Nội dung

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN HOÀNG ANH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO THEO HƯỚNG TÍCH CỰC HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC PHẦN “CƠ HỌC” VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC HUẾ - NĂM 2015 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN HOÀNG ANH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO THEO HƯỚNG TÍCH CỰC HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC PHẦN “CƠ HỌC” VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO Chuyên ngành : Lý luận và Phương pháp dạy học môn Vật lí Mã số : 62 14 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. LÊ VĂN GIÁO HUẾ - NĂM 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Hoàng Anh Lời cảm ơn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Lê Văn Giáo đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc, Ban Đào tạo Sau Đại học, Ban Giám Hiệu trường Đại học sư phạm, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Ban chủ nhiệm khoa Vật lí và tổ bộ môn phương pháp giảng dạy Vật lí trường Đại học sư phạm - Đại học Huế cùng qúi thầy, cô giáo ở các trường THPT Thiên Hộ Dương, THPT Thành Phố Cao Lãnh, THPT Đốc Binh Kiều, THPT Tháp Mười và THPT Lấp Vò 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian thực nghiệm sư phạm và hoàn thành luận án. Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS.Lê Công Triêm và PGS.TS.Trần Huy Hoàng đã dành nhiều thời gian góp ý cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn chỉnh luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ và động viên tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả luận án Nguyễn Hoàng Anh DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ DH Dạy học DHVL Dạy học vật lí ĐC Đối chứng GQVĐ Giải quyết vấn đề GV Giáo viên HĐNT Hoạt động nhận thức HS Học sinh MVT Máy vi tính PPDH Phương pháp dạy học QTDH Qúa trình dạy học SGK Sách giáo khoa SGV Sách giáo viên TBTN Thiết bị thí nghiệm THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông TN Thí nghiệm TTC Tính tích cực ThN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm TNTT Thí nghiệm tự tạo MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ................................................................. 3 3. Giả thuyết khoa học .................................................................................. 3 4. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................ 4 5. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ 4 6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 4 7. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 4 8. Những đóng góp mới của luận án .............................................................. 5 9. Cấu trúc của luận án .................................................................................. 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Những nghiên cứu về tính tích cực nhận thức của học sinh trong dạy học ở trường phổ thông........................................................................................ 7 1.2. Những nghiên cứu về tự tạo thí nghiệm và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí ..................................................................................... 11 1.2.1. Những nghiên cứu ngoài nước ........................................................... 11 1.2.2. Những nghiên cứu trong nước ........................................................... 13 1.3. Những vấn đề đặt ra cần giải quyết đối với đề tài luận án ..................... 23 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO THEO HƯỚNG TÍCH CỰC HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 2.1. Hoạt động nhận thức ............................................................................ 25 2.1.1. Khái niệm ......................................................................................... 25 2.1.2. Hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí ....................... 25 2.1.2.1. Quá trình nhận thức của học sinh .................................................... 25 2.1.2.2. Các hành động của học sinh trong nhận thức vật lí .......................... 27 2.1.2.3. Các thao tác trong hoạt động nhận thức vật lí .................................. 28 2.1.3. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học giải quyết vấn đề ............................................................................................................... 29 2.1.3.1. Tình huống có vấn đề trong dạy học vật lí ....................................... 30 2.1.3.2. Các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí ................................................................................................................... 30 2.2. Tích cực hóa họat động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí...... 32 2.2.1. Tính tích cực ...................................................................................... 32 2.2.2. Cơ sở của việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí ..................................................................................................... 34 2.2.3. Những biểu hiện của tính tích cực nhận thức...................................... 36 2.2.4. Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức ................................. 37 2.3. Thí nghiệm tự tạo ................................................................................. 38 2.3.1. Khái niệm ......................................................................................... 38 2.3.2. Phân loại thí nghiệm tự tạo ................................................................ 39 2.3.2.1. Thí nghiệm tự tạo đơn giản ............................................................. 39 2.3.2.2. Thí nghiệm tự tạo phức tạp ............................................................. 40 2.3.2.3. Thí nghiệm tự tạo hiện đại .............................................................. 40 2.3.3. Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo ......................................... 40 2.3.4. Thí nghiệm tự tạo trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí .............................................................................. 41 2.3.4.1. Thí nghiệm tự tạo góp phần kích thích hứng thú học tập vật lí của học sinh ............................................................................................................. 41 2.3.4.2. Thí nghiệm tự tạo là phương tiện phát huy tính tự lực và sáng tạo của học sinh ................................................................................................................... 42 2.3.4.3. Thí nghiệm tự tạo góp phần rèn luyện kỹ năng thực hành cho học sinh ................................................................................................................... 44 2.3.4.4. Thí nghiệm tự tạo trong kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng và kỹ xảo của học sinh ......................................................................................... 46 2.4. Tự tạo và sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ................................. 47 2.4.1. Tự tạo thí nghiệm .............................................................................. 47 2.4.1.1. Các yêu cầu đối với việc tự tạo thí nghiệm ...................................... 47 2.4.1.2. Quy trình tự tạo thí nghiệm trong dạy học vật lí .............................. 48 2.4.2. Sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí ................................... 55 2.4.2.1. Các yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm tự tạo ...................................... 55 2.4.2.2. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí với sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo ........................................................................ 56 2.5. Thực trạng dạy học phần “Cơ học” vật lí 12 nâng cao ........................... 61 2.5.1. Mục đích điều tra .............................................................................. 61 2.5.2. Phương pháp điều tra ......................................................................... 61 2.5.3. Kết quả điều tra ................................................................................. 62 Kết luận chương 2 ................................................................................... 66 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO PHẦN “CƠ HỌC” 3.1. Đặc điểm phần “Cơ học” trong chương trình vật lí 12 nâng cao ............ 68 3.2. Tự tạo các thí nghiệm trong phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao ....... 73 3.2.1. Thí nghiệm sóng dừng ....................................................................... 73 3.2.2. Thí nghiệm ghi đồ thị dao động điều hòa ........................................... 83 3.2.3. Thí nghiệm bảo toàn momen động lượng ........................................... 86 3.2.4. Thí nghiệm momen động lượng của vật rắn đối với trục quay ............ 91 3.2.5. Thí nghiệm giao thoa sóng nước ........................................................ 93 3.2.6. Thí nghiệm khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn ........................ 98 3.2.7. Thí nghiệm momen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng đối với trục quay ..............................................................................104 3.2.8. Thí nghiệm hiện tượng cộng hưởng ..................................................108 3.2.9. Thí nghiệm sự phản xạ sóng .............................................................110 3.3. Tiến trình tổ chức dạy học một số kiến thức phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao với sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo ..................................................................114 3.3.1. Tiến trình tổ chức dạy học bài “Phản xạ sóng. Sóng dừng” ...............114 3.3.1.1. Tiến trình xây dựng kiến thức ........................................................114 3.3.1.2. Tiến trình dạy học kiến thức ..........................................................116 3.3.2. Tiến trình tổ chức dạy học bài “Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định” .....................................................................120 3.3.2.1. Tiến trình xây dựng kiến thức ........................................................120 3.3.2.2. Tiến trình dạy học kiến thức ..........................................................121 3.3.3. Tiến trình tổ chức dạy học bài “Momen động lượng. Định luật bảo toàn momen động lượng” ...................................................................................126 3.3.3.1. Tiến trình xây dựng kiến thức ........................................................126 3.3.3.2. Tiến trình dạy học kiến thức (xem phụ lục) ....................................127 Kết luận chương 3 ..................................................................................127 CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.1. Khái quát về thực nghiệm sư phạm ......................................................129 4.2. Kết quả thực nghiệm sư phạm .............................................................135 Kết luận chương 4 ..................................................................................150 KẾT LUẬN ...............................................................................................152 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................156 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1. Đơn xác nhận ………………………………………………………P1 PHỤ LỤC 2. Phiếu điều tra ………………………………………………………P5 PHỤ LỤC 3. Kết quả điều tra………………………………………………. ..... P10 PHỤ LỤC 4. Tiến trình tổ chức dạy học ............................................................. P14 PHỤ LỤC 5. Bảng thuyết minh của học sinh về thiết kế, chế tạo thí nghiệm..... P39 PHỤ LỤC 6. Đề kiểm tra ..................................................................................... P44 PHỤ LỤC 7. Một số hình ảnh thực nghiệm sư phạm .......................................... P54 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Bảng thống kê các trường, GV và HS tham gia điều tra ............... 61 Bảng 2.2. Kết quả điều tra về TBTN ở một số trường phổ thông .................. 62 Bảng 2.3. Kết quả điều tra về phương pháp dạy học của GV ........................ 63 Bảng 2.4. Các mức độ sử dụng TN của GV trong DH .................................. 64 Bảng 2.5. Những khó khăn khi sử dụng TNTT trong DH ............................. 64 Bảng 2.6. Các mức độ sử dụng TN để kiểm chứng kiến thức trong DHVL ... 64 Bảng 3.1. Sóng dừng phụ thuộc vào chiều dài sợi dây ................................ 75 Bảng 3.2. Sóng dừng phụ thuộc vào lực căng của sợi dây ............................ 75 Bảng 3.3. Sóng dừng phụ thuộc vào tần số .................................................. 76 Bảng 3.4. Sóng dừng phụ thuộc vào chiều dài sợi dây (bộ rung mô-tơ điện) 78 Bảng 3.5. Sóng dừng phụ thuộc tần số (bộ rung mô-tơ điện) ........................ 79 Bảng 3.6. Sóng dừng phụ thuộc vào lực căng dây (bộ rung mô-tơ điện) ...... 80 Bảng 3.7. Biến thiên của li độ x theo thời gian t .......................................... 86 Bảng 3.8. Chu kì dao động của con lắc phụ thuộc vào chiều dài l của sợi dây ..................................................................................................................101 Bảng 3.9. Chu kì dao động của con lắc không phụ thuộc vào khối lượng m 102 Bảng 3.10. Chu kì dao động của con lắc không phụ thuộc vào góc lệch  ...103 Bảng 4.1. Các lớp đối chứng và thực nghiệm vòng 1 ..................................130 Bảng 4.2. Bảng thống kê sĩ số và kết quả học tập môn vật lí ở các lớp thực nghiệm và đối chứng vòng 1 ......................................................................131 Bảng 4.3. Các lớp đối chứng và thực nghiệm sư phạm vòng 2 ....................131 Bảng 4.4. Bảng thống kê sĩ số và kết quả học tập môn vật lí ở các lớp thực nghiệm và đối chứng vòng 2 ......................................................................132 Bảng 4.5. Bảng thống kê điểm số của bài kiểm tra 15 phút .........................138 Bảng 4.6. Bảng các tham số thống kê thực nghiệm sư phạm vòng 1 ............138 Bảng 4.7. Bảng thống kê điểm số (x i ) của bài kiểm tra 15 phút lần 1...........144 Bảng 4.8. Bảng thống kê điểm số (x i ) của bài kiểm tra 15 phút lần 2...........144 Bảng 4.9. Bảng thống kê điểm số (x i ) của bài kiểm tra 45 phút ...................144 Bảng 4.10. Bảng thống kê điểm số (x i) của 3 bài kiểm tra ...........................145 Bảng 4.11. Bảng phân phối tần suất của 3 bài kiểm tra ..............................145 Bảng 4.12. Bảng phân phối tần suất lũy tích của 3 bài kiểm tra ..................146 Bảng 4.13. Bảng tổng hợp các tham số thống kê .........................................148