Luận án Dạy học định hướng phát triển năng lực sáng tạo kĩ thuật cho sinh viên sư phạm kĩ thuật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI -----  ----- NGUYỄN THỊ MAI LAN DẠY HỌC ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO KĨ THUẬT CHO SINH VIÊN SƢ PHẠM KĨ THUẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI -----  ----- NGUYỄN THỊ MAI LAN DẠY HỌC ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO KĨ THUẬT CHO SINH VIÊN SƢ PHẠM KĨ THUẬT Chuyên ngành: LL và PPDH bộ môn Kĩ thuật công nghiệp Mã số: 9 14 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHĨA 2. TS. NGUYỄN THANH TÙNG HÀ NỘI – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu và tài liệu trích dẫn trong công trình này là trung thực. Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã đƣợc công bố trƣớc đó. Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Mai Lan ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới: Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, các Thầy Cô ở khoa Sƣ phạm kĩ thuật - Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội và các nhà khoa học đã quan tâm, tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu, thực nghiệm sƣ phạm và hoàn thành luận án của mình. Đặc biệt, tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Đặng Văn Nghĩa – khoa Sƣ phạm kĩ thuật, trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội và TS. Nguyễn Thanh Tùng- Bộ Giáo dục và Đào tạo đã tận tình chỉ bảo và hƣớng dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành bản luận án này. Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giảng dạy về Kĩ thuật điện tử và chuyên gia giáo dục kĩ thuật ở khoa Sƣ phạm kĩ thuật trƣờng ĐH Sƣ phạm Hà Nội, trƣờng ĐH Sƣ phạm kĩ thuật Hƣng Yên, trƣờng ĐH Công nghiệp Hà Nội, trƣờng ĐH Quy Nhơn, trƣờng ĐH Sƣ phạm kĩ thuật TP Hồ Chí Minh ... và một số trƣờng cao đẳng đã đóng góp những ý kiến quý báu giúp tác giả hoàn thiện luận án của mình. Xin cảm ơn toàn thể gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm giúp đỡ, động viên tác giả! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Thị Mai Lan iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN Viết tắt Viết đầy đủ DHDA Dạy học theo dự án ĐC Đối chứng GV Giảng viên, Giáo viên NLST Năng lực sáng tạo NLSTKT Năng lực sáng tạo kĩ thuật SV Sinh viên TDKT Tƣ duy kĩ thuật TDST Tƣ duy sáng tạo TKKT Thiết kế kĩ thuật TN Thực nghiệm iv MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ...................................................................................................... i Lời cảm ơn ......................................................................................................... ii Danh mục chữ viết tắt dùng trong luận án ....................................................... iii Mục lục ............................................................................................................. iv Danh mục các bảng và biểu đồ ...................................................................... viii Danh mục các hình vẽ, đồ thị ............................................................................ x MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI .................................................................................. 1 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ......................................................................... 3 3. KHÁCH THỂ, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................... 3 4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC ......................................................................... 3 5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ......................................................................... 4 6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 4 7. ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ............................................................. 5 8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN ...................................................................... 5 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO KĨ THUẬT..... 6 1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ DẠY HỌC ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO KĨ THUẬT ..................... 6 1.1.1. Tổng quan nghiên cứu về sáng tạo, sáng tạo kĩ thuật .......................... 6 1.1.2. Tổng quan nghiên cứu về dạy học định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo, sáng tạo kĩ thuật ............................................................................ 10 1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................ 12 1.2.1. Kĩ thuật .............................................................................................. 12 1.2.2. Sáng tạo và sáng tạo kĩ thuật ............................................................. 13 v 1.2.3. Năng lực ............................................................................................. 14 1.2.4. Năng lực sáng tạo và năng lực sáng tạo kĩ thuật ............................... 16 1.2.5. Một số khái niệm khác ....................................................................... 17 1.3. DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO KĨ THUẬT CHO SINH VIÊN .................................................. 18 1.3.1. Bản chất dạy học định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo kĩ thuật . 18 1.3.2. Đánh giá năng lực sáng tạo kĩ thuật .................................................. 27 1.3.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự hình thành và phát triển năng lực sáng tạo kĩ thuật của sinh viên ..................................................................... 31 1.3.4. Nguyên tắc dạy học định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo kĩ thuật . 37 1.3.5. Một số biện pháp dạy học định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo kĩ thuật cho sinh viên ......................................................................................... 38 1.4. THỰC TRẠNG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO KĨ THUẬT TRONG MỘT SỐ TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÓ ĐÀO TẠO NGÀNH SƢ PHẠM KĨ THUẬT ...... 42 1.4.1. Đặc điểm chƣơng trình đào tạo chuyên ngành Sƣ phạm kĩ thuật ..... 42 1.4.2. Khảo sát thực trạng dạy học kĩ thuật định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo kĩ thuật cho sinh viên............................................................... 43 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ................................................................................ 52 CHƢƠNG 2: DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ CHO SINH VIÊN SƢ PHẠM KĨ THUẬT ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO KĨ THUẬT ............................................................................... 54 2.1. ĐẶC ĐIỂM NỘI DUNG KIẾN THỨC VÀ QUÁ TRÌNH DẠY HỌC CÁC HỌC PHẦN KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ ...................................................... 54 2.1.1. Khái lƣợc về các học phần Kĩ thuật điện tử trong chƣơng trình đào tạo ngành Sƣ phạm kĩ thuật .................................................................. 54 2.1.2. Nội dung kiến thức các học phần về Kĩ thuật điện tử ....................... 55 vi 2.1.3. Đặc điểm môn học và một số định hƣớng khai thác phát triển năng lực sáng tạo kĩ thuật trong dạy học Kĩ thuật điện tử ........................... 56 2.1.4. Biểu hiện sáng tạo trong học tập các học phần Kĩ thuật điện tử ....... 59 2.2. MỘT SỐ BIỆN PHÁP DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO KĨ THUẬT CHO SINH VIÊN ........... 61 2.2.1. Xây dựng và sử dụng các bài toán thiết kế kĩ thuật gắn với giải quyết các vấn đề trong thực tiễn .................................................................. 61 2.2.2. Thiết kế và thực hiện các dự án tạo ra các sản phẩm cụ thể có tính sáng tạo ......................................................................................................... 80 2.2.3. Khuyến khích sinh viên phát hiện và giải quyết vấn đề sáng tạo trên cơ sở đặt ngƣời học vào vai trò nhà sáng chế ...................................... 92 2.3. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO KĨ THUẬT CHO SINH VIÊN .............. 102 2.3.1. Qui trình chung tổ chức dạy học Kĩ thuật điện tử định hƣớng phát triển năng lực sáng tạo kĩ thuật .................................................................. 102 2.3.2. Một số giáo án minh họa trong dạy học Kĩ thuật điện tử ................ 105 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 .............................................................................. 114 CHƢƠNG 3: KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ...................................... 116 3.1. MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ, PHƢƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƢỢNG KIỂM NGHIỆM ........................................................................................... 116 3.1.1. Mục đích kiểm nghiệm .................................................................... 116 3.1.2. Nhiệm vụ kiểm nghiệm ................................................................... 116 3.1.3. Phƣơng pháp kiểm nghiệm .............................................................. 116 3.1.4. Đối tƣợng kiểm nghiệm ................................................................... 117 3.2. KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BẰNG PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM .................................................................................... 118 3.2.1. Nội dung và qui trình thực nghiệm sƣ phạm ................................... 118 vii 3.2.2. Kết quả kiểm nghiệm sƣ phạm ........................................................ 121 3.3. KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BẰNG PHƢƠNG PHÁP CHUYÊN GIA .... 137 3.3.1. Nội dung và qui trình thực hiện kiểm nghiệm ................................. 137 3.3.2. Kết quả kiểm nghiệm ....................................................................... 138 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 .............................................................................. 145 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................. 147 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN............................................................. 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 150 PHỤ LỤC viii DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ Trang Bảng 1.1. Bảng mô tả năng lực thành phần của NLSTKT........................................... 22 Bảng 1.2. So sánh NLSTKT của sinh viên với nhà sáng chế ...................................... 24 Bảng 1.3. Bảng so sánh phân chia mức độ sáng tạo ...................................................... 25 Bảng 1.4. Bảng tổng hợp ý kiến khảo sát về đặc điểm các nhiệm vụ học tập đƣợc sử dụng trong quá trình dạy học về Kĩ thuật điện tử .......................... 45 Bảng 1.5. Bảng tổng hợp ý kiến khảo sát về phƣơng pháp giảng dạy của GV ......... 47 Bảng 1.6. Bảng tổng hợp ý kiến khảo sát về phƣơng pháp học của SV ..................... 49 Bảng 2.1. So sánh chƣơng trình một số ngành đào tạo Sƣ phạm kĩ thuật .................. 54 Bảng 2.2. Bảng mô tả biểu hiện năng lực hình thành ý tƣởng mới trong học tập học phần Kĩ thuật điện tử ................................................................................. 60 Bảng 2.3. Một số dự án học tập ở học phần Thực hành Kĩ thuật điện tử ................... 85 Bảng 2.4. Kế hoạch thực hiện dạy học dự án “Chế tạo robot dò đƣờng” ................... 87 Bảng 2.5. Bảng kế hoạch tổ chức dạy học dự án “Lắp ráp mạch đếm sản phẩm trong dây chuyền đóng gói sản phẩm tự động” ............................................ 90 Bảng 3.1. Đối tƣợng, số lƣợng SV của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng ............ 117 Bảng 3.2. Nội dung thực nghiệm sƣ phạm ................................................................... 118 Bảng 3.3. Thông tin về thời gian, lớp học thực nghiệm sƣ phạm .............................. 120 Bảng 3.4. Tổng hợp kết quả quan sát biểu hiện sáng tạo trong học tập của lớp TN và lớp ĐC khi thực nghiệm biện pháp 1............................................... 124 Bảng 3.5. Thống kê kết quả điểm số từng câu trong bài kiểm tra sau thực nghiệm biện pháp 1....................................................................................................... 125 Bảng 3.6. Thống kê kết quả bài kiểm tra lớp ĐC và TN sau thực nghiệm biện pháp 1 .................................................................................. 125 Bảng 3.7. Bảng kết quả kiểm tra lớp ĐC sau thực nghiệm biện pháp 1 ............. 126 Bảng 3.8. Bảng kết quả kiểm tra lớp TN sau khi nghiệm biện pháp 1 ................ 126 ix Bảng 3.9. Tổng hợp tham số đặc trƣng lớp TN và ĐC khi thực nghiệm biện pháp 1 .............................................................................................................. 127 Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả theo bảng quan sát biểu hiện sáng tạo trong học tập của lớp TN và ĐC thực nghiệm biện pháp 3 .............................................. 130 Bảng 3.11. Thống kê kết quả điểm từng câu bài kiểm tra thực nghiệm biện pháp 3 .............................................................................................................. 132 Bảng 3.12. Thống kê kết quả kiểm tra lớp ĐC và TN thực nghiệm biện pháp 3 ...... 132 Bảng 3.13. Bảng kết quả kiểm tra lớp ĐC thực nghiệm biện pháp 3 .......................... 132 Bảng 3.14. Bảng kết quả kiểm tra lớp TN thực nghiệm biện pháp 3 .......................... 133 Bảng 3.15. Tổng hợp tham số đặc trƣng thực nghiệm sƣ phạm biện pháp 3 ............. 133 Bảng 3.16. Thống kê trình độ chuyên môn và thâm niên công tác các chuyên gia .. 138 Bảng 3.17. Thống kê đánh giá tính cấp thiết của việc dạy học định hƣớng phát triển NLSTKT cho SV ....................................................................... 139 Bảng 3.18. Thống kê đánh giá về các biện pháp dạy học Kĩ thuật điện tử định hƣớng phát triển NLSTKT cho sinh viên ................................................... 139 Bảng 3.19. Thống kê đánh giá tính khả thi của qui trình chung tổ chức dạy học Kĩ thuật điện tử và khả năng áp dụng vào các học phần kĩ thuật khác . 143 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1. Các yếu tố cấu thành năng lực sáng tạo kĩ thuật ........................................... 20 Hình 1.2. Cấu trúc tổng quát của năng lực sáng tạo kĩ thuật ........................................ 24 Hình 2.1. Quy trình xây dựng bài toán TKKT trong dạy học Kĩ thuật điện tử ......... 64 Hình 2.2. Quy trình sử dụng bài toán TKKT trong dạy học Kĩ thuật điện tử ........... 65 Hình 2.3. Sơ đồ khối mạch điều khiển máy bán hàng tự động.................................... 67 Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển máy bán hàng tự động ........................... 68 Hình 2.5. Sơ đồ mạch điều khiển đoàn tàu đi ra khỏi ga .............................................. 71 Hình 2.6. Sơ đồ khối mạch điều khiển đoàn tàu ở nhà ga có 6 đƣờng đỗ .................. 71 Hình 2.7. Sơ đồ khối bộ đếm sản phẩm trong dây chuyền đóng gói sản phẩm ........ 74 Hình 2.8. Mạch đếm sản phẩm trong dây chuyền đóng gói sản phẩm ...................... 75 Hình 2.9. Các ý tƣởng giải quyết bài toán thiết kế mạch điều khiển đèn LED ......... 78 Hình 2.10. Mạch tự động bật/ tắt đèn theo cƣờng độ ánh sáng ngoài trời .................... 78 Hình 2.11. Mạch tự động bật/ tắt 04 đèn điện theo các mức, tùy thuộc cƣờng độ ánh sáng ngoài trời ............................................................................................ 79 Hình 2.12. Quy trình chuẩn bị, lập kế hoạch tổ chức DHDA ........................................ 83 Hình 2.13. Quy trình tổ chức thực hiện DHDA trong dạy học Kĩ thuật điện tử ......... 84 Hình 2.14. Một số hình ảnh sản phẩm dự án “Chế tạo robot dò đƣờng tự động” ....... 89 Hình 2.15. Mạch đếm số lƣợng sản phẩm, hiển thi trên hai LED 7 thanh ................... 92 Hình 2.16. Cấu trúc dạy học giải quyết vấn đề sáng tạo ................................................. 93 Hình 2.17. Quy trình thực hiện khuyến khích SV phát hiện và giải quyết vấn đề sáng tạo trong dạy học Kĩ thuật điện tử ......................................................... 95 Hình 2.18 Sơ đồ mạch chỉnh lƣu nửa chu kì ................................................................... 97 Hình 2.19. Sơ đồ mạch chỉnh lƣu hai nửa chu kì ............................................................. 98 Hình 2.20. Sơ đồ tổng quát mạch tạo dao động điều hòa ............................................... 99 Hình 2.21. Mạch cộng hƣởng cầu Wien ......................................................................... 100 xi Hình 2.22. Sơ đồ mạch dao động cầu Wien 1KHz ....................................................... 101 Hình 2.23. Mạch dao động cầu Wien 1KHz ổn định bằng diode ............................... 102 Hình 2.24. Qui trình chung tổ chức dạy học Kĩ thuật điện tử định hƣớng phát triển NLSTKT cho SV ........................................................................................... 104 Hình 3.1. Biểu đồ so sánh trung bình cộng điểm thành phần bài kiểm tra sau thực nghiệm giáo án số 1 ............................................................................... 127 Hình 3.2. Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi khi thực nghiệm giáo án số 1 ............. 128 Hình 3.3. Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi trở xuống thực nghiệm giáo án số 1 ................................................................................................................... 128 Hình 3.4. Biểu đồ so sánh trung bình cộng điểm thành phần bài kiểm tra sau thực nghiệm giáo án số 3 ............................................................................... 134 Hình 3.5. Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi khi thực nghiệm giáo án số 3 ............. 134 Hình 3.6. Đồ thị tần suất số SV đạt điểm Xi trở xuống thực nghiệm giáo án số 3 ................................................................................................................... 135 Hình 3.7. Biểu đồ đánh giá biện pháp “Xây dựng và sử dụng các bài toán TKKT gắn với giải quyết các vấn đề trong thực tiễn” ............................... 141 Hình 3.8. Biểu đồ đánh giá biện pháp “Thiết kế và thực hiện các dự án tạo ra các sản phẩm cụ thể có tính sáng tạo” ................................................................ 142 Hình 3.9. Biểu đồ đánh giá biện pháp “Khuyến kích SV phát hiện và giải quyết vấn đề sáng tạo trên cơ sở đặt ngƣời học vào vai trò nhà sáng chế” ........ 142 1 MỞ ĐẦU 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1 Yêu cầu xã hội đòi hỏi phải nâng cao năng lực sáng tạo cho người học và định hướng đổi mới giáo dục và đào tạo của Đảng, Nhà nước Cuộc cách mạng khoa học công nghệ đã và đang đƣa nhân loại chuyển từ kinh tế công nghiệp sang kinh tế tri thức. Trong thời đại ngày nay, con ngƣời không chỉ cần có năng lực tƣ duy mà còn phải có năng lực tƣ duy sáng tạo nhằm tạo ra những giá trị mới về vật chất, tinh thần để thỏa mãn các nhu cầu chính đáng của cá nhân mình, đồng thời thỏa mãn các nhu cầu để xã hội tồn tại và phát triển. Chính vì vậy, trong quá trình hình thành nền kinh tế tri thức ở nƣớc ta cần phát huy và nâng cao năng lực sáng tạo của con ngƣời, giúp họ có khả năng hành động sáng tạo và độc lập để trở thành những ngƣời lao động có trí tuệ đáp ứng yêu cầu của xã hội. Do đó vấn đề phát triển năng lực sáng tạo (NLST) cho ngƣời học ngay từ khi đang ngồi trên ghế nhà trƣờng là một đòi hỏi cấp thiết, định hƣớng việc đổi mới chƣơng trình giáo dục hiện nay. Đây là một hƣớng đi phù hợp với bối cảnh quốc tế. Chính vì vậy, Nghị quyết số 29-NQ/TW của Đảng (Hội nghị Trung ƣơng 8 khóa XI) về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo [12] đã nêu rõ quan điểm chỉ đạo: “Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học” và mục tiêu tổng quát là “giáo dục con ngƣời Việt N