Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN - VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. PHẠM XUÂN QUẾ 2. TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG HÀ NỘI – 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình khoa học nào. Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2021 Tác giả luận án Mai Hoàng Phương ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được Luận án, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Ban Giám hiệu, Phòng Khoa học công nghệ, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí, quý thầy cô tổ lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí - Khoa Vật lí, Trường đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Vật lí, tổ lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí trường đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh thần và thời gian cho tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu. Ban giám hiệu, quý thầy cô và các em học sinh tại các trường: Trung học thực hành Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, THPT Nguyễn Thái Bình, THPT Võ Văn Kiệt, THCS-THPT Hoa Sen, đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tìm hiểu thực tiễn dạy học và triển khai thực nghiệm. Bằng cả tấm lòng và sự tôn kính của mình, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến Nhà giáo Nhân dân, PGS.TS. Phạm Xuân Quế, TS. Nguyễn Mạnh Hùng đã tận tâm hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ, khuyến khích tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Hà Nội, ngày 20 tháng 1 năm 2021 Tác giả luận án Mai Hoàng Phương iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ viii DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... ix DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... ix DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ........................................................................................ xi MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài .................................................................................................. 1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3 4. Giả thuyết khoa học ............................................................................................. 4 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................... 4 6. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 5 7. Những đóng góp của đề tài .................................................................................. 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 8 1.1. Các nghiên cứu về quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ............................ 8 1.2. Các nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề ................. 10 1.3. Các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn – Vật lí 10 ................ 12 1.4. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu ........................................................... 16 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH .............................................................. 17 2.1. Dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học vật lí .......................................... 17 2.1.1. Khái niệm dạy học dựa trên nghiên cứu ................................................. 17 2.1.2. Bản chất của dạy học dựa trên nghiên cứu ............................................. 17 2.1.3. Đặc điểm của dạy học dựa trên nghiên cứu ............................................ 18 2.1.4. Cơ sở tâm lí học, lí luận và thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu ........................................................................................................................... 19 iv 2.1.4.1. Cơ sở tâm lí học trong dạy học dựa trên nghiên cứu ....................... 19 2.1.4.2. Cơ sở lí luận trong dạy học dựa trên nghiên cứu ............................. 22 2.1.4.3. Cơ sở thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu ......................... 24 2.1.5. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu ......................................................................................................... 27 2.1.5.1. Phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu ................................................. 27 2.1.5.2. Đề xuất các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu ........................................................ 34 2.2. Quy trình tổ chức hoạt động dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh ......................................................................... 37 2.3. Vị trí của TNKNMT-TNTTTMH trong tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu 42 2.3.1. Khái niệm TNKNMT và TNTTTMH ..................................................... 43 2.3.2. Vị trí của TNKNMT và TNTTTMH trong tiến trình DH dựa trên nghiên cứu ..................................................................................................................... 45 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .......................................................................................... 45 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH VÀ THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”– VẬT LÍ 10 THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH ................................................................................................................ 47 3.1. Yêu cầu xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh ............. 47 3.2. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ................................................................ 48 3.2.1. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng thí nghiệm vật lí theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu .................................................................................... 48 3.2.2. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu .................................................................... 50 v 3.3. Quy trình xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh ............. 51 3.4. Xây dựng và hoàn thiện thí nghiệm kết nối máy tính và thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ...... 52 3.4.1. Sự cần thiết xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE và bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL ....................................... 52 3.4.2. Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE hỗ trợ dạy học vật lí ..... 56 3.4.2.1. Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE ............................... 56 3.4.2.2. Các TN có thể tiến hành với TNTTTMH Phys-ISE ........................ 61 3.4.3. Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT .................................................................. 70 3.4.3.1. Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT ................................................... 70 3.4.3.2. Các TN có thể tiến hành với bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT ........................................... 77 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .......................................................................................... 82 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” CÓ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ ĐÃ HOÀN THIỆN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH ................................................................................................................ 83 4.1. Phân tích nội dung kiến thức “Động lực học và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT ............................................................................................................. 83 4.1.1. Cấu trúc logic các kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT ............................................................................................... 83 4.1.2. Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 .................................................................................. 87 4.2. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 có sử dụng thí nghiệm kĩ thuật số đã hoàn thiện nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh .. 94 vi 4.2.1. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu định luật III Newton ... 94 4.2.1.1. Tiến trình xây dựng kiến thức định luật III Newton ........................ 94 4.2.1.2. Tổ chức hoạt động dạy học định luật III Newton ............................ 97 4.2.1.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học định luật III Newton .................................................................................... 103 4.2.2. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu ĐLBT động lượng .... 107 4.2.2.1. Tiến trình xây dựng kiến thức ĐLBT động lượng ......................... 107 4.2.2.2. Tổ chức hoạt động dạy học ĐLBT động lượng ............................. 111 4.2.2.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học ĐLBT động lượng ....................................................................................... 116 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ........................................................................................ 121 CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .......................................................... 122 5.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ............................................... 122 5.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm. ........................................................... 122 5.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm. .......................................................... 122 5.2. Tiến hành thực nghiệm sư phạm ................................................................... 122 5.2.1. Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm. .................................................. 122 5.2.2. Quy trình thực nghiệm. ......................................................................... 123 5.2.3. Nội dung thực nghiệm. .......................................................................... 124 5.2.4. Chọn phương pháp thu thập và xử lí số liệu thực nghiệm. ................... 125 5.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ....................................................... 126 5.3.1. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 1 .................... 126 5.3.2. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 2 .................... 128 5.3.2.1. Phân tích định tính ......................................................................... 128 5.3.2.2. Phân tích định lượng ...................................................................... 140 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 ........................................................................................ 146 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT .................................................................... 147 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ .................... 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 150 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 154 vii PHỤ LỤC 1 - Bảng khảo sát thực trạng ................................................................. 154 PHỤ LỤC 2 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật I Newton...... 169 PHỤ LỤC 3 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật II Newton .... 182 PHỤ LỤC 4 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu ĐLBT Cơ năng ........... 197 PHỤ LỤC 5 - Một số hình ảnh triển khai TNSP .................................................... 210 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Thứ tự Từ viết tắt Từ viết đầy đủ 1 DHDTNC Dạy học dựa trên nghiên cứu 2 DHVL Dạy học Vật lí 3 ĐLBT Định luật bảo toàn 4 GQVĐ Giải quyết vấn đề 5 GV Giáo viên 6 HS Học sinh 7 KT Kiến thức 8 KN Kĩ năng 9 NL Năng lực 10 NLGQVĐ Năng lực giải quyết vấn đề 11 NXB Nhà xuất bản 12 Phys-ISE Physics Interactive on the Screen Experiment 13 Phys-MBL Physics Microcomputer Based Lab 14 PPDH Phương pháp dạy học 15 SGK Sách giáo khoa 16 THCS Trung học cơ sở 17 THPT Trung học phổ thông 18 TN Thí nghiệm 19 TNKNMT Thí nghiệm kết nối máy tính 20 TNKTS Thí nghiệm kĩ thuật số 21 TNSP Thực nghiệm sư phạm 22 TNTTTMH Thí nghiệm tương tác trên màn hình 23 VL Vật lí ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1. Bảng tiêu chí chất lượng năng lực giải quyết vấn đề .............................. 32 Bảng 2. 2. Bảng kiểm quan sát NLGQVĐ của HS ................................................... 33 Bảng 2. 3. Hình thức thu thập thông tin ở HS được sử dụng trong đánh giá ............ 34 Bảng 3. 1. Các nút chức năng của TNTTTMH Phys-ISE. ........................................ 59 Bảng 3. 2. Các nút chức năng “Thước chuẩn” .......................................................... 59 Bảng 3. 3. Nút chức năng “Hệ trục tọa độ” .............................................................. 60 Bảng 3. 4. Nút chức năng “Phân tích” ..................................................................... 60 Bảng 3. 5. Nút chức năng “Tính toán – Vẽ vec-tơ” .................................................. 61 Bảng 3. 6. Bảng thiết bị và chức năng phần cứng ..................................................... 73 Bảng 3. 7. Các nút công cụ xử lí số liệu ................................................................... 75 Bảng 3. 8. Chọn cổng kết nối và chọn tần số lấy mẫu .............................................. 77 Bảng 4. 1. mục tiêu phát triển NLGQVĐ khi tổ chức dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn. ................................................. 94 Bảng 4. 2. Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức định luật III Newton ................ 95 Bảng 4. 3. Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức định luật III Newton .............. 108 Bảng 5. 1. Danh sách HS trường THPT Võ Văn Kiệt. ........................................... 124 Bảng 5. 2. Nội dung thực nghiệm sư phạm ............................................................. 124 Bảng 5. 3. Ba năng lực thành phần và bảy chỉ số hành vi ...................................... 125 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. 1. Các năng lực cốt lõi cần phát triển cho học sinh ..................................... 11 Hình 2. 1. Lí thuyết cân bằng của J. Piaget ............................................................... 20 Hình 2. 2. Dạy học đi trước sự phát triển của L. Vygotxki ...................................... 20 Hình 2. 3. Chu trình sáng tạo khoa học (Theo V. G. Razumôpxki) ......................... 23 Hình 2. 4. Hiểu biết và sử dụng của GV về TNKNMT – TNTTTMH. .................... 26 Hình 2. 5. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề .................................................. 29 x Hình 3. 1. Giao diện chính của TNTTTMH Phys-ISE. ............................................ 58 Hình 3. 2. Nút chức năng “Thước chuẩn” ................................................................. 59 Hình 3. 3. Giao diện Nút chức năng “Hệ trục tọa độ” .............................................. 59 Hình 3. 4. Giao diện Nút chức năng “Phân tích” .................................................... 60 Hình 3. 5 Giao diện Nút chức năng “Tính toán – Vẽ vec-tơ” ................................... 60 Hình 3. 6. Đoạn phim được sử dụng khi nghiên cứu định luật I Newton ................. 62 Hình 3. 7. Bảng số liệu và đồ thị của vật (đĩa) chuyển động theo thời gian ............. 62 Hình 3. 8. Đồ thị vận tốc của vật trước và sau va chạm ........................................... 63 Hình 3. 9. Khảo sát chuyển động thẳng đều của viên bi trên thanh ray ................... 64 Hình 3. 10. Bảng số liệu và đồ thị chuyển động thẳng đều của viên bi .................... 64 Hình 3. 11. Kết quả TN ĐL III Newton sử dụng TNTTTMH Phys-ISE .................. 65 Hình 3. 12 Kết quả TN ĐL BTĐL sử dụng TNTTTMH Phys-ISE .......................... 67 Hình 3. 13. Bộ cảm biến Lực – Gia tốc kết nối máy tính không dây ....................... 73 Hình 3. 14. Giao diện TNKNMT PHYS-MBL hiển thị số liệu ................................ 74 Hình 3. 15. Sao chép dữ liệu từ bảng biểu sang chương trình bảng tính Excel ........ 75 Hình 3. 16. Thêm và chọn thiết bị Devices (Bluetooth) ........................................... 76 Hình 3. 17. Chọn thiết bị H-C-2010-06-01 và nhập mã Pin 1234 ............................ 76 Hình 3. 18. Kết quả thí nghiệm xe động lực có gắn bộ cảm biến lực - gia tốc ......... 78 Hình 3. 19. Bố trí thí nghiệm xe động lực có gắn bộ cảm biến lực - gia tốc ............ 79 Hình 3. 20. Kết quả thí nghiệm ĐL II Newton ......................................................... 80 Hình 3. 21. Hai xe động lực có gắn hai cảm biến lực – gia tốc tác động kéo - nén . 81 Hình 3. 22. Kết quả thí nghiệm ĐL III Newton ........................................................ 82 Hình 5. 1. Lớp bồi dưỡng chuyên đề và hướng dẫn sử dụng TNTTTMH. ............. 123 Hình 5. 2. Các mức độ đạt được HV 1.1 của HS qua 4 kiến thức .......................... 141 Hình 5. 3. Các mức độ đạt được HV 1.2 của HS qua 4 kiến thức .......................... 142 Hình 5. 4. Các mức độ đạt được HV 1.3 của HS qua 4 kiến thức .......................... 142 Hình 5. 5. Các mức độ đạt được HV 2.3 của HS qua 4 kiến thức .......................... 143 Hình 5. 6. Các mức độ đạt được HV 3.1 của HS qua 4 kiến thức .......................... 144 xi Hình 5. 7. Các mức độ đạt được HV 3.2 của HS qua 4 kiến thức .......................... 144 Hình 5. 8. Các mức độ đạt được HV 3.3 của HS qua 4 kiến thức .......................... 145 Hình 5. 9. Một số hình ảnh các hoạt động thực nghiệm ......................................... 211 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2. 1. Sơ đồ khái quát quy trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường lí thuyết theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ................................................ 40 Sơ đồ 2. 2. Sơ đồ khái quát quy trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường thực nghiệm theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu .............................................. 41 Sơ đồ 3. 1 Sơ đồ hệ thống thiết bị TNKNMT ........................................................... 70 Sơ đồ 3. 2 Sơ đồ bộ cảm biến kết nối máy tính ........................................................ 71 Sơ đồ 4. 1 Sơ đồ logic kiến thức ĐLH chất điểm - Vật lí 10 .................................... 84 Sơ đồ 4. 2 Sơ đồ logic kiến thức các ĐLBT - Vật lí 10 ............................................ 85 Sơ đồ 4. 3. Sơ đồ logic một số kiến thức quan trọng về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” ........................................................................................... 86 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Giáo dục phổ thông nước ta đang thực hiện bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực của người học, nghĩa là từ chỗ quan tâm đến việc học của sinh học được cái gì đến chỗ quan tâm học sinh vận dụng được cái gì qua việc học. Để đảm bảo được điều đó, nhất định phải thực hiện thành công việc chuyển từ phương pháp dạy học theo lối "truyền thụ một chiều" sang dạy cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kĩ năng, hình thành năng lực và phẩm chất; đồng thời phải chuyển cách đánh giá kết quả giáo dục từ nặng về kiểm tra trí nhớ sang kiểm tra, đánh giá năng lực vận dụng kiến thức giải quyết vấn đề [6]. Đổi mới giáo dục được thể hiện trong nhiều văn bản như luật Giáo dục số 38/2005/QH11, Điều 28, mục số 2 quy định: "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 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 học sinh" [32]; Nghị quyết hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy 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 năng lực. Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học” [1]. Chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2011 – 2020 ban hành kèm theo Quyết định 711/QĐ-TTg ngày 13/6/2012 của Thủ tướng Chính phủ chỉ rõ: "Tiếp tục đổi mới phương pháp dạy học và đánh giá kết quả học tập, rèn luyện theo hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo và năng lực tự học của người học" [39]. Dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng cần phải chú trọng đổi mới phương pháp dạy học sao cho vai trò tự chủ của học sinh trong hoạt động xây dựng kiến thức ngày một nâng cao, để từ đó năng lực giải quyết vấn đề của họ được bộc lộ 2 và ngày càng phát triển. Để đạt được điều đó, trong quá trình dạy học ở trường phổ thông cần phải tổ chức sao cho học sinh được tham gia vào quá trình hoạt động nhận thức phỏng theo hoạt động của các nhà khoa học, qua đó ngoài việc có thể giúp học sinh trang bị kiến thức cho mình, đồng thời còn tạo điều kiện cho họ được tập luyện hoạt động giải quyết vấn đề khoa học, rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề để sau này họ đáp ứng được những đòi hỏi cao trong thời kì mới. Kiến thức vật lí được hình thành và ứng dụng vào thực tiễn luôn luôn gắn liền với hoạt động giải quyết vấn đề của con người trong hoàn cảnh xác định. Do đó, phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh vừa là mục đích vừa là phương tiện trong nghiên cứu và dạy học vật lí ở trường phổ thông. Để đạt được mục tiêu đó, một trong những cách thức tổ chức học tập của học sinh là học tập dựa trên tìm tòi, nghiên cứu (inquiry- based learning) hay trong dạy học vật lí còn có thể gọi là học vật lí như nghiên cứu vật lí (research-based learning). Trong cách thức tổ chức học tập vật lí như trên thì càng yêu cầu áp dụng những thành tựu của khoa học, kĩ thuật, các thiết bị thí nghiệm và công nghệ thông tin vào quá trình dạy học theo “Phương pháp tích cực” lấy học sinh làm trung tâm nhằm giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề, rèn luyện thói quen và khả năng tự học, tinh thần hợp tác, kĩ năng vận dụng kiến thức vào những tình huống khác nhau trong học tập và trong thực tiễn, tạo niềm tin, niềm vui và hứng thú trong học tập. Từ việc nghiên cứu lí luận và điều tra thực tiễn về dạy học vật lí dựa trên nghiên cứu, dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong và ngoài nước đối với một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10. Chúng tôi nhận thấy mức độ khoa học của hoạt động GQVĐ của HS còn chưa cao, chưa tiếp cận với hoạt động nghiên cứu của nhà vật lí, thể hiện ở chỗ các quá trình, hiện tượng vật lí được đề cập đến trong dạy học vật lí ở một số chủ đề hiện nay bị giới hạn trong những quá trình, hiện tượng vật lí đặc biệt, điển hình là khi dạy học định luật III Newton, chỉ đề cập đến tương tác giữa hai vật đứng yên hay tương tác giữa hai vật chuyển động trên cùng một phương (mà chưa đề cập đến hiện tượng tổng quát: hai vật chuyển động đến từ hai phương chiều khác nhau, va chạm/ tương tác với nhau, 3 sau va chạm chuyển động theo hai phương khác nhau). Do đó, thí nghiệm kiểm chứng sự đúng đắn của định luật III Newton cũng chỉ thực hiện trong các trường hợp đặc biệt này. Vấn đề đặt ra ở đây là: Nếu định luật được rút ra khi nghiên cứu các trường hợp đặc biệt, rồi thí nghiệm cũng kiểm chứng trong trường hợp đặc biệt thì liệu định luật có thể đúng trong trường hợp tổng quát không (với con đường nghiên cứu khoa học như vậy)? Để khắc phục mức độ khoa học chưa cao của hoạt động học tập của học sinh thông qua giải quyết vấn đề, chúng tôi nhận thấy rằng chưa có những thiết bị thí nghiệm cho phép khảo sát đưa ra định luật hay kiểm chứng định luật III Newton trong trường hợp tổng quát. Điều đó đòi hỏi chúng tôi phải nghiên cứu xây dựng, hoàn thiện và sử dụng thí nghiệm, lựa chọn phương pháp dạy học và hình thức tổ chức học tập của học sinh một cách thích hợp và hiệu quả nhất. Những phân tích trên cho thấy, để có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức khoa học cao của học sinh trong học tập, đồng thời nâng cao hiệu quả dạy học thì việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (thí nghiệm kết nối máy tính, thí nghiệm tương tác trên màn hình) và lựa chọn các phương pháp dạy học, hình thức tổ chức thích hợp là vấn đề cấp thiết. Xuất phát từ những điều trình bày ở trên, chúng tôi lựa chọn và nghiên cứu đề tài “Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn của học sinh”. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ❖ Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - NLGQVĐ ở mức cao của học sinh theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu. 4 - Quy trình xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và TNTTTMH) trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn – Vật lí 10. ❖ Phạm vi nghiên cứu: - Phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 theo quan điểm học dựa trên nghiên cứu, trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh. - Trong luận án việc sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số được giới hạn ở việc sử dụng hai loại là thí nghiệm tương tác trên màn hình và thí nghiệm kết nối máy tính. 4. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được các thí nghiệm kĩ thuật số đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật, về mặt sư phạm và thiết kế được tiến trình sử dụng chúng theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu thì khi tổ chức sử dụng chúng trong dạy học có thể phát triển NLGQVĐ ở mức độ cao của học sinh. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu cơ sở lí luận về phát triển NLGQVĐ của học sinh theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu với việc sử dụng các phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức dạy học khác nhau trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức. - Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng và những thành phần, hành vi của NLGQVĐ ở mức cao mà học sinh cần hình thành và phát triển khi học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn. - Nghiên cứu thực tiễn dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 ở một số trường THPT bao gồm các thí nghiệm kĩ thuật số, các phương tiện CNTT phục vụ cho việc dạy học môn vật lí, hình thức và phương pháp mà giáo viên tổ chức hoạt động học tập cho học sinh khi dạy các kiến thức này. Từ đó, chúng tôi xác định thí nghiệm cần xây dựng, hoàn thiện 5 cũng như l...phát triển. Thành tựu quan trọng của tâm lí học phát triển làm cơ sở cho việc tổ chức hoạt động nhận thức giải quyết vấn đề của HS một cách tự lực và sáng tạo là các lí thuyết nhận thức của J. Piaget, L. Vygotxki, J. Dewey (1859-1952) và Bruner ... Theo lí thuyết tâm lí học nhận thức và tâm lí học hoạt động phát triển cho rằng: những gì người học lĩnh hội phụ thuộc rất nhiều vào kiến thức và kinh nghiệm đã có vào tình huống cụ thể [2]. Hoạt động nhận thức của chủ thể là quá trình tìm tòi, khám phá thế giới xung quanh, sát nhập chúng vào những hiểu biết đã có của bản thân qua hai quá trình đồng hóa và điều ứng, cứ thế trình độ của mỗi cá nhân sẽ phát triển liên tục từ vùng phát triển trí tuệ gần nhất đến vùng phát triển hiện tại. Lí thuyết nhận thức của J. Piaget được xây dựng dựa trên cơ sở nhấn mạnh rằng HS giữ vai trò tự lực, tích cực trong việc thích nghi với môi trường. Trong đó quá trình phát triển của con người là một quá trình đi từ sự cân bằng đến sự mất cân bằng rồi tìm lại sự thích nghi và đạt được sự cân bằng mới nhưng ở trình độ cao hơn. 20 Quá trình này cứ lặp đi lặp lại theo con đường xoắn ốc và điều đó đã đem đến sự phát triển cho HS (Hình 2.1) [11]. Hình 2. 1. Lí thuyết cân bằng của J. Piaget Hình 2. 2. Dạy học đi trước sự phát triển của L. Vygotxki Theo sơ đồ Hình 2.1, Hoạt động nhận thức của người học thông qua hai quá trình đồng hóa và điều ứng được thể hiện cụ thể trước các tình huống học tập. Điều ứng: là điều chỉnh để thích ứng, xuất hiện khi người học vận dụng những kiến thức và kĩ năng quen thuộc để giải quyết vấn đề mới nhưng không thành công (xảy ra sự mất cân bằng) và để giải quyết vấn đề này, người học phải điều chỉnh, thay đổi thậm chí loại bỏ những kiến thức và kinh nghiệm đã có. Người học có khả năng phát hiện ra những biện pháp mới, xây dựng mô hình mới để giải quyết vấn đề này. Kết quả là giải pháp mới, mô hình mới, kiến thức mới được hình thành và bổ sung vào hệ thống kiến thức đã có [42], [11]. Đồng hoá: Khi nhận thức sự vật/ hiện tượng, người học tiếp nhận thông tin và đồng hóa nó vào mô hình, những khái niệm đã biết để nhận diện và phân loại, đồng thời giải quyết được tình huống mới. Đó là quá trình, người học tiếp nhận khách thể, dùng các kiến thức và kĩ năng sẵn có để xử lí các thông tin và tác động từ bên ngoài nhằm đạt được mục tiêu nhận thức [42], [11]. Đồng hoá và điều ứng là hai quá trình 21 đan kết chặt chẽ với nhau trong mỗi hoạt động nhận thức của người học, tạo nên sự cân bằng. L. Vygotxki đã đưa ra lí thuyết vùng phát triển gần nhất có ảnh hưởng tích cực tới giáo dục. Vùng phát triển gần nhất đặc trưng bởi sự khác biệt giữa khả năng mà trẻ có thể tự giải quyết được và nhiệm vụ mà chúng sẽ làm được với sự giúp đỡ của người khác [42]. L. Vygotxki cho rằng: trong suốt quá trình nhận thức, phát triển trí tuệ của trẻ em thường xuyên xảy ra hai trình độ: trình độ hiện tại và trình độ vùng phát triển gần nhất. Trình độ hiện tại biểu hiện qua tình huống tự trẻ em độc lập giải quyết nhiệm vụ, không cần bất kì sự trợ giúp nào từ bên ngoài. Còn trình độ phát triển gần nhất được thể hiện trong tình huống trẻ hoàn thành nhiệm vụ khi có sự hợp tác, sự giúp đỡ của người khác, mà nếu tự mình thì trẻ sẽ không giải quyết được (Hình 2.2) [11]. Chính vì vậy, chỗ tốt nhất cho sự phát triển nhận thức chính là vùng phát triển gần nhất, vùng đó là khoảng cách giữa trình độ phát triển hiện tại của HS và trình độ cao hơn cần vươn tới để có thể giải quyết được nhiệm vụ nhận thức được đặt ra. Hai trình độ phát triển thể hiện mức độ khác nhau và luôn vận động, vùng phát triển gần nhất hôm nay thì trở thành trình độ hiện tại và xuất hiện vùng phát triển gần nhất mới. Theo J. Dewey (1859-1952), kiến thức xuất hiện đơn thuần là từ tình huống mà ở đó người học phải tìm ra các kinh nghiệm và trải nghiệm và người học phải tiến hành những hoạt động có mục đích và nội dung rõ ràng, từ đó đem lại cho chúng cơ hội được vận dụng lí thuyết đã học vào cuộc sống hằng ngày [14]. Bruner cho rằng: Người học tạo nên kiến thức cho bản thân bằng cách điều khiển những ý tưởng và tiếp cận dựa trên những kiến thức và kinh nghiệm đã có, áp dụng chúng vào những tình huống mới để tạo thành thể thống nhất giữa kiến thức mới thu nhận được với những kiến thức đang tồn tại trong trí óc. Có thể thấy lí thuyết cân bằng của J. Piaget và lí thuyết “Vùng phát triển gần nhất” của L. Vưgôtxki cùng với các thành tựu khác của tâm lí học phát triển là cơ sở cho các nhà nghiên cứu giáo dục mở rộng và vận dụng chúng trong dạy học tìm tòi, khám phá; dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề; dạy học dựa trên nghiên cứu, dạy 22 học dự án ... với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, thí nghiệm và đa phương tiện nhằm phát triển năng lực của HS nói chung và NLGQVĐ nói riêng trong các hoạt động như: tổ chức tình huống học tập, trong đó GV tạo nên sự mất cân bằng, xuất hiện mâu thuẫn về nhận thức và điều khiển, định hướng HS tự lực giải quyết mâu thuẫn nhận thức một cách tự lực và sáng tạo [29]. 2.1.4.2. Cơ sở lí luận trong dạy học dựa trên nghiên cứu Tâm lí học và lí luận dạy học hiện đại khẳng định: học không phải chỉ là “tiếp thu” kinh nghiệm đã có sẵn của nhân loại mà chính là “sáng tạo lại” cho bản thân mình. Do đó, tổ chức dạy học phải đặt HS vào vị trí của chủ thể hoạt động nhận thức, của người nghiên cứu, khám phá. Chính nhờ cách học nghiên cứu khám phá đó mà HS nắm vững kiến thức, biết sử dụng kiến thức một cách linh hoạt, để rồi tiếp tục sáng tạo ra cái mới. Như vậy, ta có thể xem học tập là một hoạt động đặc thù của con người nhằm biến những kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo mà loài người đã tích lũy được thành của cá nhân mình, qua đó phát triển năng lực và hình thành nhân cách. Theo quan điểm hoạt động nêu trên thì học tập một môn khoa học cũng chính là hoạt động “khám phá lại” những tri thức khoa học đó, cách tốt nhất là sử dụng chính phương pháp nhận thức của khoa học đó. Bởi vì, nếu tổ chức hoạt động nhận thức trong học tập cho HS theo những bước đi cơ bản của hoạt động nhận thức trong khoa học sẽ giúp cho HS không những chiếm lĩnh kiến thức một cách tự lực, mà còn là cách tốt nhất để rèn luyện phương thức hoạt động tư duy, góp phần phát triển tư duy cho HS. Do đó, cách tốt nhất để dạy HS kiến thức vật lí là dạy HS phương pháp nghiên cứu vật lí. Vì vậy, cần tổ chức quá trình hoạt động nhận thức vật lí của HS phỏng theo quá trình nhận thức khoa học trong vật lí. Tuy nhiên, khi tổ chức, hướng dẫn hoạt động nhận thức theo tiến trình này, cần lưu ý cái mới mà HS tìm ra là mới đối với cá nhân HS, chứ không phải mới trong khoa học. Hơn nữa, trong dạy học cái mới cũng chỉ là cái mới (khái niệm, định luật, nguyên lý, ứng dụng kĩ thuật) trong phạm vi, lĩnh vực, phần nhỏ trong vật lí học. Các nhà Tâm lí học cho rằng: tư duy tích cực của con người chỉ bắt đầu khi con người đứng trước khó khăn về nhận thức, “Năng lực nhận thức của con người 23 được hình thành qua chính hoạt động nhận thức” và Rubinstein đã nói “Tư duy sáng tạo luôn bắt đầu bằng tình huống có vấn đề”. “Vấn đề” dùng để chỉ nhiệm vụ chứa đựng mâu thuẫn về nhận thức mà HS không thể giải quyết được khi chỉ dựa vào những kinh nghiệm sẵn có mà đòi hỏi họ phải có sự suy nghĩ độc lập, sáng tạo và kết quả là sau khi giải quyết được vấn đề thì họ thu nhận được kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo mới. Nói cách khác, “Vấn đề” ở đây là vấn đề học tập mà HS phải suy nghĩ tìm cách giải quyết, họ không thể giải quyết được theo khuôn mẫu có sẵn, nghĩa là không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần để giải quyết, mà phải tìm tòi, nghiên cứu, sáng tạo. Trong quá trình phát triển của vật lí học, các nhà khoa học đã sáng tạo ra nhiều phương pháp nhận thức có hiệu quả trong việc đi tìm chân lí. Quá trình sáng tạo của các nhà vật lí Albert Einstein, Max Planck đều có những quan điểm tương đồng. Hình 2. 3. Chu trình sáng tạo khoa học (Theo V. G. Razumôpxki) Những quan điểm đó được V. G. Razumôpxki khái quát hóa thành chu trình sáng tạo khoa học gồm các giai đoạn [44], [15], [13]: Từ những sự kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình giả định của hiện tượng (tức là đề xuất giả thuyết); Từ mô hình giả định rút ra các hệ quả logic; Từ hệ quả logic đi đến thiết kế và tiến hành kiểm tra bằng thực nghiệm. Nếu những sự kiện thực nghiệm phù hợp với hệ quả logic đã dự đoán thì giả thuyết đó được xác nhận và giả thuyết đó trở thành chân lí khoa học, từ đó hình thành định luật, thuyết vật lí. Cho đến khi xuất hiện những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với các hệ quả rút ra từ lí thuyết dẫn đến phải xem lại lí thuyết cũ, cần phải chỉnh lí, bổ sung hoặc phải thay đổi mô hình giả thuyết và bắt đầu xây dựng giả thuyết mới, thiết kế những thiết bị mới để kiểm tra. Bằng cách đó, kiến thức khoa học ngày một phong phú thêm. Mô hình - Giả thuyết Các sự kiện xuất phát Các hệ quả logic Thực nghiệm 24 Theo chu trình sáng tạo khoa học của V. G. Razamôpxki, ta có thể tổ chức hoạt động dạy học vật lí dựa trên nghiên cứu bao gồm bốn giai đoạn như đề xuất vấn đề; Suy đoán giải pháp; Khảo sát lí thuyết và thực nghiệm; Kiểm tra xác nhận kết quả và vận dụng. 2.1.4.3. Cơ sở thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu Cơ sở thực tiễn dựa trên kết quả phân tích khảo sát được thực hiện qua hai đợt bồi dưỡng chuyên đề “Thiết kế và sử dụng các thí nghiệm tương tác trên màn hình máy vi tính trong dạy học Vật lí phần cơ học THPT theo hướng phát huy tích cực, sáng tạo của HS”. Đợt 1 vào tháng 7 năm 2017 tại tỉnh Gia Lai, số lượng mẫu khảo sát là 60 giáo viên là tổ trưởng chuyên môn Vật lí ở các trường THPT; Đợt 2 vào tháng 12 năm 2018 tại tỉnh An Giang, số lượng mẫu khảo sát là 55 giáo viên là tổ trưởng chuyên môn Vật lí ở các trường THPT. Đồng thời chúng tôi tiến hành khảo sát hơn 40 tổ trưởng môn Vật lí THPT về (a) Nhận thức của giáo viên về dạy học phỏng theo tiến trình phát hiện và giải quyết vấn đề của nhà khoa học vật lí (dựa trên quan điểm nghiên cứu); b) Tổ chức dạy học các chương “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” trong việc phát triển NLGQVĐ của HS; c) Những khó khăn trong việc dạy học chương “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” nhằm phát triển NLGQVĐ và dự kiến các biện pháp khắc phục khó khăn. Chúng tôi sử dụng bộ công cụ khảo sát GV bằng các phiếu hỏi cho mỗi GV (Phụ lục 1). Sau đó, chúng tôi thu thập các phiếu phản hồi và sử dụng thống kế toán học để xử lí dữ liệu. ❖ Tổ chức dạy học các kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo toàn” trong việc phát triển NLGQVĐ của HS Tất cả GV được khảo sát đều nhận thấy được tầm quan trọng của việc tổ chức dạy học phát hiện và GQVĐ trong việc phát triển NLGQVĐ của HS. GV cho rằng nguyên nhân những hành vi biểu hiện mà HS thường đạt mức thấp là do: Về HS: Khi làm việc nhóm chỉ tập trung một vài thành viên, HS chưa biết cách phân công nhiệm vụ phù hợp, còn thụ động tiếp nhận do quen với PP truyền thống, ngại trao đổi, phát biểu với bạn bè và thầy/cô và chỉ đưa ra ý kiến cá nhân khi được yêu cầu. HS chưa được tạo điều kiện để tham gia vào quá trình tự phát hiện vấn đề, xây dựng giả thuyết, đề xuất giải pháp và thiết kế các phương án TN, tiến hành thí 25 nghiệm thu thập và xử lí kết quả TN dẫn đến khả năng phát hiện ra vấn đề chứa trong các tình huống của các em là chưa tốt, đồng thời, việc mô tả, phân tích, giải thích hiện tượng còn hạn chế. Về GV: Chưa chú trọng giao nhiệm vụ học tập để HS tự lực GQVĐ nên các em chưa quen với cách học phát hiện vấn đề và GQVĐ. Phần lớn, GV giảng giải, thông báo và mô tả, giải thích hiện tượng (GV làm trung tâm). Về thiết bị TN: TBTN được cung cấp theo danh mục tối thiểu của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Tuy nhiên, các thiết bị này không được bảo quản tốt nên phần lớn đã hư hỏng, độ chính xác kém. Cụ thể, các bộ TN dùng để tổ chức hoạt động dạy học GQVĐ cho HS trong giai đoạn kiểm nghiệm về định luật I, II, III Newton, ĐLBT động lượng và ĐLBT cơ năng hầu như không có. Một số trường chuyên, trọng điểm của một số địa bàn trong tỉnh được trang bị thêm các bộ TN như khảo sát tương tác va chạm của hai vật trên đệm khí sử dụng cổng quang điện, cảm biến chuyển động và cảm biến lực. Nhưng phần lớn là dùng vào tiết học thực hành hay bồi dưỡng HS giỏi. Cách tổ chức của GV sử dụng TN để tổ chức trên lớp học chủ yếu là biểu diễn, minh họa hiện tượng trước lớp, thu thập số liệu, sau đó cho HS xử lí và đưa ra kết luận. Khi được hỏi về cách thức tổ chức DH ĐL III Newton theo tiến trình DH GQVĐ, phần lớn GV tiến hành cho HS xem video thí nghiệm tương tác, PowerPoint và hình ảnh minh họa theo SGK, các TN mô phỏng (phần mềm Crocodile hoặc Working Model) về sự tương tác giữa hai vật, sau đó yêu cầu HS phân tích phương, chiều, điểm đặt của hai lực và đưa ra nhận xét về điểm đặt, giá, chiều và độ lớn của lực và phản lực. Sau đó GV tổng kết và phát biểu định luật. Lí do GV không thể tổ chức cho HS thực hiện kiểm nghiệm định luật này là do không có, hoặc khó thực hiện thí nghiệm thực. Khi được hỏi GV về sự hiểu biết và sử dụng TNKNMT và TNTTTMH trong DH vật lí, Theo biểu đồ hình 2. 4 a) Phần lớn các thầy/cô chỉ được giới thiệu hoặc nghe nói nhưng chưa sử dụng lần nào (55%). Bên cạnh đó một phần không nhỏ (20%) các thầy/cô chưa được biết đến TNKNMT. Biểu đồ hình 2.4 b) số lượng thầy/cô đã 26 sử dụng (45%) và có biết nhưng chưa sử dụng (41%), thầy/cô chưa biết về TNTTTMH là (12%) thầy/cô vẫn chưa biết về TNTTTMH. a) TNKNMT b) TNTTTMH Hình 2. 4. Hiểu biết và sử dụng của GV về TNKNMT – TNTTTMH. ❖ Những khó khăn trong việc dạy học một số kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo toàn” nhằm phát triển NLGQVĐ và dự kiến giải pháp khắc phục khó khăn a. Khó khăn trong việc dạy học kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo toàn”: Tất cả GV được khảo sát đều cho rằng khó khăn trong việc DH các kiến thức vật lí phỏng theo tiến trình dạy học phát hiện và GQVĐ của các nhà khoa học là do việc lựa chọn phương pháp, hình thức tổ chức và TBTN hỗ trợ. - Phương pháp và hình thức tổ chức lớp học: Chủ yếu GV giảng giải, thông báo và mô tả, giải thích hiện tượng, sỉ số lớp học trên 40 HS ảnh hưởng đến cách tổ chức hoạt động nhóm và chất lượng dạy học, nếu chia ra nhiều nhóm nhỏ thì không đủ thời gian để thực hiện, thời gian cho một tiết học quá ít, nên chưa đủ thời gian để tiến hành cho HS hoạt động và luyện tập. - TBTN hỗ trợ: Chưa có các bộ thí nghiệm kiểm chứng các giả thuyết tổng quát hoặc TBTN không chính xác. Nên chỉ dùng TN mô phỏng hoặc video, TN mang tính biểu diễn, dụng cụ khó quan sát. Sử dụng TN ảo nên chưa hấp dẫn đối với HS. Giải pháp: Dựa trên phân tích kết quả khảo sát thu được, chúng tôi dự kiến đưa ra một số giải pháp nhằm nâng cao chất lượng dạy học Vật lí phỏng theo DH phát hiện và GQVĐ - Về phía GV cần thay đổi cách thức tổ chức hoạt động học tập, chú trọng giao nhiệm vụ học tập cho HS tự lực GQVĐ, tạo điều kiện cho HS tham vào quá trình 27 tự phát hiện vấn đề, xây dựng giả thuyết, đề xuất giải pháp và thiết kế các phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí kết quả thí nghiệm. - Nhà trường cần trang bị đầy đủ hệ thống máy tính, mạng Internet, TBTN trong dạy học vật lí phải đầy đủ, chính xác khoa học đáp ứng yêu cầu dựa trên nghiên cứu có tính khoa học cao. Có thể thấy, thực tiễn dạy học phát hiện và GQVĐ ở một số địa phương chưa đề cập đến việc tổ chức dạy học phát hiện và GQVĐ ở mức cao (cụ thể là chưa nghiên cứu các trường hợp, hiện tượng, quá trình mang tính tổng quát). Tình trạng TBTN dạy học bị thiếu, không có, thiếu chính xác, cồng kềnh không đáp ứng yêu cầu tổ chức dạy học phát hiện và GQVĐ ở mức cao. 2.1.5. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu 2.1.5.1. Phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu Giải quyết vấn đề là đặc thù của việc tìm hiểu, khám phá thế giới khoa học, là một trong những nội dung giáo dục của môn vật lí. NLGQVĐ là khả năng của một cá nhân hiểu và GQVĐ khi mà giải pháp giải quyết chưa rõ ràng. Nó bao gồm sự sẵn sàng tham gia vào GQVĐ đó, thể hiện tiềm năng là công dân tích cực và có tinh thần xây dựng [57]. Trong luận án này, chúng tôi quan niệm “NLGQVĐ của HS là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, xúc cảm, 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” [45]. Để xác định các thành phần năng lực, trước hết căn cứ vào bối cảnh và các nội dung của vấn đề cần giải quyết. HS cần có khả năng GQVĐ trong nội bộ lĩnh vực đồng thời cũng có khả năng GQVĐ gặp phải trong cuộc sống thông qua những kiến thức, kĩ năng học được và kinh nghiệm của bản thân. Xuất phát từ định nghĩa NLGQVĐ và bối cảnh, chúng tôi xác định các thành phần NLGQVĐ của HS trong học tập vật lí bao gồm: 28 - Nhận biết và phân tích tình huống, phát hiện vấn đề và phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi khoa học) Phân tích được tình huống thông qua quan sát, mô tả hiện tượng trong thực tiễn; Nhận dạng được một số yếu tố của tình huống bằng cách biết, nhớ lại, nhận ra, mô tả các khái niệm, thuật ngữ và tính chất của đối tượng được phát hiện, xác định rõ vấn đề trong tình huống và chuyển vấn đề thực tiễn thành dạng vấn đề có thể khám phá, giải quyết (bài toán khoa học), đồng thời phát biểu vấn đề dưới dạng câu hỏi ngắn gọn, khoa học. - Đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề Để HS đề xuất được giải pháp và lựa chọn giải pháp, GV cần tổ chức cho HS thu thập, phân tích thông tin vấn đề và xác định loại thông tin liên quan đến vấn đề bao gồm những hiện tượng, sự kiện gì, những tính chất gì của vật thể, những trạng thái nào, nhận biết chúng có liên quan đến những khái niệm, quy tắc, định luật vật lí nào, đề xuất phương án GQVĐ bằng con đường suy luận lí thuyết hay khảo sát thực nghiệm. Trình bày các giải pháp, các kết quả trung gian và cuối cùng, đánh giá, lựa chọn phương án tối ưu và đưa ra ý kiến về phương án lựa chọn. - Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề: Lập kế hoạch cụ thể hành động theo phương án đã chọn để giải quyết vấn đề, và đánh giá, điều chỉnh các bước giải quyết vấn đề cụ thể trong quá trình thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề. - Đánh giá, hoàn thiện toàn bộ quá trình giải quyết vấn đề và đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc giải quyết vấn đề tương tự và phát hiện vấn đề cần giải quyết mới: Đánh giá từng bước trong quá trình thực hiện giải pháp và đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự và phát hiện vấn đề cần giải quyết mới. Mỗi thành phần của NLGQVĐ gồm các hành vi biểu hiện và để đánh giá từng hành vi biểu hiện, ta cần xác định các chỉ số hành vi và được mô tả bằng các tiêu chí chất lượng. Dưới đây là cấu trúc của NLGQVĐ gồm có 4 thành phần, 13 hành vi 29 biểu hiện và mức độ có thể đạt được của từng hành vi của HS (Hình 2.5 và Bảng 2.1). Hình 2. 5. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề Đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề 2 2.2. Xác định, tìm ra KT và/ hay PP vật lí cần sử dụng cho việc GQVĐ 2.3. Đề xuất giải pháp 2.4. Lựa chọn giải pháp 2.1. Thu thập thông tin, xử lí thông tin liên quan Phân tích tình huống, phát hiện VĐ và phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi khoa học) 1 1.1. Phân tích được tình huống VĐ 1.2. Phát hiện VĐ mới cần NC 1.3. Phát biểu VĐ (Nêu được câu hỏi KH) Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề 3 3.1. Lập kế hoạch cụ thể để thực hiện giải pháp 3.3. Đánh giá và điều chỉnh các bước GQVĐ cụ thể trong quá trình thực hiện GP và rút ra kết luận (về kiến thức, phương pháp mới được tìm ra) 3.2. Thực hiện kế hoạch Đánh giá, hoàn thiện toàn bộ quá trình GQVĐ và đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự và phát hiện vấn đề cần giải quyết mới 4 4.1. Đánh giá quá trình GQVĐ 4.2. Hoàn thiện quá trình GQVĐ 4.3. Đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự và phát hiện vấn đề cần giải quyết mới NĂNG LỰC GQVĐ 30 Năng lực thành phần Hành vi biểu hiện Mức độ Tiêu chí chất lượng 1. Phân tích tình huống, phát hiện vấn đề và phát biểu VĐ cần giải quyết (câu hỏi khoa học) 1.1. Phân tích được tình huống vấn đề M1.1.1 Không phân tích được tình huống M2.1.1 Phân tích được tình huống nhưng còn nhiều thiếu sót M3.1.1 Phân tích được tình huống nhưng còn ít thiếu sót M4.1.1 Phân tích đầy đủ thông tin và chính xác tình huống 1.2. Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu M1.1.2 Không phát hiện được vấn đề M2.1.2 Phát hiện được vấn đề, nhưng còn nhiều thiếu sót M3.1.2 Phát hiện được vấn đề, nhưng còn ít thiếu sót M4.1.2 Phát hiện đúng vấn đề 1.3. Phát biểu vấn đề (dưới dạng câu hỏi khoa học) M1.1.3 Không phát biểu được vấn đề M2.1.3 Phát biểu được vấn đề nhưng còn nhiều thiếu sót M3.1.3 Phát biểu được vấn đề nhưng còn ít thiếu sót M4.1.3 Phát biểu đúng vấn đề dưới dạng câu hỏi khoa học 2. Đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề 2.1. Thu thập thông tin, xử lí (kết nối, lựa chọn, sắp xếp) thông tin liên quan đến vấn đề M1.2.1 Không xác định được và không biết tìm hiểu các thông tin có liên quan đến vấn đề M2.2.1 Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin có liên quan đến vấn đề, nhưng còn nhiều thiếu sót M3.2.1 Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin có liên quan đến vấn đề, nhưng ít thiếu sót M4.2.1 Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin có liên quan đến vấn đề, đầy đủ chính xác 2.2. Xác định, tìm ra kiến thức và/ hay phương M1.2.2 Không xác định, tìm ra kiến thức và/ hay phương pháp vật lí (và liên môn) cần sử dụng cho việc GQVĐ vấn đề 31 pháp vật lí (và liên môn) cần sử dụng cho việc GQVĐ M2.2.2 Xác định, tìm ra kiến thức và/ hay phương pháp vật lí (và liên môn) cần sử dụng cho việc GQVĐ vấn đề nhưng còn thiếu nhiều M3.2.2 Xác định, tìm ra kiến thức và/ hay phương pháp vật lí (và liên môn) cần sử dụng cho việc GQVĐ vấn đề nhưng còn thiếu M4.2.2 Xác định, tìm ra đầy đủ kiến thức và/ hay phương pháp vật lí (và liên môn) cần sử dụng cho việc GQVĐ vấn đề 2.3. Đề xuất giải pháp M1.2.3 Không đề xuất được giải pháp M2.2.3 Đề xuất được giải pháp nhưng còn chưa hợp lí M3.2.3 Đề xuất được giải pháp ít nhiều hợp lí M4.2.3 Để xuất được một (hoặc nhiều giải pháp) hợp lí dựa trên cơ sở khoa học 2.4. Lựa chọn giải pháp M1.2.4 Không lựa chọn được giải pháp M2.2.4 Lựa chọn được giải pháp nhưng chưa khả thi M3.2.4 Lựa chọn được giải pháp khả thi M4.2.4 So sánh được ưu, nhược điểm của từng giải pháp, lựa chọn được giải pháp khả thi nhưng là giải pháp tối ưu 3. Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề. 3.1. Lập kế hoạch cụ thể để thực hiện giải pháp M1.3.1 Không lập được kế hoạch GQVĐ M2.3.1 Lập kế hoạch GQVĐ nhưng chưa khoa học/ hợp lí M3.3.1 Lập kế hoạch thực hiện giải pháp một cách khoa học/ hợp lí nhưng chưa đầy đủ (hoặc chưa chi tiết) M4.3.1 Lập kế hoạch thực hiện giải pháp một cách khoa học/ hợp lí, đầy đủ và chi tiết 3.2. Thực hiện kế hoạch M1.3.2 Không thực hiện được kế hoạch M2.3.2 Thực hiện và hoàn thành một phần nhỏ kế hoạch, hoặc hoàn thành nhưng còn nhiều sai sót 32 M3.3.2 Thực hiện và hoàn thành một phần lớn kế hoạch M4.3.2 Thực hiện và hoàn thành đầy đủ kế hoạch 3.3. Đánh giá và điều chỉnh các bước giải quyết vấn đề cụ thể trong quá trình thực hiện giải pháp M1.3.3 Không điều chỉnh hành động trong quá trình thực hiện giải pháp M2.3.3 Điều chỉnh được hành động trong quá trình thực hiện giải pháp nhưng còn ít thích hợp M3.3.3 Điều chỉnh được hành động trong quá trình thực hiện giải pháp nhưng tương đối thích hợp M4.3.3 Điều chỉnh được hành động hợp lí (thích hợp) 4. Đánh giá, hoàn thiện toàn bộ quá trình GQVĐ và đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự và phát hiện VĐ cần giải quyết mới. 4.1. Đánh giá quá trình GQVĐ M1.4.1 Không đánh giá được quá trình GQVĐ M2.4.1 Đánh giá quá trình GQVĐ chưa đầy đủ, chưa khoa học M3.4.1 Đánh giá được quá trình GQVĐ tương đối đầy đủ và tương đối khoa học M4.4.1 Đánh giá quá trình GQVĐ đầy đủ và khoa học. 4.2. Hoàn thiện quá trình GQVĐ M1.4.2 Không hoàn thiện quá trình GQVĐ M2.4.2 Hoàn thiện quá trình GQVĐ chưa đầy đủ M3.4.2 Hoàn thiện quá trình GQVĐ tương đối đầy đủ M4.4.2 Hoàn thiện quá trình GQVĐ đầy đủ 4.3. Đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự và phát hiện vấn đề cần giải quyết mới M1.4.3 Không đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự M2.4.3 Đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự nhưng chưa có cơ sở M3.4.3 Đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự M4.4.3 Đưa ra khả năng áp dụng kết quả thu được trong việc GQVĐ tương tự và xem xét kết quả thu được trong tình huống mới Bảng 2. 1. Bảng tiêu chí chất lượng năng lực giải quyết vấn đề Để xác nhận kết quả học tập của người học theo hướng đánh giá khả năng người học vận dụng các kiến thức, kĩ năng đã học vào GQVĐ thực tiễn của cuộc sống 33 có thể thực hiện nhiều mục đích chức năng khác nhau, thông qua nhiều PP khác nhau nhằm thúc đẩy hoạt động học tập tích cực và hiệu quả ở người học, đồng thời hình thành và phát triển năng lực cần thiết thế kỷ 21. Có nhiều phương pháp và công cụ đánh giá được vận dụng để đánh giá năng lực nói chung và NLGQVĐ nói riêng như phương pháp sử dụng thang đánh giá năng lực (Công cụ đánh giá là bảng kiểm quan sát), phương pháp đánh giá đồng đẳng và tự đánh giá (công cụ đánh giá phiếu tự đánh giá), phương pháp đánh giá qua bài kiểm tra năng lực (công cụ đánh giá bài kiểm tra), [18], [24]. Căn cứ vào cấu trúc NLGQVĐ và tiêu chí đánh giá NLGQVĐ của HS, chúng tôi chọn phương pháp và hình thức đánh giá theo tiêu chí, sử dụng thang đánh giá năng lực và công cụ đánh giá là bảng kiểm quan sát NLGQVĐ của HS để đánh giá các hành vi của NLGQVĐ và các mức độ biểu hiện tương ứng mức độ biểu hiện của hành vi thuộc các năng lực thành phần của NLGQVĐ đối với từng nội dung bài học cụ thể (Bảng 2.2) và chỉ ra loại thông tin cần thu thập thích hợp ở HS sẽ được sử dụng trong đánh giá cũng như hình thức thường sử dụng khi thu thập đối với từng loại thông tin đó (Bảng 2.3). GV có thể sử dụng bảng này để quan sát HS làm việc, học tập và đánh dấu vào các mức đạt được của HS tương ứng với từng hành vi biểu hiện quan sát được. Họ và Tên HS Mức độ biểu hiện Thành phần 1 Thành phần 2 Thành phần 3 HV1.1 HV1.2 HV1.3 HV2.3 HV3.1 HV3.2 HV3.3 HS 1 M4 M3 M2 M1 . Bảng 2. 2. Bảng kiểm quan sát NLGQVĐ của HS 34 Hình thức 1 Hình thức 2 Hình thức 3 Lời nói (Ghi âm) Chữ viết (Phiếu học tập, Bảng kiểm) Hành động (Quan sát: Mắt, Camera) Bảng 2. 3. Hình thức thu thập thông tin ở HS được sử dụng trong đánh giá Từ mục tiêu DH phát triển NLGQVĐ, chúng tôi thiết kế các hành vi đạt được trong thành phần NLGQVĐ và mức độ đạt được của hành vi đó của HS trong mục tiêu nêu trên, qua đó xác định cần thu thập thông tin bằng hình thức nào (hình thức 1, 2 hay 3) để thu thập được các biểu hiện hành vi của HS. Cụ thể, trong luận án, chúng tôi sử dụng các hình thức 1, 2 và 3. Ứng với lời nói, chúng tôi sử dụng hình thức: trao đổi, phỏng vấn (ghi âm). Đối với văn bản, chúng tôi sử dụng hình thức: phiếu học tập. Đối với hành động, chúng tôi sử dụng hình thức quan sát các hành động thực hiện của HS (ghi hình và bảng kiểm). 2.1.5.2. Đề xuất các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu Để có thể phát triển NLGQVĐ, nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào ba biện pháp sau: - Biện pháp 1: Tổ chức dạy học dựa trên nghiên cứu trong đó tổ chức HS GQVĐ với mức cao. Cơ sở khoa học đề ra biện pháp này: Để phát triển NLGQVĐ thì học sinh cần trải nghiệm các giai đoạn GQVĐ. Các giai đoạn GQVĐ trong dạy học về thực chất được phỏng theo các giai đoạn GQVĐ của các nhà khoa học, nghĩa là GQVĐ trong nghiên cứu, trong điều kiện dạy học. Còn để phát triển ở học sinh NLGQVĐ ở mức cao thì tương ứng cần phải tổ chức, hướng dẫn học sinh học tập dựa trên nghiên cứu ở mức độ cao (nghĩa là yêu cầu học sinh phải thực hiện các hành vi biểu hiện việc GQVĐ ở mức cao, đó là các hành vi 1.1, 3.1 và 3.2 như đã giải trình ở trên). 35 - Biện pháp 2: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kĩ thuật số trong DH vật lí đáp ứng yêu cầu dựa trên nghiên cứu có tính khoa học cao. Cơ sở khoa học đề ra biện pháp 2 này: Do hoạt động GQVĐ của học sinh gắn liền với việc xây dựng một số kiến thức như: Động lượng. Định luật bảo toàn dộng lượng, định luật 3 Newton. Học sinh ngoài việc phải thực hiện hành vi: đưa ra những hiện tượng va chạm, tương tác giữa 2 vật có tính tổng quát, học sinh sau đó còn phải đưa ra giả thuyết và đề ra phương án thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết (đã được đề xuất từ việc khảo sát hiện tượng va chạm tổng quát đó). Nếu không xây dựng và sử dụng thí nghiệm kĩ thuật số (trong 4 bài) thì học sinh không thể biết và đề xuất cần sử dụng thí nghiệm kĩ thuật số để áp dụng trong những trường hợp này nhằm kiểm chứng được giả thuyết. Không xây dựng thí nghiệm kĩ thuật số thì học sinh không biết để đề xuất phương án thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết (trong trường hợp va chạm tổng quát) và do đó vấn đề không được học sinh tự tham gia giải quyết. Hiện nay các thí nghiệm truyền thống không thể kiểm chứng được giả thuyết trong trường hợp này. - Biện pháp 3: Xây dựng TNTTTMH online tạo điều kiện tổ chức dạy học kết hợp. Cơ sở đề...nào hoặc đưa ra phương án không đúng. M2.3.1 Đưa ra các phương án sau: - 1 trong 2 phương án kiểm chứng GT (vật chuyển động trên thanh ray theo 1 phương, chuyển động theo 2 phương). M3.3.1 Đưa ra các phương án sau: 180 Galile (giảm dần ma sát) -Thí nghiệm kĩ thuật số Lựa chọn giải pháp (mỗi giải pháp có những ưu, nhược riêng): chọn đồng thời 2 giải pháp và chia nhóm HS thực hiện. phương án. - 2 phương án kiểm chứng GT (đứng yên, chuyển động theo 1 phương, chuyển động theo 2 phương). - 1 phương án TBTN. M4.3.1 Đưa ra đầy đủ các phương án sau: - 2 phương án kiểm chứng giả thuyết vật chuyển động trên thanh ray theo 1 phương, chuyển động theo 2 phương). - 2 phương án TBTN. 3.2. Thực hiện kế hoạch Tiến hành thí nghiệm -Lắp đặt bộ cảm biến lực- gia tốc kết nối máy tính không dây/ Thao tác trên TN máng M1.3.2 Không tiến hành được. M2.3.2 - Lắp đặt đúng - Tiến hành được - Chưa Thu thập số liệu và trình bày đủ. M3.3.2 - Lắp đặt đúng. - Tiến hành được. 181 nghiêng bằng TNTTTMH. -Tiến hành TN; Thu thập số liệu; Phân tích số liệu TN -Xử lí kết quả TN và rút ra kết luận. - Chưa Thu thập số liệu và trình bày khá đầy đủ. - Chưa phân tích, xử lí. M4.3.2 - Thực hiện đầy đủ 3.3. Đánh giá và điều chỉnh các bước giải quyết vấn đề cụ thể trong quá trình thực hiện giải pháp. Trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn ấy. M1.3.3 Không trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp M2.3.3 Gặp khó khăn, trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn không hợp lí M3.3.3 Gặp khó khăn, trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn tương đối thích hợp. M4.3.3 Không gặp khó khăn hoặc trình bày 182 được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn thích hợp. PHỤ LỤC 3 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật II Newton PL.3.1. Tiến trình xây dựng kiến thức định luật II Newton Thiết bị thí nghiệm gồm: Ròng rọc; Thay ray; Xe động lực; Hai bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây; Giao diện phần mềm Phys-MBL hỗ trợ TNKNMT; Bộ quả nặng Ròng rọc Cảm biến lực – gia tốc Giao diện phần mềm TNKNMT Bộ quả nặng Bảng PL 2. 2. Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức định luật I Newton 183 1. Làm nảy sinh vấn đề Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu 1.1. Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu (câu hỏi cần trả lời) HS xem đoạn phim về lực tác dụng lên vật - Tác dụng cùng một lực lên các vật có khối lượng khác nhau. - Tác dụng các lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật. HS phát hiện ra: - Độ lớn gia tốc của vật thu được khác nhau khi tác dụng cùng một lực lên các vật có khối lượng khác nhau. - Độ lớn gia tốc mà vật thu được là khác nhau khi tác dụng các lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật. Mối quan hệ giữa gia tốc mà vật thu được với lực tác dụng và khối lượng của vật như thế nào? 2. Giải quyết vấn đề (Đề xuất và lựa chọn giải pháp) 2.2. Đề xuất giả thuyết/ hệ quả Dựa vào hướng của lực tác dụng và hướng chuyển động của vật HS đề xuất giả thuyết - Gia tốc cùng hướng với lực tác dụng - Gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng khi khối lượng vật không đổi. - Gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng vật khi lực tác dụng không đổi. 184 3. Thực hiện giải pháp 3.2. Kiểm tra tính đúng đắn của GT hoặc hệ quả nhờ TN Đề xuất các phương án kiểm chứng giả thuyết (2 phương án, tức là 2 trường hợp: khi tác dụng cùng một lực lên các vật có khối lượng khác nhau; khi tác dụng các lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật) Đưa ra các phương án TN (bao gồm phương án lắp đặt TN, tiến hành TN, thu thập số liệu, cách phân tích đánh giá số liệu) để kiểm chứng giả thuyết đối với từng phương án. Phương án TN thật truyền thống Phương án Thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT) Lựa chọn phương án: Do TNKNMT ưu việt hơn nên sử dụng phương án này Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng câu hỏi (giả thuyết). Ghi kết quả vào bảng số liệu: Bảng A: (Kết quả thí nghiệm về sự phụ thuộc của gia tốc hệ vật vào lực tác dụng vào hệ vật khi khối lượng hệ vật không đổi) Lần đo Lực Gia tốc TB Tỉ số Lực Gia tốc 1 F1 2 F2 Bảng B: (Kết quả thí nghiện về sự phụ thuộc của gia tốc hệ vật vào khối lượng hệ vật khi lực tác dụng vào hệ vật không đổi) Lần đo Khối lượng Gia tốc TB Tỉ số Khối lượng Gia tốc 1 m1 = () 2 m2 = () 185 PL.3.2. Tổ chức hoạt động dạy học định luật II Newton Hoạt động 1: Quan sát hiện tượng trong đoạn phim, phát hiện vấn đề Mục tiêu HĐ: 1.1. Phân tích được tình huống trong học tập/ thực tiễn; 1.2. Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu. Hình thức: HS thực hiện nhiệm vụ qua phiếu học tập hoạt động cá nhânvà thảo luận toàn lớp Phiếu học tập 1 PHIẾU HỌC TẬP 1 Họ và Tên HS: Lớp: Câu 1. Em có nhận xét gì về các trường hợp trong đoạn phim? - Tác dụng cùng một lực lên những vật có khối lượng khác nhau. - Tác dụng những lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật. .. .. .. 4. Rút ra kết luận Độ lớn véc-tơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật. Định luật II Newton: Véc-tơ gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của véc-tơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật. 186 Câu 2. Hai đại lượng (yếu tố) nào ảnh hưởng đến gia tốc của vật? .. .. Phân tích hoạt động: GV yêu cầu HS nhắc lại kiến thức lực là gì? “Lực là đại lượng đặc trưng cho sự tương tác của các vật, kết quả là làm vật bị biến dạng hoặc gây ra gia tốc cho vật”. Sau đó GV cho HS các trường hợp tác dụng lực trong đoạn phim: HS quan sát, suy nghĩ mô tả và viết ra câu trả lời câu 1 và câu 2 ở PHT số 1. - Đưa ra đầy đủ và phân tích các tình huống sau tác dụng lực lên vật có khối lượng khác nhau, Tác dụng lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật. - Các yếu tố ảnh hưởng đến gia tốc của vật là lực và khối lượng của vật. Hoạt động 2: Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu (câu hỏi khoa học) Mục tiêu HĐ: 1.3. Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu và phát biểu vấn đề cần nghiên cứu (Câu hỏi khoa học). Hình thức: HS thực hiện nhiệm vụ qua phiếu học tập hoạt động cá nhânvà thảo luận toàn lớp - Phiếu học tập số 2 PHIẾU HỌC TẬP 2 Họ và Tên HS: Lớp: Câu 3. Hãy nêu ra câu hỏi để tìm hiểu về mối quan hệ giữa các đại lượng (yếu tố) ảnh hưởng đến gia tốc của nó. .. 187 .. .. Phân tích hoạt động: Từ phân tích vừa nêu là lực và khối lượng của vật là 2 đại lượng ảnh hưởng đến gia tốc của vật. Chứng tỏ chúng có mối quan hệ với nhau. Vậy các em cần nêu ra các câu hỏi gì để tìm hiểu về điều này? Cá nhân HS lắng nghe và suy nghĩ để đưa ra câu hỏi cần tìm hiểu về mối quan hệ giữa gia tốc, lực và khối lượng ở câu 3 PHT số 2. - Câu 1. Gia tốc vật thu được phụ thuộc như thế nào vào lực tác dụng vào vật? - Câu 3. Gia tốc vật thu được phụ thuộc như thế nào vào khối lượng của vật? Hoạt động 3: Đề xuất và lựa chọn giải pháp GQVĐ Mục tiêu HĐ: 2.3. Đề xuất giải pháp từ giả thuyết (trả lời các câu hỏi trên); Đề xuất các phương án thí nghiệm và lựa chọn phương án để tiến hành thí nghiệm; 3.1. Lập kế hoạch cụ thể để thực hiện giải pháp. Hình thức: HS thực hiện nhiệm vụ qua phiếu học tập hoạt động cá nhânvà thảo luận toàn lớp Phiếu học tập 3 PHIẾU HỌC TẬP 3 Họ và Tên HS: Lớp: Câu 4. Gia tốc vật thu được phụ thuộc như thế nào vào lực tác dụng vào vật? Thảo luận đưa ra giả thuyết về sự phụ thuộc của gia tốc vật thu được vào lực tác dụng vào vật và khối lượng của vật. Dự kiến trả lời Dựa trên cơ sở nào để trả lời như vậy Câu 5. Gia tốc vật thu được phụ thuộc như thế nào vào khối lượng của vật? Dự kiến trả lời Dựa trên cơ sở nào để trả lời như vậy 188 Phân tích hoạt động: Dựa trên các câu hỏi nêu trên các em đưa hãy đưa ra các dự đoán GT Câu 4, 5 ở PHT số 3. Cá nhân HS suy nghĩ và đưa ra dự đoán về 2 câu hỏi trong phiếu học tập số 3. - Gia tốc cùng hướng với lực tác dụng - Gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng khi khối lượng vật không đổi. - Gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng vật khi lực tác dụng không đổi. PHIẾU HỌC TẬP 4 Họ và Tên HS: Lớp: Câu 6. Hãy đề xuất/ mô tả phương án thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết trên? Với bộ thí nghiệm có được, hãy đưa ra phương án thí nghiệm, có sở lí thuyết xác định đại lượng cần đo, đại lượng cần tính? Xây dựng phương án thí nghiệm để khảo sát trong 2 trường hợp lực thay đổi, khối lượng không đổi và trường hợp khối lượng không đổi, lực thay đổi? Phương án 1. . Phương án 2. . Phân tích hoạt động: từ GT vừa nêu. Có thể kiểm nghiệm giả thuyết đã nêu trên như thế nào? Cá nhân HS lắng nghe và suy nghĩ để đưa ra các phương án thí nghiệm để kiểm nghiệm giả thuyết. - Phương án TN: Đặt xe nằm yên trên mặt phẳng nhẵn, cho xe di chuyển để đo các đại lượng lực tác dụng vào xe, đo gia tốc của xe và khối lượng của xe rồi so sánh sự phụ thuộc của gia tốc vào lực tác dụng và khối lượng của vật. Hoạt động 4: Thực hiện giải pháp đã đề xuất Mục tiêu HĐ: 3.2. Thực hiện kế hoạch. Hình thức: HS thực hiện nhiệm vụ qua phiếu học tập hoạt động cá nhânvà thảo luận toàn lớp Phiếu học tập số 5 189 PHIẾU HỌC TẬP 5 Họ và Tên HS: .. Lớp: Câu 7. Với các phương án đã đề xuất. Hãy đề xuất các thiết bị thí nghiệm và cách lắp đặt chúng để kiểm chứng giả thuyết đối với từng phương án? Phương án Thiết bị thí nghiệm và cách lắp đặt, cách tiến hành, thu thập số liệu .. .. Phân tích hoạt động: GV yêu cầu đề xuất các thiết bị thí nghiệm và cách lắp đặt chúng để kiểm chứng câu hỏi (giả thuyết) đối với từng phương án? Để đo khối lược của vật ta dùng cân để đo Để đo lực tác dụng lên xe ta dùng lực kế (cảm biến lực) mốc vào xe rồi kéo cho xe chuyển động, đọc giá trị lực kế (giá trị lực trên màn hình máy tính). HS bố trí thí nghiệm Hoạt động 5: Rút ra kết luận Mục tiêu HĐ: 3.3. Đánh giá và điều chỉnh các bước GQVĐ cụ thể trong quá trình thực hiện GP. Hình thức: HS thực hiện nhiệm vụ qua phiếu học tập hoạt động cá nhânvà thảo luận toàn lớp Phiếu học tập 190 PHIẾU HỌC TẬP 6 Họ và Tên HS: Lớp: Câu 8. Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết. Ghi kết quả về mối quan hệ giữa gia tốc với lực và khối lượng của vật. Thí nghiệm 1: mối quan hệ giữa gia tốc và lực tác dụng . . Thí nghiệm 2: mối quan hệ giữa gia tốc và khối lượng . . Câu 9. Nhận xét và rút ra kết luận .. .. Bảng A: (Kết quả thí nghiệm về sự phụ thuộc của gia tốc hệ vật vào lực tác dụng vào hệ vật khi khối lượng hệ vật không đổi) Lần đo Lực Gia tốc TB Tỉ số Lực Gia tốc 1 F1 2 F2 Bảng B: (Kết quả thí nghiện về sự phụ thuộc của gia tốc hệ vật vào khối lượng hệ vật khi lực tác dụng vào hệ vật không đổi) Lần đo Khối lượng Gia tốc TB Tỉ số Khối lượng Gia tốc 1 m1 = () 2 m2 = () Phân tích hoạt động: Sau khi đã tiến hành TN tìm ra kết quả, yêu cầu các nhóm đối chiếu kết quả TN với giả thuyết, rút ra kết luận, trả lời câu 8, câu 9, PHT số 6 và cử đại diện báo cáo kết quả trước lớp. PL.3.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học định luật II Newton 191 Năng lực thành phần Chỉ số hành vi Chỉ số hành vi (Vận dụng) Hình thức thu thập thông tin Mức độ Tiêu chí chất lượng (Vận dụng) 1. Phân tích tình huống, phát hiện vấn đề và phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi khoa học) 1.1. Phân tích được tình huống vấn đề. Đưa ra đầy đủ và phân tích các tình huống sau: - Tác dụng cùng một lực lên các vật có khối lượng khác nhau. - Tác dụng các lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật. M1.1.1 Không đưa ra được các tình huống. M2.1.1 Đưa ra được 1 trong 2 tình huống nhưng không phân tích được gia tốc có phụ thuộc vào lực tác dụng và khối lượng. M3.1.1 Đưa ra được 1 hay 2 tình huống và phân tích được gia tốc có phụ thuộc vào lực tác dụng hoặc khối lượng. M4.1.1 Đưa ra được 3 tình huống và phân tích được gia tốc có phụ thuộc vào lực tác dụng và khối lượng. 1.2. Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu - Độ lớn gia tốc của vật thu được khác nhau khi tác dụng cùng một lực lên các vật có khối M1.1.2 Không phát hiện được độ lớn gia tốc khác nhau khi: Tác dụng một lực lên vật có khối lượng khác nhau 192 lượng khác nhau. - Độ lớn gia tốc mà vật thu được là khác nhau khi tác dụng các lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật. khi tác dụng lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật M2.1.2 Phát hiện được 1 trong 2 ý Độ lớn gia tốc của vật thu được khác nhau khi tác dụng một lực lên vật có khối lượng khác nhau. - Độ lớn gia tốc của vật thu được khác nhau khi tác dụng lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật M3.1.2 Phát hiện được đầy đủ 2 ý Độ lớn gia tốc của vật thu được khác nhau khi tác dụng một lực lên vật có khối lượng khác nhau. - Độ lớn gia tốc của vật thu được khác nhau khi tác dụng lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật. M4.1.2 X Mối quan hệ giữa gia tốc vật M1.1.3 Không nêu được câu hỏi nào. 193 1.3. Phát biểu vấn đề thu được với lực tác dụng và khối lượng vật như thế nào? M2.1.3 Nêu được câu hỏi nhưng còn thiếu. M3.1.3 X M4.1.3 Nêu được đầy đủ câu hỏi sau: Mối quan hệ giữa gia tốc vật thu được với lực tác dụng và khối lượng vật như thế nào? 2. Đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề 2.3. Đề xuất giải pháp Đưa ra giả thuyết (suy luận từ lí thuyết). Dựa vào hướng của lực tác dụng và hướng chuyển động của vật HS đề xuất giả thuyết - Gia tốc cùng hướng với lực tác dụng -Gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng khi khối lượng vật không đổi. - Gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng vật M1.2.3 Không trình bày được cơ sở đưa ra giả thuyết và không nêu nội dung giả thuyết M2.2.3 Để đưa ra giải pháp thì cần dựa vào việc quan sát. M3.2.3 Để đưa ra giải pháp thì cần dựa vào việc quan sát và phân tích các tình huống thực tiễn. M4.2.3 - Để đưa ra giải pháp thì cần dựa vào việc quan sát và phân tích các tình huống thực tiễn - Tập trung vào tình huống. 194 khi lực tác dụng không đổi. 3. Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề. 3.1. Lập kế hoạch cụ thể để thực hiện giải pháp. Đề xuất các phương án kiểm chứng giả thuyết (2 phương án, tức là 2 trường hợp: khi tác dụng cùng một lực lên các vật có khối lượng khác nhau; khi tác dụng các lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật) - Đưa ra các phương án TN (bao gồm phương án lắp đặt TN, tiến hành TN, thu thập số liệu, cách phân tích đánh giá số liệu) để kiểm chứng giả thuyết đối với từng phương án. M1.3.1 Không đưa ra được phương án nào hoặc đưa ra phương án không đúng. M2.3.1 Đưa ra các phương án sau: - 1 trong 2 phương án kiểm chứng GT (khi tác dụng một lực lên vật có khối lượng khác nhau; khi tác dụng lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật). M3.3.1 Đưa ra các phương án sau: - 1 trong 2 phương án kiểm chứng GT (đứng yên, chuyển động theo 1 phương, chuyển động theo 2 phương). - 1 trong 2 phương án TBTN. M4.3.1 Đưa ra đầy đủ các phương án sau: - 2 phương án kiểm chứng giả thuyết (khi 195 - Phương án TN thật truyền thống - Phương án Thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT) Lựa chọn phương án: Do TNKNMT ưu việt hơn nên sử dụng phương án này tác dụng một lực lên vật có khối lượng khác nhau; khi tác dụng lực có độ lớn khác nhau vào cùng một vật). - 1 trong 2 phương án TBTN. 3.2. Thực hiện kế hoạch Tiến hành TN - Lắp đặt TN: sử dụng bộ cảm biến lực- gia tốc kết nối máy tinh không dây. - Tiến hành TN; Thu thập số liệu và trình bày số liệu; Phân tích số liệu. - Xử lí kết quả TN và rút ra kết luận. M1.3.2 Không tiến hành được. M2.3.2 - Lắp đặt đúng - Tiến hành được - Chưa Thu thập số liệu và trình bày đủ. M3.3.2 - Lắp đặt đúng. - Tiến hành được. - Chưa Thu thập số liệu và trình bày khá đầy đủ. - Chưa phân tích, xử lí. M4.3.2 - Thực hiện đầy đủ 196 3.3. Đánh giá và điều chỉnh các bước giải quyết vấn đề cụ thể trong quá trình thực hiện giải pháp. Trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn ấy. M1.3.3 Không trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp M2.3.3 Gặp khó khăn, trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn không hợp lí M3.3.3 Gặp khó khăn, trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn tương đối thích hợp. M4.3.3 Không gặp khó khăn hoặc trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn thích hợp. 197 PHỤ LỤC 4 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu ĐLBT Cơ năng PL.4.1. Tiến trình xây dựng kiến thức ĐLBT Cơ năng Thiết bị thí nghiệm gồm: Website: phần mềm Phys-ISE Đoạn phim 1 – vật chuyển động rơi tự do dưới tác dụng của trọng lực. Đoạn phim 2 – Một viên bi ném ngang dưới tác dụng của trọng lực Giao diện phần mềm TN TTTMMH Phys-ISE Bảng PL 2. 3 Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức ĐLBT Cơ năng 198 1. Làm nảy sinh vấn đề Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu 1.1. Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu (câu hỏi cần trả lời) HS xem đoạn phim để quan sát một vật thả rơi tự do và một viên bi ném ngang. Quan sát 2 trường hợp phát hiện - Có sự thay đổi vận tốc == > Động năng thay đổi - Có sự thay đổi độ cao == > Thế năng thay đổi Câu hỏi. Sự tăng của động năng và sự giảm của thế năng (hay ngược lại) có mối quan hệ với nhau như thế nào? 199 3. Thực hiện giải pháp 3.1. Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ SLLT nhờ TN Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN: Đề xuất các phương án thí nghiệm và lựa chọn phương án để tiến hành thí nghiệm Phương án: Thả vật chuyển động rơi tự do dưới tác dụng của trọng lực, chọn mốc thế năng, tính thế năng và động năng tại 1 điểm bất kì Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng câu hỏi (giả thuyết) Động năng Wđ Thế năng Wt Tổng động năng và thế năng Wđ + Wt 2. Giải quyết vấn đề (Đề xuất và lựa chọn giải pháp) 2.1. Suy luận lí thuyết (trong đó có suy luận toán học) Suy đoán giải pháp: Vật rơi tự do chỉ chịu tác dụng của trọng lực Động năng tăng, công do trọng lực bằng độ biến thiên động năng: Thế năng giảm, công do trọng lực bằng bằng độ giảm thế năng: Thực hiện giải pháp suy đoán và rút ra kết quả Hay = hằng số 200 PL.4.2. Tổ chức hoạt động dạy học ĐLBT Cơ năng Hoạt động 1: Quan sát va chạm 2 vật, phát hiện vấn đề Mục tiêu HĐ: 1.1. Phân tích được tình huống; 1.2. Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu. Hình thức: HS thực hiện nhiệm vụ qua phiếu học tập hoạt động cá nhânvà thảo luận toàn lớp Phiếu học tâp 1. PHIẾU HỌC TẬP 1 Họ và Tên HS: .. Lớp: Câu 1. Qua đoạn phim mà em quan sát có gì mới cần tìm hiểu? Em có nhận xét gì về trường hợp trong đoạn phim khi vật chịu tác dụng lực thế trọng lực? .. .. Câu 2. Hai đại lượng (yếu tố) nào phụ thuộc vào vận tốc và độ cao của vật? .. .. 4. Rút ra kết luận Động năng của vật tăng thì thế năng của nó giảm và ngược lại. Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại. Định luật bảo toàn cơ năng: Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn. W = mv2 + mgz = hằng số Hay: mv12 + mgz1 = mv22 + mgz2 201 Phân tích hoạt động: GV yêu cầu HS nhắc lại kiến thức đã học ở nội dung trước: Muốn thay đổi động năng và thế năng của vật thì cần thay đổi yếu tố nào? làm thế nào để thay đổi yếu tố đó? Cá nhân HS trả lời câu hỏi. Trong thực tế, chúng ta quan sát thấy có rất nhiều hiện tượng các vật chịu tác dụng của lực thế trọng lực. Các em hãy đưa ra một số trường hợp vật chịu tác dụng của lực thế trọng lực mà em biết. Cá nhân HS Đưa ra đầy đủ và phân tích các tình huống sau: - Vật thả rơi tự do. - Vật được ném xiên. - Dao động con lắc đơn. GV cho HS quan sát hiện tượng trong đoạn phim Cá nhân HS quan sát, phân tích Đưa ra: có sự thay đổi vận tốc == > Động năng thay đổi; có sự thay đổi độ cao == > Thế năng thay đổi. Như vậy, có sự thay đổi qua lại giữa động năng và thế năng. Hoạt động 2: Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu (câu hỏi khoa học) Mục tiêu HĐ: 1.3. Phát biểu VĐ dưới dạng câu hỏi khoa học. Hình thức: HS thực hiện nhiệm vụ qua phiếu học tập hoạt động cá nhânvà thảo luận toàn lớp Phiếu học tập 2 PHIẾU HỌC TẬP 2 Họ và Tên HS: Lớp: 202 Câu 3. Hãy nêu ra câu hỏi để tìm hiểu về mối quan hệ giữa các đại lượng (yếu tố) phụ thuộc vào vận tốc và độ cao của vật. .. .. .. Phân tích hoạt động: Vấn đề mới chúng ta cần tìm hiểu là có sự thay đổi qua lại giữa động năng và thế năng. Vậy các em cần nêu ra các câu hỏi gì để tìm hiểu về Có sự thay đổi qua lại giữa động năng và thế năng? Cá nhân HS lắng nghe và suy nghĩ để đưa ra các câu hỏi cần tìm hiểu về sự thay đổi qua lại giữa động năng và thế năng ở câu 1 phiếu học tập số 2 Câu 1. Động năng, thế năng thay đổi như thế nào? Câu 2. Mối quan hệ giữa sự biến đổi năng lượng động năng và thế năng của vật tuân theo qui luật nào? Hoạt động 3: Đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề Mục tiêu HĐ: 2.3. Đề xuất giải pháp: khái quát hóa thực nghiệm đưa ra giả thuyết (trả lời các câu hỏi trên); Đề xuất các phương án thí nghiệm và lựa chọn phương án để tiến hành thí nghiệm; 3.1. Lập kế hoạch cụ thể để thực hiện giải pháp. Hình thức: HS thực hiện nhiệm vụ qua phiếu học tập hoạt động cá nhânvà thảo luận toàn lớp Phiếu học tập số 3 PHIẾU HỌC TẬP 3 Họ và Tên HS: Lớp: Câu 4. Động năng của vật phụ thuộc như thế nào vào vận tốc? Thế năng của vật phụ thuộc như thế nào vào vị trí (độ cao)? Dự kiến trả lời Dựa trên cơ sở nào để trả lời như vậy 203 Câu 5. Có thể vận dụng những kiến thức đã biết nào và vận dụng kiến thức này như thế nào để trả lời cho câu hỏi trên? Dự kiến trả lời Dựa trên cơ sở nào để trả lời như vậy Phân tích hoạt động: Có thể vận dụng những kiến thức đã biết nào và vận dụng kiến thức này như thế nào để trả lời cho câu hỏi trên? Từ kiến thức đã biết HS suy đoán giải pháp GQVĐ. Suy đoán giải pháp: Vật rơi tự do chỉ chịu tác dụng của trọng lực Động năng tăng, công do trọng lực bằng độ biến thiên động năng: 2 212 2 d1 2 1 1 1 W W (1) 2 2 dA mv mv= − = − Thế năng giảm, công do trọng lực bằng bằng độ giảm thế năng: 12 1 t2 1 2W W (2)tA mgz mgz= − = − Thực hiện giải pháp suy đoán và rút ra kết quả 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 mv mgz mv mgz+ = + Hay tW W +Wd= = hằng số Hoạt động 4: Thiết kế phương án và tiến hành thí nghiệm để kiểm nghiệm kết quả rút ra từ SLLT Mục tiêu HĐ: 3.2. Thực hiện kế hoạch. Hình thức: HS thực hiện nhiệm vụ qua phiếu học tập hoạt động cá nhânvà thảo luận toàn lớp Phiếu học tập số 4 PHIẾU HỌC TẬP 4 Họ và Tên HS: Lớp: Câu 6. Hãy đề xuất/ mô tả phương án TN kiểm chứng các dự đoán trên? Hãy đưa ra phương án thí nghiệm, có sở lí thuyết xác định đại lượng cần đo, đại lượng cần tính? Xây dựng phương án thí nghiệm để khảo sát trong 2 trường hợp? Phương án . 204 Phân tích hoạt động: GV nêu câu hỏi gợi ý làm thế nào để kiểm nghiệm kết quả đã rút ra được nhờ thí nghiệm? HS phát biểu cá nhân Phương án TN 1: Thả vật chuyển động rơi tự do dưới tác dụng của trọng lực, xác định vận tốc, độ cao của vật tại các thời điểm khác nhau sau đó tính thế năng và động năng tại 1 điểm bất kì. Phương án TN 2: Ném viên bi theo phương ngang dưới tác dụng của trọng lực, xác định vận tốc, độ cao của vật tại các thời điểm khác nhau sau đó tính thế năng và động năng tại 1 điểm bất kì. GV gợi ý HS đề xuất TBTN: Xác định vận tốc bằng cổng quang điện hoặc cảm biến siêu âm, xác định độ cao bằng thước đo, còn khối lượng vật rơi sử dụng cân để đo. Sử dụng TNTTTMH Phys-ISE đánh dấu vị trí của các vật (xác định được độ cao), từ đó tính được vận tốc của chúng Phiếu học tập số 5 PHIẾU HỌC TẬP 5 Họ và Tên HS: Lớp: Câu 7. Với các phương án đã đề xuất. Hãy đề xuất các thiết bị TN và cách lắp đặt chúng để kiểm chứng giả thuyết đối với từng phương án? Phương án Thiết bị thí nghiệm và cách lắp đặt, cách tiến hành, thu thập số liệu Phương án 1. .. .. 205 Phương án 2. .. .. GV giao nhiệm vụ cho 2 nhóm HS tiến hành TN theo các phương án đã đề xuất. Điều cần kiểm nghiệm trong thí nghiệm là gì? Phiếu học tập số 6. PHIẾU HỌC TẬP 6 Họ và Tên HS: Lớp: Câu 8. Tiến hành TN kiểm chứng giả thuyết. Ghi kết quả về mối quan hệ giữa động năng và thế năng trọng trường của vật. .. .. Câu 9. Nhận xét và rút ra kết luận .. .. PL.4.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học ĐLBT Cơ năng Năng lực thành phần Chỉ số hành vi Chỉ số hành vi (Vận dụng) Hình thức thu thập thông tin Mức độ Tiêu chí chất lượng (Vận dụng) 1. Phân tích tình huống, phát hiện vấn đề và phát biểu 1.1. Phân tích được tình Đưa ra đầy đủ và phân tích các tình huống sau: - Vật chuyển động rơi tự do M1.1.1 Không đưa ra được các tình huống. M2.1.1 Đưa ra được 1 trong 2 tình huống nhưng không phân tích được sự khác biệt của chúng. 206 vấn đề cần giải quyết (câu hỏi khoa học) huống vấn đề. dưới tác dụng của trọng lực - Một viên bi chuyển động ném ngang M3.1.1 Đưa ra được 1 hay 2 tình huống và phân tích được sự khác biệt của chúng. M4.1.1 Đưa ra được 2 tình huống và phân tích được sự khác biệt của chúng. 1.2. Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu - có sự thay đổi vận tốc == > Động năng thay đổi. - có sự thay đổi độ cao == > Thế năng thay đổi. M1.1.2 Không phát hiện được có có sự thay đổi vận tốc == > Động năng thay đổi; có sự thay đổi độ cao == > Thế năng thay đổi M2.1.2 Phát hiện được có sự thay đổi vận tốc, độ cao. M3.1.2 Phát hiện được có có sự thay đổi vận tốc == > Động năng thay đổi; có sự thay đổi độ cao == > Thế năng thay đổi M4.1.2 X 1.3. Phát biểu vấn đề Sự tăng của động năng và sự giảm của thế năng (hay ngược lại) có mối quan hệ với nhau như thế nào? M1.1.3 Không nêu được câu hỏi. M2.1.3 Nêu được câu hỏi, nhưng còn thiếu sót M3.1.3 X M4.1.3 Nêu đúng câu hỏi 207 2. Đề xuất và lựa chọn giải pháp giải quyết vấn đề 2.3. Đề xuất giải pháp Đưa ra dự đoán bằng con đường suy luận lí thuyết (sử dụng định lí động năng và biểu thức về biến đổi thế năng) M1.2.3 Không trình bày được cơ sở đưa ra giả thuyết và không nêu nội dung giả thuyết M2.2.3 Để đưa ra giải pháp thì cần dựa vào việc quan sát. M3.2.3 Để đưa ra giải pháp thì cần dựa vào việc quan sát và phân tích các tình huống thực tiễn M4.2.3 - Để đưa ra giải pháp thì cần dựa vào việc quan sát và phân tích các tình huống thực tiễn - Tập trung vào tình huống vật thả rơi tự do. 3. Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề. 3.1. Lập kế hoạch cụ thể để thực hiện giải pháp. - Đưa ra các phương án kiểm chứng dự đoán (2 phương án: Một vật chuyển động rơi tự do dưới tác dụng của trọng lực; Một quả bóng được ném xiên) - Đưa ra các phương án TN M1.3.1 Không đưa ra được phương án nào hoặc đưa ra phương án không đúng. M2.3.1 Đưa ra các phương án sau: - 1 trong 2 phương án kiểm chứng GT. M3.3.1 Đưa ra các phương án sau: - 2 trong 3 phương án kiểm chứng GT 208 (bao gồm phương án lắp đặt TN, tiến hành TN, thu thập số liệu, cách phân tích đánh giá) để kiểm chứng dự đoán đối với từng phương án. (Gồm cả phương án TN truyền thống và TN kĩ thuật số) - Lựa chọn phương án (Thí nghiệm truyền thống đối với trường hợp rơi tự do; TNTTMH đối với cả 2 trường hợp) - 1 trong 3 phương án TBTN. M4.3.1 Đưa ra đầy đủ các phương án sau: - Vật thả rơi tự do. - Vật được ném lên cao. - Dao động con lắc đơn 2 trong 3 phương án TBTN 3.2. Thực hiện kế hoạch - Lắp đặt (đối với thí nghiệm thật)/ Thao tác trên Thí nghiệm truyền thống và TN kĩ thuật số (TNTTTMH) - Tiến hành TN; Thu thập số liệu; M1.3.2 Không tiến hành được. M2.3.2 - Tiến hành được - Chưa Thu thập số liệu và trình bày đủ. M3.3.2 - Tiến hành được. - Chưa Thu thập số liệu và trình bày khá đầy đủ. - Chưa phân tích, xử lí. 209 Phân tích số liệu TN Xử lí kết quả TN và rút ra kết luận M4.3.2 - Thực hiện đầy đủ 3.3. Đánh giá và điều chỉnh các bước giải quyết vấn đề cụ thể trong quá trình thực hiện giải pháp. Trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn ấy. M1.3.3 Không trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp M2.3.3 Gặp khó khăn, trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn không hợp lí M3.3.3 Gặp khó khăn, trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn tương đối thích hợp. M4.3.3 Không gặp khó khăn hoặc trình bày được khó khăn khi thực hiện giải pháp và đưa ra được cách khắc phục khó khăn thích hợp. 210 PHỤ LỤC 5 - Một số hình ảnh triển khai TNSP 211 Hình 5. 9. Một số hình ảnh các hoạt động thực nghiệm