Tài liệu Luận án tiến sĩ tổ chức hoạt động dạy học vật lí xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm tĩnh điện nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh lớp 11

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN MINH THUẦN TỔ CHỨC H ẠT ĐỘNG DẠY HỌC V T “XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ TH NGHIỆ NHẰ ỒI DƢỠNG N NG ỰC GIẢI UYẾT VẤN ĐỀ CỦ HỌC SINH ỚP 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Hà Nội - 2022 T NH ĐIỆN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN MINH THUẦN TỔ CHỨC H ẠT ĐỘNG DẠY HỌC V T “XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ TH NGHIỆ NHẰ ỒI DƢỠNG N NG ỰC GIẢI T NH ĐIỆN UYẾT VẤN ĐỀ CỦ HỌC SINH ỚP 11 Chuyên ngành: Lí luận và Phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 9.14.01.11 LU N ÁN TIẾN S KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hƣng 2: TS. Dƣơng Xuân Quý Hà Nội - 2022 LỜI C Đ N Tôi xin cam đoan luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thiết bị, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là của tác giả và chƣa từng đƣợc ngƣời khác công bố trong các công trình khác. Tác giả Nguyễn Minh Thuần LỜI CẢ ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lí và Bộ môn Phƣơng pháp dạy học Vật lí Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Hà Nội; Ban Giám hiệu và Thầy Cô trƣờng THPT Tháp Mƣời đã tạo điều kiện và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với Thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hƣng và TS. Dƣơng Xuân Quý đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS.TS. Đỗ Hƣơng Trà, PGS.TS. Phạm Xuân Quế, PGS.TS. Nguyễn Văn Biên, TS. Tƣởng Duy Hải, TS. Nguyễn Anh Thuấn, TS. Trần Ngọc Chất, TS. Trần Bá Trình cùng các Thầy Cô trong Khoa Vật lí Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội đã dành thời gian góp ý cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn đối với gia đình, bạn bè, học sinh trƣờng THPT Tháp Mƣời và trƣờng THPT Đốc Binh Kiều đã giúp đỡ và động viên tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả Nguyễn Minh Thuần CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LU N ÁN TT Ý nghĩa Các chữ viết tắt 1 DH Dạy học 2 Đ Điểm 3 GD Giáo dục 4 GDPT Giáo dục phổ thông 5 GQVĐ Giải quyết vấn đề 6 GV Giáo viên 7 HĐNK Hoạt động ngoại khóa 8 HS Học sinh 9 KS Khảo sát 10 MPTĐ Máy phát tĩnh điện 11 MHHV Mô hình hình vẽ 12 MHVC-CN Mô hình vật chất chức năng 13 NCS Nghiên cứu sinh 14 NL Năng lực 15 NTCT Nguyên tắc cấu tạo 16 NTHĐ Nguyên tắc hoạt động 17 PT Phổ thông 18 TB Thiết bị 19 TBKT Thiết bị kĩ thuật 20 TBTN Thiết bị thí nghiệm 21 ThN Thực nghiệm 22 THPT Trung học phổ thông 23 TN Thí nghiệm 24 TNSP Thực nghiệm sƣ phạm 25 SGK Sách giáo khoa 26 ƢDKT Ứng dụng kĩ thuật 27 VL Vật lí DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG TT TÊN CÁC BIỂU BẢNG Trang Bảng 2.1 Bảng cấu trúc NL GQVĐ 18 Bảng 3.1 Bảng kết quả TN kiểm nghiệm nội dung định luật Cu-lông 53 Bảng 4.1 Thông tin về lớp TNSP 95 Bảng 4.2 Bảng 4.3 Bảng 4.4 Bảng 4.5 Bảng 4.6 Bảng 4.7 Bảng 4.8 Bảng 4.9 Bảng kiểm quan sát NL GQVĐ của 6 HS khi nghiên cứu nội dung 1 101 Thống kê các tiêu chí đánh giá tính khả thi của TBTN cân xoắn kiểm nghiệm nội dung định luật Cu-lông. 101 Số lƣợng HS theo các mức độ đạt đƣợc của NL GQVĐ khi nghiên cứu nội dung 1 103 Bảng kiểm quan sát NL GQVĐ của 6 HS khi nghiên cứu nội dung 2 112 Thống kê các tiêu chí đánh giá tính khả thi của MPTĐ Van De Graaff tự chế của HS 113 Bảng kiểm quan sát NL GQVĐ của 6 HS khi nghiên cứu nội dung 3 124 Thống kê tiêu chí đánh giá tính khả thi của TB sơn tĩnh điện do HS chế tạo 124 Lƣợng hóa các mức độ đạt đƣợc của từng hành vi NL GQVĐ của HS khi nghiên cứu ba nội dung ƢDKT của VL 128 Lƣợng hóa các mức độ đạt đƣợc của từng hành vi NL Bảng 4.10 GQVĐ của HS khi sử dụng TBTN “Cân xoắn” kiểm nghiệm nội dung định luật Cu-lông Bảng 4.11 Bảng 4.12 128 Tiêu chí đánh giá các mức độ đạt đƣợc của NL GQVĐ của HS Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ ở thành tố 1 qua 129 TT TÊN CÁC BIỂU BẢNG ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL Bảng 4.13 Bảng 4.14 Bảng 4.15 Bảng 4.16 Bảng 4.17 Trang 130 Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ ở thành tố 2 qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 131 Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ ở thành tố 3 qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 133 Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ ở thành tố 4 qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 134 Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 136 Số lƣợng HS theo các mức độ đạt đƣợc của NL GQVĐ qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 138 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Tên hình vẽ Trang Hình 2.1 Cấu trúc kiến thức Chƣơng “Điện tích – Điện trƣờng” 35 Hình 3.1 TBTN cân xoắn kiểm nghiệm nội dung định luật Cu-lông 50 Hình 3.2 Phân tích lực tác dụng lên q1 51 Hình 3.3 MPTĐ Van De Graaff 1 băng tải 67 Hình 3.4 MPTĐ Van De Graaff 5 băng tải 68 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ TT Biểu đồ 4.1 Biểu đồ 4.2 Biểu đồ 4.3 Biểu đồ 4.4 Biểu đồ 4.5 Tên biểu đồ Trang Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ ở thành tố 1 qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 131 Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ ở thành tố 2 qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 132 Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ ở thành tố 3 qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 134 Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ ở thành tố 4 qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 135 Các mức độ HS đạt đƣợc của NL GQVĐ qua ba nội dung nghiên cứu ƢDKT của VL 137 MỤC LỤC MỞ ĐẦU............................................................................................................................................ 1 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI ............................................................................................................ 1 2. MỤC Đ CH NGHIÊN CỨU.................................................................................................... 4 3. KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................. 4 4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC ................................................................................................... 4 5. CÁC NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 4 6. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................. 5 7. NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LU N ÁN ................................................................................. 5 8. CẤU TRÚC CỦA LU N ÁN ................................................................................................. 6 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ĐƢỢC NGHIÊN CỨU……………………………………7 1.1. Các nghiên cứu về dạy học giải quyết vấn đề và bồi dƣỡng năng lực giải quyết vấn đề 7 1.2. Tình hình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm, trong đó có thiết bị thí nghiệm tĩnh điện trong dạy học vật lí ............................................................................................................ 11 1.3. Các vấn đề cần đƣợc nghiên cứu ....................................................................................... 15 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC BỒI DƢỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHÓA VẬT LÍ .............. 16 2.1. Bồi dƣỡng năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí ............................................ 16 2.1.1. Năng lực và năng lực giải quyết vấn đề ...................................................................... 16 2.1.1.1. Năng lực .................................................................................................................. 16 2.1.1.2. Năng lực giải quyết vấn đề ...................................................................................... 16 2.1.2. Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề khi xây dựng và vận dụng kiến thức vật lí ... 21 2.1.2.1. Tiến trình chung dạy học giải quyết vấn đề.............................................................. 21 2.1.2.2. Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề khi xây dựng kiến thức vật lí mới .................. 21 2.2. Tổ chức hoạt động ngoại khóa vật lí………………………………………………...……26 2.2.1. Hiệu quả giáo dục và các đặc điểm của hoạt động ngoại khóa ................................ 27 2.2.2. Nội dung, phƣơng pháp dạy học và hình thức tổ chức hoạt động ngoại khóa chủ đề vật lí ......................................................................................................................................... 27 2.2.3. Quy trình tổ chức hoạt động ngoại khóa vật lí ......................................................... 29 2.3. Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí ................................................. 31 2.3.1. Chức năng và hiệu quả giáo dục của thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí ................. 31 2.3.2. Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí ............................................. 32 2.3.3. Quy trình xây dựng và quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí ........ 33 2.3.3.1. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí ............................................ 33 2.3.3.2. Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí .............................................. 34 2.4. Điều tra thực tiễn dạy học Chƣơng “Điện tích – Điện trƣờng (Vật lí 11) .................... 35 2.4.1. Mục tiêu cần đạt đƣợc trong dạy học Chƣơng “Điện tích – Điện trƣờng ............. 35 2.4.2. Mục đích, phƣơng pháp điều tra và đối tƣợng đƣợc điều tra .................................. 36 2.4.2.1. Mục đích điều tra .................................................................................................... 36 2.4.2.2. Phƣơng pháp điều tra và đối tƣợng đƣợc điều tra ................................................... 45 2.4.3. Kết quả điều tra............................................................................................................ 37 2.4.4. Đề xuất các biện pháp nâng cao hiệu quả dạy học Chƣơng “Điện tích- Điện trƣờng .................................................................................................................................... 41 Chƣơng 3 QUY TRÌNH TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHÓA CHỦ ĐỀ “XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TĨNH ĐIỆN” NHẰM BỒI DƢỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH LỚP 11 ................................................................................. 44 3.1. Lựa chọn và đặt tên chủ đề ................................................................................................ 44 3.2. Lập kế hoạch tổ chức hoạt động ngoại khóa chủ đề ........................................................ 44 3.2.1. Mục tiêu chung của hoạt động ngoại khóa chủ đề .................................................... 44 3.2.2. Nội dụng của hoạt động ngoại khóa và các nhiệm vụ của học sinh trong hoạt động ngoại khóa chủ đề ................................................................................................................... 45 3.2.2.1. Nội dung của hoạt động ngoại khóa chủ đề ............................................................ 45 3.2.2.2. Các nhiệm vụ đƣợc giao cho học sinh .................................................................... 45 3.2.3. Tiến trình dạy học từng nội dung của hoạt động ngoại khóa chủ đề ...................... 46 3.2.3.1. Tiến trình dạy học nội dung 1: Sử dụng thiết bị thí nghiệm “Cân xoắn”để kiểm nghiệm nội dung định luật Cu-lông ..................................................................................... 46 3.2.3.2. Tiến trình dạy học nội dung 2: Nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật “Máy phát tĩnh điện Van De Graaff” và sử dụng máy phát tĩnh điện này để tiến hành 5 thí nghiệm tĩnh điện.... 63 3.2.4. Dự kiến nội dung và thời gian của các giai đoạn hoạt động ngoại khóa chủ đề ..... 91 3.2.4.1. Dự kiến chung ......................................................................................................... 91 3.2.4.2. Nội dung của các giai đoạn hoạt động ngoại khóa chủ đề ...................................... 92 Chƣơng 4 THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM .......................................................................................... 94 4.1. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm ......................................... 94 4.1.1. Mục đích thực nghiệm sƣ phạm.................................................................................. 94 4.1.2. Đối tƣợng và phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm .................................................... 94 4.1.3. Thời gian, địa điểm và công tác chuẩn bị thực nghiệm sƣ phạm............................. 94 4.2. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm .......................................................... 96 4.2.1. Phân tích cụ thể tính khả thi và hiệu quả bồi dƣỡng năng lực giải quyết vấn đề của tiến trình dạy học từng nội dung của hoạt động ngoại khóa chủ đề. ................................. 96 4.2.1.1. Tiến trình dạy học nội dung 1: Sử dụng thiết bị thí nghiệm “Cân xoắn” để kiểm nghiệm nội dung định luật Cu-lông. .................................................................................... 96 4.2.1.2. Tiến trình dạy học nội dung 2: Nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật “Máy phát tĩnh điện Van De Graaff” ................................................................................................................................ 104 4.2.1.3. Tiến trình dạy học nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật “Thiết bị sơn tĩnh điện” ................................................................................................................................... 118 4.2.2. Đánh giá tính khả thi của quy trình tổ chức hoạt động ngoại khóa chủ đề .......... 127 4.2.3. Đánh giá hiệu quả bồi dƣỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong hoạt động ngoại khóa chủ đề ....................................................................................................... 128 4.2.3.1 Lƣợng hóa các mức độ đạt đƣợc của từng hành vi giải quyết vấn đề .................... 130 4.2.3.2. Đánh giá hiệu quả bồi dƣỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong hoạt động ngoại khóa khi nghiên cứu ba nội dung ứng dụng kĩ thuật của vật lí........................ 130 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 140 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG BỐ TRONG NƢỚC........................................... 142 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG BỐ NGOÀI NƢỚC ........................................... 142 * BỘ THÍ NGHIỆM VỀ TĨNH ĐIỆN ĐẠT GIẢI B HỘI THI SÁNG TẠO KỸ THUẬT LẦN THỨ XIV CỦA TỈNH ĐỒNG THÁP. .......................................................................................... 143 * BỘ THÍ NGHIỆM VỀ TĨNH ĐIỆN ĐẠT GIẢI KHUYẾN KHÍCH HỘI THI SÁNG TẠO KỸ THUẬT LẦN THỨ XV CỦA TỈNH ĐỒNG THÁP……………………………………………..144 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................. 145 PHỤ LỤC....................................................................................................................................... 152 1 MỞ ĐẦU 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cuộc cách mạng công nghệ 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ trên toàn thế giới, mang lại cho con ngƣời nhiều cơ hội để phát triển nhƣng cũng đặt ra không ít thách thức. Sự thay đổi này đòi hỏi giáo dục (GD) phải đem lại cho ngƣời học một nền tảng kiến thức vững chắc, tƣ duy năng động và cùng với đó là năng lực (NL) hoạt động giải quyết các vấn đề, khả năng thích ứng, điều chỉnh với thách thức và những yêu cầu mới liên tục đặt ra. Các nƣớc trên thế giới đều đã và đang có những chính sách, biện pháp, cách thức cụ thể cho việc cập nhật, điều chỉnh và đổi mới GD theo hƣớng phát triển phẩm chất, khả năng thích ứng và các NL hoạt động của học sinh (HS). Nhận thức đƣợc yêu cầu của thời đại, Đảng và Nhà nƣớc đã đề ra những chủ trƣơng đúng đắn nhằm định hƣớng đổi mới ngành GD. - Nghị quyết 29 của Hội nghị Trung ƣơng 8 khóa XI xác định phải đổi mới căn bản, toàn diện GD và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trƣờng định hƣớng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế. Quan điểm chỉ đạo của Nghị quyết là: “Phải chuyển mạnh quá trình GD từ trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện phẩm chất và NL ngƣời học”. Trong việc xác định các nhiệm vụ cụ thể để thực hiện việc đổi mới, Nghị quyết nhấn mạnh “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phƣơng pháp dạy và học theo hƣớng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kĩ năng của ngƣời học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để ngƣời học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kĩ năng, phát triển NL. Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học. Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học”. - Nghị quyết 88 của Quốc hội năm 2014 về đổi mới chƣơng trình sách giáo khoa (SGK) theo hƣớng phát triển phẩm chất và NL của học sinh (HS). - Chỉ thị số 16/CT-TTg năm 2017 của Chính phủ về việc tăng cƣờng NL tiếp cận Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tƣ, với nhiều định hƣớng quan trọng với 2 ngành GD, nhƣ cần thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phƣơng pháp GD nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp cận các xu thế công nghệ sản xuất mới. Từ các định hƣớng chỉ đạo, trong nhiều năm qua, ngành GD cũng liên tục cập nhật và đổi mới cả về mục tiêu, nội dung, phƣơng pháp, phƣơng tiện dạy học (DH). Đồng thời triển khai đồng bộ giữa bồi dƣỡng thƣờng xuyên và đào tạo giáo viên (GV). Các định hƣớng đổi mới đã đƣợc cụ thể hóa trong Chƣơng trình GD phổ thông (GDPT) 2018, trong đó xác định 5 phẩm chất chủ yếu, 3 NL chung và 7 NL đặc thù cần bồi dƣỡng và phát triển ở HS. Các nghiên cứu trên thế giới và ở nƣớc ta trong nhiều năm trở lại đây đã xác định NL giải quyết vấn đề (GQVĐ) là một trong những NL chung cần đƣợc bồi dƣỡng cho HS ở mọi cấp học, bậc học và ở mọi môn học, trong đó có môn Vật lí (VL) ở trƣờng trung học phổ thông (THPT). Ngay trong NL VL (NL đặc thù đƣợc bồi dƣỡng trƣớc hết trong môn VL) đƣợc trình bày trong chƣơng trình 2018 cũng có nhiều yếu tố của NL GQVĐ. Bồi dƣỡng NL nói chung, NL GQVĐ nói riêng là một quá trình lâu dài, cần đƣợc thực hiện trong toàn bộ quá trình DH, gắn với mọi phƣơng pháp và hình thức tổ chức DH. Để thực hiện đổi mới phẩm chất và NL của HS, trong Chƣơng trình GDPT 2018 đã chỉ rõ: Các hoạt động học tập đƣợc tổ chức trong và ngoài khuôn viên nhà trƣờng thông qua một số hình thức chủ yếu nhƣ: học lí thuyết; thực hiện bài tập, thí nghiệm (TN), trò chơi, đóng vai, dự án nghiên cứu; tham gia xêmina, tham quan, cắm trại, đọc sách; sinh hoạt tập thể, hoạt động phục vụ cộng đồng. Theo định hƣớng này, bên cạnh DH nội khóa, DH ngoại khóa là hình thức tổ chức DH không thể thiếu trong toàn bộ hoạt động DH ở mọi môn học của nhà trƣờng phổ thông (PT). Đối với môn VL, hoạt động ngoại khóa (HĐNK) tạo điều kiện nghiên cứu các ứng dụng của những kiến thức đã học trong sản xuất và đời sống, mà do sự hạn hẹp về mặt thời gian không đƣợc đề cập trong DH nội khóa. Nhờ đó, HĐNK VL góp phần nâng cao tính ứng dụng của các kiến thức đã học và đặc biệt là bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS. Việc DH môn VL ở trƣờng PT cũng nằm trong xu thế đổi mới đƣợc nêu trên, với những sự điều chỉnh, thay đổi phù hợp với đặc trƣng của môn học. Thay vì đƣợc truyền thụ kiến thức VL, HS cần đƣợc tổ chức hoạt động nghiên cứu, tìm tòi khám phá để chiếm lĩnh kiến thức, qua đó phát triển NL hoạt động khoa học gắn với 3 phƣơng pháp nhận thức của VL học và gắn với các ứng dụng thực tiễn. Vì nội dung môn VL ở trƣờng PT gắn chặt với hoạt động thực nghiệm (ThN), nên trong DH cần tổ chức tạo điều kiện cho HS đƣợc kết hợp giữa quan sát, TN và suy luận lí thuyết, gắn với các ứng dụng trong thực tiễn, kĩ thuật, để từ đó, đạt đƣợc sự thống nhất giữa lí luận và thực tiễn, góp phần phát triển tƣ duy khoa học, NL GQVĐ và cũng từ đó, hình thành và phát triển phẩm chất của HS. Là GV trực tiếp DH ở trƣờng THPT, qua việc tìm hiểu việc DH phần “Tĩnh điện” - VL 11, chúng tôi nhận thấy nội dung kiến thức tĩnh điện là kiến thức nền tảng, quan trọng và là cơ sở của nhiều nội dung VL khác. Đặc biệt, các kiến thức về tĩnh điện gắn nhiều với các hiện tƣợng của đời sống và có nhiều ứng dụng kĩ thuật (ƢDKT). Hiện nay, Chƣơng “Điện tích – Điện trƣờng” trong chƣơng trình VL 11 theo chƣơng trình hiện hành và chủ đề “Điện trƣờng” trong Chƣơng trình VL 11 theo Chƣơng trình 2018 cùng đề cập nhiều nội dung kiến thức với mức độ nhƣ nhau, tạo cơ hội để bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS trong các giai đoạn của quá trình xây dựng những kiến thức mới và trong các giai đoạn của quá trình vận dụng kiến thức, nhất là đề cập các ƢDKT của những kiến thức này. Hiện nay, việc thực hiện DH các kiến thức tĩnh điện ở nƣớc ta còn nhiều khó khăn trong triển khai theo hƣớng phát triển phẩm chất và NL của HS. Đa số việc DH đều thực hiện trên lớp, GV thông báo và giảng giải kiến thức để HS ghi nhận và áp dụng vào giải bài tập, HS rất ít đƣợc thực hiện các nhiệm vụ liên quan đến việc vận dụng kiến thức trong thực tiễn, khó khăn trong việc thực hiện đổi mới DH các nội dung về Tĩnh điện trƣớc hết là do không có TBTN tƣơng ứng phù hợp cho việc tổ chức hoạt động học tập theo kiểu GQVĐ. Tiếp đó là chƣa có các nghiên cứu để tổ chức DH kết hợp các hoạt động nội khóa và HĐNK trong việc tìm kiếm kiến thức kết hợp với việc tìm hiểu các ƢDKT liên quan đến kiến thức tƣơng ứng. Hiện chƣa có các nghiên cứu cụ thể và đồng bộ để xây dựng TBTN gắn với tiến trình DH GQVĐ các kiến thức tĩnh điện và các ứng dụng thực tiễn của các kiến thức đó trong cuộc sống để từ đó bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS. Các nghiên cứu về DH các kiến thức tĩnh điện và các ƢDKT của chúng nói chung và các nghiên cứu về TBTN để sử dụng trong DH nội khóa và DH ngoại khóa chƣơng này còn rất ít. Với mong muốn góp phần vào công cuộc đổi mới GD nƣớc nhà, thông qua việc tìm cách khắc phục những khó khăn nêu trên, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu đề 4 tài: T i h h h g d y học V ồi ưỡ g g ự gi i ựng và sử dụng thiết bị h ế họ i h ghi h . 2. MỤC Đ CH NGHIÊN CỨU Xây dựng quy trình tổ chức HĐNK chủ đề “Xây dựng và sử dụng TBTN h i n”, đặc biệt là việc xác định nội dung, phƣơng pháp DH và hình thức tổ chức DH chủ đề ngoại khóa nhằm bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS. 3. KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU - Khách thể nghiên cứu của đề tài là quá trình DH trong HĐNK chủ đề đã lựa chọn. - Đối tƣợng nghiên cứu là sự hình thành và phát triển NL GQVĐ của HS. 4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Nếu xây dựng và vận dụng hợp lí quy trình tổ chức HĐNK chủ đề (nội dung phong phú, có tính thực tiễn, đƣợc nghiên cứu dƣới dạng các nhiệm vụ học tập có tính vấn đề, áp dụng phƣơng pháp DH GQVĐ, hình thức tổ chức đa dạng, linh hoạt) thì HĐNK chủ đề có thể bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS. 5. CÁC NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Để đạt đƣợc mục đích nghiên cứu đã đề ra, đề tài có các nhiệm vụ nghiên cứu sau: - Nghiên cứu cơ sở lí luận về DH VL nói chung và về HĐNK VL nói riêng theo hƣớng bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS, về việc thiết kế, chế tạo và sử dụng TBTN thực tập của HS trong tiến trình DH GQVĐ. Đây là cơ sở lí luận để xây dựng quy trình tổ chức HĐNK chủ đề mà đề tài đề cập. - Nghiên cứu chƣơng trình VL, sách giáo khoa (SGK) hiện hành và chƣơng trình VL 2018, các tài liệu liên quan đến tĩnh điện ở lớp 11, dùng làm cơ sở để xây dựng nội dung cụ thể của chủ đề ngoại khóa. - Tìm hiểu thực tế DH Chƣơng “Điện tích - Điện trƣờng” ở trƣờng THPT gồm: phƣơng pháp dạy của GV, phƣơng pháp học của HS, thực tế TBTN và cách thức sử dụng chúng trong DH, các khó khăn trong DH chƣơng và những sai lầm về mặt kiến thức hay mắc phải của HS. - Thiết kế, chế tạo các TBTN đáp ứng yêu cầu TBTN thực tập. Tổ chức cho HS HĐNK chế tạo các TBTN về tĩnh điện theo kiểu DH GQVĐ. - Xây dựng quy trình tổ chức HĐNK chủ đề, bao gồm xác định những nội dung DH trong chủ đề (đƣợc soạn thảo dƣới dạng các nhiệm vụ học tập có tính vấn đề), 5 xác định phƣơng pháp, hình thức tổ chức DH cụ thể ứng với từng nhiệm vụ học tập, việc phân chia nhiệm vụ cho các nhóm HS, thời lƣợng thực hiện từng nhiệm vụ. - TNSP quy trình tổ chức HĐNK chủ đề đã xây dựng để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của quy trình này đối với việc bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS lớp 11. Từ đó, chỉnh sửa, bổ sung cho hoàn thiện hơn quy trình tổ chức HĐNK chủ đề. 6. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực hiện đƣợc các nhiệm vụ trên, chúng tôi đã sử dụng những phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Phƣơng pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu các tài liệu (sách, báo, tạp chí, luận án, luận văn cao học) về DH GQVĐ, bồi dƣỡng NL GQVĐ theo hình thức DH ngoại khóa; nghiên cứu chƣơng trình VL ở trƣờng THPT, SGK, sách GV, sách về TN tĩnh điện, tài liệu bồi dƣỡng GV và các thông tin trên mạng internet. - Phƣơng pháp khảo sát (KS) thực tế về DH Chƣơng “Điện tích - Điện trƣờng” ở một số trƣờng THPT tỉnh Đồng Tháp. - Phƣơng pháp nghiên cứu trong phòng TN: Thử nghiệm việc chế tạo các TB và tiến hành các TN liên quan tới các nội dung trong chủ đề ngoại khóa. - Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm (TNSP) ở trƣờng THPT quy trình tổ chức HĐNK chủ đề đã lựa chọn. - Phƣơng pháp nghiên cứu thống kê toán học để xử lí các kết quả thu đƣợc trong TNSP. 7. NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LU N ÁN - Trên cơ sở lí luận về DH GQVĐ, luận án đề xuất tiến trình DH GQVĐ những kiến thức có giai đoạn cần tìm hiểu sự hình thành kiến thức trong lịch sử nghiên cứu VL và bổ sung, hoàn thiện tiến trình DH ƢDKT của VL theo con đƣờng 1 (đi tìm hiểu bản thân thiết bị kĩ thuật (TBKT), phát hiện nguyên tắc cấu tạo (NTCT), nguyên tắc hoạt động (NTHĐ) của TBKT tới việc làm sáng tỏ đƣợc cơ sở VL của TBKT và thiết kế chế tạo mô hình của TBKT). - Hoàn thiện quy trình chung tổ chức HĐNK VL và vận dụng quy trình chung này vào việc xây dựng quy trình tổ chức HĐNK chủ đề đã chọn, trong đó có tiến trình DH GQVĐ 5 nội dung (5 nhiệm vụ đƣợc giao cho HS): 6 + Sử dụng TBTN “Cân xoắn” do nghiên cứu sinh (NCS) đã chế tạo để tiến hành các TN kiểm nghiệm nội dung định luật Cu-lông về lực tƣơng tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm. + Nghiên cứu ƢDKT “MPTĐ Van De Graaff”, trong đó có chế tạo MPTĐ với hai phƣơng án khác nhau và tiến hành 5 TN với các MPTĐ này để kiểm nghiệm một số kiến thức về tĩnh điện. + Nghiên cứu ƢDKT “TB sơn tĩnh điện”, trong đó có chế tạo TB minh họa NTCT, NTHĐ của TB sơn tĩnh điện. + Nghiên cứu ƢDKT “Máy lọc bụi tĩnh điện”, trong đó có chế tạo TB minh họa NTCT, NTHĐ của máy lọc bụi. + Nghiên cứu ƢDKT “Máy photocopy”, trong đó có chế tạo TB minh họa NTHĐ của máy photocopy. - Vận dụng cấu trúc chung của NL GQVĐ, luận án đã xây dựng đƣợc cấu trúc riêng của NL GQVĐ khi HS nghiên cứu từng nội dung của chủ đề ngoại khóa. Quy trình tổ chức HĐNK chủ đề “Xây dựng và sử dụng TBTN h i n”, trong đó có tiến trình DH 5 nội dung trong chủ đề đã đƣợc TNSP bƣớc đầu khẳng định tính khả thi và hiệu quả của nó đối với việc bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS. 8. CẤU TRÚC CỦA LU N ÁN Luận án gồm: - Phần mở đầu. - Chƣơng 1 trình bày tổng quan về vấn đề đƣợc nghiên cứu. - Chƣơng 2 trình bày cơ sở lí luận và thực tiễn của việc bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS trong HĐNK VL. - Chƣơng 3 trình bày quy trình tổ chức HĐNK chủ đề “Xây dựng và sử dụng TBTN tĩnh điện” nhằm bồi dƣỡng NL GQVĐ của HS lớp 11. - Chƣơng 4 trình bày việc TNSP. - Kết luận, kiến nghị. - Tài liệu tham khảo. - Phụ lục. 7 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ĐƢỢC NGHIÊN CỨU 1.1. Các nghiên cứu về dạy học giải quyết vấn đề và bồi dƣỡng năng lực giải quyết vấn đề Rất nhiều nghiên cứu của các nhà GD trong các thế kỉ trƣớc và đặc biệt là những năm đầu của thế kỉ XXI đều khẳng định mục đích cao nhất của GD là đào tạo ra những con ngƣời có kiến thức và sử dụng kiến thức đó một cách linh hoạt, sáng tạo nhằm giải quyết các vấn đề phức tạp liên quan đến cuộc sống [43], [52], [58], [64], [66], [68], [69]. Các nghiên cứu đều khẳng định là trong quá trình DH, ngƣời thầy phải tạo điều kiện cho HS đƣợc hoạt động theo cách thức khoa học, qua đó HS chiếm lĩnh tri thức và phát triển các NL [45], [53], [59], [68], [69]. * J.J.Rousseau (1712-1778) cho rằng: trẻ em có cách suy nghĩ và cảm nhận riêng của bản thân [48]. * Comenxki (1952-1670), một nhà GD nổi tiếng nhận định GD có mục đích đánh thức NL nhạy cảm, khả năng phán đoán đúng đắn và phát triển nhân cách ngƣời học [27]. * J. Dewey (1859-1952) là ngƣời đề xƣớng “Phƣơng pháp DH lấy HS làm trung tâm”, chú trọng rèn luyện cho HS những kĩ năng GQVĐ và tƣ duy phê phán [15], [18], [19], [28], [49]. * Các nghiên cứu về GD đều cho thấy: GD không chỉ là truyền thụ kiến thức, mà còn góp phần quan trọng đến việc phát triển toàn diện nhân cách HS. Trong sự phát triển đa dạng của nhân cách thì phát triển NL nhận thức là cơ sở, có ảnh hƣởng lớn đến việc phát triển những NL khác. Thành tựu quan trọng nhất của các nghiên cứu về nhận thức, về việc học của con ngƣời chính là hai lí thuyết phát triển nhận thức của Jean Piaget và Vƣgôtski. Piaget khẳng định cuộc sống là sự sáng tạo không ngừng các dạng thức ngày càng phức tạp và sự cân bằng ngày càng tăng của các dạng thức này với môi trƣờng. Còn theo Vƣgôtski, sự thúc đẩy của tƣơng tác xã hội giúp HS vƣợt qua những vùng phát triển gần của sự nhận thức thông qua sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ của ngƣời khác [14], [15], [33], [42], [51], [70], [72], [73], [76]. * Vào giữa thế kỉ XX, những nhà GD nổi tiếng nhƣ I. Lence, Okon, M.A.Danilop… đã xây dựng phƣơng pháp DH nêu vấn đề, các kĩ thuật nêu vấn đề để tạo ra các cảm xúc tích cực ở HS, hƣớng dẫn HS tự lực GQVĐ [26], [71]. 8 * Trong thế kỉ XX, dựa trên lí thuyết hoạt động của Vƣgôtski, nhà GD Nga A.N. Lêônchiép đã phát triển lí thuyết về hoạt động học: Bằng hoạt động và thông qua hoạt động, mỗi ngƣời tự tạo dựng và phát triển ý thức cá nhân của mình. Vận dụng vào DH, việc học tập của HS có bản chất hoạt động: Bằng hoạt động, thông qua hoạt động của bản thân mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển NL trí tuệ cũng nhƣ quan điểm đạo đức, thái độ [50]. Trong những năm cuối của thế kỉ XX và đặc biệt là 2 thập kỉ đầu của thế kỉ XXI, các nghiên cứu khoa học về cơ chế hoạt động của bộ não, về cách con ngƣời tƣ duy để tiếp thu kiến thức, về sự phát triển NL đang có những kết quả vƣợt bậc và dần đi đến những nhận định thống nhất. Trong một nghiên cứu của Ủy ban Khoa học về Hành vi - Xã hội và GD Hoa Kì, thuộc Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Hoa Kì [67] đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực để đi đến những nhận định: Trẻ em là những ngƣời học chủ động, có thể đặt ra mục tiêu, lên kế hoạch, thực hiện và vận dụng. Trẻ em học cách tập hợp, tìm kiếm, tổ chức sắp xếp các thông tin, tài liệu, để từ đó các em phát triển nhận thức, bao gồm khả năng ghi nhận kiến thức, vận dụng chúng để giải quyết các vấn đề. Theo tài liệu [67], [68], Vƣgôtski nhấn mạnh đến vai trò chủ động của HS trong môi trƣờng xã hội với các công cụ, dụng cụ, đồ vật thuộc văn hóa là tác nhân của việc phát triển tƣ duy. Cũng theo [67] và các nghiên cứu của Piaget, những tác động kích thích từ môi trƣờng làm thay đổi dần cấu trúc nhận thức của HS, thông qua cơ chế đồng hóa và điều ứng để thích nghi. Các nhận định đó cũng phù hợp với nhiều kết quả của khoa học thần kinh, với các nghiên cứu hiện đại về cơ chế hoạt động của não bộ. Các nghiên cứu này khẳng định: việc học có thể làm thay đổi đƣợc cấu trúc và chức năng của bộ não, điều này làm tăng khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp của HS. Chiến lƣợc DH môn VL hiệu quả đƣợc đƣa ra trong các nghiên cứu [67] cho rằng, cần tạo điều kiện để HS tham gia vào giải quyết các vấn đề theo cách của các nhà khoa học. Theo đó, HS cần đƣợc tạo điều kiện để đặt ra và trả lời các câu hỏi nhƣ: Về cái gì? Tại sao? và Nhƣ thế nào? trong bối cảnh giải quyết một vấn đề khoa học. Trong vài chục năm trở lại đây, các nghiên cứu về DH của nƣớc ta cũng tiếp cận với các xu hƣớng DH nêu trên, và đều hội tụ đến những khẳng định quan trọng làm nền tảng cho việc DH hiệu quả. Các tác giả Nguyễn Kỳ (1996) [28], Trần Bá 9 Hoành (1998) [19] đã trình bày các nghiên cứu về mô hình GD “Lấy HS làm trung tâm”. Trong DH môn VL, các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (1998) [51], tác giả Phạm Hữu Tòng (2008) trong nghiên cứu về tổ chức hoạt động nhận thức trong DH VL [56] đã khẳng định: DH hiệu quả khi triển khai theo cách GQVĐ khoa học. Các tác giả đã đề xuất quy trình DH GQVĐ một nội dung kiến thức VL với 4 bƣớc hoạt động (làm nảy sinh vấn đề, phát biểu vấn đề, GQVĐ bằng suy luận lí thuyết hay KS ThN và kết luận, mở rộng vấn đề). Tác giả Thái Duy Tuyên (2008) cũng có những công trình nghiên cứu về tổ chức hoạt động nhận thức trong DH VL [66], trong đó nhấn mạnh đến tầm quan trọng của việc định hƣớng hành động học của HS theo tiến trình khoa học. Tác giả Đỗ Hƣơng Trà (2011) trình bày về các phƣơng pháp DH hiện đại, trong đó có trình bày phƣơng pháp “Bàn tay nặn bột” [59], [60] nhấn mạnh đến tổ chức các hoạt động học của HS phỏng theo cách nhà khoa học thực hiện nghiên cứu. Những nghiên cứu đều đi đến nhận định then chốt là: Trong hoạt động học tập, HS phải là ngƣời tích cực, chủ động đặt ra mục tiêu, lên kế hoạch thực hiện hành động và cái họ học đƣợc là cơ cấu tổ chức, sắp xếp kiến thức và chính trong sự phát triển nhận thức thì HS sẽ tự trang bị cho mình các NL, cách thức làm việc, cách thức GQVĐ một cách linh hoạt và hiệu quả. Vận dụng những nghiên cứu của các nhà GD học và lí luận DH, các nghiên cứu triển khai ở nƣớc ta theo hƣớng này đƣợc thực hiện nhƣ: Nguyễn Anh Thuấn (2007), Xây dựng và sử dụng TB TN trong DH chƣơng “Sóng cơ học” ở lớp 12 THPT theo hƣớng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của HS [54]; Đặng Minh Chƣởng (2011), Xây dựng và sử dụng các TBTN thực tập trong DH chƣơng “Cảm ứng điện từ” ở lớp 11 THPT nâng cao theo hƣớng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của HS [10], Dƣơng Xuân Quý (2011), Xây dựng và sử dụng TBTN thực tập theo hƣớng phát triển hoạt động học tích cực, sáng tạo của HS trong DH chƣơng “Dao động cơ” ở lớp 12 trƣờng THPT [45]; Hà Duyên Tùng (2014), Xây dựng và sử dụng các TBTN theo hƣớng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của HS trong DH các kiến thức về từ trƣờng ở lớp 11 THPT [63]....Các nghiên cứu này đều cùng hƣớng đề cập đến việc triển khai DH theo hƣớng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực của HS qua DH GQVĐ theo con đƣờng KS ThN hoặc suy luận lí thuyết. Tuy vậy, các nghiên cứu còn chƣa