CƠ SỞ LÝ LUẬN DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC
Khái niệm về năng lực
Năng lực có 2 định nghĩa phổ biến hiện nay: định nghĩa theo trường phái của Anh và định nghĩa theo trường phái của Mỹ
Năng lực theo trường phái của Anh được hình thành từ ba yếu tố chính: Kiến thức (Knowledge), Kỹ năng (Skill) và Thái độ (Attitude), được gọi chung là mô hình ASK.
Năng lực theo trường phái Mỹ được định nghĩa là những yếu tố tâm lý của cá nhân, giúp họ hoàn thành công việc hoặc hành động một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Năng lực được định nghĩa trong tâm lý học như là sự tổng hợp các đặc điểm và thuộc tính tâm lý của cá nhân, phù hợp với yêu cầu của một hoạt động cụ thể Điều này giúp đảm bảo rằng hoạt động đó đạt hiệu quả cao.
Theo Trần Khánh Đức, năng lực được định nghĩa là khả năng tiếp nhận và vận dụng hiệu quả mọi tiềm năng của con người, bao gồm tri thức, kỹ năng, thái độ, thể lực và niềm tin, nhằm thực hiện công việc hoặc đối phó với các tình huống trong cuộc sống và lao động nghề nghiệp.
Năng lực không chỉ là sự hiểu biết mà còn là khả năng thực hiện, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc làm Các năng lực được hình thành dựa trên tư chất tự nhiên của mỗi cá nhân, nhưng phần lớn đến từ công sức và quá trình rèn luyện.
1.1.2 Đặc điểm của năng lực
- Gắn với một hoạt động cụ thể
- Hình thành và phát triển trong một hoạt động cụ thể,
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 5
Sự tác động của một cá nhân cụ thể đến một đối tượng nhất định tạo ra một sản phẩm độc đáo, cho phép phân biệt người này với người khác.
- Không tồn tại năng lực chung chung
1.1.3 Cấu trúc của năng lực [3, tr.17]
Cấu trúc chung của năng lực hành động được mô tả là sự kết hợp của 4 năng lực thành phần:
Năng lực chuyên môn là khả năng thực hiện và đánh giá các nhiệm vụ chuyên môn một cách độc lập, có phương pháp và chính xác Nó được hình thành thông qua việc học tập nội dung chuyên môn và chủ yếu liên quan đến khả năng nhận thức tâm lý vận động.
Năng lực phương pháp là khả năng thực hiện các hành động có kế hoạch và định hướng mục đích để giải quyết nhiệm vụ và vấn đề Nó bao gồm cả năng lực phương pháp chung và chuyên môn, với trọng tâm là khả năng tiếp nhận, xử lý, đánh giá, truyền thụ và trình bày tri thức Năng lực này được phát triển thông qua việc học phương pháp luận và giải quyết vấn đề.
Năng lực xã hội là khả năng đạt được mục tiêu trong các tình huống giao tiếp và ứng xử xã hội, đồng thời thực hiện các nhiệm vụ khác một cách hiệu quả khi phối hợp với các thành viên khác Năng lực này được hình thành thông qua quá trình học hỏi và rèn luyện kỹ năng giao tiếp.
Năng lực cá thể là khả năng nhận diện và đánh giá các cơ hội phát triển bản thân, cũng như các quan điểm và chuẩn mực đạo đức ảnh hưởng đến thái độ và hành vi Nó được hình thành thông qua quá trình học hỏi cảm xúc và đạo đức, gắn liền với tư duy và hành động tự chịu trách nhiệm.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 6
1.1.4.Các cấp độ của năng lực
Hình 1.1: Các cấp độ năng lực
Giáo dục định hướng phát triển năng lực
1.2.1 Khái niệm năng lực trong dạy học định hướng phát triển năng lực [3, tr.15]
Trong chương trình dạy học định hướng phát triển năng lực, khái niệm năng lực được sử dụng như sau:
- Năng lực liên quan đến bình diện mục tiêu của dạy học: mục tiêu dạy học được mô tả thông qua các năng lực cần hình thành
- Trong chương trình, những nội dung học tập và hoạt động cơ bản được liên kết với nhau nhằm hình thành các năng lực
- Năng lực là sự kết nối tri thức, hiểu biết, khả năng, mong muốn
Mục tiêu chính là phát triển năng lực định hướng để lựa chọn, đánh giá mức độ quan trọng và cấu trúc hóa nội dung cũng như các hoạt động dạy học theo phương pháp hiệu quả.
- Năng lực mô tả việc giải quyết những đòi hỏi về nội dung trong các tình huống
- Các năng lực chung cùng với các năng lực chuyên môn tạo thành nền tảng chung cho công việc giáo dục và dạy học
Mức độ phát triển năng lực của học sinh có thể được xác định thông qua các tiêu chuẩn nghề nghiệp, nhằm đảm bảo rằng đến một thời điểm nhất định, học sinh cần phải đạt được những yêu cầu nhất định.
1.2.2 Chương trình giáo dục định hướng phát triển năng lực [3, tr.14]
Chương trình giáo dục định hướng phát triển năng lực, hay còn gọi là dạy học định hướng kết quả đầu ra, đã trở thành chủ đề được bàn luận nhiều trong thời gian gần đây.
Biết cách làm (Know how)
Ch ất lư ợ n g/ N ăn g l ự c c h u yê n m ô n
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh đã trở thành một biểu tượng trong giáo dục quốc tế từ những năm 90 của thế kỷ 20 Giáo dục định hướng phát triển năng lực hiện nay tập trung vào việc nâng cao khả năng của người học, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong xã hội toàn cầu.
Giáo dục định hướng năng lực tập trung vào việc nâng cao chất lượng đầu ra trong dạy học, nhằm phát triển toàn diện phẩm chất nhân cách và khả năng vận dụng tri thức vào thực tiễn Chương trình này chuẩn bị cho người học năng lực giải quyết các tình huống trong cuộc sống và nghề nghiệp, đồng thời nhấn mạnh vai trò chủ động của người học trong quá trình nhận thức.
Chương trình dạy học định hướng phát triển năng lực không chỉ quy định nội dung chi tiết mà còn tập trung vào kết quả đầu ra mong muốn của quá trình giáo dục Điều này bao gồm việc hướng dẫn lựa chọn nội dung, phương pháp, tổ chức và đánh giá kết quả dạy học để đạt được mục tiêu học tập Mục tiêu học tập được mô tả qua hệ thống năng lực (Competency) và cần được quan sát, đánh giá rõ ràng Việc thiết lập các chuẩn đào tạo giúp quản lý chất lượng giáo dục theo định hướng kết quả đầu ra, đồng thời nhấn mạnh khả năng vận dụng của học sinh Tuy nhiên, nếu không chú ý đến nội dung dạy học, có thể dẫn đến lỗ hổng tri thức cơ bản và tính hệ thống của tri thức Chất lượng giáo dục không chỉ phụ thuộc vào kết quả đầu ra mà còn vào quá trình thực hiện.
1.2.3 So sánh một số đặc trưng cơ bản của chương trình định hướng nội dung và chương trình định hướng phát triển năng lực a) Chương trình giáo dục định hướng nội dung
Chương trình định hướng nội dung là một hình thức dạy học truyền thống, tập trung vào việc truyền đạt hệ thống tri thức khoa học qua các môn học đã được quy định Chương trình này nhằm trang bị cho người học kiến thức khách quan về nhiều lĩnh vực khác nhau Quản lý chất lượng giáo dục trong chương trình này chủ yếu tập trung vào việc "điều khiển đầu vào" của nội dung dạy học.
Đinh Thị Nguyệt Thanh 8 nổi bật với ưu điểm trong việc truyền thụ cho người học một hệ thống tri thức khoa học và có tính hệ thống Tuy nhiên, chương trình dạy học hiện nay theo định hướng nội dung đã trở nên không còn phù hợp.
- Chương trình dạy học nhanh bị lạc hậu so với tri thức hiện đại
Việc kiểm tra và đánh giá hiện nay chủ yếu tập trung vào việc tái hiện kiến thức đã học, trong khi chưa chú trọng đến khả năng vận dụng và áp dụng những kiến thức đó vào thực tiễn.
Người học thụ động thường gặp khó khăn trong việc phát triển khả năng sáng tạo và năng động Để khắc phục điều này, cần so sánh giữa chương trình định hướng nội dung và chương trình định hướng phát triển năng lực, nhằm tìm ra phương pháp giáo dục hiệu quả hơn Chương trình định hướng nội dung tập trung vào việc truyền đạt kiến thức, trong khi chương trình định hướng phát triển năng lực chú trọng đến việc rèn luyện kỹ năng và tư duy phản biện của người học.
Chương trình dạy học định hướng phát triển năng lực tập trung vào chất lượng đầu ra, được xem như "sản phẩm cuối cùng" của quá trình dạy học Quản lý chất lượng dạy học chuyển từ việc kiểm soát "đầu vào" sang kiểm soát "đầu ra", tức là chú trọng vào kết quả học tập của học sinh.
Bảng 1.1: So sánh một số đặc trưng cơ bản của chương trình định hướng nội dung và chương trình định hướng phát triển năng lực [3, tr.15-16]
Chương trình định hướng nội dung
Chương trình định hướng phát triển năng lực
Mục tiêu dạy học được mô tả không chi tiết và không nhất thiết phải quan sát, đánh giá được
Kết quả học tập cần được mô tả một cách chi tiết và có thể quan sát, đánh giá rõ ràng, từ đó phản ánh mức độ tiến bộ liên tục của học sinh.
Lựa chọn nội dung học tập cần dựa vào các khoa học chuyên môn và phải gắn liền với các tình huống thực tiễn Nội dung này được quy định một cách chi tiết trong chương trình học.
Chọn lựa nội dung phù hợp để đạt được kết quả đầu ra đã được xác định, liên kết với các tình huống thực tế Chương trình chỉ quy định những nội dung chính, không đi sâu vào chi tiết.
GV là người truyền thụ tri thức, là trung tâm của quá trình dạy học HS tiếp thu thụ động những
GV chủ yếu là người tổ chức, hỗ trợ HS tự lực và tích cực lĩnh hội tri thức Chú trọng sự phát triển
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 9 tri thức được quy định sẵn khả năng giải quyết vấn đề, khả năng giao tiếp,…;
Chủ yếu dạy học lý thuyết trên lớp học
Xác định các năng lực chung cốt lõi và chuyên biệt của môn Vật lý cấp
1.3.1 Dạy học định hướng phát triển năng lực
Dạy học định hướng phát triển năng lực không chỉ thay thế mà còn mở rộng hoạt động dạy học theo nội dung Phương pháp này tạo ra môi trường và bối cảnh cụ thể, giúp học sinh thực hiện các hoạt động vận dụng kiến thức và sử dụng kỹ năng một cách hiệu quả.
Dạy học định hướng phát triển năng lực được thể hiện qua các thành tố trong quá trình giảng dạy, như thái độ của Đinh Thị Nguyệt Thanh 11 Việc này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tạo ra môi trường học tập tích cực và khuyến khích sự phát triển toàn diện của học sinh.
Mục tiêu dạy học không chỉ dừng lại ở việc yêu cầu học sinh nhận biết và tái hiện kiến thức, mà còn cần phát triển khả năng vận dụng kiến thức trong các tình huống thực tiễn Đối với mục tiêu về kỹ năng, học sinh cần đạt được mức độ phát triển kỹ năng thực hiện các hoạt động đa dạng Những mục tiêu này sẽ được thực hiện thông qua các hoạt động trong và ngoài nhà trường.
Phương pháp dạy học hiệu quả không chỉ dựa vào thuyết trình mà còn cần tổ chức các hoạt động trải nghiệm và giải quyết nhiệm vụ thực tiễn Qua những hoạt động học tập này, học sinh sẽ hình thành và phát triển đồng thời nhiều năng lực khác nhau, mà không thể tách biệt từng thành tố trong quá trình dạy học.
- Về nội dung dạy học: Cần xây dựng các hoạt động, chủ đề, nhiệm vụ đa dạng gắn với thực tiễn
Kiểm tra đánh giá năng lực học sinh cần dựa trên khả năng vận dụng kiến thức và kỹ năng trong các tình huống phức tạp Nhiều quốc gia đã xây dựng các chuẩn năng lực giáo dục, mặc dù khác nhau về hình thức nhưng tương đồng về nội dung Các chuẩn này bao gồm nhóm năng lực chung, được xác định dựa trên yêu cầu của nền kinh tế xã hội từng quốc gia Từ năng lực chung, các nhà lý luận dạy học cụ thể hóa thành năng lực chuyên biệt, sau đó phát triển thành các năng lực thành phần, liên quan đến kiến thức và kỹ năng, nhằm hướng dẫn quá trình dạy học và kiểm tra đánh giá của giáo viên.
1.3.2 Các năng lực chuyên biệt trong bộ môn Vật lý a) Xây dựng các năng lực chuyên biệt bằng cách cụ thể hóa các năng lực chung Ở cách tiếp cận này, người ta xác định các năng lực chung trước, chúng là các năng lực mà toàn bộ quá trình giáo dục ở trường phổ thông đều phải hướng tới để hình thành ở HS Sau đó, từng môn học sẽ xác định sự thể hiện cụ thể của các năng lực
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 12 đã áp dụng các năng lực chung để phát triển các năng lực chuyên biệt trong môn Vật lý, như được trình bày trong bảng 2 Cách tiếp cận này giúp nâng cao hiệu quả học tập và hiểu biết sâu hơn về môn học.
Bảng 1.2: Bảng năng lực chuyên biệt môn Vật lý đƣợc cụ thể hóa từ năng lực chung Stt Năng lực chung Biểu hiện năng lực trong môn Vật lý
Nhóm năng lực làm chủ và phát triển bản thân
1 Năng lực tự học - Lập được kế hoạch tự học và điều chỉnh, thực hiện kế hoạch có hiệu quả
- Tìm kiếm thông tin về nguyên tắc cấu tạo, hoạt động của các ứng dụng kĩ thuật
- Đánh giá được mức độ chính xác nguồn thông tin
- Đặt được câu hỏi về hiện tượng sự vật quanh ta
- Tóm tắt được nội dung vật lý trọng tâm của văn bản
- Tóm tắt thông tin bằng sơ đồ tư duy, bản đồ khái niệm, bảng biểu, sơ đồ khối
- Tự đặt câu hỏi và thiết kế, tiến hành được phương án thí nghiệm để trả lời cho các câu hỏi đó
2 Năng lực giải quyết vấn đề
(Đặc biệt quan trọng là NL giải quyết vấn đề bằng con đường thực nghiệm hay còn gọi là NL thực nghiệm)
- Đặc biệt quan trọng là năng lực thực nghiệm
Đặt câu hỏi về hiện tượng tự nhiên giúp ta hiểu rõ hơn về cách thức diễn ra của chúng, điều kiện cần thiết để hiện tượng xảy ra, và mối quan hệ giữa các đại lượng trong tự nhiên Đồng thời, việc tìm hiểu nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của các dụng cụ cũng là một phần quan trọng trong việc khám phá và giải thích các hiện tượng này.
- Đưa ra được cách thức tìm ra câu trả lời cho các câu hỏi đã đặt ra
- Tiến hành thực hiện các cách thức tìm câu trả lời bằng suy luận lí thuyết hoặc khảo sát thực nghiệm
- Khái quát hóa rút ra kết luận từ kết quả thu được
- Đánh giá độ tin cậy và kết quả thu được
3 Năng lực sáng - Thiết kế được phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 13 tạo (hoặc dự đoán)
- Lựa chọn được phương án thí nghiệm tối ưu
- Giải được bài tập sáng tạo
- Lựa chọn được cách thức giải quyết vấn đề một cách tối ưu
4 Năng lực tự quản lí
Không có tính đặc thù
Nhóm năng lực về quan hệ xã hội
- Sử dụng được ngôn ngữ vật lý để mô tả hiện tượng
- Lập được bảng và mô tả bảng số liệu thực nghiệm
- Vẽ được đồ thị từ bảng số liệu cho trước
- Vẽ được sơ đồ thí nghiệm
- Mô tả được sơ đồ thí nghiệm
- Đưa ra các lập luận lô gic, biện chứng
- Tiến hành thí nghiệm theo nhóm
- Tiến hành thí nghiệm theo các khu vực khác nhau
Nhóm năng lực công cụ (Các năng lực này sẽ được hình thành trong quá trình hình thành các năng lực ở trên)
7 Năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông
- Sử dụng một số phần mềm chuyên dụng (maple, coachs…) để mô hình hóa quá trình vật lý
- Sử dụng phần mềm mô phỏng để mô tả đối tượng vật lý
8 Năng lực sử dụng ngôn ngữ
- Sử dụng ngôn ngữ khoa học để diễn tả quy luật vật lý
- Sử dụng bảng biểu, đồ thị để diễn tả quy luật vật lý
- Đọc hiểu được đồ thị, bảng biểu
- Mô hình hóa quy luật vật lý bằng các công thức toán học
Sử dụng toán học để rút ra những hệ quả từ kiến thức đã có hoặc khám phá kiến thức mới là một phương pháp quan trọng Đồng thời, việc xây dựng các năng lực chuyên biệt dựa trên đặc thù của từng môn học cũng góp phần nâng cao hiệu quả học tập và phát triển tư duy.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 14
Cách tiếp cận này dựa vào đặc thù nội dung, phương pháp nhận thức và vai trò thực tiễn của môn học để xây dựng hệ thống năng lực Nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng phương pháp này, trong đó có hệ thống năng lực chuyên biệt môn Vật lý dành cho học sinh 15 tuổi tại CHLB Đức.
Môn Vật lý giúp hình thành các năng lực sau:
- Năng lực giải quyết vấn đề
Năng lực sáng tạo là yếu tố quan trọng, nhưng việc hình thành, phát triển và đánh giá các năng lực này một cách toàn diện là một thách thức lớn và cần thời gian Vì vậy, cần tiếp tục phân chia các năng lực này thành những năng lực thành phần cụ thể hơn.
Cần xác định các thao tác liên quan đến từng năng lực thành phần, với khả năng nhận biết rõ ràng và chỉ dẫn về chất lượng của từng thao tác Chất lượng các thao tác, tương tự như kỹ năng, có thể được đánh giá dựa trên sự thuần thục, tốc độ thực hiện và độ chính xác.
Để đánh giá một năng lực, cần xác định rõ nội hàm của năng lực đó bằng cách chỉ ra những kiến thức, kỹ năng và thái độ cần thiết Sau đó, xây dựng các công cụ đo lường kiến thức, kỹ năng và thái độ một cách hiệu quả.
Ví dụ để đánh giá năng lực thực nghiệm, một trong các năng lực quan trọng của
HS trong học tập vật lí, ta cần chỉ ra những thành tố làm nền tảng của năng lực thực nghiệm được trình bày ở Hình 3
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 15
+ Kiến thức vật lí liên quan đến quá trình cần khảo sát
Để đảm bảo an toàn trong việc sử dụng thiết bị, người dùng cần nắm vững kiến thức về thiết bị và các biện pháp an toàn liên quan Bên cạnh đó, việc xử lý số liệu và hiểu biết về sai số là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của thông tin Cuối cùng, kỹ năng biểu diễn số liệu dưới dạng bảng biểu và đồ thị sẽ giúp trình bày dữ liệu một cách rõ ràng và dễ hiểu.
+ Thái độ kiên nhẫn + Thái độ trung thực + Thái độ tỉ mỉ + Thái độ hợp tác + Thái độ tích cực
Kĩ năng + thiết kế phương án thí nghiệm + chế tạo dụng cụ
+ lựa chọn dụng cụ + lắp ráp dụng cụ thí nghiệm + thay đổi các đại lượng + sử dụng dụng cụ đo: hiệu chỉnh dụng cụ đo, đọc số liệu
+ sửa chưa các sai hỏng thông thường + quan sát diễn biến hiện tượng + ghi lại kết quả
+ biểu diễn kết quả bằng bảng biểu, đồ thị + tính toán sai số + biện luận, trình bày kết quả + tự đánh giá cải tiến phép đo
Hình 1.3: Các thành tố của năng lực thực nghiệm
Khi xây dựng công cụ đánh giá, việc đánh giá từng thành tố hoặc nhiều thành tố của năng lực là khả thi, nhưng để đảm bảo độ chính xác và tin cậy cao, nên đánh giá càng ít thành tố càng tốt Sau khi phân chia năng lực thành các thành phần, ta có thể tổng hợp nhóm các năng lực cần hình thành và phát triển trong môn Vật lý, đặc biệt ở cấp THPT, như được trình bày trong bảng 3.
Bảng 1.3: Năng lực chuyên biệt môn Vật lý
Nhóm năng lực thành phần Năng lực thành phần trong môn Vật lý
Nhóm NLPT liên quan đến sử dụng kiến thức vật lý
- K1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định luật, nguyên lí vật lý cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lý
- K2: Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật lý
- K3: Sử dụng được kiến thức vật lý để thực hiện các nhiệm vụ
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 16 học tập
- K4: Vận dụng (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh giá giải pháp … ) kiến thức vật lý vào các tình huống thực tiễn
Nhóm NLTP về phương pháp (tập trung vào năng lực thực nghiệm và năng lực mô hình hóa)
- P1: Đặt ra những câu hỏi về một sự kiện vật lý
- P2: Mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lý và chỉ ra các quy luật vật lý trong hiện tượng đó
- P3: Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong học tập vật lý
- P4: Vận dụng sự tương tự và các mô hình để xây dựng kiến thức vật lý
- P5: Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp trong học tập vật lý
- P6: Chỉ ra được điều kiện lí tưởng của hiện tượng vật lý
- P7: Đề xuất được giả thuyết; suy ra các hệ quả có thể kiểm tra được
- P8: Xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến hành xử lí kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét
- P9: Biện luận tính đúng đắn của kết quả thí nghiệm và tính đúng đắn các kết luận được khái quát hóa từ kết quả thí nghiệm này
Nhóm NLTP trao đổi thông tin
- X1: Trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lý bằng ngôn ngữ vật lí và các cách diễn tả đặc thù của vật lý
- X2: Phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lý (chuyên ngành)
- X3: Lựa chọn, đánh giá được các nguồn thông tin khác nhau
- X4: Mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kĩ thuật, công nghệ
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 17
- X5: Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập vật lý của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm …)
Phương pháp và hình thức tổ chức dạy học vật lý nhằm hướng tới những năng lực chung cốt lõi và chuyên biệt của môn học
Để đạt được những mục tiêu dạy học cao, việc đổi mới nội dung dạy học là cần thiết, nhưng điều quan trọng hơn là phải đổi mới phương pháp và hình thức dạy học.
1.4.1 Các phương pháp và hình thức dạy học vật lý tạo điều kiện phát triển năng lực
Việc đổi mới và áp dụng các phương pháp dạy học là rất quan trọng để phát triển năng lực chung cho học sinh Trong lĩnh vực dạy học vật lý, các phương pháp như dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, cũng như dạy học dựa trên tìm tòi khám phá, đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao năng lực chuyên biệt của học sinh.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 18
Các hình thức dạy học đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển năng lực của học sinh, bao gồm: dạy học phân hóa, dạy học dự án, dạy học theo trạm, dạy học theo góc, dạy học theo tình huống và dạy học webquest Những phương pháp này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả học tập mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện ở học sinh.
Việc phát triển năng lực chung và năng lực chuyên biệt, đặc biệt là năng lực vật lý trong dạy học, có mối liên hệ chặt chẽ với việc tổ chức cho học sinh giải quyết vấn đề ở nhiều mức độ khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp Điều này diễn ra trong cả môi trường lớp học và thực tiễn Bài viết dưới đây sẽ tóm tắt một số nội dung cơ bản về phương pháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong môn vật lý.
1.4.2 Phương pháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề là phương pháp giáo dục giúp học sinh (HS) hình thành thói quen tìm tòi và giải quyết vấn đề như các nhà khoa học Phương pháp này bao gồm việc tổ chức các tình huống có vấn đề, khuyến khích HS phát hiện và biểu đạt vấn đề, đồng thời hỗ trợ họ trong quá trình giải quyết Qua đó, HS không chỉ phát triển nhu cầu và hứng thú học tập mà còn chiếm lĩnh kiến thức và nâng cao năng lực sáng tạo Chúng tôi áp dụng sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức trong môn Vật lý theo kiểu dạy học này để tối ưu hóa hiệu quả giáo dục.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 19
Hình 1.4: Sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
Giải pháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong lĩnh vực vật lý có thể được tổ chức theo các bước cụ thể, như được trình bày trong bảng 4 dưới đây.
Trong hoạt động tổ chức dạy học, định hướng luôn gắn liền với việc kiểm tra và đánh giá, đặc biệt trong quá trình đánh giá học sinh (HS) theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề Đặc trưng của phương pháp này trong môn Vật lý là việc sử dụng thiết bị thí nghiệm ở các giai đoạn khác nhau Ở giai đoạn đặt vấn đề, thí nghiệm đơn giản không chỉ giúp HS nhận thức nhanh chóng về vấn đề mà còn kích thích hứng thú học tập Đến giai đoạn 3, thí nghiệm vật lý đóng vai trò quan trọng, thể hiện đặc thù của môn học và phát triển phương pháp luận cho HS, khẳng định rằng "thực tiễn là chân lý cuối cùng của nhận thức" Do đó, việc áp dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lý cần được thực hiện dưới hình thức thí nghiệm kiểm tra giả thuyết hoặc kiểm nghiệm kết quả suy luận lý thuyết.
1 Làm nảy sinh VĐ cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử…
2 Phát biểu VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)
- Suy đoán giải pháp GQVĐ: nhờ khảo sát lí thuyết và/hoặc khảo sát thực nghiệm
- Thực hiện giải pháp đã suy đoán
4 Rút ra kết luận (kiến thức mới)
5 Vận dụng kiến thức mới để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra tiếp theo
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 20
Qua thực tế đào tạo, bồi dưỡng GV vật lý, chúng tôi nhận thấy giáo sinh và cả
GV thường gặp các khó khăn sau khi áp dụng kiểu dạy học GQVĐ:
Phát biểu không đúng trọng tâm có thể làm mất đi bản chất và quy luật của hiện tượng vật lý mà học sinh cần nhận thức Để đạt được hiệu quả, câu hỏi đặt ra cần phải định hướng suy nghĩ của học sinh một cách rõ ràng và chính xác.
Giáo viên thường gặp khó khăn trong việc hướng dẫn học sinh đề xuất giả thuyết và cách giải quyết vấn đề Để hỗ trợ học viên vượt qua những thách thức này, chúng tôi đã xây dựng bảng tổng hợp hướng dẫn dạy học giải quyết vấn đề angôrít hóa Khi sử dụng bảng này, học viên sẽ thực hiện các bước cần thiết trước khi dạy một bài học cụ thể.
1 Xác định các kiến thức cần dạy trong bài
2 Xác định loại kiến thức cần dạy Các kiến thức trọng tâm của môn Vật lý đều thuộc 1 trong 4 loại kiến thức: Hiện tượng vật lý, đại lượng vật lý, định luật vật lý và ứng dụng kĩ thuật của vật lý
3 Xây dựng tiến trình hình thành kiến thức theo các pha/ bước gợi ý trong bảng
4 Soạn thảo giáo án, trong đó tập chung chuẩn bị các hoạt động (các yêu cầu, nhiệm vụ, câu hỏi đối với HS ) định hướng của GV và sự đáp ứng của HS
Bảng 1.4 Dạy học giải quyết vấn đề các loại kiến thức vật lý đặc thù
Các pha/ bước của dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
Hiện tƣợng vật lý Đại lƣợng vật lý Định luật vật lý Ứng dụng kĩ thuật của vật lý
1 Làm nảy sinh VĐ cần giải quyết từ tình huống
(điều kiện) xuất phát: từ kiến thức cũ,
Xây dựng biểu tượng về hiện tượng: Thông qua tái hiện kinh nghiệm, thí nghiệm, clips, ảnh…
Tùy theo hình thành đặc điểm định lượng hay định tính trước mà có cách đặt vấn đề khác nha: Cơ bản
Thí nghiệm và kinh nghiệm sơ bộ cho thấy mối quan hệ giữa các đại lượng Cần xác định một nhu cầu hoặc nhiệm vụ cụ thể mà các thiết bị kỹ thuật hiện có chưa đáp ứng được.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 21 kinh nghiệm,
Để đáp ứng nhu cầu diễn tả các tính chất vật lý mà các đại lượng hiện có chưa mô tả đầy đủ, cần thiết phải xây dựng các đại lượng mới Việc này không chỉ giúp cải thiện sự hiểu biết về các hiện tượng mà còn nâng cao hiệu quả trong việc thực hiện các bài tập và kể chuyện lịch sử.
VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)
Khi nào thì xảy ra hiện tượng này?
Khi thì xảy ra hiện tượng gì?
Tại sao lại xảy ra hiện tượng ? Đặc tính … phụ thuộc vào các đại lượng nào và phụ thuộc như thế nào vào các đại lượng đó?
Biểu thức… đặc trưng cho tính chất vật lí nào?
Mối quan hệ giữa các đại lượng A và B là gì?
A và B có mốt quan hệ với nhau như thế nào?
A phụ thuộc vào B,C… như thế nào?
Máy (TBKT) phải có nguyên tắc cấu tạo và hoạt động như thế nào để thực hiện được chức năng ?
- Suy đoán giải pháp GQVĐ: nhờ khảo sát lí thuyết và/hoặc khảo sát thực nghiệm
- Thực hiện giải pháp đã
Kiểm tra kết luận: Đưa ra giả thuyết Dùng thí nghiệm kiểm tra (VD: hiện tượng tán sắc, khúc xạ ) Hoặc suy luận
Xây dựng thí nghiệm để trả lời câu hỏi vấn đề
- Xây dựng giả thuyết và thiết kế phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết
- Sử dụng các kiến thức lí thuyết đã có để suy luận lô gic
Mở máy ra và xác định các bộ phận chính, các quy luật cơ bản chi phối Xây dựng mô hình hình vẽ
(MHHV) và tiến hành thí nghiệm kiểm
Đinh Thị Nguyệt Thanh 22 đã suy đoán lí thuyết để rút ra hệ quả và sử dụng thí nghiệm để kiểm tra, ví dụ như hiện tượng sóng dừng và giao thoa Cần xác định xem MHHV có thực hiện đúng các chức năng của thiết bị khoa học kỹ thuật (TBKT) hay không Để đáp ứng yêu cầu, cần thiết kế một TBKT, lựa chọn thiết kế tối ưu và xây dựng mô hình vật chất chức năng (VC – CN) theo thiết kế đã định và tiến hành vận hành thử nghiệm.
4 Rút ra kết luận (kiến thức mới) Định nghĩa khái niệm về hiện tượng
Phát biểu định nghĩa đại lượng vật lí
Phát biểu đặc trưng, đơn vị của đại lượng
Phát biểu định luật và phạm vi áp dụng định luật
Rút ra nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của TBKT
5 Vận dụng kiến thức mới để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra tiếp theo
Nhận biết các biểu hiện của hiện tượng đã học trong tự nhiên
Vận dụng đại lượng để mô tả các đặc tính vật lí ở các hiện tượng khác nhau
Vận dụng định luật trong các hiện tượng vật lí khác
So sánh TBKT đã xây dựng với các TBKT trong đời sống để bổ sung các yếu tố khác
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 23
1.4.3 Phương pháp dạy học nghiên cứu tình huống [3, tr.115-117] a) Khái niệm
Trong dạy học nghiên cứu tình huống (DHNCTH), tình huống được hiểu là một câu chuyện mô tả chi tiết và khách quan các sự kiện hoặc vấn đề, giúp người học trải nghiệm sự phức tạp, mơ hồ và không chắc chắn mà những người tham gia phải đối mặt lần đầu.
Các bước thiết kế tiến trình dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh
Bước 1: Nghiên cứu bài học, xác định nội dung kiến thức, kỹ năng, thái độ mà học sinh cần đạt được ở bài học
Bước 2: Xác định chuẩn kiến thức, kỹ năng, thái độ của HS theo chương trình hiện hành trên quan điểm mới là định hướng phát triển năng lực HS
Bước 3: Xây dựng tiến trình tổ chức hoạt động dạy học (thông qua các câu hỏi, bài tập, nhiệm vụ) nhằm hướng tới những năng lực đã xác định
Bước 4: Thiết lập hệ thống câu hỏi, bài tập và nhiệm vụ để học sinh thực hiện, từ đó có thể đánh giá mức độ phát triển năng lực đã được xác định.
Bước 5: Tiến hành giảng dạy và kiểm tra đánh giá bằng đề kiểm tra đã xây dựng
Chấm bài lấy kết quả
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 27
Chúng tôi đã trình bày các cơ sở lý luận về việc dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh Qua phân tích, có thể rút ra một số kết luận quan trọng.
Giáo dục phổ thông tại Việt Nam đang chuyển mình từ chương trình giáo dục chú trọng nội dung sang tiếp cận năng lực người học Điều này có nghĩa là sự chuyển đổi từ việc quan tâm đến kiến thức mà học sinh tiếp thu sang việc đánh giá khả năng áp dụng kiến thức đó trong thực tiễn.
Dạy học định hướng phát triển năng lực không thay thế dạy học định hướng nội dung, mà chỉ mở rộng hoạt động này Mục tiêu là nâng cao chất lượng dạy học hiện tại bằng cách tạo môi trường và bối cảnh cụ thể, giúp học sinh áp dụng kiến thức, sử dụng kỹ năng và thể hiện thái độ trong học tập, cả trong và ngoài nhà trường, cũng như trong đời sống thực tiễn.
- Xác định được các năng lực chung cốt lõi và chuyên biệt của môn Vật lý cấp THPT
Việc đổi mới và áp dụng các phương pháp dạy học là rất quan trọng trong việc phát triển năng lực chung của học sinh Trong dạy học vật lý, những phương pháp như dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, cũng như dạy học dựa trên tìm tòi khám phá, đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao năng lực chuyên biệt của học sinh trong lĩnh vực này.
- Xây dựng được quy trình thiết kế tiến trình hoạt dạy học theo định hướng phát triển năng lực HS
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 28
XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ CHƯƠNG “KHÚC XẠ ÁNH SÁNG” – VẬT LÝ 11 CƠ BẢN
Phân tích phần “Quang hình học”
2.1.1 Mối liên hệ về cấu trúc các vấn đề Quang hình học trong chương trình Vật lý phổ thông [9]
Có thể tóm lược các kiến thức Quang hình học trong chương trình vật lý phổ thông bằng sơ đồ sau:
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan về cấu trúc các kiến thức quang hình trong chương trình
Quang hình học trong chương trình vật lý phổ thông được phân bổ ở các khối lớp 7, 9 và 11, với mức độ từ cơ bản đến phức tạp Kiến thức ở mỗi lớp được thiết kế để bổ sung cho lớp trước, phù hợp với trình độ và lứa tuổi của học sinh Qua mỗi lần lặp lại, các em sẽ hiểu rõ hơn về bản chất của các vấn đề liên quan.
Kiến thức Quang hình học trong chương trình VLPT
Các khái niệm cơ bản
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Phản xạ toàn phần ĐL truyền thẳng ĐL phản xạ
Vẽ ảnh qua thấu kính
Vận dụng Vận dụng Vận dụng
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 29
2.1.2 Nội dung và cấu trúc Quang hình học lớp 11 Cơ bản
Chương trình Quang hình học lớp 11 kế thừa và phát triển kiến thức từ lớp 7 và lớp 9, nhấn mạnh vào phản xạ toàn phần, lăng kính, kính hiển vi và kính thiên văn Nội dung lớp 11 không chỉ lặp lại kiến thức lớp 9 mà còn mở rộng và nâng cao hiểu biết về các khái niệm, hiện tượng và định luật quang học, cùng với các ứng dụng trong đời sống và khoa học kỹ thuật Với nền tảng toán học vững chắc, đặc biệt là toán lượng giác, học sinh sẽ được tiếp cận nhiều bài tập quang hình mang tính định lượng và ứng dụng đa dạng.
Cấu trúc nội dung phần “Quang hình học” lớp 11 Cơ bản, gồm 2 chương:
+ Chương VI: Khúc xạ ánh sáng
+ Chương VII: Mắt Các dụng cụ quang.
Phân tích chương “Khúc xạ ánh sáng”
2.2.1 Vài nét về lịch sử nghiên cứu khúc xạ ánh sáng
Trong nhiều thế kỉ, con người đã nhận ra một hiện tượng thú vị: khi một thanh thẳng ngập một phần trong nước, nó sẽ có vẻ như bị cắt làm đôi Hiện tượng này xảy ra do sự khúc xạ ánh sáng, khiến phần chìm dưới nước trông như tách biệt với phần nổi trên mặt nước Ánh sáng khúc xạ khi ra khỏi nước tạo ra ảo giác rằng các vật trong nước bị méo mó và dường như gần hơn, cao hơn so với thực tế mà chúng ta quan sát.
Người Hy Lạp đã phát hiện hiện tượng khúc xạ từ rất sớm Vào thế kỷ thứ nhất sau công nguyên, Ptolémée, một nhà thiên văn và địa lý nổi tiếng, đã cố gắng giải thích lượng bẻ cong (khúc xạ) qua các phương pháp toán học trong tác phẩm Quang học Tuy nhiên, quy luật mà ông đề xuất sau này đã được xác định là không chính xác.
Vào năm 1000, nhà bác học Arhapen Alhazen đã phát triển lý thuyết về khúc xạ ánh sáng mà không sử dụng ngôn ngữ toán học Mặc dù không xác định được mối quan hệ giữa hai góc khúc xạ và góc tới, trực giác của ông đã chứng tỏ là đúng đắn Nghiên cứu của ông đã mở ra những hiểu biết quan trọng về hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 30
Ban đầu, người ta tin rằng góc khúc xạ tỉ lệ thuận với góc tới, nhưng thực nghiệm đã chỉ ra điều này chỉ đúng với góc tới nhỏ và hoàn toàn sai với góc tới lớn Năm 1621, nhà toán học Willebrord Snell từ Hà Lan đã phát triển một quy luật liên hệ giữa tỉ số của góc tới và góc khúc xạ, được gọi là chiết suất của chất Tuy nhiên, ông không công bố phát hiện của mình do cảm giác chán nản vì chưa tìm ra nguyên nhân cho hiện tượng khúc xạ.
Vào năm 1637, René Descartes đã phát hiện ra quy luật khúc xạ, cho rằng tỉ số sin của góc tới và góc khúc xạ là một hằng số, tương tự như những gì mà Snell đã tìm ra và công bố về định luật phản xạ và khúc xạ Mặc dù Snell là người đầu tiên phát hiện ra định luật khúc xạ, Descartes là người đầu tiên công bố nó, dẫn đến việc định luật này còn được gọi là định luật Snell-Descartes.
Năm 1678, nhà khoa học Christian Huygens đã phát triển một mối quan hệ toán học để giải thích các quan sát của Snell, cho rằng chiết suất của một chất liên quan đến tốc độ ánh sáng truyền qua chất đó Ông xác định tỉ số giữa góc của các đường đi ánh sáng trong hai chất có chiết suất khác nhau phải tương ứng với tỉ số vận tốc ánh sáng trong mỗi chất Huygens cho rằng vận tốc ánh sáng tỉ lệ nghịch với chiết suất của môi trường Mặc dù quan điểm này đã được xác nhận qua thực nghiệm, nhưng không phải tất cả các nhà nghiên cứu thế kỷ 17 và 18 đều chấp nhận do thiếu phương tiện đo tốc độ ánh sáng Hơn 150 năm sau khi Huygens qua đời, tốc độ ánh sáng mới được đo chính xác, khẳng định lí thuyết của ông là đúng.
2.2.2 Đặc điểm kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng”
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng gây ra nhiều hiện tượng quen thuộc như sự uốn cong của vật chìm trong nước và ảo ảnh trên sa mạc Chương "Khúc xạ ánh sáng" là chương đầu tiên trong hệ thống chương trình Vật lý về Quang hình học.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 31
Chương này giúp học sinh khám phá nhiều hiện tượng trong cuộc sống như ảo ảnh, cầu vồng và sự chiếu sáng kỳ lạ, cùng với những ứng dụng thực tiễn của chúng Hệ số khúc xạ được sử dụng rộng rãi để điều chỉnh thị lực qua kính mắt và kính tiếp xúc, giúp con người nhìn thấy thế giới rõ ràng hơn Bằng cách tìm hiểu tính chất ánh sáng và cách điều khiển chúng, học sinh có thể quan sát những chi tiết mà mắt thường không thấy được Trong lớp 9, khúc xạ ánh sáng được giới thiệu một cách đơn giản, trong khi lớp 11 mở rộng kiến thức từ lớp 9 với các khái niệm, hiện tượng, định luật và ứng dụng sâu hơn, kèm theo thí nghiệm minh họa Học sinh sẽ áp dụng kiến thức vật lý kết hợp với toán học, đặc biệt là lượng giác, vào các bài tập định lượng.
Những kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng được đề cập ở Vật lý lớp 9 chương III: Quang học trong những bài sau:
+ Bài 40: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Bài 41: Quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ Ở cấp THCS, học sinh chưa được trang bị đầy đủ kiến thức toán học và sinh học, cùng với kỹ năng thí nghiệm, dẫn đến việc họ chỉ học quang hình học một cách sơ lược thông qua khảo sát hiện tượng Do đó, số tiết lý thuyết chiếm ưu thế hơn, trong khi số tiết bài tập và thí nghiệm lại khá khiêm tốn Ở cấp THPT, tình hình có thể được cải thiện với chương trình học nâng cao hơn.
Chương này bắt đầu bằng việc ôn tập hiện tượng khúc xạ và định luật khúc xạ ánh sáng mà học sinh đã học ở cấp THCS Sách giáo khoa lớp 11 Cơ bản đã mở rộng kiến thức này, giúp học sinh hiểu rõ và hoàn thiện hơn về khúc xạ ánh sáng.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 32
Học sinh nghiên cứu định luật khúc xạ thông qua kết quả thí nghiệm, nhằm xác định quy luật mối quan hệ giữa độ lớn của góc khúc xạ r và độ lớn của góc tới i.
Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng là một đặc tính quan trọng mà học sinh thường gặp lần đầu Đặc tính này áp dụng cho các hiện tượng như truyền thẳng ánh sáng, phản xạ ánh sáng và khúc xạ ánh sáng.
- Học sinh được tìm hiểu thêm về hiện tượng phản xạ toàn phần
Cáp quang là một ứng dụng tiêu biểu của hiện tượng phản xạ toàn phần, mang lại những hiểu biết mới cho học sinh, đặc biệt là trong chương trình THPT Trong khi chương trình THCS chỉ đề cập đến khái niệm này một cách hạn chế, cấp THPT đã kết hợp lý thuyết với thực hành, giúp học sinh phát triển kỹ năng cần thiết cho cuộc sống xã hội và khoa học kỹ thuật Thời gian học lý thuyết tương đương nhưng số tiết bài tập tăng lên, với một tiết bài tập sau mỗi tiết lý thuyết, nhằm đáp ứng yêu cầu tự nhiên của quá trình học tập và rèn luyện.
2.2.3 Sơ đồ kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng” – Vật lý 11 Cơ bản
Hình 2.2: Sơ đồ kiến thức của chương “Khúc xạ ánh sáng”
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 33
2.2.4 Chuẩn kiến thức kỹ năng của chương “Khúc xạ ánh sáng”
Chủ đề Mức độ cần đạt Ghi chú a) Định luật khúc xạ ánh sáng Chiết suất
Tính chất thuận nghịch của sự truyền ánh sáng b) Hiện tượng phản xạ toàn phần Cáp quang
- Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng và viết được hệ thức của định luật này
- Nêu được chiết suất tuyệt đối, chiết suất tỉ đối là gì
- Nêu được tính chất thuận nghịch của sự truyền ánh sáng và chỉ ra sự thể hiện tính chất này ở định luật khúc xạ ánh sáng
- Mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện xảy ra hiện tượng này
- Mô tả được sự truyền ánh sáng trong cáp quang và nêu được ví dụ về ứng dụng của cáp quang
- Vận dụng được hệ thức của định luật khúc xạ ánh sáng
- Vận dụng được công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần
Chấp nhận hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi i i gh
Thực tế dạy học kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng” ở trường THPT
Tìm hiểu thuận lợi, khó khăn và sai lầm thường gặp của giáo viên và học sinh khi học chương "Khúc xạ ánh sáng" là cần thiết Qua đó, trong quá trình thiết kế tiến trình dạy học, chúng ta có thể khắc phục những khó khăn của giáo viên và sai lầm của học sinh Điều này nhằm phát huy tính tích cực, tự lực trong học tập và phát triển năng lực của học sinh.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 34
2.3.2 Phương pháp và nội dung điều tra
Tìm hiểu thực tế dạy và học chương “Khúc xạ ánh sáng” ở trường THPT Phan Thành Tài:
+ Tìm hiểu giáo viên: Trao đổi trực tiếp, nghiên cứu giáo án, dự giờ
+ Tìm hiểu học sinh: Trao đổi trực tiếp, dùng bài kiểm tra
Tình hình dạy học kiến thức chương “Khúc xạ ánh áng”, qua điều tra tôi thu được kết quả như sau:
Phương pháp giảng dạy chủ yếu được áp dụng là diễn giải kết hợp với đàm thoại, trong đó giáo viên chủ yếu truyền đạt kiến thức cho học sinh thông qua hình thức thông báo Mặc dù có một số tiết dạy kèm theo thí nghiệm biểu diễn, nhưng thường gặp tình trạng không đủ thời gian để thực hiện đầy đủ.
- Về hình thức tổ chức và các phương tiện hỗ trợ: bảng đen, phấn trắng, giáo viên trên bục và tất cả học sinh hướng về phía bảng đen
Giáo án hiện tại chủ yếu tóm tắt nội dung kiến thức từ sách giáo khoa mà chưa làm rõ vai trò của giáo viên và học sinh trong quá trình giảng dạy Hơn nữa, các câu hỏi được đưa ra chủ yếu chỉ nhằm tái hiện lại kiến thức đã học.
- Những khó khăn của giáo viên khi dạy:
Thời gian hạn chế khiến việc tiến hành thí nghiệm minh họa và hướng dẫn học sinh tự phát hiện kiến thức mới trở nên khó khăn Điều này dẫn đến việc học sinh không thể liên hệ kiến thức đã học với thực tế cuộc sống và khoa học kỹ thuật, từ đó giảm tính thuyết phục và hứng thú trong học tập Hệ quả là không tạo ra môi trường thuận lợi để học sinh phát huy tính tích cực và sáng tạo trong quá trình học.
Học sinh thường quen với phương pháp dạy học truyền thống, dẫn đến việc không chuẩn bị bài ở nhà và trở nên thụ động trong lớp học Điều này gây khó khăn cho giáo viên trong việc thực hiện các buổi thảo luận Ngoài ra, các thí nghiệm trong lớp thường chỉ được giáo viên thực hiện như một màn trình diễn, thiếu sự tham gia của học sinh.
- Những sai lầm mà học sinh thường gặp phải:
+ Do không được được quan sát các hiện tượng, cách truyền ánh sáng một cách trực quan nên gặp khó khăn khi ghi nhớ kiến thức tại lớp
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 35
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng thường gây nhầm lẫn trong việc xác định thời điểm xảy ra, trong khi việc kiểm tra điều kiện phản xạ toàn phần cũng không được thực hiện đầy đủ Bên cạnh đó, sự thiếu hiểu biết về chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối đã dẫn đến khó khăn trong việc giải quyết các bài tập liên quan.
+ Kỹ năng vẽ đường truyền tia sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém hay ngược lại đều còn khá lúng túng
+ Sau khi học xong chương thường nhầm lẫn các kiến thức với nhau.
Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức về “Khúc xạ ánh sáng” Vật lý 11 – Cơ bản theo định hướng phát triển năng lực HS
Dựa trên những quan điểm lý luận đã trình bày ở chương 1, tôi đã thiết kế tiến trình dạy học cho 3 bài trong chương “Khúc xạ ánh sáng” theo đúng phân phối chương trình.
+ Tiết 54, bài 26: Khúc xạ ánh sáng + Tiết 56, bài 27: Phản xạ toàn phần + Tiết 57: Bài tập Phản xạ toàn phần
Ví dụ về thiết kế tiến trình dạy học bài “Phản xạ toàn phần” theo định hướng phát triển năng lực học sinh
Bước 1: Nghiên cứu bài học, xác định nội dung kiến thức, kỹ năng, thái độ mà học sinh đạt được
Chuẩn KT, KN quy định trong chương trình
Mức độ thể hiện cụ thể của chuẩn
Mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện xảy ra hiện tượng này
Mô tả thí nghiệm về hiện tượng phản xạ toàn phần :
- Cho một chùm sáng hẹp truyền từ khối nhựa trong suốt hình trụ vào không khí áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng suy ra r > i
Chùm tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với chùm tia tới Khi i tăng thì r cũng tăng
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 36
Vận dụng được công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần trong bài toán
Khi r đạt giá trị cực đại 90 độ, cường độ tia khúc xạ trở thành bằng không Lúc này, góc tới i đạt giá trị i gh, được gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần hay góc tới hạn.
- Khi i > i gh , không có tia khúc xạ, toàn bộ ánh sáng bị phản xạ ở mặt phân cách Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần
Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ của toàn bộ ánh sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt
Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần :
- ánh sáng truyền từ một môi trường tới mặt phân cách với môi trường kém chiết quang hơn (n 2 < n 1 )
- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần (i i gh )
Biết nhận dạng các trường hợp xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần của tia sáng khi qua mặt phân cách
Biết cách tính góc giới hạn phản xạ toàn phần và các đại lượng trong công thức tính góc giới hạn
2 Mô tả được sự truyền ánh sáng
Sợi quang có lõi làm bằng thuỷ tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất
Cáp quang có ưu điểm hơn so với
Cáp quang là một công nghệ truyền dẫn dữ liệu hiệu quả, trong đó ánh sáng được truyền qua một sợi quang học Đinh Thị Nguyệt Thanh 37 đã chỉ ra rằng sợi quang này được bao quanh bởi một lớp vỏ có chỉ số khúc xạ n2 nhỏ hơn n1, giúp tạo ra hiện tượng phản xạ toàn phần Một ví dụ điển hình về ứng dụng của cáp quang là trong hệ thống internet, nơi nó cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh chóng và ổn định.
Tia sáng được truyền vào sợi quang và bị phản xạ toàn phần nhiều lần tại mặt tiếp xúc giữa lõi và vỏ Qua quá trình này, tia sáng ló ra ở đầu kia của sợi quang với cường độ sáng giảm không đáng kể.
Nhiều sợi quang ghép với nhau thành bó, các bó được ghép và hàn nối với nhau tạo thành cáp quang
Cáp quang là công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực thông tin, cho phép truyền tải dữ liệu và thông tin dưới dạng tín hiệu ánh sáng Với khả năng truyền tải lượng dữ liệu lớn, cáp quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ trường điện từ bên ngoài, mang lại hiệu suất cao hơn so với cáp kim loại.
Bước 2 và 3 trong quá trình giáo dục là xác định chuẩn kiến thức, kỹ năng và thái độ của học sinh theo chương trình hiện hành, với mục tiêu phát triển năng lực của học sinh Dựa trên những chuẩn mực này, cần xây dựng tiến trình tổ chức hoạt động dạy học nhằm hướng tới việc phát triển những năng lực đã được xác định.
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 38
Tiết 56 Bài 27: PHẢN XẠ TOÀN PHẦN
- Phát biểu được định nghĩa hiện tượng phản xạ toàn phần
- Nắm được điều kiện để có phản xạ toàn phần
- Viết được công thức tính i gh
- Trình bày được cấu tạo và tác dụng dẫn sáng của sợi quang, cáp quang
- Nhận xét được hiện tượng phản xạ toàn phần qua việc quan sát thí nghiệm
- Giải được các bài tập đơn giản về hiện tượng phản xạ toàn phần
- Nghiêm túc trong giờ học
- Sôi nổi phát biểu xây dựng bài
Cáp quang đóng vai trò quan trọng trong đời sống, khoa học và kỹ thuật, vì vậy cần nâng cao nhận thức về việc bảo vệ an toàn cho hệ thống cáp quang quốc gia và quốc tế đi qua Việt Nam.
4 Phát triển năng lực chuyên biệt: a) Về kiến thức
- K1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định luật, nguyên lí vật lý cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lý
- K2: Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật lý
- K3: Sử dụng được kiến thức vật lý để thực hiện các nhiệm vụ học tập
- K4: Vận dụng (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh giá giải pháp
… ) kiến thức vật lý vào các tình huống thực tiễn b) Về phương pháp
- P2: Mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lý và chỉ ra các quy luật vật lý trong hiện tượng đó
- P5: Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp trong học tập vật lý
- P6: Chỉ ra được điều kiện lí tưởng của hiện tượng vật lý
- P8: Xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến hành xử lý kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 39 c) Trao đổi thông tin
- X2: Phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lý (chuyên ngành)
- X5: Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập vật lý của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm…)
X6: Trình bày kết quả từ các hoạt động học tập vật lý như nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm và làm việc nhóm một cách hợp lý và cá thể hóa.
- C1: Xác định được trình độ hiện có về kiến thức, kĩ năng , thái độ của cá nhân trong học tập vật lý
- C4: So sánh và đánh giá được – dưới khía cạnh vật lý – các giải pháp kĩ thuật khác nhau về mặt kinh tế, xã hội và môi trường
- C6: Nhận ra được ảnh hưởng vật lý lên các mối quan hệ xã hội và lịch sử
- Dụng cụ thí nghiệm: bút lazer, khối nhựa bán trụ trong suốt
- Bảng phụ kết quả thí nghiệm truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn
- Hỗ trợ của PowerPoint: video thí nghiệm, hình ảnh ứng dụng của cáp quang.
- Dự kiến nội dung ghi bảng
Tiết 56, Bài 27: PHẢN XẠ TOÀN PHẦN
I Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn (n 1 > n 2 ):
Góc tới Chùm tia khúc xạ Chùm tia phản xạ
Nhỏ Lệch xa pháp tuyến
Có giá trị đặc biệt i gh Gần như sát mặt phân cách
Có giá trị lớn hơn giá trị i gh không còn Rất sáng
2 Góc giới hạn phản xạ toàn phần:
- Tại tâm O của khối bán trụ, áp dụng định luật khúc xạ:
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 40
=> Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến so với tia tới
- Khi i tăng thì r tăng r = 90 0 thì i = i gh : góc giới hạn
- Khi i > i gh , áp dụng ĐLKXAS
=> không có ta khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ
* KẾT LUẬN: Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần
II Hiện tượng phản xạ toàn phần:
2 Điều kiện để có phản xạ toàn phần: a) Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn b) Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc khúc xạ:
* Bài tập áp dụng: Ta có: => igh = 45,58 0
Vậy để xảy ra phản xạ toàn phần thì: i i gh => i 45,58 0
III Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần: cáp quang
Sợi quang gồm 2 phần chính:
+ Phần lõi trong suốt có chiết suất n 1 lớn
+ Phần vỏ cũng trong suốt, có chiết suất n 2 nhỏ hơn phần lõi
- Ứng dụng: trong nội soi y học …
2 Học sinh: Ôn lại bài định luật khúc xạ ánh sáng
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 41
III TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
1 Ổn định, kiểm tra sĩ số lớp: (1 phút)
2 Kiểm tra bài cũ: (4 phút)
- Thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng? Phát biểu và viết biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng?
- Nếu tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất n 1 sang môi trường có chiết suất n 2 > n 1 thì góc tới i lớn hay nhỏ hơn góc khúc xạ r? Và ngược lại
Vào những ngày nắng nóng, mặt đường nhựa có vẻ loang loáng như có nước, điều này khiến nhiều người thắc mắc Bên cạnh đó, cụm từ “đường truyền internet cáp quang tốc độ cao” cũng thường được nhắc đến, vậy cáp quang là gì và tại sao nó lại nhanh hơn cáp thông thường? Bài 27: Phản xạ toàn phần hôm nay sẽ giúp giải đáp những câu hỏi này.
Hoạt động 1: Tìm hiểu sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Phát triển NL
+ Dụng cụ thí nghiệm: bút chiếu lazer, khối nhựa trong suốt hình bán trụ
+ Mục đích thí nghiệm: Tìm hiểu sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn
- Dán bảng phụ kết quả quan sát thí nghiệm lên bảng
Gọi 1 HS lên bảng cùng quan sát với các bạn và ghi kết quả
- Chú ý quan sát, theo dõi
P8: Xác định được mục đích của thí nghiệm và rút ra nhận xét
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 42 quan sát vào bảng phụ
- Tiến hành thí nghiệm: Cho tia sáng truyền từ khối nhựa trong suốt hình bán trụ ra không khí
Khi góc tới tăng dần, học sinh sẽ quan sát độ sáng của tia khúc xạ và tia phản xạ trong video thí nghiệm Giáo viên hướng dẫn học sinh nhận xét sự thay đổi này để dễ dàng theo dõi hiện tượng quang học.
+ Tăng góc tới i với i nhỏ
+ Tại 1 giá trị i gh đặc biệt
+ Tăng i lớn hơn giá trị i gh
Lưu ý: chỉ rõ trong thí nghiệm tia tới, tia khúc xạ, tia phản xạ, góc tới và góc khúc xạ
- GV thông báo: khi tia khúc xạ là là ở mặt phân cách giữa 2 môi trường thì bắt đầu xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần
Góc tới i = i gh được gọi là góc tới hạn
Vậy góc giới hạn phản xạ toàn phần được tính theo biểu thức nào chúng ta vào phần 2 để tìm hiều?
- GV kết hợp với slide để giúp
HS tìm hiểu góc giới hạn phản xạ toàn phần:
+ Tia sáng khúc xạ tại mặt
- Chú ý theo dõi thí nghiệm
Các HS trong lớp nhận xét độ sáng của các tia, HS trên bảng ghi các kết quả quan sát của các bạn vào bảng phụ
Rất mờ giá trị i gh
Gần như sát mặt phân cách
Rất sáng lớn hơn giá trị i gh
- Chú ý lắng nghe, ghi bài
- HS chú ý theo dõi, cùng tìm hiểu
X5: Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập vật lý của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm…)
K1: Trình bày được khái niệm góc tới hạn
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 43 phân cách
+ Áp dụng ĐL KXAS so sánh i và r
* Tăng i đến giá trị đặc biệt i gh :
+ Khi tăng i thì r như thế nào?
+ Vì r > i nên khi r = 90 0 (tức tia khúc xạ trùng với mặt phân cách) thì i = i gh được gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần
+ Yêu cầu HS áp dụng ĐL
KXAS để tính góc i gh
+ Khi tăng tiếp góc i thì có tia khúc xạ hay không? Vì sao?
+ GV thông báo: Khi i > i gh thì toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần
- Vậy phản xạ toàn phần là gì?
Ta đi vào mục II
* Khi góc i nhỏ: Áp dụng ĐL KXAS:
=> Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn
* Tăng i đến giá trị đặc biệt i gh : + Tăng i thì r tăng
+ Áp dụng ĐL KXAS với r 90 0
=> không có ta khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ
K3: Sử dụng được kiến thức về ĐL KXAS để thực hiện các nhiệm vụ học tập
P5: Từ công thức ĐL KXAS xây dựng ra công thức tính góc giới hạn toàn phần
X6: Trình bày kết quả từ các hoạt động học tập vật lý như nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thực hiện thí nghiệm và làm việc nhóm một cách rõ ràng và phù hợp.
Hoạt động 2: Tìm hiểu về hiện tƣợng phản xạ toàn phần (8 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Phát triển NL
- Dựa vào thí nghiệm đã quan sát, yêu cầu HS phát biểu thế
- Dựa trên thí nghiệm đã quan sát phát biểu hiện tượng phản
K1: Trình bày được hiện tượng phản xạ
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 44 nào là hiện tượng phản xạ toàn phần?
- GV nhận xét và phát biểu lại
Lưu ý: phản xạ toàn phần thì không còn tia khúc xạ
- Yêu cầu HS phân biệt phản xạ toàn phần với phản xạ một phần
- Điều kiện gì để xảy ra hiện tượng toàn phần?
GV gợi ý: điều kiện về chiết suất của môi trường; điều kiện về góc tới
Để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi tia sáng truyền từ nước có chiết suất 1,4 ra không khí, cần thỏa mãn điều kiện chiết suất của nước phải lớn hơn chiết suất của không khí Phản xạ toàn phần là hiện tượng mà toàn bộ tia sáng tới được phản xạ lại tại mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
- Lăng nghe và ghi bài
+ Phản xạ toàn phần: toàn bộ tia sáng bị hắt ngược trở lại môi trường chứa tia tới
+ Phản xạ một phần: một phần tia sáng bị phản xạ trở lại môi trường chứa tia tới còn một phần bị khúc xạ vào môi trường kia
- Để xảy ra hiện tượng toàn phần:
+ Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n1 > n 2 + Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i i gh
- Lắng nghe và làm theo yêu cầu Đẻ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì i igh => i 45,58 0 toàn phần
X2: Phân biệt được hiện tượng phản xạ toàn phần với phản xạ một phần
P6: Nêu được điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần
K3: Vận dụng được điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần để thực hiện các nhiệm vụ
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 45 học tập
Hoạt động 3: Tìm hiểu về ứng dụng của hiện tƣợng phản xạ toàn phần (10 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Phát triển NL
- GV thông báo: Cáp quang là bó sợi quang Mỗi sợi quang là một sợi dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần
- Yêu cầu HS đọc SGK, kết hợp với hình ảnh trên slide để tìm hiểu cấu tạo của sợi quang
Gọi 1 HS lên bảng kết hợp với hình ảnh trình bày cấu tạo của sợi quang
- Dùng slide cho HS quan sát đường truyền của tia sáng trong sợi quang
- Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra ở đâu?
- GV thông báo, cho HS xem 1 số hình ảnh ứng dụng của cáp quang: truyền thông tin, nội soi trong y học …
- Yêu cầu HS đọc SGK và cho biết cáp quang có ưu điểm hơn cáp đồng ở chỗ nào?
* Giải thích vấn đề nêu ra ở
- Kết hợp đọc SGK và quan sát hình ảnh để tìm hiểu cấu tạo của sợi quang:
+ Phần lõi trong suốt có chiết suất n 1 lớn
+ Phần vỏ cũng trong suốt, có chiết suất n 2 nhỏ hơn phần lõi
- Xảy ra ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ
Cáp quang sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật như dung lượng tín hiệu lớn, thiết kế nhỏ gọn và nhẹ, dễ dàng vận chuyển và uốn cong Ngoài ra, cáp quang không bị ảnh hưởng bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, đảm bảo tính bảo mật cao và hoàn toàn không có rủi ro cháy.
X6: Trình bày các kết quả từ hoạt động học tập vật lý của bạn, bao gồm nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thực hiện thí nghiệm và làm việc nhóm, một cách rõ ràng và hợp lý.
K4: Mô tả được sự truyền ánh sáng trong cáp quang và nêu được ví dụ về ứng dụng của cáp quang
C4: Nêu được vai trò của cáp quang đối với lợi ích kinh tế và giảm thiểu sự ô nhiễm của môi
SVTH: Đinh Thị Nguyệt Thanh 46 đầu bài:
Vào những ngày nắng nóng ít gió, mặt đường nhựa khô ráo, nhưng nhìn từ xa ta thấy mặt đường loang loáng như có nước