Luận án tiến sĩ xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương dòng điện tr

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM LÊ CHÍ NGUYỆN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “DÕNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƢỜNG” VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ THÁI NGUYÊN - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM LÊ CHÍ NGUYỆN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG “DÕNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƢỜNG” VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Ngành: Lý luận và phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật lý Mã số: 9140111 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1.TS NGUYỄN VĂN KHẢI 2. CAO TIẾN KHOA THÁI NGUYÊN - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tác giả. Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình khoa học nào. Thái Nguyên, tháng 7 năm 2019 Tác giả Lê Chí Nguyện i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc luận án, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, tới: PGS.TS Nguyễn Văn Khải, PGS.TS Phạm Xuân Quế, TS.

Cao Tiến Khoa - ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, ban Chủ nhiệm Khoa Vật lý, các giảng viên trong Bộ môn Giáo dục Vật lý - Khoa Vật lý, Trƣờng Đại học Sƣ phạm - Đại học Thái Nguyên. Các thầy, cô giáo và các em học sinh ở 4 trƣờng THPT tỉnh Ninh Bình và thành phố Hà Nội, đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Hoa Lƣ - Ninh Bình, lãnh đạo Khoa Tự nhiên, đã tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh thần cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, những ngƣời thân đã luôn động viên, trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả Lê Chí Nguyện ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN.

iv DANH MỤC BẢNG BIỂU. v DANH MỤC HÌNH VẼ. vi MỞ ĐẦU. Lí do chọn đề tài.

Mục đích nghiên cứu. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu. Nhiệm vụ nghiên cứu. Giả thuyết khoa học.

Phƣơng pháp nghiên cứu. Những đóng góp mới của luận án. Cấu trúc của luận án. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.

Nghiên cứu về phát triển năng lực khoa học cho học sinh. Các nghiên cứu ở nƣớc ngoài. Các nghiên cứu ở Việt Nam. Nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thí nghiệm hỗ trợ dạy học phát triển năng lực khoa học.

Nghiên cứu ở nƣớc ngoài. Nghiên cứu ở Việt Nam. Nghiên cứu về sử dụng thí nghiệm trong dạy học kiến thức về “dòng điện trong các môi trƣờng”, Vật lí 11. 32 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1.

34 iii Chƣơng 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN. Một số khái niệm. Năng lực của học sinh.

Năng lực khoa học của học sinh. Các biểu hiện năng lực khoa học của học sinh trong học tập môn Vật lí. Biểu hiện NLKH của học sinh theo PISA. Biểu hiện năng lực Vật lí của học sinh THPT.

Biểu hiện NLKH của học sinh THPT trong học tập môn Vật lí. Sử dụng thí nghiệm Vật lí trong dạy học phát triển NLKH cho học sinh THPT. Thí nghiệm Vật lí. Phân loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí.

Vai trò của thí nghiệm trong dạy học phát triển NLKH cho học sinh. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh THPT. Nguyên tắc xây dựng thí nghiệm. Quy trình xây dựng thí nghiệm.

Quy trình sử dụng thí nghiệm phát triển NLKH cho học sinh. Các biện pháp và nguyên tắc sử dụng thí nghiệm hỗ trợ dạy học phát triển NLKH cho học sinh. Biện pháp dạy học phát triển NLKH cho học sinh. Ba nguyên tắc sử dụng thí nghiệm.

Xây dựng bộ công cụ đánh giá nlkh của học sinh trong học tập vật lí có sử dụng thí nghiệm. Khái niệm đánh giá. Các phƣơng thức đánh giá NLKH của học sinh trong học tập Vật lí. Lƣợng giá tiêu chí đánh giá NLKH của học sinh.

Điều tra thực trạng về dạy học chƣơng “dòng điện trong các môi trƣờng theo quan điểm dạy học phát triển NLKH cho học sinh. Mục đích điều tra. Phƣơng pháp điều tra. Phân tích kết quả điều tra.

79 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC VỀ "DÕNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI VÀ CHẤT BÁN DẪN" VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC CHO HỌC SINH. Xây dựng thí nghiệm và phƣơng án sử dụng trong dạy học một số kiến thức về “dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” phát triển NLKH cho học sinh. Thí nghiệm khảo sát định lƣợng hiện tƣợng nhiệt điện.

Thí nghiệm khảo sát đặc tính chỉnh lƣu của điôt bán dẫn. Bài tập thí nghiệm: “Sử dụng điôt bán dẫn và đèn LED chế tạo bộ thí nghiệm chứng minh tính chất dẫn điện một chiều của điôt bán dẫn” (thí nghiệm ở nhà). Sử dụng thí nghiệm đã xây dựng vào dạy học một số kiến thức về “dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn phát triển NLKH cho học sinh. Phân tích nội dung kiến thức khoa học về “Dòng điện trong các môi trƣờng” (Vật lí 11).

Sử dụng thí nghiệm trong tiến trình dạy học kiến thức về: “Hiện tƣợng nhiệt điện” (xây dựng kiến thức mới). Sử dụng thí nghiệm thực hành đo hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện và khảo sát dòng điện đi qua điôt bán dẫn. Sử dụng bài tập thí nghiệm: “Sử dụng 4 điôt bán dẫn và đèn 2 LED chế tạo thí nghiệm chứng minh tính chất dẫn điện một chiều của điôt bán dẫn” (bài tập thí nghiệm ở nhà). Xây dựng bộ công cụ đánh giá NLKH của học sinh trong học tập một số kiến thức về “dòng điện trong kim loại và chất bán dẫn” (Vật lí 11).

Đánh giá NLKH của học sinh trong học kiến thức mới. Đánh giá NLKH của học sinh trong thực hành thí nghiệm. Đánh giá NLKH của học sinh thông qua giải bài tập thí nghiệm ở nhà. 126 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3.

THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM. Mục đích, nội dung và nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm. Mục đích của thực nghiệm sƣ phạm. Nội dung thực nghiệm sƣ phạm.

Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm. Phân tích diễn biến và đánh giá định tính.

Đánh giá định lƣợng. 144 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4. 152 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 153 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ.

155 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 156 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN TT Các chữ viết tắt Ý nghĩa 1 BTTN Bài tập thí nghiệm 2 ĐHSP Đại học sƣ phạm 3 MVT Máy vi tính 4 NLKH Năng lực khoa học 5 NXB Nhà xuất bản 6 PPTN Phƣơng pháp thực nghiệm 7 SGK Sách giáo khoa 8 THCS Trƣờng trung học cơ sở 9 THPT Trƣờng trung học phổ thông C1; C2; C3 10 Năng lực thành tố 1,2,3 (Competency 1,2,3) iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. Biểu hiện NLKH của học sinh theo PISA 2015. Biểu hiện năng lực Vật lí của học sinh THPT.

Biểu hiện NLKH của học sinh THPT trong học môn Vật lí theo tác giả. Các động từ mô tả tiêu chí đánh giá theo Chƣơng trình giáo dục phổ thông 2018. Lƣợng giá tiêu chí đánh giá NLKH của học sinh. Tổng hợp kết quả từ phiếu trao đổi ý kiến với giáo viên.

Tổng hợp kết quả từ phiếu trao đổi ý kiến với học sinh. Thống kế tỷ lệ % về mức độ sử dụng thí nghiệm. Tiêu chí giáo viên chấm điểm cho nhóm học sinh. Mẫu phiếu ghi điểm của học sinh chấm điểm cho các bạn cùng nhóm.

Tiêu chí đánh giá NLKH của học sinh thực hành đo hệ số nhiệt điện động. Tiêu chí đánh giá NLKH của học sinh thực hành khảo sát dòng điện đi qua điôt bán dẫn. Tiêu chí đánh giá NLKH thông qua giải bài tập thí nghiệm. Thời gian, địa điểm và giáo viên tiến hành thực nghiệm sƣ phạm.

Thống kê kết quả đánh giá NLKH của học sinh thông qua học kiến thức về hiện tƣợng nhiệt điện. Thống kê kết quả đánh giá NLKH của học sinh thông qua học thực hành đo hệ số αT. Thống kê kết quả đánh giá NLKH của học sinh thông qua thực hành khảo sát dòng điện qua điôt. Thống kê kết quả đánh giá NLKH của học sinh thông qua giải bài tập thí nghiệm ở nhà của học sinh.

Kết quả đánh giá NLKH của học sinh. 147 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2. Cấu trúc NLKH theo PISA 2015. Chu trình sáng tạo khoa học Vật lí theo Razumôpxki.

Quy trình xây dựng tiến trình dạy học kiến thức mới. Quy trình hƣớng dẫn học sinh thực hành thí nghiệm. Quy trình hƣớng dẫn học sinh giải bài tập thí nghiệm. Ba mức độ yêu cầu học sinh đề xuất phƣơng án thí nghiệm.

Ba mức độ yêu cầu học sinh thực hiện thí nghiệm. Thí nghiệm khảo sát định tính. Mô tả sơ đồ khối kết nối thí nghiệm với MVT. Bộ chuyển đổi tín hiệu số USB-NI6001.

Cảm biến nhiệt độ. Bộ khuếch đại điện áp. Thí nghiệm khảo sát hiện tƣợng nhiệt điện. Kết quả thí nghiệm khảo sát hiện tƣợng nhiệt điện.

Kết quả thực hành đo hệ số nhiệt điện động. Thí nghiệm sử dụng đồng hồ DT 920A.11: Sơ đồ khối kết nối thí nghiệm với MVT. Sơ đồ nguyên lí thí nghiệm khảo sát dòng điện thuận. Sơ đồ nguyên lí thí nghiệm đo dòng điện ngƣợc.

Kết quả thí nghiệm đo dòng điện thuận. Kết quả thí nghiệm đo dòng điện ngƣợc. Thí nghiệm quan sát dòng điện xoay chiều. Phân tích nội dung kiến thức khoa học theo (Vật lí 11) hiện hành.

Sơ đồ tiến trình dạy học kiến thức “Hiện tƣợng nhiệt điện”. Đồ thị biểu diễn mức độ NLKH của lớp thực nghiệm vòng 1. Đồ thị biểu diễn mức độ NLKH của lớp thực nghiệm vòng 2. Đồ thị biểu diễn mức độ NLKH của học sinh.

150 vi MỞ ĐẦU 1.