và hoàn thiện các module phân tích tự động trên phần mềm Phys-ISE cho các dạng chuyển động phức tạp hơn trong phần Quang học, Điện từ học, Dao động và Sóng cơ.
  • Nghiên cứu tích hợp các cảm biến không dây Phys-MBL thế hệ mới với vi điều khiển nhỏ gọn hơn, tương thích với cả thiết bị di động (smartphone, máy tính bảng).
  • Mở rộng phạm vi thử nghiệm dạy học kết hợp dựa trên nghiên cứu ra các địa bàn và các khối lớp khác theo Chương trình GDPT 2018.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Lí luận và PPDH bộ môn Vật lí: Là tài liệu tham khảo có giá trị về phương pháp luận thiết kế tiến trình dạy học khám phá/nghiên cứu, phương pháp xây dựng ma trận năng lực và công cụ đo lường Rubric đánh giá chỉ số hành vi.
• Đối với giáo viên Vật lí THPT: Cung cấp hệ thống 05 giáo án tiến trình dạy học thực tế, bộ công cụ phần mềm Phys-ISE và tài liệu hướng dẫn sử dụng cảm biến Phys-MBL để đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển phẩm chất, năng lực của Chương trình GDPT 2018.
• Đối với các nhà phát triển thiết bị giáo dục: Cung cấp giải pháp kĩ thuật và quy trình công nghệ trong việc thiết kế các bộ thí nghiệm kết nối máy tính không dây và phần mềm thí nghiệm số trực tuyến giá thành thấp, phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất của các trường phổ thông Việt Nam.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án hiểu "giải quyết vấn đề ở mức cao" trong dạy học Vật lí là gì?

Giải quyết vấn đề ở mức cao là việc tổ chức cho học sinh tiếp cận hiện tượng vật lí dưới dạng tổng quát (không chỉ dừng lại ở các trường hợp riêng biệt hay điều kiện đơn giản hóa), tự lực đề xuất các giả thuyết khoa học mang tính tổng quát, thiết kế và thực hiện các phương án thí nghiệm kiểm chứng tổng quát (như va chạm xiên trong mặt phẳng 2D thay vì chỉ va chạm thẳng 1D), tự xử lí số liệu và khái quát hóa để chiếm lĩnh định luật vật lí.

2. Phần mềm Phys-ISE do tác giả xây dựng có ưu điểm gì so với các phần mềm phân tích video hiện có (như Tracker, Coach CMA)?

Phys-ISE hoạt động trực tuyến trên nền tảng web, không đòi hỏi người dùng phải cài đặt môi trường Java Runtime Environment hay chuyển đổi định dạng video phức tạp; phần mềm có đầy đủ các công cụ phân tích động học và động lực học (thước chuẩn, hệ trục tọa độ, tính toán và vẽ vectơ vận tốc, động lượng, lực); đặc biệt phần mềm tích hợp chức năng lưu trữ kết quả phân tích trực tuyến trên máy chủ (server), tạo điều kiện cho học sinh tự học ở nhà và giáo viên kiểm tra, đánh giá trong mô hình dạy học kết hợp.

3. Bộ thiết bị Phys-MBL giải quyết nhược điểm gì của các bộ thí nghiệm kết nối máy tính trước đây?

Các bộ thí nghiệm MBL truyền thống thường dùng dây cáp nối từ cảm biến về máy tính, gây vướng víu và tạo thêm lực cản cơ học làm sai lệch chuyển động của vật. Phys-MBL tích hợp cảm biến lực và gia tốc truyền dữ liệu qua giao tiếp không dây Bluetooth trực tiếp về máy tính, loại bỏ lực cản của dây nối, giúp thao tác bố trí thí nghiệm cơ học gọn gàng và số liệu thu thập đạt độ chính xác cao.

4. Luận án đã sử dụng những hình thức thu thập thông tin nào để đánh giá các chỉ số hành vi của học sinh?

Luận án kết hợp 3 hình thức thu thập thông tin:

• Hình thức 1 (Lời nói): Ghi âm các trao đổi, thảo luận nhóm và phỏng vấn trực tiếp học sinh.
• Hình thức 2 (Chữ viết): Đánh giá sản phẩm học tập qua Phiếu học tập cá nhân/nhóm và dữ liệu lưu trữ trên phần mềm.
• Hình thức 3 (Hành động): Quan sát trực tiếp thao tác thực hành, sử dụng camera ghi hình và chấm điểm theo Bảng kiểm quan sát tiêu chí chất lượng.

5. Những kiến thức vật lí cụ thể nào được tác giả lựa chọn để thiết kế tiến trình dạy học thực nghiệm?

Tác giả đã lựa chọn và thiết kế 05 tiến trình bài học thuộc phần Cơ học - Vật lí 10 gồm: Định luật I Newton, Định luật II Newton, Định luật III Newton, Định luật bảo toàn động lượng và Định luật bảo toàn cơ năng; trong đó 04 chủ đề đầu tiên được đưa vào triển khai thực nghiệm sư phạm liên hoàn qua 2 vòng để đo lường sự phát triển năng lực của học sinh.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Mai Hoàng Phương đã giải quyết một cách toàn diện từ cơ sở lí luận, giải pháp kĩ thuật công nghệ đến thực tiễn dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao cho học sinh THPT thông qua quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu. Bằng việc sáng chế phần mềm trực tuyến Phys-ISE và bộ cảm biến không dây Phys-MBL, công trình đã khắc phục triệt để rào cản về thiết bị thí nghiệm khảo sát tổng quát và áp lực thời gian dạy học trên lớp. Kết quả thực nghiệm sư phạm khẳng định tính khả thi, độ tin cậy và giá trị ứng dụng thực tiễn cao của hệ thống tiến trình dạy học trong bối cảnh đổi mới giáo dục phổ thông môn Vật lí hiện nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề, làm thử, phân tích, phán đoán. Một số đề tài luận án tiến sĩ nghiên cứu dạy học dựa trên quan điểm nghiên cứu: Luận án Tiến sĩ Võ Văn Thông [38] nghiên cứu tổ chức hoạt động học tập vật lí của HS bậc THCS theo kiểu tìm tòi nghiên cứu nhằm phát huy tính tích cực, tự lực và phát triển năng lực sáng tạo cho HS, Luận án tiến sĩ giáo dục học Nguyễn Văn Nghiệp [23] nghiên cứu những vấn đề liên quan đến phương pháp dạy học và quy trình nghiên cứu khoa học để thiết kế tiến trình dạy học dựa trên quy trình nghiên cứu 10 khoa học, trong đó có chú ý đưa giai đoạn nghiên cứu tổng quan vào tiến trình dạy học, đồng thời, vận dụng tiến trình dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học để tổ chức dạy học một số kiến thức ở chương “Điện từ học” cấp THCS nhằm giúp HS phát triển năng lực khoa học, Luận án tiến sĩ giáo dục học Nguyễn Thị Thủy [43] nghiên cứu vận dụng dạy học theo LAMAP để tổ chức tiến trình hoạt động nhận thức một số kiến thức Nhiệt học thuộc chương trình THCS nhằm bồi dưỡng NLGQVĐ của HS và đưa ra tiến trình dạy học các môn khoa học tự nhiên theo LAMAP theo bốn giai đoạn: Vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp, đánh giá - nhìn nhận lại kết quả thực hiện và hợp thức hóa kiến thức; Luận án tiến sĩ Nguyễn Thị Thuần [41] nghiên cứu tổ chức dạy học tìm tòi khám phá chủ đề “Nước trong cuộc sống” nhằm bồi dưỡng năng lực khoa học của học sinh. Bên cạnh đó nhóm tác giả Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải, Nguyễn Anh Thuấn, Trần Bá Trình cũng nghiên cứu và xây dựng bốn bước dạy tìm tòi khám phá trong dạy học STEM và tiến trình tìm tòi khám phá theo con đường khoa học và con đường công nghệ [4]: Cảm nhận bằng trực giác, kinh nghiệm, huy động kiến thức; Đặt ra vấn đề và đề xuất các phương pháp giải quyết; Tìm kiếm thông tin và xây dựng các câu trả lời và cấu trúc, xây dựng lại các kiến thức thu được để kết luận. Có thể thấy, dạy học dựa trên nghiên cứu đã được nhiều tác giả quan tâm, nghiên cứu và vận dụng ở nhiều cấp độ khác nhau.

Tuy nhiên, trong lí luận dạy học Vật lí theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu chưa đề cập đến việc phát hiện và GQVĐ ở mức cao. Hoặc vấn đề này có đề cập đến, nhưng cũng chưa thấy đưa ra biện pháp nào để giải quyết. Các nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề Thuật ngữ năng lực có nguồn gốc Latin “Competentia”, trong tiếng Anh, năng lực là “Competency”. Nhiều công trình nghiên cứu của nhiều tác giả như Xavier Roegiers (2000), F.

Coolahan, Denyse Tremblay (2002) [52], Nguyễn Công Khanh (2016) [18] và nhiều chương trình nghiên cứu của các nước như Chương trình giáo dục phổ thông bang Québec, Canada năm 2004, chương trình giáo dục phổ thông của New Zealand, Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế thế giới 11 (OECD) [57], Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể của Việt Nam [6] đã đưa ra các quan niệm khá phong phú, đa dạng về năng lực tùy theo góc độ tiếp cận. Có thể thấy dù cách phát biểu về năng lực là khác nhau, nhưng tất cả đều khẳng định và có điểm chung, 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 thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể.