Phát triển năng lực khoa học tự nhiên cho học sinh trong dạy học phần lực và chuyển động – khoa học tự nhiên 6 theo định hướng giáo dục stem

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THUỲ THUỴ TIÊN PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC PHẦN LỰC VÀ CHUYỂN ĐỘNG – KHOA HỌC TỰ NHIÊN THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LUẬN VÀ PPDH BỘ MƠN VẬT LÍ ĐÀ NẴNG – NĂM 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN THUỲ THUỴ TIÊN PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC PHẦN LỰC VÀ CHUYỂN ĐỘNG – KHOA HỌC TỰ NHIÊN THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM Ngành: Lý luận PPDH Bộ mơn Vật lí Mã số: 8.14.01.11 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Lê Thanh Huy ĐÀ NẴNG – NĂM 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tơi Các số liệu nêu luận văn trung thực, khách quan chƣa đƣợc công bố cơng trình nghiên cứu tác giả Đà Nẵng, tháng năm 2022 Tác giả Nguyễn Thuỳ Thuỵ Tiên ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hồn thành luận văn, tơi nhận đƣợc hƣớng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy cô, bạn bè em học sinh Đầu tiên, tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phịng Sau đại học, giảng viên khoa Vật lí Trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng – Đại học Đà Nẵng tạo điều kiện cho tơi q trình học tập nghiên cứu để hồn thành khóa học Đặc biệt, với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới TS Lê Thanh Huy – ngƣời thầy giành nhiều thời gian dìu dắt, trực tiếp hƣớng dẫn bảo tận tình Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, em học sinh trƣờng Song ngữ Quốc tế Quảng Nam Academy, xin trân trọng biết ơn cô Trần Thị Ngọc Nguyên – Giáo viên chủ nhiệm lớp KOALA nhiệt tình giúp đỡ suốt thời gian nghiên cứu thực nghiệm trƣờng Song ngữ Quốc tế Quảng Nam Academy Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc gia đình, bạn bè anh chị học viên K39 – 40 đồng hành tơi q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng năm 2022 Tác giả Nguyễn Thuỳ Thuỵ Tiên iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt DH HS GV GD - ĐT KHTN NL Nxb THCS TS Nội dung Dạy học Học sinh Giáo viên Giáo dục – Đào tạo Khoa học tự nhiên Năng lực Nhà xuất Trung học sở Tiến sĩ iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC TIÊU VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Tổng quan vấn đề nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Giả thuyết khoa học Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG 1: CƠ SỞ THỰC TIỄN VÀ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM THEO HƢỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CỦA HỌC SINH 1.1 Dạy học định hƣớng phát triển lực 1.1.1 Khái niệm lực .5 1.1.2 Khái niệm lực khoa học tự nhiên 1.1.3 Cấu trúc biểu hành vi lực khoa học tự nhiên 1.1.4 Các phương pháp đánh giá lực khoa học tự nhiên cho học sinh .13 1.2 Dạy học chủ đề STEM 13 1.2.1 Khái niệm STEM 13 1.2.2 Vai trò STEM .14 1.2.3 Mục tiêu giáo dục STEM 15 1.2.4 Phân loại STEM 16 1.2.5 Chủ đề giáo dục STEM 18 1.2.6 Quy trình xây dựng học chủ đề STEM 19 1.3 Phát triển lực KHTN HS thông qua dạy học chủ đề STEM 20 1.3.1 Thực trạng việc phát triển lực KHTN HS thông qua dạy học chủ đề STEM 20 1.3.2 Biện pháp phát triển lực KHTN HS thông qua dạy học chủ đề STEM .24 1.4 Quy trình tổ chức dạy học chủ đề STEM nhằm phát triển lực khoa học tự nhiên học sinh THCS 26 KẾT LUẬN CHƢƠNG 28 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ NỘI DUNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ STEM PHẦN “LỰC VÀ CHUYỂN ĐỘNG” – KHTN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC KHTN CỦA HỌC SINH 29 v 2.1 Phân tích nội dung kiến thức phần “Lực chuyển động” môn KHTN 29 2.1.1 Yêu cầu cần đạt phần “Lực chuyển động” môn KHTN 29 2.1.2 Nội dung kiến thức phần “Lực chuyển động” môn KHTN cấp THCS .30 2.2 Thiết kế chủ đề STEM phần “Lực chuyển động” phát triển NL KHTN cho HS 32 2.2.1 Chủ đề 1: “Đế giày/dép chống trượt” 32 2.2.2 Chủ đề 2: “Hạ cánh an toàn” .44 2.3 Công cụ đánh giá chủ đề STEM 54 2.3.1 Công cụ đánh giá lực Khoa học tự nhiên 54 2.3.2 Tiêu chí đánh giá sản phẩm 60 2.3.3 Tiêu chí đánh giá thiết kế thuyết trình .61 KẾT LUẬN CHƢƠNG 62 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 63 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm 63 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm 63 3.3 Đối tƣợng, thời gian nội dung thực nghiệm sƣ phạm 63 3.4 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 65 3.5 Kết thực nghiệm sƣ phạm 65 KẾT LUẬN CHƢƠNG 80 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .81 Kết luận 81 Khuyến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC PL1 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần lực biểu cụ thể NL KHTN [10] .6 Bảng 1.2 Các mức độ phát triển NL KHTN HS THCS Bảng 1.3 Các phƣơng pháp đánh giá NL KHTN [2] 13 Bảng 1.4 Quy trình tổ chức dạy học chủ đề STEM nhằm phát triển lực khoa học tự nhiên HS THCS [13] 27 Bảng 2.1 Các thành tố lực thông qua yêu cầu cần đạt [2] .29 Bảng 2.2 Phân tích kiến thức nội dung phần “Lực chuyển động” môn KHTN [2] .30 Bảng 2.3 Kiến thức STEM cần giải chủ đề STEM “Đế giày/dép chống trƣợt” 33 Bảng 2.4 Kiến thức STEM cần giải chủ đề STEM “Hạ cánh an toàn” 45 Bảng 3.1 Nội dung hoạt động thực nghiệm sƣ phạm 64 Bảng 3.2 Đánh giá hoạt động học nhóm theo tiêu chí đánh giá NL Khoa học tự nhiên chủ đề STEM “Đế giày/dép chống trƣợt” 74 Bảng 3.3 Đánh giá hoạt động học nhóm theo tiêu chí đánh giá NL Khoa học tự nhiên chủ đề STEM “Đế giày/dép chống trƣợt” 75 Bảng 3.4 Kết đánh giá tổng thể lực Khoa học tự nhiên HS 76 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Chu trình STEM 14 Hình 1.2 Vai trò, ý nghĩa giáo dục STEM .15 Hình 1.3 Mục tiêu giáo dục STEM 15 Hình 1.4 Tiêu chí chủ đề STEM 18 Hình 1.5 Quy trình xây dựng học chủ đề STEM [13] 19 Hình 2.1 Sơ đồ nội dung kiến thức phần “Lực chuyển động” mơn KHTN 30 Hình 3.1 Hình ảnh số phiếu học tập chủ đề “Đế giày/dép chống trƣợt” .65 Hình 3.2 HS chế tạo sản phẩm .67 Hình 3.3 Mơ hình “Đế giày/dép chống trƣợt” HS 68 Hình 3.4 Hình ảnh số phiếu học tập chủ đề “Hạ cánh an tồn” 69 Hình 3.5 Một số vẽ HS 70 Hình 3.6 HS chế tạo sản phẩm .72 Hình 3.7 Mơ hình “Hạ cánh an toàn” HS 73 Hình 3.8 Biểu đồ đánh giá NL KHTN nhóm qua hai chủ đề STEM thực nghiệm 75 Hình 3.9 Biểu đồ đánh giá NL KHTN HS qua hai chủ đề STEM thực nghiệm.77 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đất nƣớc ta trình xây dựng để hồn thành cách mạng cơng nghiệp hóa đại hóa Cùng với phát triển nhanh chóng cơng nghệ cách mạng công nghiệp lần thứ (gọi tắt CMCN 4.0) địi hỏi nguồn lao động có chất lƣợng cao, lao động có tri thức khoa học đại, lực phẩm chất cần thiết đáp ứng nhu cầu xã hội Bên cạnh Chƣơng trình giáo dục phổ thơng 2018 (hay cịn gọi chƣơng trình giáo dục phổ thông mới) bắt đầu thực bậc trung học sở vào năm học 2021-2022 với mục tiêu giáo dục tồn diện: đức, trí, thể, mĩ, phát triển phẩm chất lực HS cần hình thành phẩm chất, chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, thái độ phát triển lực chung (cốt lõi) lực chuyên môn/ đặc thù môn học Các môn học đƣợc đƣa vào giảng dạy để phù hợp với mục tiêu có mơn Khoa học tự nhiên Khoa học tự nhiên mơn học chƣa có trƣớc đây; sở tích hợp lĩnh vực Vật lí, Sinh học, Hóa học mơn học bắt buộc nhằm hình thành phát triển lực khoa học tự nhiên cho HS bậc học trung học sở Vì vậy, việc dạy học môn nhƣ đƣợc giáo viên phụ huynh đặc biệt quan tâm Để phù hợp với xu đổi phƣơng pháp dạy học theo hƣớng phát triển lực mà Bộ Giáo dục Đào tạo đề gần đây, có nhiều đề tài nghiên cứu tổ chức dạy học tích hợp theo định hƣớng STEM Khơng riêng Việt Nam, nƣớc khác có điều chỉnh giáo dục xu phát triển kinh tế tồn cầu Đã có nhiều đề tài nghiên cứu dạy học STEM nhƣ: Tác giả Nguyễn Văn Biên [9]; Nhóm tác giả Nguyễn Thanh Nga đồng [16]; Ngồi có số chủ đề nghiên cứu cách tổ chức dạy học phát triển lực Khoa học tự nhiên nhƣ: Trần Thanh Thảo (2019) [19]; Phạm Thị Nhung (2019) [17] Tuy nhiên, bản, chƣơng trình giáo dục phổ thơng chƣa thực có giáo dục STEM theo nghĩa nhiều ngun nhân nhƣ chƣơng trình giáo dục phổ thơng đƣợc xây dựng cách tƣơng đối lâu, nhu cầu thị trƣờng lao động STEM Việt Nam chƣa cao đội ngũ chuyên gia có kinh nghiệm xây dựng phát triển chƣơng trình dạy học tích hợp theo mục tiêu phát triển lực chƣa nhiều Hiện nay, Việt Nam có đề tài nghiên cứu vấn đề phát triển đánh giá lực Khoa học tự nhiên học sinh nói chung phát triển lực khoa học tự nhiên học sinh mơn khoa học tự nhiên nói riêng Xuất phát từ lý trên, định tiến hành nghiên cứu đề tài: “Phát triển lực khoa học tự nhiên cho học sinh dạy học phần Lực chuyển động – Khoa học tự nhiên PL 15 Chart Title Trần Lê Thanh Thảo CĐ V2 CĐ N1 N2 V1 CĐ N1 N2 T3 CĐ T3 T4 T5 V1 T5 V2 Phạm Vũ Sa Kỳ T4 Chart Title 10 CĐ 8 V2 CĐ N1 N2 V1 T3 CĐ N1 N2 CĐ T3 T4 T5 V1 V2 T5 T4 Đối với học sinh đƣợc chọn chủ đề chủ yếu mà mức mức Trong lần đánh giá thứ hai, em có tăng mức NL đáng kể từ mức lên lên mức Kết thu đƣợc em HS giống với kết HS đƣợc chọn phần thực nghiệm, Điều cho thấy HS có phát triển mức NL Khoa học tự nhiên DAI HOC DA NANG TRUONGD~IHQCSUPH~M CONG HoA xA HQI cnu NGHiA ~T NAM DQc l~p - T · - H~nh phuc s6:illO/QD-DHSP D« N!ing} ngityJDthimg1 nam 2021 QUYETDINH V~viec giao d~ tat va tnich nhi~m; hU'o'ng din lu~n van thac si HltU TRUONG TRUONG D~I HQC SU PH~M - DHDN Can de Nghi dinh s6 321CP 041411994cua Chinh phu v~viec thimli lap Dei h9C Dd Nang; Can de Nghf quyet N!ing ban hanh Quy chi s6 08INQ-HDDH t6 121712021 cua H9i dong D9i h9C Dd chtrc vd hoat dong cua D9i h9C Da N!ing}' Can cir Thong ttl's6 15120141TT-BGDDT 151512014cua B9 Giao due va Dito t90 v~ viec ban hanli Quy chi dao t(1O trinh a9 thac si; Can ct.t· Quyet dinh s6 1060IQD-DHSP 011jJI2016 ala Hieu truong Truong D9i h9CSZtpham- DHDN v~ viec ban hann Quy dinli dao t90 trinh thac si; Can etc To trinh cua Khoa V(Jtif: v~ viec a~nghi giao a~tal ludn van thac sf cho h9C vien cao ngank Li ludn va phuong phdp day h9C bo mon V(JtIf:ngay 291712021 Xet a~ nghj clla Trucmg phong Phong Dao t90 QUYETDINH: Di~u Giao cho 09 hQc vien cao hQc nganh Li lu~n va phuang phap d~y hQc bQ mon V~t ly kh6a 40 lap K40.PPGDVL thvc hi~n d~ tai lu~n van th~c sl (co danh sach kern theo) Di~u HQc vien va ngm1i huang d§n c6 ten a Di~u dUQ"chuang cac guy~n lQ"i va th~rc hi~n nhi~m V~l dung thea Quy ch~ dao t~o trinh dQ th~c SI BQ Giao dvc va Dao t~o ban hanh va Quy dinh v~ dao t~o trinh d