Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ giáo dục học với đề tài "Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Nguyễn Hoàng Anh, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Văn Giáo, tại Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế (năm 2015), thuộc chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học môn Vật lí (mã số 62 14 01 11).

Về tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu, văn bản luận án xác định:

  • Nghị quyết số 29-NQ/TW của Ban Chấp hành Trung ương khóa XI, Luật Giáo dục (2005) tại Điều 28 và Chiến lược phát triển Giáo dục 2001–2010 đều quán triệt yêu cầu chuyển dịch phương pháp dạy học từ truyền thụ tri thức áp đặt một chiều sang phát huy tính tích cực, tự lực, chủ động và sáng tạo của học sinh.
  • Vật lí học là môn khoa học thực nghiệm; các kiến thức, quy luật đều bắt nguồn từ quan sát và thực nghiệm. Tuy nhiên, thực tế dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông vẫn nặng về thuyết trình, thông báo kiến thức có sẵn; học sinh tiếp thu thụ động.
  • Thiết bị thí nghiệm được trang bị theo danh mục tối thiểu ở nhiều trường phổ thông chưa đáp ứng đủ yêu cầu trực quan hóa các hiện tượng phức tạp và trừu tượng của phần "Cơ học" lớp 12 nâng cao. Do đó, việc xây dựng quy trình tự tạo và quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo để tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh là một yêu cầu cấp thiết.

Mục đích nghiên cứu của đề tài gồm hai nội dung chính:

  1. Đề xuất quy trình tự tạo thí nghiệm và vận dụng quy trình đó vào tự tạo một số thí nghiệm phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao trung học phổ thông.
  2. Đề xuất quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh và vận dụng quy trình đó vào thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao trung học phổ thông.

Giả thuyết khoa học của luận án:

Nếu đề xuất được quy trình tự tạo thí nghiệm và quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo, trên cơ sở đó tự tạo các thí nghiệm và sử dụng vào tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí thì sẽ phát huy được tính tích cực nhận thức của học sinh trong học tập, qua đó nâng cao hiệu quả dạy học vật lí ở trường phổ thông.

Nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở lí luận về hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí.
  2. Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc tích cực hóa hoạt động nhận thức và việc sử dụng thí nghiệm tự tạo trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí.
  3. Nghiên cứu đề xuất quy trình tự tạo thí nghiệm.
  4. Nghiên cứu đề xuất quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí.
  5. Nghiên cứu thực trạng cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm và thực trạng của việc tự tạo thí nghiệm và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí ở trường phổ thông.
  6. Nghiên cứu nội dung, chương trình phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao.
  7. Nghiên cứu tự tạo một số thí nghiệm trong phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao.
  8. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức trong phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao với sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo.
  9. Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy và học vật lí ở trường phổ thông với việc sử dụng thí nghiệm tự tạo.
  • Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo vào dạy học một số kiến thức phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao; địa bàn điều tra và thực nghiệm sư phạm tại các trường trung học phổ thông thuộc tỉnh Đồng Tháp (THPT Thiên Hộ Dương, THPT Thành Phố Cao Lãnh, THPT Đốc Binh Kiều, THPT Tháp Mười, THPT Lấp Vò 2).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan lịch sử nghiên cứu trong luận án được phân tích trên hai bình diện: quốc tế và trong nước.

Các nghiên cứu quốc tế

  • Tư tưởng giáo dục và tính tích cực nhận thức: Quan điểm từ thời cổ đại (Khổng Tử, Aristot) đến J. Locke (1632–1704) về mối quan hệ giữa lí thuyết và thực tiễn gắn với thí nghiệm; J. Dewey với phương pháp dạy học lấy người học làm trung tâm và kiến tạo tình huống thực tế; I. Lerner với tư tưởng dạy học nêu vấn đề; L.S. Vygotsky với lý thuyết "Vùng phát triển gần"; J. Bruner (từ những năm 1960) với chiến lược tự lực khám phá khoa học.
  • Xu hướng nghiên cứu thí nghiệm tự tạo: Phong trào tự chế tạo thiết bị dạy học từ tổ chức “Les petits débrouillards” (Canada), sau đó lan rộng sang Đức, Pháp, Mỹ, Trung Quốc, Rumani; Hội nghị quốc tế tại Đại học Tổng hợp Cairo (Ai Cập) về thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền; Chương trình Canh Tân giáo dục để phát triển của UNESCO tại khu vực Châu Á – Châu Đại Dương. Các công trình của Michael Vollmer, Klaus Peter Möllmann, Hans-Jörg Jodl, Bodo Eckert; các tài liệu của Hans-Joachim Wilke, G. Hay, D. Tronicke về thí nghiệm định tính bằng vật liệu đơn giản (chai nhựa, lon kim loại); các nghiên cứu của J. Muler, Kamel Wassef, M.K. Gobran; và nghiên cứu của Simon Fridrich Klaus về thí nghiệm tự tạo phức tạp dành cho người khiếm thị.

Các nghiên cứu trong nước

  • Về tính tích cực nhận thức và phương pháp dạy học vật lí: Công trình của Thái Duy Tuyên, Hà Thế Ngữ, Nguyễn Ngọc Quang, Đặng Vũ Hoạt, Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế, Phạm Hữu Tòng.
  • Về thí nghiệm tự tạo và thiết bị thí nghiệm: Nghiên cứu của Nguyễn Thượng Chung, Phạm Đình Cương, Nguyễn Hùng Liễu, Hà Văn Hùng, Lê Cao Phan, Đồng Thị Diện, Nguyễn Thị Hồng Việt, Nguyễn Viết Thanh Minh, Trần Đình Châu, Nguyễn Mạnh Thảo, Lưu Thị Tâm; các luận án tiến sĩ và luận văn thạc sĩ của Lê Văn Giáo (khắc phục quan niệm sai lệch trong Quang học, Điện học THCS), Ngô Quang Sơn (phần Dao động và Sóng lớp 12 cho học viên GDTX), Lê Văn Giáo và Nguyễn Thị An Vinh (nghiên cứu cấp Bộ về 30 bài thí nghiệm với 53 phương án), Đồng Thị Diện (Cơ học lớp 6), Lê Cao Phan (thí nghiệm tự làm ở THCS), Huỳnh Trọng Dương (thí nghiệm vật lí THCS).
  • Về hiện đại hóa và phối hợp thiết bị: Luận án của Trần Huy Hoàng (thí nghiệm hỗ trợ bởi máy vi tính, phần mềm DataStudio trong Cơ học, Nhiệt học THPT), Nguyễn Ngọc Lê Nam (thí nghiệm ghép nối máy tính và mô phỏng chương Dòng điện trong các môi trường), Trần Văn Thạnh (phối hợp thí nghiệm với phương tiện nghe nhìn ở lớp 9), Nguyễn Anh Thuấn (chương Sóng cơ học lớp 12), Đặng Minh Chưởng (chương Cảm ứng điện từ lớp 11 nâng cao), Dương Xuân Quý (chương Dao động cơ lớp 12).

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù đã có nhiều công trình về thí nghiệm tự tạo đơn giản hoặc thiết bị thí nghiệm hiện đại, nhưng còn thiếu một hệ thống lí luận hoàn chỉnh chuẩn hóa nội hàm khái niệm và phân loại thí nghiệm tự tạo từ đơn giản đến hiện đại; thiếu quy trình thao tác hóa gồm các bước tường minh từ khâu thiết kế, chế tạo đến khâu triển khai tổ chức dạy học giải quyết vấn đề cho một mảng kiến thức cụ thể, có độ trừu tượng cao như phần "Cơ học" vật lí 12 nâng cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Bản chất hoạt động nhận thức: Tiếp cận theo quy luật nhận thức Lênin ("Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến trực quan sinh động") qua 3 giai đoạn: nhận thức cảm tính (cảm giác, tri giác, biểu tượng), nhận thức lý tính (khái niệm, phán đoán, suy luận thông qua phân tích, tổng hợp, so sánh) và nhận thức thực tiễn (kiểm nghiệm tri thức, ứng dụng).
  • Lý thuyết tâm lý học và nhận thức:
    • Lý thuyết hoạt động của L.S. Vygotsky và A.N. Leontiev: Nhận thức hình thành thông qua hoạt động có động cơ;
    • Thuyết phát triển nhận thức của J. Piaget: Cơ chế đồng hóa (Assimilation) và điều ứng (Accommodation) nhằm chuyển trạng thái từ mất cân bằng nhận thức sang cân bằng mới;
    • Lý thuyết vùng phát triển gần (Zone of Proximal Development) của Vygotsky.
  • Dạy học giải quyết vấn đề (DH GQVĐ): Cấu trúc 3 giai đoạn: (1) Tạo tình huống có vấn đề; (2) Hướng dẫn giải quyết vấn đề; (3) Củng cố và vận dụng tri thức.
  • Khái niệm tính tích cực nhận thức: Tổng hợp quan điểm của Thái Duy Tuyên, I.F. Kharlamov, W. Okon, I.I. Nizamov; phân loại theo các mức độ (tái hiện, sử dụng, sáng tạo) và nhận diện qua các biểu hiện thái độ, hành vi, kết quả học tập.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Luận án kết hợp các phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng:

  1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích văn kiện, chỉ thị, chương trình sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao, tài liệu chuyên ngành tâm lý học, giáo dục học, lý luận dạy học bộ môn.
  2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:
    • Thiết kế phiếu điều tra (khảo sát giáo viên và học sinh tại các trường THPT) để đánh giá thực trạng trang thiết bị thí nghiệm và mức độ sử dụng thí nghiệm tự tạo.
    • Quan sát sư phạm, ghi nhận thái độ và hành vi học tập của học sinh.
  3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành qua 2 vòng thực nghiệm sư phạm tại các lớp thực nghiệm và đối chứng thuộc các trường THPT tỉnh Đồng Tháp.
  4. Phương pháp thống kê toán học:
    • Tính toán các tham số thống kê đặc trưng: điểm trung bình ($\bar{X}$), độ lệch chuẩn ($S$), phương sai ($S^2$), hệ số biến thiên ($V$), sai số chuẩn ($m$).
    • Lập bảng phân phối tần suất, tần suất lũy tích, biểu đồ và đồ thị tương ứng cho các bài kiểm tra 15 phút và 45 phút;
    • Kiểm định giả thuyết thống kê (kiểm định tham số $t$-Student hoặc kiểm định $\chi^2$) để xác nhận độ tin cậy của kết quả thực nghiệm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 trình bày tổng quan có hệ thống về lịch sử nghiên cứu tính tích cực nhận thức của học sinh trong dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng; phân tích ba xu hướng chính trên thế giới trong khai thác phương tiện trực quan (xu hướng hiện đại hóa, xu hướng đa phương tiện, xu hướng khai thác chế tạo thí nghiệm tự tạo). Luận án tổng thuật các công trình của các nhà nghiên cứu trong nước về thí nghiệm tự tạo, thí nghiệm hỗ trợ bởi máy tính và thiết bị thí nghiệm thực tập. Từ đó, chương 1 xác định rõ ba vấn đề trọng tâm cần giải quyết: làm rõ nội hàm và phân loại thí nghiệm tự tạo; xây dựng quy trình tự tạo và quy trình sử dụng; thiết kế và thử nghiệm hệ thống thí nghiệm cụ thể trong phần "Cơ học" lớp 12 nâng cao.

Chương 2: Cơ sở lí luận của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

Chương 2 tập trung phân tích bản chất của hoạt động nhận thức, các hành động và thao tác nhận thức vật lí (thao tác vật chất và thao tác tư duy). Luận án phân tích cấu trúc dạy học giải quyết vấn đề và cơ chế tâm lý của việc tích cực hóa hoạt động nhận thức dựa trên thuyết đồng hóa – điều ứng của J. Piaget và vùng phát triển gần của L.S. Vygotsky.

Về mặt lý luận thí nghiệm tự tạo, luận án làm rõ khái niệm và phân loại thành 3 nhóm:

  • Thí nghiệm tự tạo đơn giản: Sử dụng nguyên vật liệu sẵn có, dễ tìm trong đời sống, chi phí thấp, kết cấu gọn nhẹ.
  • Thí nghiệm tự tạo phức tạp: Đòi hỏi gia công kỹ thuật cơ khí, cấu trúc phối hợp nhiều chi tiết cơ học.
  • Thí nghiệm tự tạo hiện đại: Có sự tích hợp cảm biến, mạch điện tử hoặc ghép nối hiển thị số.

Luận án đề xuất Quy trình tự tạo thí nghiệm gồm 9 bước:

Bước Tên bước trong quy trình Nội dung chính
Bước 1 Xác định mục tiêu dạy học Làm rõ kiến thức, kỹ năng và mức độ nhận thức cần đạt của bài học.
Bước 2 Nghiên cứu nội dung bài học Phân tích logic cấu trúc kiến thức và hiện tượng vật lí cần trực quan hóa.
Bước 3 Tìm hiểu thực trạng cơ sở vật chất, TBTN Rà soát trang thiết bị hiện có tại trường để xác định nhu cầu chế tạo mới/cải tiến.
Bước 4 Đề xuất, lựa chọn phương án TN Phác thảo các ý tưởng thiết kế, so sánh tính khả thi và chọn phương án tối ưu.
Bước 5 Chuẩn bị vật liệu, dụng cụ, linh kiện Thu thập vật liệu tái chế, vật tư kỹ thuật hoặc linh kiện điện tử phù hợp.
Bước 6 Gia công, chế tạo dụng cụ TN Cắt gọt, hàn, lắp ráp cơ khí, kết nối mạch điện theo bản vẽ.
Bước 7 Lắp ráp thí nghiệm Hoàn thiện cụm thiết bị tổng thể, liên kết các khối chi tiết.
Bước 8 Tiến hành thí nghiệm Vận hành thử nghiệm, kiểm tra độ ổn định, đo đạc thông số thực tế.
Bước 9 Hoàn thiện thí nghiệm Tinh chỉnh thông số, khắc phục sai số, hoàn thiện thẩm mỹ và viết bản hướng dẫn.

Đồng thời, luận án đề xuất Quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo tổ chức hoạt động nhận thức gắn với 3 giai đoạn của quá trình dạy học:

  1. Đề xuất vấn đề nghiên cứu: Sử dụng thí nghiệm mở đầu tạo mâu thuẫn nhận thức giữa hiện tượng quan sát và kiến thức cũ.
  2. Giải quyết vấn đề: Học sinh đề xuất giả thuyết, thiết kế phương án thí nghiệm kiểm tra, tiến hành đo đạc, thu thập số liệu và rút ra kết luận quy luật.
  3. Củng cố, vận dụng kiến thức: Sử dụng thí nghiệm để giải thích hiện tượng thực tế, giải bài tập thí nghiệm hoặc giao nhiệm vụ tự tạo thiết bị tại nhà.

Chương 2 cũng công bố kết quả điều tra thực trạng tại một số trường THPT qua phiếu khảo sát giáo viên và học sinh (Bảng 2.1 đến 2.6 trong văn bản), chỉ ra sự thiếu hụt thiết bị phần Cơ học và khó khăn của giáo viên khi sử dụng thí nghiệm tự tạo.

Chương 3: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí lớp 12 nâng cao phần “Cơ học”

Chương 3 phân tích đặc điểm cấu trúc nội dung phần "Cơ học" Vật lí 12 nâng cao (gồm các chương: Động lực học vật rắn, Dao động cơ, Sóng cơ). Vận dụng quy trình 9 bước, tác giả đã thiết kế và chế tạo 9 thí nghiệm tự tạo:

  1. Thí nghiệm sóng dừng: Sử dụng bộ rung bằng mô-tơ điện / vòng lệch tâm, khảo sát mối quan hệ giữa số bụng, nút sóng với chiều dài dây, lực căng dây và tần số dao động.
  2. Thí nghiệm ghi đồ thị dao động điều hòa: Thiết bị ghi trực tiếp dạng sóng dao động của con lắc lò xo theo thời gian.
  3. Thí nghiệm bảo toàn momen động lượng: Hệ khung quay quanh trục và hệ thí nghiệm ghế xoay / người gỗ / con quay dân gian.
  4. Thí nghiệm momen động lượng của vật rắn đối với trục quay: Khảo sát chuyển động quay và đại lượng đặc trưng.
  5. Thí nghiệm giao thoa sóng nước: Khay nước tạo sóng kèm nguồn rung, quan sát hình ảnh giao thoa và nhiễu xạ.
  6. Thí nghiệm khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn: Tích hợp cảm biến hồng ngoại, mạch hiển thị số và đồng hồ đo thời gian hiện số để đo chính xác chu kì phụ thuộc vào chiều dài, chứng minh tính không phụ thuộc vào khối lượng và góc lệch nhỏ.
  7. Thí nghiệm momen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng đối với trục quay: Thí nghiệm hai hộp tròn có gắn thanh gỗ bên trong, thí nghiệm đĩa tròn và vành tròn lăn trên mặt phẳng nghiêng.
  8. Thí nghiệm hiện tượng cộng hưởng: Hệ con lắc cộng hưởng minh họa sự truyền dao động.
  9. Thí nghiệm sự phản xạ sóng: Thiết bị quan sát sóng phản xạ tại đầu cố định và đầu tự do.

Dựa trên các thí nghiệm này, tác giả đã thiết kế 7 tiến trình dạy học, trong đó trình bày chi tiết tiến trình xây dựng kiến thức và tổ chức dạy học cho các bài học trọng tâm:

  • Bài "Phản xạ sóng"
  • Bài "Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định"
  • Bài "Momen động lượng. Định luật bảo toàn momen động lượng"

Chương 4: Thực nghiệm sư phạm

Chương 4 trình bày kế hoạch, quy trình và kết quả thực nghiệm sư phạm qua 2 vòng tại các trường THPT thuộc tỉnh Đồng Tháp (THPT Thiên Hộ Dương, THPT Thành Phố Cao Lãnh, THPT Đốc Binh Kiều, THPT Tháp Mười, THPT Lấp Vò 2).

Nội dung thực nghiệm bao gồm:

  • Bố trí các cặp lớp thực nghiệm (ThN) và đối chứng (ĐC) tương đương nhau về sĩ số và trình độ học lực ban đầu (được kiểm định trước can thiệp).
  • Triển khai dạy học các giáo án có sử dụng 9 thí nghiệm tự tạo theo quy trình tích cực hóa hoạt động nhận thức ở nhóm thực nghiệm; nhóm đối chứng dạy học theo phương pháp thông thường.
  • Thu thập dữ liệu kiểm tra: Bài kiểm tra 15 phút (lần 1, lần 2) và bài kiểm tra 45 phút.
  • Xử lý thống kê mô tả và thống kê suy luận: lập bảng điểm số ($x_i$), phân phối tần suất, phân phối tần suất lũy tích; vẽ biểu đồ và đồ thị tần suất lũy tích; tính toán các tham số thống kê $\bar{X}, S, S^2, V, m$.
  • Đánh giá định tính: quan sát thái độ học tập, mức độ hứng thú, khả năng tự lực đề xuất phương án và thao tác thí nghiệm của học sinh.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lí luận

  1. Làm rõ nội hàm khái niệm thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí hiện đại, mở rộng phạm vi từ thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền sang các dạng thí nghiệm phức tạp và thí nghiệm hiện đại tích hợp điện tử.
  2. Xây dựng phân loại thí nghiệm tự tạo thành 3 nhóm rõ rệt: đơn giản, phức tạp và hiện đại.
  3. Đề xuất quy trình khoa học gồm 9 bước hoàn chỉnh cho việc thiết kế, gia công, lắp ráp và hiệu chỉnh thí nghiệm tự tạo.
  4. Đề xuất quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh qua các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề (đề xuất vấn đề, giải quyết vấn đề, củng cố và vận dụng).

Đóng góp về mặt thực tiễn

  1. Thiết kế, chế tạo thành công hệ thống 9 thí nghiệm tự tạo phục vụ trực quan hóa các kiến thức trọng tâm phần "Cơ học" Vật lí 12 nâng cao (sóng dừng, đồ thị dao động, momen quán tính, momen động lượng, cộng hưởng, phản xạ sóng, đo chu kì con lắc đơn bằng cảm biến).
  2. Xây dựng 7 tiến trình dạy học chi tiết có sự hỗ trợ của các thí nghiệm tự tạo đã chế tạo.
  3. Kết quả thực nghiệm sư phạm tại 5 trường THPT tỉnh Đồng Tháp khẳng định tính khả thi, nâng cao mức độ tích cực nhận thức, kỹ năng thực hành và cải thiện kết quả kiểm tra của học sinh nhóm thực nghiệm so với nhóm đối chứng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án tập trung phạm vi nghiên cứu vào phần "Cơ học" trong chương trình Vật lí lớp 12 nâng cao; địa bàn thực nghiệm sư phạm giới hạn tại một số trường THPT thuộc tỉnh Đồng Tháp.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng quy trình tự tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo sang các phần kiến thức khác của chương trình vật lí trung học phổ thông (Điện từ học, Quang học, Vật lí hạt nhân).
    • Ứng dụng sâu hơn các cảm biến kỹ thuật số và vi điều khiển trong chế tạo các thiết bị thí nghiệm tự tạo hiện đại.
    • Nhân rộng mô hình hướng dẫn học sinh tự thiết kế, chế tạo thí nghiệm tại nhà theo định hướng giáo dục thực hành và trải nghiệm sáng tạo.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên: Cung cấp khung lý luận về dạy học giải quyết vấn đề, cơ sở tâm lý học nhận thức và phương pháp luận thiết kế thiết bị dạy học bộ môn Vật lí.
  • Giáo viên Vật lí tại các trường THPT: Cung cấp bản vẽ nguyên lý, phương án chế tạo chi tiết cho 9 thí nghiệm cơ học cùng 7 giáo án mẫu có thể áp dụng trực tiếp vào giảng dạy để nâng cao tính trực quan và khắc phục tình trạng thiếu thiết bị chuẩn.
  • Cán bộ quản lý giáo dục và thiết bị trường học: Cung cấp cơ sở khoa học để định hướng phong trào tự làm đồ dùng dạy học trong các nhà trường phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đề xuất quy trình tự tạo thí nghiệm gồm bao nhiêu bước và đó là những bước nào?

Luận án đề xuất quy trình tự tạo thí nghiệm gồm 9 bước:

  1. Xác định mục tiêu dạy học
  2. Nghiên cứu nội dung bài học
  3. Tìm hiểu thực trạng cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm
  4. Đề xuất, lựa chọn phương án thí nghiệm
  5. Chuẩn bị các vật liệu, dụng cụ và linh kiện cần thiết
  6. Gia công, chế tạo dụng cụ thí nghiệm
  7. Lắp ráp thí nghiệm
  8. Tiến hành thí nghiệm
  9. Hoàn thiện thí nghiệm

2. Tác giả đã chế tạo cụ thể những thí nghiệm tự tạo nào trong phần "Cơ học" lớp 12 nâng cao?

Tác giả đã chế tạo 9 thí nghiệm tự tạo:

  1. Thí nghiệm sóng dừng (dùng bộ rung mô-tơ điện / lệch tâm)
  2. Thí nghiệm ghi đồ thị dao động điều hòa của con lắc lò xo
  3. Thí nghiệm bảo toàn momen động lượng
  4. Thí nghiệm momen động lượng của vật rắn đối với trục quay
  5. Thí nghiệm giao thoa sóng nước
  6. Thí nghiệm khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn (tích hợp cảm biến hồng ngoại và đồng hồ hiện số)
  7. Thí nghiệm momen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng đối với trục quay (hộp tròn, đĩa tròn, vành tròn)
  8. Thí nghiệm hiện tượng cộng hưởng
  9. Thí nghiệm sự phản xạ sóng

3. Thí nghiệm tự tạo được luận án phân loại như thế nào?

Luận án phân loại thí nghiệm tự tạo thành 3 nhóm:

  • Thí nghiệm tự tạo đơn giản: Làm từ vật liệu dễ tìm, tái chế, chi phí thấp, kết cấu đơn giản.
  • Thí nghiệm tự tạo phức tạp: Đòi hỏi gia công kỹ thuật cơ khí, cấu trúc liên kết cơ học phức tạp.
  • Thí nghiệm tự tạo hiện đại: Có ứng dụng kỹ thuật điện tử, vi mạch, cảm biến quang/hồng ngoại hoặc kết nối hiển thị số.

4. Quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh được triển khai ở các giai đoạn nào?

Quy trình sử dụng thí nghiệm tự tạo được tích hợp vào 3 giai đoạn của quá trình dạy học giải quyết vấn đề:

  1. Sử dụng thí nghiệm tự tạo để đề xuất vấn đề nghiên cứu (tạo tình huống có vấn đề).
  2. Sử dụng thí nghiệm tự tạo trong giải quyết vấn đề (kiểm tra giả thuyết, rút ra tri thức mới).
  3. Sử dụng thí nghiệm tự tạo trong củng cố và vận dụng kiến thức.

5. Địa bàn và đối tượng thực nghiệm sư phạm của luận án được tiến hành ở đâu?

Thực nghiệm sư phạm được tiến hành qua 2 vòng trên các lớp thực nghiệm và đối chứng tại 5 trường trung học phổ thông thuộc tỉnh Đồng Tháp: THPT Thiên Hộ Dương, THPT Thành Phố Cao Lãnh, THPT Đốc Binh Kiều, THPT Tháp Mười và THPT Lấp Vò 2.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Hoàng Anh đã giải quyết một cách có hệ thống vấn đề tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trung học phổ thông thông qua việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong phần "Cơ học" Vật lí 12 nâng cao. Công trình đã chuẩn hóa cơ sở lý luận với quy trình tự tạo thí nghiệm 9 bước và quy trình sử dụng thí nghiệm trong dạy học giải quyết vấn đề, đồng thời hiện thực hóa bằng 9 mô hình thí nghiệm tự tạo và 7 tiến trình bài dạy cụ thể. Kết quả thực nghiệm sư phạm tại các trường THPT tỉnh Đồng Tháp đã kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp đề xuất, đóng góp thiết thực cho công tác đổi mới phương pháp dạy học bộ môn Vật lí ở trường phổ thông.