BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

MAI HỒNG PHƯƠNG

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT
SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN
CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG
LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

- VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG
LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC
SINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC


HÀ NỘI – 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

MAI HỒNG PHƯƠNG

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ
THUẬT SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA
TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT
SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT
ĐIỂM VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN

- VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG
LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC
SINH
Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ mơn Vật lí
Mã số:

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC
Người hướng dẫn khoa học:
1.

PGS.TS. PHẠM XUÂN QUẾ

2.

TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG


HÀ NỘI – 2021


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các
kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kì cơng trình khoa học nào.
Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm
2021
Tác giả luận án


Mai Hoàng Phương


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành được Luận án, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:
Ban Giám hiệu, Phịng Khoa học cơng nghệ, Phịng Sau đại học, Ban chủ
nhiệm Khoa Vật lí, q thầy cơ tổ lí luận và phương pháp dạy học bộ mơn Vật lí Khoa Vật lí, Trường đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong q
trình học tập và nghiên cứu.
Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Vật lí, tổ lí luận và phương pháp dạy học bộ mơn
Vật lí trường đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi về
vật chất, tinh thần và thời gian cho tơi trong q trình thực hiện nghiên cứu.

Ban giám hiệu, quý thầy cô và các em học sinh tại các trường: Trung học thực hành
Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, THPT Nguyễn Thái Bình, THPT Võ Văn Kiệt,
THCS-THPT Hoa Sen, đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình
tìm hiểu thực tiễn dạy học và triển khai thực nghiệm.
Bằng cả tấm lịng và sự tơn kính của mình, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành,
sâu sắc đến Nhà giáo Nhân dân, PGS.TS. Phạm Xuân Quế, TS. Nguyễn Mạnh Hùng
đã tận tâm hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện luận
án.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến các đồng nghiệp, gia đình, bạn bè
đã ln động viên, giúp đỡ, khuyến khích tơi trong suốt q trình thực hiện luận án.
Hà Nội, ngày 20 tháng 1 năm 2021
Tác giả luận án

Mai Hoàng Phương



iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................viii
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ...................................................................................... xi
MỞ ĐẦU...................................................................................................................1
1. Lí 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....................................................................................5
7. Những đóng góp của đề tài................................................................................6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...................................8
1.1. Các nghiên cứu về quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu...........................8
1.2. Các nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề.................10
1.3. Các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học một số kiến
thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo tồn – Vật lí 10................12
1.4. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu.......................................................... 16
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC DỰA TRÊN
NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH.............................................................. 17
2.1. Dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học vật lí......................................... 17
2.1.1. Khái niệm dạy học dựa trên nghiên cứu................................................. 17
2.1.2. Bản chất của dạy học dựa trên nghiên cứu............................................. 17
2.1.3. Đặc điểm của dạy học dựa trên nghiên cứu........................................... 18

2.1.4. Cơ sở tâm lí học, lí luận và thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu
19


iv

2.1.4.1. Cơ sở tâm lí học trong dạy học dựa trên nghiên cứu .......................
2.1.4.2. Cơ sở lí luận trong dạy học dựa trên nghiên cứu .............................
2.1.4.3. Cơ sở thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu .........................
2.1.5. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên
nghiên cứu .........................................................................................................
2.1.5.1. Phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của
học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu .................................................
2.1.5.2. Đề xuất các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học
sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu ........................................................
2.2. Quy trình tổ chức hoạt động dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng
lực giải quyết vấn đề của học sinh .........................................................................
2.3. Vị trí của TNKNMT-TNTTTMH trong tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu
42

2.3.1. Khái niệm TNKNMT và TNTTTMH .....................................................
2.3.2. Vị trí của TNKNMT và TNTTTMH trong tiến trình DH dựa trên nghiên
cứu .....................................................................................................................
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2..........................................................................................
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ HỒN THIỆN THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY
TÍNH VÀ THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH TRONG DẠY HỌC
MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH
LUẬT BẢO TOÀN”– VẬT LÍ 10 THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN
NGHIÊN CỨU NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA
HỌC SINH ................................................................................................................

3.1. Yêu cầu xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên
cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh .............
3.2. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo
quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ................................................................
3.2.1. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng thí nghiệm vật lí theo quan điểm dạy
học dựa trên nghiên cứu ....................................................................................

3.2.2. Khó khăn và giải pháp khi xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan
điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ....................................................................


v

3.3. Quy trình xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên
cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh.............51
3.4. Xây dựng và hồn thiện thí nghiệm kết nối máy tính và thí nghiệm tương tác
trên màn hình trong dạy học một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các
định luật bảo toàn” – Vật lí 10 theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu......52
3.4.1. Sự cần thiết xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE và bộ cảm biến
lực – gia tốc kết nối máy tính khơng dây Phys-MBL......................................52

3.4.2. Xây dựng và hồn thiện TNTTTMH Phys-ISE hỗ trợ dạy học vật lí.....56
3.4.2.1. Xây dựng và hồn thiện TNTTTMH Phys-ISE..............................56
3.4.2.2. Các TN có thể tiến hành với TNTTTMH Phys-ISE........................61
3.4.3. Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính khơng
dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT................................................................. 70
3.4.3.1. Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính
khơng dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT.................................................. 70
3.4.3.2. Các TN có thể tiến hành với bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy
tính khơng dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT..........................................77

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3........................................................................................ 82
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU
MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH
LUẬT BẢO TỒN” CĨ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ ĐÃ
HỒN THIỆN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA
HỌC SINH.............................................................................................................. 83
4.1. Phân tích nội dung kiến thức “Động lực học và “Các định luật bảo tồn” – Vật
lí 10 THPT........................................................................................................... 83

4.1.1. Cấu trúc logic các kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo tồn”
– Vật lí 10 THPT............................................................................................. 83
4.1.2. Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học
dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định
luật bảo tồn” – Vật lí 10................................................................................. 87
4.2. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực
học chất điểm” và “Các định luật bảo tồn” – Vật lí 10 có sử dụng thí nghiệm kĩ
thuật số đã hồn thiện nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh .. 94


vi

4.2.1. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu định luật III Newton. . .94
4.2.1.1. Tiến trình xây dựng kiến thức định luật III Newton........................ 94
4.2.1.2. Tổ chức hoạt động dạy học định luật III Newton............................97
4.2.1.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học
định luật III Newton.................................................................................. 103
4.2.2. Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu ĐLBT động lượng....107
4.2.2.1. Tiến trình xây dựng kiến thức ĐLBT động lượng.........................107
4.2.2.2. Tổ chức hoạt động dạy học ĐLBT động lượng.............................111
4.2.2.3. Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học

ĐLBT động lượng..................................................................................... 116
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4......................................................................................121
CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM..........................................................122
5.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm..............................................122
5.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm...........................................................122
5.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm..........................................................122
5.2. Tiến hành thực nghiệm sư phạm.................................................................122
5.2.1. Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm..................................................122
5.2.2. Quy trình thực nghiệm.........................................................................123
5.2.3. Nội dung thực nghiệm.........................................................................124
5.2.4. Chọn phương pháp thu thập và xử lí số liệu thực nghiệm....................125
5.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm......................................................126
5.3.1. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vịng 1...................126
5.3.2. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 2...................128
5.3.2.1. Phân tích định tính........................................................................ 128
5.3.2.2. Phân tích định lượng..................................................................... 140
KẾT LUẬN CHƯƠNG 5......................................................................................146
KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT...................................................................147
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ....................149
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................150
PHỤ LỤC..............................................................................................................154


vii

PHỤ LỤC 1 - Bảng khảo sát thực trạng................................................................154
PHỤ LỤC 2 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật I Newton.....169
PHỤ LỤC 3 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật II Newton....182
PHỤ LỤC 4 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu ĐLBT Cơ năng...........197
PHỤ LỤC 5 - Một số hình ảnh triển khai TNSP...................................................210



viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Thứ tự
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23



ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1. Bảng tiêu chí chất lượng năng lực giải quyết vấn đề..............................32
Bảng 2. 2. Bảng kiểm quan sát NLGQVĐ của HS.................................................. 33
Bảng 2. 3. Hình thức thu thập thông tin ở HS được sử dụng trong đánh giá...........34
Bảng 3. 1. Các nút chức năng của TNTTTMH Phys-ISE........................................ 59
Bảng 3. 2. Các nút chức năng “Thước chuẩn”......................................................... 59
Bảng 3. 3. Nút chức năng “Hệ trục tọa độ”............................................................. 60
Bảng 3. 4. Nút chức năng “Phân tích”................................................................... 60
Bảng 3. 5. Nút chức năng “Tính tốn – Vẽ vec-tơ”................................................. 61
Bảng 3. 6. Bảng thiết bị và chức năng phần cứng................................................... 73
Bảng 3. 7. Các nút cơng cụ xử lí số liệu.................................................................. 75
Bảng 3. 8. Chọn cổng kết nối và chọn tần số lấy mẫu............................................. 77
Bảng 4. 1. mục tiêu phát triển NLGQVĐ khi tổ chức dạy học một số kiến thức về
Động lực học chất điểm và Các định luật bảo tồn................................................. 94
Bảng 4. 2. Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức định luật III Newton................95
Bảng 4. 3. Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức định luật III Newton..............108
Bảng 5. 1. Danh sách HS trường THPT Võ Văn Kiệt............................................ 124
Bảng 5. 2. Nội dung thực nghiệm sư phạm........................................................... 124
Bảng 5. 3. Ba năng lực thành phần và bảy chỉ số hành vi...................................... 125
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1. Các năng lực cốt lõi cần phát triển cho học sinh..................................... 11
Hình 2. 1. Lí thuyết cân bằng của J. Piaget............................................................. 20
Hình 2. 2. Dạy học đi trước sự phát triển của L. Vygotxki......................................20
Hình 2. 3. Chu trình sáng tạo khoa học (Theo V. G. Razumơpxki).........................23
Hình 2. 4. Hiểu biết và sử dụng của GV về TNKNMT – TNTTTMH.....................26
Hình 2. 5. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề................................................. 29



x

Hình 3. 1. Giao diện chính của TNTTTMH Phys-ISE............................................ 58
Hình 3. 2. Nút chức năng “Thước chuẩn”............................................................... 59
Hình 3. 3. Giao diện Nút chức năng “Hệ trục tọa độ”............................................. 59
Hình 3. 4. Giao diện Nút chức năng “Phân tích”................................................... 60
Hình 3. 5 Giao diện Nút chức năng “Tính tốn – Vẽ vec-tơ”..................................60
Hình 3. 6. Đoạn phim được sử dụng khi nghiên cứu định luật I Newton................62
Hình 3. 7. Bảng số liệu và đồ thị của vật (đĩa) chuyển động theo thời gian............62
Hình 3. 8. Đồ thị vận tốc của vật trước và sau va chạm..........................................63
Hình 3. 9. Khảo sát chuyển động thẳng đều của viên bi trên thanh ray...................64
Hình 3. 10. Bảng số liệu và đồ thị chuyển động thẳng đều của viên bi...................64
Hình 3. 11. Kết quả TN ĐL III Newton sử dụng TNTTTMH Phys-ISE..................65
Hình 3. 12 Kết quả TN ĐL BTĐL sử dụng TNTTTMH Phys-ISE.......................... 67
Hình 3. 13. Bộ cảm biến Lực – Gia tốc kết nối máy tính khơng dây.......................73
Hình 3. 14. Giao diện TNKNMT PHYS-MBL hiển thị số liệu...............................74
Hình 3. 15. Sao chép dữ liệu từ bảng biểu sang chương trình bảng tính Excel.......75
Hình 3. 16. Thêm và chọn thiết bị Devices (Bluetooth).......................................... 76
Hình 3. 17. Chọn thiết bị H-C-2010-06-01 và nhập mã Pin 1234...........................76
Hình 3. 18. Kết quả thí nghiệm xe động lực có gắn bộ cảm biến lực - gia tốc........78
Hình 3. 19. Bố trí thí nghiệm xe động lực có gắn bộ cảm biến lực - gia tốc............79
Hình 3. 20. Kết quả thí nghiệm ĐL II Newton........................................................ 80
Hình 3. 21. Hai xe động lực có gắn hai cảm biến lực – gia tốc tác động kéo - nén . 81

Hình 3. 22. Kết quả thí nghiệm ĐL III Newton....................................................... 82
Hình 5. 1. Lớp bồi dưỡng chuyên đề và hướng dẫn sử dụng TNTTTMH.............123
Hình 5. 2. Các mức độ đạt được HV 1.1 của HS qua 4 kiến thức..........................141
Hình 5. 3. Các mức độ đạt được HV 1.2 của HS qua 4 kiến thức..........................142
Hình 5. 4. Các mức độ đạt được HV 1.3 của HS qua 4 kiến thức..........................142

Hình 5. 5. Các mức độ đạt được HV 2.3 của HS qua 4 kiến thức..........................143
Hình 5. 6. Các mức độ đạt được HV 3.1 của HS qua 4 kiến thức..........................144


xi

Hình 5. 7.

Các mức độ đạt đư

Hình 5. 8.

Các mức độ đạt đư

Hình 5. 9.

Một số hình ảnh c
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2. 1. Sơ đồ khái quát quy trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường lí
thuyết theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ................................................
Sơ đồ 2. 2. Sơ đồ khái quát quy trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường thực
nghiệm theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu ..............................................
Sơđồ3.1

Sơ đồ hệ thống th

Sơ đồ 3.

2


Sơ đồ bộ cảm biế

Sơ đồ 4.

1

Sơ đồ logic kiến

Sơ đồ 4.

2 Sơ đồ logic kiến thức các ĐL

Sơ đồ 4.
3. Sơ đồ logic một số kiến thức
“Các định luật bảo toàn” ...........................................................................................


1

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Giáo dục phổ thơng nước ta đang thực hiện bước chuyển từ chương trình
giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực của người học, nghĩa là từ chỗ
quan tâm đến việc học của sinh học được cái gì đến chỗ quan tâm học sinh vận dụng
được cái gì qua việc học. Để đảm bảo được điều đó, nhất định phải thực hiện thành
công việc chuyển từ phương pháp dạy học theo lối "truyền thụ một chiều" sang dạy
cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kĩ năng, hình thành năng lực và phẩm
chất; đồng thời phải chuyển cách đánh giá kết quả giáo dục từ nặng về kiểm tra trí
nhớ sang kiểm tra, đánh giá năng lực vận dụng kiến thức giải quyết vấn đề [6].

Đổi mới giáo dục được thể hiện trong nhiều văn bản như luật Giáo dục số
38/2005/QH11, Điều 28, mục số 2 quy định: "Phương pháp giáo dục phổ thơng phải
phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm
của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo
nhóm; rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem
lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh" [32]; Nghị quyết hội nghị Trung ương 8
khóa XI về đổi mới căn bản, tồn diện giáo dục và đào tạo nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới
mạnh mẽ phương pháp dạy học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động,
sáng tạo và vận dụng kiến thức, kĩ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt
một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học,
tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kĩ năng, phát triển năng lực. Đẩy
mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học” [1]. Chiến lược
phát triển giáo dục giai đoạn 2011 – 2020 ban hành kèm theo Quyết định 711/QĐ-TTg
ngày 13/6/2012 của Thủ tướng Chính phủ chỉ rõ: "Tiếp tục đổi mới phương pháp dạy
học và đánh giá kết quả học tập, rèn luyện theo hướng phát huy tính tích cực, tự giác,
chủ động, sáng tạo và năng lực tự học của người học" [39].
Dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng cần phải chú trọng đổi mới
phương pháp dạy học sao cho vai trò tự chủ của học sinh trong hoạt động xây dựng
kiến thức ngày một nâng cao, để từ đó năng lực giải quyết vấn đề của họ được bộc lộ


2

và ngày càng phát triển. Để đạt được điều đó, trong q trình dạy học ở trường phổ
thơng cần phải tổ chức sao cho học sinh được tham gia vào quá trình hoạt động
nhận thức phỏng theo hoạt động của các nhà khoa học, qua đó ngồi việc có thể
giúp học sinh trang bị kiến thức cho mình, đồng thời còn tạo điều kiện cho họ được
tập luyện hoạt động giải quyết vấn đề khoa học, rèn luyện năng lực giải quyết vấn
đề để sau này họ đáp ứng được những địi hỏi cao trong thời kì mới.
Kiến thức vật lí được hình thành và ứng dụng vào thực tiễn luôn luôn gắn

liền với hoạt động giải quyết vấn đề của con người trong hồn cảnh xác định. Do
đó, phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh vừa là mục đích vừa là
phương tiện trong nghiên cứu và dạy học vật lí ở trường phổ thơng. Để đạt được
mục tiêu đó, một trong những cách thức tổ chức học tập của học sinh là học tập dựa
trên tìm tịi, nghiên cứu (inquiry- based learning) hay trong dạy học vật lí cịn có thể
gọi là học vật lí như nghiên cứu vật lí (research-based learning). Trong cách thức tổ
chức học tập vật lí như trên thì càng u cầu áp dụng những thành tựu của khoa học,
kĩ thuật, các thiết bị thí nghiệm và cơng nghệ thơng tin vào q trình dạy học theo
“Phương pháp tích cực” lấy học sinh làm trung tâm nhằm giúp học sinh phát triển
năng lực giải quyết vấn đề, rèn luyện thói quen và khả năng tự học, tinh thần hợp
tác, kĩ năng vận dụng kiến thức vào những tình huống khác nhau trong học tập và
trong thực tiễn, tạo niềm tin, niềm vui và hứng thú trong học tập.
Từ việc nghiên cứu lí luận và điều tra thực tiễn về dạy học vật lí dựa trên nghiên
cứu, dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong và ngoài nước đối với một số kiến
thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo tồn - Vật lí 10. Chúng tôi nhận
thấy mức độ khoa học của hoạt động GQVĐ của HS còn chưa cao, chưa tiếp cận với
hoạt động nghiên cứu của nhà vật lí, thể hiện ở chỗ các q trình, hiện tượng vật lí
được đề cập đến trong dạy học vật lí ở một số chủ đề hiện nay bị giới hạn trong những
quá trình, hiện tượng vật lí đặc biệt, điển hình là khi dạy học định luật III Newton, chỉ
đề cập đến tương tác giữa hai vật đứng yên hay tương tác giữa hai vật chuyển động trên
cùng một phương (mà chưa đề cập đến hiện tượng tổng quát: hai vật chuyển động đến
từ hai phương chiều khác nhau, va chạm/ tương tác với nhau,


3

sau va chạm chuyển động theo hai phương khác nhau). Do đó, thí nghiệm kiểm chứng
sự đúng đắn của định luật III Newton cũng chỉ thực hiện trong các trường hợp đặc biệt
này. Vấn đề đặt ra ở đây là: Nếu định luật được rút ra khi nghiên cứu các trường hợp
đặc biệt, rồi thí nghiệm cũng kiểm chứng trong trường hợp đặc biệt thì liệu định luật có

thể đúng trong trường hợp tổng quát không (với con đường nghiên cứu khoa học như
vậy)? Để khắc phục mức độ khoa học chưa cao của hoạt động học tập của học sinh
thông qua giải quyết vấn đề, chúng tôi nhận thấy rằng chưa có những thiết bị thí
nghiệm cho phép khảo sát đưa ra định luật hay kiểm chứng định luật III Newton trong
trường hợp tổng qt. Điều đó địi hỏi chúng tơi phải nghiên cứu xây dựng, hồn thiện
và sử dụng thí nghiệm, lựa chọn phương pháp dạy học và hình thức tổ chức học tập của
học sinh một cách thích hợp và hiệu quả nhất.
Những phân tích trên cho thấy, để có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề

ở mức khoa học cao của học sinh trong học tập, đồng thời nâng cao hiệu quả dạy
học thì việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (thí nghiệm
kết nối máy tính, thí nghiệm tương tác trên màn hình) và lựa chọn các phương pháp
dạy học, hình thức tổ chức thích hợp là vấn đề cấp thiết.
Xuất phát từ những điều trình bày ở trên, chúng tôi lựa chọn và nghiên cứu đề
tài “Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa
trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các

định luật bảo tồn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn của học
sinh”.
2.

Mục đích nghiên cứu
Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa

trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các
định luật bảo toàn - Vật lí 10 trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh
kiến thức nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


❖

Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

NLGQVĐ ở mức cao của học sinh theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên
cứu.


4

-

Quy trình xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và

TNTTTMH) trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các
định luật bảo tồn – Vật lí 10.

❖
-

Phạm vi nghiên cứu:

Phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh trong dạy học một số kiến

thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo tồn - Vật lí 10 theo quan
điểm học dựa trên nghiên cứu, trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.
-

Trong luận án việc sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số được giới hạn ở việc


sử dụng hai loại là thí nghiệm tương tác trên màn hình và thí nghiệm kết nối
máy
tính.
4. Giả thuyết khoa học
Nếu xây dựng được các thí nghiệm kĩ thuật số đáp ứng các yêu cầu về mặt
khoa học - kĩ thuật, về mặt sư phạm và thiết kế được tiến trình sử dụng chúng theo
quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu thì khi tổ chức sử dụng chúng trong dạy học
có thể phát triển NLGQVĐ ở mức độ cao của học sinh.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ sau:
-

Nghiên cứu cơ sở lí luận về phát triển NLGQVĐ của học sinh theo quan

điểm dạy học dựa trên nghiên cứu với việc sử dụng các phương pháp, phương
tiện, hình thức tổ chức dạy học khác nhau trong các giai đoạn khác nhau của
quá trình chiếm lĩnh kiến thức.
-

Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng và những thành phần, hành vi của

NLGQVĐ ở mức cao mà học sinh cần hình thành và phát triển khi học một số
kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn.
-

Nghiên cứu thực tiễn dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và

các định luật bảo tồn - Vật lí 10 ở một số trường THPT bao gồm các thí nghiệm kĩ
thuật số, các phương tiện CNTT phục vụ cho việc dạy học môn vật lí, hình thức và

phương pháp mà giáo viên tổ chức hoạt động học tập cho học sinh khi dạy các kiến
thức này. Từ đó, chúng tơi xác định thí nghiệm cần xây dựng, hoàn thiện


5

cũng như lựa chọn phương pháp và hình thức phù hợp được sử dụng trong các
giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức, nhằm phát triển
NLGQVĐ ở mức cao của học sinh.
-

Xây dựng, hồn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và

TNTTTMH) để sử dụng trong quá trình dạy học một số kiến thức về động lực
học chất điểm và các định luật bảo toàn đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học,
kĩ thuật và về mặt sư phạm đối với các loại thí nghiệm này.
-

Soạn thảo 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm

và các định luật bảo tồn - Vật lí 10, trong đó có sử dụng thí nghiệm đã xây
dựng theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển NLGQVĐ ở
mức cao của học sinh.
-

Xây dựng rubric đánh giá NLGQVĐ ở mức cao của học sinh khi học một

số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo tồn - Vật lí 10.
-


Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã soạn thảo nhằm đánh giá tính khả

thi và hiệu quả của các tiến trình dạy học nói chung và của thí nghiệm đã xây dựng
nói riêng, để từ đó, bổ sung, chỉnh sửa và hồn thiện các tiến trình dạy học và thí

nghiệm. TNSP cũng nhằm đánh giá tính hiệu quả của tiến trình dạy học, của thí
nghiệm trong việc phát triển các mức độ hành vi NLGQVĐ ở mức cao của HS.
6.

Phương pháp nghiên cứu

❖
-

Phương pháp nghiên cứu lí luận

Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy và học dựa trên quan điểm nghiên cứu, lí

luận phát triển NLGQVĐ của học sinh.
-

Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học và tổ

chức hoạt động nhận thức của HS nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của
HS.
-

Nghiên cứu cấu trúc nội dung, chương trình SGK Vật lí 10 hiện hành và cấu

trúc nội dung vật lí 10 trong chương trình tổng thể 2018 để đánh giá và so sánh

mức

độ tương đồng về nội dung kiến thức. Từ đó xác định mức độ kiến thức, kĩ năng
cần xây dựng và các mức độ hành vi GQVĐ ở mức cao của HS cần phát triển.


❖

Phương pháp điều tra, khảo sát và phỏng vấn


6

Điều tra thực tiễn dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các
định luật bảo tồn. Trong đó, có thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm, tổ chức hoạt
động nhận thức của HS ở một số trường THPT thông qua tập huấn chuyên đề và
phiếu hỏi.

❖ Phương pháp thực nghiệm sư phạm
TNSP lần thứ nhất thu thập thông tin, dữ liệu nhằm điều chỉnh và hồn thiện
tiến trình dạy học đã thiết kế, thí nghiệm đã xây dựng, nội dung kiến thức HS cần
đạt, hình thức tổ chức dạy và học và bộ cơng cụ đánh giá NLGQVĐ của HS.
TNSP lần thứ hai thu thập thông tin, dữ liệu về phiếu phản hồi của HS. Phân
tích thơng tin và đánh giá dữ liệu theo mức độ chỉ báo hành vi của HS đạt được về
NLGQVĐ khi nghiên cứu tìm tịi, khám phá một số kiến thức về động lực học chất
điểm và các định luật bảo tồn - Vật lí 10 theo tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu.
Đánh giá sự phát triển NLGQVĐ trên cùng một đối tượng HS thông qua phiếu
học tập ở bốn nội dung kiến thức (Định luật I Newton, Định luật II Newton, Định luật

III Newton và ĐLBT động lượng). Các dữ liệu thu thập qua các mức độ biểu hiện

hành vi của từng nội dung kiến thức là cơ sở để rút ra kết luận về sự phát triển
NLGQVĐ ở mức cao của HS khi học theo tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu.

❖

Phương pháp thống kê tốn học được sử dụng trong q trình xử lí
các số liệu thực nghiệm.
7.
-

Những đóng góp của đề tài
Đã đề xuất việc cần nâng cao tính khoa học của việc phát hiện và giải quyết

vấn đề theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến
thức
vật lí. Các giải pháp đã đưa ra và đã được thực hiện bao gồm:

▪ Xây dựng được quy trình thiết kế thí nghiệm đáp ứng u cầu tổ chức dạy
học Vật lí dựa trên nghiên cứu.

▪ Xây dựng và hồn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số nhằm tổ chức học tập phát
hiện và giải quyết vấn đề dựa trên quan điểm nghiên cứu trong dạy học một số kiến


thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo tồn, TNKTS số gồm có: Phần
mềm Phys-ISE hỗ trợ thí nghiệm tương tác trên màn hình; Bộ cảm biến


7


lực - gia tốc kết nối với máy tính khơng dây Phys-MBL (gồm 04 thí nghiệm tương
tác trên màn hình và 03 thí nghiệm kết nối máy tính) khắc phục được những ưu,
nhược điểm về các bộ thí nghiệm kĩ thuật số hiện có nhằm tổ chức dạy học phát
hiện và giải quyết vấn đề có hiệu quả hơn. Trên cơ sở xây dựng được TNTTTMH
online, tiến trình dạy học một số kiến thức đã được áp dụng theo kiểu dạy học kết
hợp (blended learning), góp phần hiện thực hóa thực hiện mục tiêu phát triển và
đánh giá sự phát triển năng lực GQVĐ ở mức cao đối với HS.
-

Soạn thảo được 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất

điểm và các định luật bảo tồn - Vật lí 10 có sử dụng TNKTS đã xây dựng theo
quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển các hành vi biểu hiện của
các năng lực thành phần của năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh.

-

Thực nghiệm sư phạm được 04 tiến trình dạy học đã soạn thảo, đánh giá

được ưu điểm, nhược điểm của thí nghiệm kĩ thuật số (thí nghiệm tương tác trên
màn hình, thí nghiệm kết nối máy tính) đã xây dựng và tính khả thi của 04 tiến
trình dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở
mức cao của học sinh.


8

CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Các nghiên cứu về quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

Dạy học dựa trên nghiên cứu là một trong những phương pháp dạy học, quan
điểm dạy học là lấy học sinh làm trung tâm, hướng học sinh vào việc giải quyết vấn
đề và khám phá. Phương pháp này đã được thực hiện từ những năm 70 của thế kỷ
XX ở các nước như: Pháp, Mĩ và Liên Xô (cũ).
Dạy học dựa trên nghiên cứu cho đến ngày nay đã có nhiều nghiên cứu lí luận,
thực nghiệm ở trong và ngồi nước. Cơ sở lí luận của dạy học dựa trên nghiên cứu
được khởi nguồn và hình thành từ các tư tưởng, nghiên cứu của các nhà giáo dục, nhà
tâm lí học lỗi lạc như John Locke, Jean-Jacques Rosseau, John Dewey, Jean Piaget, Lev
Vygotski và Jerome Bruner. Họ cho rằng, người học cần tích cực xây dựng kiến thức
cho mình, “học thơng qua hành động”, “học bằng nghiên cứu” và các phương pháp dạy
học cần tập trung hướng vào sự hứng thú của người học và tạo động lực bên trong để
học. Triết lí giáo dục này đặt nền móng cho “Tư duy giáo dục mới”, cải cách giáo dục
trên toàn thế giới. J. Dewey (1859-1952) đã đề xướng “Phương pháp dạy học lấy HS
làm trung tâm”, tức là HS tích cực tự lực hoạt động, GQVĐ được đặt ra, còn GV là
người cố vấn, hướng dẫn. Ơng cịn cho rằng, nhiệm vụ của dạy học là nắm bắt những
hoạt động của người học và định hướng những hoạt động đó, đồng thời phải gắn kết
được những hứng thú và hoạt động của người học với chương trình học, tránh áp đặt
kiến thức cho họ. Đồng thời, cần phải định hướng tạo ra mơi trường trong đó chứa
đựng các tình huống khó giải quyết, khi mà người học muốn giải quyết thì phải vận
dụng đến kiến thức và kĩ năng về khoa học, lịch sử và nghệ thuật. Mơ hình dạy học mà
ông đưa ra là dựa trên phương pháp nghiên cứu khoa học như phát hiện vấn đề, giải
quyết vấn đề (nhờ hình thành giả thuyết, thu thập dữ liệu thơng qua thí nghiệm, xử lí
thơng tin ... để kiểm chứng giả thuyết) và rút ra kết luận. Ngồi ra ơng còn nhấn mạnh,
các vấn đề được nghiên cứu phải liên quan đến kinh nghiệm của người học và khả năng
hiểu biết của chúng. Jean Piaget (1896-1980) đã đưa ra nhận định “Trẻ em không học
cách thử nghiệm chỉ đơn giản bằng cách quan sát giáo viên