Luận án TS: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ Vật lý 12 bồi dưỡng năng lực HS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ ANH ĐỨC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ (VẬT LÍ LỚP 12) THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 9.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYỄN NGỌC HƯNG 2. TRẦN NGỌC CHẤT HÀ NỘI – 2022 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .vii DANH MỤC CÁC BẢNG.

viii DANH MỤC CÁC HÌNH .ix DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ .xii MỞ ĐẦU. Lí do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Giả thuyết khoa học. Các nhiệm vụ nghiên cứu. Các phương pháp nghiên cứu. Những đóng góp của đề tài.

Cấu trúc của luận án. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Các nghiên cứu về năng lực. Định nghĩa năng lực.

Qui trình xây dựng khung cấu trúc năng lực. Dạy học bồi dưỡng, phát triển và đánh giá năng lực. Các nghiên cứu về năng lực thực nghiệm. Định nghĩa và cấu trúc năng lực thực nghiệm.

Một số nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học, một số nghiên cứu dạy học bồi dưỡng và đánh giá năng lực thực nghiệm. Thiết bị thí nghiệm phóng xạ - các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ trên Thế giới. Các thiết bị thí nghiệm phóng xạ từ các hãng sản xuất thiết bị thí nghiệm lớn trên Thế giới. Các nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ trong dạy học ở một số nước trên Thế giới.

Những vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHÓNG XẠ TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH. Năng lực thực nghiệm. Định nghĩa năng lực thực nghiệm.

Cấu trúc năng lực thực nghiệm. Các mức độ của các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm. Thực trạng dạy học một số kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT và các quan niệm về phóng xạ của HS, SV ở Việt Nam. Phương pháp dạy học và thực trạng thiết bị thí nghiệm để dạy học một số kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT Việt Nam.

Quan niệm sai về phóng xạ của HS, SV Việt Nam. Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập trong dạy học vật lí. Vai trò và sự cần thiết của thí nghiệm. Chức năng và hiệu quả giáo dục của TBTN thực tập trong DH vật lí.

Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí. Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí. Các kiểu hướng dẫn HS trong quá trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập.

Xây dựng và sử dụng TBTN thực tập trong tiến trình dạy học GQVĐ. Tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo tiến trình GQVĐ. Tiến trình nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lí theo triến trình GQVĐ. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí.

39 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ. Phân tích mục tiêu dạy học các kiến thức về phóng xạ, vật lí lớp 12. Nội dung các kiến thức về phóng xạ và các thí nghiệm về phóng xạ cần được tiến hành trong dạy học ở chương trình vật lí lớp 12.

Nội dung các kiến thức về phóng xạ. Đặc điểm của các kiến thức phóng xạ và các thí nghiệm về phóng xạ cần được tiến hành. Xây dựng các thiết bị thí nghiệm về phóng xạ. Sự cần thiết phải xây dựng các TBTN về phóng xạ.

Nguồn phóng xạ và mức độ an toàn. Buồng sương sử dụng đá khô. Buồng sương sử dụng chip Peltier. TBTN phát hiện tia phóng xạ alpha, beta nhờ tia lửa điện.

Đầu dò sử dụng ống đếm khí Geiger- Müller. Hệ đầu dò điều khiển tự động từ xa qua Wifi. 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH LỚP 12.

Mục tiêu bồi dưỡng năng lực thự nghiệm của HS qua các tiến trình dạy học phóng xạ. Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ”. Tiến trình xây dựng kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ”. Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ”.

Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Định luật phóng xạ”. Tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật phóng xạ”. Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Định luật phóng xạ”. Soạn thảo tiến trình dạy học ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát hiện khuyết tật trong vật liệu”.

Tiến trình nghiên cứu ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát hiện khuyết tật trong vật liệu”. Tiến trình dạy học cụ thể ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát hiện khuyết tật trong vật liệu”. 102 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM.

Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm. Mục đích thực nghiệm sư phạm. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm. Tiến hành thực nghiệm sư phạm.

Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm sư phạm. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm. Phương pháp thu thập và xử lí số liệu thực nghiệm. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.

Phân tích định tính. Đánh giá định lượng. Đánh giá tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm phóng xạ. 135 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5.

136 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT. 137 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ. 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO .PL vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Thứ tự Từ viết tắt Từ viết đầy đủ 1 DH Dạy học 2 GQVĐ Giải quyết vấn đề 3 GV Giáo viên 4 HS Học sinh 5 SV Sinh viên 6 NL Năng lực 7 ThN Thực nghiệm 8 NLThN Năng lực thực nghiệm 9 CSHV Chỉ số hành vi 10 TN Thí nghiệm 11 TBTN Thiết bị thí nghiệm 12 Tp.HCM Thành phố Hồ Chí Minh 13 ThNSP Thực nghiệm sư phạm 14 THPT Trung học phổ thông 15 ƯDKT Ứng dụng kĩ thuật 16 HN Hạt nhân 17 PX Phóng xạ 18 HĐ Hoạt động 19 SGK Sách giáo khoa 20 TBKT Thiết bị kĩ thuật 21 NTHĐ Nguyên tắc hoạt động 22 G-M Geiger- Müller 23 GDPT Giáo dục phổ thông viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. Cấu trúc năng lực thực nghiệm.

Các yêu cầu cần đạt về nội dung kiến thức phần Vật lí HN và phóng xạ 42 Bảng 3. Phân loại và đặc điểm của các loại tia PX. Các thiết bị cần thiết để chế tạo đầu dò sử dụng ống đếm G-M. Bồi dưỡng NLThN qua việc dạy học từng nội dung kiến thức phóng xạ 75 Bảng 5.

Kế hoạch thực nghiệm sư phạm .109 ix DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Cấu trúc khung năng lực [9], [12]. Qui trình dạy học TN mở để bồi dưỡng NLThN [35]. Nguồn PX alpha-beta, gamma [43] có hoạt độ thấp.

Đá tự nhiên có PX alpha-beta (Uranium Ore), được bán trên các trang thương mại điện tử eBay, Amazon. Các thành tố của NLThN. Kết quả khảo sát HS về phương tiện và hình thức dạy học các kiến thức PX ở trường THPT mà GV sử dụng. Đồ thị biểu diễn sự suy giảm của số hạt nhân PX.

Bộ nguồn PX gamma tại Phòng thí nghiệm Hạt nhân, trường Đại học Sư phạm Tp. Nguyên lý tạo thành vệt sương của các tia PX α, β trong buồng sương. Hình vẽ buồng sương (a) và hình vẽ mặt cắt dọc thiết kế buồng sương sử dụng đá khô (b). Buồng sương hoàn chỉnh và vệt của tia PX trong buồng sương.

Sò nóng lạnh – chip Peltier. Sơ đồ/ (hình vẽ mặt cắt dọc) buồng sương sử dụng chip Peltier. Một số bước gia công, chế tạo buồng sương sử dụng chip Peltier. Thí nghiệm với buồng sương sử dụng chip Peltier.

Bố trí TN để kiểm nghiệm tính đâm xuyên của tia . Hiệu ứng thác lũ điện tử. TBTN cao áp đánh lửa hoàn chỉnh. Sơ đồ kết nối các bộ phận của cao áp đánh lửa.

Thí nghiệm kiểm nghiệm tính đâm xuyên của hạt . Sơ đồ cấu tạo của ống đếm G-M. Các bộ phận của đầu dò sử dụng ống đếm G-M. Sơ đồ kết nối của đầu dò sử dụng ống đếm G-M.

Mặt trước và mặt sau của đầu dò sử dụng ống đếm G-M. Bố trí TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của PX. Đồ thị số lượng xung mà ống đếm G-M ghi nhận được trong cùng một khoảng thời gian dt có sự khác biệt. Các tấm vật liệu (chì, nhôm, nhựa) mỏng.

Sơ đồ bố trí và tiến hành TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia β. Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia γ. Đồ thị sự suy giảm cường độ PX theo bề dày vật liệu che chắn (vật liệu chì). Đồ thị sự suy giảm cường độ PX theo bề dày vật liệu che chắn.

Đồ thị hoạt độ PX H suy giảm theo thời gian của nguồn Tc-99m. Các thanh sắt có khuyết tật bên trong, các ống có tắc nghẽn bên trong. Bố trí TN sử dụng tia γ phát hiện khuyết tật trong vật liệu. Hệ thống đầu dò điều khiển từ xa sử dụng ống đếm G-M.

Tấm phim ghi lại hình ảnh thanh đồng bị tia PX của Uranium chiếu vào; từ trái sang phải là các nhà vật lí Henri Becquerel, Marie Curie, Pierre Curie. Thiết kế minh hoạ NTHĐ của TBKT phát hiện vị trí khuyết tật bên trong vật liệu. Hình ảnh khuyết tật bên trong vật liệu đúc và hình ảnh bài báo có đề cập đến các ống dầu bị tắc nghẽn phải tháo ra để tìm vị trí tắc nghẽn. Các buồng sương được gia công và lắp ráp theo thiết kế không chính xác nên không quan sát được vệt của tia PX.

HS gia công, lắp ráp theo thiết kế đã chỉnh sửa và chế tạo thành công buồng sương.