Thực nghiệm và biên soạn tài liệu hướng dẫn chi tiết cho các bài thí nghiệm mới phần điện tử có ghép nối máy tính ở khoa vật lí

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÍ

ĐỖ THỊ THU HIẾU

THỰC NGHIỆM VÀ BIÊN SOẠN TÀI LIỆU
HƯỚNG DẪN CHI TIẾT CHO CÁC BÀI
THÍ NGHIỆM MỚI PHẦN ĐIỆN TỬ
CĨ GHÉP NỐI MÁY TÍNH Ở KHOA VẬT LÍ

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng, năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÍ

ĐỖ THỊ THU HIẾU
THỰC NGHIỆM VÀ BIÊN SOẠN TÀI LIỆU
HƯỚNG DẪN CHI TIẾT CHO CÁC BÀI
THÍ NGHIỆM MỚI PHẦN ĐIỆN TỬ
CĨ GHÉP NỐI MÁY TÍNH Ở KHOA VẬT LÍ
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chun ngành: Vật lí học
Khóa học: 2016 - 2020

Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quý Tuấn

Đà Nẵng, năm 2020


LỜI CÁM ƠN
Được học tập dưới ngơi trường có bề dày lịch sử rất oanh liệt và hơn nữa được
sự dìu dắt tận tình của q thầy cơ khoa Vật lý giúp cho tôi ngày một tốt hơn, thành
công hơn trong cuộc sống, đó có lẽ là một sự may mắn rất to lớn đối với tôi. Trải qua
gần 8 học kì, sắp đến lúc phải rời xa nơi này – Khoa Vật lý – Trường Đại học Sư Phạm
– Đại học Đà Nẵng, tôi vô cùng biết ơn những người đã chèo lái, vun đắp ước mơ cho
tôi để tơi có thể trưởng thành như ngày hơm nay.
Lời đầu tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô trong khoa
Vật lý đã không quãng mọi khó khăn trao dồi những bài học quý giá đến với những đứa
học trị cịn nhiều thiếu sót như chúng tôi. Và đặc biệt là người thầy đã dành bao nhiêu
tâm huyết trong sự nghiệp giảng dạy của mình để giúp cho tơi có thêm nhiều bài học
mới, nhiều sự sáng tạo mới phù hợp với sự phát triển của công nghệ 4.0 - thầy Nguyễn
Quý Tuấn bao năm qua vẫn thế, vẫn là một người thầy mang đầy nhiệt huyết và trọng
trách của một nhà giáo.
Bốn năm cùng nhau gắn bó dưới mái ấm khoa Vật lý, đặc biệt là lớp 16CVL cám ơn những người bạn đã cùng tôi đi qua thanh xuân. Hơn nữa, tôi xin gửi lời biết ơn
sâu sắc nhất đến ba mẹ - người đã cho tơi có được đầy đủ mọi điều kiện tốt đẹp nhất để
có thể hồn thành đúng hạn khóa học này.
Cuối cùng tơi xin kính chúc q thầy cô, ba mẹ, các anh chị và các bạn sức khỏe,
gặt hái được nhiều thành công trong cuộc sống. Chúc cho khoa Vật lý của chúng ta ngày
một tốt đẹp hơn!

Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Thu Hiếu

I

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đề tài khóa luận tốt nghiệp: “Thực nghiệm và biên soạn tài
liệu hướng dẫn chi tiết cho các bài thí nghiệm mới phần điện tử có ghép nối máy tính
ở khoa Vật lí” là một cơng trình nghiên cứu độc lập dưới sự hướng dẫn của giáo viên
hướng dẫn TS. Nguyễn Quý Tuấn. Ngoài ra khơng có bất cứ sự sao chép của người
khác. Đề tài, nội dung báo cáo thực tập là sản phẩm mà tôi đã thực nghiệm và biên soạn
chi tiết tại khoa Vật lí trong thời gian qua. Các số liệu, kết quả trình bày trong báo cáo
là hồn tồn trung thực, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm, kỷ luật của bộ môn và nhà
trường đề ra nếu như có vấn đề xảy ra.

Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Thu Hiếu

II


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................ I
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ II
DANH MỤC CỤM TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... VI
DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................VII
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ IX
Phần thứ nhất: MỞ ĐẦU..............................................................................................1
1. Lí do chọn đề tài: .........................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu: ...................................................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu: .................................................................................................2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ..............................................................................2
a. Đối tượng nghiên cứu: .................................................................................................2

b. Phạm vi nghiên cứu: ....................................................................................................3
5. Phương pháp nghiên cứu: ............................................................................................3
6. Tổng quan vấn đề nghiên cứu: ....................................................................................3
Phần thứ hai: NỘI DUNG ............................................................................................4
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ ĐÁNH
GIÁ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH VẬT LÍ...............................................................4
1.1. Dạy học phát triển năng lực: ....................................................................................4
1.1.1. Điều kiện để triển khai hiệu quả định hướng dạy học phát triển năng lực: ..........5
1.1.2. Dạy học theo định hướng phát triển năng lực: ......................................................5
1.2. Các năng lực chuyên biệt trong bộ môn Vật lí: ........................................................7
1.2.1. Xây dựng các năng lực chuyên biệt bằng cách cụ thể hóa các năng lực chung: ...7
1.2.2. Xây dựng các năng lực chuyên biệt dựa trên đặc thù mơn học:..........................10
1.3. Lợi ích của việc dạy học phát triển năng lực:.........................................................16

III


1.3.1. Vai trị của thực hành và thí nghiệm Vật lí. Đặc biệt là vai trị của máy vi tính
trong thí nghiệm Vật lí: .................................................................................................16
1.3.2. Các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí: ...................................................................17
1.3.3. Chức năng của thí nghiệm vật lí trong dạy học vật lí: ........................................18
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ MẠCH LẬP TRÌNH ARDUINO
IDE VÀ PHẦN MỀM VISUAL STUDIO.202.1. Bo mạch phát triển Arduino:
.......................................................................................................................................20
2.1.1. Giới thiệu chung: .................................................................................................20
2.1.2. Bo mạch Arduino UNO: ......................................................................................21
2.2. Môi trường phát triển tích hợp: ..............................................................................23
2.2.1. Giới thiệu phần mềm code Arduino IDE: ...........................................................24
2.2.2. Quản lý thư viện: .................................................................................................25
2.2.3. Quản lý bo Arduino mở rộng: .............................................................................27

2.3. Lập trình phần mềm Visual Studio trên máy tính: .................................................27
2.3.1. Khởi tạo dự án: ....................................................................................................28
2.3.2. Lập trình trao đổi dữ liệu qua cổng nối tiếp: .......................................................30
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ NỘI DUNG TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY VÀ KIỂM TRA
ĐÁNH GIÁ CHUN MƠN. .....................................................................................31
3.1. Khái qt hóa các bài thí nghiệm mới có ghép nối truyền dữ liệu từ máy tính ở khoa
Vật lí: .............................................................................................................................31
3.2. Thiết kế các bài thí nghiệm ghép nối máy tính: .....................................................33
3.2.1. Thí nghiệm 1: Điều khiển hiển thị LED RGB và một chuỗi kí tự nhập vào từ máy
tính cho hiển thị lên màn hình LCD. .............................................................................33
3.2.2. Thí nghiệm 2: Điều khiển động cơ quay theo một góc nhập từ bàn phím máy tính.
.......................................................................................................................................40
3.2.3. Thí nghiệm 3: Đo nhiệt độ và độ ẩm của mơi trường. ........................................51
3.2.4. Thí nghiệm 4: Đo khoảng cách bằng siêu âm. ....................................................56
3.2.5. Thí nghiệm 5: Đo và điều khiển nhiệt độ. ...........................................................61
IV


3.3. Xây dựng tiến trình giảng dạy: ...............................................................................67
3.4. Xây dựng rubric đánh giá các kỹ năng: ..................................................................68
3.4.1. Rubric đánh giá kỹ năng thực nghiệm, thái độ học tập trách nhiệm: ..................68
3.4.2. Rubric đánh giá kỹ năng làm việc nhóm: ............................................................70
3.4.3. Rubric đánh giá kỹ năng báo cáo thuyết trình: ....................................................72
Phần thứ ba: KẾT LUẬN ...........................................................................................74
A. Kết luận:....................................................................................................................74
B. Khuyến nghị: .............................................................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... IX
PHỤ LỤC ................................................................................................................ PL 1
Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN ....................................................................... X

V


DANH MỤC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Kí hiệu

Cụm từ viết tắt

ĐHSP – ĐHĐN

Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng

HS

Học sinh

SV

Sinh viên

NL

Năng lực

NLTP

Năng lực thành phần

GV

Giáo viên

TN

Thí nghiệm

NLTN

Năng lực thí nghiệm

VĐK

Vi điều khiển

BCD

Binary Coded Decimal

RGB

Red – Green – Blue

LED

Light Emitting Diode

LCD

Liquid Crystal Display

USB

Universal Serial Bus

DC

Direct Current

PWM

Pulse Width Modulation

IC

Intergraded Circuit

COM

Computer Output on Micro

IDE

Intergraded Drive Electronic

PC

Personal Computer

VI

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Mối quan hệ giữa mục tiêu hoạt động dạy học và đánh giá trong dạy học định
hướng phát triển năng lực. ...............................................................................................7
Hình 2. Các thành tố của năng lực thực nghiệm. ..........................................................11
Hình 3. Kit Arduino phiên bản đầu tiên. .......................................................................20
Hình 4. Mơi trường phần mềm tích hợp Arduino IDE. .................................................21
Hình 5. Hình ảnh bo mạch Arduino Uno R3. ................................................................22
Hình 6. Cửa sổ bổ sung thư viện vào chương trình cho Arduino..................................26
Hình 7. Cửa sổ quản lý tìm kiếm và bổ sung các thư viện vịa Arduino IDE. ..............26
Hình 8. Cửa sổ trình đơn quản lý bo Arduino. ..............................................................27
Hình 9. Mơi trường lập trình Visual Studion 2019. ......................................................27
Hình 10. Chọn mẫu dữ án cho chương trình cần sử dụng. ............................................28
Hình 11. Tạo 1 dự án mới để thiết lập. ..........................................................................28
Hình 12. Chọn những tài nguyên cần thiết lập ở Toolbox. ...........................................29
Hình 13. Giao diện sau khi đã hồn thiện. ....................................................................29
Hình 14. Minh họa bộ thí nghiệm ghép nối tồn phần. .................................................31
Hình 15. Gán nhãn để ghép nối các mơ-đun với chân trên bo mạch Arduino. .............34
Hình 16. Ghép nối với led RBG. ...................................................................................34
Hình 17. Ghép nối với màn hình LCD. .........................................................................34
Hình 18. Minh họa hình dạng và sơ đồ chân LED RGB. ..............................................35
Hình 19. Minh họa tỉ lệ phần trăm điều chế xung PWM. .............................................36
Hình 20. Màn hình hiển thị LCD sử dụng chuẩn I2C cho Arduino. .............................36
Hình 21. Bộ thí nghiệm 1 sau khi được ghép nối. .........................................................37
Hình 22. Giao diện điều khiển bài thí nghiệm số 1. ......................................................38
Hình 23. Kết quả hiện thị trên màn hình LCD khi nhập kí tự vào từ bàn phím. ...........38
Hình 24. Gán nhãn để ghép nối các mơ-đun với chân trên bo mạch Arduino. .............41
Hình 25. Cấu trúc chung cho động cơ Servo.................................................................41
Hình 26. Ghép nối với mơ-đun Servo. ..........................................................................42
Hình 27. Minh họa động cơ bước và sơ đồ nguyên lý bên trong động cơ. ...................43

Hình 28. Minh họa động cơ bước loại hỗn hợp và loại nam châm vĩnh cữu. ..............43
Hình 29. Phương pháp điều khiển bước đủ. ..................................................................44
VII


Hình 30. Giao tiếp và điều khiển động cơ bước qua bo mạch A4988. .........................45
Hình 31. Minh họa cấu tạo động cơ điện một chiều. ....................................................46
Hình 32. Minh họa thay đổi chiều quay động cơ điện một chiều. ................................46
Hình 33. Sơ đồ nguyên lý của motor shield. .................................................................47
Hình 34. Sơ đồ đầu ra tương đương của L293D. ..........................................................47
Hình 35. Ghép nối mô-đun động cơ DC với mạch cầu H và bo Arduino. ....................48
Hình 36. Bộ thí nghiệm số 2 sau khi dược ghép nối. ....................................................49
Hình 37. Giao diện điều khiển bài thí nghiệm số 2. ......................................................49
Hình 38. Minh họa động cơ quay thực tế. .....................................................................50
Hình 39. Gán nhãn để ghép nối mơ-đun DHT11 với chân trên bo mạch Arduino. ......52
Hình 40. Quá trình trao đổi dữ liệu giữa DHT11 và vi xử lý. .......................................53
Hình 41. Giao tiếp của mơ-đun DHT11 với bo Arduino. .............................................53
Hình 42. Bộ thí nghiệm 3 sau khi được ghép nối. .........................................................54
Hình 43. Giao diện đọc kết quả hiển thị bài thí nghiệm số 3. .......................................55
Hình 44. Kết quả hiển thị nhiệt độ và độ ẩm của bài thí nghiệm số 3. .........................55
Hình 45. Gán nhãn để ghép nối mô-đun SRF05 với chân trên bo mạch Arduino. .......56
Hình 46. Biểu đồ thời gian của HC-SR05. ....................................................................57
Hình 47. Phát họa nguyên lý đo khoảng cách của HC-SR05. .......................................57
Hình 48. Giao tiếp giữa mô-đun cảm biến siêu âm với Arduino. .................................58
Hình 49. Bộ thí nghiệm 4 sau khi được ghép nối. .........................................................59
Hình 50. Giao diện điều khiển bài thí nghiệm số 4. ......................................................59
Hình 51. Kết quả hiển thị giá trị đo của bài thí nghiệm số 4. ........................................60
Hình 52. Gán nhãn để ghép nối mô-đun cảm biến nhiệt độ DS18B20 và các nguồn nóng,
lạnh với chân trên bo mạch Arduino. ............................................................................62
Hình 53. Sơ đồ chân của cảm biến DS18B20 với các loại đóng gói khác nhau. ..........62

Hình 54. Giao tiếp giữa nguồn nóng và nguồn lạnh với Arduino. ................................64
Hình 55. Bộ thí nghiệm số 5 sau khi được ghép nối. ....................................................65
Hình 56. Giao diện điều khiển bài thí nghiệm số 5. ......................................................65
Hình 57. Kết quả hiển thị nhiệt độ của bài thí nghiệm số 5. .........................................66

VIII


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Bảng năng lực chuyên biệt mơn Vật lí được cụ thể hóa ....................................7
Bảng 2. Năng lực chun biệt mơn Vật lí. ....................................................................11
Bảng 3. Cấp bậc các năng lực........................................................................................14
Bảng 4. Bảng xây dựng tiến trình giảng dạy bộ mơn thí nghiệm điện tử cơ bản. .........67
Bảng 5. Bảng rubric đánh giá kỹ năng thực nghiệm, thái độ học tập. ..........................69
Bảng 6. Bảng rubric đánh giá kỹ năng làm việc nhóm. ................................................70
Bảng 7. Bảng rubric đánh giá kỹ năng báo cáo thuyết trình. ........................................72

IX


Phần thứ nhất: MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài:
Với cương vị là một nhà giáo, hầu hết các giáo viên đều mong muốn học sinh
của mình có một tinh thần ham học hỏi, chủ động trong việc học cũng như được quý
thầy cô giảng dạy trang bị cho các em một khối kiến thức nền tảng từ cơ bản đến nâng
cao. Để thực hiện được điều đó địi hỏi chúng ta phải tìm ra những phương pháp dạy
học tích cực hơn, giúp học sinh ngày càng đam mê hơn với bộ mơn Vật lí mà người ta
vẫn thường hay nói là khơ khan, đơn thuần chỉ là việc ráp cơng thức vào để tính. Tơi
nghĩ việc học sinh khơng cảm thấy hứng thú với bài học sẽ gây ra rất nhiều khó khăn
cho q thầy cơ trong việc giảng bài, từ đó làm cho hiệu suất dạy và học trong chúng ta

ngày càng giảm sút đi. Vì thế, qua nghiên cứu tơi nghĩ chúng ta cần có những phương
pháp giảng dạy mới lạ hơn, sinh động hơn dành cho học sinh đó là áp dụng thực hành
vào bài giảng nhiều hơn sẽ giúp các em biết tìm tịi và sáng tạo ra những các mới, cái
riêng và cái hay chứ không rập khuôn như trong việc học lý thuyết có sẵn trên sách vở.
Với phương châm đổi mới phương pháp giáo dục và đạo tào theo hướng giảm
thời lượng dạy lý thuyết và tăng thời lượng thực hành, thảo luận, nghiên cứu sáng tạo
theo mơ hình nhóm hoặc cá nhân. Từ đó giúp cho học sinh nâng cao khả năng tư duy,
sáng tạo, tăng hiệu quả kỹ năng làm việc nhóm cũng như rèn luyện năng lực tự học, tự
nghiên cứu giúp các em phát triển bản thân một cách toàn diện hơn.
Để nâng cao chất lượng dạy học bộ mơn Vật Lí, tơi nghĩ trong q trình giảng
dạy lý thuyết chúng ta cần trang bị cho các em các bài thí nghiệm thực hành giúp các
em có thể hệ thống lại toàn bộ kiến thức lý thuyết cơ bản đã học để áp dụng chúng vào
thực nghiệm. Qua đây giúp các em sẽ có cái nhìn sâu hơn về Vật lí, cảm nhận được tác
dụng của việc học Vật lí, Vật lí khác với Tốn, Hóa, Sinh, ... ở những điểm nào? học
Vật lí áp dụng vào thực tiễn như thế nào? Trong thời đại công nghệ số hướng đến những
sản phẩm ngày càng sinh động, đa dạng hơn địi hỏi chúng ta phải tìm tịi, sáng tạo ra
những phương tiện mới, bổ ích và hỗ trợ tối đa sức lực của con người. Giúp chúng ta
tiết kiệm được rất nhiều thời gian cũng như công sức mà lại thu được những mơ hình
cho ra năng suất cao áp dụng vào cuộc sống thường nhật.

1


Một trong những lĩnh vực đóng vai trị khá quan trọng trong cuộc sống hiện nay
đó là điện tử, những bộ kit Arduino sẽ giúp các em học sinh hiểu sâu hơn về những ứng
dụng của điện tử trong cuộc sống hiện đại này. Với những lí do tích cực như trên, qua
hướng dẫn và nghiên cứu tôi đã chọn cho mình đề tài “Thực nghiệm và biên soạn tài
liệu hướng dẫn chi tiết cho các bài thí nghiệm mới phần điện tử có ghép nối máy
tính ở Khoa Vật Lí” làm đề tài khóa luận cho khóa học này.
2. Mục tiêu nghiên cứu:

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về phương pháp giảng dạy theo định hướng phát triển năng
lực.
- Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về mạch lập trình Arduino IDE.
- Biên soạn nội dung cơ sở lý thuyết, tiến trình thực hiện các bài thí nghiệm điện tử mới
có ghép nối máy tính ở Khoa Vật Lí.
- Xây dựng rubric đánh giá chuyên môn.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Nghiên cứu các chuẩn đầu ra của bộ môn thí nghiệm thực hành điện tử.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mạch lập trình Arduino IDE, từ đó xây dựng chi tiết tiến
trình thực hiện các bài thí nghiệm điện tử có ghép nối máy tính.
- Thực nghiệm các bài thí nghiệm kết nối mạch điện tử với máy tính.
- Nghiên cứu rubric đánh giá bộ mơn thí nghiệm Vật lý.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
a. Đối tượng nghiên cứu:
- Kiến thức phần điện tử về mạch lập trình Arduino IDE.
- Các bài thí nghiệm Điện tử mới ở Khoa Vật lí.
- Các phương pháp đánh giá và thực hiện thí nghiệm.
- Phần mềm code lập trình Arduino IDE phiên bản 1.8.9.
- Phần mềm Visual Studio.

2


b. Phạm vi nghiên cứu:
- Khóa luận tập trung nghiên cứu các bài thí nghiệm mới có ghép nối máy tính với mạch
điện tử thơng qua các phần mềm hỗ trợ truyền dữ liệu ở khoa Vật lí – Trường Đại học
Sư phạm – Đại học Đà Nẵng.
5. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.
- Phương pháp thực nghiệm khoa học

- Phương pháp quan sát khoa học
6. Tổng quan vấn đề nghiên cứu:
Khóa luận tốt nghiệp năm 2018 của sinh viên Lê Thị Mỹ Hạnh đã từng đi qua về
mạch lập trình Arduino nhưng mạch được ghép nối chạy bởi phần mềm Labview và ở
bài luận này chỉ tập trung đơn giản nói về mạch lập trình chứ chưa đi qua cách hướng
dẫn giảng dạy cho sinh viên thực hành thông qua các phương pháp giảng dạy. Chính vì
thế tơi đã hình thành và phát triển nên khóa luận của mình về cách dạy học theo định
hướng phát triển năng lực các bài thí nghiệm điện tử về mạch lập trình ở mơn Vật lý kết
hợp giữa phần mềm code Arduino IDE và phần mềm Visual Suto để thực hiện các bài
thí nghiệm dưới đây. Hi vọng sẽ giúp các bạn sinh viên sau này có được vốn kiến thức
về mạch điện tử để phát triển những sản phẩm từ đơn giản đến hiện đại hóa nhất phục
vụ cho đời sống và sản xuất.

3


Phần thứ hai: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ
ĐÁNH GIÁ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH VẬT LÍ.
1.1. Dạy học phát triển năng lực:
Ngày nay dạy học dựa trên phát triển năng lực đã trở thành một chủ đề nóng trong
giáo dục. Nó ngày càng trở nên nóng hơn khi chính phủ đang nỗ lực tìm kiếm giải pháp
trong cải cách giáo dục và đo lường chính xác hơn kết quả học tập của học sinh. Hầu
hết các trường học đều tuyên bố là họ đang dạy học theo định hướng phát triển năng lực
nhưng lại khơng thể định nghĩa được một cách chính xác được về nó. Vì vậy cần xác
định lại khái niệm học tập dựa trên phát triển năng lực là gì? và nó mang lại lợi ích như
thế nào cho mỗi trường học cũng như hệ thống giáo dục nói chung?
Vậy dạy học dựa trên phát triển năng lực là gì và điều gì làm cho nó khác biệt?
Đặc điểm quan trọng nhất của dạy học phát triển năng lực là đo được “năng lực” của
học sinh hơn là thời gian học tập và cấp lớp. Học sinh thể hiện sự tiến bộ bằng cách

chứng minh năng lực của mình, điều đó có nghĩa là chúng phải chứng minh mức độ làm
chủ hay nắm vững kiến thức và kỹ năng (được gọi là năng lực) trong một môn học cụ
thể, cho dù mất bao lâu. Mặc dù các mơ hình học truyền thống vẫn có thể đo lường được
năng lực, nhưng chúng phải dựa vào thời gian, các môn học được sắp xếp theo cấp lớp
vào từng kì học, năm học. Vì vậy, trong khi hầu hết các trường học truyền thống đều cố
định thời gian học tập theo năm học thì dạy học phát triển năng lực lại cho phép chúng
ta giữ nguyên việc học và thay đổi lượng thời gian học. Dạy học dựa trên phát triển năng
lực tốt hơn cho phép mọi học sinh học tập, nghiên cứu theo tốc độ của riêng của chúng.
Chúng ta đều thừa nhận rằng, mỗi học sinh là một cá thể độc lập với sự khác biệt
về năng lực, trình độ, sở thích, nhu cầu và nền tảng xuất thân. Dạy học phát triển năng
lực thừa nhận thực tế này và tìm ra được những cách tiếp cận phù hợp với mỗi học sinh.
Không giống như phương pháp “một cỡ vừa cho tất cả” một chiếc áo tất cả đều mặc
vừa, nó cho phép học sinh được áp dụng những gì đã học, thông qua sự gắn kết giữa bài
học và cuộc sống. Điều này cũng giúp học sinh thích ứng với những thay đổi của cuộc
sống trong tương lai. Đối với một số học sinh, dạy học phát triển NL cho phép đẩy nhanh
tốc độ hồn thành chương trình học, tiết kiệm thời gian và công sức của việc học tập.
4


1.1.1. Điều kiện để triển khai hiệu quả định hướng dạy học phát triển năng lực:
Để triển khai một cách hiệu quả, dạy học phát triển năng lực cần phải:
1. Đánh giá “năng lực” của học sinh hơn là thời gian học.
2. Khai thác các thế mạnh của công nghệ cho việc dạy và học. Hướng dẫn qua máy
tính cho chúng ta khả năng cá nhân hóa việc học cho mỗi học sinh. Bởi vì mỗi
học sinh ở một tốc độ khác nhau và đến trường với kiến thức khác nhau, đây là
một yêu cầu cơ bản của dạy học dựa trên năng lực.
3. Thay đổi căn bản vai trò của giáo viên, khi các giáo viên trước kia thường làm
việc với học sinh theo các lớp, dạy học theo lịch trong một số tuần quy định, giáo
viên là người trực tiếp đưa hướng dẫn và kiểm sốt q trình học tập. Đối với học
sinh, điều này không phù hợp. Một số học sinh sẽ cần chậm lại, một số khác có

thể cần hoạt động nhanh hơn. Học tập dựa trên phát triển năng lực làm thay đổi
vai trò của giáo viên từ “một nhà hiền triết, suối nguồn của tri thức” đến “người
hướng dẫn, đồng hành”. Các giáo viên làm việc với học sinh, hướng dẫn chúng
học tập, trả lời các câu hỏi, hướng dẫn thảo luận và giúp học sinh tổng hợp và áp
dụng kiến thức.
4. Xác định năng lực và phát triển các đánh giá phù hợp, tin cậy. Tiền đề cơ bản của
dạy học phát triển năng lực là chúng ta xác định những năng lực nào cần hình
thành cho học sinh và có minh chứng cho các năng lực đó khi học sinh tốt nghiệp.
Điều này có nghĩa là chúng ta phải xác định các năng lực một cách rất rõ ràng.
Lấy nhu cầu của xã hội tương lai làm cơ sở. Khi các năng lực được thiết lập,
chúng ta cần các chuyên gia đánh giá để đảm bảo rằng chúng ta đo lường được
một cách chính xác nhất có thể.
1.1.2. Dạy học theo định hướng phát triển năng lực:
Việc dạy học định hướng phát triển năng lực về bản chất chỉ là cần và coi trọng
thực hiện mục tiêu dạy học hiện tại ở các mức độ cao hơn, thông qua việc yêu cầu HS
“vận dụng những kiến thức, kĩ năng một cách tự tin, hiệu quả và thích hợp trong hồn
cảnh phức hợp và có biến đổi, trong học tập cả trong nhà trường và ngoài nhà trường,
trong đời sống thực tiễn”. Việc dạy học thay vì chỉ dừng ở hướng tới mục tiêu dạy học
hình thành kiến thức, kĩ năng và thái độ tích cực ở HS thì cịn hướng tới mục tiêu xa
hơn đó là trên cơ sở kiến thức, kĩ năng được hình thành, phát triển khả năng thực hiện
5


các hành động có ý nghĩa đối với người học. Nói một cách khác việc dạy học định
hướng phát triển năng lực về bản chất không thay thế mà chỉ mở rộng hoạt động dạy
học hướng nội dung bằng cách tạo một môi trường, bối cảnh cụ thể để HS được thực
hiện các hoạt động vận dụng kiến thức, sử dụng kĩ năng và thể hiện thái độ của mình.
Như vậy việc dạy học định hướng phát triển năng lực được thể hiện ở các trong các
thành tố quá trình dạy học như sau:
1.1.2.1. Về mục tiêu dạy học:

Mục tiêu kiến thức: ngoài các yêu cầu về mức độ như nhận biết, tái hiện kiến
thức cần có những mức độ cao hơn như vận dụng kiến thức trong các tình huống, các
nhiệm vụ gắn với thực tế. Với các mục tiêu về kĩ năng cần yêu cầu HS đạt được ở mức
độ phát triển kĩ năng thực hiện các hoạt động đa dạng. Các mục tiêu này đạt được
thông qua các hoạt động trong và ngoài nhà trường.
1.1.2.2. Về phương pháp dạy học:
Ngồi cách dạy học thuyết trình cung cấp kiến thức cần tổ chức hoạt động dạy học
thông qua trải nghiệm, giải quyết những nhiệm vụ thực tiễn. Như vậy thông thường, qua một
hoạt động học tập, HS sẽ được hình thành và phát triển khơng phải chỉ một loại năng lực mà
là được hình thành đồng thời nhiều năng lực hoặc nhiều năng lực thành tố mà ta không cần
(và cũng không thể) tách biệt từng thành tố trong quá trình dạy học.
1.1.2.3. Về nội dung dạy học:
Cần xây dựng các hoạt động, chủ đề, nhiệm vụ đa dạng gắn với thực tiễn.
1.1.2.4. Về kiểm tra đánh giá:
Về bản chất đánh giá năng lực cũng phải thông qua đánh giá khả năng vận dụng
kiến thức và kĩ năng thực hiện nhiệm vụ của HS trong các loại tình huống phức tạp
khác nhau. Trên cơ sở này, các nhà nghiên cứu ở nhiều quốc gia khác nhau đề ra các
chuẩn năng lực trong giáo dục tuy có khác nhau về hình thức, nhưng khá tương đồng
về nội hàm. Trong chuẩn năng lực đều có những nhóm năng lực chung. Nhóm năng
lực chung này được xây dựng dựa trên yêu cầu của nền kinh tế xã hội ở mỗi nước.
Trên cơ sở năng lực chung, các nhà lí luận dạy học bộ mơn cụ thể hóa thành những
năng lực chun biệt. Tuy nhiên không dừng ở các năng lực chuyên biệt, các tác giả
đều cụ thể hóa thành các năng lực thành phần, những năng lực thành phần này được cụ
6


thể hóa thành các thành tố liên quan đến kiến thức, kĩ năng… để định hướng quá trình
dạy học, kiểm tra đánh giá của GV.
Khác với việc tổ chức hoạt động dạy học, các công cụ đánh giá cần chỉ rõ thành
tố của năng lực cần đánh giá và xây dựng được các công cụ đánh giá từng thành tố của

các năng lực thành phần. Sự liên hệ giữa mục tiêu, hoạt động dạy học và công cụ đánh
giá được thể hiện như trong hình 1:

Hình 1. Mối quan hệ giữa mục tiêu hoạt động dạy học và đánh giá trong dạy học
định hướng phát triển năng lực.
1.2. Các năng lực chun biệt trong bộ mơn Vật lí:
Có nhiều quan điểm xây dựng chuẩn các năng lực chuyên biệt trong dạy học từng
môn, quan điểm xây dựng tuy là khác nhau nhưng đem lại kết quả khá tương đồng.
1.2.1. Xây dựng các năng lực chuyên biệt bằng cách cụ thể hóa các năng lực
chung:
Ở cách tiếp cận này, người ta xác định các năng lực chung trước, chúng là các
năng lực mà tồn bộ q trình giáo dục ở trường phổ thơng đều phải hướng tới để hình
thành ở HS. Sau đó, từng mơn học sẽ xác định sự thể hiện cụ thể của các năng lực chung
ở trong môn học của mình như thế nào. Với cách tiếp cận như vậy, từ các năng lực chung
đã được đưa vào dự thảo chương trình phổ thơng tổng thể, chúng tơi tạm vạch ra các
năng lực chuyên biệt trong môn Vật lí như ở bảng 1.

Bảng 1. Bảng năng lực chuyên biệt mơn Vật lí được cụ thể hóa

7


từ năng lực chung.
STT

Năng lực chung

Biểu hiện năng lực trong mơn Vật lí

Nhóm năng lực làm chủ và phát triển bản thân:

- Lập được kế hoạch tự học và điều chỉnh, thực hiện kế
hoạch có hiệu quả.
- Tìm kiếm thơng tin về nguyên tắc cấu tạo, hoạt động của
các ứng dụng kĩ thuật.
- Đánh giá được mức độ chính xác nguồn thông tin.
1

Năng lực tự học

- Đặt được câu hỏi về hiện tượng sự vật quanh ta.
- Tóm tắt được nội dung vật lí trọng tâm của văn bản.
- Tóm tắt thông tin bằng sơ đồ tư duy, bản đồ khái niệm,
bảng biểu, sơ đồ khối
- Tự đặt câu hỏi và thiết kế, tiến hành được phương án
thí nghiệm để trả lời cho các câu hỏi đó.
- Đặc biệt quan trọng là năng lực thực nghiệm

2

Năng lực giải

Đặt được những câu hỏi về hiện tượng tự nhiên: Hiện

quyết vấn đề

tượng… diễn ra như nào? Điều kiện diễn ra hiện tượng là

(Đặc biệt quan

gì? Các đại lượng trong hiện tượng tự nhiên có mối quan

trọng là NL giải

hệ với nhau như thế nào? Các dụng cụ có nguyên tắc cấu

quyết vấn đề

tạo và hoạt động như thế nào?

bằng con đường - Đưa ra được cách thức tìm ra câu trả lời cho các câu hỏi
đã đặt ra.
thực nghiệm
hay còn gọi là

- Tiến hành thực hiện các cách thức tìm câu trả lời bằng

NL thực

suy luận lí thuyết hoặc khảo sát thực nghiệm.

nghiệm)

- Khái quát hóa rút ra kết luận từ kết quả thu được.
- Đánh giá độ tin cậy và kết quả thu được.

3

Năng lực sáng
tạo

- Thiết kế được phương án thí nghiệm để kiểm tra giả
thuyết (hoặc dự đốn).

8


- Lựa chọn được phương án thí nghiệm tối ưu.
- Giải được bài tập sáng tạo.
- Lựa chọn được cách thức giải quyết vấn đề một cách tối
ưu.
4

Năng lực tự

-Không có tính đặc thù.

quản lí

Nhóm năng lực về quan hệ xã hội:
- Sử dụng được ngơn ngữ vật lí để mô tả hiện tượng.
- Lập được bảng và mô tả bảng số liệu thực nghiệm.

5

Năng lực giao
tiếp

- Vẽ được đồ thị từ bảng số liệu cho trước
- Vẽ được sơ đồ thí nghiệm.
- Mơ tả được sơ đồ thí nghiệm.

- Đưa ra các lập luận logic, biện chứng.

6

Năng lực hợp
tác

- Tiến hành thí nghiệm theo nhóm.
- Tiến hành thí nghiệm theo các khu vực khác nhau.

Nhóm năng lực cơng cụ
Năng lực sử dụng công
7

nghệ thông tin và
truyền thông

- Sử dụng một số phần mềm chuyên dụng (maple,
proteus, excel, …) để mơ hình hóa q trình vật lí.
- Sử dụng phần mềm mơ phỏng để mơ tả đối tượng
vật lí.
- Sử dụng ngôn ngữ khoa học để diễn tả quy luật
vật lí.

8

Năng lực sử dụng ngơn
ngữ

- Sử dụng bảng biểu, đồ thị để diễn tả quy luật vật

lí.
- Đọc hiểu được đồ thị, bảng biểu.

9

Năng lực tính tốn

- Mơ hình hóa quy luật vật lí bằng các cơng thức
tốn học.
9


- Sử dụng toán học để suy luận từ kiến thức đã biết
ra hệ quả hoặc ra kiến thức mới.
1.2.2. Xây dựng các năng lực chuyên biệt dựa trên đặc thù môn học:
Với cách tiếp cận này, người ta sẽ dựa trên đặc thù nội dung, phương pháp nhận
thức và vai trị của mơn học đối với thực tiễn để đưa ra hệ thống năng lực, có nhiều nước
trên thế giới tiếp cận theo cách này, dưới đây xin đề xuất hệ thống năng lực được phát
triển theo chuẩn năng lực chun biệt mơn Vật lí đối với HS 15 tuổi của Cộng hịa Liên
bang Đức.
Mơn Vật lí giúp hình thành các năng lực sau:
➢ Năng lực giải quyết vấn đề
➢ Năng lực hợp tác
➢ Năng lực thực nghiệm
➢ Năng lực quan sát
➢ Năng lực tự học
➢ Năng lực sáng tạo
Tuy nhiên việc hình thành, phát triển và đánh giá các năng lực này như một chỉnh
thể là việc làm hết sức khó khăn và địi hỏi cần có thời gian. Do đó ta cần tiếp tục chia
nhỏ các năng lực trên thành các năng lực thành phần.

Tiếp theo, ta cần chỉ ra các thao tác liên quan đến từng năng lực thành phần, mà
các thao tác này có thể nhận biết được và đưa ra chỉ bảo rõ ràng về mức độ chất lượng
của từng thao tác. Giống như kĩ năng, chất lượng các thao tác có thể được đánh giá dựa
trên sự thuần thục, tốc độ thực hiện, độ chính xác của thao tác…
Nói tóm lại khi muốn đánh giá một năng lực, ta cần làm rõ nội hàm năng lực đó
bằng cách chỉ ra những kiến thức, kĩ năng và thái độ cần có làm nền tảng cho việc thể
hiện, phát triển năng lực đó, sau đó xây dựng các công cụ đo kiến thức, kĩ năng, thái độ
quen thuộc.
Ví dụ để đánh giá năng lực thực nghiệm, một trong các năng lực quan trọng của
HS trong học tập vật lí, ta cần chỉ ra những thành tố làm nền tảng của năng lực thực
nghiệm được trình bày ở hình 2.
10


Hình 2. Các thành tố của năng lực thực nghiệm.
Khi xây dựng các cơng cụ đánh giá, ta có thể xây dựng công cụ đánh giá từng
thành tố hoặc đồng thời nhiều thành tố của năng lực, tuy nhiên để việc đánh giá được
chính xác và có độ tin cậy cao, ta đánh giá càng ít thành tố càng tốt.
Sau khi phân chia năng lực thành các thành phần như vậy, ta tổng hợp được nhóm
các năng lực thành phần cần phải hình thành và phát triển trong mơn Vật lí nói chung
và ở cấp THPT nói riêng, theo bảng 2.
Bảng 2. Năng lực chun biệt mơn Vật lí.
Nhóm năng lực

Năng lực thành phần trong bộ mơn

thành phần

Vật lí
HS có thể:

-B1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại
lượng, định luật, nguyên lí vật lí cơ bản, các phép đo,

Nhóm NLTP liên quan
đến sử dụng kiến thức
Vật lí

các hằng số vật lí.
-B2: Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật
lí.
-B3: Sử dụng được kiến thức vật lí để thực hiện các
nhiệm vụ học tập,

11


-B4: Vận dụng (giải thích, dự đốn, tính tốn, đề ra giải
pháp, đánh giá giải pháp, …) kiến thức vật lí vào các
tình huống thực tiễn.
HS có thể:
-B1: Đặt ra những câu hỏi về một hiện tượng vật lí.
-B2: Mơ tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ
vật lí và chỉ ra các quy luật vật lí trong hiện tượng đó.
-B3: Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thơng tin từ
các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong học tập
vật lí.
-B4: Vận dụng sự tương tự và các mơ hình để xây dựng
Nhóm NLTP về phương

kiến thức vật lí.

pháp (tập trung vào năng

-B5: Lựa chọn và sử dụng các cơng cụ tốn học phù hợp

lực thực nghiệm và năng

trong học tập vật lí.

lực mơ hình hóa)

-B6: Chỉ ra được điều kiện lí tưởng của hiện tượng vật
lí.
-B7: Đề xuất được giả thuyết, suy ra các hệ quả có thể
kiểm tra được.
-B8: xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến
hành xử lí kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét.
-B9: Biện luận tính đúng đắn của kết quả thí nghiệm và
tính đúng đắn các kết luận được khái quát hóa từ kết
quả thí nghiệm này.
HS có thể

Nhóm NLTP trao đổi
thơng tin

-B1: Trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lí bằng ngơn
ngữ vật lí và các cách diễn tả đặc thù của vật lí.

12

-B2: Phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự
nhiên bằng ngôn ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lí
chun ngành.
-B3: Lựa chọn, đánh giá được các nguồn thơng tin khác
nhau.
-B4: Mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của
các thiết bị kĩ thuật, công nghệ.
-B5: Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập
vật lí của mình (nghe giảng, tìm kiếm thơng tin, thí
nghiệm, làm việc nhóm).
-B6: Trình bày các kết quả từ các hoạt động học tập vật
lí của mình (nghe giảng, tìm kiếm thơng tin, thí nghiệm,
làm việc nhóm) một cách phù hợp.
-B7: Thảo luận được kết quả công việc của mình và
những vấn đề liên quan dưới góc nhìn vật lí.
-B8: Tham gia hoạt động nhóm trong học tập vật lí.
HS có thể
-B1: Xác định được trình độ hiện có về kiến thức, kĩ
năng, thái độ của cá nhân trong học tập vật lí.
-B2: Lập kế hoạch và thực hiện được kế hoạch, điều
chỉnh kế hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ
Nhóm NLTP liên quan
đến cá nhân

bản thân.
-B3: Chỉ ra được vai trò (cơ hội) và hạn chế của các
quan điểm vật lí đối trong các trường hợp cụ thể trong
mơn Vật lí và ngồi mơn Vật lí.
-B4: So sánh và đánh giá được dưới khía cạnh vật lí các

giải pháp kĩ thuật khác nhau về mặt kinh tế, xã hội và
môi trường.

13


-B5: Sử dụng được kiến thức vật lí để đánh giá và cảnh
báo mức độ an tồn của thí nghiệm, của các vấn đề
trong cuộc sống và của các công nghệ hiện đại.
-B6: Nhận ra được ảnh hưởng vật lí lên các mối quan
hệ xã hội và lịch sử.

Để đánh giá và giúp GV phân loại HS, người ta cũng đưa vào bảng phân cấp độ
năng lực thành 3 bậc.
Bảng 3. Cấp bậc các năng lực.
Cấp độ

Nhóm năng lực

I

Năng lực sử

KI Tái

dụng kiến thức

thức:

hiện

II

III

kiến KII Vận dụng kiến KIII Liên
thức:

chuyển

kết
tải

và
kiến

Tái hiện lại được - Xác định và sử thức:
các kiến thức và đối dụng kiến thức vật lí - Vận dụng kiến
tượng vật lí cơ bản

trong tình huống thức
đơn giản
- Sử

trong

tình

huống có phần mới

dụng

phép mẻ

tương tự

- Lựa chọn được
đặc tính phù hợp

Năng lực về
phương
pháp (tập trung
vào năng lực
thực nghiệm và
năng lực mơ
hình hóa)

PI Mơ tả lại các PII Sử
phương

pháp phương

chun biệt
- Áp

dụng

dụng,

các PIII Lựa chọn và vận

pháp dụng các phương

chuyên biệt

pháp chuyên biệt để

mô - Sử dụng các chiến giải quyết vấn đề

tả các phương pháp lược giải bài tập

- Lựa chọn và áp

vật lí, đặc biệt là - Lập kế hoạch và dụng một cách có
phương pháp thực tiến hành thí nghiệm mục đích và liên kết
nghiệm

đơn giản

các phương pháp
chuyên môn, bao

14