Luận văn Xây dựng tiến trình dạy học các thuyết về ánh sáng (Vật lí 12 nâng cao) theo hướng phát triển năng lực tư duy cho học sinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM -------------- @  --------------- DƢƠNG THỊ HOA XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG (VẬT LÍ 12 NÂNG CAO) THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƢ DUY CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN – 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM -------------- @  --------------- DƢƠNG THỊ HOA XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG (VẬT LÍ 12 NÂNG CAO) THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƢ DUY CHO HỌC SINH CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÝ MÃ SỐ : 60.14.10 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TÔ VĂN BÌNH THÁI NGUYÊN – 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thày, cô giáo trong khoa Sau đại học, khoa vật lý trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo những điều kiện tốt nhất giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại khoa. Tôi xin chân thành cảm ơn Thày giáo hướng dẫn PGS.TS Tô Văn Bình - Đại học sư phạm Thái nguyên đã tận tình chỉ dẫn và đóng góp những ý kiến quý báu giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Sở GD&ĐT Thái nguyên và Sở GD&ĐT Yên Bái, Ban giám hiệu, các thày cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp ở các trường dạy thực nghiệm sư phạm đã tạo điều kiện và nhiệt tình đóng góp ý kiến giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm và hoàn thành khoá học. Thái nguyên, tháng 08 năm 2010 Dƣơng Thị Hoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chƣa có ai công bố trong một công trình nào khác. Thái nguyên, tháng 08 năm 2010 Tác giả Dƣơng Thị Hoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN BCH Ban chấp hành CNTT Công nghệ thông tin DH Dạy học ĐC Đối chứng ĐHSP Đại học Sƣ phạm GV Giáo viên HS Học sinh PPDH Phƣơng pháp dạy học SGK Sách giáo khoa THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông. TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sƣ phạm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Đặc điểm chất lƣợng bộ môn của các lớp TN và ĐC trƣớc TNSP ...... 91 Bảng 3.2: Kết quả kiểm tra lần 1 ........................................................................... 95 Bảng 3.3: Xếp loại kiểm tra lần 1 .......................................................................... 95 Bảng 3.4: Phân phối tần suất kiểm tra lần 1 ........................................................... 96 Bảng 3.5: Kết quả kiểm tra lần 2 ........................................................................... 97 Bảng 3.6: Xếp loại kiểm tra lần 2 .......................................................................... 98 Bảng 3.7: Phân phối tần suất kiểm tra lần 2 ........................................................... 99 Bảng 3.8: Tổng hợp các tham số thống kê qua hai bài kiểm tra TNSP ................. 100 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ VÀ BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1: Biểu đồ xếp loại kiểm tra lần 1 .......................................................... 96 Đồ thị 3.1: Đồ thị đƣờng phân phối tần xuất lần 1 .................................................. 97 Biểu đồ 3.2: Biểu đồ xếp loại kiểm tra lần 2 .......................................................... 98 Đồ thị 3.2: Đồ thị đƣờng phân phối tần suất lần 2 .................................................. 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 I. Lí do chọn đề tài................................................................................................... 1 II. Mục đích nghiên cứu........................................................................................... 3 III. Giả thuyết khoa học ........................................................................................... 3 IV. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 3 V. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3 VI. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 3 VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ......................................................... 3 VIII. Cấu trúc của đề tài .......................................................................................... 4 Chƣơng I: Cơ sở lý luận chung. ........................................................................... 5 1.1 Lí luận tổ chức hoạt động dạy học .................................................................... 5 1.1.1 Quá trình nhận thức và sự lĩnh hội kiến thức .................................................. 5 1.1.2 Bản chất của hoạt động học vật lí .................................................................. 6 1.1.3 Bản chất của hoạt động dạy vật lí .................................................................. 8 1.1.4 Chức năng của dạy trong hệ tƣơng tác dạy học ............................................. 9 1.1.5 Nhiệm vụ của dạy học vật lí ở trƣờng trung học phổ thông... 10 1.2 Cơ sở lí luận của việc phát triển tƣ duy học sinh .............................................. 11 1.2.1 Khái niệm tƣ duy .......................................................................................... 13 1.2.2 Những đặc điểm của tƣ duy ......................................................................... 13 1.2.3 Các giai đoạn của một quá trình tƣ duy ...................................................... 15 1.2.4 Các loại tƣ duy.............................................................................................. 17 1.2.5 Các biện pháp phát triển tƣ duy của học sinh ................................................ 23 Kết luận chƣơng I ............................................................................................... 27 Chƣơng II: Xây dựng tiến trình dạy học các thuyết về ánh sáng ( vật lí 12 nâng cao) theo hƣớng phát triển năng lực tƣ duy cho học sinh ........ 28 2.1 Một số vấn đề về thuyết vật lí ......................................................................... 28 2.1.1 Khái niệm thuyết vật lí .................................................................................. 28 2.1.2 Cấu trúc của thuyết vật lí .............................................................................. 28 2.1.3 Vai trò của thuyết vật lí ................................................................................. 31 2.1.4 Đặc điểm của thuyết vật lí............................................................................. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 2.1.5 Chức năng của thuyết vật lí .................................................................................... 32 2.2 Phƣơng pháp dạy học các thuyết vật lí góp phần phát triển tƣ duy cho học sinh ...... 33 2.2.1 Con đƣờng hình thành các thuyết vật lí ............................................................. 33 2.2.2 Phƣơng pháp hình thành các thuyết về ánh sáng trong dạy học ..................... 41 2.3 Phân tích đặc điểm, thực trạng dạy học các thuyết trong chƣơng sóng ánh sáng và lƣợng tử ánh sáng (vật lí 12 nâng cao) ..................................................... 46 2.3.1 Đặc điểm của chƣơng sóng ánh sáng ............................................................ 46 2.3.2 Đặc điểm của chƣơng lƣợng tử ánh sáng ...................................................... 52 2.3.3 Thực trạng dạy học các thuyết trong chƣơng sóng ánh sáng và lƣợng tử ánh sáng (vật lí 12 nâng cao) ....................................................................................... 56 2.4 Thiết kế phƣơng án dạy học một số bài cụ thể ................................................ 59 2.4.1 Phƣơng án dạy học kiến thức bài 41 ............................................................ 60 2.4.2 Phƣơng án dạy học kiến thức bài 44 ............................................................. 75 Kết luận chƣơng II .............................................................................................. 89 Chƣơng III: Thực nghiệm sƣ phạm.................................................................... 90 3.1 Mục đích, nhiệm vụ, đối tƣợng và pp của thực nghiệm sƣ phạm ..................... 90 3.1.1 Mục đích của thực nghiệm sƣ phạm ............................................................. 90 3.1.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm ............................................................ 90 3.1.3 Đối tƣợng và cơ sở TNSP ............................................................................ 90 3.1.4 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm .............................................................. 91 3.1.5 Ƣớc lƣợng các đại lƣợng đặc trƣng cho TNSP ............................................. 91 3.1.6 Cách đánh giá, xếp loại ................................................................................. 92 3.2 Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm ...................................................................... 93 3.3 Kết quả và xử lí kết quả TNSP ......................................................................... 94 3.3.1 Các kết quả về mặt định tính của việc phát triển tƣ duy của HS .................... 94 3.3.2 Kết quả định lƣợng ....................................................................................... 95 3.4 Đánh giá chung về thực nghiệm sƣ phạm....................................................... 101 Kết luận chƣơng III ........................................................................................... 102 Kết luận chung ................................................................................................... 103 Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 105 Phụ lục ............................................................................................................... 107 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 1 MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Chúng ta đang sống ở thế kỉ XXI, thế kỷ của tri thức khoa học và công nghệ cao. Điều đó đòi hỏi nền giáo dục nƣớc ta phải đổi mới mạnh mẽ, sâu sắc và toàn diện. Nghị quyết BCH Trung ƣơng Đảng khoá VIII đã chỉ rõ: “Mục tiêu của giáo dục đào tạo là đào tạo ra những con ngƣời có đủ phẩm chất, năng lực để xây dựng và bảo vệ tổ quốc, làm chủ tri thức khoa học công nghệ hiện đại, có năng lực phát huy giá trị văn hoá dân tộc, tiếp thu tinh hoa của nhân loại, có tƣ duy sáng tạo, kỹ năng thực hành giỏi”. Để thực hiện đƣợc mục tiêu giáo dục nói trên, vấn đề đặt ra đối với các trƣờng học là không ngừng đổi mới về nội dung, PPDH và tăng cƣờng trang thiết bị dạy học. Hội nghị BCHTƢ Đảng khoá XIII lần hai nhấn mạnh: "Đổi mới phƣơng pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tƣ duy sáng tạo của ngƣời học. Từng bƣớc áp dụng phƣơng pháp tiên tiến và phƣơng tiện hiện đại vào quá trình dạy học, bảo đảm điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh...Củng cố và phát triển giáo dục ở các vùng dân tộc thiểu số phấn đấu giảm sự chênh lệch về phát triển giáo dục giữa các vùng lãnh thổ". Trong những năm gần đây, việc đổi mới đồng bộ cả mục đích, nội dung, phƣơng pháp và phƣơng tiện dạy học để nâng cao chất lƣợng giáo dục, đào tạo đang diễn ra sôi động ở nƣớc ta. Việc rèn luyện năng lực tƣ duy cho học sinh có vai trò quan trọng nhất trong sự phát triển toàn diện học sinh. Việc nghiên cứu phƣơng pháp giảng dạy nhằm phát triển tƣ duy cho học sinh là một vấn đề đƣợc nhiều nhà khoa học giáo dục và tâm lý học nghiên cứu. Thực tiễn giảng dạy môn vật lý trong nhà trƣờng phổ thông hiện nay cho thấy: Việc phát triển tƣ duy cho học sinh vẫn chƣa đƣợc quan tâm một cách đúng mức. Một trong những nguyên nhân của tình trạng này là do nội dung sách giáo khoa còn mang nặng tính lý thuyết, phƣơng pháp dạy học của giáo viên còn nặng về truyền thụ kiến thức, chƣa chú ý nhiều đến phƣơng pháp nhận thức của học sinh. Học sinh thƣờng thụ động trƣớc những kiến thức mới, chƣa đƣợc rèn khả năng tự học. Vì vậy bên cạnh các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 2 giải pháp khác, cần phải đổi mới phƣơng pháp dạy học theo hƣớng tăng cƣờng phát triển tƣ duy cho học sinh. Thuyết vật lý là một hệ thống những tƣ tƣởng, quy tắc, quy luật dùng làm cơ sở cho một ngành hoặc nhiều ngành khoa học để giải thích các sự kiện, hiện tƣợng, để hiểu rõ bản chất sâu xa của các sự kiện, hiện tƣợng đó, tạo cho con ngƣời có khả năng tác động mạnh hơn, có hiệu quả hơn vào thực tế khách quan. Do vậy trong quá trình hình thành các thuyết trong trƣờng phổ thông cho học sinh, giáo viên không những giúp cho kiến thức của học sinh thêm phong phú, sâu sắc mà còn là cơ hội để giáo viên trang bị cho học sinh những phƣơng pháp nghiên cứu, phƣơng pháp tƣ duy. Việc áp dụng các phƣơng pháp dạy học nhằm phát triển tƣ duy HS trong dạy học vật lý, đã có một số tác giả thực hiện nhƣ: Phạm Thanh Bình –Phát triển tƣ duy HS bằng việc vận dụng phƣơng pháp tìm tòi từng phần trong giảng dạy một số bài chƣơng “Dao động điện, dòng điện xoay chiều” -Luận văn thạc sĩ ĐHSPHN, Ngô Văn Lý – “Phát triển tƣ duy HS THCS miền núi khi tiến hành thí nghiệm biểu diễn” - Luận văn thạc sĩ ĐHSP Thái Nguyên 1999, Nguyễn Thị Hải Yến – “Phát triển năng lực phát hiện và giải quyết có vấn đề cho HS khi dạy một số kiến thức chƣơng “Mắt và các dụng cụ quang học” Vật lý lớp 12 THPT - Luận văn thạc sĩ ĐHSP Thái Nguyên 2004, Tô Đức Thắng – “Tiến hành thí nghiệm biểu diễn nhằm phát triển tƣ duy HS THPT miền núi khi dạy một số bài chƣơng – Chất khí” - Luận văn thạc sĩ ĐHSP Thái Nguyên 2007, Lê Văn Huế - “Phát triển tƣ duy học sinh trung học phổ thông miền núi khi dạy các khái niệm vật lý của chƣơng – “Từ trƣờng và Cảm ứng điện từ”- Luận văn thạc sĩ ĐHSP Thái Nguyên 2008 Các công trình này đã có những thành công nhất định trong việc phát triển tƣ duy HS. Song chƣa có công trình nào nghiên cứu để đƣa ra các biện pháp cụ thể nhằm phát triển tƣ duy HS THPT thông qua việc hình thành các thuyết vật lý. Chính vì những lý do trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng tiến trình dạy học các thuyết về ánh sáng (vật lí 12 nâng cao) theo hƣớng phát triển năng lực tƣ duy cho học sinh”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 3 II. Mục đích nghiên cứu Đƣa ra một số biện pháp nhằm phát triển tƣ duy học sinh THPT trong khi dạy học chƣơng: “Sóng ánh sáng” và “Lƣợng tử ánh sáng” vật lí lớp 12 nâng cao. III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh ở trƣờng THPT - Nội dung một số kiến thức thuộc chƣơng – Sóng ánh sáng và Lƣợng tử ánh sáng . IV. Giả thuyết khoa học Nếu giáo viên sử dụng hợp lí các biện pháp dạy học phù hợp với đặc điểm và quá trình tƣ duy trong dạy học các thuyết vật lí cho học sinh thì học sinh có năng lực tƣ duy tốt hơn. V. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận về dạy và học. - Nghiên cứu lí luận về phát triển tƣ duy cho học sinh trong quá trình dạy học. - Nghiên cứu đặc điểm và việc hình thành các thuyết vật lý. - Nghiên cứu các biện pháp phát triển tƣ duy cho học sinh khi dạy các thuyết vật lí. - Nghiên cứu chƣơng: Sóng ánh sáng và Lƣợng tử ánh sáng trong vật lí 12 nâng cao nhằm xác định nội dung của thuyết, ứng dụng của thuyết. Thiết lập sơ đồ logic. - Điều tra thực tế việc dạy và học các thuyết ở một số trƣờng THPT. - Soạn thảo nội dung và thiết kế tiến trình dạy học một số thuyết trong chƣơng: Sóng ánh sáng và Lƣợng tử ánh sáng nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển tƣ duy cho học sinh THPT. - Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm theo hƣớng đề tài đã nêu ra. VI. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận. - Điều tra thực tế và tổng kết kinh nghiệm. - Thực nghiệm sƣ phạm theo hƣớng đề tài đã đề ra. VII. Ý nghĩa khoa học và đóng góp của đề tài. - Góp phần làm rõ cơ sở lí luận về hoạt động dạy học và việc phát triển tƣ duy học sinh. Đề xuất đƣợc các biện pháp hình thành các thuyết vật lý nhằm phát triển tƣ duy học sinh THPT. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 4 - Kết quả đề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho giáo viên dạy môn vật lý ở trƣờng THPT. VIII. Cấu trúc của luận văn. Gồm: phần mở đầu, kết luận và ba chƣơng. Chương 1: Cơ sở lý luận chung. Chương 2: Xây dựng tiến trình dạy học các thuyết về ánh sáng (vật lí 12 nâng cao) theo hƣớng phát triển năng lực tƣ duy cho học sinh. Chương 3: Thực nghiệm sƣ phạm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 5 CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN CHUNG 1.1. Lí luận tổ chức hoạt động dạy học. 1.1.1. Quá trình nhận thức và sự lĩnh hội kiến thức. Khoa học vật lí nghiên cứu thế giới tự nhiên nhằm phát hiện ra những đặc tính và qui luật khách quan của các sự vật hiện tƣợng trong tự nhiên. Vấn đề then chốt đầu tiên phải đặt ra cho ngƣời nghiên cứu là: Làm thế nào để tìm ra chân lí, làm thế nào để biết rằng những điều mà nhà nghiên cứu tìm ra là đúng chân lí khách quan? V.I.Lenin đã khái quát hóa những thành tựu của rất nhiều nhà khoa học trên con đƣờng đi tìm chân lí, nhiều khi phải trải qua những cuộc đấu tranh gian khổ, quyết liệt và đã chỉ ra: "Từ trực quan sinh động đến tƣ duy trừu tƣợng, rồi từ tƣ duy trừu tƣợng trở về thực tiễn, đó là con đƣờng biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức hiện thực khách quan". Hình 1.1 Chu trình sáng tạo khoa học theo Razumôpxki Nếu kết quả thực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì mô hình giả thuyết đƣợc xác nhận là đúng đắn và trở thành chân lí. Nếu kết quả thực nghiệm không phù hợp với dự đoán lí thuyết thì phải xem lại lí thuyết, chỉnh lí lại hoặc thay đổi. Mô hình trừu tƣợng đƣợc xác nhận trở thành nguồn tri thức mới tiếp tục đƣợc dùng Mô hình giả định trừu tƣợng Các hệ quả lôgic Những sự kiện khởi đầu Thí nghệm kiểm tra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 6 để suy ra những hệ quả mới hoặc để giải thích những sự kiện thực nghiệm mới phát hiện. Quá trình nhận thức vật lí chi tiết đƣợc diễn ra qua sơ đồ: Thực tiễnVấn đềGiả thuyếtHệ quả Định luật Lí thuyết Thực tiễn. Chu trình và sơ đồ trên mô tả toàn bộ quá trình nhận thức vật lí. Nhƣ vậy, con đƣờng đi tìm chân lí xuất phát từ thực tiễn và cuối cùng trở lại thực tiễn, lấy thực tiễn làm chân lí. Những tính chất và qui luật vận động của thế giới vật chất tồn tại khách quan, không phụ thuộc vào ý muốn của con ngƣời. Những kiến thức khoa học mà con ngƣời xây dựng nên để phản ánh, mô tả những tính chất, những qui luật đó của tự nhiên lại là những sáng tạo tự do của con ngƣời. Sự lĩnh hội kiến thức trong quá trình dạy học vật lí có thể xảy ra theo con đƣờng học sinh trực tiếp tiếp xúc với những đối tƣợng thực và theo con đƣờng nhờ sự giúp đỡ của giáo viên. Học sinh thu đƣợc những kiến thức từ nhận thức xã hội. Trong quá trình dạy học giáo viên sử dụng cả hai con đƣờng đó.[27] 1.1.2. Bản chất của hoạt động học vật lí. Hoạt động học là một hoạt động đặc thù của con ngƣời nhằm tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm mà loài ngƣời đã tích lũy đƣợc, đồng thời phát triển những phẩm chất năng lực của ngƣời học. Việc tiếp thu những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm nhằm sử dụng chúng trong hoạt động thực tiễn của mình. Cách tốt nhất để hiểu