Luận án Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học một số kiến thức về từ trường và cảm ứng điện từ Vật lí 11 qua sử dụng phối hợp thí nghiệm với phương tiện trực quan

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM DƯƠNG ĐỨC GIÁP PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ 11 QUA SỬ DỤNG PHỐI HỢP THÍ NGHIỆM VỚI PHƯƠNG TIỆN TRỰC QUAN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THỪA THIÊN HUẾ, 2023 i ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM DƯƠNG ĐỨC GIÁP PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ 11 QUA SỬ DỤNG PHỐI HỢP THÍ NGHIỆM VỚI PHƯƠNG TIỆN TRỰC QUAN Chuyên ngành: Lí luận và PP dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 9140111 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. LÊ VĂN GIÁO THỪA THIÊN HUẾ, 2023 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu được sử dụng trong luận án là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả luận án Dương Đức Giáp iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án Tiến sĩ, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn đến Ban Giám đốc Đại học Huế; Ban Đào tạo và Công tác sinh viên, Đại học Huế; Ban giám hiệu; Phòng đào tạo Sau đại học; Ban Chủ nhiệm và Quý Thầy, Cô giáo khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế. Tác giả xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu; Quý Thầy, Cô giáo tổ Vật lí - KTCN, trường THPT Thuận Hoá, trường THPT Nguyễn Đình Chiểu, Thừa Thiên Huế đã nhiệt tình giúp đỡ, trao đổi và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự hướng dẫn tận tình chu đáo của PGS. TS. Lê Văn Giáo trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận án. Cuối cùng, tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tác giả trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Thừa Thiên Huế, tháng 08 năm 2022 Tác giả luận án Dương Đức Giáp iv MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA ................................................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................... ii LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................................iii MỤC LỤC ............................................................................................................................... iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN ÁN ......................................................................... ix DANH MỤC BIỂU ĐỒ TRONG LUẬN ÁN ..................................................................... x DANH MỤC ĐỒ THỊ TRONG LUẬN ÁN ....................................................................... xi DANH MỤC SƠ ĐỒ TRONG LUẬN ÁN ........................................................................ xii DANH MỤC HÌNH ẢNH TRONG LUẬN ÁN ............................................................. xiii MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ...................................................................................................... 1 2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................... 4 3. Giả thuyết khoa học ................................................................................................. 4 4. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài .............................................................................. 4 5. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 5 6. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................. 5 7. Phương pháp nghiên cứu đề tài ............................................................................... 5 8. Những đóng góp mới của đề tài ............................................................................... 6 9. Cấu trúc của luận án ................................................................................................. 6 Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................................ 8 1.1. Những nghiên cứu về năng lực, năng lực giải quyết vấn đề và dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề ............................................................................... 8 1.2. Những nghiên cứu về phát triển năng lực và năng lực giải quyết vấn đề qua sử dụng phối hợp TN và PTTQ trong dạy học ....................................................... 15 1.3. Hướng nghiên cứu của luận án ....................................................................... 18 Chương 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH QUA SỬ DỤNG PHỐI HỢP THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG TIỆN TRỰC QUAN 19 2.1. Dạy học theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề ............................ 19 v 2.1.1. Khái niệm năng lực .................................................................................. 19 2.1.2. Năng lực giải quyết vấn đề ....................................................................... 21 2.1.3. Dạy học theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh 25 2.1.4. Xây dựng khung năng lực giải quyết vấn đề của học sinh ....................... 26 2.2. Sử dụng phối hợp thí nghiệm và phương tiện trực quan ................................ 35 2.2.1. Thí nghiệm Vật lí ...................................................................................... 35 2.2.2. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học vật lí .............................................. 43 2.2.3. Sử dụng phối hợp thí nghiệm và phương tiện trực quan trong DHVL theo định hướng phát triển NL GQVĐ của HS .......................................................... 45 2.3. Thực trạng của việc dạy học sử dụng thí nghiệm và phương tiện trực quan ở nhà trường phổ thông hiện nay .............................................................................. 55 2.3.1. Mục tiêu của việc điều tra thực trạng ...................................................... 55 2.3.2. Phương pháp điều tra ............................................................................... 55 2.3.3. Đối tượng điều tra .................................................................................... 56 2.3.4. Kết quả điều tra ........................................................................................ 56 2.4. Quy trình tổ chức dạy học theo hướng phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh qua sử dụng phối hợp thí nghiệm và phương tiện trực quan ............ 59 2.5. Kết luận chương 2 ........................................................................................... 63 Chương 3. TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ 11 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH QUA SỬ DỤNG PHỐI HỢP THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG TIỆN TRỰC QUAN .................................................................................. 67 3.1. Đặc điểm cấu trúc, nội dung chương “Từ trường” và chương “Cảm ứng điện từ” . 67 3.1.1. Chương “Từ trường” ............................................................................... 67 3.1.2. Chương “Cảm ứng điện từ” ..................................................................... 69 3.2. Một số khó khăn khi dạy chương “Từ trường” và chương “Cảm ứng điện từ” vật lí 11 THPT ........................................................................................................ 71 3.3. Một số thí nghiệm và phương tiện trực quan sử dụng trong quá trình thiết kế dạy học chương “Từ trường” và chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 THPT ...... 72 3.3.1. Phương tiện trực quan .............................................................................. 72 3.3.2. Thí nghiệm ................................................................................................ 74 vi 3.4. Thiết kế tiến trình dạy học một số đơn vị kiến thức chương “Từ trường” và chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 THPT .......................................................... 77 3.4.1. Sử dụng phối hợp TN với PTTQ trong dạy học đơn vị kiến thức “Từ tính của dây dẫn có dòng điện” ................................................................................. 77 3.4.2. Sử dụng phối hợp TN với PTTQ trong dạy học đơn vị kiến thức “Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện” .... 84 3.4.3. Sử dụng phối hợp TN với PTTQ trong dạy học đơn vị kiến thức “Hiện tượng cảm ứng điện từ” ..................................................................................... 93 3.4.4. Sử dụng phối hợp TN với PTTQ trong dạy học đơn vị kiến thức “Suất điện động cảm ứng trong mạch kín” ................................................................ 102 3.4.5. Thiết kế tiến trình dạy học bài từ trường (2 tiết) .................................... 111 3.4.6. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Từ thông. Cảm ứng điện từ” .......... Error! Bookmark not defined. 3.5. Kết luận chương 3 ......................................................................................... 127 4.1. Mục tiêu thực nghiệm sư phạm ..................................................................... 129 4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm sư phạm vòng 1 ................................................... 129 4.1.2. Mục tiêu thực nghiệm sư phạm vòng 2 ................................................... 129 4.2. Phạm vi, đối tượng thực nghiệm sư phạm .................................................... 130 4.2.1. Phạm vi thực nghiệm .............................................................................. 130 4.2.2. Đối tượng thực nghiệm ........................................................................... 130 4.3. Tiến trình thực nghiệm ..................................................................................... 130 4.3.1. Chọn mẫu thực nghiệm ........................................................................... 130 4.3.1.1. Chọn mẫu thực nghiệm vòng 1 ............................................................ 130 4.3.1.2. Chọn mẫu thực nghiệm vòng 2 ............................................................ 131 4.4. Phương pháp đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh qua phối hợp TN với PTTQ .............................................................................................................. 132 4.4.1. Đánh giá định tính .................................................................................. 132 4.4.2. Đánh giá định lượng .............................................................................. 132 4.4.3. Nghiên cứu trường hợp .......................................................................... 133 4.4.4. Thống kê toán học .................................................................................. 134 4.5. Kết quả thực nghiệm ..................................................................................... 135 vii 4.5.1. Kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 1 .................................................... 135 4.5.2. Kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 2 .................................................... 136 4.5.3. Nhận xét chung ....................................................................................... 148 4.6. Kết luận chương 4 ......................................................................................... 149 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 151 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ....................................... 154 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 156 PHỤ LỤC ................................................................................................................................. 1 viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DH : Dạy học ĐC : Đối chứng GD : Giáo dục GD & ĐT : Giáo dục và Đào tạo GV : Giáo viên GQ : Giải quyết GQVĐ : Giải quyết vấn đề HS : Học sinh KQHT : Kết quả học tập MVT : Máy vi tính NL : Năng lực NL GQVĐ : Năng lực giải quyết vấn đề PP : Phương pháp PPDH : Phương pháp dạy học PTTQ : Phương tiện trực quan TN : Thí nghiệm TNg : Thực nghiệm TNSP : Thực nghiệm sư phạm TNVL : Thí nghiệm Vật lí THPT : Trung học phổ thông VĐ : Vấn đề VL : Vật lí ix DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN ÁN Bảng 2.1. Cấu trúc các thành tố NL GQVĐ của Polya, PISA, Úc, ATC21S ............... 22 Bảng 2.2. Cấu trúc NL GQVĐ (4 thành tố và 15 chỉ số hành vi) ................................. 23 Bảng 2.3. Tiêu chí đánh giá năng lực giải quyết vấn đề ............................................... 32 Bảng 2.4. Kết quả học tập học kỳ I môn VL của khối 11 ............................................. 57 Bảng 2.5. Kết quả ý kiến của HS về thực hành VL....................................................... 58 Bảng 3.1. Rubric đánh giá NL GQVĐ mục Từ tính của dây dẫn có dòng điện chạy qua ....................................................................................................................................... 81 Bảng 3.2. Rubric đánh giá NL GQVĐ mục xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện ............................................................................... 90 Bảng 3.3. Rubric đánh giá NL GQVĐ mục hiện tượng cảm ứng điện từ ....................... 99 Bảng 3.4. Rubric đánh giá NL GQVĐ mục suất điện động cảm ứng trong mạch kín .. 107 Bảng 4.1. Các lớp TN và ĐC vòng 1........................................................................... 131 Bảng 4.2. Thống kê sĩ số và kết quả học tập môn Vật lí ở các lớp TNg và ĐC vòng 2 ... 131 Bảng 4.3. Xếp loại học lực và NL GQVĐ của HS ...................................................... 134 Bảng 4.4. Đánh giá NL GQVĐ chủ đề “Lực từ, từ trường của dòng điện trong dây dẫn có hình dạng đặc biệt” ................................................................................................. 136 Bảng 4.5. Đánh giá NL GQVĐ chủ đề “Cảm ứng điện từ” ........................................ 138 Bảng 4.6. Phân phối tần suất tổng hợp của bài kiểm tra đầu vào ................................ 141 Bảng 4.7. Phân phối tần suất tổng hợp của bài kiểm tra ............................................. 141 Bảng 4.8. Phân phối tần suất tổng hợp của bài kiểm tra đầu vào và bài kiểm tra ....... 142 Bảng 4.9. Phân phối tần suất % HS đạt điểm xi kiểm tra ............................................ 142 Bảng 4.10. Phân phối tần suất lũy tích các bài kiểm tra .............................................. 142 Bảng 4.11. Kết quả các thông số thống kê bài kiểm tra .............................................. 145 Bảng 4.12. Bảng phân phối tần suất tổng hợp của bài kiểm tra 1 tiết ......................... 146 Bảng 4.13. Bảng phân phối tần suất tổng hợp của bài kiểm tra đầu vào và bài kiểm tra ... 146 Bảng 4.14. Bảng phân phối tần suất % HS đạt điểm xi kiểm tra 1 tiết ....................... 146 Bảng 4.15. Bảng phân phối tần suất lũy tích các bài kiểm tra chủ đề 2 ...................... 146 Bảng 4.16. Kết quả các thông số thống kê bài kiểm tra 1 tiết ..................................... 148 x DANH MỤC BIỂU ĐỒ TRONG LUẬN ÁN Biểu đồ 4.1. Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích đầu vào ........................................... 143 Biểu đồ 4.2. Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích đầu ra của bài kiểm tra 15 phút ...... 144 Biểu đồ 4.3. Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra 1 tiết ........................... 147 xi DANH MỤC ĐỒ THỊ TRONG LUẬN ÁN Biểu đồ 4.1. Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích đầu vào .................................................. 143 Đồ thị 4.2. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích đầu vào ........................................................ 143 Đồ thị 4.3. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích đầu ra của bài kiểm tra 15 phút ................. 144 Đồ thị 4.4. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra 1 tiết ....................................... 147 xii DANH MỤC SƠ ĐỒ TRONG LUẬN ÁN Sơ đồ 2.1. Hệ thống năng lực của HS .................................................................................... 20 Sơ đồ 2.2. Phối hợp TN và MVT ........................................................................................... 52 Sơ đồ 2.3. Quy trình tổ chức dạy học với việc sử dụng phối hợp TN với PTTQ ............... 60 Sơ đồ 3.1. Cấu trúc chương “Từ Trường” ............................................................................. 68 Sơ đồ 3.2. Cấu trúc chương “Cảm ứng điện từ” ................................................................... 70 xiii DANH MỤC HÌNH ẢNH TRONG LUẬN ÁN Hình 2.1. Đèn chiếu slide ............................................................................................. 39 Hình 2.2. Máy chiếu qua đầu ........................................................................................ 40 Hình 2.3. Máy chiếu đa chức năng ............................................................................... 40 Hình 2.4. Camera .......................................................................................................... 41 Hình 2.5. Máy Scaner ................................................................................................... 41 Hình 2.6. Bảng tương tác thông minh .......................................................................... 41 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Quá trình toàn cầu hóa và cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0 đang diễn ra nhanh chóng, đã tác động mạnh mẽ đến mọi lĩnh vực trong đời sống xã hội, trong đó có giáo dục. Điều đó cũng đã dẫn tới sự chuyển hóa nhanh chóng về cơ cấu, chất lượng và nguồn nhân lực của nhiều quốc gia. Trước bối cảnh đó, đòi hỏi ngành GD & ĐT phải có những chuyển biến mạnh mẽ từ triết lí, mục tiêu đến nội dung PP và hình thức tổ chức DH, nhằm bồi dưỡng và phát triển cho người học một hệ thống những phẩm chất và NL cần thiết để đáp ứng với nhu cầu của thị trường lao động mới. Trong bối cảnh đó, Hội nghị lần thứ 8 Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam (khoá XI) đã thông qua Nghị quyết số 29/NQ-TW ngày 4 tháng 11 năm 2013 về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đáp ứng yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế; Quốc hội đã ban hành Nghị quyết số 88/2014/QH13 ngày 28 tháng 11 năm 2014 về đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông, góp phần đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo. Ngày 27 tháng 3 năm 2015, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 404/QĐ-TTg phê duyệt Đề án đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông. Mục tiêu đổi mới được Nghị quyết 88/2014/QH13 của Quốc hội quy định: “Đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông nhằm tạo chuyển biến căn bản, toàn diện về chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thông; kết hợp dạy chữ, dạy người và định hướng nghề nghiệp; góp phần chuyển nền giáo dục năng về truyền thụ kiến thức sang nền giáo dục phát triển toàn diện cả về phẩm chất và năng lực, hải hoà đức, trí, thể, mĩ và phát huy tốt nhất tiềm năng của mỗi học sinh” [4]. Như vậy, phải trên cơ sở xác định rõ mục tiêu trong đổi mới GD, đào tạo, nhà trường phải công khai mục tiêu, chuẩn “đầu vào”, “đầu ra” của từng bậc học, môn học, chương trình, ngành và chu