Tài liệu Xây dựng và sử dụng video đo trực tiếp trong dạy học các định luật bảo toàn vật lí 10 theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐĂNG HÙNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG VIDEO ĐO TRỰC TIẾP TRONG DẠY HỌC “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” VẬT LÍ 10 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN ĐĂNG HÙNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG VIDEO ĐO TRỰC TIẾP TRONG DẠY HỌC “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” VẬT LÍ 10 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH Ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn vật lí Mã số: 8140111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ANH THUẤN THÁI NGUYÊN - 2019 LỜI CAM ĐOAN Luận văn: Xây dựng và sử dụng video đo trực tiếp trong dạy học “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh được thực hiện từ tháng 05 năm 2018 đến tháng 08 năm 2019. Tôi xin cam đoan: Luận văn được sử dụng các thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, các thông tin đó đã được chọn lọc, phân tích, tổng hợp, xử lí và đưa vào luận văn đúng quy định. Luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố, sử dụng trong bất kì công trình nghiên cứu của tác giả nào khác. Thái Nguyên, ngày 30 tháng 9 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Đăng Hùng i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng Đào tạo, khoa Vật lí, tập thể anh chị em lớp cao học Vật lí K25 trường Đại học sư phạm Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các đồng chí giáo viên tổ Vật lí KTCN cùng các em học sinh trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong công việc và thực nghiệp sư phạm. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy giáo - TS. Nguyễn Anh Thuấn, người đã tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian tôi nghiên cứu để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã dành tình cảm, giúp đỡ, động viên tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Thái Nguyên, ngày 30 tháng 9 năm 2019 Tác giả Nguyễn Đăng Hùng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................... iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH............................................................................................ vi MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài .................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................. 2 3. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 2 4. Giả thuyết khoa học ............................................................................................... 2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................ 2 6. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 3 7. Đóng góp của đề tài ............................................................................................... 3 8. Cấu trúc của đề tài ................................................................................................. 4 Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG VIDEO ĐO TRỰC TIẾP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH ................... 5 1.1. Năng lực giải quyết vấn đề ................................................................................. 5 1.1.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề ......................................................... 5 1.1.2. Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề ............................................................. 5 1.1.3. Các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề ................................... 8 1.2. Dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí .................................................. 8 1.2.1. Dạy học giải quyết vấn đề ............................................................................ 8 1.2.2. Sơ đồ dạy học giải quyết vấn đề .................................................................. 9 1.3. Xây dựng và sử dụng video đo trực tiếp trong dạy học vật lí .......................... 10 1.3.1. Xây dựng video đo trực tiếp ...................................................................... 11 1.3.2. Sử dụng video đo trực tiếp ......................................................................... 12 1.4. Thực trạng dạy học “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 ................................. 13 1.4.1. Thực trạng về việc dạy của giáo viên ........................................................ 13 iii 1.4.2. Thực trạng về việc học của học sinh .......................................................... 13 1.4.3. Thực trạng về thiết bị thí nghiệm ............................................................... 14 1.5. Kết luận chương 1 ............................................................................................ 14 Chương 2: XÂY DỰNG VIDEO ĐO TRỰC TIẾP VÀ SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” - VẬT LÍ 10 .................. 16 2.1. Mục tiêu dạy học “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 .................................... 16 2.2. Xây dựng các video đo trực tiếp về “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 ........ 18 2.2.1. Sự cần thiết xây dựng các video đo trực tiếp về “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 ......................................................................................... 18 2.2.2. Xây dựng các video đo trực tiếp về “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 ........ 19 2.3. Soạn thảo tiến trình dạy học “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 ................... 53 2.3.1. Soạn thảo tiến trình dạy học “Định luật bảo toàn động lượng” - Vật lí 10 ......... 53 2.3.2. Soạn thảo tiến trình dạy học “Định luật bảo toàn cơ năng” - Vật lí 10 ..... 54 2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................................ 56 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ............................................................... 57 3.1. Mục đích, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm........................... 57 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ................................................................. 57 3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ............................................................... 57 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm........................................................... 57 3.1.4. Công tác chuẩn bị thực nghiệm sư phạm ................................................... 58 3.2. Phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ............................................ 58 3.2.1. Các tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong thực nghiệm sư phạm ................................................................................ 58 3.2.2. Đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong thực nghiệm sư phạm ................................................................................ 62 3.3. Kết luận chương 3 ............................................................................................ 70 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 74 PHỤ LỤC....................................................................................................................... iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nội dung CĐ Chuyển động DH Dạy học GQVĐ Giải quyết vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh NL Năng lực TH Trường hợp THPT Trung học phổ thông TN Thí nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm VDĐTT Video đo trực tiếp VĐ Vấn đề VL Vật lí iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Cấu trúc của NL GQVĐ............................................................................ 5 Bảng 2.1. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 1 ........................................................ 22 Bảng 2.2. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 2 ........................................................ 24 Bảng 2.3. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 3 ........................................................ 26 Bảng 2.4. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 4 ........................................................ 28 Bảng 2.5. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 5 ........................................................ 30 Bảng 2.6. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 6 ........................................................ 32 Bảng 2.7. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 7 ........................................................ 34 Bảng 2.8. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 8 ........................................................ 36 Bảng 2.9. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 9 ........................................................ 38 Bảng 2.10. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 10 ....................................................... 40 Bảng 2.11. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 11 ...................................................... 43 Bảng 2.12. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 12 ...................................................... 45 Bảng 2.13. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 13 ...................................................... 47 Bảng 2.14. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 14 ...................................................... 49 Bảng 2.15. Bảng số liệu thu thập từ VDĐTT 15 ...................................................... 52 Bảng 3.1: Tiêu chí đánh giá NL GQVĐ trong DH kiến thức “Định luật bảo toàn động lượng” - VL 10 ....................................................................... 58 Bảng 3.2: Tiêu chí đánh giá NL GQVĐ trong DH kiến thức “Định luật bảo toàn cơ năng” - VL 10 ............................................................................. 60 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của kiểu DH GQVĐ ................................................................... 10 Hình 2.1. Ảnh chụp bố trí TN1: Vật CĐ đến va chạm mềm với vật đứng yên cùng khối lượng. 1. Vật CĐ đến va chạm m1 = 192 gam. 2. Vật đứng yên m2 = 190 gam. 3. Đệm khí ................................................................ 20 Hình 2.2. Ảnh chụp màn hình VDĐTT TN1: Vật CĐ đến va chạm mềm với vật đứng yên cùng khối lượng .............................................................. 21 Hình 2.3. Đồ thị biểu diễn động lượng của hệ vật CĐ đến va chạm mềm với vật đứng yên cùng khối lượng theo thời gian ....................................... 22 Hình 2.4. Ảnh chụp bố trí TN2: Vật CĐ đến va chạm mềm với vật đứng yên có khối lượng nhỏ hơn. 1. Vật CĐ đến va chạm m1 = 300 gam. 2. Vật đứng yên m2 = 190 gam. 3. Đệm khí .............................................. 23 Hình 2.5. Ảnh chụp màn hình VDĐTT TN2: Vật CĐ đến va chạm mềm với vật đứng yên có khối lượng nhỏ hơn .................................................... 23 Hình 2.6. Đồ thị biểu diễn động lượng của hệ vật CĐ đến va chạm mềm với vật đứng yên có khối lượng nhỏ hơn theo thời gian ............................. 24 Hình 2.7. Ảnh chụp bố trí TN 3: Vật CĐ đến va chạm mềm với vật CĐ cùng chiều có khối lượng nhỏ hơn. 1. Vật CĐ đến va chạm m 1 = 300 gam. 2. Vật CĐ cùng chiều m2 = 190 gam. 3. Đệm khí ............. 25 Hình 2.8. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 3: Vật CĐ đến va chạm mềm với vật CĐ cùng chiều có khối lượng nhỏ hơn ................................................. 25 Hình 2.9. Đồ thị biểu diễn động lượng của hệ vật CĐ đến va chạm mềm với vật CĐ cùng chiều có khối lượng nhỏ hơn theo thời gian .................... 26 Hình 2.10. Ảnh chụp bố trí TN 4: Vật CĐ đến va chạm mềm với vật CĐ ngược chiều có khối lượng nhỏ hơn. 1. Vật CĐ đến va chạm m1 = 300 gam. 2. Vật CĐ ngược chiều m2 = 190 gam. 3. Đệm khí ..................... 27 Hình 2.11. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 4: Vật CĐ đến va chạm mềm với vật CĐ ngược chiều có khối lượng nhỏ hơn ............................................... 27 vi Hình 2.12. Đồ thị biểu diễn động lượng của hệ vật CĐ đến va chạm mềm với vật CĐ ngược chiều có khối lượng nhỏ hơn theo thời gian .................. 28 Hình 2.13. Ảnh chụp bố trí TN 5: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật đứng yên cùng khối lượng. 1. Vật CĐ đến va chạm m1 = 192 gam. 2. Vật đứng yên m2 = 190 gam. 3. Đệm khí .................................................... 29 Hình 2.14. Ảnh chụp màn hình VDĐTT TN5: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật đứng yên cùng khối lượng ........................................................ 29 Hình 2.15. Đồ thị biểu diễn động lượng của hệ vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật đứng yên cùng khối lượng theo thời gian ................................. 30 Hình 2.16. Ảnh chụp bố trí TN 6: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật đứng yên có khối lượng nhỏ hơn. 1. Vật CĐ đến va chạm m1 = 300 gam. 2. Vật đứng yên m2 = 190 gam. 3. Đệm khí .......................................... 31 Hình 2.17. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 6: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật đứng yên có khối lượng nhỏ hơn .................................................... 31 Hình 2.18. Đồ thị biểu diễn động lượng của hệ vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật đứng yên có khối lượng nhỏ hơn theo thời gian ....................... 32 Hình 2.19. Ảnh chụp bố trí TN 7: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật CĐ cùng chiều cùng khối lượng. 1. Vật CĐ đến va chạm m1 = 192 gam. 2. Vật CĐ cùng chiều m2 = 190 gam. 3. Đệm khí................................. 33 Hình 2.20. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 7: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật CĐ cùng chiều cùng khối lượng ..................................................... 33 Hình 2.21. Đồ thị biểu diễn động lượng của hệ vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật CĐ cùng chiều cùng khối lượng theo thời gian ........................ 34 Hình 2.22. Ảnh chụp bố trí TN 8: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật CĐ cùng chiều có khối lượng nhỏ hơn. 1. Vật CĐ đến va chạm m1 = 300 gam. 2. Vật CĐ cùng chiều m2 = 190 gam. 3. Đệm khí................. 35 Hình 2.23. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 8: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật CĐ cùng chiều có khối lượng nhỏ hơn ........................................... 35 Hình 2.24. Đồ thị biểu diễn động lượng của hệ vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật CĐ cùng chiều có khối lượng nhỏ hơn theo thời gian .............. 36 vii Hình 2.25. Ảnh chụp bố trí TN 9: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật CĐ ngược chiều có khối lượng nhỏ hơn. 1. Vật CĐ đến va chạm m1 = 300 gam. 2. Vật CĐ ngược chiều m2 = 190 gam. 3. Đệm khí .............. 37 Hình 2.26. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 9: Vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật CĐ ngược chiều có khối lượng nhỏ hơn ......................................... 37 Hình 2.27. Đồ thị biểu diễn động lượng của hệ vật CĐ đến va chạm đàn hồi với vật CĐ ngược chiều có khối lượng nhỏ hơn theo thời gian ........... 38 Hình 2.28. Ảnh chụp bố trí TN 10: Vật rơi tự do ................................................... 39 Hình 2.29. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 10: Vật rơi tự do .................................... 39 Hình 2.30. Đồ thị biểu diễn cơ năng của vật rơi tự do theo thời gian .................... 41 Hình 2.31. Ảnh chụp bố trí TN 10: Vật CĐ trên mặt phẳng nghiêng .................... 41 Hình 2.32. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 11: Vật CĐ trên mặt phẳng nghiêng ...... 42 Hình 2.33. Đồ thị biểu diễn cơ năng của vật CĐ trên mặt phẳng nghiêng theo thời gian ..... 43 Hình 2.34. Ảnh chụp bố trí TN 10: Vật CĐ ném ngang ......................................... 44 Hình 2.35. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 12: Vật CĐ ném ngang .......................... 44 Hình 2.36. Đồ thị biểu diễn cơ năng của vật CĐ ném ngang theo thời gian .......... 45 Hình 2.37. Ảnh chụp bố trí TN 10: Vật CĐ ném xiên ............................................ 46 Hình 2.38. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 13: Vật CĐ ném xiên ............................. 46 Hình 2.39. Đồ thị biểu diễn cơ năng của vật CĐ ném xiên theo thời gian ............. 47 Hình 2.40. Ảnh chụp bố trí TN 10: Vật CĐ trên máng cong.................................. 48 Hình 2.41. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 14: Vật CĐ trên máng cong ................... 48 Hình 2.42. Đồ thị biểu diễn cơ năng của vật CĐ trên máng cong theo thời gian ... 49 Hình 2.43. Ảnh chụp bố trí TN 15: Vật dao động điều hòa.................................... 50 Hình 2.44. Ảnh chụp màn hình VDĐTT 15: Vật dao động điều hòa ..................... 51 Hình 3.1. HS thảo luận đề xuất giả thuyết định luật bảo toàn động lượng ........... 63 Hình 3.2. HS sử dụng VDĐTT kiểm tra giả thuyết định luật bảo toàn động lượng... 65 Hình 3.3. HS báo cáo kết quả dùng VDĐTT kiểm tra giả thuyết định luật bảo toàn động lượng .................................................................................... 65 Hình 3.4. HS thảo luận đề xuất giả thuyết định luật bảo toàn cơ năng ................ 67 Hình 3.5. HS sử dụng VDĐTT kiểm tra giả thuyết định luật bảo toàn cơ năng .. 69 Hình 3.6. HS báo cáo kết quả dùng VDĐTT kiểm tra giả thuyết định luật bảo toàn cơ năng .......................................................................................... 69 viii MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Nghị quyết số 29-NQ/TW năm 2013 về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo của Hội nghị Trung ương 8 khóa XI đã nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kĩ năng của người 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 người 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”. Điều 29 Luật giáo dục sửa đổi được Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XIV, kỳ họp thứ 7 thông qua tháng 6 năm 2019 cũng chỉ rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS; 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 kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS” [17]. Hiện nay, việc DH VL ở trường THPT vẫn đa số là thông báo và giải thích. Mỗi trường THPT đều có phòng TN được trang bị thiết bị TN VL, mặc dù chúng được bổ sung và sửa chữa hằng năm nhưng vẫn còn chưa đầy đủ, thiết bị cũ, hỏng, kém chất lượng hoặc sai số lớn, việc sử dụng TN VL mất nhiều thời gian công sức, một số nhân viên phòng TN không có kiến thức chuyên sâu về TN VL nên một số phòng TN VL chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng TN để tổ chức các hoạt động DH tích cho HS theo hướng thường xuyên, liên tục và chủ động. Bên cạnh đó, một số hiện tượng VL xảy ra rất nhanh, nhỏ nên khó quan sát được bằng mắt thường, khó thu thập số liệu thủ công khi tiến hành… VDĐTT (Direct measurement videos) là các video về CĐ và tương tác của các vật được bổ sung thêm các đường lưới, thước, thông tin khung hình (số thứ tự khung hình, tốc độ khung hình - khoảng thời gian giữa 2 khung hình liên tiếp) để HS có thể đo được tọa độ của từng vật tại mỗi thời điểm [28]. 1 Người GV sử dụng VDĐTT đã xây dựng trong quá trình DH VL cho phép nghiên cứu kiến thức VL trực tiếp và dễ dàng mà không cần sử dụng thêm các công cụ - phần mềm phân tích video các hiện tượng quá trình giảng dạy. Các VDĐTT có thể thay thế cho TN thật và do đó có thể sử dụng ở tất cả các giai đoạn của quá trình DH một cách đúng đắn, khách quan, logic và khoa học. Tôi nhận thấy rằng hướng sử dụng VDĐTT trong các quá trình, hiện tượng VL nói chung và DH VL nói riêng là hướng nghiên cứu rất hiệu quả bởi các quá trình VL diễn ra mà mắt thường khó quan sát được hết như: ném ngang, va chạm, rơi tự do,… Sử dụng VDĐTT có thể rất tiết kiệm được thời gian, công sức mà vẫn đảm bảo được sự khách quan, thể hiện được đúng được bản chất VL. Ngoài ra, đây cũng là một phương pháp nghiên cứu bổ sung hữu hiệu cho các TN truyền thống để các TN đó hoàn thiện hơn. Từ các lí do trên, chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu đề tài: Xây dựng và sử dụng video đo trực tiếp trong dạy học “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng VDĐTT đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật, về mặt khoa học sư phạm và sử dụng chúng trong DH “Các định luật bảo toàn” - VL 10 theo DH GQVĐ nhằm phát triển NL GQVĐ của HS. 3. Đối tượng nghiên cứu Nội dung kiến thức “Các định luật bảo toàn” - VL 10. Các VDĐTT về “Các định luật bảo toàn” - VL 10. Quá trình tổ chức DH “Các định luật bảo toàn” - VL 10 theo DH GQVĐ có sử dụng VDĐTT nhằm phát triển NL GQVĐ của HS. 4. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng VDĐTT đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật, về mặt khoa học sư phạm và sử dụng chúng trong DH “Các định luật bảo toàn” - VL 10 theo DH GQVĐ thì sẽ phát triển được NL GQVĐ của HS. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích đã đề ra, đề tài có các nhiệm vụ chủ yếu sau: - Nghiên cứu cơ sở lí luận về con đường hình thành một định luật VL trên cơ sở đó để vận dụng vào DH “Các định luật bảo toàn” - VL 10. 2 - Nghiên cứu cơ sở lí luận DH hiện đại trên thế giới và ở Việt Nam về việc tổ chức các hoạt động nhận thức nhằm phát triển NL GQVĐ của HS. - Nghiên cứu cơ sở lí luận về VDĐTT, xây dựng và sử dụng VDĐTT dùng trong tổ chức các hoạt động nhận thức cho HS. - Nghiên cứu mục tiêu DH “Các định luật bảo toàn” - VL 10. - Tìm hiểu thực trạng DH và sử dụng TN VL trong một số kiến thức “Các định luật bảo toàn” - VL 10 qua đó tìm hiểu các sai lầm có thể gặp phải của GV và HS khi sử dụng TN VL, xác định được những khó khăn mà GV THPT có thể gặp phải trong quá trình tổ chức các hoạt động nhận thức nhằm phát triển NL GQVĐ của HS. - Nghiên cứu và xây dựng VDĐTT đảm bảo các yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật, khoa học sư phạm, thẩm mĩ trong DH “Các định luật bảo toàn” - VL 10 nhằm phát triển NL GQVĐ cho HS. - Xác định các VDĐTT cần tiến hành trong quá trình DH “Các định luật bảo toàn” - VL 10. - Soạn thảo các tiến trình DH các kiến thức về “Các định luật bảo toàn” - VL 10 trong đó có sử dụng VDĐTT theo hướng phát triển NL GQVĐ của HS. - Tiến hành TNSP tiến trình DH đã soạn thảo. - Phân tích các kết quả TNSP thu được để kiểm tra giả thuyết của đề tài. 6. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện các nhiệm vụ trên, chúng tôi sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu các tài liệu về cơ sở lí luận DH: Văn bản pháp luật, sách giáo khoa, luận án, luận văn, website… làm cơ sở lí luận định hướng mục đích nghiên cứu, nội dung kiến thức để xây dựng tiến trình DH và xây dựng các VDĐTT phù hợp. - Nghiên cứu trong phòng TN: Xây dựng các VDĐTT về “Các định luật bảo toàn”. - TNSP: Tiến hành TNSP theo tiến trình đã xây dựng, sau đó phân tích kết quả sư phạm rồi rút ra kết luận của đề tài. 7. Đóng góp của đề tài Xây dựng được các VDĐTT để kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng. Tiến hành thực nghiệm với các VDĐTT đã xây dựng để kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng trong các TH va chạm của hai vật và kiểm nghiệm định luật bảo 3 toàn cơ năng trong các TH vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực và vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi. Soạn thảo tiến trình DH của hai nội dung kiến thức Định luật bảo toàn động và Định luật bảo toàn cơ năng trong đó có sử dụng các VDĐTT đã xây dựng theo DH GQVĐ nhằm triển NL GQVĐ của HS. 8. Cấu trúc của đề tài Ngoài danh mục chữ viết tắt, phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng video đo trực tiếp trong dạy học vật lí nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Chương 2: Xây dựng video đo trực tiếp và soạn thảo tiến trình dạy học “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 4 Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG VIDEO ĐO TRỰC TIẾP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 1.1. Năng lực giải quyết vấn đề 1.1.1. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề NL GQVĐ của HS được hiểu là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, cảm xúc, động cơ của HS đó để giải quyết các tình huống thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải pháp không có sẵn ngay lập tức [27]. 1.1.2. Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề Có nhiều quan điểm trình bày về cấu trúc NL GQVĐ của HS, theo chúng tôi, cấu trúc NL GQVĐ của HS gồm các nội dung sau [22], [27]: Bảng 1.1. Cấu trúc của NL GQVĐ Năng lực Chỉ số thành tố hành vi Mức độ biểu hiện 1. Tìm 1.1. Tìm hiểu M1: Quan sát, mô tả được các quá trình, hiện tượng hiểu VĐ tình huống VĐ trong tình huống để làm rõ VĐ cần giải quyết M2: Giải thích thông tin đã cho, mục tiêu cuối cùng cần thực hiện để làm rõ VĐ cần giải quyết M3: Phân tích, giải thích thông tin đã cho, mục tiêu cần thực hiện và phát hiện VĐ cần giải quyết 1.2. Phát hiện VĐ cần nghiên cứu M1: Từ các thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, trình bày được một số câu hỏi riêng lẻ M2: Từ các thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, trình bày được các câu hỏi kiên quan đến VĐ cần giải quyết M3: Từ các thông tin đúng và đủ về quá trình, hiện tượng, trình bày được câu hỏi liên quan đến VĐ và xác định được VĐ cần giải quyết 1.3. Phát biểu M1: Sử dụng được ít nhất một phương thức (văn bản, VĐ hình vẽ, biểu bảng, lời nói,...) để diễn đạt lại VĐ M2: Sử dụng được ít nhất 2 phương thức để diễn đạt lại VĐ M3: Diễn đạt VĐ ít nhất bằng 2 phương thức và phân tách thành các VĐ bộ phận 5 Năng lực Chỉ số thành tố hành vi 2. Đề xuất 2.1. Diễn đạt giải pháp lại tình huống M2: Diễn đạt lại tình huống trong đó có sử dụng các bằng ngôn Mức độ biểu hiện M1: Diễn đạt lại tình huống một cách đơn giản hình vẽ, kí hiệu để làm rõ thông tin của tình huống ngữ của chính M3: Diễn đạt lại được tình huống bằng nhiều cách khác mình nhau một cách linh hoạt 2.2. Tìm kiếm M1: Bước đầu thu thập thông tin về kiến thức và phương thông tin liên pháp cần sử dụng để GQVĐ từ các nguồn khác nhau quan đến VĐ M2: Lựa chọn được nguồn thông tin về kiến thức và phương pháp cần sử dụng để GQVĐ và đánh giá nguồn thông tin đó M3: Lựa chọn được toàn bộ các nguồn thông tin về kiến thức và phương pháp cần sử dụng để GQVĐ cần thiết và đánh giá được độ tin cậy của nguồn thông tin 2.3. Đề xuất M1: Thu thập, phân tích thông tin liên quan đến VĐ, giải pháp xác định thông tin cần thiết để GQVĐ GQVĐ M2: Đưa ra phương án giải quyết (Đề xuất giả thuyết, phương án kiểm tra giả thuyết bằng suy luận lí thuyết hoặc thực nghiệm) M3: Đưa ra phương án, lựa chọn phương án tối ưu, lập kế hoạch thực hiện 3. Thực 3.1. Lập kế M1: Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực hiện cụ hiện giải hoạch cụ thể thể, diễn đạt các kế hoạch cụ thể đó bằng văn bản pháp để thực hiện M2: Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực hiện cụ GQVĐ giải pháp thể, diễn đạt các kế hoạch cụ thể đó bằng sơ đồ, hình vẽ M3: Phân tích giải pháp thành kế hoạch thực hiện cụ thể, thuyết minh các kế hoạch cụ thể qua sơ đồ, hình vẽ 3.2. Thực M1: Thực hiện được giải pháp để GQVĐ cụ thể, giả hiện giải pháp định (VĐ học tập) mà chỉ cần huy động một kiến thức, 6 Năng lực Chỉ số thành tố hành vi Mức độ biểu hiện hoặc tiến hành một phép đo, tìm kiếm đánh giá một thông tin cụ thể M2: Thực hiện được giải pháp trong đó huy động ít nhất 2 kiến thức, 2 phép đo,... để GQVĐ M3: Thực hiện giải pháp cho một chuỗi VĐ liên tiếp, trong đó có những VĐ nảy sinh từ chính quá trình GQVĐ 3.3. Đánh giá M1: Đánh giá các bước trong quá trình GQVĐ, phát và điều chỉnh hiện ra sai sót, khó khăn các bước giải M2: Đánh giá các bước trong quá trình GQVĐ, phát quyết cụ thể hiện sai sót, khó khăn và đưa ra điều chỉnh ngay trong M3: Đánh giá các bước trong quá trình GQVĐ, phát quá trình thực hiện sai sót, khó khăn, đưa ra những điều chỉnh và thực hiện hiện việc điều chỉnh 4. Đánh 4.1. Đánh giá M1: So sánh kết quả cuối cùng thu được với đáp án và giá việc quá trình rút ra kết luận khi GQVĐ cụ thể GQVĐ, GQVĐ và M2: Đánh giá được kết quả cuối cùng và chỉ ra nguyên phát hiện điều chỉnh nhân của kết quả thu được VĐ mới việc GQVĐ M3: Đánh giá việc GQVĐ. Đề ra giải pháp tối ưu hơn để nâng cao hiệu quả GQVĐ 4.2. Phát hiện M1: Đưa ra khả năng ứng dụng cho kết quả thu được VĐ cần giải trong tình huống mới quyết mới M2: Xem xét kết quả thu được trong tình huống mới, phát hiện những khó khăn, vướng mắc cần giải quyết M3: Xem xét kết quả thu được trong tình huống mới phát hiện những khó khăn, vướng mắc cần giải quyết và diễn đạt VĐ mới cần giải quyết Nội dung cấu trúc NL GQVĐ của HS được chúng tôi vận dụng trong việc xây dựng VDĐTT, soạn thảo tiến trình và đánh giá NL GQVĐ của HS trong TNSP. 7 1.1.3. Các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề Có bốn biện pháp phát triển NL GQVĐ của HS gồm: Tăng cường sử dụng TN trong DH, tổ chức cho HS giải thích các hiện tượng trong tự nhiên và chế tạo dụng cụ TN dựa trên các nguyên tắc VL, thường xuyên sử dụng phương pháp DH GQVĐ trong DH và đổi mới cách thức kiểm tra đánh giá theo hướng chú trọng phát triển NL GQVĐ nhưng trong đề tài này chúng tôi trình bày hai biện pháp đã sử dụng [22]. a) Tăng cường sử dụng thí nghiệm trong dạy học + Qua các TN VL, HS sẽ hiểu rõ hơn bản chất của các hiện tượng, định luật, quá trình VL đang được nghiên cứu, và diễn ra trong đời sống hằng ngày từ đó tăng cường khả năng vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn đời sống. Việc tăng cường sử dụng TN VL cũng giúp HS rèn luyện kĩ năng thực nghiệm. + Việc tăng cường sử dụng TN VL trong dạy và học không những giúp HS tự tin vào khả năng thực hiện TN của bản thân, từ mức độ đơn giản là sao chép, làm theo mẫu cho trước mà còn giúp HS hình thành khả năng tự đề xuất phương án TN, tự chế tạo dụng cụ và tự tiến hành TN độc lập. b) Thường xuyên sử dụng phương pháp dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học - DH GQVĐ là phương pháp hiệu quả để DH môn VL ở cấp THPT. - Để thực hiện tốt công việc này, GV cần lưu ý: + Khai thác và sử dụng tối đa các bài học có thể sử dụng DH GQVĐ. + Khuyến khích HS tự lực thực hiện đầy đủ các giai đoạn GQVĐ. + Tạo điều kiện tối đa cho HS tiến hành TN VL. 1.2. Dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí 1.2.1. Dạy học giải quyết vấn đề VĐ là dùng để chỉ một khó khăn, nhiệm vụ nhận thức mà HS khó có thể giải quyết được chỉ bằng kinh nghiệm sẵn có, theo một khuôn mẫu có sẵn, nghĩa là không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần để giải quyết, mà phải tìm tòi sáng tạo để giải quyết và khi giải quyết được thì HS thu nhận được kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động mới [22]. Theo V.Ôkôn: “DH GQVĐ dưới dạng chung nhất là toàn bộ các hành động như tổ chức các tình huống có VĐ, biểu đạt (nêu ra) các VĐ (tập cho HS quen dần để 8 tự làm lấy công việc này), chú ý giúp đỡ cho HS những điều cần thiết để GQVĐ, kiểm tra các cách giải quyết đó và cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hoá và củng cố các kiến thức đã tiếp thu được” [15]. 1.2.2. Sơ đồ dạy học giải quyết vấn đề Tiến trình xây dựng kiến thức theo DH GQVĐ trong DH VL được tiến hành theo hai con đường: Con đường lí thuyết hoặc con đường thực nghiệm. Trong đề tài này, chúng tôi vận dụng DH GQVĐ theo con đường lí thuyết để xây dựng tiến trình DH “Các định luật bảo toàn” - VL 10. Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của kiểu DH GQVĐ trong môn VL được thể hiện qua sơ đồ sau [22], [27]: 1. Làm nảy sinh VĐ cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử 2. Phát biểu VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời) 3. Giải quyết vấn đề 3.1. Giải quyết vấn đề GQVĐ nhờ suy luận lí thuyết, trong đó có suy luận toán học - Suy đoán giải pháp GQVĐ: + Xác định các kiến thức đã biết cần vận dụng. + Xác định cách thức vận dụng các kiến thức này để đi đến câu trả lời. Làm thế nào để kiểm nghiệm kết quảlí thuyết đã đạt nhờ được từ suy luận lí 3.2. Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận TN: thuyết nhờ TN - Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN: + Phân tích xem có thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN kết quả thu được từ suy luận lí thuyết không? + Nếu không được, suy luận logic từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN. Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ suy luận lí thuyết hoặc hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành TN như thế nào, thu thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí những dữ liệu TN này như thế nào? 9