Tóm tắt Luận án Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tực lực và sáng tạo của học sinh trong dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm (Vật lí 10)

ặc thù của bộ môn VL ở trường phổng thông: “VL học ở trường phổ thông chủ yếu là thực nghiệm, trong đó có sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa quan sát, thí nghiệm (TN) và suy luận lí thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lí luận và thực tiễn”, chúng tôi nhận thấy việc vận dụng kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề (DHPH&GQVĐ) theo con đường thực nghiệm và con đường suy luận lí thuyết có kiểm nghiệm kết quả nhờ TN có tác dụng trong việc phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong dạy học VL. Những phân tích đặc điểm nội dung kiến thức, thực trạng dạy và học môn VL ở một số trường THPT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên, Tuyên Quang, Quảng Ninh, Phú Thọcũng cho thấy việc sử dụng TN, sử dụng kiểu DHPH&GQVĐ trong dạy học VL, cụ thể là dạy học các loại chuyển động cơ của chất điểm với mục đích phát triển tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS chưa được quan tâm đúng mức vì nhiều lí do khác nhau. Đối chiếu với mục tiêu chương trình đào tạo, đặc thù của nội dung kiến, chức năng của TN trong dạy học VL, tác dụng của kiểu DHPH&GQVĐ, thực trạng việc dạy và học VL ở trường phổ thông, chúng tôi nhận thấy để có thể phát triển được hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong dạy học VL thì một trong những cách là sử dụng TN trong tiến trình dạy học VL theo kiểu DHPH&GQ VĐ. Đó là lí do chúng tôi chọn đề tài: “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tực lực và sáng tạo của học sinh trong dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm (Vật lí 10)”. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình (TN TTTMH) trong dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm trong chương trình VL 10 nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài - Nội dung kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm và kiểu DHPH&GQVĐ trong dạy học các kiến thức chuyển động cơ của chất điểm (VL 10). - Việc xây dựng TN TTTMH về chuyển động cơ của chất điểm. - Việc sử dụng TN TTTMH trong dạy học một số nội dung kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm (VL 10) theo tiến trình DHPH&GQVĐ nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực và tự lực của HS. 4. Giả thuyết khoa học của đề tài Nếu xây dựng được các TN TTTMH về chuyển động cơ của chất điểm và sử dụng chúng một cách hợp lí trong tiến trình DHPH & GQVĐ thì có thể phát triển được hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong học tập các kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm (VL 10) 5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu lí luận dạy học về con đường hình thành kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm. - Nghiên cứu lí luận dạy học về kiểu DHPH & GQVĐ; từ đó vận dụng kiểu DHPH & GQVĐ vào dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm. - Nghiên cứu lí luận dạy học hiện đại về việc phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS - Nghiên cứu lí luận về TN VL, TN TTTMH, việc sử dụng và sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống trong tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. - Điều tra thực trạng thiết bị TN, thực trạng dạy học một số chuyển động cơ của chất điểm trong chương trình VL 10; từ đó xác định những khó khăn mà GV và HS gặp phải trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. - Nghiên cứu xây dựng TN TTTMH về chuyển động cơ của chất điểm, sao cho TN TTTMH đảm bảo được các chức năng hỗ trợ tốt quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. - Đề xuất biện pháp sử dụng TN TTTMH đã xây dựng và sử dụng, sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS khi dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm. - Soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm theo kiểu DHPH&GQVĐ, trong đó có sử dụng TN TTTMH đã xây dựng hoặc sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống sẵn có theo hướng phát triển tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. - Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã soạn thảo nhằm đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học và TN đã xây dựng, từ đó bổ sung, hoàn thiện tiến trình dạy học, TN đã xây dựng nhằm phát triển tính tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS trong dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu, phân tích các tài liệu về lí luận dạy học, lí luận dạy học bộ môn để tìm hiểu về các quan điểm dạy học, PPDH, các hình thức tổ chức dạy học, các thiết bị TN, việc sử dụng, sử dụng phối hợp các loại TN nhằm tổ chức hoạt động nhận thức VL tích cực, tự lực và sáng tạo cho HS; các tài liệu về chương trình, sách giáo khoa (SGK), sách GV, các tài liệu liên quan đến các thiết bị TN về các loại chuyển động cơ của chất điểm trong chương trình VL 10; các tài liệu về các phần mềm xây dựng TN trên máy tính, cụ thể là phần mềm Macromedia Flash. - Nghiên cứu thực tiễn: Điều tra thực tế dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm (VL 10) thông qua: Dự giờ, trao đổi trực tiếp với GV và HS, lấy ý kiến thăm dò GV và HS qua các phiếu điều tra. - Phương pháp thực nghiệm sư phạm: TNSP được tiến hành trên lớp thực nghiệm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo có sử dụng TN đã xây dựng và áp dụng kiểu DH PH và GQ VĐ; từ đó phân tích đánh giá tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong quá trình TNSP; sau TNSP, cho HS làm bài kiểm tra ở hai nhóm lớp thực nghiệm và đối chứng, tiến hành so sánh kết quả bải kiểm tra của lớp thực nghiệm với lớp đối chứng. - Phương pháp thống kê toán học: Sử dụng thống kê toán học để xử lí các số liệu thực nghiệm, đánh gía kết quả TNSP. 7. Những điểm mới của luận án - Cụ thể hóa các bước trong con đường hình thành kiến thức là một chuyển động cơ của chất điểm có vận dụng kiểu DHPH và GQ VĐ. - Xây dựng được 05 TN TTTMH về chuyển động cơ của chất điểm đảm bảo các chức năng giúp phát triển hoạt động học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. - Đề xuất được 06 cách thức sử dụng TN TTTMH, sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống trong trong tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm. - Soạn thảo được 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm (VL 10), trong đó có sử dụng TN TTTMH đã xây dựng hoặc sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống, có áp dụng kiểu DHPH và GQVĐ nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. - TNSP và đánh giá được tính khả thi của tiến trình dạy học, các biện pháp sử dụng TN TTTMH đã xây dựng, các biện pháp sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống trong dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm (VL 10) nhằm phát triển hoạt động nhận thức tính tích, tự lực và sáng tạo của HS. Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong chương này chúng tôi trình bày tổng quan vấn đề xây dựng và sử dụng TN, đặc biệt là TN kĩ thuật số trong dạy học kiến thức chuyển động cơ của chất điểm nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS. Thông qua nghiên cứu các bài báo khoa học, các luận án tiến sĩ, luận văn thạc sĩ liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài, chúng tôi nhận thấy: Việc xây dựng và sử dụng TN trong dạy học kiến thức chuyển động cơ của chất điểm đã được nhiều nhà tác giả ở Việt Nam cũng như trên thế giới quan tâm nghiên cứu và đã thu được những kết quả khả quan. Tuy nhiên, vẫn chưa có nghiên cứu nào đề cập đến đến những nguyên tắc, biện pháp sử dụng phối hợp các loại TN, đặc biệt là sử dụng phối hợp TN tương tác trên màn hình với các TN khác trong dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm vật ý 10 nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. Từ những phân tích ở trên, chúng tôi thấy vấn đề cần tập trung nghiên cứu, giải quyết của luận án là: - Nghiên cứu xây dựng TN TTTMH về các loại chuyển động cơ của chất điểm (VL 10) đảm bảo các tiêu chí khoa học, sư phạm, kĩ thuật, kinh tế và thẩm mĩ. - Đề xuất biện pháp sử dụng TN TTTMH đã xây dựng và biện pháp sử dụng phối hợp với các TN sẵn có khác trong trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. - Vận dụng lí luận về kiểu DH PH và GQ VĐ để xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm VL 10, trong đó có sử dụng TN TTTMH đã xây dựng và sử dụng phối hợp với TN truyền thống sẵn có nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực (TC), tự lực (TL) và sáng tạo (ST) của HS. Chương 2: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ CHUYỂN ĐỘNG CƠ CỦA CHẤT ĐIỂM NHẰM PHÁT TRIỂN HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC TÍCH CỰC, TỰ LỰC VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH Trong chương này chúng tôi đề cập đến các vấn đề mang tính lí luận và thực tiễn liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài như: phát triển hoạt động nhận thức; những hoạt động phổ biến trong quá trình nhận thức VL của HS; các giai đoạn của con đường hình thành kiến thức về một chuyển động cơ của chất điểm; vận dụng kiểu DHPH GQVĐ trong dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm và tổ chức hoạt động nhận thức TC, TL và ST của học sinh trong dạy học VL ở trường phổ thông; thí nghiệm vật lí và sử dụng thí nghiệm VL trong tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, chủ động và sáng tạo cho HS; và thực trạng của việc sử dụng TN trong dạy học VL ở trường phổ thông. 2.1. Phát triển hoạt động nhận thức vật lí của học sinh Sự phát triển hoạt động nhận thức vật lí của HS ở trường PT cũng tuân theo lí thuyết phát triển nhận thức của Jean Piaget (1896- 1980) và Lev Vygotski (1896- 1934). Hiện nay, hai lí thuyết phát triển nhận thức trên được coi là thành tựu quan trọng nhất của tâm lí học phát triển, dùng làm cơ sở cho việc xây dựng chiến lược dạy học mới, phương pháp dạy học mới. 2.2. Dạy học kiến thức về một chuyển động cơ của chất điểm Thông thường, trong dạy học VL ở trường phổ thông, quá trình nghiên cứu hiện tượng về một chuyển động thường được thực hiện theo trình tự sau: - Từ những dấu hiệu bên ngoài của chuyển động chung bất kì, các khái niệm về đại lượng VL đặc trưng cho chuyển động như độ dời, vận tốc, gia tốc được hình thành. - Sau đó, tùy vào đặc điểm riêng của đại lượng VL đặc trưng cho chuyển động mà dẫn đến việc nghiên cứu từng loại chuyển động đặc biệt. Việc nghiên cứu từng loại chuyển động cơ của chất điểm sau khi đã có các khái niệm đặc trưng cho chuyển động chung nhất là phù hợp với cấu trúc của chương trình VL ở phổ thông hiện nay, phù hợp với trình độ của HS và phù hợp với thời gian của tiết học. Khi nghiên cứu từng loại chuyển động cơ của chất điểm, HS cần đưa ra được khái niệm chuyển động (định nghĩa chuyển động), điều kiện xảy ra chuyển động (có hoặc không có nội dung này, tùy thuộc vào từng loại chuyển động cụ thể), tìm hiểu các mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho các chuyển động đó (quy luật chuyển động). Điều đó có nghĩa là, dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm bao gồm dạy học hai nội dung sau: Hiện tượng về một chuyển động cơ của chất điểm: định nghĩa chuyển động, điều kiện để có chuyển động (có hoặc không có nội dung này, tùy thuộc vào từng loại chuyển động cụ thể). Quy luật chuyển động/các mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyển động. 2.3. Phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí theo tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề 2.3.1. Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề dưới dạng chung nhất (theo V.Ôkôn) là toàn bộ hành động như tổ chức các tình huống có vấn đề, biểu đạt (nêu ra) các vấn đề (tập cho HS quen dần để tự làm lấy công việc này), chú ý giúp đỡ HS những điều cần thiết để giải quyết vấn đề, kiểm tra các cách giải quyết đó và cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hoá và củng cố các kiến thức đã tiếp thu được. DHPH & GQVĐ là kiểu dạy HS thói quen tìm tòi giải quyết vấn đề theo cách của các nhà khoa học, không những tạo nhu cầu, hứng thú học tập, giúp HS chiếm lĩnh được kiến thức, mà còn phát triển được tính sáng tạo của HS. 2.3.2. Phát triển tính tích cực trong hoạt động nhận thức vật lí của học sinh trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề Vận dụng những quan điểm về phát triển nhận thức của Jean Piaget và Lev Vygosky, gắn với kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, chúng tôi đã đề xuất một số biện pháp nhằm phát triển tích tích cực nhận thức của HS trong dạy học VL như sau: - Tổ chức tình huống học tập (là tình huống chứa đựng mâu thuẫn nhận thức, tiềm ẩn vấn đề nghiên cứu) à từ đó tạo nên sự mất cân bằng (về mặt nhận thức) ở HS à xuất hiện mâu thuẫn à HS có nhu cầu, hứng thú giải quyết mâu thuẫn - cơ sở để giải quyết vấn đề nghiên cứu. - Điều khiển, dẫn dắt HS giải quyết mâu thuẫn nhận thức (giải quyết vấn đề nghiên cứu) bằng cách đưa HS vào “vùng phát triển gần”, kích thích HS phải giải quyết mẫu thuẫn để vượt qua “vùng phát triển gần”, kết quả là HS phải tích cực để suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề, thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề,tạo ra được những “cân bằng”, từ đó rút kết luận. Để có thể phát triển tính tích cực nhận thức của HS trong việc suy đoán giải pháp, thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề, một trong những hướng giải quyết là sử dụng các phương tiện dạy học, các thiết bị TN nhằm kích thích và duy trì hứng thú học tập của của HS thông qua việc GV có thể yêu cầu HS đề xuất phương án TN, tiến hành TN, cải tiến TN 2.3.3. Phát triển tính tự lực trong hoạt động nhận thức vật lí của học sinh trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề Vận dụng hai lí thuyết của Jean Piaget và Lev Vygosky về phát triển nhận thức, áp dụng cho kiểu DHPH và GQVĐ, chúng tôi đề xuất biện pháp phát triển tính tự lực nhận thức của HS trong dạy học VL như sau: Xác định được “biên dưới” của “vùng phát triển gần” – mà theo Vygosky, đó là “trình độ hiện tại được xác định bằng trình độ độc lập giải quyết vấn đề (nhiệm vụ)” của HS để từ đó đưa ra được những công việc mà HS có thể tự lực thực hiện nhằm đạt được sự “cân bằng” về mặt nhận thức, những công việc đó được cụ thể qua các nhiệm vụ sau: + Phát hiện mâu thuẫn nhận thức, vấn đề nghiên cứu trong tình huống tiềm ẩn vấn đề. + Xác định các kiến thức, kỹ năng cần vận dụng và cách thức vận dụng để suy đoán được các giải pháp giải quyết vấn đề theo con đường suy luận lí thuyết. + Thực hiện giải pháp đã suy đoán theo con đường suy luận lí thuyết để giải quyết vấn đề. + Thực hiện TN kiểm tra giả thuyết (hệ quả) hoặc kiểm nghiệm các kết quả từ suy luận lí thuyết để rút ra kết quả. + Trình bày kết quả, bảo vệ kết quả. + Tìm ra phạm vi áp dụng của kiến thức và áp dụng được kiến thức trong những trường hợp cụ thể. + Liên hệ kiến thức vào thực tiễn. Và để có thể đạt được những mục tiêu như trình bày ở trên, một trong những hướng giải quyết là sử dụng TN trong dạy học VL có áp dụng kiểu DHPH & GQVĐ. 2.3.4. Phát triển tính sáng tạo trong hoạt động nhận thức vật lí của học sinh trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề Vận dụng các lí thuyết về phát triển nhận thức của Pieget và Vygosky, áp dụng cho kiểu DHPH và GQVĐ, để có thể phát triển được năng lực sáng tạo của học trong nhận thức VL, GV cần xác định được “vùng phát triển gần” và “biên trên” của “vùng phát triển gần” – mà theo Vygosky, đó là “trình độ gần nhất mà HS có thể đạt được với sự giúp đỡ của người lớn hay bạn hữu khi giải quyết vấn đề”, để từ đó điều khiển, dẫn dắt HS giải quyết vấn đề một cách sáng tạo thông qua các biện pháp cụ thể sau: - Luyện tập xây dựng giả thuyết. Xây dựng giả thuyết có vai trò rất quan trọng trên con đường sáng tạo khoa học. Xây dựng giả thuyết dựa chủ yếu vào trực giác, kết hợp với kinh nghiệm phong phú và kiến thức sâu sắc về mỗi lĩnh vực. Xây dựng giả thuyết không phải là tuỳ tiện mà luôn luôn phải có một cơ sở nào đó, tuy chưa thật là chắc chắn. - Luyện tập đề xuất phương án TN kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết hoặc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết. Khi áp dụng kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, việc rèn luyện cho HS đề xuất phương án TN kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết hoặc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết cũng là một trong những biện pháp quan trọng nhằm phát triển năng lực sáng tạo của HS. - Luyện tập việc vận dụng các kiến thức, kỹ năng mới thu được để giải thích, tiên đoán các sự kiện VL mới. 2.4. Vận dụng kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm Dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm thường bao gồm dạy học hai nội dung sau: - Khái niệm về chuyển động cơ của chất điểm (định nghĩa chuyển động, điều kiện để có chuyển động). - Quy luật của chuyển động/các mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyển động. Ứng với mỗi nội dung kiến thức trên, sau đây chúng tôi vận dụng kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề để cụ thể hóa các bước trong quá trình hình thành kiến thức chuyển động cơ của chất điểm. Bảng 2.1: Các bước cụ thể khi hình thành khái niệm về chuyển động cơ của chất điểm theo kiểu DHPH & GQVĐ Các giai đoạn trong kiểu DHPH & GQVĐ Nội dung (các bước) cụ thể trong từng giai đoạn 1. Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết Mô tả/trình bày các quá trình, hiện tượng (là những chuyển động) cùng loại cần nghiên cứu 2. Phát biểu vấn đề Phát biểu vấn đề nghiên cứu liên quan đến những dấu hiệu chung, bản chất của các chuyển động đã trình bày 3. Giải quyết vấn đề Làm TN, quan sát chuyển động, phân tích chuyển động để phát hiện dấu hiệu bản chất, chung cho các chuyển động 4. Rút ra kết luận Rút kết luận về những dấu hiệu chung, bản chất của các chuyển động Đưa ra một khái niệm mới cho (các) chuyển động có chung những dấu hiệu trên, từ đó định nghĩa chuyển động, rút ra điều kiện để có chuyển động (nội dung này có thể có hoặc không tùy vào từng loại chuyển động) 5. Vận dụng Vận dụng, liên hệ thực tiễn Bảng 2.2: Các bước cụ thể khi nghiên cứu quy luật của chuyển động, các mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí của chuyển động cơ của chất điểm theo kiểu DHPH & GQVĐ Các giai đoạn trong kiểu DHPH & GQVĐ Nội dung (các bước) cụ thể trong từng giai đoạn 1. Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết Mô tả/trình bày tình huống liên quan đến những đặc điểm, qui luật của quá trình, hiện tượng (là những chuyển động) cần nghiên cứu 2. Phát biểu vấn đề Phát biểu vấn đề nghiên cứu liên quan đến quy luật chuyển động; các mối quan hệ, các biểu thức định lượng phản ánh đặc điểm bản chất của các chuyển động 3. Giải quyết vấn đề Con đường lí thuyết Con đường thực nghiệm Suy luận lí thuyết để tìm ra kết quả (câu trả lời cho vấn đề nghiên cứu) về: quy luật chuyển động; các mối quan hệ, các biểu thức định lượng giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyển động Đề xuất giả thuyết về quy luật chuyển động; các mối quan hệ, các biểu thức định lượng giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyển động Xác định những nội dung có thể kiểm nghiệm những kết quả trên bằng TN Xác định những nội dung (giả thuyết hoặc hệ quả được rút ra từ giải thuyết) có thể được kiểm tra bằng TN Thiết kế phương án TN kiểm nghiệm Thiết kế phương án TN kiểm tra Tiến hành TN kiểm nghiệm Tiến hành TN kiểm tra 4. Rút ra kết luận Rút kết luận về quy luật chuyển động; các đặc điểm, các mối quan hệ/các biểu thức định lượng (nếu có) phản ánh (thống nhất, cụ thể hoá)/đặc điểm bản chất của chuyển động 5. Vận dụng - Giải các bài tập liên quan đến chuyển động đã nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm một chuyển động cùng loại trong thực tế - Vận dụng làm nảy sinh các vấn đề nghiên cứu mới Ghi chú: Việc xây dựng/ hình thành khái niệm hoặc quy luật/đặc điểm của chuyển động cơ của chất điểm như trên tuân theo lí luận dạy học các kiến thức vật lí như đã được trình bày trong các sách, giáo trình về lí luận dạy học vật lí của các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Phạm Hữu Tòng, Nguyễn Ngọc Hưng. 2.5. Thí nghiệm tương tác trên màn hình và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học vật lí nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh 2.5.1. Thí nghiệm vật lí TN VL được định nghĩa là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới. TN VL có nhiều loại khác nhau. Dựa trên những tiêu chí khác nhau sẽ có những cách phân loại TN VL khác nhau. - Nếu dựa vào người tiến hành TN thì TNVL được chia làm hai loại: TN biểu diễn của GV và TN thực tập của HS. - Nếu dựa vào công nghệ mà thiết bị TN dựa trên đó hoạt động, TN VL gồm hai loại: TN truyền thống và TN kĩ thuật số. + TN truyền thống là TN mà hoạt động của chúng không dựa trên công nghệ kĩ thuật số. Đối tượng nghiên cứu của TN truyền thống là những quá trình, hiện tượng VL thực được trình bày dưới dạng gốc. Người nghiên cứu sẽ trực tiếp tác động vào đối tượng nghiên cứu, làm biến đổi đối tượng và thu nhận thông tin về đối tượng. Việc làm này được thực hiện thông qua trong môi trường phòng TN (không qua môi trường máy vi tính) với việc sử dụng các dụng cụ, thiết bị để thu thập trực tiếp những dữ liệu phản ánh những thuộc tính của quá trình, hiện tượng được nghiên cứu. + TN kĩ thuật số là những TN mà hoạt động của chúng hoặc một phần của chúng dựa trên công nghệ kĩ thuật số. Trong TN kĩ thuật số, đối tượng (quá trình, hiện tượng) nghiên cứu là thật, tuy nhiên thông tin về các quá trình, hiện tượng VL được thu thập dưới dạng các tín hiệu tương tự (analog), sau đó được chuyển thành các tín hiệu số (digital) và được xử lí nhờ thiết bị kĩ thuật số thông qua môi trường máy vi tính. Dựa vào dấu hiệu về cách thức tương tác với những đối tượng này, TN kĩ thuật số lại được chia ra làm hai loại: TN ghép nối máy tính và TN tương tác trên màn hình. + TN ghép nối máy tính là loại TN kĩ thuật số mà trong đó người học tương tác trực tiếp với đối tượng nghiên cứu, việc thu thập các số liệu đo được tự động hóa nhờ máy tính và phần mềm. Sau đó, dựa trên những số liệu đo được, máy tính và phần mềm hỗ trợ việc trình bày chúng dưới dạng bảng biểu , đồ thị cũng như tính các đại lượng VL (liên quan đến đối tượng nghiên cứu), vẽ và điều chỉnh các đồ thị hàm chuẩn sao cho các đồ thị hàm chuẩn này trùng khít với đồ thị thực nghiệm. + TN tương tác trên màn hình (TTTMH) là loại TN kĩ thuật số mà trong đó đối tượng nghiên cứu (quá trình, hiện tượng vật lí) được chụp hay quay video lại và người học tương tác gián tiếp với đối tượng nghiên cứu thông qua con chuột, bàn phím hoặc màn hình của máy tính để thực hiện các phép đo nhằm thu thập số liệu. Sau đó, dựa trên những số liệu đo được, máy tính và phần mềm hỗ trợ việc trình bày chúng dưới dạng bảng biểu , đồ thị cũng như tính các đại lượng VL (liên quan đến đối tượng nghiên cứu), vẽ và điều chỉnh các đồ thị hàm chuẩn sao cho các đồ thị hàm chuẩn này trùng khít với đồ thị thực nghiệm. 2.5.2. Thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học vật lí Đối tượng được nghiên cứu ở TN TTTMH là các hiện tượng, quá trình VL thực được ghi lại (quay lại hoặc chụp lại) dưới dạng gốc và đưa vào máy tính, bằng công cụ phần mềm máy tính, qua đó người học sẽ thao tác trên màn hình để tương tác với đối tượng nghiên cứu, làm biến đổi đối tượng nghiên cứu theo các mục đích, trình tự nghiên cứu riêng của mình và nhận được các kết quả tương ứng. TN TTTMH có các đặc điểm giống như một thí nghiệm vật lí như: các điều kiện của TN được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua TN, có thể trả lời được các câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giải thuyết; các điều kiện của TN có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng trong khi các đại lượng khác giữ không đổi; các điều kiện của TN được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị TN có độ chính xác ở mức độ cần thiết; có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của đại lượng khác; có thể lặp lại được TN. Như vậy, đối chiếu với định nghĩa và các đặc điểm của TN VL, có thể khẳng định TN TTTMH là một TN VL và được thực hiện trong môi trường là một phần mềm dạy học trên máy vi tính. 2.5.3. Chức năng của thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học vật lí Trong dạy học VL, để có thể hỗ trợ tốt quá trình tổ chức hoạt động nhận thức TC, TL và ST của HS, thì TN TTTMH phải đảm bảo được các chức năng sau: - Đối tượng nghiên cứu (các quá trình hay hiện tượng VL) được trình bày trước HS là thực (dưới dạng gốc hay những hình ảnh được ghi lại dưới dạng gốc). - Thu thập các thông tin về đối tượng nghiên cứu. - Trình bày các thông tin thu thập được dưới các dạng khác nhau. - Phân tích, xử lí các thông tin theo các mục đích khác nhau. - Giúp HS kiểm tra các giả thuyết khoa học (hay các hệ quả được rút ra từ giả thuyết). - Hỗ trợ HS làm TN và quan sát VL ở nhà So với TN truyền thống, TN TTTMH có những ưu, nhược điểm nhất định. Vì vậy, trong quá trình dạy học, để phát huy được tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS, GV phải biết kết hợp, sử dụng phối hợp các loại TN, qua đó phát huy những ưu điểm, khắc phục nhược điểm của từng loại TN. 2.5.4. Sử dụng phối hợp thí nghiệm tương tác tương tác trên màn hình với thí nghiệm truyền thống trong dạy học vật lí nhằm phát triển tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh Việc sử dụng phối hợp các loại TN trong dạy học VL phải đảm bảo những nguyên tắc sau: - Chỉ sử dụng những TN tương tác trên màn hình (TN kỹ thuật số) khi TN truyền thống không giúp HS nhận thức một cách đầy đủ, chính xác kiến thức VL cần nghiên cứu hoặc không hỗ trợ tốt việc tổ chức quá trình hoạt động nhận thức của HS một cách tích cực, tự lực và sáng tạo. - Có thể sử dụng TN tương tác trên màn hình và sử dụng phối hợp với TN truyền thống ở các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học nhưng phải đặc biệt lưu ý đến những ưu điểm, nhược điểm của từng TN, lưu ý đến những chức năng cụ thể, tính phù hợp của TN trong việc thực hiện mục tiêu dạy học. - Gắn việc sử dụng phối hợp hai loại TN trên (TN tương tác trên màn hình với TN truyền thống) với hệ thống các hoạt động trí tuệ-thực tiễn của HS trong quá trình TN như xác định mục đích TN (kiểm tra giả thuyết, kiểm nghiệm kết quả từ suy luận lí thuyết, đo đại lượng VL), thiết kế phương án TN, lựa chọn và bố trí dụng cụ, lập kế hoạch TN, thu thập, trình bày số liệu và xử lí số liệu), qua đó kích thích sự tranh luận tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong quá trình học tập. - Cần sử dụng phối hợp hai loại TN trên để vừa đáp ứng yêu cầu rèn luyện kĩ năng thực hiện TN (thuộc kĩ năng TN) vừa tạo điều kiện để HS tham gia xây dựng kiến thức một cách khoa học (thông qua các chức năng mà TN VL được thể hiện trong tiến trình xây dựng kiến thức) . Dưới đây trình bày một số cách thức sử dụng TN TTTMH hoặc sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống trong dạy học kiến thức chuyển động cơ của chất điểm có vận dụng kiểu DH PH và GQ VĐ nhằm phát triển hoạt động nhận thức tính TC, TL và ST của HS. - Sử dụng phối hợp TN truyền thống với TN TTTMH trong giai đoạn làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu. - Sử dụng TN TTTMH để hỗ trợ đề xuất giả thuyết - Sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống để thực hiện các phương án TN đã đề xuất (trong bước kiểm tra giả thuyết hay kiểm nghiệm các kết quả được rút ra từ suy luận lí thuyết) - Sử dụng TN TTTMH trong giai đoạn củng cố, vận dụng kiến thức. - Sử dụng TN TTTMH để hỗ trợ quá trình ôn tập, chuẩn bị bài trước khi tới lớp, trước giờ thực hành TN truyền thống trong phòng TN của HS (HS thực hiện TN và quan sát VL ở nhà) - Sử dụng TN truyền thống, TN TTTMH để hỗ trợ quá trình kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của HS (kỹ năng thiết kế) 2.6. Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Với mục đích tìm hiểu thực trạng dạy học nội dung kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm, chúng tôi đã tiến hành điều tra thực tiễn dạy và học của GV và HS ở một số trường THPT để tìm hiểu các thông tin về: thực trạng thiết bị TN ở trường THPT; phương pháp học tập của HS và những khó khăn sai lầm mà HS thường gặp khi học các loại chuyển động cơ của chất điểm; phương pháp giảng dạy và mức độ sử dụng TN trong dạy học các loại chuyển động cơ của chất điểm. Trên cơ sở phân tích kết quả điều tra, chúng tôi đưa ra nhận định về các nguyên nhân tương ứng của thực trạng, từ đó đề xuất một số giải pháp nhằm khắc phục những hạn chế và đáp ứng mục tiêu dạy học đã đề ra trong luận án, đó là: - Nghiên cứu xây dựng TN TTTMH về nội dung các chuyển động cơ của chất điểm, sao cho TN TTTMH này có thể đáp ứng được những yêu cầu của một thiết bị TN trên các mặt: khoa học, kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ. - Đề xuất biện pháp sử dụng TN đã xây dựng và sử dụng phối hợp với các TN sẵn có khác trong trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS - Soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức về các dạng chuyển động cơ của chất điểm theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, trong đó có sử dụng TN TTTMH đã xây dựng hoặc sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống sẵn có theo hướng phát triển tính tích cực nhận thức, tính tự lực và năng lực sáng tạo của HS. Chương 3: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THƯC VỀ CHUYỂN ĐỘNG CƠ CỦA CHẤT ĐIỂM 3.1. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học một số kiến thức về các dạng chuyển động cơ của chất điểm Từ những yêu cầu của một TN được sử dụng trong tiến trình dạy học kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm theo kiểu DHPH và GQVĐ, nhằm mục đích phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng được một phần mềm dạy học, với phần mềm đó chúng tôi có thể tiến hành được các TN TTTMH cho các loại chuyển động cơ của chất điểm xảy ra trong mặt phẳng, cụ thể, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, các TN TTTMH mà phần mềm có thể thực hiện được bao gồm: Chuyển động thẳng đều; Chuyển động thẳng biến đổi đều; Chuyển động rơi tự do; Chuyển động tròn (đều và biến đổi) và Chuyển động của vật bị ném Dưới đây, chúng tôi trình bày một số hình ảnh của TN TTTMH về chuyển động của vật bị ném được cắt từ màn hình máy vi tính: - Giao diện của TN tương tác trên màn hình trong nghiên cứu chuyển động của vật bị ném Hình 3.8: Giao diện của TN TTTMH trong nghiên cứu chuyển động của vật bị ném - Đánh dấu vị trí của vật tại những thời điểm cách đều nhau Hình 3.9: Hình ảnh ghi lại tọa độ của vật trong trong chuyển động bị ném Hình 3.10a Hình 3.10b Hình 3.10c - Thực hiện thu thập số liệu và vẽ đồ thị tọa độ - thời gian theo hai phương Ox và Oy vuông góc với nhau Hình 3.10a,b: Chọn thước chuẩn và tiến hành đo đạc để thu thập số liệu tọa độ x và y theo t Hình 3.10c: Đồ thị thực nghiệm y-x, đồ thị này được fit trùng khít với đồ thị hàm chuẩn y = ax2 + bx+c (ứng với các giá trị cụ thể của a, b và c), chứng tỏ dự đoán quỹ đạo chuyển động của vật bị ném có dạng là đường parabol là đúng. - Thực hiện đo góc ném α và đo đoạn đường ΔSo mà chất điểm chuyển động dược trong khoảng thời gian Δt rất nhỏ (để tính vận tốc ném vo) Hình 3.11: Đo góc ném α Hình 3.12: Đo đoạn đường ΔSo - Vẽ các đồ thị (x,t), (y,t), (x,y), (vx,t), (vy,t), (v,t) và fit hàm chuẩn Hình 2.13: Đồ thị x-t Hình 2.14: Đồ thị y - t Hình 3.16: Đồ thị vy - t Hình 3.15: Đồ thị vx - t Hình 3.17: Đồ thị y-x Hình 3.18. Đồ thị v-t Như vậy, với sự hỗ trợ của TN TTTMH, người học có thể dựa vào những đồ thị vẽ được để đưa ra những dự đoán khoa học và dùng đồ thị hàm chuẩn fit với đồ thị thực nghiệm để kiểm tra các dự đoán (giả thuyết khoa học) đã đề xuất hay kiểm tra các hệ quả rút ra từ các giả thuyết khoa học. Các số liệu TN mà người học thu thập và kết quả xử lí số liệu sẽ được xuất ra màn hình để HS và GV có thể kiểm tra, đánh giá. Với những TN TTTMH như trên, GV có thể sử dụng trong quá trình dạy học các kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm có vận dụng kiểu DH PH và GQ VĐ nhằm phát triển hoạt động nhận thức TC, TL và ST của HS. 3.2. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm với việc sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình Với TN TTTMH đã thiết kế, kết hợp với một số TN truyền thống sẵn có, chúng tôi đã thiết kế được 05 tiến trình dạy học theo kiểu DHPH & GQVĐ nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS, đó là: Chuyển động thẳng đều Chuyển động thẳng biến đổi đều Chuyển động rơi tự do Chuyển động tròn (đều và biến đổi) Chuyển động của vật bị ném Sau đây, chúng tôi trình bày một ví dụ về sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức chuyển động của vật bị ném: Giải quyết vấn đề: Thực hiện giải pháp: Chọn mặt phẳng tọa độ xOy có gốc O trùng với điểm ném vật, gốc thời gian là thời điểm ném có: Theo phương Ox: xo = 0; vox=vocosα; ax = 0;vx = vocosα; x=( vocosα)t.(1) Theo phương Oy: yo = 0; voy=vosinα; ay = -g;vy = vosinα-gt; y=( vosinα)t-gt2/2(2) => phương trình quỹ đạo: y = -gx2/2vo2cos2α + (tagα)x => quỹ đạo là một đường parabol. Vận tốc của vật có độ lớn: v= vx2+vy2 => v=g2t2-2vosin∝gt+vo2; tanβ=vyvx . Gia tốc của vật: a = ay = -g. Khi vật đạt đến độ cao cực đại vy = 0 à . Thay t1 vào (2) , ta có tầm bay cao của vật là : . Khi vật đạt độ xa cực đại, y=0 à . Thay t2 vào (1) ta có tầm bay xa cực đại Suy đoán giải pháp: Quỹ đạo của chuyển động là một đường cong nằm trong mặt phẳng, vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực. Nếu phân tích chuyển động của vật theo hai phương Ox và Oy vuông góc với nhau, Oy thẳng đứng hướng lên trên thì chuyển động của vật theo phương Ox sẽ là chuyển động thẳng đều, và chuyển động của vật theo phương Oy là chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc -g. Vận dụng kiến thức về hai loại chuyển động này ta sẽ viết được hệ thức diễn tả sự phụ thuộc của x và y vào thời gian, sau đó viết được phương trình quỹ đạo của vật (hệ thức diễn tả mối liên hệ giữa y và x); từ đó suy ra quỹ đạo chuyển động của vật. Đồng thời từ biểu thức của x, y theo t, phát triển lập luận ta sẽ tìm được công thức tính vận tốc, gia tốc, tầm bay cao, bay xa của vật. Phát biểu vấn đề: Quỹ đạo của quả bóng có dạng gì? Những yếu tố nào quyết định tầm bay xa, bay cao của quả bóng. Trong chuyển động của vật bị ném, hệ thức nào diễn tả mối quan hệ giữa tọa độ, vận tốc, gia tốc với thời gian chuyển động của vật? Nảy sinh vấn đề cần giải quyết: Sử dụng TN TTTMH mô tả hình ảnh các vị trí liên tiếp của một quả bóng do vận động viên ném vào rổ. Giải quyết vấn đề: .. Thực hiện kiểm nghiệm kết quả từ suy luận lí thuyết: - Xác định nội dung cần kiểm nghiệm bằng TN: Xét trường hợp một chuyển động của vật bị ném. Chọn hệ trục tọa độ xOy có Ox song song với mặt đất có chiều dương theo hướng ném, Oy vuông góc với Ox có chiều dương hướng từ dưới lên trên, hai trục có chiều dương là chiều của chuyển động theo hai hướng, gốc tọa độ tại vị trí bắt đầu xét chuyển động, gốc thời gian to = O khi vật có tọa độ xo = 0, yo = 0, vận tốc ném vo, khi đó: +, đồ thị y theo x là một đường parabol có phương trình tọa độ: y = -gx2/2vo2cos2α + (tanα)x. Quỹ đạo là một đường parapol +, đồ thị x theo t là một đường thẳng xiên góc qua gốc tọa độ có hệ số góc bằng (vocosα) +, đồ thị y theo t là một đường parabol qua gốc tọa độ có hệ số A=-g/2; B= vosinα +, công thức tính độ cao cực đại: +, công thức tính tầm xa: - Thiết kế phương án TN kiểm nghiệm: Dùng thí nghiệm TTTMH - Thực hiện TN: + Chọn hệ trục tọa độ phù hợp, xác định vị trí của chất điểm tại những thời điểm t cách đều nhau, thu thập số liệu x, y theo t (với Δt đủ nhỏ) theo tỷ lệ của thước chuẩn gắn trong video, Đo góc ném α; xác định vận tốc vo + vẽ đồ thị x theo t, dùng chức năng fit đồ thị hàm chuẩn, xác định giá trị của hệ số góc, so sánh với giá trị của (vocosα) => nội dung được rút ra từ suy luận lí thuyết là đúng + vẽ đồ thị y theo t, dùng chức năng fit đồ thị hàm chuẩn, xác định giá trị của hệ số A, B (A và B là hai hệ số trong hàm chuẩn y = Ax2 + Bx), so sánh giá trị của A với giá trị (-g/2), so sánh giá trị của B với giá trị của (vosinα) => nội dung được rút ra từ suy luận lí thuyết là đúng + vẽ đồ thị y theo x, fit đồ thị hàm chuẩn, xác định hệ số A, B (A và B là hai hệ số trong hàm chuẩn y = Ax2 + Bx), so sánh giá trị của A với giá trị (-g/2vo2cos2α), so sánh giá trị của B với giá trị của (tanα) => nội dung được rút ra từ suy luận lí thuyết là đúng + Đo L, so sánh với giá trị tính được từ công thức , + Đo H, so sánh với giá trị tính được từ công thức * Ghi chú: Lấy g = 9,8m/s2 (hoặc lấy giá trị từ lần làm thí nghiệm trong bài học trước về chuyển động rơi tự do) Vận dụng: - Nghiên cứu chuyển động của một vật được ném theo phương ngang tại độ cao h - Kiểm nghiệm công thức tính vận tốc toàn phần v, giá trị của gia tốc ax, ay - Liên hệ giải thích các hiện tượng : ném lao, ném tạ, bắn đátrong thực tế - Giải các bài tập liên quan Rút ra kết luận: - Tọa độ của vật: x=( vocosα)t; y=( vosinα)t-gt2/2; - Quỹ đạo là đường parabol, phương trình quỹ đạo là: y = -gx2/2vo2cos2α + (tagα)x - Vận tốc của vật: vx = vocosα; vy = vosinα-gt; v=g2t2-2vosin∝gt+vo2 - Gia tốc của vật: ax = 0; ay = -g; a = ay = -g - Tầm bay cao của vật là : ; Tầm bay xa cực đại -> Tầm bay cao, bay xa của vật phụ thuộc vào góc ném và vận tốc ném vật Chương 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.1. Mục đích, đối tượng và quy trình đánh giá thực nghiệm sư phạm 4.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm Việc tiến hành thực nghiệm sư phạm (TNSP) ở trường THPT nhằm mục đích kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết thông qua việc: - Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo (trong đó có sử dụng TN TTMH phối hợp với các TN truyền thống) trong việc phát triển tính tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS - Trên cơ sở đó đề xuất phương hướng chỉnh sửa tiến trình dạy học và hoàn thiện TN TTTMH đã xây dựng. 4.1.2. Đối tượng, thời gian, địa điểm và công tác chuẩn bị thực nghiệm sư phạm Đối tượng TNSP là HS lớp 10 trường THPT trong tiến trình dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm. - Việc TNSP được thực hiện trong hai năm học: năm học 2012 – 2013 và 2013 – 2014 - TNSP được tiến hành ở 02 trường THPT: THPT Vùng Cao Việt Bắc và THPT Lương Ngọc Quyến. - Việc chọn các nhóm lớp ThN và đối chứng (ĐC) được đảm bảo theo nguyên tắc tương đương giữa những yếu tố: sĩ số, thành phần dân tộc, tỷ lệ nam/nữ, hạnh kiểm, học lực. 4.1.3. Quy trình đánh giá tính tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS 4.1.3.1. Quy trình đánh giá tính tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS trong tiết giảng thực nghiệm Bước 1: Xác định mục đích đánh giá. Mục đích đánh giá: Tính tích cực, tính tự lực và năng lực sáng tạo của HS trong quá trình học tập Bước 2: Xác định các tiêu chí đánh giá ứng với từng mục đích đánh giá. + Tiêu chí đánh giá tính tích cực + Tiêu chí đánh giá tính tự lực + Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo Bước 3: Xác định các mức độ cho từng tiêu chí đánh giá Bước 4: Xây dựng các Phiếu đánh giá điểm (Rubrics) Bước 5: Xác định cách thu thập thông tin Bước 6: Xác định phương thức đánh giá Bước 7: Thực hiện đánh giá 4.1.3.2. Quy trình đánh giá bài kiểm tra sau tiết giảng thực nghiệm Bước 1: Xác định mục tiêu đánh giá . Mục tiêu đánh giá: Kết quả học tập của HS thông qua bài kiểm tra. Bước 2: Xác định các cấp độ nhận thức và sự thực hiện tương ứng với từng cấp độ. Bước 3: Xây dựng ma trận đề kiểm tra. Bước 4: Cách thu thập thông tin. Bước 5: Phương thức đánh giá Bước 6: Thực hiện đánh giá 4.2. Phân tích đánh giá kết quả TNSP Qua vòng TNSP lần thứ nhất, chúng tôi tiến hành chỉnh sửa TN TTTMH đã thiết kế, đồng thời chỉnh tiến trình dạy học sao cho phù hợp. Sau khi đã chỉnh sửa và hoàn thiện TN TTTMH và tiến trình dạy học một kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm, chúng tôi tiến hành TNSP vòng 2, thu thập số liệu và phân tích kết quả TNSP như sau: - Từ kết quả đánh giá tính tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS trong quá trình TNSP, chúng tôi nhận thấy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong quá trình nhận thức kiến thức vật lí có cơ hội được phát triển và phát triển qua từng tiết TNSP: + Ở tiết TNSP đầu tiên (dạy học kiến thức “Chuyển động thẳng biến đổi đều”), bằng việc sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN thật (truyền thống) sẵn có trong tiến trình dạy học mà HS có nhiều cơ hội để tham gia xác định được nhiều nội dung có thể kiểm nghiệm bằng TN, tiến hành TN TTTMH để kiểm nghiệm được những nội dung mà TN thật sẵn có không làm được. Hơn nữa, việc tổ chức quá trình dạy học có sử dụng TT TTTMH giúp HS tiết kiệm được thời gian trong việc thu thập và xử lí số liệu, qua đó HS có thể dành nhiều thời gian để phát triển tích cực, tự lực và sáng tạo trong giải quyết các nhiệm vụ khác của tiết học. + Đối với tiết TNSP thứ 2 (dạy học kiến thức “Chuyển động rơi tự do”), do đây cũng là một loại chuyển động có quỹ đạo thẳng nên khi nghiên cứu kiến thức này, HS dễ dàng vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã có từ tiết TNSP trước để thực hiện nhiệm vụ mà GV giao cho trong tiết học. Chính vì vậy, thông qua tỷ lệ phần trăm của tính tích cự, tự lực và sáng tạo của HS, chúng tôi nhận thấy so với tiết TNSP thứ nhất, ở tiết TNSP thứ hai này tính tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS đã được phát triển, đặc biệt ở những tiêu chí xác định nội dung thực nghiệm, đề xuất phương án TN, thực hiện TN, nhận xét kết quả để rút kết luận. + Đối với tiết TNSP thứ ba (dạy học kiến thức “Chuyển động tròn đều”), vì đây là một loại chuyển động mới và HS hầu hết chưa từng biết những thí nghiệm thật hoặc TN TTTMH có thể nghiên cứu loại chuyển động này nên trong quá trình thực hiện nhiệm vụ đề xuất phương án TN, HS đã gặp một số khó khăn, điều này dẫn đến tính sáng tạo của HS không có sự chuyển biến tích cực so với tiết TNSP thứ hai. Tuy nhiên, sau khi được GV giới thiệu và hướng dẫn sử dụng TN TTTMH để kiểm nghiệm, HS đã rất tích cực, tự lực trong giải quyết các nhiệm vụ tiếp theo (thực hiện TN, nhận két kết quả rút kết luận), điều này được thể hiện rất rõ qua số HS đạt mức Tốt và Khá đối trong hoạt động nhận thức tích cực và tự lực khi thực hiện TN, nhận xét kết quả rút kết luận ở tiết TNSP thứ 3 so với tiết TNSP thứ hai. + Đối với tiết TNSP thứ tư (dạy học kiến thức “Chuyển động của vật bị ném”), vì HS đã biết đến TN TTTMH là loại TN có thể sử dụng để nghiên cứu các loại chuyển động có quỹ đạo thẳng hoặc cong nằm trong mặt phẳng, nên tỷ lệ HS tham gia hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo để xác định được các nội dung có thể kiểm nghiệm bằng TN, đề xuất phương án TN kiểm nghiệm, thực hiện TN, nhận xét kết quả TN rút kết luận đạt mức Tốt và Khá cao hơn hẳn các tiết TNSP trước. - Để đánh giá xem thông qua hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo, HS đã nhận thức được những kiến thức gì, với mức độ đạt được đến đâu, chúng tôi đã tiến hành soạn thảo và cho HS làm bài kiểm tra 25 phút sau mỗi tiết TNSP. Kết quả thu được như sau: Bảng 4.13: Các tham số thống kê TT Kiến thức được TNSP Nhóm X S V (%) 1 Chuyển động thẳng biến đổi đều TN 6.75 1.29 19.1 ĐC 5.96 1.01 16.9 2 Chuyển động rơi tự do TN 6.92 1.1 15.9 ĐC 6.1 1.13 18.5 3 Chuyển động tròn đều TN 6.98 1.11 15.9 ĐC 5.98 1.12 18.7 4 Chuyển động của vật bị ném TN 7.22 1.09 15.1 ĐC 6.08 1.1 18.1 - Kiểm nghiệm kết quả TN bằng phép thử t- Student. Sử dụng phép thử t-student để xem xét tính hiệu quả của thực nghiệm sư phạm, ta có bảng 4.14 Bảng 4.14: Giá trị của đại lượng kiểm định t Kiến thức được TNSP Bậc tự do Đại lượng So sánh và Chuyển động thẳng biến đổi đều 40 2.28 1.68 Chuyển động rơi tự do 40 2.5 1.68 Chuyển động tròn đều 40 2.51 1.68 Chuyển động của vật bị ném 40 2.57 1.68 Ở tất cả các bài kiểm tra, khi thực hiện kiểm định một phía đều thu được kết quả chứng tỏ kết quả TNSP có hiệu quả tác động vào chất lượng HS rõ rệt. Kiểm nghiệm giả thiết E0: Tiến hành kiểm định phương sai của nhóm lớp TN và nhóm lớp ĐC với giả thuyết E0: “Sự khác nhau giữa các phương sai ở nhóm lớp TN và nhóm lớp ĐC là không có ý nghĩa”, ta có bảng 4.15: Bảng 4.15: Bảng so sánh các đại lượng F và Fα Kiến thức được TNSP Bậc tự do Đại lượng So sánh và Chuyển động thẳng biến đổi đều 40 40 1,0 1.69 Chuyển động rơi tự do 40 40 1.63 1.69 Chuyển động tròn đều 40 40 0.98 1.69 Chuyển động của vật bị ném 40 40 0.99 1.69   Giá trị tới hạn Fα tìm trong bảng phân phối F ứng với mức α = 0,05 và với các bậc tự do fTN = 40; fĐC = 40 là 1.69 , ở tất cả 4 trường hợp đều có chứng tỏ giả thuyết E0 được chấp nhận tức là sự khác nhau giữa phương sai ở nhóm lớp thực nghiệm và nhóm lớp đối chứng là không có ý nghĩa. - Kiểm nghiệm giả thiết H0: Để so sánh kết quả của thực nghiệm, chúng ta kiểm định giả thuyết H0: “Sự khác nhau giữa các điểm trung bình ở hai mẫu là không có ý nghĩa với phương sai như nhau”. Với mức ý nghĩa , tra bảng phân phối Student với bậc tự do là NTN+NĐC -2 = 78 ta có mức tới hạn tα = 2.0 Kết quả kiểm nghiệm được thể hiện trong bảng 4.16 sau: Bảng 4.16: Bảng so sánh các đại lượng t và tα Kiến thức được TNSP Bậc tự do Đại lượng So sánh và Chuyển động thẳng biến đổi đều 78 2.12 2.0 Chuyển động rơi tự do 78 2.19 2.0 Chuyển động tròn đều 78 2.68 2.0 Chuyển động của vật bị ném 78 3.05 2.0 Ở cả 4 bài kiểm tra đều có , có nghĩa bác bỏ giả thuyết H0, chứng tỏ sự khác nhau giữa các điểm trung bình ở hai mẫu là có ý nghĩa thể hiện kết quả nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng ở cả tất cả các các bài kiểm tra. Từ những phân tích kết quả TNSP, chúng tôi đã chứng tỏ được: - Các tiến trình dạy học đã soạn thảo là khả thi, đáp ứng được việc thực hiện các mục tiêu dạy học Qua đó cho thấy TN TTTMH đã thiết kế đáp ứng được các chức năng của một TN VL trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS khi dạy học kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ Với mục đích nghiên cứu của đề tài: “Xây dựng và sử dụng TN TTTMH trong dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm trong chương trình vật lí 10 nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS”, chúng tôi đã giải quyết được các vấn đề sau: - Nghiên cứu cơ sở lí luận về con đường hình thành kiến thức về một chuyển động cơ của chất điểm. - Nghiên cứu cơ sở lí luận về tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS, từ đó hệ thống lại các biện pháp phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong dạy học có áp dụng DHPH & GQVĐ - Nghiên cứu cơ sở lí luận về kiểu DHPH & GQVĐ, từ đó vận dụng kiểu dạy học này để cụ thể hóa các bước trong quá trình hình thành kiến thức chuyển động cơ của chất điểm. - Nghiên cứu cơ sở lí luận về TN VL, TN TTTMH và vai trò của TN TTTMH trong dạy học vật lí, từ đó hệ thống lại các nguyên tắc sử dụng phối hợp thí nghiệm TTTMH với TN truyền thống trong dạy học VL nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS - Đề xuất được 06 cách thức sử dụng TN TTTMH và sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống trong tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo cho HS khi dạy học kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm. - Điều tra thực tiễn việc dạy và học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm (vật lí 10 THPT), xác định những khó khăn mà GV gặp phải trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo cho HS. Từ đó đề xuất giải pháp xây dựng và sử dụng TN TTTMH trong dạy học một số kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. - Xây dựng được 05 TN TTTMH đảm bảo những chức năng có thể hỗ trợ được quá trình tổ chức hoạt động học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm trong chương trình VL 10 THPT, cụ thể là chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, chuyển động rơi tư do, chuyển động tròn đều và chuyển động của vật bị ném. - Vận dụng kiểu DHPH & GQVĐ để soạn thảo được 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về các loại chuyển động cơ của chất điểm (VL 10), trong đó có sử dụng TN TTTMH đã xây dựng hoặc sử dụng phối hợp TN TTTMH với TN truyền thống nhằm phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. - Kết quả TNSP đã khẳng định tính khả thi của những tiến trình dạy học đã soạn thảo, đồng thời qua đó khẳng định tính hiệu quả của TN TTTMH đã xây dựng trong việc phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. Tức là, kết quả TNSP đã khẳng định tính đúng đắn của giả thuyết khoa học của đề tài: “Nếu xây dựng được các TN TTTMH về chuyển động cơ của chất điểm và sử dụng chúng một cách hợp lí trong tiến trình DHPH &GQVĐ thì có thể phát triển được hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS trong học tập các kiến thức về chuyển động cơ của chất điểm (VL 10)”. Qua việc thực hiện đề tài, chúng tôi đề xuất một số kiến nghị như sau: - Muốn sử dụng TN TTTMH trong tiến trình DH theo kiểu DHPH & GQVĐ nhằm phát triển hoạt nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS cần các yếu tố sau: + Về phía GV: Cần tổ chức hoạt động học của HS một cách tích cực, tự lực và sáng tạo; hiểu rõ và phân biệt được các giai đoạn của kiểu DHPH & GQVĐ được vận dụng trong dạy học từng loại kiến thức vật lí; được tập huấn để sử dụng thành thạo các TN TTTMH; thay đổi cách kiểm tra, đánh giá HS + Về phía HS: Tích cực, tự lực học tập; luôn vận dụng kiến thức trong việc giải quyết vấn đề trong học tập và thực tiễn + Về phía nhà trường: Cung cấp đầy đủ hệ thống máy tính, máy chiếu phục vụ việc dạy và học của GV và HS. - Đề nghị được tiếp tục thực hiện các nghiên cứu bổ sung những TN TTTMH tương ứng với các nội dung kiến thức vật lí khác ở trường phổ thông.