Tài liệu Sử dụng phần mềm crocodile physics trong dạy học thí nghiệm phần cơ học chương trình vật lý lớp 10 nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHÙNG THỊ HƢƠNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS TRONG DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI – 2013 \ 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHÙNG THỊ HƢƠNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS TRONG DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN VẬT LÝ) Mã số: 60 14 10 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS. TS.TÔN TÍCH ÁI TS. TÔN QUANG CƢỜNG HÀ NỘI - 2013 2 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CNTT : Công nghệ thông tin CSVC : Cơ sở vật chất ĐC : Đối chứng ĐHQG : Đại học Quốc Gia GV : Giáo viên HS : Học sinh PPDH : Phương pháp dạy học SGK : Sách giáo khoa THPT : Trung học phổ thông TNSP : Thực nghiệm sư phạm TN : Thực nghiệm 3 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Tiêu chí đánh giá dạy học tích cực với dạy học truyền thống Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm số ( lớp 10A, 10B trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.2. Xử lí kết quả ( lớp 10A, 10B trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.3. Các tham số đặc trƣng (lớp 10A, 10B trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.4. Bảng tần suất và tần suất lũy tích ( lớp 10A, 10B trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.5. Bảng thống kê điểm số ( lớp 10D, 10I trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.6. Xử lí kết quả ( lớp 10D, 10I trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.7. Các tham số đặc trƣng (lớp 10D, 10I trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.8. Bảng tần suất và tần suất lũy tích ( lớp 10D, 10I trường THPT Bến Tắm) 4 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Hình 3.1. Đƣờng phân bố tần suất ( Lớp 10A; 10B trường THPT Bến Tắm) Hình 3.2. Đƣờng phân bố tần suất lũy tích ( Lớp 10A; 10B trường THPT Bến Tắm) Hình 3.3. Đƣờng phân bố tần suất ( Lớp 10A; 10B trường THPT Bến Tắm) Hình 3.4. Đƣờng phân bố tần suất lũy tích ( Lớp 10A; 10B trường THPT Bến Tắm) 5 MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn.................................................................................................................i Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt.....................................................................ii Danh mục các bảng..................................................................................................iii Danh mục cá biểu đồ ...............................................................................................iv Mục lục......................................................................................................................v MỞ ĐẦU..................................................................................................................1 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1. Những định hướng cơ bản trong đổi mới phương pháp dạy học hiện nay.....4 1.2. Cơ sở lý luận về tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh..........5 1.2.1. Biểu hiện của tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh.............6 1.2.2. Đặc điểm của tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh..............7 1.2.3. Các biện pháp tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh...........................................................................................................................9 1.3. Tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh khi dạy học thí nghiệm phần Cơ học Vật lý 10 thông qua sử dụng phần mềm Vật lý ảo...............................9 1.3.1. Hoạt động nhận thức Vật lý.........................................................................10 1.3.2. Dạy học Vật lý theo hướng tăng tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh…………….........…………………………………………………................11 1.3.3. Một số hướng ứng dụng CNTT để đổi mới phương pháp dạy học..............15 1.3.4. Tổng quan về thí nghiệm ảo.........................................................................17 1.3.5. Dạy học thí nghiệm vật lý phần Cơ học vật lý 10 thông qua sử dụng phần mềm vật lý ảo.................................................................................................20 Kết luận chương 1...................................................................................................24 Chƣơng 2: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CÁC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 VỚI PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS 2.1. Khảo sát thực trạng dạy học phần Cơ học ở trường trung học phổ thông...25 6 2.1.1. Nội dung tìm hiểu.........................................................................................25 2.1.2. Phương pháp điều tra tìm hiểu.....................................................................25 2.1.3. Kết quả điều tra tìm hiểu..............................................................................26 2.2. Phân tích nội dung kiến thức phần Cơ học chương trình Vật lý 10 cơ bản.........................................................................................................................27 2.2.1. Vị trí phần Cơ học trong chương trình Vật lý THPT.................................27 2.2.2. Tiến trình hình thành các khái niệm Cơ học theo SGK...............................28 2.2.3. Phân tích nội dung kiến thức một số bài trong phần Cơ học Vật lý 10........29 2.3. Giới thiệu về phần mềm Crocodile Physics ................................................41 2.3.1. Đặc điểm ....................................................................................................41 2.3.2. Hình thức......................................................................................................41 2.3.3. Nội dung.......................................................................................................42 2.3.4. Phương pháp................................................................................................43 2.3.5. Những tính năng nổi bật ..............................................................................43 2.4. Cách sử dụng các chức năng Crocodile Physics .........................................43 2.4.1. Giao diện phần mềm....................................................................................43 2.4.2. Tìm hiểu phần Contents...............................................................................43 2.4.3. Tìm hiểu Part library....................................................................................44 2.4.4. Làm việc với scenes.....................................................................................44 2.4.5. Tạo ô Popup mới..........................................................................................44 2.5. Mô phỏng một số thí nghiệm phần Cơ học..................................................46 2.5.1. Kịch bản sư phạm của việc mô phỏng một số thí nghiệm phần Cơ học.......46 2.5.2. Các bước thiết kế thí nghiệm ảo trên phần mềm Crocodile Physics...........47 2.5.3. Xây dựng tiến trình dạy một số thí nghiệm phần Cơ học............................48 Kết luận chương 2...................................................................................................63 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm............................................64 3.2. Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm............................................64 3.2.1. Đối tượng thực nghiệm sư phạm...................................................................64 3.2.2. Phương thức thực nghiệm sư phạm..............................................................65 7 3.3. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.......................................65 3.3.1. Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình thực nghiệm sư phạm..................................................................................................................65 3.3.2. Kết quả thực nghiệm sư phạm......................................................................66 Kết luận chương 3...................................................................................................74 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.......................................................................75 1. Kết luận........................................................................................................75 2. Khuyến nghị.................................................................................................76 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................78 PHỤ LỤC...............................................................................................................80 8 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Tại kỳ họp thứ 7, Quốc hội khóa XI của nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã sửa đổi Luật Giáo Dục 2005, trong đó nhấn mạnh các yêu cầu về nội dung giáo dục: “Bảo đảm tính cơ bản, toàn diện, thiết thực, hiện đại và có hệ thống”, yêu cầu về phương pháp giáo dục: “Phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học; bồi dưỡng cho người học năng lực tự học, khả năng thực hành, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên”. Kỳ họp cũng định hướng phát triển giáo dục là quốc sách hàng đầu nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài. Phát triển giáo dục phải gắn với nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, tiến bộ khoa học. Đặc biệt là phải tiếp cận với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ thông tin (CNTT). Mỗi giáo viên và học sinh phải biết vận dụng các phần mềm hiện đại vào trong quá trình giảng dạy để nâng cao chất lượng học tập và phát huy được tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh. Do đó, giáo viên cần tích cực đổi mới phương pháp dạy học. Thực hiện việc nghiên cứu đổi mới phương pháp dạy học nói chung và đối với môn Vật lý nói riêng nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh trong quá trình học là một nhiệm vụ không hề đơn giản. Một trong những định hướng đổi mới phương pháp giáo dục được thực hiện theo định hướng tăng cường sử dụng các phương tiện dạy học, thiết bị dạy học và ứng dụng CNTT. Đặc biệt là việc sử dụng các phần mềm hiện đại của ngành CNTT trong quá trình dạy học, giúp cho quá trình truyền đạt của giáo viên dễ hiểu hơn còn học sinh lĩnh hội kiến thức sâu sắc và tích cực hơn trong quá trình nhận thức kiến thức mới. Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, vì vậy việc lồng ghép các thí nghiệm vào các bài học Vật lý là một biện pháp quan trọng nhằm nâng cao chất lượng giáo dục và phát huy được tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh. Hiện nay, để có được tất cả các dụng cụ thí nghiệm hoàn chỉnh là một yêu cầu khó đối với cơ sở vật chất các trường trung học phổ thông. Bên cạnh đó khối lượng kiến thức mỗi bài học đều tăng lên, hầu hết các bài đều có thí nghiệm. Vì vậy việc sử dụng các thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lý THPT là một biện pháp quan trọng trong giảng dạy giúp học sinh có thể tiếp thu kiến thức nhanh chóng, 9 sâu sắc, phát huy được tính tích cực trong quá trình nhận thức kiến thức mới. Trong chương trình Vật lý THPT nghiên cứu 4 phần lớn là Cơ - Nhiệt - Điện Quang. Phần Cơ học là phần mở đầu trong chương trình Vật lý THPT là nền tảng cho nội dung phần Nhiệt – Điện – Quang của chương trình Vật lý THPT. Qua nghiên cứu chúng tôi thấy các phần mềm thí nghiệm ảo (Crocodile Physics) hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu về thiết kế và mô phỏng các thí nghiệm ảo để sử dụng trong quá trình dạy học một số thí nghiệm phần Cơ học chương trình Vật lý 10. Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài “Sử dụng phần mềm Crocodile Physics trong dạy học thí nghiệm phần Cơ học chương trình Vật lý lớp 10 nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh” để nghiên cứu trong luận văn của mình với mong muốn góp phần vào việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý có ứng dụng CNTT ở THPT. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu luận điểm về tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh. - Nghiên cứu luận điểm dạy học thí nghiệm. - Nghiên cứu phần mềm Crocodile Physics để mô phỏng các thí nghiệm phần Cơ học - Vật lý 10. - Nghiên cứu quá trình dạy học có sử dụng các thí nghiệm ảo đã được thiết kế và mô phỏng để xây dựng tiến trình dạy học một số thí nghiệm phần Cơ học Vật lý 10. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng hợp, phân tích các quan điểm dạy học thí nghiệm nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh. - Thiết kế 7 thí nghiệm ảo sử dụng phần mềm: Crocodile Physics. - Sử dụng 7 thí nghiệm ảo vào dạy học thí nghiệm một số bài phần Cơ học. 4. Đối tƣợng, khách thể nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu. Tính hiệu quả của việc sử dụng các thí nghiệm đã được lập trình trong quá trình dạy học thí nghiệm phần Cơ học - Vật lý lớp 10 nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh. 10 4.2. Khách thể nghiên cứu. Quá trình dạy học 7 thí nghiệm phần Cơ học của giáo viên và học sinh lớp 10 trường THPT Bến Tắm (Chí Linh, Hải Dương). 5. Giả thuyết khoa học Sử dụng các thí nghiệm ảo đã được lập trình bằng phẩn mềm Crocodile physics để dạy học thí nghiệm phần Cơ học làm tăng tính tích cực của học sinh trong quá trình nhận thức kiến thức phần Cơ học chương trình Vật lý 10. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài được triển khai theo những phương pháp sau:  Phương pháp nghiên cứu tài liệu: - Nghiên cứu về dạy học theo hướng tăng tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh THPT. - Nghiên cứu tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh trong dạy học Vật lý THPT. - Nghiên cứu nội dung phần Cơ học theo chương trình sách giáo khoa Vật lý 10. - Nghiên cứu phần mềm Crocodile Physics.  Phương pháp thực nghiệm: - Sử dụng các thí nghiệm đã thiết kế và mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Physics vào dạy 7 thí nghiệm phần Cơ học tại trường THPT Bến Tắm (Chí Linh, Hải Dương). 7. Câu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1. Cơ sở lý luận Chương 2. Mô phỏng các thí nghiệm phần Cơ học - chương trình Vật lý 10 với phần mềm Crocodile Physics Chương 3. Thực nghiệm sư phạm 11 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1. Những định hƣớng cơ bản đổi mới phƣơng pháp dạy học hiện nay Nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, hội nhập với cộng đồng thế giới trong nền kinh tế cạnh tranh quyết liệt. Để phát triển được nền kinh tế thì yêu cầu ngành giáo dục phải đào tạo nên một đội ngũ nhân lực lao động năng động, sáng tạo, khả năng thực hành giỏi, nhanh nhạy trong việc hội nhập sự phát triển của thời đại công nghệ thông tin đang phát triển mạnh mẽ và đổi mới liên tục nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống xã hội năng động và biến động không ngừng. Chính vì vậy nền giáo dục không chỉ dừng lại ở chỗ trang bị cho học sinh kiến thức công nghệ cơ bản mà nhân loại đã tích lũy được, đã tạo ra mà phải bồi dưỡng cho người học tính năng động cá nhân phải có tư duy sáng tạo và năng lực thực hành giỏi để thích nghi với mọi biến động của nền kinh tế và xã hội hiện đại đã, đang và sẽ biến đổi khá phức tạp. Muốn vậy thì việc đổi mới phương pháp dạy học trong quá trình đào tạo nhân lực là nhiệm vụ được đặt lên hàng đầu. Đổi mới phương pháp dạy học hiện nay được chú trọng đến những vấn đề sau: - Khắc phục lối truyền thụ kiến thức một chiều: Giáo viên chủ động và học sinh thụ động, thầy đọc trò ghi hoặc thầy đọc trò chép…mà phải có sự tương tác giữa giáo viên và học sinh trong suốt quá trình dạy và học. - Đảm bảo thời gian tự học, tự nghiên cứu của học sinh phát huy được vai trò chủ động, tính tự giác của học sinh và cũng là để hình thành khả năng tự lập học sinh-một trong những nhân cách cần thiết của một công dân. - Rèn luyện lối tư duy sáng tạo của học sinh. Đó là khả năng tìm tòi, phát hiện ra cái mới từ cái đã được học; nâng cao hơn nữa là khả năng xử lí các vấn đề tình huống gặp phải trong quá trình học và trong cuộc sống sau này. Đối với học sinh thì biểu hiện sáng tạo được biểu hiện ở những phát hiện, những thắc mắc và những câu trả lời hay, những lời giải đặc biệt. - Áp dụng các phương pháp dạy học tiên tiến, các phương tiện dạy học hiện đại và ứng dụng công nghệ thông tin vào quá trình dạy học. 12 1.2. Cơ sở lý luận về tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh Tư tưởng nhấn mạnh vai trò tích cực, chủ động của người học. Xem người học là chủ thể của quá trình nhận thức đã có từ lâu. Ở thế kỷ XVII, A.Komenxki đã viết: “Giáo dục có mục đích đánh thức năng lực nhạy cảm, phán đoán đúng đắn, phát triển nhân cách...hãy tìm ra phương pháp cho phép giáo viên dạy ít hơn, học sinh học nhiều hơn”. Tư tưởng này bắt đầu rõ rệt từ thế kỷ XVIII-XIX và đã trở nên rất đa dạng trong thế kỷ XX. Đặc biệt, trào lưu giáo dục hướng vào người học xuất hiện đầu tiên ở Mỹ, sau đó lan sang Tây Âu và châu Á mà chủ yếu là ở Nhật bản, thể hiện ở các thuật ngữ “Dạy học hướng vào người học”, “ Dạy học lấy học sinh làm trung tâm”... Ở nước ta, có nhiều nhà nghiên cứu, nhà giáo dục đã nghiên cứu về PPDH tích cực, lấy HS làm trung tâm, phát huy tính tích cực của HS trong quá trình nhận thức như Nguyễn Kỳ, Nguyễn Cảnh Toàn, Đặng Thành Hưng, Trần Bá Hoành... Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh là một hiện tượng sư phạm biểu hiện ở sự cố gắng hết sức cao về nhiều mặt trong hoạt động nhận thức của học sinh. Tính tích cực hoạt động học tập là sự phát triển ở mức độ cao hơn trong tư duy, đòi hỏi một quá trình hoạt động "bên trong" hết sức căng thẳng với một nghị lực cao của bản thân, nhằm đạt được mục đích là giải quyết vấn đề cụ thể nêu ra. Một cách khái quát, I.F.Kharlamop viết: “Tính tích cực trong hoạt động nhận thức là trạng thái hoạt động của học sinh, được đặc trưng bởi khát vọng học tập, sự cố gắng trí tuệ với nghị lực cao trong quá trình nắm vững kiến thức cho chính mình”.[13] Trong Luật Giáo dục, điều 24.2, đã ghi: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp, từng môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”. Tính tích cực học tập đã được các tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu trên nhiều góc độ khác nhau. Theo Aristôva thì có tính tích cực trong nhận thức, học tập chính là có thái độ cải tạo sự vật, hiện tượng trong thế giới khách quan mới giúp cho con người mới không ngừng học tập để chinh phục thiên nhiên, đưa xã hội ngày càng phát triển. Vì vậy, tính tích cực học tập của học sinh là một yêu cầu 13 rất quan trọng bên cạnh việc dạy tích cực của giáo viên trong thời đại ngày nay. Aristôv cho rằng tính tích cực học tập được thể hiện ở hai dạng: tích cực bên trong và tích cực bên ngoài. - Tích cực bên trong: được thể hiện ở sự căng thẳng về trí lực, những hành động và thao tác nhận thức từ cảm giác, tri giác đến tư duy, tưởng tượng. Đồng thời còn thể hiện ở nhu cầu bền vững đối với đối tượng nhận thức, tìm kiếm con đường, phương tiện để giải quyết vấn đề, sự độc đáo trong giải quyết vấn đề. - Tính tích cực học tập bên ngoài: được thể hiện ở đặc điểm hành vi như: nhịp độ, cường độ học tập cao, người học rất năng động, luôn hành động và hoàn thành những công việc được giao với sự chú ý cao. Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh thể hiện ở những hoạt động trí tuệ là tập trung suy nghĩ để trả lời câu hỏi nêu ra, kiên trì tìm cho được lời giải hay của một bài tập khó cũng như hoạt động chân tay là say sưa lắp ráp tiến hành thí nghiệm, hay hoạt động trí óc là sử dụng các phần mềm để làm thí nghiệm ảo.[13] 1.2.1. Biểu hiện của tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh Các dấu hiệu về tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh thường được biểu hiện ở những khía cạnh sau: – Học sinh khảo khát tự nguyện tham gia trả lời các câu hỏi của giáo viên, bổ sung các câu trả lời của bạn và thích được phát biểu ý kiến của mình trước vấn đề nêu ra. – Học sinh hay thắc mắc và đòi hỏi giải thích cặn kẽ những vấn đề chưa rõ. – Học sinh chủ động vận dụng linh hoạt những kiến thức, kỹ năng đã có để nhận thức các vấn đề mới. Học sinh thích thú với việc tìm tòi cái mới cũng như trực tiếp tự bản thân kiểm chứng lại các hiện tượng đã học thông qua thí nghiệm. – Học sinh mong muốn được đóng góp với thầy, với bạn những thông tin mới nhận từ các nguồn kiến thức khác nhau có thể vượt ra ngoài phạm vi bài học, môn học. Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh phổ thông có thể phân biệt theo 3 cấp độ sau: 14 - Sao chép, bắt chước: Kinh nghiệm hoạt động bản thân học sinh được tích luỹ dần thông qua việc tích cực bắt chước hoạt động của giáo viên và bạn bè. Trong hoạt động bắt chước cũng có sự gắng sức của thần kinh và cơ bắp. - Tìm tòi, thực hiện: Học sinh tìm cách độc lập suy nghĩ để giải quyết các bài tập, hiện tượng nêu ra, mò mẫm những cách giải khác nhau và từ đó tìm ra lời giải hợp lý nhất cho vấn đề nêu ra. - Sáng tạo: Học sinh nghĩ ra cách giải mới, độc đáo, hoặc cấu tạo những bài tập mới cũng như cố gắng tự lắp đặt những thí nghiệm hay tự thiết kế thí nghiệm ảo bằng các phần mềm công nghệ để chứng minh cho bài học. Tuy mức độ sáng tạo của học sinh có hạn nhưng đó là mầm móng để phát triển tính sáng tạo về sau.[13] 1.2.2. Đặc điểm của tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh Tích cực hóa hoạt động nhận thức trong học tập của học sinh thực chất là tập hợp các hoạt động nhằm chuyển biến vị trí từ học bị động sang chủ động, tự bản thân đi tìm kiếm tri thức, tự làm thí nghiệm kiểm chứng các hiện tượng của bài học để nâng cao hiệu quả học tập. Đặc trưng cơ bản của tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh trong quá trình học tập là sự linh hoạt của học sinh dưới sự định hướng, đạo diễn của giáo viên với mục đích cuối cùng là học sinh tự mình khám phá ra kiến thức cùng với cách tìm ra kiến thức. Nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh thì quá trình dạy học phải diễn biến sao cho: – Học sinh được đặt ở vị trí chủ thể, tự giác, tích cực, sáng tạo trong quá trình nhận thức của bản thân. – Giáo viên là người đạo diễn, định hướng trong hoạt động dạy học. – Quá trình dạy học phải dựa trên sự nghiên cứu những quan niệm, kiến thức sẵn có của người học, khai thác những thuận lợi đồng thời nghiên cứu kỹ những chướng ngại có khả năng xuất hiện trong quá trình dạy học. – Mục đích dạy học không chỉ dừng lại ở việc cung cấp tri thức, kỹ năng, kỹ xảo mà còn phải dạy cho học sinh cách học, cách tự học, tự hoạt động nhận thức nhằm đáp ứng các nhu cầu của bản thân và xã hội.[2] 15 Tính tích cực của người học trong quá trình nhận thức là tiêu chí để đánh giá tính hiệu quả của quá trình dạy học. Bảng 1.1. Tiêu chí đánh giá dạy học tích cực với dạy học truyền thống[2] Dạy học truyền thống Cung cấp sự kiện, nhớ tốt, học thuộc lòng. Giáo viên là nguồn kiến thức duy nhất. Học sinh làm việc một mình. Dạy thành từng bài riêng biệt. Dạy học tích cực Cung cấp kiến thức cơ bản có chọn lọc. Ngoài kiến thức học được ở lớp, còn có nhiều nguồn kiến thức khác: bạn bè, phương tiện thông tin đại chúng... Tự học, kết hợp với nhóm, tổ và sự giúp đỡ của giáo viên. Hệ thống bài học. Coi trọng độ sâu của kiến thức, không chỉ Coi trọng trí nhớ. nhớ mà còn suy nghĩ, đặt ra nhiều vấn đề mới. Làm sơ đồ, mô hình, làm bộc lộ cấu trúc Ghi chép tóm tắt. bài học, giúp học sinh dễ nhớ và vận dụng. Chỉ dừng lại ở câu hỏi, bài tập. Không gắn lí thuyết với thực hành. Thực hành nêu ý kiến riêng. Lí thuyết kết hợp với thực hành, vận dụng kiến thức vào cuộc sống. Cổ vũ cho học sinh tìm tòi bổ sung kiến Dùng thời gian học tập để nắm thức từ việc nghiên cứu lí luận và từ kiến thức do thày giáo truyền thụ. những bài học kinh nghiệm rút ra từ thực tiễn. Nguồn kiến thức hạn hẹp. Nguồn kiến thức rộng lớn. 16 1.2.3. Các biện pháp tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh. Các biện pháp nâng cao tính tích cực nhận thức của học sinh trong quá trình dạy học được phản ánh như sau: 1. Nói lên ý nghĩa lí thuyết và thực tiễn, tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu. 2. Nội dung dạy học phải mới, nhưng không quá xa lạ với học sinh mà cái mới phải liên hệ, phát triển cái cũ và có khả năng áp dụng trong tương lai. Kiến thức phải có tính thực tiễn, gần gũi với sinh hoạt, suy nghĩ hàng ngày, thỏa mãn nhu cầu nhận thức của học sinh. 3. Phải dùng các phương pháp đa dạng: nêu vấn đề, thí nghiệm, thực hành, so sánh, tổ chức thảo luận, xêmina và phối hợp chúng với nhau. 4. Kiến thức phải được trình bày trong dạng động, phát triển và mâu thuẫn với nhau, tập trung vào những vấn đề then chốt, có lúc diễn ra một cách đột ngột, bất ngờ. 5. Sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại. 6. Sử dụng các hình thức tổ chức dạy học khác nhau: cá nhân, nhóm, tập thể, tham quan, làm việc trong vườn trường, phòng thí nghiệm. 7. Luyện tập, vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong các tình huống mới. 8. Thường xuyên kiểm tra đánh giá, khen thưởng và kỉ luật kịp thời, đúng mức. 9. Kích thích tính tích cực qua thái độ, cách ứng xử giữa giáo viên và học sinh. 10. Phát triển kinh nghiệm sống của học sinh trong học tập qua các phương tiện thông tin đại chúng và các hoạt động xã hội. 11. Tạo không khí đạo đức lành mạnh trong lớp, trong trường, tôn vinh sự học nói chung và biểu dương những học sinh có thành tích học tập tốt. 12. Có sự động viên, khen thưởng từ phía gia đình và xã hội.[13] 1.3. Tính tích cực hóa trong quá trình nhận thức của học sinh khi dạy học thí nghiệm phần cơ học Vật lý 10 thông qua sử dụng phần mềm Vật lý ảo. Đối với bộ môn Vật lý, tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh gắn liền với việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng kết hợp các phương pháp dạy học nhằm tăng tích cực hóa hoạt động nhận thức; khai thác thí nghiệm trong dạy học Vật lý nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học 17 sinh và đổi mới việc kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh trong dạy học hiện nay. 1.3.1. Hoạt động nhận thức Vật lý Hoạt động nhận thức thức Vật lý là khá phức tạp. Tuy nhiên có thể kể đến các hành động chính của hoạt động nhận thức Vật lý sau: – Quan sát hiện tượng tự nhiên, nhận biết đặc tính bên ngoài của sự vật, hiện tượng. Ví dụ như quan sát sự chuyển động của các vật để nhận biết về sự thay đổi vị trí của các vật, quán tính của vật và tính tương đối của quỹ đạo chuyển động và của vận tốc. – Tác động vào tự nhiên, làm bộc lộ những mối quan hệ, những thuộc tính của sự vật, hiện. Xác định mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng. Ví dụ như tác dụng vào mặt nước tạo sóng và giao thoa sóng. – Xác định mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng. Ví dụ như tác dụng các lực khác nhau vào các vật có khối lượng khác nhau để xác định mối quan hệ của gia tốc, lực tác dụng, khối lượng của vật của định luật II Newton. – Xây dựng những giả thiết hay mô hình để lý giải nguyên nhân của hiện tượng quan sát được. Từ giả thiết, mô hình suy ra những hệ quả. Ví dụ như giả thiết vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ để tìm hiểu sự rơi của các vật trong không khí và trong chân không (sự rơi tự do). – Xây dựng các phương án thí nghiệm để kiểm tra các hệ quả. Ví dụ thí nghiệm kiểm chứng thời gian rơi của vật bị ném ngang và sự rơi tự do. – Đánh giá kết quả thu được từ thí nghiệm. Ví dụ như thí nghiệm kiểm chứng thời gian rơi của vật chuyển động ném ngang bằng thời gian rơi của vật đó thả rơi tự do ở cùng một vị trí. – Khái quát hóa kết quả, rút ra tính chất, quy luật hình thành các khái niệm, định luật và thuyết Vật lý. Ví dụ như khảo sát chuyển động của con lắc đơn để thấy sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng và phát biểu định luật bảo toàn cơ năng khi bỏ qua sức cản không khí và ma sát giữa vật và không khí. – Vận dụng kiến thức khái quát vào thực tiễn. Ví dụ vận dụng thuyết động học phân tử để giải thích các định luật của chất khí.[20] 18 1.3.2. Dạy học Vật lý theo hướng tích cực hóa quá trình nhận thức của học sinh. 1.3.2.1. Quan niệm về phương pháp dạy học Vật lý theo hướng tích cực Khi nói tới phương pháp tích cực trong dạy học vật lý, thực tế là nói tới một nhóm các phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực của học sinh. Cơ sở của phương pháp luận là lý luận, trong quá trình dạy học Vật lý cần kích thích sự hứng thú trong học tập cho học sinh, cần phát huy tính tích cực, tính tự lực sáng tạo trong học tập của học sinh. Để làm điều đó đòi hỏi người giáo viên phải lựa chọn, tìm tòi những phương pháp dạy học phù hợp với nội dung bài học, đặc điểm của đối tượng, điều kiện vật chất, và đây là một hoạt động sáng tạo của giáo viên trong hoạt động dạy. Phương pháp dạy học Vật lý theo hướng tích cực cần thể hiện được sự phản ánh quá trình nhận thức của học sinh nhằm đạt được mục đích đã đề ra trong đó giáo viên tổ chức cho học sinh hoạt động theo hướng tích cực, giúp học sinh tự giác tiếp nhận kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo nhằm đạt được mục đích đề ra với kết quả cao.[11] 1.3.2.2. Các biện pháp sư phạm nhằm tích cực trong quá trình nhận thức học sinh trong dạy học Vật lý Để tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh, ngoài việc tạo ra không khí học tập tốt, về mặt phương pháp dạy học, cần thực hiện tốt các vấn đề sau: a) Trong quá trình dạy học cần phối hợp tốt các phương pháp dạy học nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh. Trong thực tiễn, có nhiều phương pháp dạy học khác nhau như phương pháp dạy học, phương pháp trực quan, phương pháp thí nghiệm biểu diễn, phương pháp thí nghiệm mô phỏng,... Các phương pháp dạy học mà giáo viên đã lựa chọn phối hợp cùng với những biện pháp thích hợp trong từng bài học là điều quan trọng trong việc duy trì hứng thú, tích cực thường xuyên của học sinh trong giờ học. Như vậy, sự lựa chọn và phối hợp các phương pháp dạy học trong từng bài, từng chương là vấn đề quan trọng cần xem xét đến những đặc trưng cơ bản của từng phương pháp dạy học để phát huy vai trò tích cực của học sinh. Bên cạnh đó cần quan tâm đến kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo và năng lực tư duy về vấn đề cần 19 nghiên cứu, thái độ của học sinh đối với bộ môn mà học sinh tham gia nghiên cứu.[11] b) Khai thác thí nghiệm Vật lý trong dạy học theo hướng tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh Trong thực tế, từ thực nghiệm và thí nghiệm đôi khi được sử dụng đồng nghĩa với nhau. Tuy nhiên, với tư cách là phương pháp nhận thức, thực nghiệm khoa học và thí nghiệm có nhiều ý nghĩa khác biệt. Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, vì vậy, sử dụng rộng rãi các thí nghiệm Vật lý ở nhà trường trung học phổ thông hiện nay là một trong những biện pháp quan trọng nhằm nâng cao chất lượng dạy học, góp phần tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh. Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các 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. Cụ thể, thí nghiệm là quá trình tạo ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát, thu thập dữ liệu. Mục đích của thí nghiệm là tạo ra được hiện tượng và thu được các dữ liệu quan sát, đo đạc, còn mục đích của thực nghiệm khoa học là dựa trên việc tiến hành thí nghiệm để đề xuất hoặc kiểm tra xác minh giả thuyết khoa học. Dựa trên việc thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thể, thiết bị, dụng cụ, quan sát, đo đạc, xử lí số liệu) để thu được thông tin trả lời cho vấn đề đặt ra.[7] Thí nghiệm Vật lý có các đặc điểm sau: - Đặc điểm đặc biệt quan trọng của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó (biến phụ thuộc) do sự biến đổi của đại lượng khác (biến độc lập). Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc. - Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định, sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu; phương tiện gây tác 20