Đánh giá năng lực khoa học của học sinh khi dạy học một số kiến thức về “Dòng điện trong các môi trường” (Vật lí 11)

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE DOI: 10.18173/2354-1075.2016-0184 Educational Sci., 2016, Vol. 61, No. 8B, pp. 272-278 This paper is available online at ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC KHOAHỌC CỦA HỌC SINH KHI DẠY HỌCMỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ DÒNG ĐIỆN TRONG CÁCMÔI TRƯỜNG” (VẬT LÍ 11) Nguyễn Văn Khải1, Lê Chí Nguyện2 1Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên 2Khoa Tự nhiên, Trường Đại học Hoa Lư Tóm tắt. Bài viết trình bày cách đánh giá năng lực khoa học (NLKH) của học sinh trung học phổ thông khi dạy học một số kiến thức về “Dòng điện trong các môi trường”(Vật lí 11) dựa trên tiêu chí (Rubric) và bài tập đánh giá năng lực theo PISA. Từ khóa: Đánh giá, năng lực khoa học Vật lí. 1. Mở đầu Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kĩ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kĩ năng, phát triển năng lực (NL). Môn Vật lí (VL) ở trường phổ thông có vai trò quan trọng trong việc phát triển các NL cho học sinh (HS), đặc biệt là NLKH. Bài viết dưới đây trình bày cách vận dụng một số công cụ đánh giá NLKH của HS trong dạy học (DH) một số kiến thức về “ Dòng điện trong các môi trường” (VL 11) theo xu hướng dạy học PTNL. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Năng lực khoa học của học sinh Nhiều nghiên cứu về DH PTNL đều chỉ rõ: “năng lực (Competency) của HS là khả năng vận dụng tổng hợp các kiến thức, kĩ năng, thái độ vào giải quyết các tình huống học tập và thực tiễn, thu được những sản phẩm cụ thể, có thể quan sát, ĐG được [1;2]. Theo PISA, NLKH của HS là khả năng vận dụng tổng hợp các kiến thức, thái độ để giải quyết các tình huống có liên quan đến khoa học - công nghệ (Hình 1) [3;102]. Mặc dù PISA quan tâm đánh giá NLKH của HS tuổi 15, song ở cấp THPT, NL này theo chúng tôi, cần được tiếp tục quan tâm phát triển, nhất là trong DH môn VL. Theo định nghĩa này, NLKH của HS bao gồm ba năng lực thành phần (NLTP): (1) Xác định các vấn đề khoa học; (2) Lí giải hiện tượng có khoa học; (3) Sử dụng bằng chứng khoa học. Ngày nhận bài: 10/07/2016. Ngày nhận đăng: 08/09/2016. Liên hệ: Lê Chí Nguyện, e-mail: lcnguyendhhl@gmail.com. 272 Đánh giá năng lực khoa học của học sinh khi dạy học... Hình 1 . PISA mô tả cấu trúc khái niệm NLKH Xác định các vấn đề khoa học (Identifying scientific issues): Xác định các vấn đề khoa học bao gồm nhận biết câu hỏi trong một tình huống cụ thể để khám phá khoa học và xác định các từ khóa để tìm kiếm các thông tin khoa học về một chủ đề nhất định. Nó cũng bao gồm việc xác định tính năng chính của một nghiên cứu khoa học. Lí giải hiện tượng khoa học (Explaining phenomena scientifically): Khả năng thể hiện trong giải thích các hiện tượng liên quan đến khoa học, áp dụng kiến thức thích hợp của khoa học trong một tình huống nhất định. Năng lực này bao gồm mô tả hoặc giải thích các hiện tượng và dự đoán những thay đổi, và có thể liên quan đến việc phát hiện và xác định vấn đề , giải thích, và dự đoán khoa học. Sử dụng bằng chứng khoa học để rút ra kết luận (Using scientific evidence): Năng lực sử dụng bằng chứng khoa học bao gồm việc tiếp cận thông tin khoa học, lập luận để đưa ra kết luận dựa trên các bằng chứng khoa học. Các nhận định cần thiết liên quan đến kiến thức khoa học hay kiến thức về khoa học hoặc cả hai [3, tr 10]. 2.2. Đánh giá NLKH của HS khi dạy một số kiến thức về Dòng điện trong các môi trường 2.2.1. Đánh giá theo tiêu chí (Rubric) ĐG theo tiêu chí có vai trò quan trọng dạy học phát triển NL, vì NL thể hiện qua hành vi thực hiện nhiệm vụ của người học. Vì vậy, khi dạy học một chủ đề cụ thể, giáo viên (GV) phải xây dựng và cụ thể hóa được các tiêu chí có thể quan sát được và ĐG được. Thí dụ, khi dạy học về “Hiện tượng nhiệt điện” (VL 11), dựa trên ba NLTP trong quan niệm NLKH của PISA, xây dựng tiêu chí ĐG NLKH của HS như ma trận ở Bảng 1. Khi dạy nội dung kiến thức về hiện tượng nhiệt điện, chúng tôi tổ chức học theo nhóm nhỏ (5-6 HS một nhóm), trong tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm kết nối với máy vi tính, khảo sát định lượng sự phụ thuộc của suất điện động nhiệt điện (E) vào độ chênh lệch nhiệt độ (T1-T2) giữa hai đầu cặp nhiệt điện loại K. 273 Nguyễn Văn Khải, Lê Chí Nguyện Bảng 1. Ma trận ĐG NLKH (dùng cho GV) Nội dung Năng lực Nhận biết các vấn đề khoa học Vật lí Giải thích hiện tượng Vật lí một cách có khoa học Sử dụng bằng chứng khoa học Vật lí để lí giải, rút ra kết luận Nội dung 1 (2 điểm) HS: Nhận biết suất điện động nhiệt điện phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu cặp nhiệt điện HS: Giải thích được hiện tượng tạo ra hiệu điện thế giữa hai đầu của một dậy kim loại có nhiệt độ khác nhau (hiện tượng Di-béc) HS Sử dụng kết quả thí nghiệm để lập luận sự phụ thuộc tuyến tính giữa E và (T1-T2) Nội dung 2 (5 điểm) HS: Nhận biết nếu dùng lửa đèn cồn (như thí nghiệm GV biểu diễn), sẽ không thể đo trực tiếp được sự thay đổi nhiệt độ ∆t, cần phải tìm một nguồn nhiệt thay thế. HS: Giải thích được sơ đồ, cách thu thập số liệu thí nghiệm, phương án thí nghiệm chưa kết nối với máy vi tính. HS: Biết lập luận sự phụ thuộc E và (T1-T2) theo hàm số bậc nhất y = ax+b với a là hệ số nhiệt điện động; b là nhiệt độ phòng thí nghiệm. Nội dung 3 (3 điểm) HS: Nhận biết được muốn khảo sát sự phụ thuộc định lượng giữa E và ∆t, phải đo được các giá trị của E tương ứng với∆t HS: Vẽ và giải thích được sơ đồ nguyên lí, bộ TN có kết nối với máy tính gồm cảm biến nhiệt độ, bộ khuếch đại điện áp, Card chuyển đổi tín hiệu, HS: Biết dựa vào đồ thị hàm số bậc nhất lập luận để suy ra được công thức định lượng E và ∆t Quy trình ĐG theo tiêu chí (ĐG đồng đẳng) như sau: Bước 1: Trước buổi học, GV thống nhất với HS các tiêu chí và cách chấm điểm cho bạn cùng nhóm theo mẫu (Mẫu 1). Mẫu 1: Bảng tiêu chí hướng dẫn HS chấm điểm cho bạn cùng nhóm Stt 9-10 (điểm) 7-8 (điểm) 5-6 (điểm) 4-0 (điểm) 1 Tham gia đầy đủ, nhiệt tình các công việc của nhóm Tham gia đầy đủ các công việc của nhóm Tham gia một số công việc trong nhóm Không tham gia hoạt động trong nhóm 2 Tham gia đầy đủ và hoàn thành tốt nhiệm vụ được phân công Thực hiện đày đủ nhiệm vụ được phân công Thực hiện một phần công việc được giao Miễn cưỡng thực hiện công việc được giao 3 Luôn chủ động đóng góp ý kiến giải quyết công việc của nhóm có hiệu quả cao Có đóng góp ý kiến khi thảo luận tìm phương án giải quyết công việc nhưng có khi không đúng Chỉ có ý kiến đóng góp khi đã được gợi ý (phát biểu sau) Không có ý kiến tham gia thảo luận. 4 Có ý tưởng đúng trong giải quyết mọi công việc, biết giúp đỡ bạn và lắng nghe các ý kiến của bạn Có ý tưởng trong giải quyết một số công việc. Biết lắng nghe ý kiến của bạn nhưng chưa giúp đỡ được bạn trong nhóm. Có ý tưởng giải quyết công việc nhóm nhưng không hoàn toàn đúng. Chỉ nghe ý kiến của người khác khi thấy phù hợp với ý kiến của mình Luôn phản đối ý kiến của người khác cả khi ý kiến đó là đúng. 274 Đánh giá năng lực khoa học của học sinh khi dạy học... Bước 2: Trong khi nghe đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận nhóm, GV dựa vào bảng ma trận ĐG NL ( Bảng 1) chấm điểm cho từng nhóm và công bố kết quả ngay sau khi chấm. Bước 3: GV hướng dẫn HS chấm điểm cho các bạn cùng nhóm như sau: HS nhân số điểm ĐG của GV với số lượng thành viên trong nhóm để được tổng điểm của nhóm mình, ví dụ: Muốn ĐG kết quả công việc của mỗi thành viên trong nhóm 1, giả sử GV chấm nhóm 1 được 9/10 điểm; Nhóm 1 có 6 HS nên 9×6 = 54 điểm; Sau đó, mỗi thành viên, đối chiếu mức độ hoàn thành công việc của bạn theo các tiêu chí đã thống nhất trước buổi học ( Mẫu 1), chia 54 điểm này cho 6 thành viên trong nhóm, ghi kết quả vào mẫu 2. Mẫu 2: Phiếu ghi điểm của HS chấm điểm cho các bạn cùng nhóm (dùng cho HS). Mẫu 2: Phiếu ghi điểm của HS chấm điểm cho các bạn cùng nhóm (dùng cho HS) HS chấm HS được chấm Tổng điểmNguyễn văn A Trần văn B Lê thị C Lại văn D Phạm thi E Bùi văn G Nguyễn văn A 9 9 9 9 10 7 54 Trần văn B 10 9 9 9 9 8 54 Lê thị C 10 9 9 9 10 7 54 Lại văn D 10 9 9 9 9 7 54 Phạm thi E 10 9 9 9 10 8 54 Bùi văn G 10 10 9 9 9 8 54 Điểm TB cộng 10 9 9 9 10 8 Gv chấm lại các điểm HS chấm không chính xác (thiên vị), ghi nhận kết quả HS tự chấm điểm (mẫu 2), kết hợp với điểm đánh của GV, tính trung bình cộng sẽ được kết quả đánh giá cho từng cá nhân HS [4;74] 2.2.2. Vận dụng cách đánh giá của PISA Cách ĐG NL theo PISA là xây dựng các bài tập ĐGNL [3; 4]. Dưới đây là một thí dụ cụ thể. Theo PISA, mỗi đơn vị để thi/kiểm tra (unit) của PISA có cấu trúc gồm 4 thành tố: - Ngữ cảnh (contex) là tình huống thực có trong thực tiễn cuộc sống liên quan đến cá nhân, cộng đồng và kết nối toàn cầu, bao quát một chủ đề, một đơn vị kiến thức nào đó. - Câu hỏi (item), có nội dung giới hạn trong tình huống gồm: câu hỏi trắc nghiệm khách quan; câu hỏi đúng/sai phức hợp; câu hỏi mở trả lời ngắn; câu hỏi mở trả lời dài. - Phần mã, PISA sử dụng thuật ngữ mã hóa (coding), không sử dụng khái niệm chấm điểm vì mỗi một mã hóa của câu trả lời được quy ra điểm thùy theo câu hỏi. Quy trình mã hóa có mã đơn và mã bội. Mỗi câu trả lời của HS được quay vòng qua 5 người chấm. - Đáp án, trả lời câu hỏi (hướng dẫn mã hóa). Dưới đây gợi ý một tình huống, sử dụng trong KTĐG NLKH của HS, sau khi học kiến thức về “dòng điện trong các môi trường” (xem hình 2) MÁY ĐO NHIỆT ĐỘ Hình 2a: Máy đo nhiệt độ bể nấu thiếc Tính năng kĩ thuật: + Thích hợp với các loại cảm biến: loại K - cặp nhiệt điện và điều khiển (NiCr-Niai) 275 Nguyễn Văn Khải, Lê Chí Nguyện + 0 - 500◦: ±(0,75% +1◦) Mô tả thông tin quảng cáo về “máy đo nhiệt độ bể nấu thiếc” trên Website – “Dientu4U”. Nguyên lí chế tạo máy đo này, dựa trên “hiên tượng nhiệt điên”, đầu đo của máy là một cặp nhiệt điện loại K. Hình 2a: (1) đầu đo; (2) hiển thị nhiệt độ Hình 2b: Là một trong những thông tin hướng dẫn thiết kế, chế tạo cảm biến (máy) đo nhiệt độ loại LM335 trên trang Web- YouTube địa chỉ : https://www.youtube.com/watch?v=Hcj9kygtmkk Hình 2b Hướng dẫn cách làm cảm biến nhiệt độ Hãy đọc các thông tin mô tả ghi trong hình 2 để trả lời các câu hỏi sau: Câu 1 (1 điểm): Máy đo nhiệt độ 0 1 9 Trong máy hình 2a, phép đo nhiệt độ được quy đổi về đo đại lượng nào trong các đại lượng sau? Hãy khoanh tròn vào một lựa chọn đúng. A. Đo điện trở. B. Đo điện áp. C. Đo dòng điện. Câu 2 (1 điểm): Máy đo nhiệt độ 0 1 2 9 276 Đánh giá năng lực khoa học của học sinh khi dạy học... Giải thích thông tin về các “tính năng kĩ thuật” của máy đo nhiệt độ ghi trong hình 2a. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Câu 3 (2 điểm): Máy đo nhiệt độ 0 1 2 9 Hãy khoanh tròn vào “Đúng” hoặc “Sai” tương ứng với mỗi nhận định sau đây: Đây có phải nhận định đúng về việc sử dụng máy đo nhiệt độ hình 2a? Đúng hoặc Sai Có thể dùng máy đo hình 2a để đo nhiệt độ nóng chảy của Vônfram Đúng/Sai Có thể dùng máy đo hình 2a để đo nhiệt độ nóng chảy của Kẽm Đúng/Sai Có thể dùng máy đo hình 2a để đo nhiệt độ của phòng thí nghiệm Đúng/Sai Câu 4 (6 điểm): Máy đo nhiệt độ 0 1 2 9 Nêu tóm tắt phương án thực nghiệm để xác định hệ số nhiệt điện động (αT ) của cặp nhiệt điện dùng làm đầu đo trong máy đo nhiệt độ hình 2a. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mục đích ĐG của từng câu hỏi Câu 1: ĐG khả năng tìm kiếm thông tin và suy luận khoa học. Câu 2: ĐG khả năng sử dụng kiến thức Vật lí để lí giải các thông tin liên quan đến khoa học - công nghệ. Câu 3: ĐG NL áp dụng kiến thức khoa học Vật lí vào thực tiễn. Câu 4: ĐG NL thực nghiệm Vật lí. Hướng dẫn mã hóa (đáp án) Câu 1 Mức đầy đủ: Mã 1: B đo điện áp Không đạt: Mã 0: đáp án khác. Mã 9: không trả lời Câu 2 Mức đầy đủ: Mã 2: máy dùng “đầu đo” là cặp nhiệt điện lọaị K, chế tạo bởi hợp kim (NiCr-Niai), vì vậy, máy có khả năng đo được nhiệt độ âm và nhiệt độ cao đến 7500C với sai số từ 0.75% đến 1% + 1oC, sai số này, phụ thuộc vào giới hạn thang đo. Máy có thể sử dụng nhiều “đầu đo” loại K, để đo nhiệt độ với mức thang đo khác nhau theo tùy chọn của người sử dụng. Mức không đầy đủ: Mã1: trả lời đúng nhưng thiếu hoặc không có giải thích Không đạt: Mã 0: trả lời không đúng Mã 9: không trả lời Câu 3 Mức đầy đủ: Mã 2: . 1. Sai; 2. Đúng; 3 Đúng. Mức không đầy đủ: Mã1: 2 trên 3 câu trả lời đúng. Không đạt: Mã 0: trả lời không đúng Mã 9: không trả lời Câu 4 Mức đầy đủ: Mã 2: theo công thức E = αT (T1 − T2). như vậy, muốn xác định được hệ số nhiệt điện động (αT ) của “đầu đo” ta sử dụng “đầu đo” làm mẫu khảo sát “hiện tương nhiệt điện” với mẫu là cặp nhiệt điện (NiCr-Niai). Sử dụng thí nghiệm có kết nối với máy vi tính (đã học) ta đo được các giá trị của E và ∆t, từ đó tính được αT = B T1 − T − 2 Mức không đầy đủ: Mã1: trả lời đúng nhưng thiếu hoặc không có giải thích Không đạt: Mã 0: trả lời không đúng Mã 9: không trả lời 277 Nguyễn Văn Khải, Lê Chí Nguyện 3. Kết luận Qua việc nghiên cứu vận dụng thực tế ĐG NLKH của HS trong DH kiến thức VL cụ thể, cho thấy khi KTĐG NLKH của HS THPT cần và thích hợp là: đồng thời vận dụng hai công cụ ĐGNL là xây dựng các rubric theo tiêu chí và xây dựng các bài tập kiểu PISA, chúng là các công cụ bổ sung cho nhau nhằm tăng thêm giá trị và độ tin cậy của ĐG. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường, 2014. Lí luận dạy học hiện đại, Cơ sở đổi mới mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội. [2] Phạm Xuân Quế (chủ biên), 2014. Hướng dẫn kiểm tra, đánh giá theo định hướng phát triển năng lực HS cấp trung học phổ thông môn Vật lí. Tài liệu tập huấn giáo viên THPT. [3] OECD (2013), PISA 2012 Assessment and Analytical Framework: Mathematics, Reading, Science, Problem Solving and Financial Literacy, OECD Publishing. [4] Vũ Trọng Rỹ, Phạm Xuân Quế, 2015. Kiểm tra đánh giá kết quả học tập môn Vật lí của HS ở trường phổ thông theo định hướng phát triển năng lực. Tạp chí Khoa học Giáo dục, Số 123, tr. 11-13. ABSTRACT Assessing students’ physical science competency when teaching “Currents in the environment” (Physics 11) Nguyen Van Khai1, Le Chi Nguyen2 1Thai Nguyen Pedagogical University 2Hoa Lu University This article presents a way to assess student competence in physical science after studying the chapter "Current in environments" (Physics 11) based on criteria (rubric) and on PISA capacity assessment exercises. Keywords: Assessment, Physical science competency. 278