Luận án Xây dựng và sử dụng e-Learning vào dạy học các kiến thức hạt nhân nguyên tử Vật lí 12 thpt theo mô hình lớp học đảo ngược

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ______________________________________________________ TRƯƠNG THỊ PHƯƠNG CHI XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG E-LEARNING VÀO DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ VẬT LÍ 12 THPT THEO MÔ HÌNH LỚP HỌC ĐẢO NGƯỢC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ______________________________________________________ TRƯƠNG THỊ PHƯƠNG CHI XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG E-LEARNING VÀO DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ VẬT LÍ 12 THPT THEO MÔ HÌNH LỚP HỌC ĐẢO NGƯỢC Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PPDH BỘ MÔN VẬT LÍ Mã số: 62 14 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS PHẠM THỊ PHÚ 2. PGS.TS MAI VĂN TRINH NGHỆ AN - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các kết quả, số liệu trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kì công trình khoa học nào khác. Nghệ An tháng 11 năm 2017 Tác giả luận án Trương Thị Phương Chi ii LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc đến PGS.TS Phạm Thị Phú, PGS.TS Mai Văn Trinh đã định hướng đề tài, động viên, tận tâm giúp đỡ tác giả bằng tất cả sự tận tâm và nhiệt huyết trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban lãnh đạo Viện Sư phạm Tự nhiên, Bộ môn Lí luận và Phương pháp dạy học Vật lí, Phòng sau đại học Trường Đại học Vinh; Ban lãnh đạo Sở GD & ĐT tỉnh Bình Thuận; Ban giám hiệu các trường Lương Thế Vinh tỉnh Bình Thuận, THPT Huỳnh Thúc Kháng tỉnh Nghệ An, THPT Nguyễn Duy Trinh tỉnh Nghệ An đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả cũng xin cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu cho bản luận án của các thầy cô, đồng nghiệp, các nhà khoa học của chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học Vật lí Trường Đại học Vinh, sự giúp đỡ và tạo mọi điều kiện của quý thầy cô và các em HS nơi tác giả đến điều tra, phỏng vấn, lấy số liệu và thực nghiệm sư phạm. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình và các thân hữu đã luôn giúp đỡ, động viên tác giả hoàn thành luận án. Nghệ An, tháng 11 năm 2017 Tác giả luận án Trương Thị Phương Chi iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN TT Các chữ viết tắt Ý nghĩa 1 GV Giáo viên 2 HS HS 3 SV SV 4 PP Phương pháp 5 TH Tự học 6 HD Hướng dẫn 7 ND Nội dung 8 GD Giáo dục 9 MT Mục tiêu 10 VL Vật lí 11 KN Kĩ năng 12 NL Năng lực 13 ĐC Đối chứng 14 TN Thực nghiệm 15 VĐ Vấn đề 16 ICT Công nghệ thông tin và truyền thông 17 FCM Mô hình lớp học đảo ngược 18 F2F Dạy học giáp mặt trực tiếp 19 NLTH Năng lực tự học 20 PTDH Phương tiện dạy học 21 THPT Trung học phổ thông 22 PPDH Phương pháp dạy học 23 CNTT Công nghệ thông tin 24 HDTH Hướng dẫn tự học 25 THSP Thực nghiệm sư phạm 26 GQVĐ Giải quyết vấn đề 27 GD&ĐT Giáo dục và đào tạo 28 DHGQVĐ Dạy học giải quyết vấn đề iv MỤC LỤC Trang 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu ....................................................................................... 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 3 4. Giả thuyết khoa học ........................................................................................ 4 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................................................... 4 6. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 4 7. Đóng góp của luận án ...................................................................................... 5 8. Cấu trúc của luận án ........................................................................................ 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................... 6 1.1. Các công trình nghiên cứu về DH hướng tới bồi dưỡng NLTH .............................. 6 1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới .................................................................................. 6 1.1.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam .................................................................................. 7 1.2. Các công trình nghiên cứu về xây dựng và sử dụng hệ thống E-learning hỗ trợ bồi dưỡng NLTH ................................................................................................................... 8 1.2.1. Các nghiên cứu xây dựng và sử dụng hệ thống E-learning trong mô hình lớp học truyền thống ..................................................................................................................... 8 1.2.2. Các nghiên cứu xây dựng và sử dụng hệ thống E-learning trong mô hình lớp học đảo ngược ...................................................................................................................... 12 1.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu ................................................................... 16 CHƯƠNG 2. E-LEARNING HỖ TRỢ BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TỰ HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG .................................................................. 18 2.1. Năng lực tự học ...................................................................................................... 18 2.1.1. Khái niệm Năng lực tự học .................................................................................. 18 2.1.2. Cấu trúc năng lực tự học ...................................................................................... 19 2.2. Bồi dưỡng năng lực tự học (dạy – tự học) .............................................................. 24 2.2.1. Một số luận điểm về dạy - tự học ........................................................................ 24 2.2.2. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực tự học (dạy – tự học) ................................... 30 2.3. E learning hỗ trợ dạy – tự học ................................................................................ 31 2.3.1. Khái niệm E-learning .......................................................................................... 31 2.3.2. Đặc điểm của E-learning ..................................................................................... 31 2.3.3. Cấu trúc hệ thống E-learning ............................................................................... 33 2.3.4. Các chuẩn E-learning .......................................................................................... 34 2.3.5. Qui trình thiết kế hệ thống E-learning ................................................................. 36 2.3.6. Các hình thức của E-learing ................................................................................ 38 2.3.7. E-learing là phương tiện dạy – tự học hiệu quả .................................................. 40 2.4. Các biện pháp dạy - tự học với sự hỗ trợ của hệ thống E-learning theo mô hình lớp học đảo ngược ................................................................................................................ 41 2.4.1. Cơ sở lí luận của mô hình lớp học đảo ngược (FCM) ......................................... 42 v 2.4.2. Xây dựng và sử dụng hệ thống E-learning hỗ trợ dạy - tự học theo mô hình lớp học đảo ngược ................................................................................................................ 50 2.4.3. Xây dựng và sử dụng hệ thống E-learning hỗ trợ dạy - tự học theo mô hình lớp học đảo ngược trong môn Vật lí .................................................................................... 58 Kết luận chương 2 ......................................................................................................... 61 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG E-LEARNING CÁC KIẾN THỨC HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ VẬT LÍ LỚP 12 THPT HỖ TRỢ BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TỰ HỌC THEO MÔ HÌNH LỚP HỌC ĐẢO NGƯỢC ......................... 62 3.1. Phân tích đặc điểm, mục tiêu dạy học chương “Hạt nhân nguyên tử”, Vật lí lớp 12 THPT ............................................................................................................................. 62 3.1.1. Đặc điểm .............................................................................................................. 62 3.1.2. Mục tiêu dạy học ................................................................................................. 62 3.2. Phân tích nội dung phần hạt nhân nguyên tử ......................................................... 65 3.3. Thực trạng hoạt động TH của HS và ứng dụng CNTT và truyền thông trong dạy - tự học môn Vật lí ở một số trường THPT tỉnh Bình Thuận và TP Hồ Chí Minh ......... 67 3.3.1. Thực trạng hoạt động tự học môn Vật lí của HS ................................................. 67 3.3.2. Thực trạng ứng dụng CNTT và truyền thông trong dạy - tự học môn Vật lí .......... 71 3.3.3. Nhận xét ............................................................................................................... 75 3.4. Thiết kế E-learning hỗ trợ dạy - tự học các kiến thức hạt nhân nguyên tử ............ 77 3.4.1. Xác định mục tiêu và đối tượng sử dụng E-learning ........................................... 77 3.4.2. Công cụ xây dựng E-learning .............................................................................. 78 3.4.3. Thiết lập cấu trúc cho E-learning ........................................................................ 78 3.4.4. Xây dựng nội dung cho E-learning ..................................................................... 80 3.5. Phiếu hướng dẫn tự học cá nhân ở nhà với E-learning .......................................... 98 3.5.1. Cấu trúc của phiếu hướng dẫn tự học ở nhà với E-learning ................................ 98 3.5.2. Mẫu phiếu hướng dẫn TH ở nhà với E-learning ................................................. 99 3.6. Tiến trình bài học trên lớp trong mô hình lớp học đảo ngược ............................. 102 3.6.1. Tiến trình chung ................................................................................................ 102 3.6.2. Chuẩn bị ............................................................................................................. 104 3.6.3. Minh họa giáo án bài học trên lớp trong mô hình lớp học đảo ngược .............. 105 Kết luận chương 3 ....................................................................................................... 122 CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ................................................................ 123 4.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ........................................................................... 123 4.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ........................................................................... 123 4.3. Đối tượng và thời gian thực nghiệm sư phạm ...................................................... 123 4.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ..................................................................... 123 4.5. Nội dung thực nghiệm sư phạm ........................................................................... 124 4.6. Kết quả thực nghiệm sư phạm .............................................................................. 124 4.6.1. Chuẩn bị ............................................................................................................. 125 4.6.2. Diễn biến thực nghiệm sư phạm ........................................................................ 125 vi 4.6.3. Đánh giá định tính về phát triển năng lực tự học của học sinh ......................... 137 4.6.4. Đánh giá định lượng về phát triển năng lực tự học của học sinh ...................... 139 4.7. Nhận xét kết quả thực nghiệm sư phạm .............................................................. 148 Kết luận chương 4 ....................................................................................................... 150 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 152 NHỮNG CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ .............. 154 CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN ............................................................... 154 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 155 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Các thành tố của năng lực tự học ....................................................... 19 Bảng 2.2. Chỉ số hành vi của năng lực tự học ............................................................... 20 Bảng 2.3. Tiêu chí chất lượng của các chỉ số hành vi của năng lực tự học ..................... 21 Bảng 2.4. So sánh dạy - tự học và DH truyền thống ..................................................... 28 Bảng 3.1. Ý kiến cá nhân về phương pháp học vật lí hiệu quả ..................................... 68 Bảng 3.2. Tần suất tham gia các hoạt động vật lí .......................................................... 69 Bảng 3.3. Tự đánh giá kĩ năng tự học của bản thân ...................................................... 70 Bảng 3.4. Thực trạng sử dụng Internet .......................................................................... 71 Bảng 3.5. Mức độ ứng dụng CNTT vào dạy - tự học.................................................... 72 Bảng 4.1. Bảng phân bố tần suất của nhóm TN .......................................................... 142 Bảng 4.2. Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập của nhóm TN ................... 142 Bảng 4.3. Bảng phân phối tần số điểm của nhóm TN và ĐC ..................................... 144 Bảng 4.4. Bảng phân bố tần suất của nhóm TN và ĐC ............................................... 144 Bảng 4.5. Bảng so sánh tần số tích lũy điểm giữa hai nhóm TN và ĐC ..................... 145 Bảng 4.6. Các tham số thống kê của nhóm TN và ĐC ................................................ 146 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Trang Biểu đồ 3.1. Thái độ của HS đối với môn Vật lí ................................................ 67 Biểu đồ 3.2. Biểu đồ đánh giá vai trò của môn Vật lí ................................................... 68 Biểu đồ 3.3. Biểu đồ đánh giá phương pháp học vật lí hiệu quả ................................... 69 Biểu đồ 3.4. Tần suất các hoạt động học tập của HS .................................................... 70 Biểu đồ 3.5. Mức độ kĩ năng tự học của HS ................................................................. 71 Biểu đồ 3.6. Thực trạng sử dụng Internet của HS ......................................................... 71 Biểu đồ 3.7. Mức độ sử dụng các thiết bị CNTT dạy - tự học ...................................... 72 Biểu đồ 3.8. Khả năng sử dụng các phần mềm soạn giảng ........................................... 73 Biểu đồ 3.9. Thực trạng sử dụng các PPDH .................................................................. 74 Biểu đồ 3.10. Tần suất tổ chức cho HS rèn luyện kĩ năng tự học ................................. 75 Biểu đồ 4.1. Biểu đồ phân bố tần suất kết quả học tập của nhóm TN ........................ 142 Biểu đồ 4.2. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy điểm quá trình và kiểm tra nhóm TN 143 Biểu đồ 4.3. Biểu đồ phân bố điểm của nhóm TN và ĐC ........................................... 144 Biểu đồ 4.4. Biểu đồ phân bố tần suất của nhóm ĐC và TN ...................................... 145 Biểu đồ 4.5. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy điểm của nhóm TN và ĐC ................ 146 Biểu đồ 4.6. Biểu đồ phân loại học tập........................................................................ 147 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 2.1. Mức độ phát triển năng lực tự học ...................................................... 23 Hình 2.2. Mô hình dạy - tự học ..................................................................................... 25 Hình 2.3. Sơ đồ chu trình tự học ................................................................................... 26 Hình 2.4. Sơ đồ chu trình dạy ........................................................................................ 27 Hình 2.5. Sơ đồ GV - HS - tri thức ................................................................................ 27 Hình 2.6. Mô hình tổng thể của hệ thống E-learning .................................................... 34 Hình 2.7. Qui trình ADDIE thiết kế E-learning [84] ..................................................... 37 Hình 2.8. Lớp học đảo ngược ........................................................................................ 43 Hình 2.9. Quá trình xây dựng và sử dụng hệ thống E-learning hỗ trợ dạy - tự học theo mô hình lớp học đảo ngược ........................................................................................... 50 Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc phân cấp của E-learning ...................................................... 51 Hình 2.11. Sơ đồ tổ chức học tập trong khóa học E-learning dạng phân nhánh ........... 52 Hình 2.12. Tiến trình sử dụng E-learning theo mô hình lớp học đảo ngược ................ 56 Hình 2.13. Chu trình sáng tạo khoa học theo Razumôpxki [38] ................................... 59 Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc chương “ Hạt nhân nguyên tử” Vật lí12 nâng cao ................ 66 Hình 3.2. Quy trình khảo sát thực trạng hoạt động tự học của HS ............................... 67 Hình 3.3. Cấu trúc tổng thể của E-learning hỗ trợ dạy - tự học .................................... 79 Hình 3.4. Cấu trúc nội dung của E-learning hỗ trợ dạy-tự học ..................................... 79 Hình 3.5. Tương đồng mô hình nội dung của E-learning và sách giáo khoa ................ 80 Hình 3.6. Giao diện trang chủ E-learning hỗ trợ dạy - tự học ....................................... 85 Hình 3.7. Giao diện khóa học của E-learning ............................................................... 85 Hình 3.8. Nội dung dưới nhiều định dạng phong phú ................................................... 86 Hình 3.9. Cấu trúc, nội dung khóa học Cấu tạo hạt nhân .............................................. 87 Hình 3.10. Thanh công cụ của E-learning ..................................................................... 87 Hình 3.11. Tiện ích hướng dẫn học trên thanh công cụ ................................................ 88 Hình 3.12. Kênh trao đổi, liên lạc với GV .................................................................... 88 Hình 3.13. Bài học video đa phương tiện trong khóa học Phóng xạ ............................. 89 Hình 3.14. Bài giảng điện tử trên E-learning ................................................................ 90 Hình 3.15. Bài tập củng cố sau mỗi đơn vị kiến thức ................................................... 91 Hình 3.16. Log (lịch sử) làm bài theo từng đơn vị kiến thức ........................................ 92 Hình 3.17. Thông tin tổng quát kết quả làm bài của HS ............................................... 93 Hình 3.18. Thông tin chi tiết-1 kết quả làm bài của HS ................................................ 93 Hình 3.19. Thông tin chi tiết-2 kết quả làm bài của HS ................................................ 94 Hình 3.20. Thông tin chi tiết-3 kết quả làm bài của HS ................................................ 94 Hình 3.21. Chức năng luyện tập/kiểm tra trên E-learning ............................................ 95 Hình 3.22. Giao diện bài luyện tập/kiểm tra trên E-learning ........................................ 95 Hình 3.23. Nội dung mở rộng trên E-learning .............................................................. 96 ix Hình 3.24. Thông tin tài khoản trên E-learning ...........................................