FORCE CONCEPT INVETORY (FCI)

FORCE CONCEPT INVETORY (FCI)

Nguyên nhân chọn đề tài

Giáo dục vật lý ở Việt Nam được chia theo lớp, chương trình giảng dạy theo một khung chính của bộ đưa ra và sử dụng cùng một bộ sách giáo khoa. Học sinh lớp 10 tiếp cận vật lý với kiến thức về cơ học, theo phương pháp truyền thống thì giáo viên cứ truyền đạt kiến thức cho học sinh, nhiệm vụ của học sinh là tiếp thu những kiến thức đó vận dụng và giải quyết các bài toán liên quan. Tuy nhiên, học sinh luôn tồn tại những quan điểm không chính xác, việc giảng dạy theo truyền thống rất ít hiệu quả. Vi vậy cần phải phát hiện ra những quan niệm sai lầm đó, để tập trung giải quyết nó, như thể việc dạy học sẽ có hiệu quả hơn.

FCI là bộ công cụ trắc nghiệm, rất thành công trong nền giáo dục vật lý học ở Mỹ, nhờ sự hướng dẫn của thầy mà nhóm quyết định chọn để nghiên cứu về nó, để có thể phục vụ tốt cho việc giảng dạy kiến thức vật lý Newton sau này cho học sinh.

Giới thiệu

FCI là bài kiểm tra mức độ hiểu biết của người học về các khái niệm lực và chuyển động trong cơ học Newton. Force Concept Inventory (FCI) được David Hestenes, Malcolm Wells, và Gregg Swackhamer công bố trên tạp chí The Physics Teacher số 30 (tháng 3 năm 1992), Force Concept Inventory (FCI). FCI đã được sử dụng rất rộng rãi bởi các giáo viên vật lý, các nhà nghiên cứu về giảng dạy.

Người học bước vào lớp học vật lý với một hệ thống những quan niệm – đa số là sai lầm – về thế giới vật chất được hình thành từ kinh nghiệm cá nhân mà người học tích lũy được từ cuộc sống, ví dụ các quan niệm cho rằng vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ, lực là nguyên nhân gây ra chuyển động, vật chuyển động là do có lực tác dụng lên nó, …các quan điểm sai lầm rất khó để thay đổi, việc truyền đạt kiến thức vật lý đơn thuần sẽ rất khó giúp người học nhận ra những quan điểm sai lầm này và sửa chữa. Vì thế David Hestenes, Malcolm Wells, và Gregg Swackhamer đã xây dựng bộ câu hỏi này để giúp người dạy vật lý phát hiện những sai lầm tồn tại trong quan điểm của người học để có phương án dạy học thích hợp giúp người học có quan điểm đúng hơn.
Tiền thân của FCI là MDT ( mechanics Diagnostic Test), khoảng 60% nội dung của FCI tương tự như MDT. Phiên bản đầu tiên của FCI gồm có 29 câu hỏi trắc nghiệm với 5 lựa chọn cho mỗi câu, trong đó chỉ có 1 lựa chọn đúng. Phiên bản mới của FCI hiện nay có 30 câu trắc nghiệm cùng loại với các câu trong phiên bản đầu tiên. Ngoài ra còn có một phiên bản khác của FCI, có tên là FCI – World Around Us, trong đó các câu hỏi có cùng nội dung vật lý với FCI gốc nhưng các vật thể trong câu hỏi được mô tả là những vật thể gần gũi với mọi người trong đời sống hàng ngày.
Rất nhiều nghiên cứu trong ngành Physics Education đã đánh giá và khẳng định tính tin cậy của FCI. Ngày nay, FCI được sử dụng trong hầu hết các nghiên cứu của Physics Education có liên quan đến trạng thái kiến thức của học sinh về lực. FCI cũng được sử dụng trước và sau các cuộc thử nghiệm các phương pháp dạy học mới nhằm đánh giá tác dụng của phương pháp đó đối với việc học của học sinh.

Cấu trúc của bộ câu hỏi FCI

Gồm 30 câu hỏi trắc nghiệm khảo sát về các khái niệm liên quan đến vận tốc, gia tốc và lực. Mỗi câu hỏi gồm 5 đáp án, trong đó có 1 đáp án là đúng nhất.

Nội dung của FCI gồm 6 phần chính: Động học, định luât I, II và III Newton, nguyên lý chồng chất và các loại lực.

Câu 9 và câu 21 đều thuộc dạng sơ đồ và không nằm trong bảng I, nó thuộc kiến thức về nguyên lý chồng chất và tổng hợp lực.

Câu 15, 16 và câu 26, 27 tương tự nhau trong ví dụ nhưng lại khai thác  về kiến thức của học sinh trong hai phần khác nhau là định luật I và II newton.

Một quả bóng bowling đột ngột rơi khỏi khoang hành lý của một chiếc máy bay đang bay theo phương ngang. Môt người quan sát đứng trên mặt đất và nhìn chiếc máy bay như trong hình vẽ thì sẽ thấy quả bóng rơi theo quỹ đạo nào sau khi rời máy bay?

 

Câu hỏi trên thuộc câu hỏi về hình minh họa, yêu cầu học sinh phải quan sát hình minh hoạ, sự dụng các kiến thức liên quan đến gia tốc, vận tốc, quỹ đạo chuyển động và tổng hợp vectơ để giải quyết câu hỏi. Câu hỏi trên nằm trong mục động học và các loại lực của bảng I.

Hầu hết học sinh không hiểu được hình vẽ trên, các đáp án dễ  làm cho học sinh bị rối và hiểu sai về hình minh họa trên và câu hỏi cũng như câu trả lời phía trên.

Những sai lầm học sinh có thể mắc phải trong câu này:

Học sinh không chú ý đến giả thuyết trong đề, cho rằng người quan sát đang đứng trên máy bay thì quả bóng bowling phải rơi về phía sau => chọn câu A. Hay học sinh cho rằng máy bay đang di chuyển về phía trước thì hiển hiển vật sẽ rơi về phía sau.

Học sinh tin rằng vật rơi từ trên xuống dưới theo đường thẳng, như sự rơi tự do => chọn câu B.

Học sinh chọn đáp án C là do trong quá trình phân tích chuyển động của quả bóng bowling, biết có lực tác dụng lên quả bóng, khiến nó di chuyển về phía trước, bằng phép phân tích vescto thông thường => chọn câu C.

Đáp án E là thành phần gây nhiễu, rất ít học sinh chọn câu trả lời này, học sinh chọn đáp án này => chọn theo may mắn.

Đáp án của câu này D. Ta phân tích như sau: Máy bay đang di chuyển về phía trước với lực đẩy của động cơ. Quả bóng bowling nẳm trong khoang hành lý, tức quả bóng cũng đang di chuyển về phía trước với lực tác dụng là lực động cơ và có vectơ  vận tốc v0. Khi quả bóng rơi từ khoang máy bay xuống mặt đất, nhận thấy đây là chuyển động ném ngang với vận tốc v0. Người quan sát đứng trên mặt đất sẽ quan sát thấy quỹ đạo của nó là một đường cong.

Học sinh tiến hành giải quyết FCI

Gồm 3 khía cạnh về: đại diện, ngữ cảnh trong câu hỏi và sự kết hợp các kiến thức để giải quyết vấn đề.

Đại diện có thể là một đối tượng, một hiện tượng vật lý được mô tả qua sơ đồ, ngôn ngữ mà học sinh có thể hình dung ra được. Đại diện này có thể quen thuộc với học sinh hay không quen thuộc với học sinh.

Ngữ cảnh trong câu hỏi: Trong FCI có một số câu hỏi cùng một đại diện, nhưng khi thay đổi một số yếu tố, hay thay đổi yêu cầu trong câu hỏi thì học sinh sẽ phải hiểu và giải quyết theo các hướng khác nhau.

Kết hợp kiến thức: học sinh phải nắm và hiểu được đại diện của mình, kết hợp ngữ cảnh trong câu hỏi và kiến thức vật lý để giải quyết vấn đề.

Những chú ý đối với FCI

FCI không giống với bài kiểm tra đánh giá kiếm thức thông thường, không sử dụng vào việc xếp lớp cho học sinh hay đánh giá kết quả của học sinh trong suốt khóa học.

FCI có thể sử dụng trước hay sau khóa học, để đánh giá quan điểm sai lầm của học sinh, từ đó rút ra kết luận về sự thành công của khóa học.

Giá trị của Fci đã được nhiều nghiên cứu công nhận là có hiệu quả, là công cụ quan trọng trong giáo dụng vật lý ở Mỹ.

FCI dùng để

Khảo sát những quan điểm không chính xác tồn tại trong quan điểm của học sinh về vật lý Newton, qua đó tìm phương pháp giải quyết nó có hiệu quả nhất.

Hướng nghiên cứu của nhóm

Kết hợp hai phương pháp thống kê và phỏng vấn.

Thống kê

Nhóm sẽ tiến hành khảo sát bằng cách chọn một nhóm đối tượng là sinh viên khoa vật lý  khoảng từ 400-500. Sử dụng bài kiểm tra FCI, cho các bạn làm trong khoảng thời gian quy định, sau đó thu lại bài kiểm tra, đem về phân tích kết quả.

Chọn hai lớp học sinh 10 và 11 cho tiến hành làm bài FCI, so sánh kết quả thu được khi học sinh chưa tiếp cận về vật lý Newton và đã tiếp cận nó.

Phỏng vấn

Từ kết quả thống kê thu được trên nhóm đối tượng, chọn ra những câu hỏi được trả lời không chính xác nhiều nhất. Chọn ra một nhóm đối tượng khoảng từ 15 đến 20 em học sinh phổ thông, cho các em làm những câu hỏi này, yêu cầu khi các em suy nghĩ, giải quyết bài toán, hay gặp những khó khăn gì trong câu hỏi thì nói lên. Thu lại các lập luận của các em, tiến hành phân tích và cho ra những kết luận chung.

Chúng tôi yêu cầu học sinh nói lên những suy nghĩ của họ khi làm bài test FCI, từ đó có thể thấy được những khó khăn mà học sinh gặp phải trong quá trình làm bài kiểm tra, đồng thời phát hiển những lỗi sai về kiến thức vật lý.

Minh họa:

Một quả bóng bowling đột ngột rơi khỏi khoang hành lý của một chiếc máy bay đang bay theo phương ngang. Môt người quan sát đứng trên mặt đất và nhìn chiếc máy bay như trong hình vẽ thì sẽ thấy quả bóng rơi theo quỹ đạo nào sau khi rời máy bay?

 

Học sinh 1: Đáp án là câu A, vì máy bay đang bay về phía trước, tôi ngồi trên máy bay thì nó phải rơi về phía sau.

Học sinh 2: tôi nghĩ là câu D, tôi thấy nó đúng.

Học sinh 3: Câu D, máy bay đang bay về phía trước, chuyển động của quả bóng bolwing la chuyển động nén ngang, quỹ đạo phải là parabol.

Học sinh 4: Em biết là máy bay đang bay, nhưng quả bóng không thể di chuyển về phía trước hay sau máy bay đươc, đáp án phải là câu B.

Đồng thời, trong một số câu hỏi, nhóm sẽ sứa đổi câu hỏi, như một câu hỏi khác để có phát hiện những sai lầm khác của học sinh.

Minh họa:

Cũng câu hỏi như đã phân tích trên, ta bỏ đi yếu tố người quan sát thì học sinh sẽ phân tích và kết luận đưa ra đáp án như thế nào? Học sinh sẽ bị phân vân giữa đáp án A và D.

Ta thêm vào sơ đồ hướng di chuyển của máy bay, học sinh có thể bị lừa, và phần lớn có thể chọn đáp án A.

Trường hợp hai: cũng câu hỏi trên, không cho các đáp án có sẵn, mà cho học sinh tự vẽ tiếp vào sơ đồ quỹ đạo chuyển động của quả bóng. Trong phương pháp này thì chúng ta có thể  thu được nhiều hơn những quan điểm sai lầm tồn tại ở học sinh mà ta chưa phát hiện được.

Posted on 14/07/2013, in Đề tài vật lý and tagged , , . Bookmark the permalink. Để lại bình luận.

Bình luận

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: