Tài liệu Sử dụng thí nghiệm phần mềm mô phỏng và bản đồ tư duy trong dạy học chương điện tích điện trường vật lí 11

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM –––––––––––––––––––– NGUYỄN THU THỦY SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƢỜNG” - VẬT LÍ 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM --------------------- NGUYỄN THU THỦY SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƢỜNG” - VẬT LÍ 11 Chuyên ngành: LL&PPDH Bộ môn Vật lý Mã số: 60.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Trần Đức Vƣợng THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình của các tác giả nào khác. Thái Nguyên, tháng 8 năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thu Thủy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN i http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học TS. Trần Đức Vƣợng, đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Sau đại học, khoa Vật lí, các thầy cô giáo giảng dạy cùng toàn thể các bạn học viên lớp cao học K21 trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tận tình giảng dạy, góp nhiều ý kiến quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu khoa học và làm luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô giáo và các em học sinh của trường THPT Lương Thế Vinh- Cẩm Phả- Quảng Ninh đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Chân thành cảm ơn những tình cảm quý báu của những người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên, góp ý và tiếp thêm động lực để tôi hoàn thành luận văn này. Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian có hạn và năng lực bản thân còn nhiều hạn chế trong kinh nghiệm nghiên cứu, nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Thái Nguyên, tháng 8 năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thu Thủy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN ii http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Lời cam đoan .................................................................................................................. i Lời cảm ơn .....................................................................................................................ii Mục lục ........................................................................................................................ iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ........................................................................... iv Danh mục các bảng ........................................................................................................ v Danh mục các hình ....................................................................................................... vi MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................ 3 3. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................... 3 4. Giả thuyết khoa học .................................................................................................. 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................................ 3 6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 3 7 . Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 4 8. Đóng góp của đề tài .................................................................................................. 4 9. Cấu trúc luận văn ......................................................................................................... 4 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY ĐỂ PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC NHẬN THỨC CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ ............................................................................................................... 5 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu. ............................................................................... 5 1.2. Hoạt động nhận thức và tính tích cực hoạt động nhận thức của HS ..................... 7 1.2.1. Hoạt động nhận thức của học sinh ...................................................................... 7 1.2.2. Tính tích cực hoạt động nhận thức của học sinh ................................................ 9 1.2.3. Các biện pháp chung phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh ................... 13 1.3. Dạy học nêu và giải quyết vấn đề trong dạy học Vật lí ....................................... 13 1.3.1. Khái niệm dạy học giải quyết vấn đề ................................................................ 13 1.3.2. Tổ chức tiến trình dạy học theo các pha thích hợp ........................................... 15 1.3.3. Trình bày giáo án .............................................................................................. 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN iii http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.4. Thí nghiệm trong dạy học vật lí ........................................................................... 17 1.4.1. Khái niệm về thí nghiệm vật lí ......................................................................... 17 1.4.2. Phân loại thí nghiệm vật lí trong trường phổ thông .......................................... 17 1.4.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ..................................................... 18 1.5. Phần mềm mô phỏng trong dạy học vật lí ........................................................... 18 1.5.1. Khái niệm phần mềm mô phỏng ....................................................................... 18 1.5.2. Các loại phần mềm mô phỏng trong dạy học Vật lí ......................................... 18 1.5.3. Vai trò của phần mềm mô phỏng đối với dạy học Vật lí .................................. 19 1.6. Bản đồ tư duy ....................................................................................................... 19 1.6.1. Khái niệm bản đồ tư duy................................................................................... 19 1.6.2. Cách đọc bản đồ tư duy .................................................................................... 19 1.6.3. Cách vẽ bản đồ tư duy ...................................................................................... 20 1.6.4. Các ứng dụng của bản đồ tư duy trong dạy học ............................................... 21 1.7. Thực trạng của việc sử dụng TN, PMMP và BĐTD ở trường THPT ................. 24 1.7.1. Về cơ sở vật chất của trường THPT Lương Thế Vinh, thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh ................................................................................................. 24 1.7.2. Về phía giáo viên .............................................................................................. 24 1.7.3. Về phía học sinh ............................................................................................... 25 1.7.4. Khả năng sử dụng TN, PMMP và BĐTD trong dạy học Vật lí ....................... 26 1.7.5. Một số khó khăn khi sử dụng TN, PMMP và BĐTD trong dạy học ..................... 27 1.8. Kết luận chương 1 ................................................................................................ 27 Chƣơng 2: XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƢƠNG “ ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƢỜNG ” - VẬT LÝ 11 VỚI VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY ............................................................. 28 2.1. Đặc điểm chương “Điện tích- Điện trường”- Vật lí 11 ....................................... 28 2.1.1. Đặc điểm cấu trúc nội dung chương “Điện tích- Điện trường”- Vật lí 11 ....... 28 2.1.2. Chuẩn kiến thức và kĩ năng chương “ Điện tích- Điện trường”- Vật lí 11....... 29 2.1.3. Nội dung dạy học chương “Điện tích- Điện trường” ....................................... 30 2.2. Một số định hướng trong việc tổ chức hoạt động nhận thức với sự hỗ trợ của bản đồ tư duy để phát huy tính tích cực nhận thức cho học sinh ............................... 42 2.2.1. Chú ý hướng dẫn và rèn luyện kỹ năng xây dựng BĐTD cho HS ................... 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn 2.2.2. Lựa chọn đúng đắn chủ đề để có thể phát huy tính tích cực nhận thức của HS với sự hỗ trợ của BĐTD ....................................................................................... 43 2.2.3. Hướng dẫn học sinh kỹ năng vẽ bản đồ tư duy ................................................ 43 2.2.4. Một số biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức của HS với sự hỗ trợ của BĐTD ................................................................................................................... 45 2.3. Thiết kế tiến trình dạy học một số bài cụ thể trong chương “Điện tích - Điện trường” - Vật lí 11 theo hướng nghiên cứu của đề tài ................................................ 47 2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................................ 63 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ................................................................ 64 3.1. Mục đích và nhiệm vụ TNSP............................................................................... 64 3.1.1. Mục đích ........................................................................................................... 64 3.1.2. Nhiệm vụ........................................................................................................... 64 3.2. Đối tượng và nội dung TNSP .............................................................................. 65 3.2.1. Đối tượng .......................................................................................................... 65 3.2.2. Nội dung ........................................................................................................... 65 3.3. Phương pháp TNSP ............................................................................................. 65 3.4. Đánh giá thực nghiệm sư phạm (TNSP) .............................................................. 66 3.4.1. Phương pháp đánh giá kết quả TNSP ............................................................... 66 3.4.2. Kết quả và xử lí kết quả TNSP ......................................................................... 67 3.5. Kết luận chương 3 ................................................................................................ 75 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ........................................................................... 76 1. Kết luận ................................................................................................................... 76 2. Khuyến nghị ............................................................................................................ 77 3. Hướng phát triển của đề tài ..................................................................................... 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 79 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết đầy đủ STT Viết tắt 1 BĐTD Bản đồ tư duy 2 CNTT Công nghệ thông tin 3 ĐC 4 ĐHSP 5 GD & ĐT 6 GV Giáo viên 7 HS Học sinh 8 NXB Nhà xuất bản 9 PGS Phó giáo sư 10 PMMP Phần mềm mô phỏng 11 PPDH Phương pháp dạy học 12 PTDH Phương tiện dạy học 13 SGK Sách giáo khoa 14 THCS Trung học cơ sở 15 THPT Trung học phổ thông 16 TN 17 TNSP 18 TS 19 TTCNT Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Đối chứng Đại học sư phạm Giáo dục và Đào tạo Thực nghiệm Thực nghiệm sư phạm Tiến sỹ Tính tích cực nhận thức iv http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Bảng điều tra phương pháp dạy học của giáo viên .....................................24 Bảng 1.2. Bảng khảo sát thực trạng học tập của HS với môn Vật lí ...........................25 Bảng 1.3. Bảng khảo sát khả năng nhận thức, mức độ tích cực của học sinh .............25 Bảng 3.1. Bảng số liệu HS được chọn làm mẫu TNSP ...............................................66 Bảng 3.2. Thống kê các biểu hiện của tính tích cực, tự lực của HS ............................68 Bảng 3.3. Ý kiến của GV sau khi dự giờ tổ chức dạy học có sử dụng TN, PMMP và BĐTD ....................................................................................................69 Bảng 3.4. Ý kiến của HS sau khi học giờ Vật lí có sử dụng TN, PMMP và BĐTD ...69 Bảng 3.5. Bảng thống kê điểm số Xi (Yi) của bài kiểm tra ( phân bố tần số) .............71 Bảng 3.6. Xếp loại điểm kiểm tra ................................................................................71 Bảng 3.7. Bảng phân bố tần suất .................................................................................72 Bảng 3.8. Bảng lũy tích hội tụ .....................................................................................73 Bảng 3.9. Bảng tổng hợp các tham số thống kê ..........................................................74 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ các pha của tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học..........................................15 Hình 1.2. Cách đọc bản đồ tư duy ...............................................................................19 Hình 2.1. BĐTD chương “ Điện tích- Điện trường ” .................................................30 Hình 2.2. Vẽ hình ảnh trung tâm “ Bài 1. “ Điện tích. Định luật Cu-Lông ” ..............44 Hình 2.3. Vẽ nhánh cấp 1 “Bài 1. “Định luật Cu-lông” ..............................................44 Hình 2.4. Vẽ nhánh cấp 2, cấp 3 “Bài 2. “Thuyết eelectron. Định luật bảo toàn điện tích””...................................................................................................45 Hình 2.5. BĐTD về định luật Cu-lông ........................................................................61 Hình 2.6. BĐTD tổng kết bài Điện tích. Định luật Cu-lông........................................62 Hình 3.1. Biểu đồ xếp loại kiểm tra .............................................................................71 Hình 3.2. Đồ thị phân bố tần suất ................................................................................72 Hình 3.3. Đồ thị lũy tích hội tụ ....................................................................................73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN vi http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI, thế kỷ của khoa học, công nghệ với sự phát triển không ngừng hàng ngày hàng giờ của các Quốc gia trên thế giới về các lĩnh vực: Kinh tế, khoa học giáo dục, quân sự...và trong một tình hình chính trị với những diễn biến phức tạp, khó lường.Trong bối cảnh thế giới như vậy, đòi hỏi nền giáo dục Việt Nam phải nỗ lực không ngừng để đào tạo ra nguồn nhân lực có đầy đủ tri thức đáp ứng cho công cuộc Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước để hội nhập quốc tế và tạo ra những cơ hội phát triển cho đất nước mình. Trước những yêu cầu và thách thức đó đòi hỏi giáo dục nước ta không ngừng đổi mới một cách sâu sắc và toàn diện, trong đó đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng giáo dục. Quan điểm xuyên suốt của việc đổi mới PPDH ở trường phổ thông là “dạy học lấy học sinh làm trung tâm”, tức là dạy học sao cho học sinh (HS) phải hoạt động tích cực, tự lực để chiếm lĩnh kiến thức, từ đó phát triển năng lực sáng tạo, hình thành kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, bồi dưỡng tình cảm, thái độ cho HS. [26]. Nghị quyết trung ương 2, khóa VIII đã chỉ rõ: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng phương pháp tiên tiến và hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh...” [11]. Điều 28 Luật giáo dục đã quy định: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải biết phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kỹ thuật vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hứng thú học tập cho mọi học sinh” [26]. Trước sự chỉ đạo sát sao của Đảng và Nhà nước, nền giáo dục Việt Nam đã và đang tích cực đổi mới phương pháp giảng dạy ở tất cả các cấp học, bậc học với sự hỗ trợ của các ứng dụng của công nghệ thông tin(CNTT) trong giảng dạy. Trong dạy học Vật lí với đặc thù chủ yếu là môn khoa học thực nghiệm, nên việc sử dụng thí nghiệm 1 (TN) trong giảng dạy là rất quan trọng. TN giúp giờ giảng thêm sinh động, tạo được niềm tin và phát huy được tính tích cực nhận thức của HS trong học tập. Tuy nhiên các quá trình, các hiện tượng Vật lí và sự biến đổi của các đại lượng Vật lí đôi khi rất khó quan sát hoặc không thể quan sát được một cách đầy đủ vì quá trình diễn ra trong một kích thước rất nhỏ. Điều đó gây khó khăn trong việc nghiên cứu tìm ra quy luật của chúng. Những vấn đề đó sẽ được giải quyết khi chúng ta biết sử dụng hiệu quả sự hỗ trợ của CNTT. [18] Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu về não bộ cho thấy: “Khi chúng ta thường ghi chép thông tin bằng các ký tự, đường thẳng, con số. Với cách ghi chép này, chúng ta mới chỉ sử dụng một nửa của bộ não-não trái, mà chưa sủ dụng kỹ năng bên não phải, nơi giúp chúng ta xử lý các thông tin về nhịp điệu, màu sắc...và cách ghi chép thông thường khó nhìn được tổng thể của cả vấn đề. Qua nghiên cứu cho thấy, nhiều HS chưa biết cách học, cách ghi kiến thức vào bộ não mà chỉ học thuộc lòng, học vẹt, thuộc nhưng không nhớ được kiến thức trọng tâm và sự kiện nổi bật trong tài liệu đó, hoặc không biết cách liên kết các kiến thức có liên quan với nhau, và không có nhiều hứng thú trong việc học. Vậy câu hỏi đặt ra là: Chúng ta sẽ đạt được những gì khi sử dụng nhiều hơn nữa chức năng của bộ não? Học tập như thế nào và sử dụng công cụ gì để tận dụng và phát huy tối đa khả năng bộ não?” [32, tr.28]. Giải pháp mà luận văn này muốn hướng đến chính là việc sử dụng TN, phần mềm mô phỏng (PMMP) và đặc biệt nghiên cứu các ứng dụng của bản đồ tư duy (BĐTD) vào dạy học. BĐTD là phương tiện tư duy mới. Đó là hình thức ghi chép nhằm tìm tòi, đào sâu, mở rộng một ý tưởng, hệ thống hoá một chủ đề hay một mạch kiến thức bằng cách kết hợp việc sử dụng đồng thời hình ảnh, đường nét, màu sắc, chữ viết với sự tư duy tích cực. BĐTD có thể vẽ trên giấy, bảng… hoặc có thể thiết kế trên powerpoint hoặc các phần mềm bản đồ tư duy như là phần mềm Mindmap, Free Mind, Mindjet mind ManagerPro7… Qua đó, BĐTD giúp phát huy tối đa năng lực sáng tạo, năng lực tư duy của con người. Trên cơ sở những lý do đã được trình bày trên và kết hợp với vấn đề thực tế hiện nay, trong dạy học việc kết hợp TN, PMMP và BĐTD chưa được sử dụng nhiều trong giảng dạy. 2 Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn vấn đề nghiên cứu: “Sử dụng thí nghiệm, phần mềm mô phỏng và bản đồ tƣ duy trong dạy học chƣơng “Điện tích - Điện trường”- Vật lí 11” làm đề tài luận văn thạc sĩ. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng tiến trình dạy học chương “Điện tích - Điện trường” - Vật lí 11 với việc sử dụng TN, PMMP và BĐTD nhằm phát huy tính tích cực nhận thức của HS. 3. Đối tƣợng nghiên cứu Hoạt động dạy và học Vật lí theo hướng phát huy tính tích cực nhận thức cho HS với việc sử dụng TN, PMMP và bản đồ tư duy. 4. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được tiến trình dạy học chương “Điện tích - Điện trường” -Vật lí 11 với việc sử dụng TN, PMMP và bản đồ tư duy có thể sẽ phát huy được tính tích cực nhận thức cho HS, qua đó nâng cao hiệu quả dạy học Vật lí ở trường THPT. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy cần phải thực hiện nhiệm vụ sau: 5.1. Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của vấn đề phát huy tính tích cực nhận thức cho học sinh với việc sử dụng TN, PMMP và bản đồ tư duy. 5.2. Nghiên cứu nội dung chương trình sách giáo khoa và xây dựng sơ đồ cấu trúc logic chương “Điện tích - Điện trường” - Vật lí 11. 5.3. Nghiên cứu xây dựng tiến trình dạy học chương “Điện tích - Điện trường” Vật lí 11 với việc sử dụng TN, PMMP và bản đồ tư duy. 5.4. Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT để khẳng định tính khả thi của tiến trình dạy học đề xuất và rút ra kết luận. 6. Phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ của một luận văn thạc sĩ, chúng tôi chỉ nghiên cứu xây dựng tiến trình dạy học với việc sử dụng TN, PMMP và bản đồ tư duy theo hướng phát huy tính tích cực nhận thức cho HS trong chương “Điện tích - Điện trường” - Vật lí 11 ở một trường THPT tỉnh Quảng Ninh. 3 7 . Phương pháp nghiên cứu 7.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 7.2.1. Phương pháp điều tra 7.2.2. Phương pháp quan sát 7.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 7.4. Phương pháp thống kê toán học 8. Đóng góp của đề tài - Góp phần làm phong phú thêm cơ sở lý luận trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông với việc sử dụng TN, PMMP và bản đồ tư duy để phát huy tính tích cực nhận thức cho HS. - Các giáo án xây dựng theo hướng phát huy tính tích cực nhận thức cho HS THPT qua chương “Điện tích - Điện trường” -Vật lí 11 với việc sử dụng của TN, PMMP và bản đồ tư duy hy vọng sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho giáo viên (GV) THPT. 9. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, phần nội dung luận văn gồm ba chương: Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc phát huy tính tích cực nhận thức cho HS trong dạy học Vật lí với sự hỗ trợ của TN, PMMP và bản đồ tư duy. Chương 2: Xây dựng tiến trình dạy học chương “Điện tích - Điện trường” Vật lí 11 với việc sử dụng TN, PMMP và bản đồ tư duy. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. 4 Chƣơng 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM, PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ BẢN ĐỒ TƢ DUY ĐỂ PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC NHẬN THỨC CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu. Vấn đề tổ chức quá trình dạy học nhằm phát huy tính tích cực,năng lực sáng tạo của người học không phải là vấn đề mới trong lí luận và thực tiễn dạy học, nó đã có từ rất sớm ở cả phương Tây, phương Đông cũng như ở Việt Nam. Học Vật lí lại càng cần phát triển năng lực tích cực, năng lực tư duy của HS để không phải chỉ biết mà còn phải hiểu để giải thích hiện tượng vật lí cũng như áp dụng kiến thức và kỹ năng vào các hoạt động trong cuộc sống gia đình và cộng đồng. Trong quá trình giảng dạy và học tập Vật lí để nhằm đạt được kết quả cao, tạo được sự tin yêu của người học vào môn học thì việc sử dụng thí nghiệm và sử dụng thí nghiệm hợp lý trong giờ học Vật lí là một trong những biện pháp hữu hiệu nhất. Thí nghiệm là một phương pháp dạy học Vật lí. Đó là cách thức, là biện pháp tổ chức các hoạt động dạy - học của người GV thể hiện qua sự cộng tác giữa thầy và trò nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong việc truyền thụ, lĩnh hội tri thức Vật lí và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo thực hành. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu có những đối tượng nghiên cứu không thể tri giác trực tiếp bằng các giác quan của con người thì việc sử dụng công nghệ thông tin để hỗ trợ trong dạy học Vật lí là hết sức cần thiết, nhất là các PMMP nhằm để trực quan hóa các hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu. Vì vậy đòi hỏi phải đổi mới mạnh mẽ PPDH. Các PPDH là một ngành của khoa học giáo dục, nó nghiên cứu quá trình DH của các môn học. Nhiệm vụ lí luận DH môn là nghiên cứu, áp dụng các PPDH chung đã được nghiên cứu trong lí luận DH vào thực tiễn của môn học cụ thể, có tính đến các đặc điểm nội dung và PP khoa học đặc trưng cho khoa học tương ứng, trong đó có môn Vật lí. Như vậy PPDH luôn là vấn đề hạt nhân quan trọng của nền giáo dục của tất cả các nước trên thế giới, có tầm quan trọng đối với sự phát triển khoa học của nhân loại. Định hướng chung về đổi mới PPDH là phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo, tự học, kỹ năng 5 vận dụng vào thực tiễn, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, tạo được hứng thú học tập cho HS, tận dụng được công nghệ mới nhất, khắc phục lối dạy truyền thống truyền thụ một chiều các kiến thức có sẵn. Rất cần phát huy cao năng lực tự học, học suốt đời trong thời đại bùng nổ thông tin [35]. Chính vì vậy, trên thế giới vấn đề “ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí” đã được nhiều nhà lí luận dạy học quan tâm trong đó có việc sử dụng “phần mền dạy học”. Các tác giả Vincentas Lamannauskas, Rytis Vilkonis đã tiến hành nghiên cứu soạn bài giảng online. Đồng thời các tác giả cũng nêu lên lợi ích khi sử dụng phần mềm ứng dụng trong dạy học Vật lí: Góp phần làm rõ các sự vật, hiện tượng Vật lí, làm tăng thêm hứng thú trong quá trình hoạt động nhận thức cho HS. Nếu vận dụng một cách phù hợp phần mềm dạy học vào từng bài dạy, từng đối tượng HS ở từng địa phương sẽ làm thúc đẩy hoạt động nhận thức của HS, tăng hiệu quả học tập cho HS và giảm sự vất vả cơ học của giáo viên trên bục giảng [29]. Bên cạnh đó việc sử dụng BĐTD trong dạy học cũng đang được nhiều GV quan tâm. Trong những năm gần đây thuật ngữ BĐTD đã thu hút ngày càng nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu giáo dục. Dự án phát triển giáo dục THCS đã tập huấn sử dụng BĐTD, thu hút được sự tham gia đông đảo của các nhà quản lý giáo dục, GV và HS tham gia. Nhiều GV đã nghiên cứu ứng dụng BĐTD vào dạy học và đã đạt được những hiệu quả nhất định trong việc phát huy tính tích cực, tự lực của HS đáp ứng yêu cầu đổi mới PPDH [37]. Trong các công trình nghiên cứu có sử dụng BĐTD trong dạy học, các tác giả đều sử dụng BĐTD như một công cụ hỗ trợ phát huy tính tích cực, tự lực, tự chủ, sáng tạo cho HS nhằm đáp ứng mục tiêu dạy học và yêu cầu đổi mới PPDH. Với những ưu điểm của BĐTD thì việc sử dụng BĐTD trong dạy học chắc chắn sẽ phát huy tính tích cực, tự lực của HS, góp phần nâng cao kết quả học tập của các em. Trong hệ thống kiến thức Vật lí ở trường phổ thông, kiến thức chương “Điện tích-điện trường” -Vật lí 11 giữ một vai trò quan trọng. Đây là phần kiến thức tương đối khó. Nội dung kiến thức này được xây dựng theo mức độ từ khảo sát định tính các hiện tượng gần gũi với kinh nghiệm và hiểu biết của HS ở cấp cơ sở đến việc 6 không chỉ mở rộng, đi sâu vào bản chất Vật lí, cơ chế của các hiện tượng điện mà còn nâng cao ở mức định lượng và quan tâm đến các ứng dụng kĩ thuật... Tuy nhiên, trong thực tế dạy học ở trường phổ thông hiện nay việc dạy học các kiến thức này chưa đạt được như mong muốn, còn tồn tại chủ yếu tình trạng dạy học mang tính chất độc thoại, giảng giải, thông báo, áp đặt, tái hiện... mang tính một chiều của GV, nên HS gặp rất nhiều khó khăn khi học phần này. Khi học phần này HS ít được quan sát các hiện tượng Vật lí một cách đầy đủ bằng TN, chưa hiểu đầy đủ bản chất của các hiện tượng, quá trình, tính chất và ứng dụng. Đối với GV cũng gặp không ít khó khăn khi dạy phần kiến thức chương này. Nên việc sử dụng TN, PMMP và BĐTD để phát huy tính tích cực nhận thức cho HS khi dạy chương“Điện tích-điện trường” là cần thiết. Qua tìm hiểu chúng tôi thấy có một số luận văn nghiên cứu về kiến thức chương này như: Luận văn của tác giả Nguyễn Thị Cúc: Xây dựng tài liệu hướng dẫn tự học chương“Điện tích-điện trường”-Vật lí 11 Nâng cao; Phạm Thanh Hoài: Nghiên cứu dạy và học bài tập chương “Điện tích-điện trường”-Vật lí 11 THPT theo hướng phát triển nhận thức tích của học sinh; Nguyễn Thị Thu Hiền: Thiết kế và sử dụng bài giảng điện tử hỗ trợ và dạy học vật lí chương“Điện tích-điện trường”-Vật lí 11Cơ bản THPT; Trịnh Thị Hiệp: Nghiên cứu chế tạo và sử dụng một số dụng cụ thí nghiệm đơn giản kết hợp ứng dụng CNTT để dạy học kiến thức phần “Điện tích-điện trường”-Vật lí 11 THPT; Nguyễn Tiến Vinh: Tổ chức hoạt động ngoại khóa về các kiến thức “Điện tích-điện trường”-Vật lí 11 theo hướng phát huy tính tích cực năng lực sáng tạo của học sinh. Các luận văn trên mới đi sâu vào việc sử dụng TN hay kết hợp giữa TN và CNTT… Như vậy, việc sử dụng kết hợp giữa TN, PMMP và BĐTD chưa có luận văn nào đề cập đến. Chính vì vậy có thể thấy việc nghiên cứu: “Sử dụng thí nghiệm, phần mềm mô phỏng và bản đồ tư duy trong dạy chương“Điện tích-điện trường”Vật lí 11”. làm một đề tài nghiên cứu mới. 1.2. Hoạt động nhận thức và tính tích cực hoạt động nhận thức của HS 1.2.1. Hoạt động nhận thức của học sinh Theo quan điểm triết học Mác-Lênin, nhận thức là quá trình phản ánh biện chứng, tích cực, tự giác và sáng tạo thế giới khách quan vào trong đầu óc con người trên cơ sở thực tiễn. 7 V.I.Lênin đã chỉ rõ quy luật chung nhất của hoạt động nhận thức là: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trìu tượng và từ tư duy trìu tượng đến thực tiễn, đó là con đường biện chứng của nhận thức chân lý, của sự nhận thức hiện thực khách quan…” [dẫn theo 17]. Hoạt động nhận thức là hoạt động tích cực của chủ thể phản ánh hiện thực khách quan để thích ứng với nó hoặc cải tạo nó. Hoạt động nhận thức đi từ chưa biết đến biết, từ thuộc tính bề ngoài: Cảm tính, trực quan riêng rẽ đến đối tượng trọn vẹn, ổn định, có ý nghĩa trong các quan hệ của nó, sau đó đến thuộc tính bên trong, có tính quy luật ngày đi sâu vào bản chất của cả một lớp đối tượng, hiện tượng…và cuối cùng từ đó trở về thực tiễn, thông qua các quá trình tâm lý như cảm giác, tri giác, trí nhớ, tưởng tượng, tư duy ngôn ngữ. Đối với lứa tuổi HS, hoạt động nhận thức chủ yếu của các em là hoạt động học tập. Bằng hoạt động này và thông qua hoạt động này, các em chiếm lĩnh tri thức, hình thành và phát triển năng lực tư duy cũng như nhân cách đạo đức, thái độ. Hoạt động học tập của HS có cấu trúc giống như hoạt động lao động sản xuất nói chung, bao gồm các thành tố có quan hệ và tác động đến nhau: Một bên là động cơ, mục đích, điều kiện và bên kia là hoạt động, hành động và thao tác [27]. Động cơ Hoạt động Mục đích Hành động Phƣơng tiện, ĐK Thao tác Động cơ nào quy định sự hình thành và diễn biến của hoạt động ấy? muốn thỏa mãn được động cơ ấy, phải thực hiện lần lượt những hành động nào để đạt được mục đích cụ thể nào và cuối cùng mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác sắp xếp theo một trình tự xác định, ứng với mỗi thao tác phải sử dụng những phương tiện, công cụ thích hợp. Hoạt động nào cũng có đối tượng. Thông thường, các hoạt động khác có đối tượng là một khách thể, hoạt động hướng vào làm biến đổi khách thể. Trong khi đó, hoạt 8 động học lại làm cho chính chủ thể (người học) biến đổi và phát triển. Đối tượng của hoạt động học là tri thức, kĩ năng, kĩ xảo cần chiếm lĩnh. Nội dung của đối tượng này không hề bị thay đổi sau khi bị chiếm lĩnh, nhưng nhờ có sự chiếm lĩnh này mà các chức năng tâm lý của chủ thể mới được thay đổi và phát triển. Vật lí học là một môn khoa học phần lớn là thực nghiệm, phương pháp nghiên cứu cũng như học tập đều dựa trên cơ sở quan sát, thí nghiệm để phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trìu tượng hóa thành các khái niệm, định luật, thuyết vật lí…rồi từ lý thuyết vận dụng nghiên cứu các sự vật, hiện tượng ở phạm vi rộng hơn. Do vậy, để tổ chức hoạt động nhận thức, tạo điều kiện cho HS tự khám phá kiến thức, GV cần tổ chức tốt quá trình quan sát và tư duy cho HS. Trong dạy học Vật lí có thể có nhiều loại quan sát như: quan sát thí nghiệm, quan sát hiện tượng tự nhiên, quan sát một bài thực nghiệm…[14]. Để quan sát được sâu sắc cần phải hướng dẫn HS xác định mục đích, nội dung, trình tự quan sát, ghi lại dấu hiệu, phân tích và xử lí số liệu, kĩ năng đặt câu hỏi với một dấu hiệu bất kỳ…Qua nhiều hoạt động và nhiều nội dung mới rèn được óc quan sát cho HS, giúp HS nhận thức tích cực hơn và tạo điều kiện cho tư duy HS phát triển [31]. 1.2.2. Tính tích cực hoạt động nhận thức của học sinh 1.2.2.1. Tính tích cực (TTC) Tính tích cực (TTC) là một phẩm chất vốn có của con người trong đời sống xã hội. Khác với động vật, con người không chỉ tiêu thụ những gì sẵn có trong thiên nhiên mà còn chủ động sản xuất ra những của cải vật chất cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của xã hội, sáng tạo nền văn hóa ở mỗi thời đại, chủ động cải biến môi trường tự nhiên, cải tạo xã hội. Theo quan điểm của các nhà giáo dục học, tính tích cực là khái niệm biểu thị sự nỗ lực của chủ thể khi tương tác với đối tượng. TTC cũng là khái niệm biểu thị cường độ vận động của chủ thể khi thực hiện một nhiệm vụ, giải quyết một vấn đề nào đó. Sự nỗ lực ấy diễn ra trên nhiều mặt: [8] Sinh lý: Đòi hỏi chi phí nhiều năng lượng cơ bắp. Tâm lý:Tăng cường các hoạt động cảm giác, tri giác, tư duy, tưởng tượng… Xã hội: Đòi hỏi tăng cường mối liên hệ với môi trường bên ngoài… 9 Vì vậy tính tích cực là một thuộc tính của nhân cách có quan hệ, chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố như: Nhu cầu: tích cực nhằm thỏa mãn những nhu cầu nào đó. Động cơ: tích cực vì hướng tới những động cơ nhất định. Hứng thú: do bị lôi cuốn bởi những say mê vì muốn biến đổi, cải tạo một hiện tượng nào đấy. TTC cũng có mối quan hệ mật thiết với tính tự lực, với xúc cảm và ý chí… Tóm lại, TTC nói chung là một phẩm chất rất quan trọng của con người, được hình thành từ rất nhiều lĩnh vực, nhiều nhân tố, có quan hệ với nhiều phẩm chất khác nhau của nhân cách và với môi trường, điều kiện mà chủ thể hoạt động và tồn tại. 1.2.2.2. Tính tích cực nhận thức (TTCNT) Tính tích cực nhận thức (TTCNT) là tính tích cực xét trong điều kiện, phạm vi của quá trình dạy học, chủ yếu được áp dụng trong quá trình nhận thức của HS. Theo giáo sư Trần Bá Hoành “Tính tích cực nhận thức là trạng thái hoạt động của HS, đặc trưng bởi khát vọng hiểu biết, cố gắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình nắm vững kiến thức” [15]. TTCNT bao gồm: Sự lựa chọn đối tượng nhận thức, đề ra cho mình mục đích, nhiệm vụ cần giải quyết sau khi đã lựa chọn đối tượng nhằm cải tạo nó. TTCNT trong hoạt động cải tạo đòi hỏi phải có sự thay đổi trong ý thức và hành động của chủ thể nhận thức, được thể hiện bằng nhiều dấu hiệu như sự tập trung chú ý, sự tưởng tượng mạnh mẽ, sự phân tích, tổng hợp sâu sắc… 1.2.2.3. Những biểu hiện của TTC hoạt động nhận thức Trong học tập, HS chỉ có thể chiếm lĩnh được kiến thức và phát triển được tư duy của mình khi họ tích cực hoạt động nhận thức. Hoạt động nhận thức là nhiệm vụ xuyên suốt trong quá trình học tập của HS. Thông qua hoạt động nhận thức, HS chiếm lĩnh được kiến thức và năng lực tư duy đồng thời được phát triển. Để phát hiện xem HS có tích cực hoạt động nhận thức không ta có thể dựa vào các dấu hiệu: [17].  Dấu hiệu bên ngoài (qua hành vi, thái độ, hứng thú): - Thích thú, chủ động tiếp xúc với đối tượng. - Chú ý quan sát, chăm chú lắng nghe và theo dõi những gì thầy cô làm. - Giơ tay phát biểu, nhiệt tình hưởng ứng, bổ sung ý kiến vào câu trả lời của bạn và thích tham gia vào các hoạt động cũng là một biểu hiện của hứng thú. 10