Dạy học Vật lí theo quy trình nghiên cứu khoa học chương “Điện từ học” cấp trung học cơ sở (Luận án tiến sĩ)

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi.
Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo
đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích
một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn giáo dục Việt Nam. Các
kết quả này chƣa từng đƣợc công bố trong bất kì nghiên cứu nào khác.
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Văn Nghiệp


ii

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng, Khoa Vật lí, Bộ môn Phƣơng
pháp dạy học Vật lí Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội, Vụ Giáo dục Trung học Bộ
Giáo dục và Đào tạo, Ban Giám hiệu, giáo viên và các em học sinh các trƣờng
THCS trên địa bàn Hà Nội - nơi tác giả công tác, tiến hành các nghiên cứu và triển
khai thực nghiệm đề tài khoa học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tác giả hoàn
thành đƣợc luận án này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Nhà giáo Nhân dân - PGS.TS Phạm
Xuân Quế và Nhà giáo Nhân dân - PGS.TS Nguyễn Văn Khải đã tận tình hƣớng
dẫn, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu để tác giả hoàn
thành công trình nghiên cứu.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Khoa Vật lí Trƣờng
Đại học Sƣ phạm Hà Nội đã dành nhiều thời gian tƣ vấn, đóng góp, bổ sung ý kiến
để tác giả chỉnh sửa và hoàn thiện luận án.

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp những ngƣời
đã giúp đỡ và động viên tác giả trong thời gian nghiên cứu để hoàn thành đề tài

khoa học. Đặc biệt, tác giả xin gửi đến bố, mẹ kính yêu lời biết ơn sâu nặng bởi đã
đồng hành cùng tác giả vƣợt qua những gian truân, thử thách để tác giả bƣớc tiếp

những bƣớc đi trong cuộc đời.
Trân trọng cảm ơn.
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Văn Nghiệp


iii

MỤC LỤC

Trang bìa
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC VIẾT TẮT ...........................................................................................ix
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................x
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ xii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ ..................................................................................xiv
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................4
4. Đối tƣợng và khách thể nghiên cứu ........................................................................4

5. Giả thuyết khoa học ................................................................................................5
6. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................................5
7. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................6

8. Các đóng góp mới của đề tài ...................................................................................7
Chƣơng 1. TỔNG QUAN. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ....................................................................................9

1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .........................................................................9
1.1.1. Tổng quan về dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học ..........................9
1.1.1.1. Trên thế giới ............................................................................................9
1.1.1.2. Ở Việt Nam ...........................................................................................13
1.1.2. Tổng quan về phát triển năng lực khoa học của học sinh trong dạy học ....17
1.1.2.1. Trên thế giới ..........................................................................................17

1.1.2.2. Ở Việt nam ............................................................................................21
1.2. Cơ sở lí luận .......................................................................................................23
1.2.1. Một số khái niệm .........................................................................................23

1.2.1.1. Khái niệm về nghiên cứu khoa học của học sinh ở trƣờng phổ thông ..23


iv

1.2.1.2. Khái niệm về quy trình nghiên cứu khoa học .......................................24
1.2.1.3. Khái niệm về năng lực khoa học của học sinh phổ thông .....................26
1.2.2. Thiết kế tiến trình dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học .................26

1.2.2.1. Khái niệm về dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học ..................26
1.2.2.2. Chuyển quy trình nghiên cứu khoa học thành tiến trình dạy học .........27

1.2.2.3. Sự khác nhau giữa nhà khoa học và học sinh phổ thông trong nghiên
cứu khoa học ......................................................................................................28
1.2.3. Giải pháp đƣa giai đoạn “nghiên cứu tổng quan” vào tiến trình dạy học ...31
1.2.3.1. Định nghĩa về tổng quan .......................................................................31
1.2.3.2. Mục đích đƣa giai đoạn “nghiên cứu tổng quan” vào tiến trình dạy học

............................................................................................................................31
1.2.3.3. Khó khăn khi đƣa “nghiên cứu tổng quan” vào tiến trình dạy học .......33
1.2.3.4. Giải pháp đƣa giai đoạn “nghiên cứu tổng quan” vào tiến trình dạy học
............................................................................................................................33
1.2.4. Thiết kế hoạt động dạy và học theo quy trình nghiên cứu khoa học ...........35
1.2.4.1. Một số đặc điểm lứa tuổi của học sinh trung học cơ sở ........................35

1.2.4.2. Mục tiêu của dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học ..................36
1.2.4.3. Định hƣớng tổ chức hoạt động dạy và hoạt động học theo quy trình
nghiên cứu khoa học ..........................................................................................38

1.2.4.4. Cấu trúc câu giả thuyết và câu dự đoán ................................................40
1.2.4.5. Một số lƣu ý trong dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học .........42
1.2.5. Vai trò, nguyên tắc, mức độ dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học .43

1.2.5.1. Vai trò của dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học .....................44
1.2.5.2. Nguyên tắc của dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học ..............45
1.2.5.3. Các mức độ dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học ....................46
1.2.6. Đánh giá năng lực khoa học của học sinh khi học theo quy trình nghiên cứu
khoa học .................................................................................................................48

1.2.6.1. Biểu hiện năng lực thành phần của học sinh khi học theo quy trình
nghiên cứu khoa học ..........................................................................................48

v

1.2.6.2. Tiêu chí và mức độ hành vi trong đánh giá năng lực khoa học của học sinh
............................................................................................................................50
1.2.6.3. Bảng kiểm theo chỉ báo hành vi và mức độ hành vi của năng lực khoa học
............................................................................................................................51
1.3. Cơ sở thực tiễn ...................................................................................................54

1.3.1. Nhận thức của giáo viên về bản chất của dạy học theo quy trình nghiên cứu
khoa học .................................................................................................................54

1.3.2. Thực trạng về việc dạy học phát triển năng lực khoa học ...........................55
1.3.3. Nhận thức của giáo viên về vai trò của nghiên cứu khoa học trong dạy học
Vật lí ở trƣờng trung học cơ sở ..............................................................................56

1.3.4. Mức độ hiểu biết của giáo viên về quy trình nghiên cứu khoa học .............57
1.3.5. Một số nguyên nhân ảnh hƣởng đến việc dạy học phát triển năng lực khoa
học ..........................................................................................................................58

1.3.6. Thực trạng năng lực khoa học của học sinh ở một số trƣờng trung học cơ sở
trên địa bàn Hà Nội ................................................................................................59
Kết luận Chƣơng 1 ....................................................................................................61
Chƣơng 2. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

THEO QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHƢƠNG “ĐIỆN TỪ HỌC” ....62
2.1. Phân tích Chƣơng 2 “Điện từ học” cấp THCS trong Chƣơng trình Giáo dục phổ

thông hiện hành .........................................................................................................62
2.1.1. Vị trí của Chƣơng “Điện từ học” .................................................................62

2.1.2. Phân tích đặc điểm nội dung kiến thức ở Chƣơng 2 “Điện từ học” ............62

2.2. Lựa chọn và sắp xếp logic kiến thức về “Điện từ học” .....................................66
2.2.1. Sắp xếp logic các bài học về “Điện từ học” ................................................66
2.2.2. Logic hình thành kiến thức về từ trƣờng của nam châm vĩnh cửu ..............67

2.2.3. Logic hình thành kiến thức về từ trƣờng của dòng điện..............................68
2.2.4. Logic hình thành kiến thức về cảm ứng điện từ .........................................69
2.3. Thiết kế thiết bị thí nghiệm ................................................................................71
2.3.1. Lí do thiết kế thí nghiệm..............................................................................71


vi

2.3.1.1. Đối với bài “Từ trƣờng của nam châm vĩnh cửu” ................................72
2.3.1.2. Đối với bài “Từ trƣờng của dòng điện” ................................................72
2.3.1.3. Đối với bài “Cảm ứng điện từ” .............................................................74
2.3.3. Thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm ở bài “Từ trƣờng của dòng điện” ..........75
2.3.4. Thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm ở bài “Cảm ứng điện từ” .......................76
2.3.4.1. Cơ sở lí thuyết .......................................................................................76

2.3.4.2. Thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu về cảm ứng điện từ dùng
nam châm vĩnh cửu ............................................................................................77

2.3.4.3. Thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu về cảm ứng điện từ dùng
nam châm điện ...................................................................................................81

2.4. Tiến trình dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học ....................................83
3.4.1. Bài 1. Từ trƣờng của nam châm vĩnh cửu ...................................................83
3.4.1.1. Mục tiêu về nội dung tri thức học sinh cần đạt .....................................83

3.4.1.3. Tổ chức hoạt động dạy và học theo quy trình nghiên cứu khoa học ....84
3.4.1.4. Mục tiêu về đánh giá năng lực khoa học của học sinh .........................90
2.4.2. Bài 2. Từ trƣờng của dòng điện...................................................................93
2.4.2.1. Mục tiêu về nội dung tri thức học sinh cần đạt .....................................93
2.4.2.2. Mục tiêu về phát triển năng lực khoa học của học sinh........................93
2.4.2.3. Tổ chức hoạt động dạy và học theo quy trình nghiên cứu khoa học ....93
2.4.2.4. Mục tiêu về đánh giá năng lực khoa học của học sinh .......................100
2.4.3. Bài 3. Cảm ứng điện từ ..............................................................................102
2.4.3.1. Mục tiêu về nội dung tri thức học sinh cần đạt ...................................102
2.4.3.2. Mục tiêu phát triển năng lực khoa học của học sinh...........................102
2.4.3.3. Tổ chức hoạt động dạy và học theo quy trình nghiên cứu khoa học ..103
2.4.3.4. Mục tiêu về đánh giá năng lực khoa học của học sinh .......................111
Kết luận Chƣơng 2 ..................................................................................................114
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM................................................................115
3.1. Mục đích thực nghiệm sƣ phạm .......................................................................115
3.2. Nội dung thực nghiệm sƣ phạm .......................................................................115


vii

3.2.1. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm vòng một ...................................................115
3.2.2. Nội dung thực nghiệm sƣ phạm vòng hai ..................................................116

3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm vòng hai ..................................................116
3.3.1. Đối tƣợng triển khai thực nghiệm sƣ phạm ...............................................116
3.3.2. Quy trình thực nghiệm ...............................................................................117
3.3.3. Nội dung, công cụ và phƣơng pháp thực nghiệm ......................................118
3.4. Kết quả thực nghiệm vòng hai .........................................................................118
3.4.1. Đánh giá định tính .....................................................................................118
3.4.1.1. Phƣơng pháp đánh giá .........................................................................118

3.4.1.2. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm ............................................................119

3.4.1.3. Phân tích kết quả .................................................................................132
3.4.1.4. Kết luận ...............................................................................................134

3.4.2. Đánh giá sự tiến bộ của học sinh ...............................................................134
3.4.2.1. Phƣơng pháp đánh giá .........................................................................134
3.4.2.2. Kết quả sự tiến bộ trong phát triển năng lực khoa học của HS ...........135
3.4.2.3. Kết luận ...............................................................................................141
3.4.3. Đánh giá định lƣợng ..................................................................................141
3.4.3.1. Phƣơng pháp đánh giá .........................................................................141

3.4.3.2. Đánh giá sự phát triển năng lực khoa học các trƣờng thực nghiệm ....141
3.4.3.3. Đánh giá sự phát triển năng lực khoa học của học sinh lớp 8 và lớp 9
..........................................................................................................................145
3.4.3.4. Đánh giá sự phát triển NLKH của HS tham gia thực nghiệm ............147
3.4.3.5. Kết luận ...............................................................................................151
KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT VÀ KHUYẾN NGHỊ ......................................................154
1. Kết luận ...............................................................................................................154
2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo của đề tài ..............................................................156
3. Khuyến nghị ........................................................................................................156
3.1. Với Bộ Giáo dục và Đào tạo ............................................................................156
3.2. Với giáo viên trung học ....................................................................................157


viii

CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ...............................................................................158
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................159
PHỤ LỤC ................................................................................................................165

Phụ lục 1. Một số hình ảnh triển khai thực nghiệm sƣ phạm..................................165
Phụ lục 2. Chuẩn kiến thức và kĩ năng Chƣơng 2. Điện từ học trong Chƣơng trình
Giáo dục phổ thông cấp THCS ...............................................................................166
Phụ lục 3. Phiếu học tập Bài 1 của học sinh lớp 8 trƣờng THCS Hoàng Hoa Thám

.................................................................................................................................168
Phụ lục 4. Phiếu học tập bài 1 của học sinh lớp 9 trƣờng THCS Nguyễn Siêu ......172
Phụ lục 5. Phiếu học tập bài 2 của học sinh lớp 8 trƣờng THCS Đoàn Kết ...........178
Phụ lục 6. Phiếu học tập Bài 3 của học sinh lớp 9 trƣờng THCS Hoàng Hoa Th ám

.................................................................................................................................183


ix

DANH MỤC VIẾT TẮT

Dạy học

DH

Giáo viên

GV

Giáo dục và đào tạo

GDĐT

Giáo dục phổ thông

GDPT

Học sinh

HS

Khoa học

KH

Năng lực khoa học

NLKH

Năng lực thành phần

NLTP

Nghiên cứu khoa học

NCKH

Phƣơng pháp dạy học

PPDH

Sách giáo khoa

SGK

Trung học cơ sở

THCS

Trung học phổ thông

THPT

Thí nghiệm

TN

Thực nghiệm sƣ phạm

TNSP


x

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Sự khác nhau giữa nhà khoa học và học sinh phổ thông trong nghiên cứu
khoa học ....................................................................................................................29
Bảng 1.2. Mục tiêu của dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học ......................36
Bảng 1.3. Năng lực thành phần cấu thành năng lực khoa học .................................49
Bảng 1.4. Bảng kiểm mức độ chỉ báo hành vi năng lực thành phần của năng lực
khoa học ....................................................................................................................51
Bảng 1.5. Số liệu về nhận thức của giáo viên về bản chất của dạy học theo quy trình
nghiên cứu khoa học .................................................................................................54

Bảng 1.6. Thống kê kết quả khảo sát thực trạng dạy học phát triển năng lực khoa
học của giáo viên ......................................................................................................55
Bảng 1.7. Kết quả nhận thức của giáo viên về vai trò của nghiên cứu khoa học

trong dạy học ở trường trung học cơ sở ...................................................................57
Bảng 1.8. Kết quả điều tra mức độ hiểu biết của giáo viên về quy trình nghiên cứu
khoa học ....................................................................................................................58
Bảng 1.9. Kết quả khảo sát nguyên nhân ảnh hưởng đến dạy học phát triển năng
lực khoa học cho học sinh của giáo viên ..................................................................58
Bảng 1.10. Kết quả khảo sát đầu vào về năng lực khoa học của học sinh trung học
cơ sở ..........................................................................................................................59
Bảng 2.1. Sắp xếp logic các bài học về Điện từ học cấp trung học cơ sở ................66
Bảng 2.2. Bảng kiểm chỉ báo hành vi năng lực khoa học của học sinh bài “Từ
trường của nam châm vĩnh cửu” ..............................................................................90
Bảng 2.3. Bảng kiểm chỉ báo hành vi năng lực khoa học của học sinh bài “Từ
trường của dòng điện” ............................................................................................100
Bảng 2.4. Bảng kiểm chỉ báo hành vi năng lực khoa học của học sinh bài “Cảm ứng
điện từ” ...................................................................................................................111
Bảng 3.1. Thời gian và địa điểm triển khai thực nghiệm ........................................116


xi

Bảng 3.2. Một số thông tin về quá trình triển khai thực nghiệm sư phạm ..............117
Bảng 3.3. Số học sinh có mặt tham gia triển khai thực nghiệm sư phạm ...............117
Bảng 3.4. Nội dung, công cụ và phương pháp thực nghiệm ...................................118
Bảng 3.5. Số liệu khảo sát năng lực thành phần của học sinh ...............................135
Bảng 3.6. Thống kê (%) mức độ năng lực thành phần của học sinh ở các trường
thực nghiệm sư phạm ..............................................................................................142
Bảng 3.7. Thống kê (%) mức độ năng lực thành phần của học sinh lớp 8 và lớp 9

.................................................................................................................................145
Bảng 3.8. Thống kê (%) mức độ năng lực thành phần của học sinh thực nghiệm sư
phạm ........................................................................................................................148


xii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1. 1. Sơ đồ tiến trình dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học .................28
Hình 2. 1. Sơ đồ logic hình thành kiến thức về từ trường của nam châm vĩnh cửu .68
Hình 2. 2. Sơ đồ logic hình thành kiến thức về từ trường dòng điện ........................69
Hình 2. 3. Sơ đồ logic hình thành kiến thức về cảm ứng điện từ ..............................71
Hình 2. 4. Thí nghiệm về tương tác của nam châm vĩnh cửu ...................................74
Hình 2. 5. Chi tiết thiết bị (khung cuốn vòng dây, chân đế, ắc quy) .........................75
Hình 2. 6. Bố trí và lắp đặt bộ thí nghiệm khảo sát từ trường dòng điện .................76
Hình 2. 7. Từ phổ của dòng điện qua dây dẫn thẳng ................................................76
Hình 2. 8. Từ phổ của dòng điện qua vòng dây ........................................................76
Hình 2. 9. Từ phổ của dòng điện qua ống dây ..........................................................76
Hình 2. 10. Bộ thí nghiệm nghiên cứu về cảm ứng điện từ dùng nam châm vĩnh cửu
và nam châm điện ......................................................................................................77
Hình 2. 11. Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ dùng nam châm vĩnh cửu ..78

Hình 2. 12. Thí nghiệm kiểm tra độ lớn dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào diện tích
vòng dây ....................................................................................................................78
Hình 2. 13. Thí nghiệm kiểm tra độ lớn dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào góc hợp
bởi phương đường sức từ với mặt phẳng cuộn dây ..................................................79
Hình 2. 14. Thí nghiệm kiểm tra độ lớn dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào độ lớn từ
trường của nam châm ...............................................................................................80

Hình 2. 15. Thí nghiệm thay đổi diện tích cuộn dây .................................................80
Hình 2. 16. Thí nghiệm thay đổi tốc độ góc quay .....................................................81
Hình 2. 17. Thí nghiệm thay đổi về độ lớn của từ trường ........................................81
Hình 2. 18. Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ dùng nam châm điện .........82
Hình ảnh và hình vẽ ở ba bài học

Hình B1. 1. ................................................................................................................88
Hình B1. 2 .................................................................................................................89
Hình B2.1. .................................................................................................................94


xiii

Hình B2. 2 .................................................................................................................97
Hình B2. 3 .................................................................................................................97
Hình B2. 4 .................................................................................................................97
Hình B2. 5 .................................................................................................................97
Hình B2. 6 .................................................................................................................97
Hình B2. 7 .................................................................................................................97
Hình B2. 8 .................................................................................................................97
Hình B2. 9 .................................................................................................................98
Hình B2. 10 ...............................................................................................................98
Hình B2. 11 ...............................................................................................................98
Hình B2. 12 ...............................................................................................................98
Hình B2. 13 ...............................................................................................................99
Hình B2. 14 ...............................................................................................................99
Hình B3. 1 ...............................................................................................................103
Hình B3. 2 ...............................................................................................................104
Hình B3. 3 ...............................................................................................................108
Hình B3. 4 ...............................................................................................................108

Hình B3. 5 ...............................................................................................................108
Hình B3. 6 ...............................................................................................................108
Hình B3. 7 ...............................................................................................................109
Hình B3. 8 ...............................................................................................................109
Hình B3. 9 ...............................................................................................................109
Hình B3. 10 .............................................................................................................110
Hình B3. 12 .............................................................................................................111
Hình B3. 12 .............................................................................................................111


xiv

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1. Mức độ năng lực thành phần của học sinh lớp 8 trường Đoàn Kết ...143
Biểu đồ 3.2. Mức độ năng lực thành phần của học sinh lớp 8 trường Hoàng Hoa

Thám........................................................................................................................144
Biểu đồ 3.3. Mức độ năng lực thành phần của học sinh lớp 9 trường Nguyễn Siêu

.................................................................................................................................144
Biểu đồ 3.4. Mức độ năng lực thành phần của học sinh lớp 9 trường Hoàng Hoa

Thám........................................................................................................................144
Biểu đồ 3.5. Mức độ năng lực thành phần của học sinh lớp 8 và lớp 9 ở Bài 1 .....146
Biểu đồ 3.6. Mức độ năng lực thành phần của học sinh lớp 8 và lớp 9 ở Bài 2 .....146
Biểu đồ 3.7. Mức độ năng lực thành phần của học sinh lớp 8 và lớp 9 ở Bài 3 .....147
Biểu đồ 3.8. Mức độ năng lực thành phần 1 ...........................................................148
Biểu đồ 3.9. Mức độ năng lực thành phần 2 ...........................................................148
Biểu đồ 3.10. Mức độ năng lực thành phần 3 .........................................................149

Biểu đồ 3.11 Mức độ năng lực thành phần 4 ..........................................................149
Biểu đồ 3.12. Mức độ năng lực thành phần 5 .........................................................149
Biểu đồ 3.13. Mức độ năng lực thành phần 6 .........................................................149
Biểu đồ 3.14. Mức độ năng lực thành phần 7 .........................................................150
Biểu đồ 3.15. Mức độ năng lực thành phần 8 .........................................................150
Biểu đồ 3.16. Mức độ năng lực thành phần 9 .........................................................150
Biểu đồ 3.17. Mức độ năng lực thành phần 10 .......................................................150


Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full