Dạy học hình học không gian ở bậc trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC LÊ THỊ THU HẰNG DẠY HỌC HÌNH HỌC KHƠNG GIAN Ở BẬC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM TOÁN HỌC HÀ NỘI - 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC LÊ THỊ THU HẰNG DẠY HỌC HÌNH HỌC KHƠNG GIAN Ở BẬC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM TOÁN HỌC Chuyên ngành: Lý luận phương pháp dạy học Bộ mơn Tốn Mã số: 8140111 Người hướng dẫn khoa học: TS Đỗ Tùng HÀ NỘI - 2022 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lịng kính trọng gửi lời cám ơn sâu sắc tới TS Đỗ Tùng, người tận tâm việc định hướng, đạo giúp đỡ mặt chun mơn để tơi hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới toàn thể giảng viên, cán trường Đại học Giáo Dục, Đại học Quốc Gia Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập nghiên cứu trường Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban giám hiệu, thầy giáo, cô giáo em học sinh trường Trung học phổ thông Cao Bá Quát - Gia Lâm, Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện để điều tra, tiến hành thực nghiệm trình nghiên cứu luận văn Cuối cùng, tơi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè học viên lớp cao học Toán QH-2019-S, trường Đại học Giáo dục động viên giúp đỡ suốt thời gian thực đề tài Hà Nội, tháng 12 năm 2021 Tác giả Lê Thị Thu Hằng i MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng khách thể nghiên cứu Giả thuyết khoa học đề tài Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Giáo dục STEM giới 1.1.2 Giáo dục STEM Việt Nam 1.2 Cơ sở lí luận giáo dục STEM 1.2.1 Dạy học tích hợp 1.2.4 Mục tiêu giáo dục STEM 14 1.2.5 Các hình thức tổ chức giáo dục STEM 15 1.2.6 Thiết kế học theo chủ đề STEM 16 1.3 Phân tích chương trình Hình học khơng gian bậc THPT 24 1.3.1 Tổng quan chương trình Hình học khơng gian bậc THPT 24 1.3.2 Thời lượng chương trình 24 1.4 Khảo sát thực trạng 27 1.4.1 Thực trạng thiết kế tổ chức dạy học Hình học khơng gian trường THPT theo định hướng giáo dục STEM 27 1.4.2 Thực trạng việc học tập học sinh dạy học mơn Tốn theo định hướng Giáo dục STEM 33 Chương 2: THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC HÌNH HỌC KHƠNG GIAN THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 36 ii 2.1 Vận dụng qui trình xây dựng học STEM dạy học Hình học khơng gian 36 2.1.1 Lựa chọn nội dung dạy học 36 2.1.2 Xác định vấn đề cần giải 37 2.1.3 Xây dựng tiêu chí sản phẩm/ giải pháp giải vấn đề 39 2.1.4 Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học 40 2.1.5 Đánh giá 40 2.2 Một số ví dụ minh hoạ 44 2.2.1 Chủ đề: Thiết kế hộp q mơ hình khối đa diện 44 2.2.2 Chủ đề “ Mũ sinh nhật” 58 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 78 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 78 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 78 3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 78 3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 78 3.5 Thời gian thực nghiệm sư phạm 79 3.6 Diễn biến thực nghiệm sư phạm 79 3.7 Phân tích kết thực nghiệm sư phạm 80 3.7.1 Đánh giá định tính 80 3.7.2 Đánh giá định lượng 81 3.8 Đánh giá chung thiết kế tổ chức dạy học Hình học khơng gian theo định hướng giáo dục STEM 85 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 88 Kết luận 88 Một số khuyến nghị 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC iii DANH MỤC BẢNG, HÌNH, BIỂU ĐỒ Bảng 2.1 Một số nội dung chương trình Hình học khơng gian lựa chọn để xây dựng chủ đề STEM 37 Bảng 2.2 Nội dung kiến thức cho chủ đề giáo dục STEM 38 Bảng 2.3 Các mức lực giải vấn đề 41 Bảng 2.4 Bảng kiểm quan sát lực giải vấn đề 42 Bảng 2.5 Bảng tiêu chí đánh giá thiết kế sản phẩm 43 Bảng 2.6 Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm 43 Bảng 3.1 Các bước tiến hành thực nghiệm 79 Bảng 3.2 Bảng thống kê điểm số kết kiểm tra 82 Bảng 3.3 Bảng giá trị tham số đặc trưng 82 Bảng 3.4 Điểm số HS lớp thực nghiệm đối chứng 82 Bảng 3.5 Điểm số HS lớp thực nghiệm đối chứng theo tỷ lệ % 82 Biểu đồ 3.1 Điểm số HS lớp thực nghiệm đối chứng theo tỷ lệ % 83 Biểu đồ 3.2 Phân bố tần suất tích lũy 83 iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ GV Giáo viên HS Học sinh PPDH Phương pháp dạy học THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm DHTC Dạy học tích cực v MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Chúng ta sống thời đại hòa nhập quốc gia có văn hóa khác nhau, nhu cầu trao đổi công việc nhân lực ngày cao Vì giáo dục cần phải đổi để cung cấp cho học sinh kĩ kiến thức để bắt kịp tiến nhân loại - thời đại Cách mạng công nghiệp 4.0 Nghĩa q trình dạy học, chúng phải tích hợp, lồng ghép bổ trợ nhau, giúp học sinh không hiểu biết ngun lí mà cịn áp dụng để thực hành tạo sản phẩm sống ngày Giáo dục STEM với nhiệm vụ cung cấp kiến thức kĩ cần thiết cho học sinh kỉ XXI mơ hình giáo dục mà ngành giáo dục quốc gia hướng đến Phương thức giáo dục STEM cịn mẻ có cách tiếp cận khác giảng dạy học tập nên cần quan tâm nhà giáo dục Thấy tầm quan trọng cấp thiết giáo dục STEM, ngày 04/05/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CT - TTg việc tăng cường lực tiếp cận Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư, có giải pháp nhiệm vụ thúc đẩy Giáo dục STEM Việt Nam Mơn Tốn có vai trò quan trọng việc thực giáo dục theo định hướng STEM có nhiều tiềm để thực theo định hướng Việc dạy học môn Toán theo định hướng giáo dục STEM cần thiết, có ý nghĩa quan trọng việc phát triển lực giải vấn đề, hợp tác, tư cho học sinh Trong chương trình mơn Tốn, việc học tập tri thức “Hình học khơng gian” với trừu tượng gây nhiều khó khăn cho học sinh cách vận dụng tri thức vào việc giải vấn đề thực tiễn Việc nghiên cứu tổ chức hoạt động giáo dục theo định hướng STEM nội dung hình học khơng gian giúp cho học sinh hiểu rõ tri thức này, đồng thời giúp em biết ngồi Tốn tri thức ứng dụng sống Với lí đề tài lựa chọn là: “Dạy học nội dung hình học khơng gian bậc trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM” Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu giáo dục STEM thiết kế, tổ chức dạy học số nội dung hình học khơng gian theo định hướng giáo dục STEM Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lí luận dạy học tích hợp, giáo dục STEM - Nghiên cứu thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM cho học sinh trường trung học phổ thông - Thiết kế số chủ đề nội dung hình học khơng gian bậc trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM - Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm nghiệm tính hiệu khả thi số chủ đề thiết kế Đối tượng khách thể nghiên cứu 4.1 Khách thể nghiên cứu: Hoạt động dạy học Hình học khơng gian bậc Trung học phổ thơng 4.2 Đối tượng nghiên cứu: Nội dung dạy học Hình học không gian trường Trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM Giả thuyết khoa học đề tài Nếu thiết kế số học theo định hướng giáo dục STEM dạy học hình học khơng gian cho học sinh tổ chức thực dạy học hợp lí giúp học sinh tích cực, chủ động, sáng tạo học tập, hiểu rõ kiến thức dãy số, góp phần đổi phương pháp nâng cao hiệu dạy học nội dung Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận: Từ tài liệu giới Việt Nam vấn đề thuộc phạm vi nghiên cứu đề tài, sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp, khái quát nhằm lựa chọn khái niệm tư tưởng - Phương pháp điều tra, quan sát thực tiễn: Quan sát, điều tra - khảo sát phiếu hỏi để tìm hiểu thực trạng dạy học tích hợp thực trạng dạy học theo định hướng giáo dục STEM dạy học trường Trung học phổ thơng Phân tích nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên liên quan đến kiến thức thuộc nội dung hình học không gian - Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành dạy thực nghiệm trường Trung học phổ thơng nhằm kiểm nghiệm tính hiệu khả thi học thiết kế Đóng góp đề tài - Hệ thống hoá sở lý luận giáo dục STEM - Đề xuất số chủ đề tổ chức dạy học Hình học khơng gian cho học sinh THPT theo định hướng giáo dục STEM Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận, danh mục Tài liệu tham khảo Phụ lục, luận văn gồm có chương: Chương Cơ sở lý luận thực tiễn Chương Thiết kế tổ chức dạy học Hình học khơng gian theo định hướng giáo dục STEM Chương Thực nghiệm sư phạm 15' 3' Hoạt động 2: Luyện tập chứng minh khối đa diện H1 Ta cần chứng minh điều Đ1 G1G2 = G2G3 = Chứng minh G3G4 = G4G1 = tâm mặt ? a tứ diện G4G2 = G1G3 = hình tứ Hoạt động 3: Củng cố Nhấn mạnh: - Nhận dạng khối đa diện - Cách chứng minh khối đa diện BÀI TẬP VỀ NHÀ: − Đọc trước "Khái niệm thể tích khối đa diện" IV RÚT KINH NGHIỆM, BỔ SUNG: hình đỉnh diện Phụ lục ĐỀ KIỂM TRA THỰC NGHIỆM Thời gian: 15p Câu Tâm tất mặt hình lập phương đỉnh hình sau đây? A Tứ diện B Ngũ giác C Lục giác D Bát diện Câu Khẳng định sau đúng? A Tâm mặt hình lập phương đỉnh hình lập phương B Tâm mặt hình tứ diện đỉnh hình tứ diện C Tâm mặt hình tứ diện đỉnh hình lập phương D Tâm mặt hình lập phương đỉnh hình tứ diện Câu Trung điểm cạnh tứ diện tạo thành đỉnh hình A tứ diện B bát diện C mười hai mặt D hai mươi mặt Câu Mệnh đề sau sai? A Tồn khối tứ diện khối đa diện B Tồn khối lặng trụ khối đa diện C Tồn khối hộp khối đa diện D Tồn khối chóp tứ giác khối đa diện Câu Mệnh đề sau đúng? A Mọi khối đa diện có số mặt số chia hết cho B Khối lập phương khối bát diện có số cạnh C Khối tứ diện khối bát diện có tâm đối xứng D Khối mười hai mặt khối hai mươi mặt có số đỉnh Câu Hình bát diện thuộc khối đa diện sau đây? A 3;4 B 3;3 C 4;3 D 5;3 Câu Khối đa diện loại 3;3 có tên gọi đây? A Khối bát diện B Khối lập phương C Khối 20 mặt D Khối tứ diện Câu Khối đa diện loại 5;3 có tên gọi đây? A Khối 12 mặt B Khối lập phương C Khối 20 mặt D Khối tứ diện Câu Tổng góc đỉnh tất mặt khối đa diện loại 4;3 A 4 B 8 C 10 D 12 Câu 10 Tổng góc đỉnh tất mặt khối đa diện loại 3;5 A 12 B 16 C 20 D 24 Phụ lục MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM Phụ lục MỘT SỐ BÁO CÁO SẢN PHẨM CỦA CÁC NHÓM ... dung hình học không gian bậc trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM? ?? Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu giáo dục STEM thiết kế, tổ chức dạy học số nội dung hình học khơng gian theo định hướng. .. động dạy học Hình học khơng gian bậc Trung học phổ thông 4.2 Đối tượng nghiên cứu: Nội dung dạy học Hình học khơng gian trường Trung học phổ thông theo định hướng giáo dục STEM Giả thuyết khoa học. ..ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC LÊ THỊ THU HẰNG DẠY HỌC HÌNH HỌC KHƠNG GIAN Ở BẬC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM TOÁN HỌC Chuyên