Luận văn Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học chương "Mắt. Các dụng cụ quang" - Vật lí 11

Nội dung text: Luận văn Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học chương "Mắt. Các dụng cụ quang" - Vật lí 11

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHAN THỊ NGỌC BÍCH SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA HỖ TRỢ DẠY HỌC CHƢƠNG “MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG” – VẬT LÍ 11 LUẬN V N THẠC S SƢ PHẠM VẬT LÍ H NỘI - 2015
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHAN THỊ NGỌC BÍCH SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA HỖ TRỢ DẠY HỌC CHƢƠNG “MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG” – VẬT LÍ 11 LUẬN V N THẠC S SƢ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: LÝ LUẬN V PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MƠN VẬT LÝ) Mã số: 60 14 01 11 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Phạm Kim Chung H NỘI - 2015
3. LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn các thầy giáo, cơ giáo, các cán bộ ở Trường Đại học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội đã quan tâm giúp đỡ tơi trong thời gian học tập và thực hiện đề tài luận văn này. Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn TS. Phạm Kim Chung đã tận tình hướng dẫn em thực hiện đề tài này. Hà Nội, 2015. Tác giả i
4. DANH MỤC CHỮ VI T TẮT CNTT Cơng nghệ thơng tin CSVC Cơ sở vật chất DH Dạy học GD&ĐT Giáo dục và Đào tạo HS Học sinh KHKT Khoa học - kỹ thuật TLGK Tài liệu giáo khoa TN Thí nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm TNVL Thí nghiệm vật lí TNVLPT Thí nghiệm vật lí phổ thơng TH Thực hành THPT Trung học phổ thơng MTĐT Máy tính điện tử PTDH Phương tiện dạy học SGK Sách giáo khoa SP Sư phạm VL Vật lí ii
5. MỤC LỤC Lời cảm ơn i Danh mục ch viết t t ii Mục lục iii Danh mục các bảng v Danh mục hình vi MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN V THỰC TIỄN CỦA ĐỀ T I 5 1.1. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí 5 1.1.1. Khái niệm năng lực 5 1.1.2. Năng lực giải quyết vấn đề 6 1.1.3. Dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí 7 1.1.4. Dạy học trải nghiệm và vận dụng trong dạy học các ứng dụng KHKT 9 1.1.5. Tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí 12 1.2. Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học các ƯDKT của vật lí 16 1.2.1. Sử dụng phần mềm Yenka trong dạy học vật lí hỗ trợ phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh 16 1.2.2. Nh ng chức năng cơ bản của phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học vật lí 17 1.2.3. Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ DH các ứng dụng kĩ thuật của vật lí 19 1.3. Đặc điểm phong cách học của học sinh Trung học phổ thơng 23 1.3.1. Phong cách học 23 1.3.2. Dạy học theo phong cách học của học sinh 25 1.4. Kết luận chương 1 30 CHƢƠNG 2: SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA HỖ TRỢ DẠY HỌC CHƢƠNG "MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG" – VẬT LÍ 11 32 2.1. Nội dung kiến thức về ứng dụng kĩ thuật của vật lí chương “M t. Các dụng cụ quang” 32 2.1.3. Mục tiêu dạy học chương M t và các dụng cụ quang học 34 2.2. Tìm hiểu tình hình dạy học ở trường phổ thơng 35 iii
6. 2.2.1. Mục đích tìm hiểu 35 2.2.5. Điều tra phong cách học của học sinh 39 2.3. Xây dựng các mơ hình bằng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học chương M t và các dụng cụ quang. 41 2.3.1. Xây dựng mơ hình hỗ trợ dạy học bài m t 41 2.3.2. Xây dựng mơ hình hỗ trợ dạy học bài Kính hiển vi và Kính thiên văn 44 2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học 46 2.4.1. Ý tưởng soạn thảo tiến trình dạy học 46 2.4.2. Xây dựng tiến trình dạy học từng bài cụ thể : 48 2.5. Kết luận chương 2 74 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 75 3.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 75 3.2. Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm 75 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm (TNSP) 75 3.3. Phân tích bài kiểm tra 82 3.3.1. Phân tích định tính diễn biến các giờ học 76 3.3.2. Phân tích bài kiểm tra .82 3.3.3. Các thơng số thống kê mơ tả điểm số thực nghiệm sư phạm 84 3.3.4. Hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo đối với việc phát triển hứng thú, năng lực giải quyết vấn đề, rèn luyện ĩc sáng tạo vật lý - kỹ thuật trong học tập của học sinh. 86 3.4. Kết luận chương 3 88 K T LUẬN 90 T I LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 94 iv
7. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Dạy học trải nghiệm và tổ chức theo các pha dạy học giải quyết vấn đề Ứng dụng kĩ thuật của vật lí 15 Bảng 2.1. Mục tiêu dạy học chương m t và các dụng cụ quang 34 Bảng 2.2. Tổng hợp phong cách học của học sinh 40 Bảng 2.3. Kết quả điều tra khả năng tiếng Anh và tin học của học sinh 41 Bảng 3.1. Bảng tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm 83 Bảng 3.2. Các thơng số thống kê mơ tả lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 84 Bảng 3.3. Kiểm định sự khác nhau của các trung bình cộng - Independent Samples Test85 v
8. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Chu trình học tập trải nghiệm theo David Kolb 9 Hình 1.2. Sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề. 14 Hình 1.3. Màn hình lựa chọn các chức năng của Yenka 17 Hình 1.4. Mơ phỏng dao động con l c lị xo trên Yenka 18 Hình 1.5. Mơ hình đường đi của tia sáng qua thấu kính của Yenka 19 Hình 1.6. Mơ hình đường truyền tia sáng và tạo ảnh qua thấu kính hội tụ. 21 Hình 1.7. Mơ hình đường truyền tia sáng và tạo ảnh qua thấu kính phân kì. 21 Hình 1.8. Mơ hình tạo ảnh trong máy ảnh 22 Hình 1.9. Mơ hình thiết kế kính tiềm vọng 23 Hình 2.1.Mơ hình m t thường nhìn vật ở xa 42 Hình 2.2.M t thường nhìn vật ở gần 42 Hình 2.3. Mơ hình m t cận 43 Hình 2.4. Mơ hình m t viễn 43 Hình 2.5. Mơ hình kính hiển vi 44 Hình 2.6. Mơ hình thiết kế kính thiên văn đơn giản 45 Hình 2.7. Mơ hình thử nghiệm thiết kế kính thiên văn 45 Hình 3.1. Hình ảnh thực nghiệm sư phạm học sinh làm việc với mơ hình 78 Hình 3.2. Hình ảnh thực nghiệm sư phạm GV trao đổi với học sinh 78 Hình 3.3. Hình ảnh thực nghiệm sư phạm học sinh làm việc nhĩm 79 Hình 3.4.Đồ thị tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm 84 vi
9. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vật lí (VL) học ở trường THPT hiện nay chủ yếu là vật lí thực nghiệm, vì vậy việc lồng ghép các thí nghiệm (TN) vào trong các bài học VL là một biện pháp quan trọng nhằm nâng cao chất lượng dạy và học, gĩp phần tích cực trong việc truyền đạt kiến thức cho học sinh. Việc đổi mới nội dung và phương pháp trong dạy học VL phải g n liền với việc tăng cường sử dụng TN trong quá trình dạy học VL. Bên cạnh đĩ khối lượng kiến thức trong mỗi bài học lại tăng lên, hầu hết trong các bài đều cĩ TN. Nếu dạy học theo phương pháp truyền thống thì sẽ khơng đủ thời gian. Ngồi ra hiện nay, mặc dù các phịng TN ở các trường phổ thơng đã được trang bị một cách đầy đủ về số lượng, nhưng vẫn cịn nh ng khĩ khăn mà mỗi tiết dạy đang phải kh c phục, nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa đạt yêu cầu, nhân viên quản lý thí nghiệm thì khơng chuyên nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp là rất khĩ khăn vì ra chơi chỉ cĩ 5 đến 10 phút. Đồng thời, khi sử dụng các thí nghiệm dạy học trên lớp cịn gặp trở ngại cho cả thầy và học trị vì mỗi tiết học ở trường phổ thơng chỉ diễn ra trong thời gian 45 phút. Như vậy giáo viên phải mất rất nhiều thời gian cho việc chuẩn bị trước một giờ lên lớp. Hơn n a số tiết dạy liền nhau ở các lớp khác nhau và điều này chỉ cĩ thể thực hiện được bằng cách: một là, học sinh phải đi đến phịng chức năng thí nghiệm riêng biệt; hai là, các thầy cơ phải di chuyển hệ thống dụng cụ thí nghiệm tới các lớp học của học sinh. Cả hai phương án này đều gây ra rất nhiều khĩ khăn vì khơng phải trường phổ thơng nào cũng cĩ đủ các phịng chức năng riêng cho các bộ mơn hay phịng chức năng đủ điều kiện làm thí nghiệm. Thiết bị thí nghiệm cĩ thể bị hỏng hĩc do vận chuyển, chất lượng dạy và học bị hạn chế. Nhiều khi cĩ đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm, cĩ phịng chức năng nhưng việc đăng ký giờ dạy vẫn khơng thực hiện được vì đồng loạt nhiều lớp đăng ký, nhiều bộ mơn đăng ký nên khi đến lượt làm thí nghiệm thì chương trình học đã đi qua rất lâu khơng cĩ hiệu quả giảng dạy n a Vậy nên rất khĩ để đáp ứng yêu cầu của bài học theo sách giáo khoa. Vì vậy, việc ứng dụng cơng nghệ thơng tin trong các bài giảng là một giải pháp quan trọng 1
10. trong việc giảng dạy, giúp học sinh tiếp thu kiến thức một cách nhanh chĩng, sâu s c, tin tưởng vào nh ng kiến thức mà mình chiếm lĩnh được, đồng thời tạo hứng thú học tập cho học sinh trong từng bài học. Phần mềm Crocodile đã được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, với nhiều tính năng ưu việt. Phần mềm này giúp giáo viên cĩ thể tự mình thiết kế nh ng phương án thí nghiệm theo định hướng của mình. Việc sử dụng phần mềm Crocodile để thiết kế các mơ hình thí nghiệm dựa trên các bộ TN thực, đồng thời vận dụng các phương pháp dạy học tích cực cĩ thể phát triển năng lực phát triển tư duy và năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Nghiên cứu của C. Bostan (2011), Thí nghiệm vật lí với phần mềm Yaka (Physics experiments with Yenka software); Carmen Gabriela Bostan (2011) Xây dựng mơ hình thí nghiệm vật lí bằng phần mềm Yenka và một số cơng trình khác như De Jong, T., (1999), (Học và hướng dẫn với phần mềm mơ phỏng (Learning and Instruction with Computer Simulations”, Education & Computing), Alena Kovárová (2003) Ứng dụng đa phương tiên hỗ trợ dạy học vật lí (Multimedia Support for Teaching Physics); Ali Azar, Ưzlem Aydin Şengulec (2005) “Máy tính và Phịng thí nghiệm hỗ trợ giảng dạy Vật lý: Tác động về thành tích học tập và thái độ đối với Vật lí” (Computer-Assisted and Laboratory-Assisted Teaching Methods in Physics Teaching: The Effect on Student Physics Achievement and Attitude towards Physics).v.v. Đã đề cập đến việc xây dựng các mơ hình thí nghiệm bằng Yen ka và crocodile physic và sử dụng trong dạy học vật lí. Tuy nhiên, việc sử dụng các mơ hình thí nghiệm vẫn tập trung vào mơ phỏng, minh họa các thí nghiệm mà chưa trở thành một phương tiện giúp học sinh trải nghiệm các thiết kế qua đĩ nâng cao năng lực giải quyết vấn đề của học sinh. Với nh ng lí do trên, tơi chọn nghiên cứu đề tài: “Sử dụng phần mềm Crocodile hỗ trợ dạy học chương “ M t. Các dụng cụ quang”- Vật lí 11” nhằm đưa ra giải pháp hỗ trợ dạy học bộ mơn Vật lí. 2
11. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Xây dựng và sử dụng các mơ hình bằng phần mềm mơ phỏng Yenka hỗ trợ dạy học chương " M t. Các dụng cụ quang" - Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề, kích thích hứng thú học tập cho học sinh. 3. Giả thuyết khoa học của đề tài Xây dựng các mơ hình thí nghiệm bằng phần mềm Yenka và sử dụng hỗ trợ tổ chức dạy học theo các pha của dạy học giải quyết vấn đề theo phương pháp thực nghiệm và phương pháp mơ hình trong dạy học chương "M t. Các dụng cụ quang" sẽ phát triển năng lực giải quyết vấn đề, kích thích hứng thú học tập cho học sinh. 4. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài 4.1. Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy và học nội dung kiến thức chương '' M t. Các dụng cụ quang" - SGK Vật lí 11. 4.2. Phạm vi nghiên cứu Sử dụng phần mềm Yenka xây dựng các mơ hình hỗ trợ dạy học ứng dụng kĩ thuật của vật lí chương '' M t. Các dụng cụ quang" - SGK Vật lí 11, chương trình cơ bản (cụ thể các bài 31. M t, 32. Kính lúp, 33. Kính hiển vi, 32. Kính Thiên văn). 5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu vai trị, nguyên t c ứng dụng CNTT trong dạy học vật lí. - Nghiên cứu đặc điểm học tập của học sinh . - Nghiên cứu nội dung chương trình chuẩn kiến thức kĩ năng phần kiến thức chương “ M t. Các dụng cụ quang”- Vật lí 11. - Nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng phần mềm mơ phỏng Yenka cho chương “M t . Các dụng cụ quang”. - Thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của phần mềm mơ phỏng Yenka xây dựng được. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài 6.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu các tài liệu tâm lí học về đặc điểm của học sinh THPT 3
12. - Nghiên cứu các tài liệu lí luận dạy học, các luận văn, luận án liên quan đến đổi mới phương pháp dạy học theo hướng giải quyết vấn đề. - Nghiên cứu mục tiêu, nội dung, chương trình, sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo liên quan. 6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Nghiên cứu thực tiễn hoạt động dạy và học cho học sinh THPT. - Khảo sát phong cách học của học sinh tại trường THPT. - Nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng phần mềm mơ phỏng Yenka cho chương “M t . Các dụng cụ quang”. 6.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm. - Thực nghiệm đối chứng kết quả học tập gi a quá trình học chương "M t. Các dụng cụ quang" của hai nhĩm học sinh, một nhĩm sử dụng phần mềm Yenka, một nhĩm học theo phương pháp truyền thống. - Sử dụng phương pháp thống kê tốn học để phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 7. Cấu trúc luận văn Ngồi phần Mở đầu và kết luận, cấu trúc luận văn như sau: Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài Chương 2. Xây dựng mơ hình thí nghiệm và sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học chương “ M t. Các dụng cụ quang”. Chương 3. Thực nghiệm sư phạm 4
13. CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN V THỰC TIỄN CỦA ĐỀ T I 1.1. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí 1.1.1. Khái niệm năng lực Khái niệm năng lực (competence) hiện được hiểu nhiều nghĩa khác nhau, tuỳ theo nh ng cách tiếp cận khác nhau, cĩ thể hiểu: năng lực là khả năng thực hiện cĩ trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong nh ng tình huống khác nhau thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân trên cơ sở hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động. Đồng thời, nh ng yếu tố này phải quan sát, đo lường được và cho phép phân biệt được nh ng người cĩ biểu hiện năng lực tốt nhất so với nh ng người khác. [10, tr. 190];[11] Để hình thành và phát triển năng lực cần xác định các thành phần và cấu trúc của chúng. Cĩ nhiều loại năng lực khác nhau. Việc mơ tả cấu trúc và các thành phần năng lực cũng khác nhau. Cấu trúc chung của năng lực hành động được mơ tả là sự kết hợp của 4 năng lực thành phần: Năng lực chuyên mơn, năng lực phương pháp, năng lực xã hội, năng lực cá thể. Trong chương trình giáo dục hiện nay của các nước thuộc OECD (Tổ chức Hợp tác và phát triển kinh tế), mơ hình năng lực được phân chia thành hai nhĩm chính, bao gồm các năng lực chung (general competence - cịn gọi là năng lực chính, năng lực nền tảng) và các năng lực chuyên mơn (specific competence - cịn gọi là năng lực chuyên biệt). Nhĩm năng lực chung: là nh ng năng lực cơ bản, thiết yếu để con người cĩ thể sống và làm việc bình thường trong xã hội, được hình thành và phát triển qua nhiều mơn học. Năm 2002, EU (Hội đồng châu Âu) đã thống nhất xác định hệ thống năng lực chung cho CTGD như: Giao tiếp bằng tiếng mẹ đẻ; Giao tiếp bằng tiếng nước ngồi; Cơng nghệ thơng tin và truyền thơng.v.v. 5
14. Nhĩm năng lực chuyên mơn : là nh ng năng lực riêng được hình thành và phát triển liên quan đến từng mơn học cụ thể. Ví dụ: nhĩm năng lực chuyên mơn trong mơn Tốn bao gồm các năng lực: Giải quyết các vấn đề tốn học; Lập luận tốn học; Mơ hình hĩa tốn học 1.1.2. Năng lực giải quyết vấn đề Năng lực giải quyết vấn đề là khả năng của một cá nhân để sử dụng các quá trình nhận thức để đương đầu và giải quyết thực tế, tình huống liên ngành, giải pháp khơng phải là được vạch ra ngay lập tức rõ ràng và các kiến thức được áp dụng là khơng nằm trong một mơn học duy nhất như đọc hiểu, tốn học, khoa học hay các lĩnh vực khác. (Problem solving competency: This is an individual’s capacity to use cognitive processes to confront and resolve real, cross-disciplinary situations where the solution path is not immediately obvious and where the literacy domains or curricular areas that might be applicable are not within a single domain of mathematics, science and other domains. [12, pp. 30] Nh ng khái niệm về năng lực và năng lực giải quyết vấn đề đưa ra định nghĩa rất chung chung của việc giải quyết vấn đề . Cụ thể hơn, để phân tích năng lực giải quyết vấn đề dựa trên quá trình giải quyết một vấn đề. Năng lực giải quyết vấn đề một người thể hiện bởi hiệu suất trong việc xác định một vấn đề, tìm kiếm thơng tin cĩ liên quan, đánh giá khĩ khăn, phức tạp của vấn đề, vạch ra một kế hoạch với hành động thích hợp và thực hiện của nĩ. Qua nghiên cứu, tham khảo kinh nghiệm các nước phát triển, đối chiếu với yêu cầu và điều kiện giáo dục trong nước nh ng năm s p tới, các nhà khoa học giáo dục Việt Nam đã đề xuất định hướng chuẩn đầu ra về phẩm chất và năng lực của chương trình giáo dục trung học nh ng năm s p tới, trong đĩ cĩ đề cập tới năng lực giải quyết vấn đề như sau: a) Phát hiện và làm rõ vấn đề: Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộc sống; phát hiện và nêu được tình huống cĩ vấn đề trong học tập, trong cuộc sống. 6
15. b) Đề xuất, lựa chọn giải pháp: Thu thập và làm rõ các thơng tin cĩ liên quan đến vấn đề; đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề; lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất. c) Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề: Thu thập và làm rõ các thơng tin cĩ liên quan đến vấn đề; đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề; lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất. [1], [ 8, tr.24]; 1.1.3. Dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí Các ứng dụng của các định luật, nguyên lý, hiệu ứng, Vật lí trong kỹ thuật và đời sống (gọi là các ứng dụng kỹ thuật) được hiểu là các đối tượng, thiết bị máy mĩc (hoặc hệ thống các đối tượng thiết bị máy mĩc) được chế tạo và sử dụng với mục đích nào đĩ trong kỹ thuật và đời sống mà nguyên t c hoạt động của chúng dựa trên các định luật, nguyên lý, hiệu ứng đĩ. Ví dụ: Máy ảnh, kính hiển vi, kính thiên văn, kính lúp, ứng dụng quy luật đường đi của các tia sáng qua lăng kính, gương, thấu kính (sự tạo ảnh qua lăng kính, gương, thấu kính). Xét một ứng dụng kĩ thuật trong đĩ khơng chỉ áp dụng các định luật Vật lí mà cịn cần phải cĩ nh ng đề xuất giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng Vật lí cĩ hiệu quả cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuất. Để đạt được mục đích này khi nghiên cứu, học sinh khơng nh ng phải vận dụng nh ng định luật Vật lí vừa được thiết lập mà cịn phải vận dụng tổng hợp nh ng hiểu biết, nh ng kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác của Vật lí. Trong quá trình nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật, học sinh làm quen dần với việc tự lực chuyển nh ng kiến thức đã học (định luật, nguyên lý Vật lí) vào tình huống mới (giải thích hoạt động của ứng dụng kĩ thuật hay đưa ra một dự án thiết kế ứng dụng kĩ thuật) thơng qua hoạt động của học sinh như : Mơ tả và giải thích bằng ngơn ng nĩi, viết; thực hiện các thao tác kĩ thuật từ mức đơn giản là l p ráp theo sơ đồ cĩ sẵn đến mức cao hơn là tự đề xuất, chọn lựa phương án thiết kế tối ưu ứng dụng kỹ thuật. Qua đĩ gĩp phần làm tư duy ngơn ng , ĩc sáng tạo Vật lí - kỹ thuật của học sinh phát triển. Trong dạy học ứng dụng kỹ thuật của Vật lí thường sử dụng hai loại mơ hình: mơ hình vật chất chức năng và mơ hình hình vẽ (mơ hình ký hiệu): 7
16. + Mơ hình hình vẽ mơ tả nh ng nét chính về cấu trúc của vật thể hay một cơ cấu kỹ thuật đã được lược bỏ nh ng chi tiết kỹ thuật khơng cần thiết (ví dụ : hình vẽ một máy ảnh, hình vẽ cách bố trí thí nghiệm về thấu kính ). Mơ hình hình vẽ cĩ thể đại diện cho vật gốc về một số mặt, nhờ thế mà cĩ thể sử dụng mơ hình để dự đốn và giải thích một số hiện tượng (chẳng hạn cĩ thể sử dụng mơ hình hình vẽ để dự kiến thiết kế một thiết bị quang học địi hỏi đáp ứng được nh ng yêu cầu đã cho trước. Ví dụ : để quan sát vật từ rất xa phải dùng ống kính dài như kính thiên văn hoặc quan sát vật ở xa dùng ống kính ng n như ống nhịm. Dựa trên mơ hình ta cĩ thể thiết kế áng chừng. Tuy nhiên, mỗi mơ hình chỉ phản ánh được một số tính chất nhất định của vật gốc. Bởi vậy mỗi mơ hình đều cĩ giới hạn ứng dụng của nĩ vì thế suy ra hệ quả lý thuyết cĩ khi khơng hồn tồn phù hợp với thực tiễn. Ví dụ : Mơ hình đường truyền của tia sáng qua thấu kính mà khơng kể đến tính chất quang sai của thấu kính thì, nếu chỉ dựa trên mơ hình ta cĩ thể tạo ra được kính lúp, kính hiển vi cĩ độ phĩng đại lớn tuỳ ý. Nhưng nh ng thấu kính thực tế luơn gặp phải vấn đề quang sai hay hiện tượng nhiễu xạ do đĩ số phĩng đại của các kính quang học cĩ giới hạn. Cho nên khi sử dụng mơ hình nếu cĩ điều kiện giáo viên nên chỉ cho học sinh thấy nh ng giới hạn đĩ để tính nh ng trường hợp ngoại suy trên mơ hình quá giới hạn ứng dụng dẫn đến nh ng sai lầm đáng tiếc khơng phù hợp thực tế. + Mơ hình vật chất của ứng dụng kỹ thuật cĩ thể hoạt động được như đối tượng gốc (thực hiện chức năng), được chế tạo để thay thế vật gốc mà nguyên t c hoạt động của nĩ dựa trên các định luật, nguyên lý, hiệu ứng, hiện tượng Vật lí (ví dụ : mơ hình kính hiển vi, kính thiên văn ) cĩ thể tách ra được nh ng yếu tố riêng biệt của đối tượng nghiên cứu giúp cho học sinh nhìn thấy được các đối tượng kỹ thuật mà thực tế thường bị che kín. Xuất phát từ sự phân tích về mặt bản chất của việc nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật trong dạy học Vật lí ở trên cho phép ta xác định: Việc nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật trong dạy học Vật lí ở các trường phổ thơng cĩ thể diễn ra theo hai con đường sau : 8
17. - Con đường thứ nhất: Trên cơ sở đã cĩ sẵn ứng dụng kỹ thuật (thiết bị, máy mĩc ) nhiệm vụ của học sinh là nghiên cứu cấu tạo và giải thích nguyên t c hoạt động của các ứng dụng kỹ thuật trên cơ sở các định luật, nguyên lý Vật lí đã biết. - Con đường thứ hai : Dựa trên các định luật, nguyên lý Vật lí đã biết, nhiệm vụ của học sinh là đưa ra các phương án thiết kế một thiết bị nhằm giải quyết một yêu cầu kỹ thuật nào đĩ. [9] 1.1.4. Dạy học trải nghiệm và vận dụng trong dạy học các ứng dụng KHKT 1.1.4.1. Dạy học trải nghiệm David Kolb giới thiệu một mơ hình học tập dựa trên trải nghiệm (experiential learning, thường được biết đến với cái tên Chu trình học tập Kolb) nhằm “quy trình hĩa” việc học với các giai đoạn và thao tác được định nghĩa rõ ràng. Thơng qua chu trình này, cả người học lẫn người dạy đều cĩ thể cải tiến liên tục chất lượng cũng như trình độ của việc học. Đây là một trong số các mơ hình được sử dụng rộng rãi nhất trong việc thiết kế chương trình học, thiết kế bài giảng, trong việc huấn luyện cũng như trong các hướng dẫn học tập cho các khĩa học sau phổ thơng. Chu trình học tập Kolb gồm bốn bước được mơ tả như hình dưới đây: Hình 1.1. Chu trình học tập trải nghiệm theo David Kolb Trong đĩ, Kolb khuyến cáo trình tự của việc học theo mơ hình học tập thực nghiệm cần tuân thủ trình tự của Chu trình, nhưng khơng nhất thiết phải khởi đầu từ bước nào trong Chu trình. Tuy nhiên Kolb dựa trên giả định quan trọng về việc học: 9
18. tri thức khởi nguồn từ kinh nghiệm, tri thức cần được người học kiến tạo (hoặc tái tạo) chứ khơng phải là ghi nhớ nh ng gì đã cĩ. Cần vận dụng đúng Chu trình Kolb để cĩ thể phát huy hiệu quả. Kolb và các nhà nghiên cứu khác đã đi xa hơn khi nhận thấy rằng, với sự lựa chọn điểm khởi đầu và thiên lệch sự tập trung vào một giai đoạn nào đĩ sẽ cho thấy phong cách học tập của từng người (hoặc từng mơn học). Quan điểm cơ bản trong mơ hình học tập dựa trên kinh nghiệm này là người học cần thiết phải phản tỉnh (reflect, từ khác: chiêm nghiệm) trên các kinh nghiệm của mình để từ đĩ khái quát hĩa và cơng thức hĩa các khái niệm để cĩ thể áp dụng cho các tình huống mới cĩ thể xuất hiện trong thực tế; sau đĩ các khái niệm này được áp dụng và kiểm nghiệm trong thực tế để thấy được sự đúng-sai, h u dụng-vơ ích,v.v. ; từ đĩ lại xuất hiện các kinh nghiệm mới, và chúng lại trở thành đầu vào cho vịng học tập tiếp theo, cứ thế lặp lại cho tới khi nào việc học đạt được mục tiêu đề ra ban đầu. Dưới đây là mơ tả chi tiết hơn về các bước trong Chu trình Kolb: + Kinh nghiệm Rời rạc (Concrete Experience) Người học cĩ thể đã đọc một số tài liệu, tham dự bài giảng, xem một số video trên Internet về chủ đề đang học tập, hoặc đã thử làm thử theo hướng dẫn của một số bài giới thiệu nhập mơn (tutorial) về chủ đề cần học, hoặc tự mình mị mẫm trong giây lát với máy mĩc trong phịng lab v.v. Tất các các yếu tố đĩ sẽ tạo ra các kinh nghiệm nhất định cho người học. Và chúng trở thành “nguyên liệu đầu vào” quan trọng của quá trình học tập. Tuy vậy, kinh nghiệm quan trọng nhất là nh ng kinh nghiệm mà các giác quan của con người cĩ thể cảm nhận rõ ràng được (sensory experience). Thơng thường, người học dạng “hời hợt” (surface learning) thường chỉ dừng lại ở các kinh nghiệm đĩ, ghi chép lại và chờ cho tới kì thi và kết thúc việc học. Theo gợi ý của Chu trình Kolb, đĩ mới chỉ là sự khởi đầu. 10
19. + Quan sát cĩ suy tƣởng (Reflective Observation) Người học cần cĩ các phân tích, đánh giá các sự kiện và các kinh nghiệm đã cĩ. Sự đánh giá này cần tự mình suy tưởng về các kinh nghiệm đĩ, xem cảm thấy thế nào, cĩ hiểu được hay khơng, cĩ thấy nĩ hợp lý hay khơng, cĩ thấy nĩ đúng hay cảm thấy nĩ “cĩ gì đĩ khơng ổn”, cĩ quan điểm hay thực tế nào đi ngược lại với các kinh nghiệm mình vừa trải qua hay khơng, v.v. Đối với việc học, việc suy tưởng hàm ý sâu s c rằng ta phải luơn tự hỏi và tự trả lời “việc học cĩ tiến triển tốt đẹp hay khơng?”, và thuần túy sử dụng trực giác để trả lời câu hỏi đĩ. Trong quá trình suy ngẫm, và xa hơn n a là ghi lại các suy tưởng ấy theo một cách tự nhiên và tự thân, ta sẽ rút ra được các bài học cũng như định hướng mới cho chặng đường học tập tiếp theo thú vị và hiệu quả hơn. Đối với việc dạy, nhà giáo sử dụng kĩ thuật tương tự áp dụng cho việc dạy của mình, và cho việc học của học trị để cĩ được các phương án và hành động hiệu quả hơn. Một số hình thức suy tưởng (reflection) vận dụng sâu hơn các hình thức tra cứu, phân tích, tổng hợp từ nhiều nguồn, đưa ra các đánh giá về kinh nghiệm vừa trải qua. Khi suy tưởng, chúng ta sẽ “tham gia” sâu hơn vào quá trình, bản thân điều đĩ cũng đã giúp đỡ rất nhiều cho việc học tập. Với việc suy tưởng cĩ chất lượng, ta sẽ cĩ được các cải tiến, nâng cấp, điều chỉnh cho tiến trình phát triển của việc học tập. + Khái niệm hĩa (Conceptualization) Sau khi cĩ được quan sát chi tiết cộng với suy tưởng sâu s c, người học tiến hành khái niệm hĩa các kinh nghiệm đã nhận được. Từ kinh nghiệm, ta cĩ các khái niệm, “lí thuyết mới”. Bước này chính là bước quan trọng để các kinh nghiệm được chuyển đổi thành “tri thức”, hệ thống khái niệm và b t đầu lưu gi lại trong não bộ. Khơng cĩ bước này, các kinh nghiệm sẽ khơng thể được nâng cấp và phát triển lên một tầm cao mới h u ích hơn mà chỉ là các trải nghiệm vụn vặt nhặt được trong tiến trình học tập hay thực hành. Giai đoạn khái niệm hĩa kết thúc bằng việc ta lập một kế hoạch cho cách hành động tiếp theo trong thời gian tới. Thơng thường giai đoạn này được tiếp nối giai đoạn trước (Quan sát cĩ suy tưởng) một cách tự nhiên bằng việc trả lời cho các câu hỏi quan trọng trong quá trình quan sát và suy tưởng – cĩ thể coi như kết luận 11
20. của tồn bộ quá trình suy tưởng, và giai đoạn tiếp theo sẽ là giai đoạn kiểm chứng kết luận đĩ cĩ đúng hay khơng. + Thử nghiệm tích cực (Active Experimentation) Ở giai đoạn trước, người học đã cĩ một bản “kết luận” được đúc rút từ thực tiễn với các luận cứ và suy tư được liên kết chặt chẽ. Bản kết luận đĩ cĩ thể coi như một giả thuyết, và ta phải đưa vào thực tiễn để kiểm nghiệm. Việc này hết sức quan trọng trong việc hình thành nên tri thức thực sự. Theo Kolb và nh ng người theo đường lối tạo dựng (hay “kiến tạo” – constructivism), chân lí cần được lĩnh hội, hoặc kiểm chứng được. Đây là bước cuối cùng để chúng ta xác nhận hoặc phủ nhận các khái niệm từ bước trước. 1.1.4.2. Vận dụng dạy học trải nghiệm trong dạy học các ứng dụng KHKT Đối với việc học vật lí nĩi chung và dạy học ứng dụng KHKT của vật lí nĩi riêng , ta cĩ thể cĩ một ví dụ cho việc thực thi Chu trình Kolb như sau: Chu trình này yêu cầu người học cĩ một kỉ luật trong việc học thơng qua việc lên kế hoạch, hành động, phản tỉnh và liên hệ ngược trở lại các lý thuyết. Bước 1: Sau khi đọc tài liệu, thử làm người học đã cĩ nh ng trải nghiệm ban đầu về vấn đề cần nghiên cứu. Bước 2: Thảo luận về cảm giác, quy trình và phối hợp cĩ chỗ nào khơng ổn. Ghi lại các cảm nhận quan trọng, đọc lại giáo trình để xem mình làm cĩ đúng khơng. Khi gặp chỗ khơng ổn thử tìm kiếm giải pháp cải thiện, tham khảo các thảo luận khác để rút ra kết luận. Ghi lại các suy tưởng đĩ. Bước 3: Phác thảo giải pháp, khái quát lại thành “Quy trình” Bước 4: Thực hiện theo quy trình đã đề xuất, và lặp lại Bước 1. 1.1.5. Tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí Các nghiên cứu gần đây phê bình mơ hình Kolb, vốn ra đời từ 1984, là quá đơn giản, hoặc quá lí tưởng, hoặc cĩ khi khơng khớp với thực tế học tập của sinh viên và cĩ phần thiếu thực tiễn. 12
21. Học tập dựa trên vấn đề phát triển từ nh ng năm 1990 trong chương trình giảng dạy tại Đại học McMaster ở Canada và trở thành một phương pháp giảng dạy đã được chấp nhận trên kh p B c Mỹ và châu Âu. Hmelo Silver (2004) mơ tả việc học tập dựa trên vấn đề như là một phương pháp giảng dạy trong đĩ học sinh học thơng qua tạo điều kiện giải quyết vấn đề trọng tâm của một vấn đề phức tạp. Torp và Sage (2002) mơ tả việc học tập dựa trên vấn đề là việc tổ chức học tập qua trải nghiệm giải quyết các vấn đề trong thế giới thực. Các kết quả nghiên cứu của Fortus, Dershimer, Krajcik, Marx và Mamlok-Naaman, (2005) và Puntambekar & Kolodner, 2005 và các kết quả điều tra khác về tổ chức dạy học giúp học sinh phát triển kiến thức khoa học đều kết luận rằng: Việc tổ chức dạy học dựa trên việc cho học sinh tham gia hoặc học tập dựa trên vấn đề khoa học cĩ khả năng giúp học sinh phát triển các kỹ năng giải quyết vấn đề và kỹ năng nghiên cứu khoa học (Kolodner, Camp, Crismond, Fasse, Gray, Holbrool, Puntambekar, và Ryan, 2003; Silk, Schunn và Strand, 2007). Dạy học theo quan điểm phát triển năng lực giải quyết vấn đề g n với nh ng tình huống của cuộc sống và nghề nghiệp, đồng thời g n hoạt động trí tuệ với hoạt động thực hành, thực tiễn. Tăng cường việc học tập trong nhĩm, đổi mới quan hệ GV - HS theo hướng cộng tác cĩ ý nghĩa quan trọng nhằm phát triển năng lực xã hội. Bên cạnh việc học tập nh ng tri thức và kỹ năng riêng lẻ của các mơn học chuyên mơn cần bổ sung các chủ đề học tập phức hợp nhằm phát triển năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp. Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề (dạy học nêu vấn đề, dạy học nhận biết và giải quyết vấn đề) là quan điểm dạy học nhằm phát triển năng lực tư duy, khả năng nhận biết và giải quyết vấn đề. Học được đặt trong một tình huống cĩ vấn đề, đĩ là tình huống chứa đựng mâu thuẫn nhận thức, thơng qua việc giải quyết vấn đề, giúp HS lĩnh hội tri thức, kỹ năng và phương pháp nhận thức. Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề là con đường cơ bản để phát huy tính tích cực nhận thức của HS, cĩ thể áp dụng trong nhiều hình thức dạy học với nh ng mức độ tự lực khác nhau của HS. 13