BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

ĐỖ KHOA THÚY KHA

PHÁT TRIỂN TƯ DUY VẬT LÝ CHO HỌC SINH THÔNG QUA

PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH

TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

VẬT LÝ LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC

Chuyên ngành lý luận và phƣơng pháp dạy học bộ môn vật lý

Mã số: 62140111

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

TS. PHAN GIA ANH VŨ

PGS.TS. NGUYỄN BẢO HOÀNG THANH

HUẾ, KHÓA 2012 – 2015

1

MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, sự phát triển nhanh của khoa học và công nghệ cùng

với sự bùng nổ thông tin đã làm cho kho tri thức của nhân loại tăng

lên nhanh chóng. Ngoài ra, các phương thức tiếp cận kiến thức ngày

càng trở nên đa dạng và phong phú. Do đó, đổi mới giáo dục là một

yêu cầu cấp bách của thực tiễn đặt ra cho tất cả các nước, trong đó có

Việt Nam.

Đổi mới giáo dục là một trong những vấn đề đã và đang được

Đảng và Nhà nước ta quan tâm một cách sâu sắc. Điều này thể hiện

rõ trong các chủ trương, đường lối chính sách của Đảng và Nhà nước.

Từ các chủ trương, đường lối của Đảng, các chính sách của

Nhà nước, chỉ thị của Ngành cho thấy giáo dục phải chú trọng đến sự

phát triển của cá nhân, khuyến khích ý thức tự lực của người học. Cần

phải dạy HS phương pháp học, phương pháp tư duy và phát triển

năng lực tư duy cho HS. Đồng thời GV cần phải tăng cường ứng

dụng công nghệ thông tin trong đổi mới phương pháp dạy học nhằm

nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học.Và, cần chuyển đổi mục tiêu

kiểm tra đánh giá kết quả học tập của HS theo hướng đánh giá năng

lực người học.

Vật lí học nghiên cứu các vận động cơ bản nhất của vật chất.

Để học tốt môn vật lí HS phải nắm vững hiện tượng vật lí, các nguyên

lý, định luật vật lí; biết cách dự đoán các kết quả của các thí nghiệm

vật lí hoặc các hiện tượng, biết vận dụng linh hoạt các kiến thức đã

học trong các tình huống mới. Nghĩa là nếu học sinh có TDVL tốt, thì

sẽ học tập vật lí hiệu quả hơn. Ngoài ra, trong nghiên cứu vật lí

PPMH là một phương pháp đặc thù. Ngày nay, phương pháp này

được sử dụng một cách đơn giản, dễ trực quan và hiệu quả hơn với sự

hỗ trợ của máy vi tính (MVT). Do đó, sử dụng PPMH với sự hỗ trợ

của MVT trong dạy học vật lí sẽ góp phần nâng cao chất lượng và

hiệu quả dạy học.

Trong bậc THPT, HS nghiên cứu phần cơ học đầu tiên. Các

kiến thức trong phần này hết sức cơ bản và là cơ sở để HS nghiên cứu

các phần khác của vật lí. Vì vậy, phát triển TDVL cho HS khi các em

học phần cơ học là một việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa. Nó

không những giúp cho HS học phần này hiệu quả hơn mà còn trang bị

cho HS năng lực cần thiết để tiếp tục nghiên cứu các phần khác.

2

Vì các lý do trên, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Phát

triển TDVL cho HS trong dạy học cơ học vật lí lớp 10 THPT

thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MVT”.

2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Xây dựng được các biện pháp phát triển TDVL của HS thông

qua PPMH với sự hỗ trợ của MVT

3. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu xây dựng được các biện pháp phát triển TDVL của HS

thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MVT và vận dụng được các biện

pháp đó trong dạy học cơ học vật lí lớp 10 THPT thì sẽ phát triển

được TDVL của HS.

4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

+ Nghiên cứu cơ sở lý luận về TDVL và cơ sở lý luận của việc

sử dụng PPMH trong dạy học vật lí với sự hỗ trợ của MVT

+ Xây dựng các biện pháp phát triển TDVL cho HS thông qua

PPMH với sự hỗ trợ của MVT

+ Xây dựng công cụ đánh giá mức độ TDVL của HS THPT

+ Nghiên cứu thực trạng về TDVL của HS THPT hiện nay và

việc sử dụng PPMH trong dạy học vật lí với sự hỗ trợ của MVT

+ Xây dựng quy trình phát triển TDVL cho HS trong dạy học vật

lí thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MVT và thiết kế một số bài dạy

học thuộc phần “cơ học” theo quy trình này

+ Tiến hành TN sư phạm nhằm kiểm nghiệm giả thuyết và đánh

giá tính khả thi và hiệu quả của đề tài.

5. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

Hoạt động dạy học phần cơ học vật lí lớp 10 THPT bằng PPMH

với sự hỗ trợ của MVT theo hướng phát triển TDVL cho HS.

6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài chỉ nghiên cứu việc phát triển TDVL cho HS thông qua

PPMH trong dạy học cơ học vật lí lớp 10 THPT với sự hỗ trợ của

MVT.

7. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

+ Phương pháp điều tra

+ Phương pháp thực nghiệm sư phạm

+ Phương pháp thống kê toán học

3

8. ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

8.1. Về mặt lí luận

- Làm rõ được khái niệm TDVL, các thao tác TDVL, các biểu

hiện của TDVL của HS THPT, vai trò của PPMH đối với việc phát

triển TDVL cho HS và vai trò hỗ trợ của MVT khi sử dụng PPMH

trong dạy học vật lí

- Xây dựng được các tiêu chuẩn và các tiêu chí để đánh giá một

cách định lượng mức độ TDVL của HS THPT;

- Đề xuất được các biện pháp phát triển TDVL cho HS thông

qua việc sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MVT trong dạy học vật lí ở

trường phổ thông và quy trình phát triển TDVL cho HS thông qua

PPMH với sự hỗ trợ của MVT.

8.2. Về mặt thực tiễn

- Xây dựng và đánh giá được bộ câu hỏi đánh giá định lượng

mức độ TDVL của HS sau khi học phần cơ học vật lí lớp 10 THPT;

- Soạn thảo được hệ thống tiến trình tổ chức hoạt động nhận thức

cho HS và các giáo án tương ứng để phát triển TDVL cho HS thông

qua PPMH với sự hỗ trợ của MVT khi dạy phần cơ học vật lí lớp 10

THPT.

9. CẤU TRÚC LUẬN ÁN

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận

án gồm bốn chương:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc phát triển TDVL

cho HS thông qua việc sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MVT

Chương 3: Tiến trình dạy học phần cơ học theo hướng phát triển

TDVL cho HS thông qua việc sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MVT

Chương 4: Thực nghiệm sư phạm

--------------

4

Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Nghiên cứu về tƣ duy và phát triển tƣ duy trong dạy học nói

chung

1.1.1. Các nghiên cứu ở nƣớc ngoài

Phát triển tư duy là một vấn đề được nhiều nhà giáo dục trên thế

giới quan tâm. Nhiều tác giả đã có các công trình nghiên cứu về vấn

đề này như: Bransford, Sherwood, Vye, Rieser, Cotton, Rahil

Mahyuddin, Zaidatol Akmaliah Lope Pihie, Habibah Elias, Mohd

Majid Konting, Echevarria, Leat, Nagamurali Eragamreddy, …Các

nghiên cứu này đã chỉ ra tầm quan trọng của việc phát triển tư duy

cho HS trong quá trình dạy học. Đồng thời, các nghiên cứu trên cũng

đã chỉ ra các biện pháp, mức độ phát triển tư duy cho HS trong dạy

học và đánh giá năng lực tư duy của HS ở THPT trong độ tuổi 16 –

18 tuổi.

1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nƣớc

Ở phạm vi trong nước, đã có nhiều công trình nghiên cứu về phát

triển tư duy trong dạy học các môn học khác nhau của nhiều tác giả.

Lê Văn Dũng, Cao Cự Giác khẳng định rằng “Phát triển tư duy

không chỉ gắn với việc khơi dậy ở HS những xúc cảm, tình cảm đặc

biệt đối với quá trình và sản phẩm tư duy mà còn liên quan đến sự

hình thành thái độ tư duy đúng đắn như mong muốn sự thật, khao

khát tìm kiếm cái mới, sẵn sàng đón nhận thách thức, tranh luận,... và

tạo lập ở HS niềm tin vào chính mình”. Đồng thời nghiên cứu cũng

đưa ra bốn dấu hiệu đánh giá tư duy phát triển: có khả năng tự lực

chuyển các kiến thức, kĩ năng sang các tình huống mới; tái hiện

nhanh kiến thức, các mối liên hệ cần thiết để giải một bài toán nào đó,

thiết lập nhanh mối quan hệ giữa các sự vật hiện tượng; có khả năng

phát hiện các điểm giống và khác nhau của các hiện tượng và có năng

lực áp dụng kiến thức vào thực tế .

Nguyễn Thanh Hưng, Nguyễn Văn Thuận đã xây dựng được bảy

biện pháp nhằm góp phần rèn luyện và phát triển tư duy biện chứng

cho HS thông qua dạy học hình học ở trường phổ thông.

Các tác giả: Đinh Quang Báo, Đỗ Tiến Đạt, Mai Văn Hưng,

Nguyễn Thành Thi, Trần Kiều, Nguyễn Đức Vũ… cho rằng chuẩn

giáo dục THPT phải có chuẩn về năng lực tư duy nói chung và các

năng lực tư duy chuyên biệt cho từng bộ môn. Các tác giả trên thống

nhất rằng việc phát triển tư duy cho HS là bắt buộc đối với tất cả các

môn học.

5

Có thể nói rằng, các nghiên cứu trong nước đã có sự chú ý đến

việc phát triển tư duy cho HS trong quá trình dạy học, đặc biệt là các

nghiên cứu định hướng cho việc xây dựng chương trình giáo dục phổ

thông sau năm 2015. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào đề xuất một

quy trình cụ thể để phát triển tư duy cho HS và cũng chưa có nghiên

cứu nào xây dựng bộ công cụ đánh giá tư duy của HS ở trường

THPT.

1.2. Nghiên cứu về phát triển tƣ duy trong dạy học vật lý

1.2.1. Các nghiên cứu ở nƣớc ngoài

Đã có một số công trình nghiên cứu về việc phát triển và bồi

dưỡng năng lực tư duy cho HS trong dạy học vật lí. Điển hình là các

nghiên của các nhóm tác giả Vincent P. Coletta, Jeffrey A. Phillips,

Jeff Steinert; Munir Khan, Muhammad Naseer Ud Din, Adriana

Popescu, James Morgan. Kết quả của các nghiên cứu trên cho phép

kết luận rằng: có thể rèn luyện để phát triển tư duy cho HS và trong

quá trình dạy học vật lí cần chú trọng hơn nữa việc phát triển tư duy

cho HS.

1.2.2. Các nghiên cứu trong nƣớc

Tác giả Vũ Đào Chỉnh đã hệ thống hóa cơ sở lí luận về tư duy và

phát triển tư duy của HS, chỉ ra một số dấu hiệu của tư duy phát triển

và sáng tạo, trong đó chỉ rõ năng lực tư duy thể hiện ở kết quả của các

thao tác tư duy (phân tích, tổng hợp, trừu tượng hóa, cụ thể hóa, khái

quát hóa, các suy diễn và hình thành các khái niệm vật lí); sự di

chuyển kiến thức mới, áp dụng các phương pháp cách thức hoạt động

trí tuệ đã thu nhận được vào các đối tượng và quá trình mới; sự tổ

chức các hoạt động nhận thức vật lí; tính động của tư duy; tính mềm

dẻo của tư duy và áp dụng kiến thức vào thực tế.

1.3. Nghiên cứu về việc sử dụngPPMH trong dạy học vật lí

1.3.1. Các nghiên cứu ở nƣớc ngoài

David Hestenes và các cộng sự đã đề xuất quy trình dạy học

bằng PPMH gồm hai giai đoạn: phát triển mô hình và ứng dụng mô

hình. Trong đó giai đoạn phát triển mô hình được thực hiện thông qua

bốn bước: mô tả đối tượng, xây dựng mô hình, suy ra hệ quả và xác

nhận mô hình. Đồng thời các nghiên cứu trên cũng mô tả cách áp

dụng mô hình vào giảng dạy thực tế trên lớp học để phát triển năng

lực giải quyết vấn đề và hiệu quả của việc sử dụng PPMH trong dạy

học phần cơ học.

6

1.3.2. Các nghiên cứu trong nƣớc

Trịnh Thị Hải Yến đã trình bày cơ sở lý luận của việc sử dụng

PPMH trong dạy học vật lí ở trường THPT. Nghiên cứu này đã đi sâu

phân tích, làm rõ khái niệm, chức năng, tính chất, phân loại mô hình,

PPMH trong dạy học vật lí. Tác giả cũng chỉ ra PPMH có thể được áp

dụng ở năm mức độ và đề xuất quy trình bốn giai đoạn của PPMH

ứng với hai loại mô hình quan trọng có tác dụng lớn trong nghiên cứu

và học tập vật lí là mô hình biểu tượng và mô hình đồ thị.

Trong đề tài này, chúng tôi sẽ tiến hành:

1. Nghiên cứu, làm rõ khái niệm TDVL, các biểu hiện của

TDVL của HS, đề xuất cách đánh giá TDVL của HS THPT và xây

dựng bộ công cụ để đánh giá định lượng TDVL của HS THPT,

2. nghiên cứu về PPMH trong dạy học vật lí và vai trò, khả

năng của PPMH trong việc phát triển TDVL của HS ở trường THPT,

3. nghiên cứu những khó khăn có thể gặp khi sử dụng PPMH

trong dạy học và tìm cách khắc phục các khó khăn đó với sự hỗ trợ

của MVT,

4. xây dựng các biện pháp và quy trình phát triển TDVL cho

HS trong dạy học vật lí thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MVT,

5. áp dụng quy trình để xây dựng các bản thiết kế bài dạy học

thuộc phần cơ học vật lí lớp 10 THPT nhằm phát triển TDVL cho HS,

6. tổ chức TNSP để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của đề tài.

---------- ---------

7

Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC

PHÁT TRIỂN TƢ DUY VẬT LÍ CHO HỌC SINH THÔNG

QUA VIỆC SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ

TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH

2.1. Tƣ duy vật lí

2.1.1. Khái niệm

TDVL là các hành động trí tuệ khi nghiên cứu vật lí bao gồm

việc quan sát có chủ đích các hiện tượng vật lí, phân tích một hiện

tượng vật lí phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa

chúng có những mối quan hệ và những sự phụ thuộc xác định, tìm ra

mối quan hệ định tính và định lượng của các hiện tượng và đại lượng

vật lí, dự đoán các hệ quả mới từ các thuyết vật lí và vận dụng những

kiến thức vật lí khái quát thu được vào thực tiễn.

2.1.2. Các hoạt động TDVL

Các hoạt động TDVL được tiến hành nhờ sử dụng các thao tác tư

duy cơ bản là: Phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu

tượng hóa; các thao tác này được sử dụng và kết hợp phù hợp với đặc

thù của môn vật lí tạo thành các hoạt động TDVL bao gồm: xây dựng

giả thuyết, thiết kế phương án thí nghiệm, mô hình hóa và làm việc

với mô hình.

Xây dựng giả thuyết là hoạt động TDVL, trong đó phối hợp

các thao tác tư duy cơ bản để đưa ra một phán đoán có thể dùng để

giải thích nguyên nhân của các hiện tượng xảy ra đối với đối tượng

nghiên cứu mà ta chưa có đủ cơ sở khoa học để giải thích.

Thiết kế phương án thí nghiệm là hoạt động TDVL, trong

đó phối hợp các thao tác tư duy cơ bản hình dung ra phương án có

thể tiến hành thí nghiệm nhằm khẳng định hoặc bác bỏ một nhận

định nào đó.

Mô hình hóa là hoạt động TDVL, phối hợp các thao tác tư

duy để xây dựng một đối tượng thay thế cho đối tượng nghiên cứu có

đầy đủ các tính chất và các mối quan hệ với các đối tượng cần thiết

xung quanh.

Làm việc với mô hình là hoạt động TDVL sử dụng các thao

tác tư duy cơ bản để thực hiện các suy luận, phân tích, tính toán, phán

đoán,… trên các mô hình để rút ra các kết luận khoa học.

2.1.3. Các biểu hiện cơ bản của TDVL

Các biểu hiện cơ bản của TDVL bao gồm: (1) nhận biết các

định luật vật lí chi phối hiện tượng quan sát; (2) phân tích được sự chi

8

phối của các định luật vật lí đến hiện tượng quan sát; (3) xác lập được

mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng vật lí dùng để đo lường

những thuộc tính bản chất của sự vật hiện tượng; (4) mô hình hóa các

sự vật hiện tượng; (5) xây dựng các giả thuyết từ các sự vật hiện

tượng; (6) dự đoán các hệ quả từ các giả thuyết khoa học; (7) thiết kế

phương án thí nghiệm để kiểm tra một nhận định và (9) áp dụng

những kiến thức khái quát thu được vào thực tiễn.

2.1.4. Đánh giá mức độ TDVL

Mức độ TDVL của HS được đánh giá thông qua ba tiêu

chuẩn với 10 tiêu chí cụ thể. Căn cứ vào mức độ phức tạp của việc

phối hợp các thao tác TDVL mà mỗi tiêu chí được đánh giá thông qua

ba mức độ . Tiêu

chuẩn

Tiêu chí Mức độ

Tiêu

chuẩn

1: Thực

hiện

các

hành

động

nghiên

cứu vật

lí

Tiêu chí 1: Biết

cách sử dụng

các dụng cụ thí

nghiệm cơ bản

dùng trong

nghiên cứu vật lí

(1): Biết cách sử dụng các dụng cụ đo lường

cơ bản

(2): Biết cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm

cơ bản

(3): Biết cách sử dụng các dụng cụ đơn giản

để thiết kế các phương án thí nghiệm khả thi

Tiêu chí 2: Mô

hình hóa được

sự vật, hiện

tượng dưới dạng

các mô hình lý

thuyết

(1): Nhận biết sự phù hợp của một mô hình

đối với đối tượng nghiên cứu.

(2): Chỉ ra được đặc điểm không phù hợp giữa

mô hình cho sẵn và đối tượng nghiên cứu.

(3): Mô hình hóa được đối tượng nghiên cứu

dưới dạng mô hình đồ thị hoặc mô hình toán

học.

Tiêu chí 3: Xây

dựng được các

giả thuyết từ các

sự vật hiện

tượng

(1): Nhận ra được giả thuyết hợp lí trong các

giải thuyết đã cho về một sự vật hiện tượng

nào đó.

(2): Chỉ ra được chỗ bất hợp lí của một giả

thuyết.

(3): Xây dựng được giả thuyết phù hợp.

Tiêu chí 4: Suy

ra được các hệ

quả từ các giả

thuyết

(1): Nhận biết hệ quả hợp lí của giả thuyết

trong các hệ quả cho trước.

(2): Chỉ ra những điểm bất hợp lí trong một hệ

quả đã cho

(3):Phát biểu hệ quả hợp lí cho một giả thuyết

Tiêu

chuẩn

Tiêu chí 5: Sử

dụng chính xác

(1): Hiểu đúng các khái niệm và thuật ngữ vật

lí

9

2: Hiểu

và sử

dụng

ngôn

ngữ

vật lí

các khái niệm,

thuật ngữ vật lí

(2): Phát hiện được các trường hợp sử dụng

sai thuật ngữ, khái niệm vật lí

(2): Sử dụng chính xác các thuật ngữ, khái

niệm vật lí

Tiêu chí 6: Diễn

đạt thành lời các

công thức vật lí

và diễn đạt được

mối quan hệ

nhân quả trong

các công thức đó

(1): Diễn đạt được mối quan hệ định tính giữa

các đại lượng vật lí

(2): Diễn đạt được mối quan hệ định lượng

giữa các đại lượng vật lí trong công thức vật lí

(3): Diễn đạt được mối quan hệ nhân quả giữa

các đại lượng vật lí trong mỗi công thức vật lí

Tiêu

chuẩn

3: Ứng

dụng

các

kiến

thức

vật lí

trong

các

tình

huống

mới

Tiêu chí 7: Phân

tích được sự chi

phối của các

định luật vật lí

đến hiện tượng

đang quan sát

(1): Nhận biết được các định luật chi phối hiện

tượng đang khảo sát

(2): Chỉ ra được các biểu hiện cụ thể của các

khái niệm, định luật vật lí trong thực tế

(3): Phân tích được sự chi phối của các định

luật vật lí đến hiện tượng đang khảo sát

Tiêu chí 8: Tiên

đoán được kết

quả của các thí

nghiệm dựa trên

các thuyết, định

luật vật lí đã biết

(1): Tiên đoán được sự phụ thuộc của các đại

lượng vật lý mô tả thuộc tính bản chất của sự

vật hiện tượng vào các yếu tố tác động

(2): Tiên đoán được kết quả của các thí

nghiệm chỉ chịu sự chi phối của một định luật

hay thuyết vật lí đang xét

(3): Tiên đoán được kết quả của các thí

nghiệm mới chịu sự chi phối của nhiều định

luật hay thuyết vật lí

Tiêu chí 9: Áp

dụng được các

công thức vật lí

trong các tình

huống cụ thể

(1): Áp dụng đúng công thức vật lý trong các

tình huống cụ thể

(2): Nhận biết được giới hạn áp dụng của các

định luật, công thức vật lí

(3): Nhận biết được tính hợp lý hoặc bất hợp

lý của các kết quả tính toán được

Tiêu chí 10: Nhận biết những

sai lầm trong lập

luận khi sử dụng

các định luật vật

lí không hợp lý

(1): Nhận biết những sai lầm trong việc áp

dụng công thức vật lí

(2): Nhận biết những sai lầm khi áp dụng sai

giới hạn của các định luật vật lí

(3): Nhận biết điểm không logic trong suy

luận từ việc áp dụng các định luật vật lí đến

kết quả

10

2.2. Phƣơng pháp mô hình

2.2.1. Các mức độ sử dụng PPMH trong dạy học vật lí Căn cứ vào khả năng tham gia của HS vào các giai đoạn của PPMH, có thể sử dụng PPMH trong dạy học ở bốn mức độ

Mức độ 1: HS làm quen với PPMH: GV giới thiệu trình tự các bước của PPMH mà các nhà khoa học đã sử dụng để nghiên cứu các kiến thức. HS hình dung được cách các nhà khoa học tiến hành để xây dựng một kiến thức mới. HS hiểu như thế nào là PPMH và các giai đoạn cần thực hiện khi sử dụng PPMH vào nghiên cứu khoa học.

Mức độ 2: HS tham gia vào một số giai đoạn của PPMH: GV có thể tổ chức cho HS tham gia vào một số giai đoạn của PPMH. Các giai đoạn quan trọng nhất mà GV cần tập dượt cho HS cách làm việc với PPMH là giai đoạn xây dựng mô hình hoặc giai đoạn làm việc với mô hình để suy ra hệ quả lý thuyết.

Mức độ 3: HS tham gia vào tất cả các giai đoạn của PPMH dưới sự hướng dẫn của GV: HS tham gia vào tất cả các giai đoạn của PPMH dưới sự hướng dẫn của GV. Khi đó, HS nắm vững tính năng của mô hình và biết cách sử dụng mô hình để giải quyết nhiệm vụ nhận thức.

Mức độ 4: HS tự lực thực hiện các giai đoạn của PPMH: Khi HS đã quen thuộc với PPMH GV có thể lựa chọn những kiến thức phù hợp để cho HS tự lực thực hiện các giai đoạn của PPMH để giải quyết nhiệm vụ học tập. 2.2.2. Sự hỗ trợ của MVT đối với PPMH

MVT có thể hỗ trợ cho tất cả các giai đoạn của PPMH, ở giai đoạn nghiên cứu tính chất của đối tượng gốc và giai đoạn xác nhận mô hình, nếu không thể tiến hành các thí nghiệm thực trong lớp học ta có thể dùng MVT để trình chiếu các đoạn phim quay lại cách tiến hành thí nghiệm và kết quả của nó hoặc chiếu các đoạn phim quay lại các sự vật hiện tượng phù hợp để HS quan sát. Trong giai đoạn xây dựng mô hình, MVT có thể dùng để mô phỏng các mô hình nhằm trực quan hóa chúng, điều này giúp HS nhận thấy các sai sót trong mô hình để điều chỉnh và giúp HS dễ dàng thực hiện các thí nghiệm tưởng tượng trong giai đoạn làm việc với mô hình. Ở giai đoạn làm việc với mô hình, MVT có thể giúp chúng ta xây dựng các mô hình ảo và thực hiện các thí nghiệm ảo trên đó. Việc làm này giúp cho HS quan sát trực quan mô hình và có các tác động cụ thể lên mô hình để xem các kết quả tương ứng, đồng thời nó cũng giúp GV có thể hỗ trợ và điều chỉnh các hoạt động của HS nếu cần.

11

2.2.3. Các biện pháp phát triển TDVL cho HS thông qua việc

sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MVT

Tạo điều kiện cho HS tham gia tích cực vào các giai đoạn

của PPMH: PPMH là một phương pháp đặc thù trong nghiên cứu

vật lí, hầu hết các thao tác TDVL được phát triển khi sử dụng phương

pháp này. Do đó, biện pháp tốt nhất để phát triển TDVL cho HS là

tạo điều kiện để HS tham gia tích cực vào các giai đoạn của PPMH

trong dạy học. Khi tham gia các hoạt động mà GV tổ chức theo

PPMH, HS sẽ hình thành và phát triển TDVL. Các thao tác TDVL có

thể phát triển được nhờ biện pháp này là: so sánh, phân tích, tổng

hợp, khái quát hóa và trừu tượng hóa. GV cũng cần phải chú ý đến

khả năng TDVL của HS để thiết kế các hoạt động phù hợp. Trong

giai đoạn đầu, GV không nên yêu cầu HS tự lực tham gia tất cả các

giai đoạn của PPMH, cần cho HS từng bước làm quen với phương

pháp này. Sau đó có thể cho HS tham gia với các hướng dẫn, gợi ý cụ

thể.

Tăng cƣờng cho HS áp dụng mô hình trong các tình

huống mới: Trong dạy học với PPMH, GV không nên chỉ dừng lại ở

giai đoạn xác nhận mô hình. Đối với HS, việc áp dụng được mô hình

trong các tình huống mới đôi khi còn quan trọng hơn việc xây dựng

và xác nhận được mô hình. Sau khi mô hình được xác nhận GV có

thể đưa ra các nhiệm vụ học tập trong đó HS có thể áp dụng các mô

hình vừa xác nhận để giải quyết nhiệm vụ. Hoạt động này vừa có tác

dụng củng cố kiến thức vừa có tác dụng phát triển TDVL cho HS.

Nếu có thể, GV nên tổ chức cho HS áp dụng mô hình vừa xác nhận

vào trong các tình huống thật trong cuộc sống. Ở giai đoạn này, GV

có thể cho HS áp dụng mô hình ở hai mức độ. (1), mức độ cơ bản:

chỉ cần áp dụng các mô hình đã được xác nhận vào trong một tình

huống mới để tìm ra kết quả hoặc giải thích một hiện tượng vật lí nào

đó. (2), mức độ cao: HS vận dụng cả PPMH trong một tình huống

mới để tìm ra kết quả, nghĩa là HS phải thực hiện tất cả các giai đoạn

của PPMH từ việc nghiên cứu đối tượng gốc, xây dựng mô hình đến

làm việc với mô hình để suy ra kết quả.

Tạo điều kiện cho HS sử dụng MVT để xây dựng mô

hình hoặc thiết kế các thí nghiệm mô phỏng: Nhờ vào MVT, ngày

nay con người có thể làm được rất nhiều điều tưởng như không thể.

Đối với dạy học vật lí, MVT cũng càng ngày càng tỏ ra hữu dụng

hơn. Ngoài chức năng trình diễn các hình ảnh, các đoạn phim cho HS

12

quan sát, MVT còn có thể giúp chúng ta mô phỏng các mô hình, tiến

hành các thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng trên đó. Nếu HS biết

cách sử dụng MVT để mô phỏng các mô hình mà mình xây dựng và

tiến hành các thí nghiệm trên các mô hình đó thì các em sẽ tiến bộ

vượt bậc trong TDVL.

2.3. Quy trình phát triển TDVL cho HS thông qua PPMH với sự

hỗ trợ của MVT

đúng

sai

1. Lựa chọn kiến thức

2. Xác định mức độ sử dụng PPMH

5. Thiết kế bài dạy học

6. Tổ chức HĐNT

Nghiên cứu đối tượng gốc

Xây dựng mô hình

Làm việc trên mô hình

Xác nhận mô hình 7. Đánh giá

4. Xác định các thao tác TDVL cần phát triển

cho HS trong từng giai đoạn của PPMH

TN kiểm tra

13

2.4. Thực trạng về TDVL của HS và việc sử dụng PPMH với sự

hỗ trợ của MVT ở trƣờng THPT hiện nay

Kết quả khảo sát về TDVL của HS THPT ở địa bàn tỉnh

Quảng Ngãi và Thành phố Huế cho thấy TDVL của HS còn tương đối

thấp, các biểu hiện của TDVL của HS phát triển chưa đồng đều. Đa

số các mặt trong TDVL của HS còn phát triển chậm, đặc biệt một số

mặt trong TDVL của HS là khá thấp so với các mặt khác.

Hầu như GV không sử dụng PPMH trong dạy học vật lí ở

trường THPT hoặc nếu có sử dụng thì hiệu quả chưa cao.

Cả GV và HS đều cho rằng MVT là một phương tiện dạy học

quan trọng. Tuy nhiên, hiện nay GV chưa sử dụng MVT thường

xuyên trong dạy học và chỉ sử dụng MVT để trình chiếu mà thôi.

---------- ---------

14

Chƣơng 3: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC PHẦN CƠ HỌC VẬT LÍ

LỚP 10 THPT THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN TƢ DUY VẬT LÍ

CHO HỌC SINH THÔNG QUA VIỆC SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP

MÔ HÌNH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH 3.1. Đặc điểm phần “Cơ học” chƣơng trình vật lí lớp 10 THPT

Một số nội dung của phần cơ học lớp 10 đã được nghiên cứu

trong chương trình vật lí ở THCS và đa phần là rất gần gũi với cuộc

sống hàng ngày. Do đó GV nên khai thác những hiểu biết vốn có của

HS trong quá trình dạy học. Trong phần cơ học có nhiều khái niệm

được xây dựng như các mô hình biểu tượng như vận tốc, gia tốc, độ

dời, các loại chuyển động, các loại lực… đây là một thuận lợi cho

GV khi áp dụng PPMH trong dạy học vật lí.

Trong phần cơ học, các kiến thức được xây dựng theo con

đường thực nghiệm. Khi sử dụng PPMH, sau khi các mô hình được

xây dựng và sử dụng, GV cần tổ chức cho HS xác nhận mô hình.

Ngoài ra, phần cơ học có khá nhiều kiến thức liên quan đến các mô

hình toán học và mô hình đồ thị. Đây là một điều thuận lợi cho GV

khi áp dụng PPMH vào dạy học.

3.2. Xây dựng công cụ đo mức độ TDVL của HS lớp 10

3.2.1. Nguyên tắc xây dựng bộ công cụ

Bộ công cụ đo mức độ TDVL của HS phải có tính toàn diện

nghĩa là phải đánh giá được tất cả các biểu hiện của TDVL của HS

theo các tiêu chuẩn và các tiêu chí đã đề xuất.

Bộ công cụ đo mức độ TDVL của HS phải có tính định

lượng.. Điều này giúp cho người nghiên cứu dễ dàng phân tích kết

quả thu được từ việc đánh giá, đồng thời người nghiên cứu cũng dễ

dàng so sánh kết quả đánh giá của các HS khác nhau hoặc của cùng

một HS ở vào các thời điểm khác nhau.

Bộ công cụ đo mức độ TDVL của HS phải có tính khách

quan, nghĩa là không phụ thuộc vào người sử dụng.

Bộ công cụ đo mức độ TDVL của HS phải có tính phù hợp

với trình độ của HS. Các câu hỏi phải có nội dung nằm trong phạm vi

kiến thức mà HS đã được học, các yêu cầu về thực hành phải nằm

trong phạm vi quen thuộc đối với HS, các dụng cụ thí nghiệm được

sử dụng phải là những dụng cụ học sinh đã từng sử dụng hoặc được

tiếp xúc trong chương trình học trước đó.

Bộ công cụ đo mức độ TDVL của HS phải có độ giá trị, độ

tin cậy và độ khó nằm trong giới hạn phù hợp.

15

3.2.2. Một số câu hỏi đánh giá mức độ TDVL của HS

Câu 1: Thể tích của cột chất lỏng trong hình bên là:

a. 6.6ml b. 6.9 ml

c. 7.0ml d. 7.2 ml

Mục tiêu: đánh giá kĩ năng đọc kết

quả đo thể tích chất lỏng của HS. Đo

thể tích chất lỏng là một kĩ năng thực

hành mà HS phải có được từ cấp

THCS. Câu hỏi này ở mức độ 1, mức độ đơn giản nhất của tiêu chí 1.

Câu 2: Để mô tả chuyển động của dòng xe cộ trong thành

phố lúc tan tầm ta có thể xem mỗi phương tiện là

a. một điểm chuyển động hỗn loạn.

b. một điểm chuyển động thành dòng liên tục.

c. một điểm chuyển động thành dòng gián đoạn.

d. một quả cầu chuyển động thành dòng gián đoạn

Mục tiêu của các câu hỏi 2: Đo mức độ 1 của tiêu chí 2, đánh

giá kỹ năng nhận biết mô hình nào thích hợp nhất đối với một đối

tượng gốc.

Câu 3: Khi cho một vật nhiễm điện dương tiếp xúc với một

vật chưa nhiễm điện, vật chưa nhiễm điện sẽ trở thành nhiễm điện

dương. Giả sử các nhận định sau đây là đúng, nhận định nào không

giúp chúng ta giải thích được hiện tượng trên?

a. “Chất điện” từ vật nhiễm điện truyền qua vật chưa nhiễm

điện.

b. Các “hạt mang điện” từ vật nhiễm điện truyền qua vật chưa

nhiễm điện.

c. Các electron từ vật chưa nhiễm điện truyền qua vật nhiễm

điện dương.

d. Sự nhiễm điện là do sự thừa hay thiếu electron gây ra.

Mục tiêu của các câu hỏi 3 là đo mức độ 2 của tiêu chí 3,

đánh giá kĩ năng nhận biết điểm bất hợp lí của một giả thuyết dùng để

giải thích một sự vật hiện tượng.

Câu 4: Trong các hệ quả sau đây, hệ quả nào không thể được

rút ra từ nhận định “Lực ma sát trượt phụ thuộc vào mặt tiếp xúc”?

a. Diện tích mặt tiếp xúc thay đổi thì độ lớn của lực ma sát

trượt sẽ thay đổi.

b. Thay đổi bản chất của mặt tiếp xúc thì độ lớn của lực ma

sát trượt thay đổi.

16

c. Tăng khối lượng của vật thì lực ma sát tăng.

d. Mặt tiếp xúc càng nhám thì lực ma sát trượt càng tăng.

Mục tiêu của câu hỏi 4 là đo mức độ 2 của tiêu chí 4, đánh

giá kỹ năng nhận biết điểm bất hợp lí của một hệ quả đối với một giả

thuyết.

3.2.3. Đánh giá bộ công cụ

Sau khi xây dựng, bộ công cụ được thử nghiệm 3 vòng. Kết

quả làm bài của HS được xử lý bằng phần mềm SPSS 16.0 và phần

mềm Quest để đánh giá bộ câu hỏi, những câu hỏi không phù hợp với

mô hình Rasch về sự phù hợp giữa câu hỏi và TDVL của HS được

thay bằng các câu hỏi khác hoặc loại bỏ. Qua hai vòng thử nghiệm,

bộ câu hỏi được tinh chỉnh lại còn 60 câu hỏi trắc nghiệm khách quan

4 lựa chọn có thể đáp ứng được tất cả các tiêu chí đánh giá TDVL của

HS. Kết quả đánh giá sau khi thử nghiệm vòng 3 cho thấy, số liệu

thực nghiệm có giá trị Infit Mean Square bằng 1,0 và giá trị kỳ vọng t

bằng - 0,08 chứng tỏ số liệu nghiên cứu phù hợp với mô hình Rasch.

Công cụ dùng để đánh giá mức độ TDVL của HS lớp 10 có độ tin cậy

cao, có thể áp dụng để đánh giá mức độ TDVL của HS. Kết quả phân

tích không chỉ cho thấy sự phù hợp của phiếu hỏi mà còn đánh giá

được sự phù hợp của từng câu hỏi được thiết kế với vấn đề nghiên

cứu. Và tất cả các câu hỏi trong phiếu hỏi đều có giá trị trung bình

bình phương độ phù hợp INFIT MNSQ nằm trong khoảng 0,91 đến

1,1 nghĩa là đều phù hợp với vấn đề nghiên cứu. Độ khó của các câu

hỏi trong phiếu hỏi nằm trong giới hạn từ 0.3 đến 0.7, điều này cho

thấy bộ câu hỏi có độ khó phù hợp và hoàn toàn có thể dùng để đánh

giá mức độ TDVL của HS.

3.3. Phát triển TDVL cho HS thông qua việc sử dụng PPMH với

sự hỗ trợ của MVT khi dạy học một số kiến thức phần cơ học Vật

lí lớp 10 THPT

Việc phát triển TDVL cho HS được tiến hành theo quy trình

ở mục 2.3. Ở đây, chúng tôi trình bày tóm tắt một ví dụ áp dụng quy

trình trên để phát triển TDVL cho HS khi dạy học bài “Hệ quy chiếu

chuyển động có gia tốc - lực quán tính”. Các bước lựa chọn kiến

thức, mức độ sử dụng PPMH, xác định khả năng hỗ trợ của MVT và

các thao tác TDVL cần rèn luyện cho HS, thiết kế bài dạy học đã

được trình bày cụ thể trong phần chính văn của luận án. Ở đây tập

trung vào bước quan trọng nhất của quy trình là tổ chức hoạt động

nhận thức cho HS.

17

Giai đoạn 1: Nghiên cứu đối tượng gốc. GV cho HS xem một

đoạn phim về một ô tô đang chuyển động thẳng đều, người ngồi trên

xe đang ở trạng thái đứng yên. GV dừng phim và hỏi: Nếu ô tô được

phanh gấp thì hiện tượng gì sẽ xảy ra? Sau khi HS trả lời, GV cho HS

xem tiếp đoạn phim thấy người bị ngã về phía trước. Sau đó, GV cho

HS quan sát thí nghiệm: đặt viên bi trên xe lăn, cho xe lăn chuyển

động thẳng đều, yêu cầu HS nhận xét trạng thái chuyển động của bi.

Tiếp tục cho HS dự đoán hiện tượng xảy ra khi xe lăn chuyển động

nhanh dần đều. Sau khi HS dự đoán, GV biểu diễn thí nghiệm cho HS

quan sát. Giáo viên giới thiệu khái niệm hệ quy chiếu quán tính và hệ

quy chiếu phi quán tính và yêu cầu HS nhận xét sự khác nhau về

trạng thái chuyển động của các vật trong hai loại hệ quy chiếu này.

Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình. Ở giai đoạn này, GV có thể

hướng dẫn HS xây dựng mô hình lực quán tính. Nội dung của mô

hình này như sau: “Chuyển động của một vật ở trong hệ quy chiếu

phi quán sẽ tương tự với chuyển động như khi nó ở trong hệ quy

chiếu quán tính nhưng chịu thêm tác dụng một lực mới. Lực này được

gọi là lực quán tính”. GV đặt câu hỏi cho HS: nguyên nhân nào làm

cho vật chuyển động có gia tốc? Sau đó yêu cầu HS xây dựng mô

hình để giải thích hiện tượng vật m chuyển động có gia tốc khi xe lăn

tăng tốc. GV có thể gợi ý bằng mô hình có một lực xuất hiện tác dụng

lên vật khi xe lăn chuyển động và yêu cầu HS nhận xét và hoàn chỉnh

mô hình đó. HS có thể chỉ ra được nếu xe lăn chuyển động thẳng đều

thì hoàn toàn không xuất hiện lực tác dụng làm vật m chuyển động.

Vậy mô hình này chưa phù hợp, HS có thể hoàn thiện và phát biểu

mô hình.

Giai đoạn 3: Làm việc với mô hình lực quán tính, suy ra đặc

điểm của nó. Yêu cầu HS làm thí nghiệm tưởng tượng: vật m có thể

chuyển động không ma sát trên xe lăn M, cho M chuyển động với gia

tốc aM, xác định phương, chiều và độ lớn của gia tốc của m trong hệ

quy chiếu gắn với mặt đất và hệ quy chiếu gắn với M. HS chỉ ra được

gia tốc của m trong hệ quy chiếu gắn với M. Từ đó có kết luận về

phương chiều của lực quán tính. GV có thể gợi ý để HS tìm ra độ lớn

am của vật m trong hệ quy chiếu gắn với M để xác định độ lớn của lực

quán tính.

18

Giai đoạn 4: Xác nhận mô hình. GV có thể yêu cầu HS

thiết kế thí nghiệm khả thi để xác nhận mô hình. Hoặc GV có

thể đề xuất một phương án thí nghiệm như hình vẽ. Điều chỉnh

khối lượng của các quả nặng để hệ thống đứng yên, đọc số chỉ

của lực kế; sau đó điều chỉnh khối lượng của các quả nặng để

hệ thống chuyển động có gia tốc, đọc số chỉ của lực kế và xác

định độ lớn của lực quán tính. Nếu chuyển động của các vật là

quá nhanh không đủ thời gian để quan sát, GV có thể quay

phim thí nghiệm này để chiếu cho HS xem và dừng lại ở

những thời điểm cần thiết để HS có thể đọc số chỉ của lực kế.

Kết quả thí nghiệm cho phép xác nhận lực quán tính cùng phương,

ngược chiều với gia tốc của hệ quy chiếu và có độ lớn F=ma.

---------- ---------

19

Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM

4.1. Thực nghiệm sƣ phạm vòng 1

4.1.1. Mục đích

Đánh giá tính hợp lí của các biện pháp phát triển TDVL; đánh giá

mức độ hợp lí của quy trình phát triển TDVL; đánh giá mức độ hợp lí

của việc áp dụng quy trình phát triển TDVL khi dạy học một số kiến

thức thuộc phần cơ học Vật lí lớp 10 THPT và rút kinh nghiệm, hoàn

thành việc chuẩn bị để tiến hành TN vòng hai một cách thành công.

4.1.2.Kết quả thực nghiệm sƣ phạm

Nhìn chung, quá trình TN sư phạm vòng 1 diễn ra suôn sẽ, các

giờ học thuận lợi, không có tình huống bất lợi xảy ra. Thái độ hợp tác

giữa GV và HS rất tốt, giờ học sôi nổi, HS hứng thú và tích cực tham

gia vào các hoạt động được thiết kế. Giáo viên đánh giá cao quy trình

tổ chức hoạt động nhận thức cho HS được xây dựng.

Các biện pháp đã xây dựng tỏ ra có hiệu quả trong việc rèn luyện

các thao tác TDVL cho HS. Việc áp dụng các biện pháp nêu trên

cũng giúp cho việc hình thành các kiến thức sinh động hơn, HS có

thái độ hợp tác tích cực và khá hứng thú trong giờ học. Các bước của

quy trình phát triển TDVL cho HS phù hợp với quá trình nhận thức

của HS và logic hình thành kiến thức của bài học. Theo đánh giá của

GV, các biện pháp phát triển TDVL và quy trình nêu trên là đơn

giản, dễ thực hiện và có thể áp dụng tốt trong điều kiện dạy học ở

trường phổ thông hiện nay. Hình thức và nội dung của các bài dạy

học được thiết kế theo quy trình phù hợp với quy trình và thuận lợi

cho việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong giờ học. Việc áp

dụng các bản thiết kế bài dạy học vào điều kiện thực tế và cơ sở vật

chất của các trường THPT hiện nay là khả thi và có thể triển khai ở

tất cả các lớp học. Sau một thời gian sử dụng PPMH với sự hỗ trợ

của MVT theo quy trình đã đề xuất, TDVL của HS có sự phát triển.

HS tham gia tích cực hơn vào các hoạt động nhận thức được GV tổ

chức. Các câu hỏi đòi hỏi phải thực hiện các thao tác TDVL mới có

thể trả lời được đã được HS trả lời một cách nhanh chóng và chính

xác, chứng tỏ HS đã có thể thực hiện thành thạo các thao tác TDVL

và biết cách tư duy để có thể giải quyết nhiệm vụ học tập.

4.2. Thực nghiệm sƣ phạm vòng 2

4.2.1. Mục đích

Mục đích của TN là kiểm nghiệm giả thuyết khoa học của đề

tài, cụ thể là: Nếu xây dựng được các biện pháp phát triển TDVL cho

20

HS thông qua PPMH và sử dụng chúng trong dạy học phần cơ học

thì sẽ phát triển được TDVL cho HS.

4.2.2.Kết quả thực nghiệm sƣ phạm

Kết quả quan sát giờ học

Ở các lớp TN, thời gian phân phối cho các hoạt động nhận

thức của HS là phù hợp, quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho

HS để hình thành các kiến thức mới diễn ra thuận lợi, hợp lí. Không

khí lớp học sôi nổi, HS tham gia tích cực vào các hoạt động nhận

thức được GV tổ chức. Các biểu hiện cơ bản của TDVL của HS ở các

tiết học sau dễ quan sát hơn đối với các tiết học đầu. Điều này chứng

tỏ trong quá trình TN, TDVL của HS ở các lớp TN đã có sự phát

triển. Ở các lớp ĐC, không khí học tập diễn ra ít sôi nổi hơn, các hoạt

động nhận thức mà GV tổ chức chưa phát huy được tính tích cực của

HS. Phần lớn HS còn thụ động nên không quan sát được rõ mức độ

hiểu bài của HS. Đồng thời, biểu hiện về TDVL của HS ở các lớp

này không có sự thay đổi.

Kết quả kiểm tra

Trước và sau khi dạy TN, cả hai nhóm TN và ĐC đều được làm một bài

kiểm tra đầu vào giống nhau với thời lượng như nhau để đánh giá mức độ

TDVL của HS. Cả hai bài kiểm tra đều được chấm bằng máy, xử lí kết quả

bằng các phần mền chuyên dụng. Kết quả kiểm tra của HS được quy về thang

điểm 10 và biểu diễn trong các đồ thị 4.1 và 4.2.

17.6

51.8

83.3

97.3100 100 100

8

25.3

50.5

84.5

98.2 100 100 100

20

40

60

80

100

120

Đồ thị 4.1. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra đầu vào của

nhóm TN và nhóm ĐC

21

12.3

37.1

69.8

94.699.7 100 100

6.4

26.7

65.2

92.7

99.4 100 100 100

20

40

60

80

100

120

Đồ thị 4.2. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra đầu ra của

nhóm TN và nhóm ĐC

Từ các đồ thị 4.1 và 4.2 cho thấy đường phân phối tần suất

lũy tích của bài kiểm tra đầu vào của nhóm TN và nhóm ĐC gần như

trùng lên nhau. Còn ở bài kiểm tra đầu ra, đường phân phối tần suất

lũy tích của nhóm TN nằm ở bên dưới và về phía bên phải so với

đường phân phối tần suất của nhóm ĐC. Chứng tỏ mức độ TDVL

của nhóm TN ở bài kiểm tra đầu ra là cao hơn so với nhóm ĐC.

4.3. Kiểm định giả thuyết thống kê

Kiểm định giả thuyết thống kê nhằm kiểm tra xem kết quả

TDVL ở lớp TN cao hơn lớp ĐC là thật hay chỉ là ngẫu nhiên.

Giả thuyết H0: Sự khác nhau giữa giá trị trung bình ở nhóm

TN và nhóm ĐC là không có ý nghĩa.

Đối giả thuyết H1: Điểm trung bình của nhóm TN lớn hơn

điểm trung bình của nhóm ĐC là có ý nghĩa.

Xác định đại lượng kiểm định t theo công thức sau:

21

2112

nn

nn

ps

xxt

Với

2

22

121

1

21

21

nn

snsn

ps

1x , 2x lần lượt là điểm trung bài kiểm tra ở nhóm ĐC và TN

s1, s2 là độ lệch chuẩn; n1, n2 số HS ở nhóm ĐC và TN.

Tra bảng Student với α = 0.05 thì tα = 1.96 (kiểm định hai

phía).

Nếu t>tα thì giả thuyết H0 bị bác bỏ, giả thuyết H1 được xác

nhận: Điểm trung bình của nhóm TN lớn hơn điểm trung bình của

nhóm ĐC là có ý nghĩa với mức ý nghĩa là 0,05.

22

Kết quả tính toán các tham số thống kê và đại lượng kiểm

định t cho kết quả bài kiểm tra đầu vào và đầu ra của nhóm TN và

ĐC được trình bày ở bảng 4.1.

Bảng 4.1. Bảng các tham số thống kê của bài kiểm tra đầu

vào và đầu ra của nhóm TN và nhóm ĐC.

Bài kiểm tra Nhóm ( x ) s sp t

Đầu vào TN 4,46 1,09 1,15 1,48

ĐC 4,33 1,21

Đầu ra TN 4,85 1,14 1,08 8,94

ĐC 4,10 1,02

Từ kết quả ở bảng 4.1. cho thấy đối với bài kiểm tra đầu vào,

t=1,48 <tα. Giả thuyết H1 bị bác bỏ, giả thuyết H0 được xác nhận.

Nghĩa là sự khác nhau giữ điểm trung bình của nhóm TN và nhóm

ĐC là không đáng kể. Điều này cho phép kết luận mức độ TDVL của

nhóm TN và nhóm ĐC khi bắt đầu tiến hành TN là tương đương

nhau. Đối với bài kiểm tra đầu ra, t=8,94 >tα. Giả thuyết H0 bị bác bỏ,

giả thuyết H1 được xác nhận, sự khác nhau giữa điểm trung bình của

nhóm TN và nhóm ĐC ở bài kiểm tra đầu ra là có ý nghĩa hay mức

độ TDVL của nhóm TN cao hơn nhóm ĐC.

Như vậy, kết quả kiểm định thống kê cho phép kết luận rằng

việc áp dụng các biện pháp phát triển TDVL cho HS thông qua

PPMH với sự hỗ trợ của MVT theo quy trình đã đề xuất có khả năng

phát triển TDVL cho HS. So với các phương pháp truyền thống thì

phương pháp này có hiệu quả cao hơn trong việc phát triển TDVL

cho HS.

---------- ---------

23

PHẦN KẾT LUẬN

1. Đánh giá kết quả đạt đƣợc Đối chiếu với mục tiêu, nhiệm vụ và kết quả nghiên cứu

trong quá trình thực hiện để tài “Phát triển TDVL của HS trong dạy học phần cơ học vật lí lớp 10 THPT thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MVT”, đề tài thu được các kết quả sau Nghiên cứu tổng quan về các đề tài nghiên cứu liên quan đến

vấn đề phát triển tư duy trong dạy học và trong dạy học các bộ môn cụ thể, đặc biệt chú trọng đến các đề tài nghiên cứu về việc phát triển tư duy cho HS trong dạy học vật lí. Đề tài cũng tham khảo các đề tài sử dụng PPMH trong dạy học vật lí. Phân tích kết quả nghiên cứu của các đề tài trên, chỉ ra những kết quả quan trọng của mỗi đề tài và những điểm mà các đề tài trên chưa khai thác hoặc chưa nghiên cứu một cách sâu sắc. Từ đó làm cơ sở định hướng cho nghiên cứu của đề tài. Nghiên cứu tương đối chi tiết về TDVL của HS THPT, trong

đó làm rõ về định nghĩa, vai trò, các thao tác, các biểu hiện cơ bản của TDVL của HS trong học tập vật lí. Đồng thời xây dựng bộ công cụ để đánh giá một cách định lượng mức độ TDVL của HS THPT. Nghiên cứu về việc áp dụng PPMH trong dạy học vật lí với

tư cách là một phương pháp dạy học. Chỉ ra những khó khăn khi ứng dụng PPMH vào dạy học và cách khắc phục các khó khăn này bằng sự hỗ trợ của MVT. Đồng thời chỉ rõ vai trò của PPMH đối với việc phát triển TDVL của HS và xác định các mức độ sử dụng PPMH trong dạy học vật lí dựa vào sự tham gia của HS vào các giai đoạn của PPMH. Đề tài cũng đề xuất các biện pháp phát triển TDVL cho HS

thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MVT và xây dựng quy trình phát triển TDVL cho HS thông qua PPMH với sự hỗ trợ của MVT. Đồng thời đưa ra các ví dụ áp dụng quy trình đã xây dựng. Tiến hành khảo sát để đánh giá mức độ TDVL của HS và

đánh giá vấn đề sử dụng PPMH trong dạy học vật lí ở trường THPT hiện nay. Kết quả khảo sát cho thấy TDVL của HS THPT hiện nay còn tương đối thấp, các biểu hiện của TDVL phát triển chưa đều. Vấn đề sử dụng PPMH trong dạy học ở trường THPT hiện nay còn ít được quan tâm. MVT được đánh giá là một phương tiện dạy học hiện đại và mang lại hiệu quả cao trong dạy học, tuy nhiên MVT chưa được GV khai thác hiệu quả. Hiện nay, GV chỉ sử dụng MVT chủ yếu là để trình chiếu các bài giảng điện tử, hoặc để cho HS xem các đoạn phim được quay sẵn.

24

Tiến hành phân tích các đặc điểm của phần cơ học vật lí lớp

10 THPT, chỉ ra các thuận lợi của phần này khi sử dụng PPMH với

sử hỗ trợ của MVT để phát triển TDVL cho HS.

Xây dựng bộ công cụ đánh giá mức độ TDVL của HS. Trong

đó xác định rõ nguyên tắc xây dựng bộ câu hỏi và xây dựng và kiểm

định hệ thống câu hỏi để đánh giá mức độ TDVL của HS.

Dựa vào quy trình đã đề xuất, đề tài đã trình bày cách áp

dụng quy trình phát triển TDVL cho học sinh trong 2 bài học cụ thể

và thiết kế 7 phương án dạy học nhằm phát triển TDVL cho HS.

Tiến hành TN sư phạm để đánh giá hiệu quả và tính khả thi

của đề tài. Kết quả thực nghiệm cho thấy việc sử dụng PPMH với sự

hỗ trợ của MVT trong dạy học phù hợp với khả năng nhận thức của

HS và điều kiện dạy học ở trường phổ thông hiện nay. Kết quả tính

toán thống kê cho thấy sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MVT có

hiệu quả cao hơn các phương pháp dạy học khác trong việc phát triển

TDVL cho HS.

2. Hƣớng phát triển của luận án

Căn cứ và những kết quả đã đạt được nêu trên, dựa vào

những điều kiện thực tiễn về tư liệu và các phương tiện dạy học,

chúng tôi nhận thấy, đề tài có thể được phát triển theo các hướng sau:

Khai thác thêm các chức năng khác của MVT để có thể hỗ

trợ tốt hơn cho PPMH nhằm phát triển TDVL cho HS

Mở rộng việc sử dụng PPMH với sự hỗ trợ của MVT vào

dạy học các phần khác trong chương trình vật lí phổ thông nhằm phát

triển một cách toàn diện TDVL cho HS

Tiếp tục hoàn thiện cơ sở lí luận về phát triển TDVL cho HS,

đặc biệt là các biện pháp phát triển TDVL của HS khi sử dụng các

phương pháp dạy học tích cực khác.

3. Một số kiến nghị

Về cơ sở vật chất, các trường THPT cần được trang bị MVT

và projector để tạo điều kiện cho GV có thể khai thác được sự hỗ trợ

của MVT trong dạy học.

Giáo viên, các nhà quản lí giáo dục cần chú trọng hơn đến

việc phát triển TDVL cho HS trong quá trình dạy học vật lí.

Cần có những lớp tập huấn để trang bị cho GV vật lí THPT

các kiến thức và kĩ năng cần thiết để đánh giá TDVL hiện có của HS

và xây dựng được các tiến trình phù hợp để phát triển TDVL cho HS

trong quá trình dạy học.

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN

QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

Tiếng Việt

1. Đỗ Khoa Thúy kha (2013), Máy tính – một công cụ hỗ trợ

đắc lực cho phương pháp mô hình trong dạy học vật lý ở

trường phổ thông, Tạp chí thiết bị giáo dục số 91, năm 2013.

2. Đỗ Khoa Thúy Kha (2014), “Đánh giá mức độ tư duy vật lý

của học sinh trong dạy học vật lý ở trường Trung học phổ

thông”, Tạp chí Giáo Dục số , Hà Nội.

3. Đỗ Khoa Thúy Kha (2013), Sử dụng phương pháp mô hình

trong dạy học phần cơ học vật lý lớp 10 thpt với sự hỗ trơ của

máy tính, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, ĐHSP –

Đại học Huế, Huế.

4. Phan Gia Anh Vũ, Nguyễn Bảo Hoàng Thanh, Đỗ Khoa Thúy

Kha (2013), Tổ chức dạy học môn vật lý theo phương pháp

mô hình với sự hỗ trợ của máy tính, Kỷ yếu hội nghị khoa

học sau đại học lần thứ nhất, Đại học Huế, Huế

Tiếng Anh

5. Đỗ Khoa Thúy Kha, Phan Gia Anh Vũ, Nguyễn Bảo Hoàng

Thanh (2014), Measuring and assessment physics thinking

ability of high school students, 7th ICER conference

proceedings, Thailand.

6. Đỗ Khoa Thúy Kha, Phan Gia Anh Vũ, Nguyễn Bảo Hoàng

Thanh (2015), The effectiveness of using modeling method in

teaching physics in order to develop physics thinking for high

school students, Наука XXI века: сборник материалов V

межвузовской научно-практической конференции

магистрантов и спирантов. Биробиджан.

---------- ---------

HUE UNIVERSITY

HUE PEDAGOGICAL UNIVERSITY

DO KHOA THUY KHA

DEVELOPING THE PHYSICS THINKING OF STUDENTS

BY USING THE MODELING METHOD WITH THE

ASSISTANCE OF A COMPUTER IN TEACHING THE

CHAPTER "THE DYNAMICS" FROM THE GRADE 10

PHYSICS TEXTBOOK AT HIGH SCHOOL

Speciality: Theory and methods of teaching physics

Code : 62 14 01 11

SUMMARY OF DOCTOR OF PEDAGOGY’S THESIS

HUE - 2015

The work has been achieved at Hue Pedagogical University, Hue

University

Scientific supervisor:

DR. PHAN GIA ANH VU

ASSC PROF. DR. NGUYEN BAO HOANG THANH

Reviewer 1:

Reviewer 2:

Reviewer 3:

The thesis was defended at the Council of thesis assessment of

Hue University

Council held at: No. 4, Le Loi street, Hue city, Thua Thien

Hue province, at .... a.m on

..../..../2015.

Thesis can be further referred at:

- The Library of Hue Pedagogical University

- National Library.

1

INTRODUCTION

1. Rationale

Today, the rapid development of science and technology and

subsequent explosion of information has meant a rapid increase in

mankind's knowledge. Approaches to gaining and using this

knowledge are becoming more diverse and more abundant. Therefore,

changing education is an urgent requirement for all countries,

including Vietnam.

Education reform is of serious concern to the Vietnamese

government, which is reflected in updated guidelines and policies

released by the Socialist Party and State Government.

The Party's guidelines, the policies of the State and the directives of

the education industry express that education should focus on personal

development and encourage self-awareness of learners. It is necessary

to teach students effective methods of learning and ways of thinking

and develop their thinking capacity. Besides this, teachers need to

strengthen the application of information technology in innovative

teaching methods to improve the quality and effectiveness of teaching.

Physics studies the most basic movement of matter. In order to

study physics well, students have to master the physical

phenomena, physical laws; they must know how to predict the

results of experiments or phenomena and be able to flexibly apply

acquired knowledge in new situations. Beside, modeling method is

one special methods of physics research. Today, this method is

used in a more simple and more effective way with the assistance

of computers. Therefore, using the modeling method with the

assistance of a computer in teaching physics will contribute to the

development of physics thinking for students and improve the

quality and effectiveness of teaching.

In high school, the knowledge of the chapter "The Dynamics" is

very basic. So developing physics thinking for student as they study

dynamics is an essential job for all teachers. It not only helps students

study more effectively but also equips them with the necessary

capacity to continue studying other areas of physics.

For the reasons above, we chose to study the topic: "Developing the

physics thinking of students by using the modeling method with the

2

assistance of a computer in teaching the chapter "The Dynamics" from

the grade 10 physics textbook at high school."

2. Objective of the study

Building a tool to assess students' physics thinking level, whereby

the measures to develop physics thinking of students and the process

using such measures by using modeling method with the assistance of

computer are proposed.

3. The scientific hypothesis

If the measures to develop physics thinking and the process using

such measures by using modeling method with the assistance of

computer are proposed and applied in teaching the chapter Dynamics

in physics grade 10, the thinking of students will be developed. This

will contribute to improving the quality of teaching.

4. Research tasks

+ Researching on the theoretical basis of physics thinking and the

theoretical basis of using the modeling method in teaching physics

with the assistance of a computer

+ Constructing measures to develop the physics thinking of students

by using the modeling method with the assistance of a computer

+ Constructing a tool to assess the level of physical thinking of high

school students

+ Studying the status of physics thinking of high school students

present and the use of modeling method in teaching physics with the

support of a computer

+ Constructing a process to develop the physics thinking of students

in teaching physics by using modeling method with the assistance of a

computer and designing some leson plans for the chapter "Dynamics"

following this process.

+ Conducting pedagogical experiments aimed to test the hypothesis

and assess the feasibility and effectiveness of the research.

5. Research subjects

The activities of teaching the chapter "Dynamics" in the grade 10

physics textbook at high school by using modeling method with the

assistance of a computer toward developing physics thinking for students.

6. The scope of this study

This research only studies the development of physics thinking of

students by using modeling method in teaching the chapter

3

"Dynamics" in the grade 10 physics textbook at high school with the

assistance of a computer.

7. The methods

+ Theoretical research method

+ Survey method

+ Pedagogical Experimental Methods

+ Methods of Mathematical Statistics

8. New contributions of the thesis

- Clarifying the concept of physical thinking, the activities of

physical thinking, the manifestation of physical thinking of high school

students, the roles of modeling method in developing physics thinking

of students and supportive roles of a computer when using the

modeling method in teaching physics;

- Constructing the standards and criteria to evaluate quantitatively

the level of physics thinking of high school students;

- Proposing measures and a process to develop the physics thinking

of students by using the modeling method with the assistance of a

computer in teaching physics at high school.

- Constructing and evaluating the questionnaires to measure

quantitatively the level of physics thinking of grade 10 students;

- Drafting a system of processes to organize awareness activities

for students and lesson plans corresponding to develop the physics

thinking of students by using the modeling method with the assistance

of the computer in teaching the chapter "dynamics" in the grade 10

physics textbook at high school.

9. Structure of the thesis

Besides the introduction, conclusion, references and appendices,

this thesis consists of four chapters:

Chapter 1: Overview of the study problems

Chapter 2: Rationale and practicalities of developing physics

thinking of students by using the modeling method with the assistance

of a computer

Chapter 3: Evaluating and developing the physics thinking of

students in teaching the chapter "Dynamics" by using the modeling

method with the assistance of a computer

Chapter 4: Experimental pedagogy

4

Chapter 1: OVERVIEW OF THE STUDY PROBLEMS

Chapter 1: OVERVIEW OF THE STUDY PROBLEMS

1.1. The Studies about thinking and development of thinking in

teaching in general

1.1.1. The studies abroad

Developing thinking is a problem which has been evaluated by many

educators around the world. Many scientists have research projects on this

issue, namely: Bransford, Sherwood, Vye, Rieser, Cotton, Rahil

Mahyuddin, Zaidatol Akmaliah Pihie Lope, Habibah Elias, Mohd Majid

Konting, Echevarria, Leat, and Nagamurali Eragamreddy. These studies

have shown the importance of the development of thinking for students in

the teaching process. In addition, these studies have pointed out levels

thinking of students, measures of developing thinking for students in

teaching, and evaluated the thinking capacity of students 16-18 years old.

1.1.2. The studies in our country

In Vietnam, many scientists have conducted studies on the

development of thinking in teaching various subjects.

Le Van Dung and Cao Cu Giac asserts that, "Developing thinking is not

only tied to arousing emotions in students, a special affection for the

thinking process and the products of thinking, but also linked to developing

a good thinking attitude such as desire for the truth, desire to discover new

things, being ready for challenges and debates, and building students‟

confidence in themselves". They also point out four signs by which to assess

developed thinking: being able to apply knowledge and skills to new

situations; being able to rapidly reproduce knowledge, the relationship to

solve a problem; being able to detect similarities and differences of these

phenomena; and being able to apply knowledge into practice. Nguyen

Thanh Hung and Nguyen Van Thuan have built seven measures to

contribute to train and develop the dialectical thinking to students through

teaching geometry. According to Dinh Quang Bao, Do Tien Dat, Mai Van

Hung, Nguyen Thanh Thi Tran Kieu, and Nguyen Duc Vu, high school

educational standards must be include the standards for the capacity of

thinking in general and for the capacity of thinking specifically for each

subject. The authors agree that the development of thinking for students is

essential for all subjects.

It can be said that the studies in our country have been related to the

development of thinking for students in the teaching process, especially

5

the research-oriented program for the development of general education

after the year 2015. However, no study has yet proposed a specific

process to develop thinking for students and researchers have not

constructed any toolkits to assess thinking of high school students.

1.2. Studies on the development of thinking in physics teaching

1.2.1. The studies abroad

There have been some studies on developing and improving thinking

capacities for students in physics teaching, such as studies of Vincent P.

Coletta scientists, Jeffrey A. Phillips, Jeff Steinert; Munir Khan,

Muhammad Naseer Ud Din, Adriana Popescu, and James Morgan. The

results of these studies allow conclusions that the thinking capacity of

students is able to be developed by training and that the process of

teaching physics should be more devoted to develop students thinking.

1.2.2. The studies in our country

Vu Dao Chinh systematized the rationale of the thinking and

development of thinking for students. His study showed some features

of thinking development and creativity, and indicated that thinking

capacity is shown in the results of the manipulations of thinking; the

movement of new knowledge, applying the method of the achieved

intellectual activity into the new object and the new process; the

organization of physics awareness activities; the dynamic nature of

thinking; flexibility of thinking and applying knowledge into practice.

1.3. Studies on using the modeling method in teaching physics

1.3.1. The studies abroad David Hestenes and colleagues have proposed a teaching process by

using the modeling method that includes two stages: model development

and model applications. The stage of model development is done through

four steps: creating a description of the object, building models, deducing

consequences and model validation.

1.3.2. The studies in our country

Trinh Thi Hai Yen has presented the rationale of using modeling method

in physics teaching at high school. This study went into deep analysis,

clarifying concepts, functionality, characteristics and classification of the

model and the modeling method in teaching physics. She also pointed out

that the modeling method could be applied in five levels and proposed a

four-stage process of the modeling method with two types of important

models: the abstract model and the graph model.

6

In this research, we will: (1) Study and clarify the concepts of

physics thinking, the manifestation of physics thinking of students,

propose a way to assess the physics thinking of high school students

and build the tools to quantitatively measure the physics thinking of

high school students, (2) Study the modeling method in teaching

physics and the role of the modeling method in developing physics

thinking of students, (3) Study the difficulties encountered when using the

modeling method and look for ways to overcome these difficulties with the

assistance of computers, (4) Build the measures and the process to develop

the physics thinking for students in teaching physics by using the

modeling method with the assistance of computers, (5) Apply the built

process to design some lesson plans of chapter dynamic in physics grade

10 at high school aimed at developing physics thinking for students, (6)

Organize pedagogical experiments to assess the feasibility and

effectiveness of the subject.

Chapter 2: THE RATIONALE AND PRACTICE OF THE

DEVELOPING THE PHYSICS THINKING FOR STUDENTS

BY USING THE MODELING METHOD WITH THE

ASSISTANCE OF COMPUTERS

2.1. Physics thinking

2.1.1. The concept

Physics thinking is consists of the intellectual activities of

observing physical phenomena, analyzing complex phenomena into

simple components and establishing the relationships and the

determined dependencies between them, finding out the relationship

between the qualitative and quantitative aspects of the phenomenon or

the physical quantities, predicting from a hypothesis and applying

gained generalized knowledge into real life.

2.1.2. The Activities of physics thinking

The activities of physics thinking are conducted by using the basic

manipulations of thinking such as analysis, synthesis, comparison,

generalization, and abstraction; these manipulations are used to combine

to the characteristics of physics forming physics thinking activities that

include: construction of hypotheses, design of experiment schemes, and

modeling and working with models.

7

Construction of a hypothesis is a physics thinking activity that

coordinates the basic manipulations of thinking to make a prediction

that can be used to explain the causes of phenomenon occuring to

certain objects that we do not have enough scientific basis to explain.

Design experiment schemes is an activity of physics thinking that

coordinates the basic manipulations of thinking to envision the schemes to

conduct experiments to confirm or refute a certain statement. Modeling is

an activity of physics thinking that coordinates the basic manipulations

of thinking to build an object that replaces the real object of study with

the full nature and the relationship with the necessary objects around.

Working with the model is an activity of physics thinking using basic

thinking manipulations to perform inference, analysis, calculations, and

judgments on the model to draw scientific conclusions.

2.1.3. The manifestation of physics thinking

The basic manifestations of physics thinking include: (1) being able to

identify the physical laws governing observed phenomena; (2) being able

to analyse how physics laws govern the physics phenomena observed; (3)

being able to establish a quantitative relationship between the physical

quantities used to measure the properties of the material nature of the

phenomenon; (4) being able to model the phenomena; (5) being able to

develop hypotheses from the phenomena; (6) being able to predict the

consequences of scientific theories; (7) being able to design experimental

schemes to test a judgment and (9) being able to apply the generalized

knowledge gained into practice.

2.1.4. Developing standards for assessing physics thinking

Standard Norm Level

The

standard

1: Perform

physics

research

Norm 1: Be able

to know how to

use the basic

laboratory

instruments used

in physics

research

(1): Be able to use the basic measuring

instruments

(2): Be able to use the basic laboratory

instruments

(3): Be able to use the simple

laboratory instruments to design the

experiment in a feasible way

Norm 2: Be able

to model the

objects and

phenomena as

(1): Be able to identify the suitability of

a model for the study subject

(2): Be able to point out the characteristics

which do not match between the given

8

theoretical

models

model and research subject

(3): Be able to model the study object as

graphical models or mathematical models

Norm 3: Be able

to develop/

construct

hypotheses from

the phenomena

(1): Be able to recognize a reasonable

hypothesis in the given hypothesis of a

certain object or phenomenon

(2): Be able to indicate unreasonable

points of a hypothesis

(3): Be able to construct a suitable

hypothesis

Norm 4: Be able

to predict

consequences

from the

hypothesis

(1): Be able to identify reasonable

consequences of the hypothesis in the

given consequences

(2): Be able to show unreasonable

points of a given consequence

(3): Be able to give reasonable

consequences for a hypothesis

The

standard

2: Understand

ing and

using the

language of

physics

Norm 5: Be able

to use the

physical concept

and the

terminologies

correctly

(1): be able to understand the concepts

and terminology of physics correctly

(2): Be able to detect cases of misuse of

terminology, concepts of physics

(2): Be able to use exactly the

terminology, concepts of physics

Norm 6: Be able

to verbalize the

physics formulas

and identify and

articulate the

causal

relationships in the

physical formulas

(1): Be able to express the qualitative

relationship between physical quantities

(2): Be able to express the quantitative

relationship between physical quantities

in physics formulas

(3): Be able to express the causal

relationship between the physical

quantities of physical formulas

The

standard 3: Application

of physical

knowledge

in new

Norm 7: Be able

to analyse the

governing by the

physical laws on

the observed

phenomenon

(1): Be able to determine the physical

laws governing the observed physical

phenomenon

(2): Be able to indicate the specific

expression in the reality of the concept ,

the physical laws

9

situations (3): Be able to analyse the governing by

the physical laws on the observed

phenomenon

Norm 8: Be able

to predict the

outcome of the

experiments

based on theory

and known

physical laws

(1): Be able to predict the dependence

of physical quantities describing the

properties of the material of the

phenomenon on the impact factor

(2): Be able to predict outcomes of

experiments which are governed only

by one physical law or one theory

(3): Be able to predict outcomes of new

experiments which are governed by

some physical laws or theories

Norm 9: Be able

to apply the

formula of

physics in actual

situations

(1): Be able to apply physical formulas

in specific situations correctly

(2): Be able to recognize the applicable

limits of the physical laws or the

physical formulas

(3): Be able to identify the rationality or

irrationality of the calculated results

Norm 10: Be

able to identify

mistakes in

reasoning when

using the

physical laws

unreasonably

(1): Be able to identify errors in the

application of physics formulas

(2): Be able to identify errors in the

applicable limits of physical laws

(3): Be able to recognize the contradiction

in reasoning from the application of the

physical laws to the results

2.2. The modeling method

2.2.1. Levels of using the modeling method in teaching physics

Level 1: Students get acquainted with the modeling method: The teacher introduces the sequence of steps of the modeling method

that is used by scientists. Students visualize the way scientists proceed

to build new knowledge. Students understand what the modeling

method is and know the stages which need to be done when using this

method in scientific research.

Level 2: Students involved in some stage of the modeling method:

The teacher organizes for students to be involved in some stages of the

10

modeling method. The most important stages which students need to

practice with when working with modeling method are the modeling or

working with models to deduce theoretical consequences.

Level 3: Students are involved in all stages of the modeling method

under the guidance of the teacher: This time, the students master the

features of this method and are able to use this method to solve the tasks.

Level 4: Students can implement all stages of the modeling method

independently: As students are familiar with the modeling method, the

teacher chooses the appropriate knowledge for students to independently

perform stages of the modeling method to solve the task of learning.

2.2.2. The assistance of a computer for the modeling method

Computers are able to offer assistance for all stages of the modeling

method. In the first two stages, if we are not able to conduct experiments

in classroom conditions we may use a computer to play the videos that

record that experiment and its results for students to observe. During the

creating models stage, a computer could be used to simulate the models

and visualize them, which helps students find the flaws in the model to

adjust and helps students easily conduct thought experiments in the stage

of working with the model. In the stage of working with the model, a

computer can help us to build virtual models and perform virtual

experiments on those models. This helps students to observe the model

visually and allows for some specific impacts to the model to see the

corresponding results, while it also helps the teacher to support and adjust

the procedures of students if it is needed.

2.2.3. Measures to develop physics thinking for students by

using the modeling method with the assistance of a computer

Facilitating the students to be active in the stages of the modeling

method: Most operations of physics thinking are able to be developed by

using this method. Therefore, the best measure to develop physics

thinking for students is to facilitate students to be active in the stages of

the modeling method. When students participate in the activities organized

following the modeling method, their physics thinking will be formed and

developed. The physics thinking manipulations may be developed by

using such measures as: comparison, analysis, synthesis, generalization

and abstraction. Teachers also need to pay attention to the physics thinking

ability of students to design appropriate activities.

11

Encourage students to apply the model in new situations: In

teaching by using the modeling method, teachers should not stop at the

stage of validating the model. For students, applying the model in a

new situation is sometimes more important than developing and

validating the model. After the model is validated, teachers provide

some tasks of learning in which students may apply the model to solve

those tasks. This activity does not only consolidate knowledge but also

develops the physics thinking of students. At this stage, teachers may

let students apply the model in two levels. (1) Basic level: just apply

the model in a new situation to find out the result or explain a certain

physical phenomena. (2) High level: students apply the modeling

method in a new situation to find out the result.

Encourage students to build the model or design simulation

experiments on a computer: For teaching physics, computer are

increasingly becoming more useful. In addition to presenting images

and videos, computers are also able to help us to simulate a model,

conduct virtual experiments, and simulate experiments on it. If

students know how to use a computer to simulate the models they built

and conduct experiments on that model, they will make significant

progress in physics thinking.

2.3. The processes of physics thinking development for students

by using the modeling method with the assistant of a computer in

teaching physics

12

2.4. The reality of the physics thinking of students and the use of the

modeling method with the assistance of a computer at high schools

Results of the survey on physics thinking of high school students in

Quang Ngai province and Hue city shows that: (1) the physics thinking

of students is relatively low and the manifestations of physics thinking

of students have developed unevenly; (2) teachers rarely use the

modeling method in teaching physics at high school and those that do

are not able to use it efficiently; (3) both students and teachers agreed

that computers are an important means of teaching. However, currently

teachers do not use computers frequently for teaching; they most often

use computers for presentation only.

13

Chapter 3: EVALUATION AND DEVELOPMENT OF

PHYSICS THINKING FOR STUDENTS IN TEACHING THE

CHAPTER " THE DYNAMICS" BY USING THE MODELING

METHOD WITH THE ASSISTANCE OF A COMPUTER

3.1. Characteristics of the chapter "The Dynamics" from the

grade 10 physics textbook at high school

Some of the content of the chapter " The dynamics" from grade 10

physics textbook was studied in the physics program at secondary

school and is mostly very closely related to everyday life. Therefore,

teachers may exploit the inherent understanding of students in the

teaching process. In this chapter, there are many concepts that built as

the abstract models as inertia, friction, which is one advantage for

teachers hoping to apply the modeling method in teaching physics.

In the chapter "The dynamics", knowledge is built in an empirical

way. When using the modeling method, after the models are built and

used, teachers should help students to validate the model. In addition,

there is a lot of knowledge related to the mathematical models and

graphical models in this chapter. This is another advantage for teachers

looking to apply the modeling method in teaching.

3.2. Developing a tool to measure levels of physics thinking for

grade 10 students

3.2.1. Principles to build the toolkit

The toolkit to measure physics thinking of students must be

comprehensive in order to evaluate all manifestation of physics

thinking of students in the proposed criteria.

The toolkit to measure physics thinking of students must be

quantified. This makes is easy for researchers to analyze the results

obtained from the assessment. In addition, researchers can also easily

compare the results of the evaluation of various students or a group of

students at a different time.

The toolkit to measure physics thinking of students must be

objective, meaning that it is not dependent on the user.

The toolkit to measure physics thinking of students must be

consistent with the capability of students. The content of questions

must be within the knowledge that students have learned, practice

requirements must be within the scope familiar to students, and

14

laboratory equipments used must be familiar to students or have been

exposed in the previous program.

The toolkit to measure physics thinking of students must have

validity, reliability and the difficulty in the suitable limited.

3.2.2. Some questions to assess the level of physics thinking of

students

Question 1: The volume of the

liquid column in the figure below is:

a. 6.6ml b. 6.9 ml

c. 7.0ml d. 7.2 ml

Aim: To assess the reading skills of liquid volume measurements of

STUDENTs. Measuring liquid volume is a practical skill that students

must obtain from the secondary school level. This question is at level

1, the simplest level of norm 1.

Question 2: In order to describe the movement of the traffic in the

city at rush hour, we can see that each vehicle is

a. a point that is moving chaotically.

b. a point that is moving as a continuous stream.

c. a point that is moving as an interrupted stream.

d. a orb that is moving as an interrupted stream

Aim: To measure level 1 of norm 2 - assess the skill to identify the

most appropriate model for an original object.

Question 3: Suppose that the following statements are true. Which

statement is not able to explain the phenomenon of falling objects at

different speeds in the air?

a. The volume of the objects influence the fall.

b. Objects fall from top to bottom.

c. The size of the objects influence the fall.

d. The atmosphere hinders the fall of the objects.

Aim: To measure level 2 of norm 3 - evaluate the ability to

indicate unreasonable points of a hypothesis to explain the phenomena.

Question 4: In the following consequences, which consequence is

not able to be deduced from the statement "sliding friction depends on

the contact surface"?

a. If the contact surface area changes, the magnitude of sliding

friction will change.

15

b. If the contact surface nature changes, the magnitude of sliding

friction will change.

c. If the mass of the object increases, the magnitude of sliding

friction will increase.

d. The rougher the contact surface, the greater the sliding friction.

Aim: To measure level 2 of norm 4 - assess the skill recognize

unreasonable points of a consequence for a hypothesis.

3.2.3. Assessing the toolkit

After construction, the toolkit was tested in three rounds. The

result of the students‟ test were handle by SPSS 16.0 software and

Quest Software to evaluate the questionnaire. Questions that did not

fit with the Rasch model of conformity between the question and the

physics thinking of students were replaced with other questions or

eliminated. Through two rounds of testing, the questionnaire was

refined to have 60 multiple-choice questions that were able to meet all

the criteria of physics thinking of students. The assessment results

after testing the third round showed the Infit Mean Square value of

the experimental data is 1.0 and the expected value t by - 0.08

demonstrated research data fit Rasch model . The toolkit used to

evaluate the physics thinking of grade 10 students has high reliabilit

and can be applied to assess the physics thinking of students. The

results of analysis not only indicate the relevance of questionnaires,

but also assess the compatibility of each question to the study issue.

And all the questions in the questionnaire have squared average value

relevance INFIT MNSQ range 0.91 to 1.1, indicating that they are

consistent with research problems. The degree of difficulty of the

questions in the questionnaire is within the limit of between 0.3 to 0.7,

which suggests that the questions have an appropriate difficulty level

and can be used to assess the physics thinking of students.

3.3. Developing the physics thinking of students by using the

modeling method with the assistance of a computer in teaching the

chapter "The Dynamics" from the grade 10 physics textbook at

high school

Developing the PHYSIcs THINKING of STUDENTs is conducted

following the process in Section 2.3. Here, we present an example of

applying that process in order to develop physics thinking of students

in teaching the lesson about the “concept of inertia force". This thesis

16

Box 2: The

experiment to

measure

inertial force

specifically present the selection steps of the process: choosing

knowledge; determining the levels of the modeling method to use;

determining the manipulations of physics thinking that should be

developed for students in each phase of the modeling method; and

designing lesson plans. Here we focus on the most important step of

the process, which is organizing learning activities for students.

Phase 1: Study of the moving state of objects in non-inertial

reference frame:. The teacher shows students a video with a bus that is

moving in uniform linear motion and a person sitting on the bus in a

stationary state. The teacher stops the video and asks, “If the bus

driver brakes suddenly, what will happen?” Then the teacher lets

students watch the video, which shows the passenger falling forward

after the brakes are applied suddently. The teacher introduces the

concept of inertial reference frame and non-inertial reference frame,

then asks students to comment on the moving states of an object in

these two types of reference frames. Students conclude that an object

which is at rest in an inertial reference frame will move with an

acceleration in another frame.

Phase 2: Create a model: The teacher asks, “What makes objects

move at an accelerated motion?” Students answer that

objects move with acceleration when there are forces

acting on them. The teacher then asks students to create

a model to explain why an object M, which is balanced

on a static bus, moves with accelerated motion on an

accelerated bus. If students are not able to do it, the

teacher suggests a model: there is a force acting on the

object on a moving bus. Students are asked to comment

on the rationality of that model. Students indicate that if

a bus moves in uniform linear motion, there is no force

acting on the object. Seeing that this model is not

appropriate, students suggest a more suitable model:

there is a force acting on objects in non-inertial

reference frame. The teacher accepts the students‟

model, and calls the name of that force „inertial

force.‟

Phase 3: Working on an inertial force model to deduce its

characteristics: The teacher asks students to do a thought experiment:

17

object M is able to move frictionlessly on a rolling chair M, and M is

moving at a definite acceleration aM. Students must determine the

direction and magnitude of the acceleration of m in the reference

frame associated with the ground and the reference frame associated

with M. They can easily see the acceleration of m in the reference

frame associated with M is in the opposite direction of the acceleration

aM. From that, students can make a conclusion about the direction of

inertial force. The teacher may also suggest that students find out the

magnitude of the acceleration of the object m am in the reference frame

attached to M to determine the magnitude of the inertial force.

Phase 4: Validate the model: Teacher asks students to design a

feasible experiment to validate the model or suggests an experiment as

shown in Box 2. Adjust the magnitude of the weights to make the

system static, read the dynamometer measurement; adjust the

magnitude of the weights to make the system accelerate, and

determine the magnitude of the inertial force. Teacher may record the

experiment to show on a computer and stop at the observation time

required for students to be able to read the force shown at the

dynamometer. The result of that experiment allows students to

conclude that the inertial force has the opposite direction to the

acceleration of the reference frame and F = ma, where m is the

object‟s mass and a is the acceleration of the reference frame.

By organizing learning activities like the one above, students are

trained and developed in manipulations of physics thinking like

synthetic (phase 1), abstraction, generalization and model building

(phase 2), and working with models (phase 3). If this process is

repeated over a long time, the physics thinking of the students will be

developed.

Chapter 4: EXPERIMENTAL PEDAGOGY

4.1. The first round of experimental pedagogy

4.1.1. Aims of the first round

The aims of experimental pedagogy round 1 are to test the

reasonableness of the measures to develop physics thinking; of the

process to develop PHYSICs THINKING ; of the application of that

process in teaching some of the mechanical knowledge from from the

grade 10 physics textbook at high school and learn from experience, as

18

well as complete the preparations to proceed to the second round of

experimental pedagogy successfully.

4.1.2.The result of experimental pedagogy

Overall, the process of experimental pedagogy round 1 went

smoothly.. The attitude of cooperation between the students and

teacher was very good, The class was vibrant and the students were

positive and interested in the activities designed. Teachers appreciate

the process to organize learning activities for students.

The building measures proved that it is effective in training

manipulations of physics thinking for students. The application of the

above measures also helps to build knowledge more vividly, and

students are active and quite interested in the lesson. The steps of the

process to develop physics thinking for students are consistent with the

students‟ awareness process and the logic to build knowledge.

According to teachers, the measures to develop physics thinking are

simple, easy to implement and can be applied well in terms of teaching

in high school. The form and content of the lesson plans that were

designed to follow the process are consist with the cognitive activities

of students. The application of designed lesson plans in the actual

conditions and infrastructure of current high schools is feasible and

can be implemented in all classes. After some time of use the

modeling method with the assistance of a computer to follow the

process above, the physics thinking of students is developed. Students

participate more actively in the activities that are organized. The

questions that required the to implement manipulations of physics

thinking were able to be answered quickly and accurately, showing

students can perform tasks competently and know how to think in

order to solve the task of learning.

4.2. The second round of experimental pedagogy

4.2.1. Aims of the second round

The aim of the second round of experimental pedagogy is to test the

hypothesis in the thesis, i.e. if the measures to develop physics thinking

of students and the process of using such measures by using the

modeling method with the assistance of a computer are proposed and

applied in teaching the chapter Dynamics in physics grade 10 textbook,

the physics thinking of students will be developed. This will contribute

to improving the quality of teaching.

19

4.2.2. Research results

Qualitative evaluation

In the experimental classes, the time for the learning activities

was distributed appropriately, and the process of organizing learning

activities for students to build new knowledge took place smoothly

and without difficulty. The classroom atmosphere was lively and

students participated actively in learning activities that were

organized. The basic manifestations of physics thinking of students

in the next lesson was easier to see compared with the previous

lesson. This proves that in the course of the experiment, the physics

thinking of students in experimental classes had been developed. In

the control classes, the learning atmosphere was less lively than in

the experimental classes, and the learning activities did not promote

the positive attributes of the students. Most of the students were

passive, so it was difficult to observe level of understanding of

students. At the same time, expression of physics thinking of

students at these classes did not improve.

Quantitative evaluation

At the beginning and the end of the experimental time, both

experimental groups and control group did a pre- test and a post- test

with the same duration to assess the physics thinking of students. Both

tests were scored by machine, with the results processed by the

dedicated software. The test results of students was measured on a scale

of 10 and is presented in the graphs 4.1 and 4.2.

Graph 4.1. The result of pre - test

20

Graph 4.2. The result post - test Graphs 4.1 and 4.2 show that the cumulative frequency distribution of

the pre - test of the experimental group and the control group almost

overlap. In the post - test, the cumulative frequency distribution of the

experimental group is underlying and to the right of the frequency

distribution of control group. This demonstrates the ability of physics

thinking of students in the experimental group in post - test is higher

than in the control group.

4.3. Statistical hypothesis testing

Hypothesis H0: The difference between the average values in the

experimental group and the control group is not significant.

Hypothesis H1: The difference between the average values in the

experimental group and the control group is significant.

Determine the quantity t-test by the following formula:

21

2112

nn

nn

ps

xxt

with

2

22

121

1

21

21

nn

snsn

ps

1x , 2x are the average respectively in tests of experimental group

and control group

s1, s2 are the standard deviation; n1, n2 are the amount of students in

the experimental group and the control group.

From student spreadsheet where α = 0.05, we see tα = 1.96.

If t> tα the hypothesis H0 is rejected, H1 hypothesis is confirmed:

the difference between the average scores of the experimental group

and the control group is significant with a significance level of 0.05.

21

The results of calculation parameters and quantities statistical t-test

for pre - test and post - test of the experimental group and the control

group are presented in Table 4.1.

Table 4.1. Statistical table parameters of pre - test and post -

test of the experimental group and the control group.

Test Group ( x ) S sp T

Pre – test EG 4,46 1,09

1,15 1,48 CG 4,33 1,21

Post – test EG 4,85 1,14

1,08 8,94 CG 4,10 1,02

Table 4.1. shows that: In the pre-test, t = 1.48 <tα,H1 hypothesis is

rejected, H0 hypothesis is confirmed. This proves the difference

between the average scores of the EG and the CG is not significant.

This suggests that, at the beginning of the experimental project, the

level of physics thinking of the two groups was similar. In the post -

test, t = 8.94 > tα, shows the average score of the EG is higher than

that of the CG and that result is significant. In other words, at the time

of the examination, the level of physics thinking of students in the EG

was higher than in the CG.

Thus, the results of statistical tests allow the conclusion that the

application of measures to develop the physics thinking of students by

using the modeling method with the assistance of a computer is able to

develop the ability of physics thinking for students. Compared to

traditional methods, this method is more effective in developing

physics thinking for students.

CONCLUSION

1. Assessing the results

We studied an overview of the study problems about

developing thinking in teaching and teaching in specific subject areas,

with special emphasis on research projects on developing thinking for

students in teaching physics. We also consult topics about using

modeling method in teaching physics. Analysis of the results of

research on the subject, pointing out the important results of each

subject and the problems that were untapped or not studied in depth.

Since then as the basis for research-oriented topics.

22

We studied relatively detail about physics thinking of high

school students, including clarification of the definition, the role, the

manipulations, the basic expressions of physics thinking of students in

learning physics at high schools. Simultaneously, we were building a

toolkit to quantitatively assess the level of physics thinking of high

school students.

We studied the application of the modeling method in teaching

physics as a teaching method, focusing on the difficulties of its

application in teaching and the way to overcome these difficulties with

the support of a computer. We also specified the role of the modeling

method toward developing physics thinking of students and identified

usage levels of the modeling method in teaching physics based on the

student's participation in the phases of the modeling method.

We also proposed measures to develop physics thinking for

students by using the modeling method with the support of a computer

and built a process to develop physics thinking for students by using

the modeling method with the assistance of a computer. We gave some

examples of the application of the process above.

We conducted a survey to assess the ability of physics thinking of

students and to assess the application of the modeling method in

teaching physics at high schools. The survey results showed that the

physics thinking of high school students was relatively low and that the

manifestations of physics thinking were not equal. The problems of

using the modeling method in teaching physics at high schools today

gets less attention. Computers are considered modern teaching

equipment that can bring high efficiency in teaching, yet they have not

been effectively exploited. Currently, teachers only use computers for

presentation of electronic lectures or to let students watch videos.

We conducted analysis of the characteristics of the chapter

"Dynamics" from the grade 10 physics textbook, pointing out the

advantages of this part for using the modeling method with the support

of a computer to develop physics thinking for students.

We built a toolkit to measure the physics thinking of students.

We identified clear principles for formulating the questionnaire and

then built and tested the questionnaire to measure the physics thinking

of students.

23

Based on the proposed process, we presented the way to apply

the process to develop physics thinking for students in two lessons and

designed 7 lesson plans to develop physics thinking for students.

We conducted experimental pedagogy to evaluate the

effectiveness and feasibility of the project. Experimental results showed

that using the modeling method with the assistance of a computer in

teaching is consistent with the cognitive abilities of students and

teaching conditions in schools today. Statistically calculated results

showed that using the modeling method with the support of a computer

is more effective than other teaching methods in developing physics

thinking for students.

2. Development orientation of the thesis

Based on these achieved results above and based on the material

and teaching conditions, we noticed that this research may be

developed in the following directions:

We may exploit other functions of a computer to be able to

better support the modeling method to develop physics thinking for

students.

We may expand the use of the modeling method with the

support of a computer in teaching other chapters of the physics

program to develop comprehensive physics thinking for students.

We may continue to improve the rationale for developing

physics thinking for students, especially in developing measures of

physics thinking for students using other active teaching methods.

3. Some suggestions

Regarding infrastructure, high schools should be equipped

with computers and projectors in order for teachers to fully utilize the

support of computers in teaching.

Teachers and educational administrators should pay more

attention to the development of physics thinking for students in the

physics teaching process.

It is necessary to train high school physics teachers with the

knowledge and skills needed to assess the physics thinking of students

and construct suitable processes to develop physics thinking for

students in their teaching.

SCIENTIFIC RESEARCH PUBLISHED

Vietnamese

1. Đỗ Khoa Thúy kha (2013), Máy tính – một công cụ hỗ trợ đắc

lực cho phương pháp mô hình trong dạy học vật lý ở trường phổ

thông, Tạp chí thiết bị giáo dục số 91, năm 2013.

2. Đỗ Khoa Thúy Kha (2014), “Đánh giá mức độ tư duy vật lý của

học sinh trong dạy học vật lý ở trường Trung học phổ thông”,

Tạp chí Giáo Dục số , Hà Nội.

3. Đỗ Khoa Thúy Kha (2013), Sử dụng phương pháp mô hình trong dạy

học phần cơ học vật lý lớp 10 thpt với sự hỗ trơ của máy tính, Đề tài

nghiên cứu khoa học cấp trường, ĐHSP – Đại học Huế, Huế.

4. Phan Gia Anh Vũ, Nguyễn Bảo Hoàng Thanh, Đỗ Khoa Thúy

Kha (2013), Tổ chức dạy học môn vật lý theo phương pháp mô

hình với sự hỗ trợ của máy tính, Kỷ yếu hội nghị khoa học sau

đại học lần thứ nhất, Đại học Huế, Huế

English

5. Đỗ Khoa Thúy Kha, Phan Gia Anh Vũ, Nguyễn Bảo Hoàng Thanh

(2014), Measuring and assessment physics thinking ability of high

school students, 7th ICER conference proceedings, Thailand.

6. Đỗ Khoa Thúy Kha, Phan Gia Anh Vũ, Nguyễn Bảo Hoàng

Thanh (2015), The effectiveness of using modeling method in

teaching physics in order to develop physics thinking for high

school students, Наука XXI века: сборник материалов V

межвузовской научно-практической конференции

магистрантов и спирантов. Биробидж

---------- ---------