Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Tổ chức dạy học chủ đề STEM Robotics nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Trung học cơ sở xác định cơ sở lí luận và thực tiễn về GD STEM robotics, năng lực giải quyết vấn đề và đề xuất quy trình xây dựng chủ đề và tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics trong nhà trường nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM robotics của HS trung học cơ sở (THCS).
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ HẢI MỸ NGÂN TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM ROBOTICS NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MƠN VẬT LÍ Mã số: 9.14.01.11 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI - 2022 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Biên (Trường Đại học Sư phạm Hà Nội) PGS.TS Nguyễn Đông Hải (Đại học Tennessee Wesleyan) Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thị Nhị, Trường Đại học Vinh Phản biện 2: TS Cao Tiến Khoa, Trường ĐHSP – Đại học Thái Nguyên Phản biện 3: PGS.TS Lê Thị Thu Hiền, Trường Đại học giáo dục – ĐHQG Hà Nội Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội vào hồi … … ngày … tháng… năm… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Ngan, L H M., Hien, N Van, Hoang, L H., Hai, N D., Bien, N Van, Minh, H C., Nam, V., Nam, V., Nam, V., Nam, V., & Nam, V (2020) Exploring Viet namese Students ’ Participation and Perceptions of Science Classroom Environment in STEM Education Context Jurnal Penelitian Dan Pembelajaran IPA, 6(1), 73–86 https://doi.org/10.30870/jppi.v6i1.6429 Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Văn Biên (2020) Xây dựng khung lực giải vấn đề giáo dục khoa học robot học sinh trung học sở Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội65(7), 184–196 https://doi.org/10.18173/2354-1075.2020-0089 Nguyen, H N., Le, X Q., Nguyen, V H., Nguyen, V B., Nguyen, T T T., Thai, H M., &Le, H M Ngan (2020) Transformative Perceptions of In-Service Teachers towards STEM Education: The Vietnamese Case Study Voprosy Obrazovaniya / Educational Studies Moscow, 2, 204–229.https://doi.org/10.17323/1814-9545-2020-2-204-229 Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Thanh Tú, Mai Thị Kim Ngọc, Đặng Đông Phương, Vũ Quốc Thắng, Nguyễn Văn Biên (2020) Một số yếu tố ảnh hưởng hứng thú đối với lĩnh vực Robotics của học sinh một số trường THCS tại TP Hồ Chí Minh Tạp Chí Khoa học Trường ĐH Sư Phạm Tp.HCM, 8, 1337–1350 https://doi.org/10.54607/hcmue.js.17.8.2761.2707(2020) Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Thị Minh Thảo (2020) Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề STEM Hệ thống cấp nước tự động đơn giản theo quy trình dạy học 6E chương trình trung học sở Tạp Chí Khoa học Trường ĐH Sư Phạm Tp.HCM, 17(2) https://doi.org/10.54607/hcmue.js.17.2.2604.2569(2020) Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Trúc Vy (2021) Thói quen tham gia lớp học bằng ngôn ngữ nói của học sinh trung học sở môn khoa học Tạp Chí khoa học Trường ĐH Sư Phạm Tp.HCM, 18(2), 321– 330.https://doi.org/10.54607/hcmue.js.18.2.2999.2827(2021) Đặng Đông Phương, Lê Hải Mỹ Ngân (2021) Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề STEM robot hút bụi đơn giản theo quy trình thiết kế kĩ thuật cho học sinh trung học sở Tạp Chí khoa học Trường ĐH Sư Phạm Tp.HCM, 18(8), 1495–1508 https://doi.org/10.54607/hcmue.js.18.8.3022.2933(2021) Ngan, L H M., Khoa, N D., Ky, N T A., Anh, N T K., & Bien, N Van (2021) Exploring Perspective of Teachers on STEM - Robotics Education in Some High Schools in Ho Chi Minh city - Vietnam The 4th International Annual Meeting on STEM Education (IAMSTEM 2021), National Taiwan Normal University Lê Hải Mỹ Ngân, Nguyễn Văn Biên, Nguyễn Đông Hải (2021) Tích hợp khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật toán chủ đề trải nghiệm STEM robotics cho học sinh trung học Hội Nghị Giảng Dạy Vật Lí Tồn Quốc Lần Thứ 5, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 10.Thang Vu Quoc, Dong-Phuong Dang, Ngan Le Hai My (2021), Designing STEM Robotics topic Fire alarm system for th-grade students to enhance students’ problemsolving competence, The 2nd International Conference on Innovations in Learning Instruction and Teacher Education (ILITE 2021), Hanoi National University of Education, 2021 CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Lê Hải Mỹ Ngân (chủ nhiệm đề tài), Vận dụng quy trình dạy học 6E vào thiết kế một số chủ đề theo định hướng STEM chương trình THCS, Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp sở mã số CS.2018.19.56 (đã nghiệm thu) Lê Hải Mỹ Ngân (chủ nhiệm đề tài), Nghiên cứu thực trạng dạy học theo định hướng STEM lĩnh vực robotics Việt Nam giới, Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp sở mã số CS.2019.19.46 (đã nghiệm thu) 4 MỞ ĐẦU Lí do chọn đề tài Theo Bybee (2013), chương trình GDSTEM nhà trường chưakhả thi, nên cácchủ đề tích hợp STEM định hướng quan tâm Hiện nay, roboticslà chủ đề thực tiễnđược nhiều nhà nghiên cứu quan tâm nhận định lĩnh vực có tiềm để thực hiệnGDSTEM nhà trường Theo Khine (2017), GDSTEMrobotics tạo môi trườngcho HS thiết kế, chế tạo và vận hành sản phẩm robot để giải vấn đề (GQVĐ) Do đặc trưng gắn liền với công nghệ máy tính, TDMT kết ghi nhận nghiên cứu GD STEM robotics, với quan điểm là phương thức để GQVĐ Việc tổ chứcGD STEM robotics dựa trênTDMTcó thể góp phần phát triển NL GQVĐ Ở Việt Nam, GD STEM định nghĩa CTGDPT2018 đề cập chương trình mơn Tốn, Khoa học, Tin học Cơng nghệ.CTGDPT 2018đẩy mạnh chương trìnhmôn công nghệ tin học với mục tiêu bồi dưỡngnăng lựctiếp cận công nghệ hiện đạicủa HS, làđiều kiện phù hợp đểthực hiệnGD STEM robotics.Để hướng dẫn thực hiện GDSTEM nhà trường, công văn 3089/GDĐTTrH đượcban hành làm rõba hình thức triển khai GD STEM nhà trường, đó, hoạt động trải nghiệm hình thức phù hợp để triển khai GD STEM robotics nhà trường Đề tài nhằm làm rõ sở lí luận vềGD STEM robotics, đề xuất sở lí thuyết cho việcthực hiệnGD STEM robotics dưới hình thức các chủ đề cho HS THCS nhằm bồi dưỡng NLGQVĐtrong GD STEM robotics Mục đich nghiên c ́ ứu Xác định sở lí luận thực tiễn về GD STEM robotics, lực GQVĐ đề xuất quy trình xây dựng chủ đề và tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics nhà trường nhằm bồi dưỡng lực GQVĐ GD STEM robotics HS trung học sở (THCS) Giả thuyết nghiên cưú Nếu xác định cấu trúc lực giải vấn đề giáo dục STEM robotics, đề xuất quy trình xây dựng chủ đề với tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics dựa sở lí luận GD STEM robotics, lực GQVĐ sở thực tiễn đối vớ i GD STEM robotics thực tổ chức theo tiến trình bồi dưỡ ng lực GQVĐ GD STEM robotics cho HS THCS Nhiêm vu nghiên c ̣ ̣ ưú - Tổng quan nghiên cứu GD STEM robotics, GD STEM robotics giáo dục vật lí, nghiên cứu lực GQVĐ GD STEM robotics - Hệ thống sở lí luận GD STEM robotics khái niệm, vai trò, phân loại thiết bị robotics, phân loại hình thức tổ chức đặc trưng - Khả o sá t thực trạng GD STEM robotics trườ ng trung học, cụ thể thực trạng tham gia hoạt động HS; quan điểm GV mơn học STEM GV vật lí lĩnh vực - Đề xuất cấu trúc lực GQVĐ GD STEM robotics cho HS THCS, với số hành vi đặc trưng lĩnh vực tiêu chí chất lượng phù hợp - Đề xuấ t quy trì nh xây dựng chủ đề STEM robotics nhằ m bồi dưỡng lực GQVĐ GD STEM robotics, làm rõ định hướng tích hợp nội dung giáo dục vật lí chủ đề STEM robotics - Đề xuất tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics nhằ m bồi dưỡng lực GQVĐ STEM robotics cho HS THCS - Phân tích mơn học STEM CTGDPT 2018, đặc biệt môn Khoa học tự nhiên (KHTN) thiết bị vi điều khiển Arduino để định hướng xây dựng chủ đề STEM robotics - Thự c nghiệ m sư phạ m (TNSP) đánh giá lực GQVĐ GD STEM robotics HS THCS thông qua tổ chứ c chủ đề STEM robotics xây dựng Đôi t ́ ượng va pham vi nghiên c ̀ ̣ ưú Đối tượng nghiên cứu việc bồi dưỡng lực GQVĐ GD STEM robotics HS Nghiên cứu thiết kế và tổ chức chủ đề STEM robotics cho HS THCSnhằmphát triểnnăng lực GQVĐ GD STEM robotics Đề tài thực khảo sát GV và HS, thực nghiệm với nhóm đối tượng HS THCS ở Tp.HCM Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phối hợp phương pháp nghiên cứu sau: nghiên cứu lí thuyết (phân tích, tổng hợp; phân loại hệ thống hóa lí thuyết); nghiên cứu thực tiễn dạy học (điều tra, vấn, quan sát); thực nghiệm sư phạm phương pháp thống kê toán học Đong gop m ́ ́ ới cua luân an ̉ ̣ ́ - Hệ thống sở lí luận GD STEM robotics, lực GQVĐ, từ xác định cấu trúc lực GQVĐ GD STEM robotics - Thực trạng GD STEM robotics Tp.HCM thông qua kết khảo sát HS, khảo sát GV STEM vấn GV vật lí lĩnh vực - Làm rõ quy trình xây dựng tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics nhằm bồi dưỡng lực GQVĐ GD STEM robotics - Định hướng lựa chọn thiết kế số chủ đề STEM robotics tích hợp CTGDPT 2018, cụ thể môn Khoa học tự nhiên (chủ đề Năng lượng biến đổi) - TNSP bước đầu khẳng định hiệu quả của quy trình xây dựng và tiến trình tổ chức chủ đề STEM robotics nhằm bồi dưỡng lực GQVĐ GD STEM robotics HS TỔNG QUANVÂN ĐÊ NGHIÊN C ́ ̀ ƯU ́ Nghiên cứu giáo dục STEM lĩnh vựcrobotics Jung (2018)chỉ haiquan điểm vai trò của robotics giáo dục Thứ nhất, robotics công cụ hỗ trợ dạy học mơn vật lí, tốn,… Thứ hai, robotics chủ đề học tập để HSkhám phá kiến thứcthông qua nhiệm vụ thiết kế, chế tạo robot để GQVĐ Anwar (2019) khẳng định GD STEM robotics ngoài trường họcđều tác động tích cực với HS về cả kiến thức và kĩ Khine(2017) tổng hợp báo GD STEM robotics từ 2013 đến 2017 cho việc thực hiệnGD STEM robotics nhà trường vẫn còn khó khăn và đòi hỏi nghiên cứu sâu hơn.Các phương thức triển khai hoạt động STEM robotics hướng mở cần tiếp tục nghiên cứu.Một số nghiên cứu hiện naythực hiện theo hướng xây dựng các khóa học tích hợp STEM robotics nhà trường Chen (2018) nghiên cứu cho HS lớp 10 thiết kế chế tạo thuyền tự vận hành thơng qua khố học tích hợp STEM robotics Ching(2019)xây dựng chương trình STEM robotics theo dự án nhằmnâng cao kết học HS lớp 4-6 Ching (2019)cho chương trình tích hợp STEM robotics giúp GV dễ dàng tiếp cận sử dụng, nội dung bổ sung vào môn học STEM, đồng thời tạo cho HS hội tiếp cậnrobotics GD STEM robotics Việt Nam xuất trung tâm nhà trường chương trình ngồi nhà trường, đặc biệt với HS tiểu học và THCS… Trong bối cảnh hiện tại, các nghiên cứu GD STEM robotics ở Việt Nam vẫn còn hạn chế Một số các hoạt động trải nghiệm chế tạo sản phẩm robot được tổ chức ghi nhận hiệu quả làm tăng hứng thú của HS đối với lĩnh vực Các nghiên cứu còn rời rạc, việc tìm hiểu một quan điểm tiếp cận cho GD STEM robotics, quy trình thiết kế các chủ đề và tiến trình dạy học theo định hướng phát triển lực phù hợp cho HS cần được quan tâm làm rõ Tóm lại, GD STEM robotics làđịnh hướng mở nghiên cứu.Việc làm rõ sở lí thuyết cho việc thiết kế và tổ chức thực hiệnGD STEM robotics nhà trường góp phần bồi dưỡng lựccủa HS là cần thiết bối cảnh giáo dục hiện Nghiên cứu giáo dục STEM robotics tronggiáo dụcvật lí Các nghiên cứu GD STEM robotics thể định hướng tích hợp giáo dục vật lí: (1) robotics cơng cụ hỗ trợdạy học vật lí (2) GD vật lí lồng ghép chủ đề STEM robotics - Theo định hướng thứ nhất, số đặc điểm ghi nhận: (1) mục tiêu dạy học mục tiêu đặc thù mơn khoa học, nhằm hình thành củng cố kiến thức khoa học cho HS; (2) thiết bị Lego sử dụng phổ biến nhằm đảm bảo độ xác cao; (3) hoạt động học tập hướng đến nhiệm vụ khám phá kiến thức vật lí đơn lẻ; (4) hoạt động sử dụng cơng cụ để tìm hiểu, khám phá kiến thức vật lí nhằm mục đích cung cấp thơng tin cho q trình thiết kế sản phẩm kĩ thuật - Theo hướng tiếp cận thứ hai, robotics chủ đề học tậpđể HS hiểu lĩnh vực robotics Theo Jung (2018), quan điểm thể giao thoa đáp ứng mục tiêu GD STEM tích hợp Nhiều chương trình ngoại khóa thực theo chủ đề STEM robotics chế tạo sản phẩm cụ thể, thơng qua HS chiếm lĩnh tri thức khoa học liên quan Một số nghiên cứu gần thiết kế chủ đề hay khóa học ngắn STEM robotics cho HS nhà trường, đặc biệt sử dụng vi điều khiển mã nguồn mở Tóm lại, mối liên hệ GD vật lí GD STEM robotics tương hỗ Tùy vào mục tiêu dạy học, dạy học vật lí hoạt động trọng tâm công cụ robotics phương tiện hỗ trợ, định hướng tích hợp, việc dạy học vật lí lồng ghép q trình giải vấn đề STEM robotics thơng qua thiết kế chế tạo sản phẩm thực Nghiên cứu phát triển lực giải vấn đề giáo dục STEM robotics Nhiều nghiên cứu cho thấy GD STEM roboticscó tác động tích cực NL GQVĐ HS.Priemer (2020) dựa mô hình GQVĐ của PISA 2013 kết hợp phân tích các nghiên cứu GQVĐ GD STEM đề xuất khung lí thuyết GQVĐ tởng quát Bên cạnh đó, nghiên cứu GD STEM robotics phản ánh HS thường gặp trở ngại khoảng cách kì vọng ý tưởng HS với tính phức tạp sản phẩm, việc GQVĐ cần có số tảng kiến thức Do đó, việc tác động hướng dẫn phù hợp cho HS trình tư quan trọng nhằm nâng cao NL GQVĐ GD STEM robotics, đường GQVĐ GD STEM robotics phù hợp theo quy trình thiết kế kĩ thuật kết hợp với hỗ trợ máy tính Các nghiên cứu bồi dưỡng lực GQVĐ lĩnh vực STEM robotics tập trung khía cạnh lập trình có liên hệ mật thiết với tư máy tính.Theo Shute (2017), TDMT là một phương thức GQVĐ hiệu quảvới giải pháp vận dụng bối cảnh khác nhau.Theo Chevalier (2020), định hướng nghiên cứu TDMT GD STEM roboticscần nhấn mạnh vào trình tư huy động kiến thức, kĩ để định hướng giải pháp trước thực thử nghiệm.Các kết nghiên cứu GD STEM robotics nhằm bồi dưỡng TDMT cho thấy tiến trình hoạt động xây dựng tảng TDMT hỗ trợ cho việc thực GD STEM robotics cách hiệu Dựa tổng quan nghiên cứu về GD STEM robotics, chúng thấy (1) hướng nghiên cứu GD STEM robotics xu bới cảnh GDViệt Nam; (2) GD STEM robotics góp phần GD vật lí; (3) NL GQVĐ nghiên cứu GD STEM roboticschưa làm giải chế tạo sản phẩm robotics; (4) TDMT phương thức tư GQVĐ hiệu GD STEM robotics CƠ SỞ LI LUÂN V ́ ̣ Ề TỔ CHỨC CHỦ ĐỀ STEM ROBOTICS NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Giáo dục STEM GD STEM theo quan điểm CTGDPT2018 Việt Namlà mô hình giáo dục dựa cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn bối cảnh cụ thể Mơ hình tích hợp STEM Kelley (2016)nêu rõ nội hàm mối quan hệ giữa các lĩnh vực STEM theo định hướng thiết kế kĩ thuật (TKKT) GDSTEM quan điểm dạy học tích hợpliên kết chặt chẽ vớiNLGQVĐthực tiễn, TKKTlà tảng thực giải pháp kĩ thuật dựa trìnhkhám phá khoa học.Yata (2020) nghiên cứumơ hình tích hợp STEMcho thấy2 trìnhthiết kế khám phá tương hỗ GQVĐ: thiết kếlàm nảy sinh nhu cầu khám phá khám phá bổ sung thông tin cho thiết kế Mô hìnhGD STEM của Kelley (2016) và Yata (2020)phù hợp với hướng tiếp cận GD STEM robotics, đóTKKT là tảng quan trọng GD STEM robotics Giáo dục STEM lĩnh vực robotics Khái niệm Alimisis (2012) làm rõ cấu trúc và nguyên lí hoạt động củarobot (hình 2.2).Trong luận án, robotics xem chủ đề học tập GD STEM GD STEM robotics hiểu quan điểm dạy học đó HS khám phá và vận dụng kiến thức tích hợp thơng qua nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot để giải vấn đề thực tiễn GD STEM robotics góp phần thực mục tiêu GD STEM nhằm bồi dưỡng kĩ quan trọng định hướng nghề nghiệp cho HS kỉ nguyên công nghệ đại, cụ thể: (1) góp phần phát triển lực HS CTGDPT; (2) nâng cao hứng thú học tập mơn học thuộc lĩnh vực STEM thơng qua q trình tiếp cận với thiết bị robotics; (3) định hướng nghề nghiệp Hình 2.2- Sơ đồ cấu trúc nguyên lí hoạt động robot Phân loại giáo dục STEM robotics Trong GD STEM robotics, bộ thiết bị có đặ c tí nh lắ p rá p để HS hiểu cơng nghệ robotics khơng người sử dụng robot Các nghiên cứu đề cậ p loại bộ thiết bị, gọi thiết bị điện tử và bộ thiết bị họ c, hay thiết bị số hóa/thương mại thiết bị tự chế tạo GD STEM robotics nhà trường thực theo hình thức, tương ứng với hướng tiếp cận khác nhau: (1) GD STEM robotics thực theo hình thức thi; (2) GD STEM robotics thực qua chủ đề tích hợp; (3) GD STEM robotics tổ chức theo hình thức câu lạc bộ, mơn học tự chọn Các mức độnhiệm vụhọc tập giáo dục STEM robotics Hình 2.3- Các mức đợ nhiệm vụ học tập giáo dục STEM robotics Komis (2016) đề xuất mức độ nhiệm vụhọc tập GD STEM robotics: hai mức độ thấp quan sát tìm hiểu, ba mức đợ tiếp theolà thực hành, sáng tạo sáng chế Barak (2016) đề xuất3 mức độnhiệm vụ: (1) thực hànhvới nhiệm vụcó hướng dẫn cụ thể; (2)giải vấn đề với nhiệm vụ mở;(3) dự áncó tính thử thách để HS tự xác định vấn đề, lựa chọn phương pháp đề xuất giải pháp.Các mức độ nhiệm vụ học tập theo Komis Barak đều chỉ rằng, việc tổ chức hoạt động xuất phát từ HS nhận thức, làm quen với bộ thiết bị, để từ đó làm nền tảng cho các hoạt động thiết kế chế tạo có tính mở Mối liên hệ lĩnh vựctrong giáo dục STEM robotics Hình 2.4 thể mối liên hệ lĩnh vực GD STEM robotics: kĩ thuật công nghệ tảng kiến thức kĩ hoạt động thiết kế chế tạo Tư khám phá khoa học và toán họcđịnh hướng giải pháp thiết lập chương trình cho robot Hình 2.4- Mối liên hệ lĩnh vực giáo dục STEM robotics Năng lực giải vấn đề Khái niệm cấu trúc lực giải vấn đề Theo Nguyễn Thị Lan Phương (2016), NL GQVĐ khả cá nhân sử dụng hiệu trình nhận thức, hành động thái độ, xúc cảm để giải tình vấn đề mà khơng có sẵn quy trình, giải pháp Theo Đỗ Hương Trà, NL GQVĐ HS thể thông qua hoạt động trình GQVĐ, cấu trúc NLGQVĐ Mối liên hệ giải vấn đềvà tư máy tính Kết tổng quan cho thấy lực GQVĐ GD STEM robotics có mối liên hệ chặt chẽ với TDMT Dựa nghiên cứu, đối chiếu TDMT với tư GQVĐ theo cấu trúc lực GQVĐ tìm hiểu (bảng 2.3) Bảng 2.3 - Sự tương thích tư giải vấn đề tư máy tính Giải quyết vấn Tư máy tính [74, 103, 114] đề[6, 21, 25] Xác định vấn đề hiểu Tìm hiểu vấn Xác định Xác định vấn đề phân tích thông tin, giới hạn đề vấn đề bối cảnh tình h́ng vấn đề vấn đề Phân tích, xếp, kết nối Phân rã Phân tách vấn đề thành các thông tin với kiến thức vấn đề vấn đề nhỏ để giải Đề xuất giải biết đưa giải pháp, Lựa chọn Thu thập và xác định pháp lựa chọn giải pháp phù hợp thông tin thông tin liên quan cần thiết cho vấn đề Lập kế hoạch để giải Thực Tư Thiết lập các bước thực hiện Thực hoạt động giải pháp thuật tốn GQVĐ mợt cách logic, khoa theo kế hoạch học Đánh giá giải pháp thực Đánh giá Phát lỗi Đánh giá và vấn đề đặt ra; phản trình thực giải pháp phản ánh, ánh giá trị giải pháp, xác Khái quát Chuyển giao ứng dụng xây dựng nhận kiến thức hóa mô hình giải pháp cho vấn vấn đề kinh nghiệm đề tương tự có liên quan Năng lực giải vấn đề giáo dục STEM robotics NL GQVĐ GD STEM robotics hiểu khả thông hiểu đề xuất giải pháp robotics hệ thống tự động hóa dựa vào huy động kiến thức từ nhiều lĩnh vực (khoa học, kĩ thuật, cơng nghệ, tốn học) sở cấu tạo nguyên tắc hoạt động robot, sử dụng công cụ vật chất robotics máy tính để thực giải pháp Dựa sở lí thuyết, ý kiến chuyên gia, sở thực tiễn từ TNSP lần 1, cấu trúc lực hồn thiện với hợp phần, thành tớ và 12 chỉ số hành vi (bảng 2.4).Các số hành vi xây dựng dựa cácđặc trưng GD STEM robotics, bám sát kĩ cốt lõicủa TDMT, gồm tư phân rã, lựa chọn thông tin, tư thuật toán Bảng 2.4-Năng lực giải vấn đề giáo dục STEM robotics Hợp phần Thành tố Chỉ số hành vi A1.1 Tìm hiểu tình vấn đề A.Tìm hiểu A1 Phát vấn đề A1.2 Phát biểu vấn đề cần giải vấn đề A2.1 Phân tích vấn đề cần giải A2 Phân tích vấn đề B1 Nghiên cứu thông tin B1.1Đề xuất linh kiện robot B1.2Tìm hiểu thơng tin liên quan B Đề xuất B2 Đề xuất giải pháp giải B2.1 Xây dựng sơ đờ xử lí thơng tin giải pháp vấn đề B2.2 Xác định sơ đồ kết nối các bợ phận robot B2.3 Trình bày phương án thiết kế C1 Thực giải pháp giải C1.1 Lập kế hoạch thực giải pháp C Thực vấn đề C1.2 Thực giải pháp hiện, đánh C2 Đánh giá việc giải C2.1 Thử nghiệm và đánh giá giá vấn đề, xây dựng vấn đề C2.2 Phát vấn đề cần giải 10 Hình 2.5 trình bày mức độ chất lượng hành vi đề xuất hai sở: (1) tính tự lực HS, thể qua mức độ hướng dẫn GV; (2) độ phức tạp nhiệm vụ, thể qua mức độ chi tiết kết thực Hình 2.5 - Các mức độ hành vi lực GQVĐ GD STEM robotics Bảng tiêu chí chất lượng hành vi lực GQVĐ GD STEM robotics hỗ trợ GV thiết kế nhiệm vụ học tập phù hợp đánh giá mức độ lực HS Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics nhằm bồi dưỡngNL giải quyết vấn đề Mỗi chủ đề STEM robotics gắn với tình cụ thể, tạo môi trường cho HS thực nhiệm vụ mang tính kĩ thuật, cụ thể thiết kế chế tạo sản phẩm robot Nguyên tắc sư phạm xây dựng chủ đề STEM robotics Phân tích tổng quan sở lí luận GD STEM robotics cho thấy số nguyên tắc cốt lõi cần đảm bảo xây dựng chủ đề STEM robotics, bao gồm:(1) đảm bảo kết nối với chương trình mơn học STEM nhà trường; (2) đảm bảo tính trọn vẹn chủ đề STEM robotics; (3) đảm bảo tính gắn kết với thiết bị robotics; (4) đảm bảo tính tích hợp liên mơn Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics (hình 2.6) đề xuất dựa sở quy trình xây dựng chủ đề tích hợp tác giả Nguyễn Văn Biên, kết hợp với đặc trưng sở lí thuyết GD STEM robotics làm rõ 11 Hình 2.7 -Quy trình xây dựng chủ đề STEM robotics (1) Đề xuất ý tưởng chủ đề:Sản phẩm robotics đối tượng để HS tìm hiểu thơng q HS khám phá vận dụng kiến thức liên môn Ý tưởng đề xuất cần phải gắn với vấn đề thực tiễn nhu cầu nảy sinh trình học tập, phù hợp với thiết bị robotics sử dụng có kết nối với nội dụng chương trình môn học (2) Lựa chọn chủ đề STEM robotics:Mỗi sản phẩm robotics có yêu cầu cụ thể, từ đơn giản đến phức tạp GV lựa chọn chủ đề STEM roboticsphù hợp với đối tượng HS, thể qua sản phẩm cácyêu cầu cụ thể sản phẩm Các yêu cầu sản phẩm chủ đề STEM robotics phải gắn kết với nội dung chương trình học, phù hợp với thời lượng lực HS GV cần dựa lực HS, chương trình học thời gian (3) Xác định nội dung chủ đề STEM robotics:GV xác định kiến thức kĩ cần thiết chủ đề dựa vào mối liên hệ lĩnh vực GD STEM robotics.Các kiến thức kĩ lĩnh vực không độc lập mà có mối liên hệ chặt chẽ trình thiết kế chế tạo sản phẩm, lồng ghép việc giải yêu cầu nhiệm vụ robot (4) Xây dựng nội dung chủ đề:Việc xây dựng nội dung chủ đề STEM robotics cần bám sát chương trình mơn học thiết bị robotics sử dụng Nội dung công nghệ cấu tạo robot, nội dung kĩ thuật thiết bị sở GV cần hỗ trợ cung cấp để HS tìm hiểu vận dụng.Nội dung tin học lập trình cần thiết chủ đề STEM robotics Nội dung khoa học toán học lồng ghép trình thực chủ đề, gắn liền với linh kiện sản phẩm robotics Trong trường hợp, nội dung xây dựng chưa phù hợp, thời lượng chưa cho phép GV xem xét lại việc đề xuất lựa chọn chủ đề Điều thể mũi tên quay ngược từ bước trở bước quy trình Định hướng tích hợp giáo dục vật lí chủ đề STEM robotics Trong chủ đề STEM robotics, HS phối hợp nhiều hoạt động khám phá thiết kế trình chế tạo sản phẩm Hình 2.8 - Giáo dục vật lí/khoa học hoạt động chủ đề STEM robotics Các hoạt động dạy học vật lí/khoa học tích hợp lồng ghép hoạt động theo định hướng (1) khám phá vật lí thơng qua sở ngun lí hoạt động thiết bị (2) sử dụng thiết bị để khảo sát tượng, thu thập xử lí liệu **Theo định hướng thứ nhất, vật lí nguyên lí hoạt động thiết bị robotics.Việc hiểu rõ nguyên lí hoạt động thiết bị giúp người học phát triển ý tưởng giải pháp cho thiết kế hệ thống robot cấu trúc tư xử lí thơng tin nhằm thực chức **Theo định hướng thứ 2, giáo dục vật lí hay khoa học thông qua khảo sát, thu thập liệu sử dụng thiết bị robotics Trong hoạt động này, GV hỗ trợ thiết lập số chương trình cho vi điều khiển để HS thực khảo sát ghi nhận liệu cần thiết Thông tin khảo sát giúp HS định hướng thiết kế sản phẩm Hai định hướng tích hợp giáo dục khoa học/vật lí diễn đan xen q 12 trình giải chủ đề STEM robotics (một thử thách kĩ thuật) Tiến trình tổ chứcchủ đềSTEM robotics nhằm bồi dưỡng NL giải quyết vấn đề Chúng đề xuất tiến trình tổ chức gồm hoạt động bám sát quy trình TKKT, phù hợp với hướng dẫn theo cơng văn 3089và dựa q trình thiết kế chế tạo sản phẩm theo TDMT Các kĩ cốt lõi TDMT bao gồm: phân rã vấn đề, lựa chọn thơng tin, tư thuật tốn, đánh giá khái qt hóa hỗ trợ q trình thiết kế chế tạo sản phẩm robotics cách hiệu + Tư phân rã vấn đề giúp HS phân tích đối tượng sản phẩm robotics thành phận Dựa vào đó, HS lựa chọn thơng tin quan trọng tín hiệu đầu vào cần ghi nhận, u cầu xử lí thơng tin vi điều khiển nhiệm vụ robot cần thực + Tư lựa chọn thông tin, liệu giúp HS lựa chọn kiến thức thông tin cần thiết trình nghiên cứu để vận dụng hiệu thiết kế chế tạo sản phẩm + Tư thuật toán đặc trưng quan trọng giải vấn đề robotics, không việc xây dựng chương trình vận hành cho sản phẩm Tư thuật tốn cịn giúp định hướng bước thực cách khoa học hoạt động thiết kế chế tạo nhằm hạn chế thử sai khó khăn q trình thiết kế kĩ thuật Hình 2.3 - Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM robotics theo quy trình thiết kế kĩ thuật giải vấn đề theo tư máy tính Chúng làm rõ các bước hoạt động nhỏ pha hoạt động lớn để hỗ trợ HS hình thành tư GQVĐ cụ thể vận dụng bối cảnh vấn đề khác lĩnh vực robotics.Với đối tượng HS THCS mới tiếp cận, tiến trình dạy 13 học xây dựng theo hướng phân tích đối tượng robot thành nhiệm vụ nhỏ cần tìm hiểu.Đầu tiên HS đặt vào tình huống hay vấn đề thực tiễn để nhận thức nhiệm vụ thiết kế chế tạo sản phẩm robotics Pha khám phá các bợ phận robot là q trình tìm hiểu nghiên cứu bợ thiết bị robotics, cuối hoạt động thiết kế chế tạo sản phẩm hoàn thiện CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀGIÁO DỤC STEMROBOTICS Giáo dục STEM robotics Việt Nam Tại Việt Nam, hình thức phổ biến cho HS tiếp cận lĩnh vực robotics thi quốc tế ngày hội STEM Trong nhà trường, GD STEM robotics hình thức câu lạc số lớp học tăng cường Trong kết khảo sát với 107trên địa bàn TP.HCM, có vài thơng tin tình hình hoạt động STEM robotics nhà trường.Số lượng GV chưa từng tham gia hoạt động robotics chiếm 66,1%, phản ánh lĩnh vực nhà trường cịn hạn chế Hai hình thức hoạt động GV tham gia tương đối nhiều hoạt động trải nghiệm robotics (15,8%) chương trình tập huấn STEM robotics (12,9%) Tỉ lệ trường chưa trang bị công cụ robotics chiếm tỉ lệ cao (49,5%), có thể điều kiện ngân sách nhà trường Thực trạng học sinh tham gia giáo dụcSTEM robotics Nghiên cứu nhằm tìm hiểu thực trạng thái độ HS THCS ở Tp.HCM tham gia hoạt động STEM robotics với bảng hỏixây dựng dựa công cụ đánh giáthái độ HS của Cross (2016) thực 388 HS Kết 70% HS chưa tham gia hoạt động roboticscho thấy điều kiện để HS tiếp cậnlĩnh vực roboticschưa nhiều cảtrong nhà trường.Gần 90% HS chưa tham gia thi robotics khoảng 10% số HS tham gia thi cho thấytuy thi robotics hưởng ứng sôi nổi,song hình thức hoạt động này còn hạn chế đối tượng.Kết thống kê thái độ HS cho thấy lĩnh vực STEM robotics tạo thu hút HS, cần định hướng thực phù hợp để HS tiếp cận, tính chất tích hợp lĩnh vực Kết yếu tố giới tính, kinh nghiệm lập trình có ảnh hưởng đến tị mị tự tin HS lĩnh vực Kết góp phần định hướng triển khai hoạt động robotics phù hợp với đối tượng HS Thực trạng quan điểmcủa giáo viênđối vớigiáo dục STEM robotics Nghiên cứu tìm hiểu quan điểm GV GD STEM roboticssử dụngcông cụ khảo sát Khanlari Xét vềkinh nghiệm hoạt động robotics, GV trải nghiệm hoạt động robotics có nhận thức đầy đủ hơn, cho GD STEM robotics hoạt động học tập tích hợp kiến thức gắn với hoạt động thiết kế chế tạo robot Xét khía cạnh mơn học, GV khoa học cho GD STEM robotics, khía cạnhthiết kế chế tạoquan trọng so với lắp ráp, khivới GV công nghệ - tin học thìngược lại Xét kinh nghiệm dạy học, nhóm GV trẻ (