Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ vật lí lớp 12 theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của h

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục tập trung xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm dạy học phóng xạ vật lí lớp 12, bồi dưỡng năng lực thực nghiệm.

• Tác giả: Lê Anh Đức
• Người hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Hưng
• Trường học: 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 thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ khoa học giáo dục
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các nghiên cứu về năng lực
• 1.1.1. Định nghĩa năng lực
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHÓNG XẠ TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH LỚP 12
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• KẾT LUẬN CHƯƠNG 5
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết bị thí nghiệm và dạy học phóng xạ

Luận án tập trung vào việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ vật lí lớp 12. Các thiết bị này được thiết kế nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh. Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng thực hành và khả năng giải quyết vấn đề. Các thiết bị được đề cập bao gồm buồng sương, đầu dò Geiger-Müller, và hệ thống điều khiển từ xa qua Wifi.

1.1. Thiết kế và chế tạo thiết bị

Quá trình thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức vật lí và kỹ thuật. Các thiết bị như buồng sương sử dụng đá khô và chip Peltier được thiết kế để quan sát các tia phóng xạ. Đầu dò Geiger-Müller được sử dụng để phát hiện và đo lường các tia phóng xạ alpha, beta, và gamma. Hệ thống điều khiển từ xa qua Wifi cho phép học sinh thực hiện thí nghiệm một cách an toàn và hiệu quả.

1.2. Ứng dụng trong dạy học

Các thiết bị thí nghiệm này được tích hợp vào tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, giúp học sinh không chỉ tiếp thu kiến thức mà còn phát triển năng lực thực nghiệm. Ví dụ, thí nghiệm kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của phóng xạ và khả năng đâm xuyên của các tia phóng xạ giúp học sinh hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lí liên quan.

II. Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm

Mục tiêu chính của luận án là bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh thông qua việc sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ. Năng lực thực nghiệm bao gồm khả năng thiết kế, thực hiện và phân tích các thí nghiệm. Việc này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển các kỹ năng thực hành và tư duy khoa học.

2.1. Cấu trúc năng lực thực nghiệm

Luận án đề xuất một cấu trúc chi tiết về năng lực thực nghiệm, bao gồm các thành tố như khả năng thiết kế thí nghiệm, thực hiện thí nghiệm, và phân tích kết quả. Các thành tố này được cụ thể hóa thông qua các chỉ số hành vi, giúp giáo viên đánh giá và bồi dưỡng năng lực của học sinh một cách hiệu quả.

2.2. Phương pháp đánh giá

Luận án cũng đề xuất các phương pháp đánh giá năng lực thực nghiệm thông qua các rubric chi tiết. Các rubric này giúp giáo viên đo lường mức độ thành thạo của học sinh trong việc thực hiện các thí nghiệm và phân tích kết quả, từ đó điều chỉnh phương pháp dạy học phù hợp.

III. Thực nghiệm sư phạm và đánh giá

Luận án đã tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các thiết bị thí nghiệm và tiến trình dạy học. Kết quả thực nghiệm cho thấy các thiết bị và phương pháp dạy học này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về phóng xạ mà còn phát triển các kỹ năng thực hành và tư duy khoa học.

3.1. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm sư phạm cho thấy học sinh tham gia thí nghiệm có sự tiến bộ rõ rệt trong việc hiểu và vận dụng kiến thức về phóng xạ. Các thiết bị thí nghiệm được đánh giá cao về tính hiệu quả và an toàn, phù hợp với mục tiêu giáo dục.

3.2. Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, luận án đề xuất việc áp dụng rộng rãi các thiết bị thí nghiệm và phương pháp dạy học này trong chương trình vật lí lớp 12. Đồng thời, cần có sự đầu tư thêm về cơ sở vật chất và đào tạo giáo viên để đảm bảo hiệu quả của phương pháp này.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Đề tài luận án tiến sĩ "Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh" do nghiên cứu sinh Lê Anh Đức thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội (năm 2022), dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Ngọc Hưng và TS. Trần Ngọc Chất, thuộc chuyên ngành Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí (mã số: 9.11).

Tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ yêu cầu đổi mới của Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 tại Việt Nam, chuyển trọng tâm từ truyền thụ nội dung sang hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh, trong đó năng lực thực nghiệm là năng lực chuyên biệt cốt lõi của môn Vật lí. Trong khi các phân môn Cơ học, Điện từ học, Quang học, Nhiệt học ở lớp 12 đều được trang bị danh mục thiết bị thí nghiệm tối thiểu theo quy định của Bộ Giáo dục và Đào tạo, phân môn Vật lí hạt nhân và phóng xạ hoàn toàn không có thiết bị thí nghiệm kèm theo. Thực tế dạy học nội dung này chủ yếu diễn ra theo phương thức thông báo – tiếp nhận, học sinh tiếp thu lý thuyết thuần túy để giải các bài tập định lượng mà không được quan sát, kiểm nghiệm hay minh họa các hiện tượng thực tế.

Khoảng trống nghiên cứu được xác định là: chưa có công trình trong nước nào nghiên cứu hệ thống việc tự thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ trong dạy học Vật lí lớp 12 nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm; các thiết bị thương mại của nước ngoài có chi phí quá cao và kèm nguồn phóng xạ không được phép nhập khẩu hoặc đòi hỏi điều kiện bảo quản nghiêm ngặt; các tài liệu tự chế tạo trên thế giới thiếu quy trình kỹ thuật chi tiết và biện pháp khắc phục sai hỏng.

Mục đích nghiên cứu của luận án là nghiên cứu xây dựng (thiết kế, chế tạo hoặc cải tiến) các thiết bị thí nghiệm phóng xạ và tổ chức dạy học một số kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) với những thiết bị đã chế tạo để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.

Giả thuyết khoa học: Nếu xây dựng được các thiết bị thí nghiệm phóng xạ đáp ứng các yêu cầu của thiết bị thí nghiệm thực tập và sử dụng chúng trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề một số kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) thì có thể bồi dưỡng được năng lực thực nghiệm của học sinh.

Nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm 5 nhiệm vụ:

1. Nghiên cứu lí luận về dạy học vật lí bồi dưỡng năng lực nói chung và năng lực thực nghiệm nói riêng, lí luận về việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề để xác định các yêu cầu về việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học phóng xạ nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.
2. Nghiên cứu chương trình, sách giáo khoa Vật lí 12 hiện hành và chương trình Vật lí lớp 12 năm 2018 về phóng xạ hạt nhân nguyên tử để xác định các nội dung kiến thức và các thí nghiệm cần tiến hành.
3. Tìm hiểu thực tế việc dạy học các kiến thức về phóng xạ ở lớp 12 gồm: phương pháp dạy của giáo viên, phương pháp học của học sinh, thực trạng thiết bị thí nghiệm và phương pháp sử dụng thiết bị thí nghiệm, các khó khăn và sai lầm phổ biến của học sinh.
4. Soạn thảo tiến trình dạy học một số nội dung kiến thức theo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, trong đó có tiến trình hướng dẫn học sinh xây dựng các thiết bị thí nghiệm để tiến hành các thí nghiệm về phóng xạ.
5. Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã soạn thảo để sơ bộ đánh giá tính khả thi và hiệu quả bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh, từ đó chỉnh sửa, hoàn thiện tiến trình và thiết bị.

Đối tượng nghiên cứu:

• Năng lực thực nghiệm của học sinh.
• Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề nói chung và tiến trình hướng dẫn học sinh xây dựng, sử dụng thiết bị thí nghiệm vật lí trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề nói riêng.

Phạm vi nghiên cứu:

• Nội dung các kiến thức vật lí về phóng xạ trong chương trình Vật lí lớp 12 hiện hành và chương trình Vật lí lớp 12 năm 2018.
• Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề một số kiến thức về phóng xạ và tiến trình hướng dẫn học sinh xây dựng, sử dụng thiết bị thí nghiệm trong học tập các kiến thức này.
• Cấu trúc của năng lực thực nghiệm trong học tập kiến thức phóng xạ.
• Không gian và thời gian: Học sinh lớp 12 (niên khóa 2020-2021) tại Trường Trung học Thực hành Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh và Trường Trung học phổ thông Trần Văn Giàu, Thành phố Hồ Chí Minh.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tiến hành tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước trên bốn nhóm vấn đề chính:

Các nghiên cứu về năng lực và khung cấu trúc năng lực: Tác giả điểm lại các quan niệm về năng lực của Bloom, Weinert (2001), Hoàng Phê (2004), định nghĩa của Rychen và Salganik thuộc OECD (2003), Griffin (2014), cùng định nghĩa năng lực trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Về quy trình xây dựng khung năng lực và phương pháp đánh giá, luận án kế thừa nghiên cứu của Đỗ Hương Trà (2015), Nguyễn Văn Biên (2015, 2019), Nguyễn Thị Thuần (2017), Nguyễn Thị Diệu Linh (2020) và khung đánh giá PISA.

Các nghiên cứu về năng lực thực nghiệm: Luận án phân tích các nghiên cứu quốc tế của Eickhorst và cộng sự, Metzger và cộng sự (2014), tài liệu kỹ năng thực hành của OCR, Schreiber, Theyßen và Schecker (2014, 2017) với mô hình xử lý xoắn trong thiết kế và thực hiện thí nghiệm. Tại Việt Nam, luận án điểm cứu các công trình của Trương Xuân Cảnh (2014), Xayparseut Vylaychit (2018), Nguyễn Văn Nghĩa (2019). Luận án phân định hai quan điểm cấu trúc năng lực thực nghiệm: quan điểm thứ nhất gắn với các bước giải quyết vấn đề theo con đường thực nghiệm; quan điểm thứ hai bám sát các giai đoạn thực hiện thí nghiệm bắt đầu từ xác định mục đích thí nghiệm. Luận án lựa chọn quan điểm thứ hai nhằm tránh trùng lặp với năng lực chung về giải quyết vấn đề trong chương trình giáo dục phổ thông.

Nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm: Luận án phân tích các công trình chế tạo thiết bị dạy học của Nguyễn Anh Thuấn (2007), Dương Xuân Quý (2011), Cao Tiến Khoa (2014), Hà Duyên Tùng (2014), Nguyễn Hoàng Anh (2015), Nguyễn Đăng Thuấn (2017), Mai Hoàng Phương (2014), cùng các nghiên cứu bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của Nguyễn Văn Biên (dạy học thí nghiệm mở), Nguyễn Thị Nhị, Ngô Văn Thiện, Vũ Tiến Tình (2016). Về đánh giá năng lực thực nghiệm, tác giả tổng thuật các nghiên cứu của Schreiber và cộng sự (2012, 2014), Theyßen và cộng sự (2014) về thí nghiệm ảo mô phỏng và ứng dụng Matlab App Designer tại Việt Nam.

Nghiên cứu về thiết bị thí nghiệm phóng xạ: Luận án khảo sát các catalogue của các hãng sản xuất thiết bị giáo dục quốc tế (Phywe, Pasco, Leybold, Canberra) và các công bố về thiết bị tự chế tạo (Jona và Vodracek, 2010; buồng sương đá khô, túi đá gel, chip Peltier, buồng ion hóa, ống đếm Geiger-Müller giá rẻ).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Bổ sung cấu trúc năng lực thực nghiệm trong trường hợp học sinh phải trực tiếp thiết kế, gia công, chế tạo thiết bị thí nghiệm khi chưa có sẵn phương tiện; thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh 5 bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ an toàn, giá thành thấp, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm phổ thông tại Việt Nam; xây dựng các tiến trình dạy học giải quyết vấn đề tích hợp hoạt động chế tạo thiết bị nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh lớp 12.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên khung lý thuyết dạy học phát triển năng lực, lý luận dạy học giải quyết vấn đề trong môn Vật lí và lý luận về thiết bị thí nghiệm thực tập.

Khái niệm năng lực thực nghiệm được tác giả xác định là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính tâm lí (hứng thú, niềm tin, ý chí...) để thực hiện thành công các nhiệm vụ thực nghiệm nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện hay bối cảnh cụ thể.

Cấu trúc năng lực thực nghiệm do tác giả đề xuất gồm 4 thành tố và các chỉ số hành vi:

• Thành tố 1: Xác định mục đích thí nghiệm (NLThN1).
• Thành tố 2: Thiết kế phương án thí nghiệm (NLThN2), phân nhánh rõ ràng cho hai trường hợp: (a) khi thiết bị thí nghiệm đã có sẵn và (b) khi chưa có thiết bị thí nghiệm, đòi hỏi phải tìm hiểu nguyên lý, thiết kế bản vẽ, chuẩn bị vật liệu, gia công, chế tạo, lắp ghép và điều chỉnh chi tiết.
• Thành tố 3: Thực hiện thí nghiệm (NLThN3: lắp ráp, bố trí, tiến hành, sửa chữa khắc phục sai hỏng, thu thập dữ liệu định tính và định lượng).
• Thành tố 4: Rút ra kết luận và đánh giá quá trình thí nghiệm (NLThN4: xử lý dữ liệu, vẽ đồ thị, khớp hàm quy luật, đối chiếu kết luận, đề xuất giải pháp giảm sai số và cải tiến thiết bị).

Về thang đo đánh giá năng lực thực nghiệm:

• Các hành vi trí óc được đánh giá theo 3 mức của thang SOLO (Đơn cấu trúc, Đa cấu trúc, Mối quan hệ).
• Các hành vi thao tác thực hành tay chân được đánh giá theo 3 mức của khung Dreyfus (Sơ khởi, Có kĩ năng, Thành thạo).

Lý luận hướng dẫn học sinh trong quá trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập gồm 3 kiểu: Hướng dẫn tìm tòi (tìm tòi sáng tạo hoặc tìm tòi theo mẫu), Hướng dẫn khái quát chương trình hóa (thu hẹp dần mức độ trợ giúp), và Hướng dẫn tái tạo (tái tạo Angorit hoặc tái tạo từng thao tác cụ thể).

Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề được tổ chức theo ba con đường: con đường lí thuyết, con đường thực nghiệm, và con đường tìm hiểu lịch sử hình thành kiến thức vật lí (tiếp nhận kiến thức qua tư liệu lịch sử sau đó thiết kế phương án thực nghiệm kiểm nghiệm lại).

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

• Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Phân tích văn bản chương trình, sách giáo khoa, sách giáo viên, tài liệu khoa học và catalogue thiết bị.
• Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế: Sử dụng phiếu hỏi và phỏng vấn 17 giáo viên dạy Vật lí 12 tại các trường THPT ở Thành phố Hồ Chí Minh (THPT Trần Văn Giàu, Trung học Thực hành ĐHSP, THPT Nguyễn Hữu Huân, THPT Diên Hồng...); khảo sát 350 học sinh lớp 12 đã học xong phần phóng xạ; khảo sát 505 sinh viên đã học phần phóng xạ ở bậc phổ thông.
• Phương pháp thực nghiệm trong phòng thí nghiệm: Thử nghiệm kỹ thuật, lắp ráp, đo đạc thông số và chuẩn hóa 5 bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ.
• Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy học thực nghiệm tại 2 trường THPT trong năm học 2020-2021.
• Phương pháp thống kê toán học: Xử lý định lượng dữ liệu điểm số, đánh giá mức độ phát triển năng lực qua các rubric.

Bảng tổng hợp dữ liệu khảo sát thực trạng nhận thức và phương pháp dạy học phóng xạ:

Nội dung khảo sát	Đối tượng khảo sát	Số lượng	Kết quả định lượng chính
Phương pháp và phương tiện dạy học phóng xạ	Giáo viên THPT dạy lớp 12	17 GV	100% phản hồi không có thiết bị thí nghiệm phóng xạ; phương pháp dạy học chủ yếu là thuyết trình, thông báo – tiếp nhận.
Hình thức tiếp nhận bài học phóng xạ của học sinh	Học sinh lớp 12	350 HS	297 HS (85%) học qua hình thức thông báo - tiếp nhận; 98,34% tiếp nhận kiến thức chủ yếu để giải bài tập định lượng.
Phân loại tia phóng xạ và các bức xạ khác	Sinh viên đã học phóng xạ ở THPT	505 SV	42% cho rằng tia hồng ngoại/tử ngoại là tia phóng xạ; 72% cho rằng tia X là tia phóng xạ; 62% cho rằng điện thoại/máy tính/lò vi sóng phát ra tia phóng xạ.
Khái niệm chiếu xạ và nhiễm phóng xạ	Sinh viên đã học phóng xạ ở THPT	505 SV	50% không phân biệt được sự khác biệt giữa hiện tượng chiếu xạ và nhiễm phóng xạ.
Hiểu biết về ứng dụng phóng xạ	Sinh viên đã học phóng xạ ở THPT	505 SV	92% cho rằng phóng xạ ứng dụng trong sản xuất năng lượng hạt nhân; 211/505 SV cho rằng phóng xạ ứng dụng trong hóa trị.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở tổng quan về khái niệm năng lực, cấu trúc năng lực và các mô hình phát triển năng lực trong giáo dục; tổng quan các công trình nghiên cứu về năng lực thực nghiệm trong dạy học vật lí ở Việt Nam và quốc tế; tổng quan các nghiên cứu về việc xây dựng, cải tiến và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lí phổ thông; phân tích hiện trạng các bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ thương mại của các hãng thiết bị lớn (Phywe, Pasco, Leybold, Canberra) và các công trình tự chế tạo thiết bị phóng xạ giá thành thấp trên thế giới; từ đó xác định 5 vấn đề còn tồn tại cần được luận án giải quyết.

Chương 2: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ trong dạy học các kiến thức về phóng xạ theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

Chương 2 trình bày chi tiết định nghĩa và cấu trúc khung năng lực thực nghiệm 4 thành tố do tác giả đề xuất, hoàn thiện bảng mô tả các chỉ số hành vi từ NLThN1 đến NLThN4 và phân tầng tiêu chí đánh giá theo thang SOLO (3 mức) kết hợp khung Dreyfus (3 mức). Chương này công bố kết quả điều tra thực trạng dạy học phóng xạ tại các trường THPT và dữ liệu khảo sát 505 sinh viên về các quan niệm sai lầm đối với hiện tượng phóng xạ, bức xạ ion hóa, sự suy giảm cường độ bức xạ và an toàn phóng xạ. Đồng thời, tác giả xây dựng hệ thống lí luận về chức năng, yêu cầu (khoa học, kĩ thuật, sư phạm, kinh tế, thẩm mĩ, an toàn), quy trình xây dựng gồm 7 bước và quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập; phân tích 3 kiểu hướng dẫn học sinh và quy trình tổ chức dạy học giải quyết vấn đề theo con đường lí thuyết, con đường tìm hiểu lịch sử khoa học và dạy học ứng dụng kĩ thuật.

Chương 3: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ

Chương 3 phân tích chuẩn kiến thức, kĩ năng phần Phóng xạ trong chương trình Vật lí 12 hiện hành và chương trình 2018. Tác giả trình bày thiết kế kỹ thuật, nguyên tắc hoạt động, quy trình gia công, lắp ráp và kiểm tra độ an toàn của 5 bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ tự chế:

1. Buồng sương sử dụng đá khô: Tạo môi trường hơi cồn bão hòa quá lạnh nhờ đá khô để quan sát vệt ion hóa của tia alpha, beta.
2. Buồng sương sử dụng chip Peltier (sò nóng lạnh): Thay thế đá khô bằng hệ thống tản nhiệt và các phiến Peltier làm lạnh đáy buồng sương, cho phép vận hành chủ động trong lớp học.
3. Thiết bị thí nghiệm phát hiện tia phóng xạ alpha, beta nhờ tia lửa điện: Hoạt động dựa trên hiệu ứng thác lũ điện tử dưới điện áp cao khi tia phóng xạ ion hóa không khí giữa hai điện cực.
4. Đầu dò sử dụng ống đếm khí Geiger-Müller (G-M): Mạch điện tử tích hợp ống đếm khí G-M hiển thị số đếm xung trên màn hình LCD, dùng cho các phép đo định lượng.
5. Hệ đầu dò điều khiển tự động từ xa qua Wifi: Cho phép điều khiển vị trí đầu dò và đọc dữ liệu đếm xung từ xa trên máy tính/điện thoại, hạn chế thời gian tiếp xúc trực tiếp của học sinh với nguồn phóng xạ.

Chương này cũng xác định các nguồn phóng xạ tự nhiên, nguồn hoạt độ thấp an toàn (quặng Uranium Ore tự nhiên, nguồn kiểm tra hoạt độ thấp, nguồn Tc-99m) và thiết lập phương án tiến hành 6 thí nghiệm: kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của phóng xạ, kiểm nghiệm 3 đặc điểm của tia phóng xạ, kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia alpha, kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia beta, kiểm nghiệm quy luật suy giảm của định luật phóng xạ, và thí nghiệm mô phỏng thiết bị kĩ thuật dùng tia gamma phát hiện khuyết tật trong vật liệu hoặc điểm tắc nghẽn trong đường ống.

Chương 4: Thiết kế tiến trình dạy học giải quyết vấn đề một số kiến thức về phóng xạ theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh lớp 12

Chương 4 xác định mục tiêu bồi dưỡng các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm cho từng bài học và soạn thảo chi tiết 3 tiến trình dạy học giải quyết vấn đề:

• Tiến trình 1: Dạy học kiến thức "Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ" (học sinh tìm hiểu lịch sử, tự lắp ráp buồng sương, chế tạo máy phát hiện tia lửa điện, quan sát vệt sương để xác định tính chất tia alpha, beta).
• Tiến trình 2: Dạy học kiến thức "Định luật phóng xạ" (học sinh sử dụng đầu dò ống đếm G-M đo số đếm xung theo thời gian và bề dày vật liệu che chắn bằng chì, nhôm, nhựa; vẽ đồ thị thực nghiệm trên giấy kẻ ô hoặc phần mềm, khớp hàm số mũ để tìm ra quy luật định luật phóng xạ).
• Tiến trình 3: Dạy học ứng dụng kĩ thuật "Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia gamma để phát hiện khuyết tật trong vật liệu" (học sinh nghiên cứu nguyên lý truyền qua của tia gamma, sử dụng hệ đầu dò điều khiển qua Wifi để dò tìm vị trí khuyết tật bên trong thanh sắt hoặc vị trí tắc nghẽn trong đường ống nhựa). Chương này cũng xây dựng hệ thống rubric đánh giá tương ứng cho từng hoạt động học tập.

Chương 5: Thực nghiệm sư phạm

Chương 5 trình bày việc triển khai thực nghiệm sư phạm tại Trường Trung học Thực hành Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh và Trường THPT Trần Văn Giàu (Thành phố Hồ Chí Minh) trên các lớp 12 niên khóa 2020-2021. Tác giả phân tích kết quả định tính thông qua việc quan sát các thao tác thực hành của học sinh: tự gia công buồng sương, phát hiện và sửa chữa lỗi rò rỉ nhiệt, sử dụng thước kẹp đo bề dày tấm chắn, cố định khoảng cách đo trên giấy kẻ ô, thao tác vẽ đồ thị và khớp hàm, phân vùng đánh dấu khuyết tật. Đánh giá định lượng thông qua điểm số các tiêu chí rubric trước và sau thực nghiệm, phân tích sự chuyển biến mức độ của các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm, đồng thời kiểm chứng tính ổn định, độ an toàn bức xạ và tính khả thi sư phạm của 5 bộ thiết bị thí nghiệm trong môi trường lớp học phổ thông.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án tự xác định các đóng góp mới về mặt lý luận và thực tiễn:

Đóng góp về mặt lí luận:

• Đề xuất và luận giải cấu trúc năng lực thực nghiệm hoàn chỉnh gồm 4 thành tố, trong đó bổ sung nhánh cấu trúc các chỉ số hành vi cho trường hợp học sinh phải thiết kế, gia công, chế tạo thiết bị thí nghiệm khi chưa có sẵn phương tiện trong phòng thí nghiệm.
• Xây dựng hệ thống tiêu chí đánh giá mức độ biểu hiện của các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm dựa trên sự kết hợp giữa thang SOLO (đối với các hoạt động trí óc) và khung Dreyfus (đối với các thao tác tay chân).
• Xây dựng quy trình hướng dẫn học sinh chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập theo kiểu hướng dẫn khái quát chương trình hóa trong các tiến trình dạy học giải quyết vấn đề.

Đóng góp về mặt thực tiễn:

• Thiết kế, chế tạo thành công 5 bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ: Buồng sương đá khô, Buồng sương sử dụng chip Peltier, Thiết bị phát hiện tia phóng xạ bằng tia lửa điện cao áp, Đầu dò sử dụng ống đếm Geiger-Müller và Hệ đầu dò điều khiển từ xa qua Wifi. Các thiết bị có chi phí thấp, hoạt động ổn định, đảm bảo an toàn bức xạ và phù hợp với điều kiện trường phổ thông tại Việt Nam.
• Thiết lập quy trình tiến hành 6 thí nghiệm phóng xạ kiểm nghiệm tính chất hạt, quy luật đâm xuyên, định luật phân rã và ứng dụng kỹ thuật dò khuyết tật.
• Soạn thảo hoàn chỉnh 3 tiến trình dạy học giải quyết vấn đề các kiến thức về phóng xạ ở lớp 12 kèm hệ thống công cụ rubric đánh giá năng lực thực nghiệm.
• Kết quả thực nghiệm sư phạm khẳng định tính khả thi của các thiết bị tự chế và hiệu quả bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.

Kiến nghị và đề xuất:

• Đề xuất các cơ quan quản lý giáo dục xem xét bổ sung các thiết bị thí nghiệm phóng xạ tự chế có độ an toàn cao vào danh mục thiết bị dạy học tham khảo cho chương trình Vật lí lớp 12.
• Tổ chức tập huấn cho giáo viên phổ thông về phương pháp hướng dẫn học sinh chế tạo thiết bị thí nghiệm và kỹ năng tổ chức dạy học giải quyết vấn đề kết hợp an toàn bức xạ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

• Phạm vi nội dung nghiên cứu giới hạn ở các kiến thức về phóng xạ thuộc chương trình Vật lí lớp 12.
• Địa bàn thực nghiệm sư phạm mới chỉ triển khai tại hai trường THPT tại Thành phố Hồ Chí Minh trong một năm học (2020-2021).
• Việc sử dụng các nguồn phóng xạ tự nhiên hoạt độ thấp đòi hỏi tuân thủ các quy tắc an toàn bảo quản tại chỗ của phòng thí nghiệm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm cho các nội dung kiến thức khác thuộc phân môn Vật lí hạt nhân.
• Nghiên cứu phát triển các mô hình thí nghiệm ảo mô phỏng có tính tương tác cao (như trên nền tảng Matlab App Designer) để kết hợp với thí nghiệm thực tế nhằm phục vụ kiểm tra, đánh giá năng lực thực nghiệm trên quy mô lớn.

Giá trị tham khảo

Luận án có giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều nhóm đối tượng:

• Giáo viên Vật lí tại các trường THPT: Tham khảo các bản vẽ kỹ thuật, sơ đồ mạch và quy trình chế tạo 5 bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ chi phí thấp; áp dụng trực tiếp 3 giáo án tiến trình dạy học giải quyết vấn đề và hệ thống rubric đánh giá năng lực học sinh.
• Nghiên cứu sinh, học viên cao học chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí: Tham khảo khung cấu trúc năng lực thực nghiệm 4 thành tố có nhánh chế tạo thiết bị, cách kết hợp thang SOLO và khung Dreyfus trong xây dựng tiêu chí đánh giá, cùng quy trình khảo sát quan niệm sai lầm của người học.
• Các nhà quản lý giáo dục và chuyên viên thiết bị dạy học: Tham khảo các cứ liệu thực chứng về tính khả thi của việc đưa thí nghiệm thực hành phóng xạ an toàn vào nhà trường phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án bổ sung điểm mới nào vào cấu trúc năng lực thực nghiệm của học sinh? Luận án bổ sung tường minh thành tố và các chỉ số hành vi liên quan đến việc "thiết kế, chuẩn bị vật liệu, gia công, lắp ráp, điều chỉnh và thử nghiệm thiết bị thí nghiệm mới" trong trường hợp phòng thí nghiệm chưa có sẵn thiết bị để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu.

2. Năm thiết bị thí nghiệm phóng xạ được tác giả thiết kế và chế tạo gồm những thiết bị nào? Năm thiết bị gồm: (1) Buồng sương sử dụng đá khô; (2) Buồng sương sử dụng chip Peltier (sò nóng lạnh); (3) Thiết bị thí nghiệm phát hiện tia phóng xạ alpha, beta nhờ tia lửa điện; (4) Đầu dò sử dụng ống đếm khí Geiger-Müller; (5) Hệ đầu dò điều khiển tự động từ xa qua Wifi.

3. Khảo sát thực trạng trong luận án cho thấy những quan niệm sai lầm phổ biến nào của người học về phóng xạ? Khảo sát 505 sinh viên cho thấy: 42% nhầm tia hồng ngoại/tử ngoại là tia phóng xạ; 72% nhầm tia X là tia phóng xạ; 62% cho rằng điện thoại, máy tính, lò vi sóng phát ra phóng xạ; 50% không phân biệt được chiếu xạ và nhiễm phóng xạ; 92% nhầm lẫn phóng xạ được ứng dụng trong sản xuất năng lượng hạt nhân.

4. Ba tiến trình dạy học giải quyết vấn đề được xây dựng và thực nghiệm sư phạm thuộc những chủ đề nào? Ba tiến trình gồm: (1) Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ; (2) Định luật phóng xạ; (3) Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia gamma để phát hiện khuyết tật trong vật liệu (hoặc phát hiện tắc nghẽn đường ống).

5. Luận án sử dụng những thang đo nào để đánh giá mức độ đạt được của các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm? Luận án kết hợp hai thang đo: thang SOLO (3 mức: Đơn cấu trúc, Đa cấu trúc, Mối quan hệ) để đánh giá các hành vi hoạt động trí óc; và khung Dreyfus (3 mức: Sơ khởi, Có kĩ năng, Thành thạo) để đánh giá các thao tác hành động thực hành tay chân.

Kết luận

Luận án của tác giả Lê Anh Đức đã giải quyết một khoảng trống thực tiễn trong dạy học Vật lí lớp 12 thông qua việc thiết kế, chế tạo thành công 5 bộ thiết bị thí nghiệm phóng xạ an toàn và có chi phí thấp. Tác giả đã hoàn thiện khung lí luận về năng lực thực nghiệm với 4 thành tố tích hợp hoạt động tự tạo thiết bị và hệ tiêu chí đánh giá kết hợp thang SOLO với khung Dreyfus. Ba tiến trình dạy học giải quyết vấn đề được xây dựng và kiểm chứng qua thực nghiệm sư phạm tại Thành phố Hồ Chí Minh, khẳng định tính khả thi của thiết bị và hiệu quả bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị về mặt học thuật và thực tiễn cho việc triển khai Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 môn Vật lí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Các nghiên cứu về năng lực 1. Định nghĩa năng lực Hầu hết các định nghĩa về năng lực (NL) đều xem NL là sự kết hợp của kiến thức, kĩ năng cơ bản với thái độ (tình cảm, giá trị, động cơ cá nhân.

+ Theo Bloom và cộng sự: “Kiến thức được định nghĩa là một cái gì đó đã được biết và lưu trữ trong tâm trí, còn NL bao gồm việc ứng dụng những kiến thức như vậy” [5]. + Weinert [6] định nghĩa “NL là những khả năng và kỹ xảo học được hoặc sẵn có của cá thể nhằm giải quyết các tình huống xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề một cách hiệu quả, trách nhiệm trong những tình huống linh hoạt”. + Theo từ điển Tiếng Việt của Hoàng Phê [7]: “NL là khả năng, theo điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó, là phẩm chất tâm lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một hoạt động nào đó với chất lượng cao”. + NL là kết quả của việc “huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác” nhưng không phải chính “sự huy động” ấy [4].

Các định nghĩa NL ở trên chưa đề cập đến bối cảnh cụ thể, mức độ của các hành vi NL và sự phát triển của NL của học sinh khi được đặt vào trong một hoàn cảnh cụ thể. Định nghĩa NL của Rychen và Salganik, Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế OECD (Organization for Economic Cooperation and Development): “NL liên quan đến khả năng đáp ứng nhu cầu phức tạp, bằng cách huy động nguồn lực tâm lý xã hội (bao gồm cả kỹ năng và thái độ) trong một bối cảnh cụ thể” [8]. Cũng đề cập đến khả năng thực hiện một nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể, Griffin đưa ra định nghĩa sau: “Năng lực là một đặc điểm tiềm ẩn xác định khả năng của một người để thực hiện các nhiệm vụ và thể hiện các kỹ năng. Năng lực là một thuộc tính cá nhân tiềm ẩn mà chỉ có thể được 7 suy luận từ việc quan sát về số lượng và mức độ mà một người thể hiện một tập hợp các kỹ năng liên quan đến thuộc tính cá nhân của họ trong một loạt các bối cảnh” [9].

Hai định nghĩa này chỉ ra mối liên quan với nhu cầu và được thể hiện bằng hành động (có lý do và mục tiêu) bởi các cá nhân trong một tình huống cụ thể. NL của một người phải được thể hiện ra bằng các hành vi mà người ta có thể quan sát được, qua đó xác định được số lượng và mức độ của các kỹ năng liên quan đến khả năng thực hiện các nhiệm vụ của người đó [10]. Nói đến NL là nói đến khả năng thực hiện, là phải biết làm, chứ không phải chỉ biết và hiểu [11]. Chương trình GDPT năm 2018 đưa ra định nghĩa: 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 huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí.

thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể [1]. NL có sự gắn bó với bối cảnh cụ thể, và có sự biểu hiện khác nhau trong những bối cảnh khác nhau. Năng lực có thể được tăng lên thông qua học tập hoặc đào tạo trong các bối cảnh liên quan [1]. Trong luận án này, chúng tôi sử dụng khái niệm năng lực mà Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đề xuất ở trên.

Qui trình xây dựng khung cấu trúc năng lực Theo tác giả Nguyễn Văn Biên [12], Đỗ Hương Trà [11], việc xác định cấu trúc NL sẽ bao gồm: - Thứ nhất: Định nghĩa (mô tả nội hàm) NL. - Thứ hai: Xác định các lĩnh vực, hợp phần và thành tố cấu thành nên NL đó. - Thứ ba: Xác định các hành vi của mỗi thành tố. Các chỉ số hành vi (CSHV) cần được diễn đạt sao cho có thể quan sát được, làm bằng chứng của việc đạt được các thành tố NL.

- Thứ tư: Xác định mức độ chất lượng của các hành vi, mô tả mức độ chất lượng thành công của các hành vi mà HS thể hiện. Cấu trúc khung năng lực [9], [12] 1. Dạy học bồi dưỡng, phát triển và đánh giá năng lực Theo tác giả Đỗ Hương Trà và cộng sự [11], dạy học vật lí ngoài việc dạy kiến thức còn phải coi trọng việc rèn luyện cho HS NL vận dụng tri thức vật lí vào việc tìm hiểu và giải quyết vấn đề của thực tiễn cuộc sống. GV cần lựa chọn các phương pháp phù hợp, có ưu thế trong việc phát triển từng thành tố NL cụ thể, tạo điều kiện để chú trọng tập trung đánh giá các NL thành tố.

Các hoạt động diễn ra trong bài học cần đa dạng, tạo nhiều cơ hội cho HS thể hiện ra được các hành vi đã được xác định trong yêu cầu cần đạt về NL. “Cái cốt lõi của sự thành công trong việc phát triển NL là GV phải có dụng ý lựa chọn chủ đề học tập, rồi tổ chức tình huống đưa người học vào HĐ học, hay GQVĐ” [13]. Tác giả Nguyễn Thị Thuần [14] đề xuất các biện pháp bồi dưỡng NL khoa học như sau: Bồi dưỡng NL khoa học dựa trên HĐ tìm tòi khám phá, học tích hợp, chỉ dạy học những vấn đề cốt lõi, mở cửa trường phổ thông ra thế giới thực - bên ngoài nhà trường, thực hiện đánh giá NL cần phải thúc đẩy quá trình học. Tác giả Nguyễn Thị Diệu Linh [15] đưa ra bốn nguyên tắc bồi dưỡng NL thiết kế công cụ đánh giá NL cho sinh viên sư phạm.

Trong đó chúng tôi thấy hai nguyên tắc có thể được sử dụng để phát triển nhiều loại NL khác, kể cả NLThN đó là “Sử dụng chiến lược mờ dần” và “Phản hồi dựa theo vùng phát triển gần”. 9 Theo chương trình Đánh giá HS quốc tế PISA (Programme for International Student Assessment), đánh giá NL là đánh giá kiến thức, kĩ năng và thái độ của người học trong một bối cảnh có ý nghĩa [16]. Để đánh giá NL của một người, cần phải có đủ bằng chứng liên quan đến NL cần đánh giá. Bằng chứng là những gì có thể quan sát trực tiếp khi làm, nói, viết hoặc tạo ra.

Những gì mọi người nghĩ, cảm nhận, biết hoặc hiểu là những suy luận [11], [15]. Đánh giá NL bao hàm việc đo lường khả năng của HS, dựa trên việc miêu tả các sản phẩm đầu ra cụ thể, rõ ràng tới mức GV, HS và các bên liên quan đều có thể hình dung tương đối khách quan và chính xác về thành quả của HS sau quá trình học tập [17]. Cũng theo tác giả Nguyễn Diệu Linh [15], các nhiệm vụ dành cho người học cần được gắn với các bối cảnh trong thực tiễn; trong quá trình thực hiện nhiệm vụ phải thu thập các thông tin, quan sát tâm lí của HS khi nhận thức và thực hiện nhiệm vụ, chứ không phải chỉ dựa vào sản phẩm hay kết quả cuối cùng. Mặc dù NL của một người khi ở trong các bối cảnh tương tự là như nhau nhưng sự thể hiện của NL của người đó có thể thay đổi khi gặp bối cảnh khác.

Một cá nhân có năng lực có thể đáp ứng các yêu cầu của một bối cảnh này nhưng không thể thể hiện cùng một mức độ NL trong bối cảnh khác. Điều này dẫn đến yêu cầu cần phải quan sát các cá nhân trong một loạt các bối cảnh [15]. Chúng tôi đồng ý với quan điểm của các tác giả trên dù việc đánh giá NL qua một số bài thi, hay bài kiểm đánh giá NL, những vấn đề - bối cảnh đưa ra có thể sẽ không gắn với thực tiễn hoặc không làm cho tất cả thí sinh hứng thú thực hiện. Tác giả Nguyễn Thị Thuần [14] đã tổng hợp được một số nguyên tắc đánh giá NL: phải đảm bảo tính giá trị; độ tin cậy; tính linh hoạt; tính công bằng; tính hệ thống; tính toàn diện; phát triển HS và đánh giá trong bối cảnh thực tiễn.

Hoạt động đánh giá hướng tới đánh giá vì sự tiến bộ của người học [11]. Dù rất khó để có thể thực hiện các mục tiêu kép, nhưng thiết kế nhiệm vụ và đánh giá NL nên được thực hiện trong một bối cảnh thực tiễn, để HS có thể tự nhiên bộc lộ những hành vi của NL; thông qua đánh giá, HS cũng có cơ hội tập dượt và NL sẽ được phát triển thêm. Các nghiên cứu về năng lực thực nghiệm 1. Định nghĩa và cấu trúc năng lực thực nghiệm Theo từ điển tiếng việt Hoàng Phê: “Thực nghiệm là tạo ra những biến đổi nào 10 đó ở sự vật để quan sát nhằm nghiên cứu những hiện tượng nhất định, kiểm tra những ý kiến hoặc gợi ra những ý kiến mới”, định nghĩa này khá giống với định nghĩa “thí nghiệm”: “Thí nghiệm là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh hoặc làm thử để rút kinh nghiệm” [7].

Trong luận án, chúng tôi cho rằng thực nghiệm là thực hiện thí nghiệm, năng lực thực nghiệm là năng lực thực hiện thí nghiệm. Qua việc tìm hiểu NLThN bằng các từ khóa “experimental competence”, “practical skill”, “practical work”, “experimental skill”… chúng tôi thấy có ít tài liệu định nghĩa cụ thể, tường minh về NLThN, thay vào đó, thường liệt kê các thành tố của NLThN. Tác giả Eickhorst và cộng sự đã định nghĩa thuật ngữ “năng lực thực nghiệm” - “experimental competence”: Khả năng tiềm ẩn của một trong các hành vi: lập kế hoạch hoặc thực hiện các TN nhằm làm rõ một câu hỏi vật lí, và đánh giá có ý nghĩa về kết quả, dữ liệu đã đạt được [18]. Theo nhóm tác giả Metzger [19]: NLThN được cấu trúc bởi các NL thành phần đề cập đến nhiều loại vấn đề khác nhau như quan sát, đo lường, tìm hiểu, nghiên cứu., đánh giá các biện pháp hoặc giải quyết vấn đề.

Sự khác biệt giữa các NL phụ khá phổ biến trong các mô hình NLThN khác nhau, cụ thể là: xác định và thiết lập giả thuyết/ mục đích TN; lập kế hoạch và thực hiện các TN, phân tích kết quả TN [20]. Tài liệu của OCR (Oxford Cambridge and RSA) [21] đề cập đến kĩ năng thực hành - “practical skill” bao gồm các kĩ năng sau: lập kế hoạch cho TN, tiến hành, phân tích kết quả và kết luận.