Luận án Tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học các định luật bảo toàn ở trường trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN VĂN PHƯƠNG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Nghệ An – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN VĂN PHƯƠNG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 62.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC PGS.TS. HÀ VĂN HÙNG Nghệ An - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số liệu, các kết quả nêu trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tháng 04 năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Văn Phương ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Đình Thước, PGS.TS. Hà Văn Hùng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học chuyên ngành lí luận và phương pháp dạy học bộ môn vật lí của cơ sở đào tạo sau đại học, trường Đại học Vinh đã quan tâm giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo sở GD&ĐT Nghệ An, trường THPT Nghi lộc 5 cơ quan cử tác giả đi làm NCS; cảm ơn Ban Giám Hiệu, các thầy cô giáo, học sinh của các trường THPT đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu về điều tra thực trạng dạy học vật lí và thực nghiệm sư phạm. Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình và người thân, các đồng nghiệp và bạn bè đã động viên, giúp đỡ về mọi mặt trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tháng 04 năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Văn Phương iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... v DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ ........................................................................ vi MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ........................................ 5 1.1. Lược sử hình thành và phát triển khoa học sáng tạo ........................................... 5 1.2. Dạy học phát triển tư duy sáng tạo, năng lực sáng tạo của học sinh ................... 7 1.3. Nghiên cứu phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ...... 10 1.3.1. Dạy học vật lí theo định hướng phát triển năng lực sáng tạo ở các nước Tây Âu và Mỹ .................................................................................................................. 10 1.3.2. Dạy học vật lý theo định hướng phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh ở Liên Xô (cũ) và ở các nước xã hội chủ nghĩa trước năm 1990 ................................ 11 1.3.3. Nghiên cứu phát triển tư duy sáng tạo, năng lực sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lí ở Việt Nam ......................................................................................... 12 1.4. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu .............................................................. 13 Kết luận chương 1 .................................................................................................... 13 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ HOẠT ĐỘNG SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG ........ 14 2.1. Sáng tạo và tư duy sáng tạo ............................................................................... 14 2.1.1. Khái niệm sáng tạo ......................................................................................... 14 2.1.2. Tư duy sáng tạo .............................................................................................. 15 2.2. Năng lực sáng tạo .............................................................................................. 17 2.2.1. Khái niệm năng lực......................................................................................... 17 2.2.2. Năng lực sáng tạo ........................................................................................... 19 2.3. Hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí .......................................... 23 2.3.1. Hoạt động học tập vật lí của học sinh ở trường phổ thông ................................ 23 2.3.2. Hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí........................................ 24 2.3.3. Nguyên tắc tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ......... 25 iv 2.4. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong quá trình dạy học vật lí ............... 28 2.4.1. Cơ sở khoa học về phát triển NLST của học sinh ......................................... 28 2.4.2. Dạy học giải quyết vấn đề trong môn vật lí ở trường THPT .......................... 29 2.4.3. Tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ....................... 35 2.5. Tổ chức hoạt động sáng tạo trong các hình thức dạy học vật lí ở trường THPT.35 2.5.1. Tổ chức hoạt động sáng tạo trong bài học xây dựng kiến thức mới .............. 35 2.5.2. Tổ chức hoạt động giải bài tập sáng tạo về vật lí ........................................... 38 2.5.3. Tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học dự án ...................... 44 2.5.4. Tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong hoạt động ngoại khóa .......... 47 2.6. Thang đo năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí .......................... 52 2.6.1. Cơ sở thiết kế thang đo năng lực sáng tạo của học sinh ................................. 53 2.6.2. Các tiêu chí về mức độ năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí . 53 2.7. Thực trạng của việc tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT hiện nay ....................................................................................... 55 2.7.1. Mục đích điều tra ............................................................................................ 55 2.7.2. Đối tượng điều tra ........................................................................................... 55 2.7.3. Phương pháp điều tra và thời gian điều tra..................................................... 56 2.7.4. Kết quả điều tra thực trạng ............................................................................. 56 2.7.5. Nhận định kết quả điều tra .............................................................................. 57 Kết luận chương 2 .................................................................................................... 58 CHƯƠNG 3. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”..................................... 60 VẬT LÝ 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG .............................................................. 60 3.1. Ý nghĩa, tầm quan trọng của các định luật bảo toàn trong vật lí học và trong chương trình Vật lí trung học phổ thông .................................................................. 60 3.1.1. Các định luật bảo toàn trong vật lí học ........................................................... 60 3.1.2. Các định luật bảo toàn trong chương trình Vật lí phổ thông .......................... 61 3.2. Phân tích cấu trúc và nội dung chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10 trung học phổ thông .................................................................................................. 62 3.3. Chuẩn bị các phương tiện dạy học chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10 THPT. ....................................................................................................................... 64 3.3.1. Các thí nghiệm sử dụng dạy học chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10 ......... 65 3.3.2. Hệ thống bài tập sáng tạo dạy học chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10..... 69 v 3.4. Thiết kế các tiến trình dạy học một số nội dung chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10 theo định hướng tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh .............. 76 3.4.1. Tiến trình dạy học bài: Định luật bảo toàn động lượng ................................. 77 3.4.2. Tiến trình dạy học bài: Định luật bảo toàn cơ năng ....................................... 85 3.4.3. Thiết kế tiến trình dạy học bài: Bài tập về các định luật bảo toàn ................. 91 3.4.4. Thiết kế tiến trình DHDA về ứng dụng lĩ thuật của vật lí chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí lớp 10 ...................................................................................... 95 3.4.5. Thiết kế kế hoạch bài học ngoại khóa .......................................................... 105 Kết luận chương 3 .................................................................................................. 113 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ........................................................... 114 4.1. Tổ chức thực nghiệm sư phạm ........................................................................ 114 4.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ................................................................... 114 4.1.2. Nội dung thực nghiệm sư phạm ................................................................... 114 4.1.3. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .................................................................. 114 4.1.4. Đối tượng thực nghiệm sư phạm .................................................................. 114 4.1.5. Tiến hành thực nghiệm sư phạm. ................................................................. 115 4.1.6. Kết quả thực nghiệm sư phạm ...................................................................... 116 4.1.7. Phân tích định lượng sự tiến bộ của học sinh trong quá trình tham gia hoạt động sáng tạo .......................................................................................................... 136 4.1.8. Đánh giá về chất lượng học tập của học sinh ............................................... 138 4.2. Phản hồi của giáo viên và học sinh về tổ chức hoạt động sáng tạo ................. 138 4.2.1. Kết quả điều tra qua phiếu hỏi ...................................................................... 139 4.3.1. Phân tích kết quả phỏng vấn giáo viên tham dự và học sinh sau thực nghiệm sư phạm. .................................................................................................................. 141 Kết luận chương 4 .................................................................................................. 145 KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................. 146 NHỮNG CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ ........................................................................................... 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 150 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮT GIẢI NGHĨA 1. Bài tập lí thuyết BTLT 2. Bài tập thí nghiệm BTTN 3. Đánh giá ĐG 4. Dạy học DH 5. Dạy học dự án, dự án DHDA, DA 6. Dạy học vật lí DHVL 7. Đối chứng ĐC 8. Giải quyết vấn đề GQVĐ 9. Giáo viên GV 10. Hoạt động sáng tạo HĐST 11. Học sinh HS 12. Kế hoạch KH 13. Khoa học kỹ thuật KHKT 14. Năng lực sáng tạo NLST 15. Nhà xuất bản Nxb 16. Phiếu học tập PHT 17. Phương pháp PP 18. Phương pháp mô hình PPMH 19. Phương pháp thực nghiệm PPTN 20. Sách giáo khoa SGK 21. Sách tham khảo STK 22. Sáng tạo ST 23. Thí nghiệm TN 24. Thí nghiệm tự làm TNTL 25. Trải nghiệm sáng tạo TNST 26. Trung học Cơ sở THCS 27. Trung học phổ thông THPT 28. Tư duy sáng tạo TDST v DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1. Hoạt động trải nghiệm sáng tạo và hoạt động NCKH có nội dung vật lý trong trường THPT ................................................................................................................. 52 Bảng 2. Bảng đo mức độ hoạt động sáng tạo của HS trong dạy học Vật lí .................. 55 Bảng 3. Thống kê GV giảng dạy và các lớp thực nghiệm ......................................... 115 Bảng 4. Danh mục sản phẩm sáng tạo khoa học kỹ thuật của học sinh trường THPT Nghi Lộc 5 ................................................................................................................... 132 Bảng 5. Danh mục sản phẩm sáng tạo khoa học kỹ thuật của học sinh trường THPT Nguyễn Duy Trinh ....................................................................................................... 133 Bảng 6. Thống kê điểm số đánh giá NLST ................................................................. 133 Bảng 7. Tần suất lũy tích hội tụ lùi (theo số lượng) .................................................... 134 Bảng 8. Tần suất lũy tích hội tụ lùi (theo Phần trăm) ................................................. 134 Bảng 9. Bảng các thông số thống kê. .......................................................................... 137 vi DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ Sơ đồ 1. Cấu trúc tâm lý của hoạt động........................................................................... 9 Sơ đồ 2. Chu trình sáng tạo khoa học của V.G. Razumôpxki ....................................... 28 Sơ đồ 4. Các giai đoạn của tiến trình dạy học dự án [79, tr. 253] ................................. 46 Sơ đồ 5. Sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và GQVĐ. ...................................................................................................................... 76 Biểu đồ 1. Biểu đồ phân phối điểm số lớp ĐC1 và lớp TN1 ...................................... 135 Biểu đồ2. Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích ĐC1 và lớp TN1 ................................. 135 Biểu đồ 3: Biểu đồ phân phối điểm số lớp TN2 và lớp ĐC2 ...................................... 135 Biểu đồ 4: Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích TN2 và lớp ĐC2................................ 135 Biểu đồ 5. Biểu đồ phân phối điểm số lớp TN3 và lớp ĐC3 ...................................... 135 Biểu đồ 6. Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích TN3 và lớp ĐC3 ................................ 135 Biểu đồ 7: Biểu đồ phân phối điểm số lớp TN4 và lớp ĐC4 ...................................... 136 Biểu đồ 8: Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích TN4 và lớp ĐC4................................ 136 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cuộc cách mạng khoa học - công nghệ bắt đầu từ những năm cuối thế kỉ XX và trong thế kỉ XXI đã và đang phát triển với những bước tiến nhảy vọt, đưa thế giới từ kỉ nguyên công nghiệp sang kỉ nguyên thông tin và kinh tế tri thức, nó tác động tới tất cả các lĩnh vực, làm thay đổi nhanh chóng và sâu sắc đời sống vật chất và tinh thần của xã hội. Một số đặc điểm cơ bản của cuộc cách mạng khoa học - công nghệ có thể nhận thấy: - Tri thức khoa học của nhân loại phát triển theo tốc độ lũy tiến, tạo ra một xã hội thông tin; thông tin đến nhanh và có nhiều thông tin nhanh chóng trở nên lạc hậu. Khoảng thời gian phát minh khoa học - công nghệ áp dụng vào thực tế cuộc sống được thu hẹp lại. Nghề nghiệp, việc làm, hoàn cảnh, vị thế,biến đổi thường xuyên, nhiều ngành, nghề mới được nảy sinh phát triển và cũng có những ngành nghề cũ mất dần. Đặc điểm của lao động hiện đại là lao động sáng tạo, luôn đổi mới công nghệ để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. - Vấn đề toàn cầu hóa và hội nhập quốc tế là một xu thế khách quan, vừa là quá trình hợp tác để phát triển, vừa là quá trình cạnh tranh khốc liệt về mọi mặt giữa các quốc gia; ưu thế ở các quốc gia có nguồn nhân lực chất lượng cao, năng động, sáng tạo. + Đất nước ta đang thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa để trở thành nước công nghiệp hiện đại. Nhân tố quyết định thắng lợi của sự nghiệp đó là nguồn lực người Việt Nam được phát triển về số lượng và chất lượng. Việc này cần được bắt đầu từ giáo dục phổ thông, trước hết phải đổi mới giáo dục theo hướng coi trọng phát triển năng lực của học sinh, đặc biệt là năng lực sáng tạo. Kiến thức môn học vật lí nói chung và kiến thức về các định luật bảo toàn nói riêng của chương trình vật lí phổ thông là cơ sở nền tảng quan trọng của nhiều ngành khoa học và công nghệ. Tư tưởng bảo toàn là một trong những tư tưởng quan trọng về cơ sở phương pháp luận nghiên cứu vật lí. Vấn đề phát triển năng lực sáng tạo trong quá trình dạy học có ý nghĩa to lớn góp phần thực hiện đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo hiện nay ở nước ta. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: Tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10 THPT”. 2 2. Mục đích nghiên cứu Tổ chức các hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy học vật lí ở trường Trung học phổ thông. - Phạm vi nghiên cứu: Các hình thức tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10 THPT. 4. Giả thuyết khoa học Nếu tổ chức cho học sinh hoạt động xây dựng và vận dụng kiến thức trong dạy học vật lí phỏng theo hoạt động sáng tạo của nhà vật lí thì sẽ bồi dưỡng được năng lực sáng tạo, góp phần nâng cao chất lượng học tập. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1. Nghiên cứu năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí. 5.2. Nghiên cứu hoạt động dạy học vật lí ở trường phổ thông theo hướng phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh. 5.3. Nghiên cứu các hình thức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT. 5.4. Nghiên cứu thực trạng tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT. 5.5. Thiết kế hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10 THPT 5.6. Thực nghiệm sư phạm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài. 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1. Phương pháp lý thuyết Nghiên cứu những tài liệu liên quan đến đề tài, phân tích - tổng hợp những nội dung khoa học, xây dựng cơ sở lý luận về tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí. 6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Sử dụng nhóm phương pháp: điều tra đại trà và điều tra theo vùng, sử dụng tư liệu thông tin, dùng phiếu khảo sát, dùng chuyên gia, để tìm hiểu thực trạng tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh ở trường THPT. 6.3. Phương pháp thực nghiệm Thực nghiệm sư phạm, kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài. 3 6.4. Phương pháp thống kê toán học Xử lí các số liệu kết quả điều tra và kết quả thực nghiệm sư phạm bằng công cụ thống kê. 7. Đóng góp mới của luận án 7.1. Đóng góp về mặt lí luận - Góp phần làm sáng tỏ cơ sở lí luận về dạy học phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, bằng việc làm rõ các khái niệm: Sáng tạo, tư duy sáng tạo, năng lực sáng tạo và hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. - Đề xuất 10 đặc trưng biểu hiện năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT. - Đề xuất 8 nguyên tắc tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT. - Tổ chức hoạt động sáng tạo của học sinh trong bài học xây dựng kiến thức mới: hoạt động xây dự