Luận án Phát triển năng lực kỹ thuật cho học sinh phổ thông trong dạy học công nghệ 12

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGÔ VĂN HOAN PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KỸ THUẬT CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG TRONG DẠY HỌC CÔNG NGHỆ 12 LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC HÀ NỘI, NĂM 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGÔ VĂN HOAN PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KỸ THUẬT CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG TRONG DẠY HỌC CÔNG NGHỆ 12 Chuyên ngành: Lý luận và Phƣơng pháp dạy học Bộ môn Kỹ thuật Công nghiệp Mã số: 62.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN BÍNH PGS.TS NGUYỄN TRỌNG KHANH HÀ NỘI, NĂM 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tác giả luận án Ngô Văn Hoan LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các tổ chức và cá nhân: Các Thầy, Cô và các nhà khoa học đã tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu của mình; Các Thầy hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS Nguyễn Văn Bính và PGS. TS Nguyễn Trọng Khanh đã tận tình định hƣớng, chỉ dẫn, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận án; Ban Giám hiệu Trƣờng ại học Sƣ phạm Hà Nội, Phòng Sau ại học, Khoa Sƣ phạm Kỹ thuật, Bộ môn Phƣơng pháp dạy học đã tạo mọi điều kiện cho tác giả học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án; Các trƣờng Trung học phổ thông: Nguyễn Tất Thành, ại học Sƣ phạm Hà Nội; Cao Bá Quát, Quốc Oai, Hà Nội; Trần Hƣng ạo, Tiên Lữ, Hƣng Yên; Trực Ninh B, Nam ịnh. Các trƣờng Trung học cơ sở: Lê Lợi, Hoàn Kiếm, Hà Nội; Nguyễn Trƣờng Tộ, Ba ình Hà Nội, Các chuyên gia, cán bộ quản l , giáo viên và các cộng tác viên đã giúp đỡ tác giả điều tra, tìm hiểu, thực nghiệm sƣ phạm và xin kiến chuyên gia; Các Thầy, Cô và đồng nghiệp đã quan tâm giúp đỡ, động viên tác giả! Trân trọng cảm ơn! Tác giả luận án Ngô Văn Hoan DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết ầy ủ là 1. GV Giáo viên 2. HS Học Sinh 3. KN Kỹ năng 4. KT Kỹ thuật 5. KT T Kỹ thuật điện tử 6. KTTH Kỹ thuật Tổng hợp 7. NLKT Năng lực kỹ thuật 8. TDKT Tƣ duy kỹ thuật 9. THPT Trung học phổ thông DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG, BIỂU Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc của tƣ duy kỹ thuật .......................................................................... Tr 27 Hình 1.2. Mô hình cấu trúc vi mô của NLKT ............................................................................... 35 Hình 1.3. Quan hệ tuyến tính trong cấu trúc tổng quát của NLKT ................................ 37 Hình 1.4. Quan hệ đồng tâm trong mô hình cấu trúc tổng quát của NLKT ......... 37 Hình 1.5. Quy trình tổng quát về phát triển NLKT cho HS phổ thông ....................... 51 Hình 2.1. Mạch điện nguồn ổn áp một chiều DC d ng điốt zene và tranzitor ...... 77 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên l mạch điện khuếch đại 3 tầng d ng tranzitor .................. .89 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí linh kiện của điện khuếch đại 3 tầng d ng tranzitor ............ 90 Hình 2.4. Sơ đồ mạch in mạch điện khuếch đại 3 tầng d ng tranzitor ........................ 90 Hình 2.5. Sơ đồ lắp ráp linh kiện của mạch điện khuếch đại 3 tầng tranzitor ........ 91 Hình 2.6. Quy trình ch n đoán phát hiện và xử l sự cố KT ........................................... 103 Hình 2.7. Mạch điện nguồn tivi Samsung 359R....................................................................... 105 Hình 2.8. Thí nghiệm khảo sát tính chất khuếch đại DC của tranzitor .................... 128 Hình 2.9. Thí nghiệm khảo sát tính chất khuếch đại tín hiệu AC của tranzitor .... 129 Hình 2.10. Mạch điện thí nghiệm khảo sát tính chất của bộ nguồn ổn áp ............. 130 Hình 2.11. Mạch nắn điện tạo nguồn Vcc và – Vcc từ một nguồn AC ................ 131 Bảng 1.1. Bảng mục tiêu năng lực kỹ thuật tổng hợp ............................................................. .42 Bảng 3.1. Phân phối kết quả kiểm tra ............................................................................................... 149 Bảng 3.2. Phân phối tần suất Xi, Fi .................................................................................................... 149 Bảng 3.3. Phân phối tần suất hội tụ tiến .......................................................................................... 149 Bảng 3.4. Kết quả tính toán cho lớp đối chứng ......................................................................... 150 Bảng 3.5. Kết quả tính toán cho lớp thực nghiệm ................................................................... 151 Bảng 3.6. Thống kê các tham số đặc trƣng cho độ tập trung và độ phân tán ...... 151 Biểu đồ 3.1. ƣờng tần suất Ni-Xi của lớp đối chứng và thực nghiệm .................. 152 Biểu đồ 3.2. ƣờng tần suất hội tụ tiến Fa.Xi của lớp đối chứng và thực nghiệm ..... 152 MỤC LỤC Trang MỞ ẦU ...................................................................................................................................................... 1 Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KỸ THUẬT CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG .............................................................. 10 1.1. Tổng quan lịch sử nghiên cứu về năng lực kỹ thuật .......................................... 10 1.1.1. Lịch sử nghiên cứu về năng lực và năng lực kỹ thuật ................................ 10 1.1.2. Lịch sử nghiên cứu về phát triển năng lực và năng lực kỹ thuật ................ 17 1.2. Các khái niệm công cụ ....................................................................................... 22 1.2.1. Khái niệm Năng lực .................................................................................... 22 1.2.2. Khái niệm Kỹ thuật và Công nghệ ............................................................. 23 1.2.3. Khái niệm Năng lực kỹ thuật ...................................................................... 25 1.2.4. Một số khái niệm liên quan với năng lực kỹ thuật ..................................... 26 1.3. Cấu trúc, đặc điểm, mức độ của năng lực kỹ thuật .......................................... .32 1.3.1. Cấu trúc của năng lực kỹ thuật ................................................................... 33 1.3.2. ặc điểm và mức độ của năng lực kỹ thuật ................................................ 37 1.4. Cơ sở định hƣớng và quan điểm chi phối sự phát triển năng lực kỹ thuật .............. 43 1.4.1. Cơ sở định hƣớng phát triển năng lực kỹ thuật .......................................... 43 1.4.2. Quan điểm chi phối việc phát triển năng lực kỹ thuật cho học sinh........... 45 1.4.3. Quy trình tổng quát về dạy học phát triển năng lực kỹ thuật cho học sinh trong dạy học môn Công nghệ ở trƣờng phổ thông ....................................... 49 1.5. Thực trạng phát triển năng lực kỹ thuật cho học sinh trong dạy học Công nghệ 12 ... 51 1.5.1. Môn Công nghệ trong trƣờng phổ thông với việc phát triển năng lực kỹ thuật ................................................................................................................. 51 1.5.2. Thực trạng dạy học phát triển năng lực kỹ thuật cho học sinh trong môn Công nghệ 12 .................................................................................................................... 55 1.5.3. Khả năng và điều kiện phát triển năng lực kỹ thuật cho học sinh trong chƣơng trình Công nghệ 12 .................................................................................. 58 Chƣơng 2. PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KỸ THUẬT CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CÔNG NGHỆ 12 ..................................................................................................... 62 2.1. Phát triển năng lực nhận thức kỹ thuật.............................................................. 62 2.1.1. Cơ sở khoa học và bản chất của năng lực nhận thức kỹ thuật .................... 62 2.1.2. Biện pháp và kỹ thuật dạy học phát triển năng lực nhận thức kỹ thuật ..... 67 2.1.3. Vận dụng minh họa ..................................................................................... 75 2.2. Phát triển năng lực hành động kỹ thuật .............................................................. 79 2.2.1. Cơ sở khoa học và bản chất của năng lực hành động kỹ thuật .................. 79 2.2.2. Biện pháp và kỹ thuật dạy học phát triển năng lực hành động kỹ thuật ..... 83 2.2.3. Vận dụng phát triển kỹ năng trong hoạt động lắp ráp mạch điện ............... 87 2.3. Phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề kỹ thuật .............................. 92 2.3.1. Cơ sở khoa học và bản chất của năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề kỹ thuật ................................................................................................................. 92 2.3.2. Biện pháp và kỹ thuật dạy học phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề kỹ thuật ...................................................................................................... 97 2.3.3. Vận dụng minh họa ................................................................................... 104 2.4. Phát triển năng lực sáng tạo kỹ thuật ............................................................... 109 2.4.1. Cơ sở khoa học và bản chất của năng lực sáng tạo kỹ thuật ...................... 109 2.4.2. Biện pháp và kỹ thuật dạy học phát triển năng lực sáng tạo kỹ thuật ............... 117 2.4.3. Vận dụng minh họa ................................................................................................ 128 Chƣơng 3. KIỂM NGHIỆM VÀ ÁNH GIÁ ......................................................................... 136 3.1. Mục đích, nhiệm vụ, đối tƣợng kiểm nghiệm, đánh giá .................................. 136 3.1.1. Mục đích kiểm nghiệm, đánh giá ............................................................ 136 3.1.2. Nhiệm vụ kiểm nghiệm, đánh giá ............................................................ 136 3.1.3. ối tƣợng kiểm nghiệm, đánh giá ............................................................ 137 3.2. Nội dung và phƣơng pháp kiểm nghiệm đánh giá ........................................... 137 3.2.1. Xin kiến chuyên gia .............................................................................. 137 3.2.2. Ch n đoán sƣ phạm .................................................................................. 138 3.2.3. Thực nghiệm sƣ phạm ............................................................................ 141 3.3. Phân tích kết quả kiểm nghiệm, đánh giá ........................................................ 146 3.3.1. Phân tích kết quả lấy kiến chuyên gia .................................................. 146 3.3.2. Phân tích kết quả ch n đoán sƣ phạm ....................................................... 148 3.3.3. Phân tích kết quả thực nghiệm sƣ phạm ................................................... 149 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ............................................................................... 154 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ Ã CÔNG BỐ ...................................................................................... 157 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 159 PHỤ LỤC 1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN Ề TÀI 1.1. Định hƣớng của Đảng, Nhà nƣớc và yêu cầu của xã hội ối với chất lƣợng giáo dục và việc phát triển năng lực của ngƣời học - Cuộc cách mạng khoa học công nghệ đƣơng đại đã và đang tạo ra chuyển biến lớn trên các mặt của đời sống xã hội. Con ngƣời là tiềm năng lớn nhất và là vốn qu nhất của mỗi quốc gia. Tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt do khai thác; ngƣợc lại, nguồn lực con ngƣời - tài nguyên nếu đƣợc khai thác đúng sẽ ngày càng sinh sôi, phát triển. Phát triển nguồn lực con ngƣời đã và đang trở thành mục tiêu trọng tâm đƣợc ƣu tiên của thời đại. Phát triển giáo dục và đào tạo là phát triển bền vững; đầu tƣ cho giáo dục và đào tạo là đầu tƣ cho tƣơng lai. Trong xu thế toàn cầu hóa, xã hội thông tin, kinh tế tri thức, công nghệ cao, hợp tác và cạnh tranh, suy cho c ng đều dựa trên văn hóa, giáo dục, khoa học, công nghệ. Vì vậy, nhiều quốc gia xác định giáo dục và đào tạo là quốc sách hàng đầu [16]. Việc đổi mới giáo dục và đào tạo theo hƣớng tiếp cận phát triển năng lực của ngƣời học đã và đang trở thành một trong những vấn đề thời sự ở nhiều nƣớc, là một xu thế của đổi mới giáo dục và đào tạo trong những thập niên đầu của thế kỉ XXI, đó là hƣớng đi ph hợp với bối cảnh quốc tế hiện nay. - Nƣớc ta đang đ y mạnh sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Văn kiện ại hội XI của ảng đã xác định mục tiêu tổng quát: “Phấn đấu đến năm 2020 nƣớc ta cơ bản trở thành nƣớc công nghiệp theo hƣớng hiện đại”. Giải pháp đột phá để thực hiện mục tiêu đó là: “Phát triển nhanh nguồn nhân lực, nhất là nguồn nhân lực chất lƣợng cao, tập trung vào việc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục quốc dân; gắn kết chặt chẽ phát triển nguồn nhân lực với phát triển và ứng dụng khoa học, công nghệ”. Mục tiêu trên là yêu cầu rất lớn đối với giáo dục và đào tạo, khoa học và công nghệ. “ ổi mới 2 căn bản, toàn diện nền giáo dục Việt Nam theo hƣớng chu n hoá, hiện đại hoá, xã hội hoá, dân chủ hóa và hội nhập quốc tế, trong đó, đổi mới cơ chế quản l giáo dục, phát triển đội ngũ giáo viên và cán bộ quản l là khâu then chốt. Tập trung nâng cao chất lƣợng giáo dục, đào tạo, coi trọng giáo dục đạo đức, lối sống, năng lực sáng tạo, kỹ năng thực hành, khả năng lập nghiệp”. Vấn đề đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục và đào tạo vừa là mục tiêu, vừa là một giải pháp đột phá chiến lƣợc, nhƣng đó cũng là một thách thức lớn trên phƣơng diện l luận và thực tiễn của nghiên cứu khoa học giáo dục, đặc biệt là việc chu n bị để sau năm 2015 thực hiện chƣơng trình giáo dục phổ thông mới. - Luật Giáo dục [42] đã xác định: “Giúp học sinh phát triển toàn diện về đạo đức, trí tuệ, thể chất, th m mỹ và các kỹ năng cơ bản, phát triển năng lực cá nhân, tính năng động và sáng tạo”; “Giáo dục trung học phổ thông nhằm giúp học sinh củng cố và phát triển những kết quả của giáo dục trung học cơ sở, hoàn thiện học vấn phổ thông và có những hiểu biết thông thƣờng về kỹ thuật và hƣớng nghiệp, có điều kiện phát huy năng lực cá nhân để lựa chọn hƣớng phát triển, tiếp tục học đại học, cao đẳng, trung cấp, học nghề hoặc đi vào cuộc sống lao động”. - Trƣớc những yêu cầu của thời đại và định hƣớng chỉ đạo của ảng, Nhà nƣớc, đòi hỏi ngành Giáo dục và ào tạo phải xác định rõ: đổi mới toàn diện nghĩa là đổi mới đồng bộ các mặt, các thành tố của quá trình giáo dục. ổi mới căn bản là đổi mới những khâu chủ đạo, then chốt, nền tảng mà trên cơ sở đó tạo ra đƣợc sự biến đổi về chất của cả hệ thống. ổi mới căn bản, toàn diện phải đƣợc dựa trên các quan điểm hiện đại, ph hợp quy luật tự nhiên và xã hội, gắn với phát triển bền vững, nâng cao và làm gia tăng giá trị. Phƣơng châm: Căn bản – Toàn diện – Hiện đại – Việt Nam quyết định mọi quá trình và giải pháp đổi mới giáo dục - đào tạo và khoa học - công nghệ. 3 - ổi mới giáo dục và dục đào tạo nói chung và dạy học nói riêng nhằm định hƣớng vào ngƣời học, quyết định đến phát triển toàn diện những năng lực, tiềm năng của mỗi cá nhân. Trong đó, đặc biệt quan tâm đến năng lực tìm tòi, chiếm lĩnh tri thức, năng lực hành động, năng lực thích ứng giải quyết vấn đề và năng lực sáng tạo sẽ là giải pháp đột phá, đáp ứng đƣợc những yêu cầu của thực tế khách quan và đòi hỏi của xã hội. 1.2. Thực trạng dạy học Công nghệ ở phổ thông ối với việc phát triển năng lực của ngƣời học - Môn Công nghệ ở phổ thông là môn học đƣợc tích hợp từ nhiều nội dung khác nhau thuộc lĩnh vực KT công nghệ. Môn học này có lịch sử phát triển khá ngắn so với những môn học truyền thống khác nhƣ môn Toán học, Vật l , Hóa học, Ngữ văn, Lịch sử, ịa lí,... Nội dung dạy học Công nghệ đƣợc triển khai ở tất cả các cấp học. Trong những năm qua, môn Công nghệ đã có những chuyển biến lớn, tích cực so với trƣớc kia trên nhiều phƣơng diện nhƣ mục tiêu, chƣơng trình, nội dung, phƣơng pháp, phƣơng tiện và điều kiện dạy học, kiểm tra đánh giá. Những vấn đề cơ bản, vấn đề mới về l luận dạy học bộ môn đƣợc tổ chức đào tạo, tập huấn, bồi dƣỡng thƣờng xuyên đến đội ngũ GV Công nghệ [6], [30], [33]. Công tác đào tạo GV Công nghệ trong các trƣờng đại học đã đƣợc quan tâm hơn, ngày càng hoàn thiện hơn về mục tiêu, chƣơng trình, nội dung, phƣơng pháp và phƣơng thức đào tạo. Số GV Công nghệ có trình độ thạc sĩ ngày càng tăng, lực lƣợng này làm nòng cốt cho GV dạy môn Công nghệ ở các địa phƣơng [6], [17]. - Thực trạng dạy học cho thấy, bên cạnh những mặt tốt, còn có những hạn chế nhƣ chất lƣợng giáo dục, dạy học Công nghệ ở bậc học phổ thông chƣa tƣơng xứng với mục tiêu đặt ra. Trƣớc hết, đó là nhận thức về vị trí, vai trò, chức năng, tầm quan trọng của giáo dục Công nghệ cho HS trong nhà trƣờng phổ thông còn hạn chế, phiến diện, biểu hiện ở cấp quản lí, GV, HS, 4 gia đình và xã hội. Xuất phát từ quan niệm môn Công nghệ là môn phụ, không thi tốt nghiệp, không thi đại học, nên nhiều GV, HS chƣa thực sự tích cực, chƣa đầu tƣ thời gian, công sức xứng đáng cho môn học này. Hứng thú và ý thức xác định giá trị đối với môn học của HS còn thấp, mặc d nội dung môn học rất gần gũi với thực tiễn cuộc sống. Chu n kiến thức, KN của môn học đề ra khá thấp so với các môn khoa học khác, song năng lực nhận thức, năng lực hành động, năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo của HS còn yếu. Kiến thức, KN thu đƣợc của HS còn nhỏ lẻ, rời rạc, khả năng liên kết các kiến thức đã học từ môn Công nghệ với các môn học khác để nhận thức cái mới hay giải quyết vấn đề nảy sinh trong thực tế còn hạn chế. iều đó có những nguyên nhân chủ quan và khách quan, nổi bật là: + Nhận thức về vị trí, vai trò, chức năng, tầm quan trọng của giáo dục Công nghệ, hƣớng nghiệp, dạy nghề cho HS trong nhà trƣờng phổ thông còn hạn chế, biểu hiện ở cả các cấp quản lí, GV, HS, gia đình và xã hội. + Chất lƣợng GV bộ môn không đồng đều, thậm chí thấp hơn so với GV các môn khoa học khác nhƣ Toán học, Vật l , Hóa học. GV gặp khó khăn trong tìm hiểu, nghiên cứu, vận dụng l luận và phƣơng pháp dạy học Kỹ thuật công nghiệp vào môn học; nhận thức của GV về năng lực, NLKT và các biện pháp dạy học phát triển NLKT cho HS còn hạn chế. + GV gặp khó khăn trong việc thực hiện chu n kiến thức, KN, xác định và cụ thể hóa mục tiêu dạy học, các mức độ về kiến thức, KN, phát triển tƣ duy, năng lực, thái độ. Việc thiết kế mục tiêu bài học chủ yếu là xác định mục tiêu về kiến thức, KN, thái độ theo từng bài, chƣa chú trọng đến việc xâu chuỗi đƣợc các kiến thức, KN, thái độ theo logíc khoa học, thành hệ thống để giúp HS đạt đƣợc một mức độ nào đó về NLKT. 5 + GV gặp khó khăn trong việc xác định hệ thống tri thức khoa học của môn học, khó khăn trong tổ chức dạy học hình thành kiến thức, KN, nhất là khái niệm khoa học, các KN nhận thức, vận dụng, sáng tạo. + Khó khăn cả về l luận và thực tiễn trong việc phát triển cho HS các KN, TDKT, tƣởng tƣợng KT, sáng tạo KT và đặc biệt là NLKT. Từ những vấn đề nêu trên cho thấy còn tồn tại một khoảng cách lớn giữa yêu cầu đặt ra và thực tế đạt đƣợc của môn Công nghệ. iều đó đòi hỏi phải nghiên cứu trên cả hai phƣơng diện l luận và thực tiễn về năng lực, NLKT và biện pháp phát triển NLKT cho HS trong dạy học môn Công nghệ ở phổ thông. Dạy học theo định hƣớng phát triển năng lực của ngƣời học là một sự đổi mới, xem nhƣ là giải pháp đột phá trong hệ thống các giải pháp đổi mới căn bản và toàn diện. Phát triển năng lực tƣ duy l luận, năng lực hành động, NLKT là trọng tâm của đổi mới giáo dục phổ thông hiện nay. Phát triển NLKT cho HS là việc làm cần thiết, đặt nền tảng cho phát triển các năng lực có tính phức hợp, góp ph