NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CƠ SỞ LÍ LUẬN
1.1 Tổng quan về các nghiên cứu và triển khai giáo dục STEM ở Việt Nam
Hiện nay, một số tổ chức giáo dục như Endeavor Learning Institute và Học viện sáng tạo S3 đang triển khai các hoạt động giáo dục STEM Tuy nhiên, những hoạt động này chưa được công nhận là chương trình chính thức trong các trường phổ thông, mà chỉ là các hoạt động độc lập của các công ty giáo dục, phục vụ cho mục đích kinh doanh và truyền thông cộng đồng.
Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thực hiện chủ trương đổi mới đồng bộ hình thức dạy học, phương pháp dạy học và kiểm tra, đánh giá kết quả giáo dục từ năm 2012 Hàng năm, Bộ tổ chức cuộc thi “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho HS trung học” và cuộc thi “Dạy học theo chủ đề tích hợp dành cho GV trung học” Đặc biệt, cuộc thi “Sáng tạo Khoa học Kĩ thuật” dành cho HS phổ thông đã trở thành điểm sáng trong giáo dục định hướng năng lực, thu hút sự quan tâm lớn từ các cấp lãnh đạo, quản lý và giáo viên.
Các cuộc thi STEM dành cho học sinh và phụ huynh tập trung vào các lĩnh vực như cơ khí và môi trường, nhằm phát triển năng lực và kỹ năng học tập, lao động cho học sinh trong thế kỷ 21 Đây là một hình thức giáo dục STEM, phù hợp với mục tiêu của Bộ Giáo dục và Đào tạo, góp phần hình thành những kỹ năng cần thiết cho thế hệ tương lai.
STEM là viết tắt của Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học, thường được nhắc đến trong các chính sách phát triển liên quan đến các lĩnh vực này Khoa học là quá trình sáng tạo ra kiến thức mới, trong khi Kĩ thuật sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ giải quyết vấn đề Toán học đóng vai trò là công cụ để thu thập và chia sẻ kết quả nghiên cứu với cộng đồng.
Giáo dục STEM nhằm trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng thiết yếu trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học Việc tích hợp và bổ trợ lẫn nhau giữa các kiến thức này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ nguyên lý mà còn khuyến khích khả năng thực hành và sáng tạo sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày.
* Mối liên hệ tương tác giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM
Giáo dục STEM là phương thức giáo dục giúp học sinh nắm vững kiến thức khoa học và ứng dụng thực tiễn, từ đó phát triển khả năng phát hiện và giải quyết vấn đề Phương pháp này đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội và trang bị cho học sinh những kỹ năng cần thiết cho tương lai.
1.4 Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông:
Dạy học các môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM là hình thức giáo dục chủ yếu trong trường học, nơi các bài học và hoạt động STEM được tích hợp vào quá trình giảng dạy các môn học liên quan Các chủ đề và hoạt động STEM được thiết kế phù hợp với chương trình giảng dạy hiện có, giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách liên môn mà không làm tăng thời gian học tập.
- Tổ chức các hoạt động trải nghiệm STEM
Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh khám phá các thí nghiệm và ứng dụng khoa học, kỹ thuật trong cuộc sống thực tế Qua đó, các em nhận thức được tầm quan trọng của khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đối với đời sống con người, từ đó nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM Đây cũng là phương pháp hiệu quả để thu hút sự quan tâm của xã hội đối với giáo dục STEM.
- Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật
Giáo dục STEM có thể được thực hiện thông qua nghiên cứu khoa học và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật, giúp học sinh phát triển kỹ năng tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề Những hoạt động này không chỉ khuyến khích sự sáng tạo mà còn tạo điều kiện cho học sinh áp dụng kiến thức vào thực tiễn.
Sáng chế Cải tạo thế giới
Khám phá, giải thích thế giới sử dụng trong sử dụng trong
Thúc đẩy thúc đẩy dẫn đến liên quan nghiên cứu liên quan nghiên cứu
Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học (STEM) đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tư duy sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề cho học sinh Những lĩnh vực này không chỉ thu hút những học sinh có năng lực và sở thích mà còn khuyến khích họ tham gia vào các hoạt động khám phá và nghiên cứu thực tiễn Việc tích hợp STEM vào giáo dục giúp học sinh phát triển kỹ năng cần thiết cho tương lai.
Tổ chức hiệu quả các hoạt động câu lạc bộ STEM là yếu tố quan trọng thúc đẩy sự sáng tạo trong khoa học kỹ thuật và triển khai các dự án nghiên cứu cho học sinh trung học trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kỹ thuật.
1.5 Vai trò, ý nghĩa của giáo dục STEM
Việc đưa giáo dục STEM vào trường học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông Cụ thể là:
Việc triển khai giáo dục STEM tại nhà trường đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo giáo dục toàn diện Bên cạnh việc chú trọng các môn học như Toán và Khoa học, giáo dục STEM cũng sẽ tập trung vào các lĩnh vực Công nghệ và Kỹ thuật Để thực hiện điều này, cần đầu tư trên tất cả các phương diện, bao gồm đội ngũ giáo viên, chương trình học và cơ sở vật chất, nhằm tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển toàn diện của học sinh.
Nâng cao hứng thú học tập trong các môn học STEM thông qua các dự án giáo dục liên môn giúp học sinh áp dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn Qua các hoạt động trải nghiệm, học sinh nhận thấy ý nghĩa của tri thức trong cuộc sống, từ đó tăng cường sự hứng thú và động lực học tập.
Triển khai các dự án học tập STEM giúp học sinh hợp tác, chủ động và tự lực thực hiện nhiệm vụ học tập, qua đó làm quen với các hoạt động nghiên cứu khoa học Những hoạt động này đóng góp tích cực vào việc hình thành và phát triển phẩm chất cũng như năng lực cho học sinh.
-Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục
Giáo dục STEM tại các cơ sở giáo dục phổ thông thường được kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp và đại học địa phương, nhằm tận dụng nguồn lực con người và cơ sở vật chất cho các hoạt động giáo dục STEM Đồng thời, giáo dục STEM cũng tập trung vào việc giải quyết các vấn đề đặc thù của từng địa phương.
CƠ SỞ THỰC TIỄN
2.1.Thực trạng dạy học Vật lý thông qua các chủ đề giáo dục STEM ở các trường trung học phổ thông
*Thực trạng sử dụng các PPDH của GV
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát thực trạng sử dụng các phương pháp dạy học của 50 giáo viên dạy các môn Khoa học Tự nhiên tại 3 trường THPT ở Anh Sơn và một số trường THPT khác trên toàn tỉnh Nghệ An thông qua kênh Zalo Kết quả khảo sát cho thấy những thông tin quan trọng về cách thức giảng dạy hiện tại của giáo viên trong khu vực.
Bảng 1 Mức độ sử dụng các PPDH của GV
TT Phương pháp dạy học
3 Sử dụng phiếu học tập 59 16 18 7 0
TT Phương pháp dạy học
7 Dạy học thông qua các hoạt động trải nghiệm 0 9 16 32 43
Qua kết quả điều tra, có thể nhận thấy:
Hiện nay, có sự chênh lệch rõ rệt trong việc sử dụng các phương pháp dạy học (PPDH), với việc giáo viên thường xuyên áp dụng các phương pháp phát huy tính tích cực chủ động của học sinh hơn so với các phương pháp truyền thống Tuy nhiên, một số phương pháp như dạy học dự án và dạy học trải nghiệm vẫn chưa được sử dụng thường xuyên do nhiều lý do Điều này cho thấy một số giáo viên đã chú trọng đến việc đổi mới PPDH, giúp học sinh trở nên chủ động và tích cực trong việc tiếp thu kiến thức Mặc dù vậy, nhiều giáo viên vẫn chưa thực sự đổi mới phương pháp dạy học, chưa gắn liền với thực tiễn, dẫn đến việc học sinh chưa có cơ hội trải nghiệm học tập và tự thể hiện kinh nghiệm của bản thân trước các vấn đề đặt ra.
Bảng 2 Nhận thức của giáo viên về STEM
Mới chỉ được nghe triển khai, phổ biến từ các buổi tập huấn 40% Đang tìm hiểu 36% Đang nghiên cứu 12% Đang triển khai dạy về STEM 5%
Kết quả khảo sát cho thấy:
- Nhiều GV chưa có các hiểu biết sâu sắc về STEM và áp dụng HĐ STEM trong công tác dạy học
Hầu hết các giáo viên hiện nay chỉ mới dừng lại ở mức độ nhận thức và tìm hiểu về STEM, trong khi chỉ có một số ít giáo viên thực sự áp dụng mô hình STEM vào quá trình giảng dạy.
- Các giáo viên còn khá lúng túng khi triển khai, áp dụng và còn vướng mắc nhiều khó khăn khi xây dựng các chủ đề để dạy học STEM
Khảo sát giáo viên cho thấy rằng hình thức tổ chức dạy học STEM vẫn chưa phổ biến tại các trường THPT ở các huyện miền núi Điều này cho thấy cần có sự chú trọng hơn vào việc áp dụng các phương pháp dạy học hiện đại trong giáo dục STEM tại khu vực này.
Giáo dục Vật lý thường được xem là nền tảng cho việc áp dụng phương pháp học tập tự khám phá, giúp học sinh tạo ra sản phẩm đáp ứng nhu cầu thực tiễn Đồng thời, dưới góc nhìn giáo dục STEM, môn Vật lý rất phù hợp với các mục tiêu của giáo dục này Những yếu tố này là cơ sở quan trọng để đề xuất phương pháp dạy học Vật lý theo định hướng giáo dục STEM.
2.2 Hứng thú học tập của học sinh đối với dạy học STEM trong dạy học Vật lý ở các Trường THPT
Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu về hứng thú học tập của học sinh đối với phương pháp dạy học STEM trong môn Vật lý tại ba trường THPT ở Huyện Miền núi Anh Sơn Nghiên cứu được thực hiện thông qua các phiếu điều tra, với đối tượng là học sinh được chọn ngẫu nhiên từ hơn 3000 học sinh THPT trong khu vực này.
Số lượng học sinh được điều tra: 200 học sinh (thông qua kênh zalo) Kết quả cụ thể như sau:
Bảng 3 Hứng thú học tập của HS
1 Em đã từng được tham gia tiết học nào áp dụng hình thức tổ chức hoạt động
2 Hình thức tổ chức hoạt động STEM ở trường em được tổ chức như thế nào?
3 Em có thích hình thức tổ chức hoạt động STEM không?
4.Em thấy việc áp dụng hình thức tổ chức hoạt động
STEM vào môn Vật lý có phù hợp không?
5.Theo em việc áp dụng kiến thức khoa học để tạo ra các sản phẩm có ý nghĩa thực tiễn có cần thiết không
Qua kết quả điều tra có thể nhận thấy:
Hình thức dạy học STEM là một phương pháp giáo dục mới, nhưng vẫn chưa được triển khai rộng rãi tại các trường THPT trên địa bàn Vì vậy, số lượng học sinh có cơ hội tiếp cận và trải nghiệm học tập theo phương pháp này còn rất hạn chế.
Học sinh thể hiện sự hứng thú mạnh mẽ với phương pháp học tập STEM, và đa số đều nhận định rằng hình thức này rất phù hợp để áp dụng vào môn Vật lý tại trường THPT.
Học sinh luôn quan tâm đến các vấn đề thực tiễn trong học tập, và theo khảo sát, họ mong muốn tham gia nhiều hơn vào các hoạt động thực tiễn Điều này giúp họ tự khám phá tri thức, tích lũy kinh nghiệm, rèn luyện kỹ năng và thể hiện khả năng sáng tạo trong quá trình học.
Học sinh ngày nay ngày càng nhận thức rõ ràng về tầm quan trọng của việc áp dụng tri thức khoa học và công nghệ vào cuộc sống Việc tạo ra các sản phẩm thiết thực không chỉ giúp giải quyết những vấn đề thực tiễn mà còn góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống.
Thông qua điều tra thực trạng dạy và học tại địa phương, có thể thấy rằng việc đổi mới phương pháp và hình thức tổ chức dạy học là vô cùng quan trọng để nâng cao chất lượng giáo dục Việc áp dụng các phương pháp dạy học mới và hình thức tổ chức học tập hiện đại là cần thiết Đặc biệt, hình thức dạy học STEM đã chứng minh tính phù hợp trong việc phát triển năng lực của người học thông qua các hoạt động học tập chuyên biệt.
III TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC VẬT
3.1 Phân tích nội dung chương trình Vật lý 10 – THPT
Phần I – Cơ học Nghiên cức các dạng chuyển động cơ, các định luật cơ bản của chuyển động cơ
Nghiên cứu các trạng thái của vật thể được cấu tạo từ các phân tử và sự trao đổi năng lượng giữa chúng trong quá trình biến đổi là rất quan trọng.
3.2 Thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học Vật lý 10
Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong môn dạy học môn Vật lý được thực hiện theo các bước cơ bản sau:
CHỦ ĐỀ STEM: XE ĐUA PHẢN LỰC
1 Tên chủ đề: XE ĐUA PHẢN LỰC
1.Xác định các phương pháp, kĩ thuật tổ chức hoạt động
2 Xác định phương tiện hoạt động
3.Xác định các bước thực hiện
Bước 2: Xác định mục tiêu của chủ đề STEM
Bước 1: Lựa chọn chủ đề giáo dục STEM
Bước4: Xác định các nội dung cụ thể cần sử dụng để giải quyết vấn đề trong chủ đề giáo dục STEM
Bước 3: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề giáo dục STEM
Bước 5: Thiết kế hoạt động học tập
Bước 6: Thiết kế các tiêu chí và bộ công cụ kiểm tra, đánh giá HS trong chủ đề
Số tiết 4 Tiết – Vật Lý 10 ( Cơ Bản)
- Địa điểm tổ chức: Lớp học phòng thực hành Lý và phòng đa chức năng trường
- Thời gian thực hiện: 4 tiết
- Kiến thức khoa học trong chủ đề Để thực hiện dự án này học sinh cần chiếm lĩnh kiến thức các bài học
Kiến thức mới Kiến thức đã học Kiến thức liên quan
- Carbon và các hợp chất carbon (hóa học 11)
- Thiết kế và bản vẽ kĩ thuật (Bài 8 –
- Tính chất hóa học của acid (bài 3- hóa 9); Carbon,các oxide của carbon, acid carbon nic và muối carbonate (hóa học 9)
- Định luật II, III Niu tơn
- Động lượng Định luật bảo toàn động lượng Chuyển động bằng phản lực Bài tập về định luật bảo toàn động lượng (Vật lý 10)
Xe phản lực đang ngày càng trở nên phổ biến trên thế giới nhờ vào tốc độ vượt trội, với xe phản lực Bloodhound có khả năng đạt 583 km/h Để tìm hiểu cơ chế hoạt động của loại xe này, bạn có thể thiết kế và chế tạo một xe mini từ vật liệu tái chế, sử dụng phản ứng hóa học của các hợp chất carbon hoặc áp lực đẩy từ nước Đồ chơi này không chỉ dễ làm và dễ tìm nguyên liệu mà còn tạo cơ hội cho nhiều trò chơi thú vị Việc tự làm xe đua phản lực không chỉ giúp học sinh hiểu rõ về chuyển động phản lực mà còn mang đến một sân chơi giải trí bổ ích sau những giờ học căng thẳng.
Dự án “Xe Phản lực” là một ý tưởng dạy học theo định hướng STEM cho đối tượng học sinh lớp 10
Theo đó, HS phải tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức mới:
Thông qua các hoạt động thực hành, học sinh nắm vững kiến thức về động lượng và định luật bảo toàn động lượng Hoạt động này không chỉ giúp phát triển năng lực thực hành, làm việc nhóm và tư duy sáng tạo, mà còn giúp học sinh vượt qua nỗi e ngại khi đối mặt với các nhiệm vụ thực tiễn.
Sau khi hoàn thành chủ đề này, học sinh có khả năng:
– Có thái độ tích cực, hợp tác trong làm việc nhóm
– Có ý thức xây dựng và thực hiện kế hoạch dự án hợp lí, khoa học
– Có ý thức bảo vệ môi trường
3.2 Phát triển năng lực chung
3.2.1.Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
- Phân tích được tình huống và phát biểu vấn đề cần thiết kế xe phản lực
- Xác định kiến thức về carbon và các hợp chất của carbon
- Đề xuất giải pháp, thiết kế bản vẽ xe phản lực
- Thực hiện chế tạo thành công xe phản lực
- Đánh giá được sản phẩm, quá trình thực hiện và đề xuất ý tưởng cái tiến xe đua phản lực
3.2.2 Năng lực đặc thù: Năng lực thuộc lĩnh vực STEM
- Trình bày được các tính chất hóa học đặc trưng của carbon và hợp chất của carbon
- Mô tả được cấu tạo và chức năng các bộ phận của xe đua phản lực
- Lập được quy trình thực hiện, chế tạo xe đua phản lực từ các nguyên vật liệu đơn giản
- Sử dụng tốt các dụng cụ kéo, dao, ống đong, cân, các loại keo dán phù hợp với chất liệu và và 1 số loại dụng cụ khác
- Thực hành tính toán, đo lường khối lượng, thế tích hóa chất hỗ trợ xe chạy
4 Thiết bị (dùng trong dạy học và làm sản phẩm)
- Phương tiện dạy học: bảng, máy vi tính, máy chiếu
– Giấy carton; nắp chai; que xiên; ống hút; bong bóng; súng bắn keo; keo silicon; dao rọc giấy; kéo; sodabaking, giấm ăn…
Hoạt động 1: XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ
Phân tích tình huống “thiết kế xe đua phản lực”, thống nhất tiêu chí đánh giá và kế hoạch thực hiện – 15 phút
- Thảo luận để cùng xác định được nhiệm vụ cần thực hiện
Để thiết kế một xe đua phản lực, cần phân tích tình huống và xác định nhiệm vụ với các yêu cầu cụ thể: xe đua phải hoạt động dựa trên nguyên lý vận dụng tính chất cơ bản của carbon và hợp chất của carbon, di chuyển bằng phản lực Các nguyên vật liệu sử dụng phải đơn giản, dễ tìm và dễ kiếm Ngoài ra, xe đua cần có thiết kế đẹp mắt, thu hút và khả năng chạy tối thiểu 3m.
– GV tổ chức cho HS xem các clip chuyển động bằng phản lực của tên lửa, pháo thăng thiên…( https://www.youtube.com/watch?v=KXJc_yX4Hic )
- GV tổ chức cho HS tìm hiểu kiến thức qua phiếu học tập
– Từ các video khám phá kiến thức, GV giao nhiệm vụ cho HS thực hiện dự án
“ Xe phản lực” dựa trên kiến thức về động lượng và định luật bảo toàn động lượng, chuyển động bằng phản lực
– GV thống nhất với HS về kế hoạch triển khai dự án và tiêu chí đánh giá sản phẩm của dự án
- Học sinh đề xuất và thống nhất với giáo viên về tiến trình dự án
C Dự kiến sản phẩm đáp ứng yêu cầu cần đạt:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt được các sản phẩm sau:
– Bản ghi chép xác định nhiệm vụ phải làm của từng nhóm: Chế tạo xe đua phản lực
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Bài nghiên cứu đã xem xét khái niệm STEM và giáo dục STEM, cùng với các mức độ áp dụng STEM trong trường học Nó cũng nhấn mạnh vai trò của STEM trong giáo dục và các bước cần thiết để tổ chức dạy học theo phương pháp STEM Thêm vào đó, đề tài phân tích thực trạng hiện tại nhằm chứng minh sự cần thiết của việc áp dụng hoạt động STEM vào giảng dạy.
Dựa trên quy trình thiết kế STEM, bài viết đã phát triển một chủ đề giảng dạy liên kết chặt chẽ với chương trình Vật lý lớp 10 THPT, đồng thời mang tính thực tiễn cao.
Kết quả từ quá trình dạy học thể nghiệm tại các trường THPT ở huyện miền núi Anh Sơn cho thấy hình thức tổ chức hoạt động STEM có hiệu quả và khả thi trong giảng dạy Vật lý Tuy nhiên, cần nhận diện và khắc phục một số khó khăn, hạn chế của phương pháp này để nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học.
Dạy học tổ chức hoạt động STEM là phương pháp giáo dục tích cực, giúp phát huy tính chủ động của học sinh Phương pháp này tạo cơ hội cho người học rèn luyện kỹ năng nghiên cứu khoa học, thu thập và xử lý thông tin, cũng như kỹ năng giải quyết vấn đề Qua đó, học sinh có thể tạo ra các sản phẩm học tập có ý nghĩa thực tiễn, phù hợp với việc giảng dạy Vật lý ở trường phổ thông theo định hướng phát triển năng lực.
Kiến nghị
Thử nghiệm này chứng minh tiềm năng to lớn của việc áp dụng phương pháp dạy học STEM trong giảng dạy môn sinh học và các môn học khác tại trường phổ thông Để tối ưu hóa hiệu quả của phương pháp này, chúng tôi đề xuất một số giải pháp nhằm phát huy tối đa những ưu điểm của nó.
- Nên tiếp tục thử nghiệm hình thức tổ chức HĐ STEM trên phạm vi rộng rãi hơn
Bồi dưỡng thường xuyên cho giáo viên là cần thiết để đổi mới phương pháp dạy học, khuyến khích nghiên cứu sâu về tổ chức hoạt động STEM phù hợp với từng môn học Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh chương trình thay sách giáo khoa lớp 10 năm học.
2022 - 2023, từng địa phương; tăng cường các hoạt động chuyên môn trong nhà trường, giao lưu với các đơn vị khác để nâng cao chuyên môn nghiệp vụ
- Tăng cường đầu tư cơ sở vật chất, trang thiết bị phù hợp với các hình thức dạy học tích cực.
